| cyqdesign | 2007-03-05 00:53 |
DVD激光頭技術(shù)發(fā)展新趨勢(shì)解析摘 要：隨著社會(huì)信息化的發(fā)展,光存儲(chǔ)以其容量大、壽命長(zhǎng)、成本低、復(fù)制速度快等顯著優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)成為現(xiàn)代社會(huì)信息存儲(chǔ)的重要手段之一,而DVD類產(chǎn)品更是新一代數(shù)字視聽(tīng)技術(shù)和數(shù)字化信息存儲(chǔ)設(shè)備的典型代表和潮流。它已經(jīng)廣泛應(yīng)用于廣播、電視、數(shù)據(jù)處理、文字/圖像貯存、社會(huì)文化活動(dòng)和家庭娛樂(lè)等領(lǐng)域。其讀寫(xiě)關(guān)鍵技術(shù)的DVD激光頭，主要功能是信號(hào)的記錄和讀出，是利用聚焦的激光束來(lái)完成的。文章主要介紹了DVD激光頭的結(jié)構(gòu)與讀出原理、DVD激光頭技術(shù)應(yīng)用等幾個(gè)方面,重點(diǎn)闡述了DVD激光頭發(fā)展?fàn)顩r及其未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。 關(guān)鍵詞：DVD激光頭；基本結(jié)構(gòu)；讀出原理；發(fā)展趨勢(shì) 1 引 言 ---隨著社會(huì)信息化的發(fā)展,光存儲(chǔ)以其容量大、壽命長(zhǎng)、成本低、復(fù)制速度快等顯著優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)成為現(xiàn)代社會(huì)信息存儲(chǔ)的重要手段之一,而DVD類產(chǎn)品更是新一代數(shù)字視聽(tīng)技術(shù)和數(shù)字化信息存儲(chǔ)設(shè)備的典型代表和潮流。它集計(jì)算機(jī)技術(shù)、光學(xué)記錄技術(shù)和影視技術(shù)等為一體，其目的是滿足人們對(duì)大存儲(chǔ)容量、高性能的存儲(chǔ)媒體的需求。作為光存儲(chǔ)系統(tǒng)重要組成部分的DVD激光頭, 因直接影響讀出和寫(xiě)入信號(hào)的質(zhì)量，是DVD系統(tǒng)的核心。 ---激光頭是從光盤(pán)上拾取信息的執(zhí)行部件。激光頭通過(guò)讀取光束聚焦于信號(hào)面上,并正確跟蹤掃描軌跡,同時(shí)將反射回來(lái)的光信號(hào)變成電信號(hào),從而讀出信息。因此,激光頭能否在某些光盤(pán)上讀取信息,完全取決于激光頭的技術(shù)性和盤(pán)片的物理結(jié)果是否匹配。DVD盤(pán)片物理結(jié)構(gòu)特性已經(jīng)決定了DVD激光頭的結(jié)構(gòu)和功能。因此，本文主要是從DVD激光頭工作的基本原理出發(fā)，介紹了激光頭的基本結(jié)構(gòu)，以及近年來(lái)激光頭制造現(xiàn)狀及未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。 2 激光頭的結(jié)構(gòu)及工作原理 ---2.1激光頭的基本組成 ---無(wú)論是CD、VCD、DVD機(jī)的激光頭還是LD機(jī)的激光頭均由兩部分組成：一部分為物鏡機(jī)構(gòu)，俗稱光學(xué)頭；另一部分是將其余各鏡片、激光發(fā)射二極管和光敏接收器安裝在同一個(gè)腔體內(nèi)，俗稱激光槍。 ---光學(xué)頭安裝在激光槍上面，通過(guò)螺釘聯(lián)成一個(gè)整體，構(gòu)成激光頭組件。激光頭由激光產(chǎn)生（發(fā)射）系統(tǒng)、激光傳播系統(tǒng)（光路或激光槍）和光接收系統(tǒng)等部分構(gòu)成（如圖1所示）。  2.2激光頭工作原理 ---DVD-ROM技術(shù)類似于CD-ROM技術(shù)，但可提供更高的存儲(chǔ)容量。從表面上看，DVD盤(pán)與CD/VCD盤(pán)也很相似，其直徑為80mm或120mm，厚度為1.2mm。但實(shí)質(zhì)上，兩者之間有本質(zhì)的差別。按單/雙面與單/雙層結(jié)構(gòu)的各種組合，DVD可以分為單面單層、單面雙層、雙面單層和雙面雙層四種物理結(jié)構(gòu)。 ---相對(duì)于CD-ROM光碟650MB的存儲(chǔ)容量，DVD-ROM光碟的存儲(chǔ)容量可達(dá)到17GB。CD的最小凹坑長(zhǎng)度為0.834μｍ，道間距為1.6μｍ，采用波長(zhǎng)為780nm～790nm的紅外激光器讀取數(shù)據(jù)，而DVD的最小凹坑長(zhǎng)度僅為0.4μｍ，道間距為0.74μｍ，采用波長(zhǎng)為635nm～650nm的紅外激光器讀取數(shù)據(jù)（如圖2所示）。  激光頭工作時(shí)，首先半導(dǎo)體激光二級(jí)管發(fā)射出單一波長(zhǎng)、相位一致的激光，其波長(zhǎng)在0.78μm（或0.63μm～0.65μm）左右，光輸出功率約5mW。經(jīng)過(guò)不同作用的由物鏡、準(zhǔn)直透鏡、1/4波長(zhǎng)片、分光棱鏡和圓柱透鏡組成的光學(xué)鏡片構(gòu)成的光路系統(tǒng)，將激光二級(jí)管發(fā)射出的激光入射到光盤(pán)上面。光盤(pán)是以沿螺旋形軌跡排列的不同長(zhǎng)度的橢圓坑槽和間隔來(lái)表示信息（圖像和聲音）內(nèi)容的。光盤(pán)上刻錄的橢圓形坑，呈螺旋狀排列。 ---透明的聚碳酸脂的折射率為1.58，坑的光學(xué)深度為0.1738μm，近似于激光波長(zhǎng)的1/4。當(dāng)激光束投射到旋轉(zhuǎn)光盤(pán)的無(wú)坑部分時(shí)，激光被垂直地全部反射回物鏡；當(dāng)投射到坑槽部位時(shí)，在坑的周圍部分波面發(fā)生彎曲，根據(jù)光的干涉原理，波峰與波峰一致的兩個(gè)（反射）光波互相增強(qiáng)，波峰與波谷一致的兩個(gè)（反射）光波互相抵消。激光頭通過(guò)讀取光束聚焦于信號(hào)面上,并正確跟蹤掃描軌跡,同時(shí)將反射回來(lái)的光信號(hào)變成電信號(hào),從而將信息讀出（如圖3所示）。  3 常見(jiàn)DVD激光頭分類 ---由于早些年來(lái)VCD產(chǎn)品在市場(chǎng)上已廣泛使用，同時(shí)DVD與VCD在規(guī)格上又存在著很大的差異，光源波長(zhǎng)不同，所以一般DVD-ROM不能讀取CD-ROM，但由于顧及到DVD的向下兼容，且只有一個(gè)激光發(fā)射器，只能發(fā)出650nm的激光。對(duì)于這個(gè)難題，目前市場(chǎng)上存在兩種解決方案，單激光頭方式和雙激光頭方式。而這兩種的每一種又可以細(xì)分為幾種，簡(jiǎn)單介紹如下。 a. 換雙鏡頭：為T(mén)oshiba最早提出并應(yīng)用的技術(shù)，也是目前使用最廣泛的。它采用一個(gè)激光頭，分別準(zhǔn)備2個(gè)焦距不同的鏡片切換，通過(guò)轉(zhuǎn)換不同的聚焦鏡來(lái)分別讀取DVD和CD，它的外形看起來(lái)與雙頭的Sony相似，因?yàn)橹荒芸吹蕉M聚焦鏡，激光頭在內(nèi)部看不見(jiàn)。讀取信號(hào)質(zhì)量較高，但由于要轉(zhuǎn)換聚焦鏡，所以成本屬于中等水平，讀盤(pán)速度較慢，同樣隱含的機(jī)械故障率比較高。 b. 獨(dú)立雙鏡頭：為Sony的技術(shù)，獨(dú)立的兩組鏡頭，成本最高，技術(shù)層次較低，認(rèn)盤(pán)速度慢、激光頭隱含機(jī)械故障率最高，但是兼容性是最好的。 c. 雙焦距單鏡頭：為Pioneer大量采用的單激光頭雙波長(zhǎng)激光束系統(tǒng)，同一個(gè)鏡頭，同一組激光接收發(fā)射器，也就是利用液晶快門(mén)的技術(shù)來(lái)達(dá)到控制焦距的目的，此技術(shù)在保持松下的方案原有優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上更加提高了讀片性能和認(rèn)盤(pán)速度。成本最低，技術(shù)層次最高，兼容性相對(duì)比較低。 d. 單聚焦單鏡頭：為Panasonic率先采用的單激光頭單聚焦鏡雙聚焦點(diǎn)方案，它采用特別的全息綜合透鏡，通過(guò)透鏡中間部分的激光束形成CD的聚焦點(diǎn)，通過(guò)透鏡邊緣部分的激光束形成DVD的聚焦點(diǎn)，這種結(jié)構(gòu)由于沒(méi)有機(jī)械傳動(dòng)，也不會(huì)產(chǎn)生機(jī)械故障，所以提高了認(rèn)盤(pán)速度，同時(shí)也降低了成本。但采用此方案的第一代和部分第二代DVD不支持CD。 ---4 國(guó)內(nèi)外DVD激光頭發(fā)展現(xiàn)狀 ---近年來(lái)DVD播放機(jī)作為高品質(zhì)的家庭視頻產(chǎn)品，在市場(chǎng)中已經(jīng)取代VCD產(chǎn)品，而作為DVD播放機(jī)激光頭的主流技術(shù)，單光頭DVD播放機(jī)激光頭技術(shù)已經(jīng)顯露頭角，并且已經(jīng)成為DVD激光頭市場(chǎng)的主導(dǎo)產(chǎn)品。相對(duì)于雙激光頭技術(shù)，現(xiàn)今的單激光頭不僅可以播放DVD碟片，而且還可以兼容CD/VCD，兼容能力更強(qiáng)，讀片能力更好，技術(shù)更加精密。 4.1國(guó)外研究及應(yīng)用現(xiàn)狀 ---索尼公司推出的璐明DVD機(jī)芯就是典型的單激光頭系統(tǒng)，它采用高度精密的光路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及系統(tǒng)控制，在光路結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)上采用高度精密的微米級(jí)立體圓柱鏡頭切割技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了用單鏡頭動(dòng)態(tài)聚焦方式讀取DVD、超級(jí)VCD、CD等各種光盤(pán)，以取代雙鏡頭，大大降低了由雙鏡頭轉(zhuǎn)換引起的故障率。因此，在索尼及國(guó)際主要知名的品牌DVD中已廣泛運(yùn)用。 ---而中國(guó)主要知名品牌的DVD中也普遍采用了單光頭技術(shù)。因此，可以肯定在DVD產(chǎn)品的技術(shù)開(kāi)發(fā)領(lǐng)域，單鏡頭DVD激光頭的研制成功，是DVD激光頭技術(shù)上的重大飛躍，更是當(dāng)今DVD激光頭技術(shù)的國(guó)際主流。 ---在DVD激光頭產(chǎn)品的多元性研究方面，韓國(guó)三星電機(jī)展示了依據(jù)藍(lán)光光盤(pán)規(guī)格的可擦寫(xiě)光盤(pán)用的激光頭。藍(lán)光光盤(pán)的刻錄播放速度為2倍速。DVD刻錄播放速度為4倍速。 ---此外，三星電機(jī)還計(jì)劃開(kāi)發(fā)支持HD DVD的激光頭。計(jì)劃在2004年開(kāi)發(fā)出讀取專用的激光頭，2005年年初開(kāi)發(fā)可以刻錄DVD的激光頭。2005年中期開(kāi)發(fā)可以刻錄HD DVD的激光頭。 ---日本NEC公司作了大量兼容激光頭，以藍(lán)紫激光作為光源的下一代光盤(pán)HD DVD激光頭。該公司HD DVD及DVD的光學(xué)部分為無(wú)限遠(yuǎn)修正設(shè)計(jì)，同時(shí)仍支持現(xiàn)有DVD和VCD。通過(guò)加工有衍射光柵的物鏡進(jìn)行球面像差修正。這時(shí)，藍(lán)紫色激光使用二次衍射光、紅色激光使用一次衍射光，這樣就可以提高光的利用效率。 ---4.2國(guó)內(nèi)研究及應(yīng)用現(xiàn)狀 ---我國(guó)是DVD影碟機(jī)和計(jì)算機(jī)DVD光盤(pán)機(jī)的生產(chǎn)大國(guó)，而激光頭等DVD產(chǎn)品的核心部件及技術(shù)，目前大部分均為國(guó)外大企業(yè)壟斷，國(guó)產(chǎn)DVD企業(yè)為此每年要向國(guó)際杜比組織繳納巨額知識(shí)產(chǎn)權(quán)使用費(fèi)。因此，2001年中國(guó)光盤(pán)產(chǎn)業(yè)推進(jìn)委員會(huì)制定了我國(guó)DVD光學(xué)頭標(biāo)準(zhǔn)，一些相關(guān)科研單位也相繼投入大量人力物力開(kāi)發(fā)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的DVD激光頭技術(shù)，并且取得了顯著成果。 ---國(guó)內(nèi)清華大學(xué)光盤(pán)國(guó)家工程中心開(kāi)發(fā)成功DVD內(nèi)部用的多維力矩器，同時(shí)提出了一種新的利用TN液晶盒電子切換的DVD/CD兼容光學(xué)頭設(shè)計(jì)方案。此方案的主要特點(diǎn)是充分保證讀取DVD信息的質(zhì)量。這種方案結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，器件的設(shè)計(jì)、加工容易，并且能避免機(jī)械切換物鏡帶來(lái)的精度和可靠性方面的問(wèn)題。這種方案還能夠用于可擦寫(xiě)的高密度光存儲(chǔ)系統(tǒng)中。 ---華中科技大學(xué)提出了采用雙波長(zhǎng)集成半導(dǎo)體激光器作為光源的DVD激光頭方案。該方案將DVD部分和CD部分的光路合二為一，減少了元件的數(shù)目。簡(jiǎn)化了光學(xué)頭的結(jié)構(gòu)，降低光學(xué)頭的裝配成本，提高了成品率。 | |