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dvd由於多媒體時代光資訊儲存應用廣泛、光碟機可謂進步神速、從早期CD、WORM、MO、PD、LD、CD-ROM, 一路發展,到1994年CD-ROM 成為電腦主要配備,可稱得上是光碟機之代表作,也因此觸發DVD光碟機的積極研究,首先在1994年底由SonyPhilips 提出3.7GB的MMCD規格,過不久,在1995年春天ToshibaMatsushita等多家公司,提出容量更高、技術上更進步的5 GB的SD規格,在1996年秋天,Sony和Toshiba兩大陣營經多次談判,終於統一規格,名為DVD,即是新一代光碟機,而其產品已於1996年底問世。此型光碟機因具有超高容量及影像壓縮技術等多項優點,其市場非常看好,它將走入家庭,取代VHS錄放影機、雷射光碟(LD),成為家庭觀看電影的家電產品,也將用於電腦成為主要儲存工具,會以DVD-ROM取代CD-ROM,所以DVD光碟機之整個產業發展非常看好;它將會統一光碟機之不同型態,故DVD-R、DVD-RAM、DVD-RW將會陸續被市場接受而取代3.5吋MO、PD及CD-R等。光碟機之產量預估到2000年,整個光碟機的產品包括CD-ROM、DVD、DVD-ROM等,全球將超過一億六千萬台,參考右圖光碟機產量預估(工研院光電所整理),未來整個光碟機產量將繼續大幅成長,國內之CD-ROM光碟機從1997年起量產已佔世界量產之23%,1999年CD-ROM光碟機量產達世界產量之40%,佔世界第一。而由於DVD光碟機水漲船高的發展,光學讀取頭(Pickup head)也隨之炙手可熱。 由於CD-ROM光碟機的市場需求已到頂點,及DVD光碟機預期於今年(1999)會真正起飛,故日本各光學讀取頭(Pickup head)製造大廠,都急著在年底前增強生產能力。另外在製造方面,為了因應嚴格的銷售價格競爭,大部分的廠商接將據點擴展到中國大陸、東南亞地區,以展開全球話,其擴展產能是以日本之海外工廠為主。根據日本電波新聞報導光學頭製造大廠的預測,去年(1998)的全球各型光學頭(含CD/ MD/ CD-ROM/ CD-R/ CD-RW/ DVD/ DVD-ROM/ DVD-RAM等光學頭)總需求為二億五千萬個,參考右圖的日本電波新聞報導光學頭全世界總需求量預估,其中大半皆是以CD為主(包括一部份的MD)的Audio Player為主之電腦光儲存之用,剩下的10%則為家庭用Game機器所用。今年(1999)預估為2億7千萬個2億8千萬個,而2002年則預估可達3億7千萬個4億個。 我國光碟機產業蓬勃發展,然其中主要關鍵性零組件均需仰賴進口,尤其是光學讀寫頭技術層次高,至今國內無廠商能量產。在近幾年國內廠商對CD光學讀寫頭之生產一直抱持高度興趣,並轉移日本光學頭技術,但是都還未能成功,如聚合公司之CD光學頭技術等,其中未能成功之主要原因,依據個人判斷為日本光學頭技術(Know-how)未能全部轉移,非常可惜。工研院光電所近年積極研發DVD光學頭技術,並成功開發多型Prototype,現正進行DVD光學頭技術移轉及協助國內廠商能量產,希望在DVD光碟機產業蓬勃發展之際,DVD光學頭能量產成功並提供國內廠商使用。目前光電所技術移轉有: 鴻景科技之DVD-ROM光學頭,預計1999年底量產。友嘉科技之DVD Player光學頭,預計2000年量產。嘉祥科技之DVD Player光學頭,預計2000年量產。日本各Pickup大廠之產能分析產能、全世界(月產:萬個)主用途及今後之展開MakerNowFuture(搭載對象)Sony1,000目標為搭配機器生產之1/2(2000年時2000)Audio CD/MD Player/CD-ROM/D.機器,今年後半年積極進入DVD領域。三協精機製作所270至年底合計380CD-ROM/R/D.DVD/D,特別是今年在DVD/D方面會成長3倍,6月將投入新製品之量產。Mitsumi70-804月以後100-110CD-ROM/D用為主體,切入CD-RW/D市場,外販比例用現行30%提升至50%(年末)。日立2506月開始量產DVD用者預定年底達100以CD-ROM/D為主體,CD-R/CD-RW亦使用。松下Group410MD、DVD專用者擴大生產2倍Audio CD/MD、CD-ROM、DVD Player、DVD-RAM等。三洋50099年度550專注於高附加價值之CD-R/RW、DVD用之Pickup、鞏固30% share 99年中在中國要月產400萬個。Sharp10099年度1000DVD用的99年度增加174%,MD用的增加50%。 從以上光學頭之世界市場需求可知,未來仍是以CD/DVD系列光學頭為主。就光學頭而言,是非常相似,現在以它的光學之特性,可發現有幾項主要規格演進。參考下圖 DVD/CD光碟規格雷射波長:780 nm 650/635 nm聚焦物鏡NA:0.45 0.6光碟片基板厚度:1.2 mm 0.6 mm軌距:1.6 m 0.74 m最小Pit長度:0.83 m 0.4 m光碟片旋轉線速度:1.2 1.4 m/s 4 m/sDVDCDTrack Pitch(m)0.741.6Shortest Pit Length(m)0.4/0.430.83Substrate Thickness(mm)0.61.2Layer1/21NA*0.60.45Wavelength(nm)*650780Reference Velocity(m/sec)*3.49/3.841.21.4所以從規格上的進步,其光學系統必然要做新的系統設計,尤其DVD光學頭除了讀DVD光碟片還要考慮可以讀CD光碟片,甚至要可以讀CD-R光碟片。因此DVD光學頭之設計概念必須要有如下之特點: 可讀DVD和CD(CD-R)光碟片。須具有雙焦點的設計。高NA物鏡的設計。為增加光碟片的傾斜容忍度,而採用0.6mm基板之光碟片。使用短波長之紅光雷射二極體(650 nm/635 nm)。若要CD-R共容之DVD光學頭,則須加780 nm之雷射二極體成為雙雷射之光學頭。降低雷射二極體之雜訊。循軌伺服採用外差循軌法(Heterodyne Tracking)、或差分相位法(Differential plase detection)。聚焦伺服皆採用像散法(Astigmatism)。具有超解析之光點設計。 DVD光學頭在設計上,有下列五項參數做為光學頭品質之評估參數。光學大小:關係到讀取訊號(RF)的眼形圓(eyepattern)和訊號跳動量(Jitter)的表現。波面像差:關係到光學頭組裝校準之容忍度(Optical Alignment Tolerance)的鬆緊。能量效率:關係到雷射二極體(Laser diode)光源的能量。工作距離:關係到更換光碟片時物鏡致動器的移動範圍。重量:物鏡致動器之設計。聚光焦點之評估運算方面:雷射光速,經過準直鏡形成平行光速,入射到物鏡聚焦道光碟片上,其光點之大小決定於4個參數。物鏡之NA。光源的波長。波面像差。光瞳上的光能量分佈。spot=k*/NA此 k:數值是由c、d二項參數決定。 DVD光學頭之光學系統,各廠家之設計的主要差別,便是雙焦點產生之方式,以目前所了解,有下列4種:雙物鏡切換法。物鏡加全像設計法。液晶開關器(LC Shutter)改變NA法。環形斑跡(Annular Mark)加在物鏡法。 現有Mitsubishi、Toshiba、Sony公司採用雙物鏡法(NA 0.6/0.45),是產生雙焦點最直接的方法,它所配合之致動器為旋轉式,所以致動器在讀DVD和CD光碟片時,要旋轉致動器,使用不同的物鏡來讀取不同的光碟片,當物鏡切換時位置之準確會影響光學品質,通常致動器之傾斜調整是以DVD物鏡為主,故CD物鏡之偏心、傾斜就無法兼顧了,所以致動器旋轉定位之精度及Lnes Holder之傾斜誤差要求較高,其優勢在於能量效率較好;其物鏡分別配合DVD和CD做設計,故其光點之波面像差品質會最好。參考下圖之DVD/CD之雙物鏡致動器。 此方法為物鏡表面加全像設計產生雙焦點,是松下(Matsushita)的設計(參考右圖HOE雙焦物鏡),當光束經過全面像時,會有繞射現象,產生0、+1、-1等階之繞射光束,其中0階光束沿原有方向前進,聚焦於基板0.6mm之DVD光碟面上;+1階光束因繞射緣故會發散,而後聚焦於基板1.2mm之CD光碟片上;-1階之繞射光束在此沒有利用,故可用於讀兩種光碟片。此方法的另一種方式是在現有DVD物鏡前加一全像片,為Pioneer的設計,其效果一樣可產生雙焦點,用於讀兩種光碟片,但在此型設計因全像和物鏡有一段距離,當有光碟面傾斜時,所產生之慧差(Coma)較大,會影響讀RF訊號之品質。通常採用四階之全像設計,則需要做兩種光罩使用,其繞射效率0:+1:-1比值為38%:38%:6%,此型其優點為具有超解析之效應,故光點較小,其波面像差亦較好。若全像面做於物鏡上則重量輕,節省光學元件。其缺點在於讀CD時的光點能量最弱。 改變NA法這是三洋提出的構想,液晶偏光板(LC)和偏極板組合形成液晶開關器(LC Shutter),當液晶偏光板ON時,入射光束之偏極方向旋轉90,此時光束之偏極方向和偏極板方向一致,故獲全部通過,呈現之NA=0.6可用於讀DVD光碟片。當液晶偏光板off時,此時光束之偏極方向90,故外圍光束被擋掉,呈現之NA=0.35或0.38,可用於讀CD光碟片。另外,也有用LC和PBS配成一組當做LC Shutter。此型中Shutter之有效NA的選取會有關係到光點大小、像差和光點之邊緣亮環(Sidelobe),基於以上光學品質考慮,故讀CD光碟片時選用NA=0.350.38, 此型之優點在於能量效率較好,其缺點為CD光點之波面像差較差,且讀DVD和CD時,物鏡致動器移動距離較大。加上使用LC和偏極板,故光學元件成本較高,還要有LC的驅動電路控制。參考右圖LCD切換之光學頭。 這是南韓三星在DVD光學頭的設計,其主要想法是在DVD物鏡上之前一面,加了一環形斑跡(Annular Mark),使得此環的光束散射掉,不會聚於碟片上。用此方式使得DVD之光點和CD之光點可以一起改善,此型之優點是光學元件少,能量效率較高;其DVD光點只較雙物鏡法好,比其他型差,而CD之光點都較其他型差。其缺點是波面像差之品質最差,當更換光碟片時,物鏡致動器移動最大,同液晶開關法一樣。參考右圖環形斑跡(Annular Mark)物鏡。 因為DVD光學頭發展初期,各家設計大多有自己的特色,至少有7家以上產品:Mastushita、Sankyo、Hitachi、Sony、Mitsubishi、Sanyo、Sansung等,大多採用1 Laser(650/635nm)之光學系統設計且以傳統光路為主,
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