光學(xué)拾取頭專利發(fā)展和創(chuàng)新性研究

劉林林（國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作廣東中心，廣東廣州，510530）

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光學(xué)拾取頭專利發(fā)展和創(chuàng)新性研究

劉林林
（國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作廣東中心，廣東廣州，510530）

光學(xué)拾取頭是光信息存儲(chǔ)技術(shù)中的核心技術(shù)，本文通過在幾大核心專利庫的檢索，統(tǒng)計(jì)并分析了光學(xué)拾取頭的國內(nèi)外的專利申請，得出了相關(guān)專利申請的主要申請人分布和年代分布，并簡要分析了有關(guān)光學(xué)拾取頭的技術(shù)發(fā)展方向，對國內(nèi)相關(guān)企業(yè)和研究單位在光學(xué)拾取技術(shù)方面的發(fā)展提供幫助。

光學(xué)拾取頭；專利申請；信息存儲(chǔ)；申請人

引言

光學(xué)拾取頭（Optical Pick-Up Head）是一種對磁光光盤，例如CD光盤、DVD光盤、BD光盤（藍(lán)光光盤），進(jìn)行光盤信息的寫入及讀取的光學(xué)型裝置，是光學(xué)存儲(chǔ)技術(shù)中的一個(gè)重要部分［1］。

光學(xué)拾取頭光學(xué)型的記錄與同型重現(xiàn)相結(jié)合的裝置，即將光束從光源引導(dǎo)到記錄載體上去或從記錄載體引導(dǎo)到檢測器上去的裝置［1］。有關(guān)光學(xué)拾取頭的專利申請主要是日本的申請人，另外，飛利浦公司、韓國三星、LG等公司的相關(guān)申請量也較多，相關(guān)核心技術(shù)也幾乎被其壟斷，我國的相關(guān)專利申請量比較少。

1　光學(xué)拾取器的工作原理

光學(xué)拾取器（也稱頭）是一個(gè)極為復(fù)雜而又精密的光機(jī)電集成系統(tǒng)，主要由激光束源、準(zhǔn)直透鏡，一物鏡、兩個(gè)偏振分光器，一1/4波片、兩個(gè)透鏡系統(tǒng)、一光電傳感器［2］。

激光束源射出一信息調(diào)制光束，該光束通過準(zhǔn)直透鏡、偏振分光器、1/4波片及物鏡。物鏡將該光束聚焦到光盤的表面。光束被光盤記錄層表面反射后射入物鏡并通過1/4波片和偏振分光器。偏振分光器傳送反射光的一部分，經(jīng)過透鏡系統(tǒng)到追蹤誤差傳感器。到達(dá)偏振分光器的剩余反射光經(jīng)過透鏡系統(tǒng)射到反射光傳感器。反射光傳感器被設(shè)計(jì)成檢測聚焦誤差。光頭部件被安裝成可在徑向和軸向兩個(gè)方向運(yùn)動(dòng)。追蹤驅(qū)動(dòng)器線圈被提供以根據(jù)追蹤誤差信號(hào)徑向地移動(dòng)光頭部件，聚焦驅(qū)動(dòng)器線圈被提供以根據(jù)聚焦誤差信號(hào)軸向地驅(qū)動(dòng)光頭部件。

2　光學(xué)拾取頭專利申請現(xiàn)狀

2.1主要專利申請人

截止2016年5月，外文數(shù)據(jù)庫（VEN）共收錄的分類號(hào)為G11B7/00及其下屬小組的專利數(shù)量為205929件，德文特世界專利索引數(shù)據(jù)庫（DWPI）收錄99589件，世界專利文摘數(shù)據(jù)庫（SIPOABS）收錄342612件。其中申請量在前十位的申請人的專利申請量總和為13537件，占據(jù)了總數(shù)的44.3%。從圖1中可以清楚地看出，光學(xué)拾取頭的在主要申請人前十名中，主要是日本的公司，例如索尼、松下等。此外，荷蘭皇家飛利浦公司和韓國三星電子公司的相關(guān)專利申請量也較多，其專利技術(shù)也較為前沿。

圖1　光學(xué)拾取頭主要申請人

2.2國外申請?jiān)谥袊姆植?/p>

截止2016年5月份，在DWPI數(shù)據(jù)庫收錄的有關(guān)光學(xué)拾取頭的99589件專利文獻(xiàn)中，有10683件是PCT申請，約占15.8%；在我國申請專利保護(hù)的國外申請人的專利申請有15725件，約占總數(shù)的54.5%；其中通過PCT途徑向我國申請的專利有5400件，約是PCT專利總數(shù)50.5%，占在我國申請保護(hù)的國外申請專利的34.3%，如圖2所示。在10683件的PCT申請中，同時(shí)向我國申請保護(hù)的專利數(shù)量已經(jīng)過半。由此可見，國外公司是非?？粗刂袊袌龅摹?/p>

圖2　我國企業(yè)PCT申請與外國公司PCT申請對比圖

2.3專利申請趨勢

如圖3所示，有關(guān)光學(xué)拾取頭的專利申請從1984年開始一直呈現(xiàn)增長趨勢，2008年達(dá)到頂峰，2000年后申請量稍微下降。這也說明關(guān)于光學(xué)拾取頭方面的專利申請已經(jīng)趨于飽和，對于光學(xué)拾取頭的技術(shù)研究需要向另外的方面另辟蹊徑。

圖3（a） 近30年專利申請狀況

圖3（b） 2006-2014年專利申請狀況

3　光學(xué)拾取頭專利申請的主要技術(shù)

CD光盤系統(tǒng)誕生于1979年3月的荷蘭皇家飛利浦公司［3］，經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，數(shù)字光盤由最初的CD光盤，發(fā)展到DVD光盤、HD-DVD光盤，以及最新的存儲(chǔ)密度最高、存儲(chǔ)容量最大的BD（藍(lán)光光盤）光盤。與光盤的發(fā)展一脈相承，光盤刻錄及讀取系統(tǒng)也不斷深入發(fā)展，而其中最關(guān)鍵技術(shù)之一就是光學(xué)拾取頭。首先對CD、DVD和BD的一些主要參數(shù)進(jìn)行一下對比，如表1所示。

表2　CD、DVD、BD的主要技術(shù)參數(shù)

從表1可以看出，隨著光盤存儲(chǔ)密度的增大，光學(xué)拾取頭不斷減小激光的波長，增大物鏡的數(shù)值孔徑，循道間距也逐步減小。使用波長更短的激光以及物鏡的數(shù)值孔徑的增大，使光學(xué)拾取頭成功縮小了聚焦光斑，大大提升了盤片的存儲(chǔ)密度，最新一代的BD光盤，其單片單面的存儲(chǔ)容量已達(dá)到27GB。但隨之帶來的是光盤的生產(chǎn)難度的提升和生產(chǎn)成本的增加［4］。

光學(xué)拾取頭中聚焦跟蹤和信道跟蹤技術(shù)是準(zhǔn)確讀取光盤信息的關(guān)鍵技術(shù)。在光盤記錄/再現(xiàn)系統(tǒng)中，聚焦光斑必須能夠精確地射在記錄層的信道上，記錄層上的數(shù)據(jù)才能被精確再現(xiàn)。由于多種誤差例如光學(xué)器件的誤差的存在，盤片信道上將產(chǎn)生一些偏差，這種偏差嚴(yán)重影響對數(shù)據(jù)的讀取，它將使誤碼率大大增高，甚至導(dǎo)致光學(xué)拾取頭中斷運(yùn)作。因此，為保證光學(xué)拾取頭的可靠性，準(zhǔn)確再現(xiàn)盤片上的信息，光學(xué)拾取頭一定要校正所有誤差，實(shí)時(shí)檢測并矯正光斑與光盤信道之間的偏差，確保聚焦光斑能時(shí)刻精確地落在信道上［5］。

因此，光學(xué)拾取頭技術(shù)創(chuàng)新的一個(gè)重要方面就是對聚焦（Focusing）伺服控制系統(tǒng)和循跡（Tracking）伺服控制系統(tǒng)的改進(jìn)與創(chuàng)新，同時(shí)兼有簡化光學(xué)系統(tǒng)、使結(jié)構(gòu)緊湊化的創(chuàng)新專利。下面根據(jù)兩個(gè)具體的案例簡要介紹一下有關(guān)光學(xué)拾取頭的聚焦伺服及循跡伺服的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作原理［6］。

3.1聚焦伺服系統(tǒng)及其方法

日本專利申請JP2009238284 A的光學(xué)拾取頭的聚焦伺服方法為：使伺服光在物鏡的偏心位置處射入物鏡，并沿相對于盤片的厚度方向傾斜的方向照射到光盤的記錄標(biāo)記上，被記錄標(biāo)記反射的光作為照射到記錄標(biāo)記上的光的反射，根據(jù)所檢測到的反射光來控制物鏡。

具體來說，如圖4所示，激光源16發(fā)射聚焦伺服光L2至向反射鏡17，L2的波長與藍(lán)光波長不同。反射鏡17反射聚焦伺服光L2至反射鏡18，并使L2透射過反射鏡18。聚焦伺服光L2在離物鏡7中心O預(yù)定距離的偏心位置進(jìn)入物鏡。物鏡7將射入的聚焦伺服光L2折射，在藍(lán)光L1的焦點(diǎn)上聚焦折射的聚焦伺服光。聚焦伺服光L2被照射到光盤的預(yù)定全息圖上。反射鏡反射的再現(xiàn)光Ls通過聚焦透鏡聚焦到光電檢測器上。根據(jù)聚焦伺服光，光電檢測器使用像散法輸出信號(hào)到物鏡聚焦伺服裝置22，根據(jù)光電檢測器輸出的信號(hào)，物鏡聚焦伺服裝置輸出控制信號(hào)對物鏡致動(dòng)器9進(jìn)行控制，根據(jù)物鏡聚焦伺服裝置22輸出的控制信號(hào)控制物鏡致動(dòng)器對物鏡進(jìn)行移動(dòng)，以進(jìn)行聚焦伺服控制。

圖4　光學(xué)拾取裝置的聚焦伺服裝置的光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3.2循跡伺服控制及其方法

如圖5所示，日本三洋電機(jī)株式會(huì)社的專利JP2010003369A，采用該光拾取裝置1在激光光源11傾斜的情況下，沿著與光盤100的循跡方向光學(xué)對應(yīng)的方向（X軸方向）的2種激光在衍射光柵12上的兩個(gè)強(qiáng)度中心間的距離比激光光源11未傾斜的情況下的距離短。另外，同樣在激光光源11傾斜的情況下，沿著循跡方向的2種激光在物鏡17上的兩個(gè)強(qiáng)度中心間的距離比激光光源11未傾斜的情況下的距離短。但是，由于激光的強(qiáng)度中心點(diǎn)沿X軸方向越接近衍射光柵12的光柵面的中心位置、所產(chǎn)生的±1級衍射光的相位的對稱性也越高，因此提高了差動(dòng)推挽信號(hào)（Dpp）的視場特性。另外，同樣激光的強(qiáng)度中心點(diǎn)沿循跡方向越接近物鏡17的中心位置、越能提高Dpp信號(hào)的視場特性。由此，以規(guī)定角度傾斜地配置激光光源11，以便分別沿著衍射光柵12以及物鏡17的中心位置設(shè)置2個(gè)強(qiáng)度中心，從而相比激光光源11未傾斜的情況下，能夠提高兩種激光的Dpp信號(hào)的視場特性。因而能夠有效提高兩種激光的循跡誤差信號(hào)（Tracking Error）的精度。

圖5　光學(xué)拾取裝置立體圖

4　結(jié)束語

光學(xué)拾取頭的主要工作是對記錄介質(zhì)的存儲(chǔ)信息進(jìn)行記錄和再現(xiàn)，其記錄和再現(xiàn)精度是其技術(shù)核心，因此，也是今后的發(fā)展中同需要繼續(xù)優(yōu)化改進(jìn)的焦點(diǎn)。提高聚焦精度和跟蹤精度，例如改善光電探測組件的光電轉(zhuǎn)換精度，精確控制激光器功率，提高光學(xué)元件的光學(xué)準(zhǔn)確性等。

［1］潘永強(qiáng). 光盤播放機(jī)伺服技術(shù)的研究［D］. 大連理工大學(xué).2002.

［2］汪洋. 藍(lán)光光學(xué)頭參數(shù)評價(jià)系統(tǒng)的技術(shù)研究［D］. 武漢工程大學(xué). 2011.

［3］張永旭. 數(shù)字光盤30年發(fā)展史回顧［J］. 記錄媒體技術(shù)2009，Vol.7（7）-14，19.

［4］石春. DVD聚焦伺服系統(tǒng)研究［D］. 中國科技技術(shù)大學(xué).2008.

［5］馬建設(shè)，潘龍法，方南.DVD光學(xué)頭性能參數(shù)測試與評價(jià)儀的設(shè)計(jì)研究［J］.工業(yè)儀表與自動(dòng)化裝置2002，No.5，pp.60-67.

［6］陳厚模.光學(xué)頭基本光學(xué)特性概論［J］.記錄媒體技術(shù)2005，NO.4，pp.59-64.

劉林林（1987-），女，漢族，河南省開封市，工學(xué)碩士，實(shí)習(xí)研究員。

E-mail: liulinlin19870304@163.com

Study On the Development and Innovation of Optical Pick-Up Head Patent Application

LinLin Liu
（Patent Examination Cooperation Center of the Patent Office， SIPO， GuangZhou， GuangDong， 510530， China）

Optical Pick-Up Head is the core technology of the optical information storage. Statistical analysis of patent application at home and abroad is providing in this paper through searching some hardcore patent portfolios， and obtaining distribution of chief applicant and date. Briefly analyzing the development trend of Optical pick-up head technology to providing help to company and research unit.

Optical Pick-Up Head； Patent Application； Information Storage； Applicant

TP333

B

2095-8412 （2016） 03-562-04