原创 蓝光DVD靠得住吗？

    作者：安徽财经大学 车志新 陈忠民 原载：《微型计算机》2006年第10期

　2006年，酝酿了数年的蓝光DVD终于要批量上市了。作为一个新生代产品，它能否很好地生存与发展，质量和价格这两个因素起着决定性作用。蓝光光驱和碟片新上市时，其价格会通常都比较高，这是毋庸置疑的。此外，其可靠性方面如果不能让消费者放心，将会对蓝光DVD的前期推广工作产生非常不利的影响。

　　事实情况究竟如何呢？在形势尚不明朗的情况下我们无法给出准确的答案，有些问题一时也还难以发现，但我们却可以从纯技术角度来分析。

一、 哪些方面最让人放心不下？

　　蓝光光盘的外形尺寸与CD和DVD完全相同，它们之间的差别仅在于细微之处，差别在肉眼难以分辨的地方（见表1）。

表1  几种光盘与光源的相关参数

　凡事都有利和弊，蓝光技术虽然提高了存储密度，但也带来了许多麻烦。就拿两大蓝光阵营中的Blu-ray Disc（以下简称BD）来说吧，虽然它比同属于蓝光技术的HD DVD容量要大，但它所面临的问题也更多。

● 坑槽尺寸更小 防污能力弱

　　只读光盘是用坑槽来表示信息的，光盘的容量越大，坑槽的尺寸越小。从DVD到BD，光盘的容量从4.7GB提高到25GB。容量扩大了5倍多，坑槽尺寸也明显地缩小了（图1）。

　坑槽尺寸的缩小对光盘可读性带来了明显的影响：灰尘、指纹和划痕对BD的影响将会更大。换句话说，同样一个灰尘颗粒，未能对DVD读盘过程施加有效影响，却能“一叶障目”，使BD读不出数据。东芝公司给出的实验数据显示，HD DVD的抗尘性与DVD相当，而BD在灰尘噪音方面要比DVD高出10至20分贝（如图2）。

● 保护层变薄  盘片更易受损

　　在光学系统中，镜头的NA值（Numerical Aperture，数值孔径或开口数）代表了物镜聚集激光的能力，由于激光在光盘上的照射光斑（形成记录点）直径 =αλ/NA（α是个常数，通常取1.22），即与激光波长 λ 成正比，与物镜的NA 值成反比。尽管高NA 值的光学镜片制造难度较大（BD光头中用两只棱镜才实现了0.85的NA值），但它却有助于缩小信息点宽度，提高存储密度（如图3）。

　物镜的数字孔径NA的大小还与光盘的透明覆盖层（或称“读出层”）厚度有关系：NA值越大，要求光盘的覆盖层越薄。因此，BD光盘将读出层厚度最大限度地压缩到了0.1mm（图4）。

　波长缩短会使光轴与光盘之间的倾角容差缩小，因为倾角容差与覆盖层的厚度成反比。但读出层厚度变薄，又使倾角容差的损失获得了补偿。BD的最大允许倾角误差达1.3°，比DVD还要大，这不仅放宽对光盘平坦度的要求，还能减少光线的散射，降低了回光噪音，为提高记录密度提供了可能。HD DVD虽然也使用405nm激光，但为了保持与DVD兼容，读出层厚度没有改变，所以容量上不敌BD。

　但是，由于覆盖层起到保护盘片的作用，覆盖层变薄会带来如下的问题：数据层与光盘外表面之间只留下一层如同窗户纸的保护膜，很不耐刮。读盘时，高速旋转的盘片难免会发生些许的跳动，一旦触及光头，就将造成光头与光盘两败俱伤的严重后果。

● 光头紧贴光盘  碰撞危险性增加

　数值孔径NA值与透镜的焦距关系密切，NA值越大，物距越小。BD光驱中物镜的焦距为0.3mm，与DVD的3.33mm相比大大地缩短了。区区0.3mm的距离无疑增加了光头与盘片之间“亲密接触”的机会，盘片的些许振动都将导致头盘相碰。

　把话说得远一点，有望在光盘技术方面带来新突破的近场光学记录（Near Field optical recording）技术，为了获得小于激光波长的光斑，光头与盘片之间的间隙（gap）必须小于波长（λ），才能使散射光波（evanescent wave）耦合到盘片上（图5）。

　大家知道，目前硬盘的头盘间隙也只能控制在80nm左右，而硬盘固定在主轴上不易发生颤动，盘腔内部有稳定的气流，而且在材质和平整度方面，光盘都不可与之相提并论。正因为如此，近场光学头的伺服控制和减震设计方面将成为高密度光存储的技术瓶颈。

二、制造商有什么保护措施？

　　有道是：屋漏偏逢连阴雨，行船又遇挡头风。可曾想，本来比较脆弱的蓝光光盘，偏偏又更容易被蓝光光驱的光头碰到，这蓝光技术着实让人替它捏一把汗啊。其实，作为消费者根本不用担心，在巨大的市场利益诱惑下，相关厂商一定会投入大量的人力和物力进行研发，最终一定会找到解决方案的。

● SONY的防尘盒

　大家知道，软盘有防尘的密封套，当我们把软盘塞入软驱中时，才由一个杠杆机构将滑块推开，让磁头紧贴在盘片上进行读写。而硬盘则采用所谓的“温彻斯特技术”，将头盘组建放在一个完全密封的空间中。相比之下，光盘一直以来都是全裸的状态，没有任何的防尘措施。

　在有效的方法被开发出来之前，蓝光阵营的领头羊SONY采用了加装防尘盒（图6）的办法，这种防尘盒采用一种蝶形的启闭装置（图7），比3.5"软盘的平推式启闭装置略有改进。早在1980年，SONY最先推出带有硬质塑料外壳的3.5"软盘，后来成为软盘的事实标准。了解了这一点，对SONY发明光盘防尘盒就不会感到意外了。

● 半开放结构 减少空气流动

　有一种在光驱上实现的防尘措施，就是在光驱内加装小型风扇，促使空气在光驱内部循环，并利用金属外壳将热量散发出去（图8）。这种半开放式的结构，改传统光驱的对流散热为传导散热，其防尘效果肯定会有所改善，但我们不免要为它的散热效果而祈祷。

　事实上，吸入式光驱也具有一定的防尘作用。位于吸入式光驱入口处的上下两排防尘刷会在盘片进入时拂去灰尘及各种异物，待盘片进入后还会自动挡住碟仓仓口，防止盘片在高速运转时所形成的气流将灰尘带入，从而保持激光头等精密零件的清洁。

● TDK硬质涂层

　普通光盘盘基材料为聚炭酸脂，由于硬度不高，稍不留神光盘就会伤痕斑斑。当光驱的激光束读到损伤处时，激光必然发生不规则的折射和反射现象。这样由于色差问题，光头就不能正确聚焦，甚至有些光驱由于反射光束强度太低，它的光敏探头无法正确辨认信号，结果导致整张光盘读不出来。

　上述问题过去一直存在，如果不采取有效措施，必将成为蓝光存储技术的致命杀手。为此，作为专业记录媒体生产商的东京化学株式会社（TDK），利用它多年来在记录材料上的优势，率先开发出一种名为DURABIS的透明而坚硬的聚合物材料。有了这层轻质铠甲的保护，蓝光盘甚至可以扔掉厚重的包装盒了。

　DURABIS是DURABILITY（耐久性）与SHIELD（盾/保护物）的合成词。TDK根据各种产品的特性来开发DURABIS技术，用在DVD上的称为DURABIS 1，用在蓝盘上的则称为DURABIS 2（图9）。DURABIS 2在光盘片覆上两个保护层，一层用来防刮伤，另一层则防尘垢和油渍（尤其是指纹）。DURABIS涂层已于2002年起用于TDK的DVD产品，目前已用于TDK的蓝盘光盘上。

　在测试中使用了TDK涂层的DVD光盘经受住了螺丝刀的考验（图10），虽然光盘上能见到明显的划痕，却并不影响正常播放，可见并为伤及光盘的筋骨。

● 减震与防撞措施

　TDK的光盘保护涂层在一定程度上减轻了人们对蓝光产品脆弱性的恐惧，但问题并没有得到彻底解决：一旦物镜与盘片相碰，谁来保护光头？总不能因为用了耐划伤的光盘，就可以听之任之吧。

　为了提高读盘能力、克服划盘现象，在蓝光技术出现之前，各厂商就已经不断地改进机械系统的设计，达到提高驱动器运行的平稳性、杜绝划盘、打盘、炸盘等现象的目的。例如，一些高性能的光驱通过在主轴电机中使用液态轴承来减少盘片的偏摆幅度，许多光驱中还采用了诸如ABS（Auto Balance System，自动平衡系统）、DDSS（Double Dynamic Suspension System，双动态抗震悬吊系统）以及ADAAS（Auto-Detect, Analyses, Adapt System，自动检测、分析及适应系统）等减震设计。近几年来，一些厂商还在光头边上设置了防碰板，把光头藏在防碰板平台下方（图11）。

● 高精度间隙伺服器

　上述措施在一定程度上解决了光驱头盘相碰的机会，对蓝光驱动器的设计也具有一定的参考作用。但是，蓝光系统头盘间隙更小，上述措施恐怕还是力不从心。那么，能否找到一种根除光头打盘、划盘隐患的办法呢？

　为了解决蓝光设备对光学头近距离精密控制的问题，SONY与PHILIPS两大公司不约而同地设法从电子控制方面来寻求解决方案，机械性能的改进只是作为一种辅助的手段，这条技术路线无疑是正确的。2002年SONY发布间隙伺服器（Gap Servo）技术，标志着该项研究取得了实质性进展。2005年07月，PHILIPS研究中心向外界透露：“我们的研究人员（在蓝光驱动器伺服系统的研究中）取得了重大进展。实际上，该技术目前十分稳定。”

　关于间隙伺服器，除了两家公司发布的产品消息外，你在网上很难再找到更多资料了，于是，被蒙上了神秘色彩。那么，间隙伺服器究竟是何物呢？下面我们结合图12予以简要介绍。在激光头聚焦系统中，间隙检测和物镜致动是两个关键技术，传统的光头聚焦系统通常采用象散法获取间隙误差信号，然后用音圈电机调节焦距。

小　所谓象散法，就是利用半圆透镜的象散性，将四个完全相同的光敏接收器分别置于椭圆的长轴和短轴上，立体上呈正交排列，组成所谓的“四分光敏接收器”。这种检测法的缺点是结构简单，但精度较低。SONY的间隙伺服器抛弃了这种技术路线，转而采用由线偏极光与圆偏极光两个信号生成间隙误差信号的方式来侦测间隙大小，提高了测量精度，满足了蓝光驱动器微距聚焦的要求（激光的电场一般沿一定方向振动，通常把这种电场沿一定方向振动的光称为偏极光）。不仅如此，SONY还在间隙伺服系统中还加入了过冲控制措施等，极大地提高了可靠性。

知识：硬盘、光驱中的音圈电机

　　音圈电机（voice Coil motor，VCM）这个名词相信大家并不陌生，它很久以前就用于硬盘的磁头定位机构。不过，硬盘里面使用的是旋转电机，带动磁头在与盘片水平的位置上做弧线运动，而光驱里使用的是直线电机，永久磁铁固定在光头支架上，而物镜被固定在物镜上，当有电流流过线圈时，线圈带动物镜做直线运动，物镜上下移动进行聚焦的工作就是这么实现的。

三、是骡子是马，拉出来遛遛

　对蓝光技术的担心是不是多余的呢？俗话说：是骡子是马，拉出来遛遛。尽管商家竭力鼓吹蓝光技术的先进性，也有了这样和那样的保护措施，但无论是机械措施也好，电子手段也罢，最终实用的效果如何，都还得经受用户的考验。间隙伺服器等一些新技术虽然已经在实验室里取得了初步成功，但要真正进入商品化生产还须等待数月甚至数年的时间。