光學拾取頭專利發展和創新性研究

劉林林（國家知識產權局專利局專利審查協作廣東中心，廣東廣州，510530）

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光學拾取頭專利發展和創新性研究

劉林林
（國家知識產權局專利局專利審查協作廣東中心，廣東廣州，510530）

光學拾取頭是光信息存儲技術中的核心技術，本文通過在幾大核心專利庫的檢索，統計并分析了光學拾取頭的國內外的專利申請，得出了相關專利申請的主要申請人分布和年代分布，并簡要分析了有關光學拾取頭的技術發展方向，對國內相關企業和研究單位在光學拾取技術方面的發展提供幫助。

光學拾取頭；專利申請；信息存儲；申請人

引言

光學拾取頭（Optical Pick-Up Head）是一種對磁光光盤，例如CD光盤、DVD光盤、BD光盤（藍光光盤），進行光盤信息的寫入及讀取的光學型裝置，是光學存儲技術中的一個重要部分［1］。

光學拾取頭光學型的記錄與同型重現相結合的裝置，即將光束從光源引導到記錄載體上去或從記錄載體引導到檢測器上去的裝置［1］。有關光學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等公司的相關申請量也較多，相關核心技術也幾乎被其壟斷，我國的相關專利申請量比較少。

1　光學拾取器的工作原理

光學拾取器（也稱頭）是一個極為復雜而又精密的光機電集成系統，主要由激光束源、準直透鏡，一物鏡、兩個偏振分光器，一1/4波片、兩個透鏡系統、一光電傳感器［2］。

激光束源射出一信息調制光束，該光束通過準直透鏡、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，經過透鏡系統到追蹤誤差傳感器。到達偏振分光器的剩余反射光經過透鏡系統射到反射光傳感器。反射光傳感器被設計成檢測聚焦誤差。光頭部件被安裝成可在徑向和軸向兩個方向運動。追蹤驅動器線圈被提供以根據追蹤誤差信號徑向地移動光頭部件，聚焦驅動器線圈被提供以根據聚焦誤差信號軸向地驅動光頭部件。

2　光學拾取頭專利申請現狀

2.1主要專利申請人

截止2016年5月，外文數據庫（VEN）共收錄的分類號為G11B7/00及其下屬小組的專利數量為205929件，德文特世界專利索引數據庫（DWPI）收錄99589件，世界專利文摘數據庫（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，占據了總數的44.3%。從圖1中可以清楚地看出，光學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專利申請量也較多，其專利技術也較為前沿。

圖1　光學拾取頭主要申請人

2.2國外申請在中國的分布

截止2016年5月份，在DWPI數據庫收錄的有關光學拾取頭的99589件專利文獻中，有10683件是PCT申請，約占15.8%；在我國申請專利保護的國外申請人的專利申請有15725件，約占總數的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50.5%，占在我國申請保護的國外申請專利的34.3%，如圖2所示。在10683件的PCT申請中，同時向我國申請保護的專利數量已經過半。由此可見，國外公司是非常看重中國市場的。

圖2　我國企業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，有關光學拾取頭的專利申請從1984年開始一直呈現增長趨勢，2008年達到頂峰，2000年后申請量稍微下降。這也說明關于光學拾取頭方面的專利申請已經趨于飽和，對于光學拾取頭的技術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　光學拾取頭專利申請的主要技術

CD光盤系統誕生于1979年3月的荷蘭皇家飛利浦公司［3］，經過數十年的發展，數字光盤由最初的CD光盤，發展到DVD光盤、HD-DVD光盤，以及最新的存儲密度最高、存儲容量最大的BD（藍光光盤）光盤。與光盤的發展一脈相承，光盤刻錄及讀取系統也不斷深入發展，而其中最關鍵技術之一就是光學拾取頭。首先對CD、DVD和BD的一些主要參數進行一下對比，如表1所示。

表2　CD、DVD、BD的主要技術參數

從表1可以看出，隨著光盤存儲密度的增大，光學拾取頭不斷減小激光的波長，增大物鏡的數值孔徑，循道間距也逐步減小。使用波長更短的激光以及物鏡的數值孔徑的增大，使光學拾取頭成功縮小了聚焦光斑，大大提升了盤片的存儲密度，最新一代的BD光盤，其單片單面的存儲容量已達到27GB。但隨之帶來的是光盤的生產難度的提升和生產成本的增加［4］。

光學拾取頭中聚焦跟蹤和信道跟蹤技術是準確讀取光盤信息的關鍵技術。在光盤記錄/再現系統中，聚焦光斑必須能夠精確地射在記錄層的信道上，記錄層上的數據才能被精確再現。由于多種誤差例如光學器件的誤差的存在，盤片信道上將產生一些偏差，這種偏差嚴重影響對數據的讀取，它將使誤碼率大大增高，甚至導致光學拾取頭中斷運作。因此，為保證光學拾取頭的可靠性，準確再現盤片上的信息，光學拾取頭一定要校正所有誤差，實時檢測并矯正光斑與光盤信道之間的偏差，確保聚焦光斑能時刻精確地落在信道上［5］。

因此，光學拾取頭技術創新的一個重要方面就是對聚焦（Focusing）伺服控制系統和循跡（Tracking）伺服控制系統的改進與創新，同時兼有簡化光學系統、使結構緊湊化的創新專利。下面根據兩個具體的案例簡要介紹一下有關光學拾取頭的聚焦伺服及循跡伺服的結構特點和工作原理［6］。

3.1聚焦伺服系統及其方法

日本專利申請JP2009238284 A的光學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記上，被記錄標記反射的光作為照射到記錄標記上的光的反射，根據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發射聚焦伺服光L2至向反射鏡17，L2的波長與藍光波長不同。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預定距離的偏心位置進入物鏡。物鏡7將射入的聚焦伺服光L2折射，在藍光L1的焦點上聚焦折射的聚焦伺服光。聚焦伺服光L2被照射到光盤的預定全息圖上。反射鏡反射的再現光Ls通過聚焦透鏡聚焦到光電檢測器上。根據聚焦伺服光，光電檢測器使用像散法輸出信號到物鏡聚焦伺服裝置22，根據光電檢測器輸出的信號，物鏡聚焦伺服裝置輸出控制信號對物鏡致動器9進行控制，根據物鏡聚焦伺服裝置22輸出的控制信號控制物鏡致動器對物鏡進行移動，以進行聚焦伺服控制。

圖4　光學拾取裝置的聚焦伺服裝置的光學系統結構圖

3.2循跡伺服控制及其方法

如圖5所示，日本三洋電機株式會社的專利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的循跡方向光學對應的方向（X軸方向）的2種激光在衍射光柵12上的兩個強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上的兩個強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，由于激光的強度中心點沿X軸方向越接近衍射光柵12的光柵面的中心位置、所產生的±1級衍射光的相位的對稱性也越高，因此提高了差動推挽信號（Dpp）的視場特性。另外，同樣激光的強度中心點沿循跡方向越接近物鏡17的中心位置、越能提高Dpp信號的視場特性。由此，以規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的中心位置設置2個強度中心，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信號的視場特性。因而能夠有效提高兩種激光的循跡誤差信號（Tracking Error）的精度。

圖5　光學拾取裝置立體圖

4　結束語

光學拾取頭的主要工作是對記錄介質的存儲信息進行記錄和再現，其記錄和再現精度是其技術核心，因此，也是今后的發展中同需要繼續優化改進的焦點。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換精度，精確控制激光器功率，提高光學元件的光學準確性等。

［1］潘永強. 光盤播放機伺服技術的研究［D］. 大連理工大學.2002.

［2］汪洋. 藍光光學頭參數評價系統的技術研究［D］. 武漢工程大學. 2011.

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

［4］石春. DVD聚焦伺服系統研究［D］. 中國科技技術大學.2008.

［5］馬建設，潘龍法，方南.DVD光學頭性能參數測試與評價儀的設計研究［J］.工業儀表與自動化裝置2002，No.5，pp.60-67.

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

劉林林（1987-），女，漢族，河南省開封市，工學碩士，實習研究員。

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