DVD光學頭主要包括對物透鏡驅(qū)動系ACT(ACTUATOR)和光學系,對物透鏡驅(qū)動系有兩個功能,一個是把從半導體激光器發(fā)出的激光聚焦在光盤的信息面上,(即聚焦focusing),另一個是使光束在軌道上并追隨軌道(即尋軌tracking),因為聚焦是對于光盤的面振動,以1μm以下的誤差來追隨,設計聚焦伺服驅(qū)動線圈時,必須使驅(qū)動線圈的加速度超過光盤面振動的加速度.尋軌驅(qū)動線圈是以0.1μm以下的誤差對軌道進行追隨,設計中特別要注意的是防止對高頻的機械共振.
設計一般是以光盤的國際標準為目標值,要考慮到光盤的面振動,光學頭的裝配誤差,光學頭的移動誤差,主軸電機的軸振動,光盤的放置誤差等諸多因素.具體的結(jié)構(gòu),主要有軸轉(zhuǎn)動型,彈性線材支持型等.ACT的基本特性可以看成有彈簧的進退結(jié)構(gòu),驅(qū)動是由線圈和電磁回路構(gòu)成.具體設計時,有PMESH、PMAG等計算機輔助設計軟件.
以下主要介紹DVD光學頭的光學系的設計.

成像光學系
成像光學系的設計，無非是滿足聚集后的光斑點足夠小，以便能準確讀出光盤上信息.光斑的直徑 ω=k×（λ/NA）,系數(shù)k與對物透鏡入射光強分布有關,光強分布越接近均一分布,k值越小.在相同數(shù)值孔徑NA的條件下，若想得到最小聚集光斑，
a. 入射光波面收差小.
b. 入射光強分布均一。
對于a，應力求使每個光學部品有最小的像差，對于b，因為從LD發(fā)出激光為發(fā)散光，經(jīng)準直后，光強分布為高斯分布。如果只利用中心部的激光，可以較接近均一分布，但是對LD光能量的利用率低下，可能得不到到達盤面所要求的能量，因此要折中考慮這相矛盾的兩個要求，定出橫向?qū)ξ锿哥R利用光強分布百分比Rx（Rim intensity X），縱向利用光強分布百分比Ry（Rim intensity Y），這兩個條件是設計光學系的依據(jù)。

激光二極管LD（Laser Diode）
LD是光學頭中的發(fā)光器件，它發(fā)出光的特性決定了光頭的結(jié)構(gòu)、特性。
a.基本特性
只讀型DVD光頭用LD一般 ＝635nm或650nm，它的激光共振閾值電流一般為40mA左右，工作電流（即LD出射激光能量約3mW時，為50mA左右，各制造商極力減少其工作電流，以使其工作在較低溫度下，因為溫度變化（升高）會使其發(fā)出激光波長發(fā)生漂移，在設計光頭時應盡量使其得到良好散熱。
b.偏光性
LD發(fā)生的激光，多為不完全的線性偏光,在設計PBS時要考慮線性偏光的方向性.
c.放射角及非點間隔
從LD半導體激光共振腔中發(fā)出的發(fā)散激光，從水平和垂直方向來看，并不是從同一點發(fā)出，水平發(fā)射點和垂直發(fā)射點之間的距離，稱為非點間隔，它使從LD發(fā)出的激光波面產(chǎn)生非點象差。
由于從LD放出激光為發(fā)散光，并且水平與垂直方向發(fā)散角不同分別為θ⊥和θ∥，整形透鏡和準直透鏡設計要以θ⊥和θ∥為依據(jù)。
d.發(fā)振方式和高頻疊加及RIN
相對噪音強度RIN是評價LD的一個重要指標，
RIN=(△P/P)2/△f(單位Hz-1)
其中△P是LD射出光的交流成分，P是直流成分，△f是測量的頻帶寬度。
多模方式的LD一般RIN較低，但抗反射光干擾能力強，驅(qū)動電流不需疊加高頻，對于單模方式發(fā)光LD，反射光對光信號影響很強，必須對驅(qū)動電流疊加高頻，一般約在500──700MHZ范圍內(nèi)。
e.內(nèi)藏光電二極管PD（photo diode）
LD內(nèi)部為了使出射光能量保持一定，一般內(nèi)藏光電二極管PD，做APC（auto power control）用。

準直透鏡
準直透鏡是把LD發(fā)出的發(fā)散光轉(zhuǎn)換成平行光,它由以下3個條件決定它的焦距f：
a. 對物透鏡縱向的光強分布Ry。
b. 對物透鏡直徑φ。
c. LD的垂直放射角θ⊥
由高斯光強分布公式:

可以計算出準直透鏡的焦距f。再由
a.準直透鏡的焦距f。
b.對物透鏡要求的光束直徑.
c.公式 光束直徑＝（對物透鏡直徑）＋（光盤偏心量）＋〔裕量〕
2f·NA=光束直徑
可以求出準直透鏡的數(shù)值孔徑NA.
3.1.3整形棱鏡
由于DVD使用的激光波長短，所以對光波面象差要求嚴，所以盡量使用LD發(fā)光的中間部分，即波面收差較小的部分，同時還要考慮光能的利用效率。這樣就與一般的CD用光頭不同。需要整形棱鏡，它的作用是把橢圓形的平形光，變換成正圓形的平行光（如圖），

根據(jù)以下4個條件，可以求出整形棱鏡的整形倍率m及頂角:
a.對物透鏡要求的橫向光強分布Rx.
b.對物透鏡的直徑φ。
c. LD縱向放射角θ∥。
d. 準直透鏡的焦距f。

偏光分光棱鏡PBS
偏光分光棱鏡的作用。是把從LD的出射光和從光盤的反射光分離，一是以便使反射光不回到LD的激光的共振腔，使出射激光不產(chǎn)生噪音，二是使反射回來的帶有信息的反射激光束可以有最小的損失，首先使Q面濾掉入射光A的P線性偏光以外的成份，使之成為純粹的P線性偏光，此外還必須使Q面對P線性偏光全透過，S線性偏光全反射。

對物透鏡
對物透鏡的設計，必需依賴于光盤的厚度，如果光盤的厚度與設計值不符，將會產(chǎn)生球面像差，使聚集特性變壞，這也就是為什么用于光盤厚0.6mm的DVD用對物透鏡讀不出光盤厚1.2mm的CD光盤信號的理由。
由DVDbook規(guī)定NA＝0.6，半徑一般R＝2mm
fobj=2R/2NA=3.33(mm)
一般只讀型用功率較小，使用注塑非球面光學樹脂即可，而記錄型用功率較大，一般用多組光學玻璃透鏡組合而成，對成像系的各部品的像差一定要嚴格控制.

伺服系
聚焦伺服（Forcs Svero）
FES聚焦伺服誤差信號（Forcs Error Single）的取得，有多種方式，例如非點象差法、刀刃法、雙刀刃法等，這里只采用光學系比較簡單,應用較廣的非點象差法。
自動焦距AF（auto force）光學系配置如圖:

凸透鏡
凸透鏡焦點和圓柱面透鏡的焦點之間的距離稱為焦點間隔D，光盤上的檢出范圍是△dsk，檢出范圍越大，敏感度越低，但伺服越不易脫軌，反之檢出范圍越小，敏感度越高，但伺服易脫軌，D和△dsk是在設計焦點伺服誤差檢出系之前要確定的兩個值，是設計的依據(jù).
β是凸透鏡焦點和圓柱面透鏡兩透鏡之間的橫倍率，有如下公式：
2β2＝D/△dsk
FAF=βfobj
這樣就可以求出凸透鏡的焦距FAF。
3.2.1.2.圓柱型透鏡

對于入射光A，m方向的光在S方向的光距離D之前相交于光軸，這樣可以求出圓柱透鏡的j（power）.
其中凸透鏡的屈光率為n1，厚為d1，圓柱透鏡屈光率為n2厚為d3兩透鏡距離為e2， j為透鏡之Power，入為波長，其它如上圖所示，由以下公式可以求出圓柱透鏡的曲率半徑:
j=1/F
e=nd
an=an-1＋h n-1j n-1
hn= h n-1－en-1an
3. 2.2.光電二極管PD（Photo Diodo）的位置及PD形狀設計。
PD附近的光路圖及PD的位置如下圖(a為入射光高,F1是AF系凸透鏡的焦距,F2是圓柱面透鏡焦距,x是PD的位置):