工研院光電所在今年3月7日舉辦4.7 GB DVD-RAM/RW光學讀寫頭成果發表會，吸引了50家廠商、150人參與，這是工研院光電所在數位多功能光碟機(DVD)之光學讀寫頭技術研發上又有新的突破，日前成功的開發出兩型容量達4.7GB可重複讀寫數位多功能光碟機(DVD-RAM/DVD-RW)之光學讀寫頭，及其承載機構(Mecha/Loader)。本次成果展示之項目包括：

工研院光電所完成DVD光學讀取頭技術，技轉國內廠商並順利進行量產，接著便積極投入可重覆讀寫之DVD光學頭的研發，成功開發出4.7GB DVD-RAM/DVD-RW光學頭兩型，不僅突破高技術指標，也為國內DVD-RAM/DVD-RW光碟機建立了關鍵零組件技術。此兩型光學頭皆可讀或寫CD、CD-R、CD-RW和DVD-ROM等光碟片。

近年來我國光碟機產業在業者積極的投入下快速成長，參考(圖一)所示，1999年我國CD-ROM光碟機的產值達新台幣747億元，產量達4,500萬台，佔全球47﹪居世界第一。而DVD是繼CD-ROM之後相當被看好的光儲存媒體，尤其在1999年底，DVD-RAM/DVD-RW的規格相繼確定後，且DVD Video Player及DVD Title的市場成長樂觀，參考(圖二)所示，因此DVD-RAM/DVD-RW的產品具相當的市場潛力。

《圖一　國內外光碟機產量預估》

《圖二　工研院光電所的DVD光學頭》

光電所在光學讀寫頭研發上已經有相當的經驗，先後發展出六種DVD-ROM光學讀取頭，並分別技轉鴻景科技及嘉祥公司進行量產後，接著便積極投入可重覆讀寫之DVD光學讀寫頭的研發，因為要同時具有可重覆讀寫的功能，因此DVD-RAM/DVD-RW光學讀寫頭是DVD光學讀寫頭中技術困難度最高、最複雜的關鍵零組件。目前全世界只有日本松下、日立、先鋒等大廠有能力製造，光電所突破高難度技術，從設計、組裝到驗證已經完全掌握相關技術，在該領域的研發方面，已居世界領先的幾個研發單位之一。

光電所克服了複雜的光路設計模擬分析，光、機、電、材的整合技術，開發完成可重複讀寫數位多功能光碟機(DVD-RAM/DVD-RW)，該產品具有多項特點：容量高達4.7GB；具有2個光路(DVD/CD系列)，所以不僅光學系統很複雜，機構組裝的精密度要求也很高，其光學品質的要求較高於一般唯讀型光學頭；必須要有高功率輸出，才能寫入或擦拭碟片上的記錄資料；為了能讀寫CD/CD-ROM、CD-R、CD-RW、DVD-ROM、DVD-R、DVD-RW等6種光碟片，所以在聚焦循軌系統上，採用全像元件的特殊設計。此外，亦開發完成適用於4.7GB DVD-RAM/DVD-RW及可攜式CD-RW之承載機構(Mecha/Loader)。

就目前國內發展DVD產業的環境面看來是相當的樂觀，國內已經具有DVD系統整合技術，業者也已經有能力生產光碟機晶片組、主軸馬達等關鍵零組件，再加上光電所開發成功DVD-RAM/DVD-RW光學讀寫頭技術，將促使可讀寫式DVD光碟機上、中、下游產業之整合，預期將使國內可讀寫式DVD光碟機的技術大幅躍進，在世界佔一席之地。

DVD光學讀取頭

DVD與CD之光學頭

從CD和DVD的碟片規格，可以發現CD和DVD在光學的特性上，有幾項主要規格演進：

所以從規格上的進步，其光學系統必然要做新設計，尤其DVD光學頭，除了讀DVD光碟片外還要考慮可以讀取CD光碟片。因此DVD光學頭之設計概念必須要有如下的特點：

DVD光學頭品質的評估參數

DVD光學頭在設計上，有下列五項參數做為光學頭品質的評估參數：

工研院光電所研發的DVD光學讀取頭

在86/87兩年中光電所根據國際DVD光學讀取頭的技術發展趨勢，積極研發，這段時間共發展出不同的設計有六型DVD光學讀取頭，參考圖二所示，也因此逐漸趕上日本DVD大廠的研發時程，為國際所重視，在此光學頭技術重點：

可以說DVD光學讀取頭的可能設計皆考慮進去，由於本研究計劃成果，確立本院(所)在國內光電及DVD光學讀取頭技術之主導地位。

DVD光學讀取頭之高難度

4.7 GB DVD-RAM/RW 光學讀寫頭

DVD光碟機的發展程序是由DVD Player-->DVD-ROM-->DVD Recorderable-->DVD Rewritable逐漸邁向可擦式光碟機演進，其中主要的差異是光學系統的複雜化及機構組裝的精密程度，特別是在寫入或擦拭碟片上資料時，對光學頭高功率的光學輸出與光學品質要求是遠高於一般僅讀式(ROM type)的光學頭。DVD-RAM/RW光碟片是用來作為可重複讀寫的高密度儲存媒體，其應用範圍相當廣泛，舉凡家電影音視聽、電腦周邊、可攜式數位錄影機等，因此DVD-RAM/RW將會是繼DVD-ROM後下一代熱門的資訊儲存媒體。DVD-RAM、DVD-RW與DVD-ROM的碟片規格如(表一)所示。

《表一　DVD-ROM,DVD-RAM,DVD-RW及CD-R/RW之碟片規格》

由於DVD-RAM/RW光碟片是用來作為可重複讀寫的儲存媒體，其中DVD-RAM碟片資料點記錄於Land和Groove上(圖三)，和DVD-ROM光碟片的結構大不相同，另外DVD-RW碟片資料點記錄於Groove上(圖四)，是和DVD-ROM光碟片的結構相同。所以DVD-RAM/RW光學讀寫頭若要能夠“讀取”DVD-ROM的光碟片且能“讀寫”DVD-RAM/RW光碟片及CD-ROM/CD-RW光碟片，就必須針對這兩種不同結構的光碟片，產生相對應的循軌訊號，亦即在一個光學頭內能夠產生DPD及Push-Pull(PP)的循軌訊號；此外，由於用在DVD-ROM的聚焦訊號是採用像散法產生，如果將像散法的聚焦訊號用在DVD-RAM/RW光碟片上將會對Push-Pull循軌訊號產生相互干擾。

《圖三　DVD-RAM光碟標準格式》

《圖四　DVD-RW光碟片標準格式》

工研院光電所憑著多年在光學頭豐富的研發經驗，設計一多功能的4.7GB DVD-RAM/RW光學讀寫頭，除了能夠產生DPD及Push-Pull(PP)的循軌訊號，並解決聚焦訊號與循軌訊號相互干擾的問題，更能夠讀寫DVD-RAM/RW、DVD-ROM、CD-ROM及CD-R/RW等光碟片；這個設計必須設計出高能量效率滿足寫入及擦去，光束打到光碟之能量需有15 mw，其準直鏡設計之焦距要短，同時需要加上Beam Shaper做光束整型；另外，4.7G DVD-RAW光學頭要相容於CD/CD-ROM/CD-R及CD-RW，故其光學系統必須有DVD、CD兩道光路，增加很多困難度。

在DVD-RAM/RW及DVD-ROM的光路中採取傳統光路設計，但在回光的光路中產生聚焦及循軌訊號的方法，則利用一特殊設計的全像光學元件配合一特殊的光偵測器；此特殊設計的全像光學元件分成內外兩個區域，如(圖五)所示，當回光通過此全像光學元件時，被繞射成內外兩區的光束，分別用來產生聚焦與循軌訊號；此設計不但可以產生DPD及PP循軌訊號，由於聚焦與循軌訊號彼此相互分離，更可以避免聚焦訊號和循軌訊號互相干擾。由此全像光學元件模擬之聚焦訊號，採用的是刀緣法的聚焦訊號。

《圖五　內外兩區的全像光學元件及模擬之S-curve》

除了DVD的光路外，另外有一CD的光路，此CD光路是採用CD-R/RW的全像雷射模組，可降低光路的複雜度；工研院光電所研發的4.7GB DVD-RAM/RW光學讀寫頭，不但相容於CD與DVD光碟片，更可以用來讀寫DVD-RAM/RW及CD-R/RW的光碟片，研發的腳步已與世界大廠接近，甚至有些設計更優於相類似的產品。在工研院光電所可重複讀寫的4.7 GB DVD-RAM光學讀寫頭(圖六)及4.7 GB DVD-RW光學讀寫頭(圖七)，可以規納出以下之技術重點：

《圖六　4.7 GB DVD-RAM光學讀寫頭及規格》

《圖七　4.7 GB DVD-RW光學讀寫頭及規格》

1.具有2個光路2個雷射光源：DVD/CD系列光路

2.採用旋轉式致動器

3.採用單焦物鏡配合雙波長濾光片設計

4.採用短焦透鏡及光束整形器提高光效率達30%

5.利用全像元件(HOE)產生特殊之聚焦循軌方法適合讀寫各型碟片

6.光學系統很複雜及機構組裝的精密程度非常高

7.相容CD/CD-ROM、CD-R、CD-RW、DVD-ROM、及DVD-RAM/RW等光碟片

結語

可重覆讀寫的DVD光學讀寫頭是DVD光碟機中困難度最高的關鍵零組件，工研院光電所成功開發出4.7GB DVD-RAM/DVD-RW光學頭兩型，不僅突破高技術指標，也為國內DVD-RAM/DVD-RW光碟機建立了關鍵零組件技術，在該領域的研發方面，已居於世界領先的幾個研發單位之一。另外，一般功能的DVD光學頭，這幾年來工研院光電所已先後發展出六種DVD-ROM光學頭，分別技轉台灣廠商，其中鴻景科技及嘉詳光電已於1999年底量產並於今年2000年大量生產，將有200-300萬個，使台灣在光碟機產業擺脫無頭工業的困境。

因台灣已具備非常強的DVD光碟機系統整合技術，則以後光碟機產業必定有很好的表現，台灣的光碟機佔有率必將持續提升。總而言之，光電所的DVD光學讀寫頭技術，不但推動我國光碟機產業發展，邁向新紀元，提升產值，也建立了光碟機關鍵零組件DVD光學讀寫頭的自主生產，使整個光碟機產業將繼續大幅成長，成為世界生產DVD光碟機的重鎮。(本文作者現任職工研院光電所)