引用

的

1. 前言

    自从1982年直径12cm的数字音频光盘CD问世以来，数字视频光盘DVD（digital video disk）一直是新一代光盘的一个梦想，虽然在几年前出现了VCD，但是对于光盘来讲，技术上没有改变，只是对数据进行了压缩，画质也只是VHS水准，不过是过渡性产品，在国外没有形成市场。

　　 数字图象信号具有在被编辑时画质不劣化，容易被计算机处理等优点，所以能记录2小时以上高画质的数字图象的光盘，已经让人盼望已久。最近几年，短波长的半导体激光器技术，薄型化光盘基板技术，对物透镜的高数值孔径NA化技术等的进步，使光盘的记录密度高密度化成为可能，同时数字连续可变画面压缩技术也有很大的进步，使长时间高画质的连续可变画面收录在一张光盘里成为可能。

　　 在以上这些技术基础被奠定之后，世界上的十家大企业共同制定了新世代数字视频光盘DVD（digital video disk）的标准，既在和原有CD同样尺寸下，记录容量为原来光盘7.5倍4.7G，并采用高画质的MPEG2数字信号压缩方式，使之能够存储135分的电影。

DVD播放机主要是由光学头和MPEG2解码器两个关键技术组成的，其中MPEG2解码器由于是通用标准，目前开发出芯片的厂商不下十几家，而光学头的技术还主要掌握在日本厂商手中。

　　 光盘技术就是一束被聚焦到回折界限的最小激光束照射到盘面，由于记录着信息的盘面的凹凸对光的反射不同，就可以读出盘上的信息。

对于光学头来讲，它特有的技术有如下几个：

a. 通过利用被聚焦到回折界限的最小激光束，穿过0.6mm的透明塑料层，从凹凸信息面取出信号。

b. 使用半导体激光二极管，使用数值孔径NA为0.6的对物透镜，把激光束聚焦为由波长决定的回折界限为止的最小光束。

c.光盘外形的误差和不同光盘交换时带来的对物透镜的焦点位置在光盘信息记录面的位置变化，还有光盘回转时光盘面上下振动也会引起焦点位置变化，为了对焦点位置变化进行自动补正，必须把能够以精度为正负1μm对焦点位置控制的误差检出机能和控制用的伺服机构内藏在光学头里。

d.光盘的形状中心和光盘的回转中心之间的偏心补正，还有对于在轨道间距为0.74μm的轨道上，精度正负0.1μm控制激光束对轨道的追迹控制用误差检出机能和控制用的伺服机构内藏在光学头里。

　　在这里对于光盘装置系统，能满足以上要求的光学头的基本光学系，对物透镜OL(object lens)，作为光源的半导体激光二极管LD(laser diode),准直透镜CL,和其他一些光学头用的光学部品的原理及设计进行说明。

　　光学头是由1.对物透镜，2.准直透镜，3. 偏光分光棱镜，4.分光棱镜，5.反射镜，6.1/4波长板，7.焦点误差检出光学系，8.寻轨误差检出光学系等光学部品和光学系，9.焦点控制伺服机构（F-ACT）,10.寻轨控制伺服机构(T-ACT)等伺服机械控制部品，还有11.半导体激光二极管，12.多分割光电二极管PD(photo diode)等光电部件构成的。

　　光学头能够读出光盘上的信号的原理是从激光二极管射出的发散P线性偏振激光通过准直透镜，成为平行光，再通过1/4波长片时，偏振方向旋转45度，变为圆偏光，这束平行的圆偏光被对物透镜聚焦到光盘的信息面，再反射回来（根据盘面的凸凹对光的反射不同），通过1/4波长片时，再一次偏振方向被旋转45度，成为S线性偏振光，在偏光分光棱镜PBS处被反射到误差检出系和信号系，反射光再一次被分为两路，误差系的一路通过凸透镜、圆柱透镜，投影到四分割的光电二极管上，根据各象限光量的大小，进行运算，对聚焦和寻轨伺服机构控制，使之读出正确的信号，另一路信号系的光束由凸透镜会聚到光电二极管，把光信号变为电信号。

　　要想把激光聚焦成由波长决定的最小光束，必须把从LD发出的球面波的波面尽量无缺陷的传到光盘的情报记录面。也就是说，从LD发光开始到光盘为止，光学头成像系各部品全体的RMS波面收差必须限制在0.07λ以下，不然不能把激光光束聚焦为由干涉极限决定的最小光束。构成光头的各光学部品，光盘盘面，其中也包括对物透镜设置时的调整误差，以上这些合计的成像光学系全体的波面收差，必须限制在由Warechal Criteron(δω)MC给出的允许{zd0}波面收差0.07λ以下。光盘已经由光盘标准规定，(δω）DISK=0.05λ，一般对物透镜的象差(δω）ADJT=0.025λ，要使全体(δω)MC小于0.07λ，对于其他的光学部品的收差必须严格控制。从LD开始到光盘为止，光头各光学部品的{zd0}允许波面收差各用(δω）LD，(δω）CL，(δω）PBS，(δω）QWP，(δω）MR,(δω）OL表示，Warechal Criteron给出我们如下公式；

(δω)MC≤λ/14

(δω) 2MC=(δω）2LD+(δω）2CL+(δω）2PBS+(δω）2QWP

+(δω）2MR+(δω）2OL+(δω）2DISK

　　下面具体DVD的数值带入来试算一下。半导体激光二极管激光射出侧有平面玻璃窗，此外由于半导体激光器自身的特点，不可克服的有非点间隔，比理想波面要差，普通(δω）LD约为0.013λ。棱镜，反射镜等平面光学部品比较容易的以波面收差0.01～0.015λ制造出来。但是准直透镜和对物透镜等非平面光学部品，波面收差要想抑制在0.03λ之内，比较困难，分别定为准直透镜0.025λ和对物透镜0.035λ，这样根据式（2）得出全体(δω)MC的波面收差为0.0694λ，满足要求。即使对物透镜的波面收差被抑制在0.035以下，如果准直透镜的波面收差大于0.025，那样被聚焦光束的直径就会变大，从信息面读出数据错误频度就会变高。由于以上的理由，准直透镜的波面收差必须小于0.025，但球面单透镜要想达到这个值非常困难，一般采用球面玻璃组合透镜。

　　 从DVD光头的对物透镜射出的激光光束，需要一直跟踪光盘信息面上的轨道间距为0.74μm，最短凹坑长为0.4μm的轨迹，并正确读出凹坑信息。光强为光束中心强度1/e2的位置的光束直径被称为光束径ω，激光波长λ=650nm，对物透镜的数值孔径NA=0.6,

ω=k×（λ/NA）

　　 当对物透镜的入射光束的光强能量分布为均等分布时，系数k是0.96，光强能量分布为高斯分布时为1.34。从上式可以看出，光束径正比例于λ/NA，既要想提高光盘记录密度，缩小光束径，就需要使激光短波长化，并且提高对物透镜的NA。

　　 还有对物透镜的焦点深度△z正比例于λ/NA的平方，DVD焦点深度与CD相比变窄56%，焦点误差的允许值变小。

△ z～λ/NA2

　　 光盘的倾斜引起的象差也会增加。对于焦点误差的允许值的减少，就需要提高焦点控制精度，DVD为了减少光盘的倾斜引起的收差，光盘的厚度减为CD的一半0.6mm。

2.2.成像光学系

2.2.1.激光二极管

　　 一般LD发出的光为与PN结合面平行的线性偏振光，但短波长的LD中大多发出与PN结合面垂直的线性偏振光，DVD要求LD在光盘面上的能量为0.3mW左右，这就需要LD发出的激光能量是3～5mW。

2.2.2.LD的射出角特性和准直透镜

LD射出的激光是发散光，从发光点离开一段观测到的光束断面强度分布，被称为远视野象FFP(far field pattern)，FFP垂直结合面方向宽，平行结合面方向窄，象下面图示的一样，是纵长的椭圆形。

LD垂直结合面的放射角和平行结合面的放射角分别是θ⊥，θ∥。根据LD的放射角和对物透镜对光束强度的分布要求，确定准直透镜的焦点距离。

2.2.3.LD的噪音特性和高频叠加

LD有单模发光和多模发光两种激光发振方式。单模发光的{zd0}问题是从光盘反射回来的光进入激光共振器，形成干涉，成为噪音，影响SN,为了xx噪音，需要对驱动电流进行高频叠加。而多模的LD抗干扰能力强，不需要高频叠加。

2.2.4.偏光分光棱镜和1/4波长板的作用

　　激光二极管射出的发散P线性偏振激光通过准直透镜，成为平行光，无反射折射的通过PBS,.再通过1/4波长片时，偏振方向旋转45度，变为圆偏光，这束平行的圆偏光被对物透镜聚焦到光盘的信息面，携带信息再反射回来，通过1/4波长片时，再一次偏振方向被旋转45度，成为S线性偏振光，在偏光分光棱镜PBS处被反射到误差检出系和信号系，使入射光和带有信号的反射光分离。

2.2.5.对物透镜

DVD光头要求对物透镜一定要象差小，特性优良，能够把光束聚焦到回折界限，也就是能够补正各种收差，使点象的大小xx由回折界限来决定。一般使用非球面光学树脂透镜。

2.3误差检出系

　　 非点收差法

　　 焦点误差检出方式一般采用非点收差法，非点收差法就是根据光盘反射面位置的变化，反射光的聚焦位置移动，通过圆柱面透镜对投影光形状进行变化，用4分割PD差动检出。

聚焦误差检出信号=（A+C）-(B+D)/(A+B+C+D)

　　寻轨误差检出信号=（A+B）-(C+D)/(A+B+C+D)

PD把光信号转变成电信号，前置放大，模拟运算，再经过相位补偿，把信号输入驱动放大器，驱动透镜驱动线圈，完成聚焦和寻轨控制。

2.4.信号系

　　从PBS分离的含有信息的反射光，除一部分进入伺服机构的控制系，大部分进入信号系，由PD变成电信号，前置放大，成为RF信号。

3 光学头光学系的设计

   DVD光学头主要包括对物透镜驱动系ACT(ACTUATOR)和光学系,对物透镜驱动系有两个功能,一个是把从半导体激光器发出的激光聚焦在光盘的信息面上,(即聚焦focusing),另一个是使光束在轨道上并追随轨道(即寻轨tracking),因为聚焦是对于光盘的面振动,以1μm以下的误差来追随,设计聚焦伺服驱动线圈时,必须使驱动线圈的加速度超过光盘面振动的加速度.寻轨驱动线圈是以0.1μm以下的误差对轨道进行追随,设计中特别要注意的是防止对高频的机械共振.

　　设计一般是以光盘的国际标准为目标值,要考虑到光盘的面振动,光学头的装配误差,光学头的移动误差,主轴电机的轴振动,光盘的放置误差等诸多因素.具体的结构,主要有轴转动型,弹性线材支持型等.ACT的基本特性可以看成有弹簧的进退结构,驱动是由线圈和电磁回路构成.具体设计时,有PMESH、PMAG等计算机辅助设计软件

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　　 以下主要介绍DVD光学头的光学系的设计.

3.1成像光学系

　　 成像光学系的设计，无非是满足聚集后的光斑点足够小，以便能准确读出光盘上信息.光斑的直径 ω=k×（λ/NA）,系数k与对物透镜入射光强分布有关,光强分布越接近均一分布,k值越小.在相同数值孔径NA的条件下，若想得到最小聚集光斑，

a. 入射光波面收差小.

b. 入射光强分布均一。

　　对于a，应力求使每个光学部品有最小的像差，对于b，因为从LD发出激光为发散光，经准直后，光强分布为高斯分布。如果只利用中心部的激光，可以较接近均一分布，但是对LD光能量的利用率低下，可能得不到到达盘面所要求的能量，因此要折中考虑这相矛盾的两个要求，定出横向对物透镜利用光强分布百分比Rx（Rim intensity X），纵向利用光强分布百分比Ry（Rim intensity Y），这两个条件是设计光学系的依据。

3.1.1激光二极管LD（Laser Diode）

LD是光学头中的发光器件，它发出光的特性决定了光头的结构、特性。

a.基本特性

　　 只读型DVD光头用LD一般＝635nm或650nm，它的激光共振阈值电流一般为40mA左右，工作电流（即LD出射激光能量约3mW时，为50mA左右，各制造商极力减少其工作电流，以使其工作在较低温度下，因为温度变化（升高）会使其发出激光波长发生漂移，在设计光头时应尽量使其得到良好散热。

b.偏光性

LD发生的激光，多为不xx的线性偏光,在设计PBS时要考虑线性偏光的方向性.

c.放射角及非点间隔

　　从LD半导体激光共振腔中发出的发散激光，从水平和垂直方向来看，并不是从同一点发出，水平发射点和垂直发射点之间的距离，称为非点间隔，它使从LD发出的激光波面产生非点象差。

　　由于从LD放出激光为发散光，并且水平与垂直方向发散角不同分别为θ⊥和θ∥，整形透镜和准直透镜设计要以θ⊥和θ∥为依据。

d.发振方式和高频叠加及RIN

　　 相对噪音强度RIN是评价LD的一个重要指标，

RIN=(△P/P)2/△f(单位Hz-1)

　　其中△P是LD射出光的交流成分，P是直流成分，△f是测量的频带宽度。

　　多模方式的LD一般RIN较低，但抗反射光干扰能力强，驱动电流不需叠加高频，对于单模方式发光LD，反射光对光信号影响很强，必须对驱动电流叠加高频，一般约在500──700MHZ范围内。

e.内藏光电二极管PD（photo diode）

LD内部为了使出射光能量保持一定，一般内藏光电二极管PD，做APC（auto power control）用。

3.1.2 准直透镜

　 准直透镜是把LD发出的发散光转换成平行光,它由以下3个条件决定它的焦距f：

a. 对物透镜纵向的光强分布Ry。

b. 对物透镜直径φ。

c. LD的垂直放射角θ⊥

　 由高斯光强分布公式:

　 可以计算出准直透镜的焦距f。再由

a.准直透镜的焦距f。

b.对物透镜要求的光束直径.

c.公式光束直径＝（对物透镜直径）＋（光盘偏心量）＋〔裕量〕

2f·NA=光束直径

　　可以求出准直透镜的数值孔径NA.

3.1.3整形棱镜

　　 由于DVD使用的激光波长短，所以对光波面象差要求严，所以尽量使用LD发光的中间部分，即波面收差较小的部分，同时还要考虑光能的利用效率。这样就与一般的CD用光头不同。需要整形棱镜，它的作用是把椭圆形的平形光，变换成正圆形的平行光（如图），

根据以下4个条件，可以求出整形棱镜的整形倍率m及顶角:

a.对物透镜要求的横向光强分布Rx.

b.对物透镜的直径φ。

c. LD纵向放射角θ∥。

d. 准直透镜的焦距f。

3.1.4偏光分光棱镜PBS

　　 偏光分光棱镜的作用。是把从LD的出射光和从光盘的反射光分离，一是以便使反射光不回到LD的激光的共振腔，使出射激光不产生噪音，二是使反射回来的带有信息的反射激光束可以有最小的损失，首先使Q面滤掉入射光A的P线性偏光以外的成份，使之成为纯粹的P线性偏光，此外还必须使Q面对P线性偏光全透过，S线性偏光全反射。

3.1.5 对物透镜

　　 对物透镜的设计，必需依赖于光盘的厚度，如果光盘的厚度与设计值不符，将会产生球面像差，使聚集特性变坏，这也就是为什么用于光盘厚0.6mm的DVD用对物透镜读不出光盘厚1.2mm的CD光盘信号的理由。

　　 由DVDbook规定NA＝0.6，半径一般R＝2mm

fobj=2R/2NA=3.33(mm)

　　 一般只读型用功率较小，使用注塑非球面光学树脂即可，而记录型用功率较大，一般用多组光学玻璃透镜组合而成，对成像系的各部品的像差一定要严格控制.

3.2伺服系

3.2.1聚焦伺服（Forcs Svero）

FES聚焦伺服误差信号（Forcs Error Single）的取得，有多种方式，例如非点象差法、刀刃法、双刀刃法等，这里只采用光学系比较简单,应用较广的非点象差法。

　　 自动焦距AF（auto force）光学系配置如图:

3.2.1.1. 凸透镜

　　 凸透镜焦点和圆柱面透镜的焦点之间的距离称为焦点间隔D，光盘上的检出范围是△dsk，检出范围越大，敏感度越低，但伺服越不易脱轨，反之检出范围越小，敏感度越高，但伺服易脱轨，D和△dsk是在设计焦点伺服误差检出系之前要确定的两个值，是设计的依据.

β是凸透镜焦点和圆柱面透镜两透镜之间的横倍率，有如下公式：

2β2＝D/△dsk

FAF=βfobj

　　 这样就可以求出凸透镜的焦距FAF。

3.2.1.2.圆柱型透镜

　　对于入射光A，m方向的光在S方向的光距离D之前相交于光轴，这样可以求出圆柱透镜的j（power）.

其中凸透镜的屈光率为n1，厚为d1，圆柱透镜屈光率为n2厚为d3两透镜距离为e2， j为透镜之Power，入为波长，其它如上图所示，由以下公式可以求出圆柱透镜的曲率半径:

j=1/F

e=nd

an=an-1＋h n-1j n-1

hn= h n-1－en-1an

3. 2.2.光电二极管PD（Photo Diodo）的位置及PD形状设计。

PD附近的光路图及PD的位置如下图(a为入射光高,F1是AF系凸透镜的焦距,F2是圆柱面透镜焦距,x是PD的位置):

a.PD的位置

PD的位置必须在聚焦时m 、 s方向的光斑长度相同,即 b=b`,有如下关系:

a/b=F1/(d-x)

a/b`=F2/x

　　 可求出PD的位置.

b.PD的尺寸

　　 普通CD用4分割PD之间间隔一般是10mm ，但DVD为提高精度一般为5mm 。由以上图中的关系，可以容易的求出所需PD的大小。

3.3. 信号取出系

　　 从光盘面返回的带有信息的反射光，首先在PBS处全反射，然后在分光棱镜处分为伺服用光和信号用光，一般为30％和70％。信号用PD前的聚光透镜，可以很容易的由以下公式求出。

j=1/F

a=an-1＋h n-1j n-1

3.4 公差

　　 在系统设计完成后，还必需讨论系统的公差，其中包括各部品的加工误差和组装误差。其中要讨论的是各加工误差或组装误差对光学头中某项要求指标所产生的影响,是否在许可范围内.

3.4.1.各部品的加工误差

a· 整形棱镜的公差

　　 整形棱镜公差的评价标准是水平方向的Rim intensity变化在 ±1％以内，其中变化参数为：

1.光学玻璃屈折率的变化。

2.LD激光波长的变化（对屈折率有影响）。

3. 对整形棱镜入射角的变化。

4. 整形棱镜顶角的变化。

5. 准直透镜焦点距离的变化。

6. LD出射光放射角的变化。

　　 首先从规格书、加工精度或调整精度中求出以上各项的变化量,再求出Rim intensity对应各项变化量的变化量,就可以根据公式

σ=?(e12+ e22+…+en2)/(N-1)?-1/2

　　 求出公差.en为某项变化引起Rim intensity变化的量，σ为Rim intensity的公差。

b·伺服系公差

　　 评价标准是非点距离在设计值的5％以内,光盘的检出范围也在设计值的5％以内。

　　 变化值为：

1. 凸透镜{dy}面的曲率半径误差；

2. 凸透镜第二面的曲率半径误差；

3. 圆柱型透镜{dy}面的曲率半径误差；

4. 圆柱型透镜第二面的曲率半径误差；

5. 凸透镜和圆柱型透镜之间距离。

3.4.2.AF系组装公差

　　 评价标准是检出范围之内光束的移动量不超过PD的不感带值。

　　 变化参量：

1. 圆筒（误差检出系中凸透镜和圆柱形透镜在同一圆筒中）偏心。

2. 圆筒倾斜。

3. 凸透镜偏心。

4. 凸透镜倾斜.

5. 圆柱透镜偏心。

6. 圆柱透镜倾斜。

　 公差可以对光学头在物理上有一个定量的评价.

3.5光学头的评价

　　光学头的评价一般在物理上测量光斑的强度分布和大小,在电特性上测量FE、TE、Eye pattern和Jitter等

　　以上主要是光学头光路的设计，对于光路中各光学部品所附着的框体，在设计上也有一定的要求，例如平面精度，可调整性，散热性,刚性，振动响应特性等。

　　光学头根据使用的需要（例如如用于Disco man的小型光学头，用于车载的抗恶劣环境的特殊光学头，用于DVD－R，DVD－RAM的大功率的光学头等），设计的侧重点不同。但基本设计原理大体相同。

　　光学头的组装、调整也非常重要.在筐体设计中要考虑光学头某些部品的可调整性,一般调整时采用用CCD摄像机监看的光学滑轴.某些时候为了测量波面相差,也要用到干涉仪.

    DVD光学头结合了半导体、激光、光学、控制、机械等几个领域{zx1}技术，是DVD光盘装置中的最重要部件之一。《光驱原理探秘》

　　随着多媒体电脑的日益普及，光驱逐渐成了个人电脑中必不可少的标准配置之一。广大用户在看VCD、打游戏的时候，是否知道给我们提供服务的光驱是怎样辛勤工作的呢？

　　光驱也就是我们平时常说的CD－ROM驱动器。一台普通的光驱通常由以下几个部分组成：主体支架、光盘托架、激光头组件、电路控制板。其中，激光头组件的地位最为重要，可以说是光驱的“心脏”。下面我们就来看看激光头组件的原理：

　　我们通常所说的激光头实际上是一个组件，具有主轴电机、伺服电机、激光头和机械运动部件等结构。而激光头则是由一组透镜和光电二极管组成。在激光头中，有一个设计非常巧妙的平面反射棱镜。当光驱在读光盘时，从光电二极管发出的电信号经过转换，变成激光束，再由平面棱镜反射到光盘上。由于光盘是以凹凸不平的小坑代表“0”和“1”来记录数据的，因此它们接受激光束时所反射的光也有强弱之分，这时反射回来的光再经过平面棱镜的折射，由光电二极管变成电信号，经过控制电路的电平转换，变成只含“0”、“1”信号的数字信号，计算机就能够读出光盘中的内容了。

　　我们知道，一台光驱的好坏主要有两个方面，即纠错性能和稳定性。在技术上，保证这两个指标的主要有两项技术：寻迹和聚焦。

　　在了解寻迹以前，我们首先来看看光盘的数据存储方式，与硬盘的同心圆磁道方式不同的是，光盘是以连续的螺旋形轨道来存放数据的。其轨道的各个区域的尺寸和密度都是一样的，这样可以保证数据的存储空间分配更加合理。也正因为如此，使得激光头不能用与硬盘磁头一样的方式来寻道。为了保证激光头能够准确的寻道，就产生了“寻迹”技术，它使得光头能够始终对准螺旋形轨道的轨迹。如果激光束与光盘轨迹正好重合的时候，那么这时的偏差就是“0”。但是大多数情况下，都不可能达到这样理想的状态，寻迹时总会产生一些偏差，这时光驱就需要进行调整。如果寻迹范围不够大的话，那么数据盘就可能读不出，CD可能不能发声。这也就是我们通常所说的纠错性能不好。

　　聚焦就是激光束能够xx射在光盘轨道上并得到最强的信号。当激光束从光盘上返回的时候，需要经过四个光电二极管，每个光电二极管所发出的信号需要经过叠加，形成聚焦误差信号。只有当这个误差信号输出为零时，聚焦才准确。如果聚焦不准确，显然就不能顺利地读取光盘。

　　了解光驱的原理以后，我们再来看一看比较重要的光驱应用技术：

CLV技术

　　由于光盘是以等密度方式存储数据的，因此早期的光驱在读光盘的时候，都是采用的CLV方式，也就是恒定线速度方式，它通过变换主轴电机的速度，可以让光头从盘的内圈移动到外圈的过程中，单位时间内读过的轨道弧线长度相当，这样势必造成读取内外圈的速度不一样。当光驱的速度比较高以后，频繁变换主轴电机将降低光驱的寿命，因此CLV技术只适合于低速的光驱，对于高速光驱，则有另一种方式——CAV。

CAV技术

    CAV，即恒定角速度。在这种方式下主轴电机的转速不变，因此在读取内圈和外圈的数据时会有差异。如果一台40×的光驱，其外圈速度可能是40×（事实上，大多数光驱的外圈速度只能达到32×～36×），而其内圈速度很有可能 是20×或更低。

PCAV技术

    PCAV即区域恒定角速度，它吸收了CLV和CAV的优势。即在读内圈数据时，以CAV方式读取，而在读外圈数据时，以CLV方式。这样既节约了成本，也提高了性能，目前市面上的大部分高速光驱都是采用的这种方式。

其他辅助技术

　　高速光驱在运行时一般会有比较大的震动，为了减少震动，很多厂家采用了浮动承载机构，或橡胶减震机构；为了提高光驱的稳定性，采用金属机芯（如源兴）；为了提高速度，采用了多束激光技术（如健伍）；为了提高读盘能力（主要是质量比较低的光盘），采用了自动平衡系统；在读取密度不均匀的光盘时，通过离心力作用使光驱平衡，使读盘能力大大提高（如钻石）。我们相信随着技术的进步，还会有更多的新技术出现，以方便我们的使用。

PS2光头工作原理浅谈

PS2使用DVD作为光储存媒介，具有很大优势

一。先来看看DVD的光盘结构

    从表面上看，DVD光盘非常像CD光盘，两者直径相同，厚度基本相同，，但结构上有很大的差别。

DVD上的信息间隙只有0.74um,而CD的迹距离为1.6um。另外，用于储存二进制数据的凹坑和凸起，DVD可以短到0.4~0.44um（取决于光盘类型），而CD光盘为0.83um。由此可见，DVD光盘比CD光盘精密许多。一张单面单层的DVD光盘的容量大约为一张CD 的7倍，其凸起坑点比较如图01。

二。PS2光驱关键技术

（1）采用红色半导体激光器

目前的CD机主要使用780nm的激光波长，DVD则采用635nm或者650nm甚至580nm的红色半导体激光器，短波长可以使激光束的直径更小，因此可以使记录轨迹更精细，记录容量得以提升。

（2）提高数值孔径

激光光点的直径与数值孔径（NA）成反比。CD光学系统的NA约为0.45，而DVD提高到0.52甚至0.6。

（3）改善信号处理和数据压缩为了提高储存密度，对误码矫正和记录调制方式也做了改进。采用了比CD中矫正能力更好的里德门乘积纠错编码，纠错能力提高4倍，编码效率提高，数据冗余度下降。

（4）双层结构

DVD光盘可以采用“双层”光盘的结构。因此DVD光盘的结构有单面单层、单面双层、双面单层、双面双层四种类型。使储存容量翻番上升。

PS2的盘片目前有单面单层（D5）和单面双层（D9）两种规格。

下图是D9规格光盘的读取原理。

目前D9格式的游戏并不多，以MGS2SUB、异读传说、樱花大战、GT2002等为代表。

光盘规格详细说明见下表。

三。PS2光驱的激光头广大玩友最宝贝的恐怕是PS2的DVD激光头了。小蛇就以手头有限的资料和所了解的硬件情况和大家探讨一下。:D PS2的光头可分为光学系统和传动机构。

I  光学系统：

    PS2的DVD光驱兼容CD和CD-RW，DVD光盘是用两片0.6mm的基片黏结在一起而成的，而CD是1.2mm的片基直接压制而成的，所以CD与DVD盘片数据轨迹所在的位置是不同的，读取信号时聚焦点也不同。DVD激光头和CD 激光头的比较如图。

    在DVD技术领域，实现两种盘片兼容的盘片的方法有以下几种，而PS2采用的是SONY先进的“双光拾取器方式”兼容CD和DVD。

  1.双透镜方式。只有一个透镜，通过机械方式进行转换。东芝和三菱公司的产品使用这种方式，特点是成本低，但可靠性差。

  2.双焦点透镜方式。利用全息技术使部分激光发生折射，从而使一个透镜具有两种聚焦。或者在DVD透镜上做环行切割，使之兼容CD（三星的COMBO所谓的环纹光头使用的就是这种技术。）技术原创是松下。

  3.快门控制方式。利用液晶技术使光通量改变，三洋公司的技术，没有机械部分，可靠性高。

  4.双光拾取器方式，也称“双头”方式。使SONY公司的专利技术。PS2使用的激光头就是这样的。激光头由DVD光头和CD光头组合而成，其中备有两套激光器和透镜系统（物镜还是只有一个）。这一方式使用可靠，光头寿命相对长。当其中一套回路发生故障的时候，就会出现只能读CD或只能读DVD的现象了。另外由此可以得知，读取CD-ROM并不损耗DVD光驱，小蛇一向认为不使用具备的功能和资源是浪费，才是{zd0}的糟蹋PS2:D倒是看DVD影碟需要稍微节制，全速运行的光头在连续看完两部MOVIE后真的热得可以。II 传动部分。

    为了使635nm或者650nm的激光束对准DVD光盘细小的槽纹（数据轨迹相距仅为0.75um，而CD的轨迹间距有1.6um以上）PS2的光驱传动系统比读去CD的PS光驱传动系统拥有更高的精度。PS2在读去过程中物镜对DVD光盘的倾斜角度要求非常高，同时对光盘抖晃率的限制极低。

    传动机构利用{yj}磁铁和线圈来调整物镜，PS2光驱中的主轴电机采用了无刷电机和数字伺服装置。

PS2读取CD游戏声音特别大，觉得光头刷到碟片了？xx不要担心！PS2可以正常地读取CD，只是声音比较大而已，xx正常现象。:)对于足以应付DVDxx读取要求的PS2来说，读取CD简直小菜一碟，所以动静大只是定位xx的传动装置大幅度运动产生的声音，对光驱没有太大伤害性的影响。

光驱

    即光盘驱动器，按照所用光盘不同CD-ROM驱动器、 CDRW-ROM驱动器、 DVD-ROM驱动器,通常指的是CD-ROM驱动器。下面是一个IDE接口的光驱，是当前最常用的一种类型。

2、CD音频接口

3、数据线接口

4、电源接口

二、光驱的内部结构

　　 （1）激光头组件　包括光电管、聚焦透镜等组成部分，配合运行齿轮机构和导轨等机械组成部分，在通电状态下根据系统信号确定、读取光盘数据并通过数据带将数据传输到系统。

　　 （2）主轴马达　光盘运行的驱动力，在光盘读取过程的高速运行中提供快速的数据定位功能。

　　 （3）光盘托架　在开启和关闭状态下的光盘承载体。

　　 （4）启动机构　控制光盘托架的进出和主轴马达的启动，加电运行时启动机构将使包括主轴马达和激光的头组件的伺服机构都处于半加载状态中。

三、光驱的工作原理

　　光盘驱动器(光驱)是一个结合光学、机械及电子技术的产品。在光学和电子结合方面，激光光源来自于一个激光二极管，它可以产生波长约0.54-0.68微米的光束，经过处理后光束更集中且能xx控制，光束首先打在光盘上，再由光盘反射回来，经过光检测器捕获信号。光盘上有两种状态，即凹点和空白，它们的反射信号相反，很容易经过光检测器识别。检测器所得到的信息只是光盘上凹凸点的排列方式，驱动器中有专门的部件把它转换并进行校验，然后我们才能得到实际数据。光盘在光驱中高速的转动，激光头在司服电机的控制下前后移动读取数据。

四、光驱的传输速度

　　在制定CD-ROM标准时，把150K字节/秒的传输率定为标准，后来驱动器的传输速率越来越快，就出现了倍速、四倍速直至现在的24倍速、32倍速或者更高，32倍速驱动器理论上的传输率应该是：150×32= 4,800K字节/秒，当然在实际的情况是达不到这么高的。除了传输率外，平均查找时间是衡量光驱的另一指标，倍速光驱的平均查找时间约为400毫秒，现在最快的光驱平均查找时间约为120毫秒。从光盘上读出的数据先存在缓冲区或高速缓存里，然后再以很高的速度传输到计算机上。多媒体计算机要求光驱至少有64K的高速缓存，现在的光驱一般有256K。

五、光盘

CD-ROM是只能读出而不能写入的光盘，它的特点是信息存储量大、保存时间长。CD-ROM只有一面有数据，在它的表面有一层保护膜，但它还是很容易被划伤，所以一定要注意。CD－ROM的印刷面不含数据，数据刻录在光滑的一面。在CD－ROM上，数据的读取靠激光来实现，表面的灰尘和划痕都会影响到读盘质量。通常可存储650M字节的数据或74分钟的VCD节目。

六、其它光盘驱动器

CD-RW ROM 驱动器

　　能重复对CD-RW光盘进行擦写的光盘驱动器。CD-RW光驱与我们现在普遍使用的CD-ROM光驱一样也有倍速之分。所不同的是，CD-RW又有写入速度、擦除速度与读盘速度之分，通常是写入速度远低于读盘速度。

DVD-ROM

    DVD-ROM是继CD-ROM后又一体积小，容量大的新型存储设备。目前一张标准的DVD光盘容量为4.7GBDVD-RAM光驱速度指标的计算方法上与CD-ROM（或CD-RW）很相似，但两者并不相同，也就是说DVD-RAM光驱的倍速并不等于CD-RW驱动器的倍速。对DVD-RAM驱动器来说，一倍速（1×）相当于CD-ROM驱动器的9倍速。

七、光驱相关参数

　　平均寻道时间: 为了更准确的反映出光驱的实际速度，人们又提出了平均寻道时间这一技术指标。平均寻道时间被定义为光驱查找一条位于光盘可读取区域中间位置的数据道所花费的平均时间。{dy}代单倍速光驱的平均寻道时间为400ms，而{zx1}的40-50倍速光驱的寻道时间为90-80ms，速度上有了很大的提高。

    CLV技术：（Constant-Linear-Velocity）恒定线速度读取方式。在低于12倍速的光驱中使用的技术。它是为了保持数据传输率不变，而随时改变旋转光盘的速度。读取内沿数据的旋转速度比外部要快许多。

    CAV技术：（Constant-Angular-Velocity）恒定角速度读取方式。它是用同样的速度来读取光盘上的数据。但光盘上的内沿数据比外沿数据传输速度要低，越往外越能体现光驱的速度，倍速指的是{zg}数据传输率。

PCAV技术：（Partial-CAV）区域恒定角速度读取方式。是融合了CLV和CAV的一种新技术，它是在读取外沿数据采用CLV技术，在读取内沿数据采用CAV技术，提高整体数据传输的速度。

　　倍速：指的是光驱数据传输率，国际电子工业联合会把150KB/s的数据传输率定为单倍速光驱。300KB/s的数据传输率也就是双倍速。依次计算得出。

　　数据传输率：（data-transfer-rate）是指光驱每秒中在光盘上可读取多少千字节（kilobytes）的资料量，直接决定了光驱运行速度。

　　平均读取时间：（Average-Seek-Time）是指激光头移动定位到指定的预读取数据（这时间为rotation-latency）后，开始读取数据，之后到将数据传输至电路上所需的时间它也是光驱速度的一重要指标。

　　缓存: 所有的光学存储设备几乎在控制板上都具有一定数量的缓存。绝大多数驱动器缓存的大小界于256KB和1MB之间，根据驱动器速度和制造商的不同而稍有差异。缓存主要用于临时存放从光盘中读取的数据，然后再发送给计算机系统进行处理。这样就可以确保计算机系统能够一直接收到稳定的数据流量。使用缓存缓冲数据可以允许驱动器提前进行读取操作，满足计算机的处理需要，缓解控制器的压力。如果没有缓存，驱动器将会被迫试图在光盘和系统之间实现数据同步。如果遇到CD上有刮痕，驱动器无法在{dy}时间内完成数据读取的话，结果非常明显，将会出现信息的中断，直到系统接收到新的信息为止

ABS平衡系统：（Auto-Balance-System）是DIAMOND-DATA{zx1}推出的三菱钻石系列高倍速光驱所配带的，是在光驱托盘下安上一具钢铢轴承，光驱震动时，钢珠在离心力的作用下到质量轻的部分，起到平衡作用。