對光存儲系統中相對雷射強度的校準的製作方法
2023-07-04 04:13:36 1
專利名稱：對光存儲系統中相對雷射強度的校準的製作方法
技術領域：
本發明涉及對光存儲系統中的相對雷射強度的校準，尤其是用於校準二維光存儲系統中讀出光點的相對強度的方法和設備。
背景技術：
光存儲系統提供了在光記錄載體(如光碟)上存儲大量數據的裝置。數字光記錄系統中的存儲容量已經從CD中的每張盤600MB提高到了DVD中的每張盤4.7GB，並且極有可能在未來基於藍光二極體的系統中達到約25GB。通過將雷射束聚焦在光碟的數據層上並隨後檢測反射回的光束，來訪問光記錄載體上存儲的數據。在一種已知系統中，數據被作為光碟中的標記(如凹點)永久性地嵌入，並且隨著雷射束通過標記時反射率的變化而被檢測到。
光碟(如壓縮盤CD)已知是一種信息記錄介質。依照CD的標準記錄格式，CD的記錄區域包括導入區、程序區和導出區。這些區域被沿著從光碟的內環到外環的方向按順序排列。索引信息(稱作內容表TOC)被記錄在導入區中。TOC包括管理信息作為用於管理程序區中記錄的信息的子代碼。例如，如果程序區中記錄的主信息是涉及音樂曲調的信息，管理信息可包括該曲調的播放時間。涉及相應音樂曲調的光軌編號的信息也可被記錄在程序區中。指示程序區結束的導出代碼記錄在導出區中。在有些模式下，每個光軌可以有2秒和150幀的前導間隙，並且在這個前導間隙中沒有相關的用戶數據。
為了讀出或記錄數據，必須將光點定位在光軌上。參考附圖中的圖1，在現有的光學系統中，數據被轉換成串行數據流，該串行數據流被記錄在單個光軌100上，在相鄰光軌間有足夠的間隔以避免光軌間的幹擾。提供了單個的讀出光點102，信號被沿著光軌取樣。
但是，光軌100間的間隔限制了可達到的存儲容量，而一維光存儲系統中數據的串行本質限制了可達到的數據吞吐量。因而，已經開發出了二維光學存儲(TwoDOS)的概念，這個概念基於創新的二維信道編碼和先進的信號處理以及由實現並行讀出的多光點光路徑構成的讀出信道。TwoDOS對12cm的光碟有望達到50GB的容量，以及至少300Mb/s的數據速率。
參考附圖中的圖2，通常TwoDOS光碟的格式基於寬螺線，在這種格式中信息被以二維特徵格式記錄。用多光點實現了並行讀出。這些可以由例如通過光柵並且產生雷射點202的陣列的單個雷射束生成。其它選擇有，例如，使用雷射陣列或纖維光學裝置。信息被以2D方式寫入，意味著不同的位行之間有相位關係。在圖2中，示出了一個蜂窩結構，這可以用易於二維檢測的二維信道代碼編碼。如圖所示，數據被包含在寬闊的元光軌中，元光軌由若干位行組成，其中寬闊的元光軌由保護帶204(即不包含任何數據的空隙)包圍。光點202陣列掃描寬螺線的整個寬度。來自各個雷射點的光被光碟上的二維結構反射，並且在光檢測器集成電路上被檢測到，光檢測器集成電路生成很多高頻波形。得到的信號波形集合被用作二維信號處理單元(如附圖中圖3所示)的輸入。
上述裝置的並行性大大提高了可達到的數據吞吐量並能夠連續放置各個數據光軌而不需要光軌間的空隙，將會認識到所有的編碼和信號處理操作都不僅需要考慮相鄰位間的時間交互(即符號間幹擾)，還要考慮它們的空間(跨-光軌)間隙。因此，整個記錄系統實際上變成了根本的二維。
儘管TwoDOS系統的多光點雷射源被設計用來提供預定(目標)分布的雷射強度，但由於製造公差、環境變化和部件老化等因素，距這個目標分布總是有一些偏差。對多檢測器元件敏感度和下述模擬電路(也將展示變化)也是如此。為了正確地針對光檢測器集成電路生成的高頻波形完成上述信號處理，必須確定讀出光點的相對強度，以便能夠為每個讀出信號賦予一個適當的權重因子，從而補償與目標強度分布的上述偏差。如上所述，設置這些相對強度是必需的，隨後從相鄰的讀出光點獲得源於相鄰位行的符號間幹擾並且所有波形的信號都被同時用在信號處理中。
發明內容
因此，本發明的一個目標是提供在多維光存儲系統中校準多個光學讀出光點的相對強度的方法和設備。本發明的另一目標是提供利用這種方法或設備的光存儲系統、光記錄載體(包括了能夠校準多個光學讀出光點的相對強度的設置)以及製造這種光記錄載體的方法。
依照本發明，提供了用在校準多維光存儲系統中多個相應光學讀出光點的相對強度的方法中的光記錄載體，該光記錄載體在它的非用戶數據區中包括一個或多個鏡面區域。
本發明擴展到製造這種光記錄載體的方法，該方法包括在這種光記錄載體中的非用戶數據區提供一個或多個鏡面區域，以用在校準多維光存儲系統中多個相應光學讀出光點的相對強度的方法中。
依照本發明，還提供了校準多維光存儲系統中多個相應光學讀出光點的相對強度的方法，該方法包括照射上面定義的光記錄載體並關於所述光記錄載體的非用戶數據區中提供的一個或多個鏡面區域進行一個或多個反射率測量。
本發明還擴展到利用上面定義的方法的光學驅動器，它包括照射上面定義的光記錄載體的裝置、關於所述光記錄載體的非用戶數據區中提供的一個或多個鏡面區域進行一個或多個反射率測量的裝置以及相應地校準多個相應的光學讀出光點的相對強度的裝置。
校準光學讀出光點的相對強度的目標是將信號規格化到反射級別。在一個優選實施例中，當光點通過鏡面區域時，就用各個光點的光檢測器段測量強度。這個值隨後由模-數轉換器(ADC)轉換成數字值。這些得到的反射值隨後被用來分別為每一行進行數據信號的規格化，記住各個光點是獨立的這個假設。應該將不同位行的信號規格化以使它們能夠被以正確的權重用在如上所述的信號處理算法中。
在一種示範實施例中，可以在光記錄載體的導入區中提供這些鏡面區域。或者，分布在光記錄載體表面的多個岸(land)簇區域可以位於校準光軌中，即分隔光記錄載體的連續用戶數據區的空位行(或保護帶)中。不管怎樣，基本上都在相對於光記錄載體表面的零-水平有利地提供鏡面區域。
在一種具體的示範實施例中，光記錄載體的導入區可以包括多個帶，所述帶中至少有一個包含校準模式，所述帶中至少另有一個包括鏡面區域。或者，所述帶可以與鏡面區域相間。因而，在一種實施例中，導入區可以包括多個包含校準模式的帶，這些帶與多個鏡面區域相間。
在另一示範實施例中，用戶數據被分區記錄在光學記錄載體上，在連續的用戶數據區之間是不包含任何用戶數據的保護帶，在所述保護帶中的一個或多個中可以提供一個或多個鏡面區域。這些鏡面區域可以包括岸部分的簇。
參考這裡所說明的實施例將會明了本發明的這些和其它方面。
現在將通過實例並參考
本發明的實施例，附圖中圖1是一維光存儲裝置中數據存儲的示意圖；圖2是二維光存儲裝置中數據存儲的示意圖；圖3是適合用在二維光存儲裝置中的信號處理單元的示意結構圖；圖4是說明數據存儲系統典型的編碼和信號處理部件的示意結構圖；圖5是在二維光存儲系統中記錄數據的方式的示意圖；圖6a是二維編碼的光記錄載體中的六邊形結構和對應的示意圖；圖6b是說明二維編碼的光記錄載體中7-位六邊形簇上的波前的兩種類型的雙線性幹擾的示意圖；圖7和圖8是分別說明光記錄載體的用戶數據和非用戶數據區域的布局的示意剖面圖和平面圖；圖9是依照本發明的第一示範實施例的光記錄載體的導入區的示意圖；圖10是依照本發明的第二示範實施例的光記錄載體的導入區的示意圖；和圖11是依照本發明的第三示範實施例的光記錄載體的導入區的示意圖。
具體實施例方式
因而，正在開發二維光存儲的新概念，在這種概念中光碟上的信息基本上具有二維特徵。目標是實現第三代光存儲(波長λ＝405nm，NA＝0.85的藍光光碟(BD))數據密度增長2倍，數據速率增長10倍(針對相同物理參數的光讀出系統)。
圖4顯示了數據存儲系統典型的編碼和信號處理元件。從輸入DI到輸出DO的用戶數據的循環可以包括交錯10、糾錯碼(ECC)和調製編碼20、30、信號預處理40、記錄介質上的數據存儲50、信號提取和後處理60、二進位檢測70和對交錯的ECC的解碼80、90。ECC編碼器20向數據添加冗餘信息以保護其不受各種噪聲源的幹擾。ECC編碼的數據隨後被傳遞到調製編碼器30，調製編碼器30使數據適合信道，即它將數據改造成不容易受信道錯誤破壞，並且更易於在信道輸出上檢測到的格式。調製後的數據(即信道位)隨後被輸入寫設備或控制設備，如空間光束調製器或空間電子束調製器或類似設備，並且被存儲在記錄介質50上，如光碟或卡。在接收端，包括分區的光檢測器或檢測器陣列(檢測器陣列可以像電荷耦合器件CCD中一樣為一維或二維)的讀取設備或提取單元，將接收到的從記錄介質50反射回的照射模式轉換成偽-模擬數據值，該偽-模擬數據值必須被轉換回數字數據(通常，對二進位調製來說每個像素一位，但對多級或M-級調製來說每個像素log2(M)位)。因而，這個讀取過程的第一步是檢測和後處理步驟60，它包括試圖消除在記錄過程中產生的失真的平衡步驟。可以在偽-模擬域中完成平衡步驟。隨後該偽-模擬值的陣列被通過檢測器70轉換成二進位數字數據的陣列。該數字數據陣列首先被傳遞到調製解碼器80(它執行與調製編碼相反的操作)，然後又被傳遞到ECC解碼器。
如上所述，在這個二維光存儲的新概念中，位被按照寬螺線組織。這種螺線由在徑向上以固定相位關係相互堆積的多個位行組成，因而這些位被排列在二維點陣上。選擇位的緊密充塞六邊形排列的原因是因為與方點陣相比聚集率高出15％。
如附圖的圖5所示，寬螺線的連續旋轉由保護帶分隔，保護帶由一個空位行構成。為並行讀出實現了多光點光路徑，其中每個光點都有BD特徵。如上所述，以二維方式，也就是在寬螺線中的所有位行上共同執行具有平衡、時序恢復和位檢測的信號處理。
像素間或符號間幹擾(ISI)是一個特定像素上的信號波形被鄰近像素的數據汙染的現象。物理上，這是由於(光)信道的頻帶限制引起的，發起於光衍射或光提取系統中隨時間變化的異常，如碟片傾斜和雷射束散焦。
此外，二維光存儲特有的特性是一個位到它最近的相鄰位的距離在所有方向(切向和徑向)上都相等。因此，當假定凹點位的凹點標記覆蓋整個六邊形位單元時會產生稱為「信號摺疊」的問題。對於由多個相鄰凹點位構成的大的連續的凹點區域，則根本沒有衍射。因此，大的凹點區域和大的非凹點(或「岸」)區域將展現相同的讀出信號，因為它們都起到了完美的反射鏡的作用。換句話說，來自大的岸部分(即相對於光記錄載體表面位於零-水平的反射鏡部分)的反射信號和來自大的凹點部分(即零-水平之下的反射鏡部分，如零-水平下約等於λ/4的位置，λ表示用於讀取的光的波長，適用於光碟基質層所使用材料的折射率n)的反射信號完全相同。因此，信道變得高度非線性，並且已經開發了標量衍射的非線性信號處理模型，在這種模型中計算所有可能的六邊形簇的信號級別(見M.J.Coene的Nonlinear Signal-Processing Model for Scalar Diffraction in Optical Recording，10 November 2003，Vol.42，No.32，APPLIED OPTICS)I=1-icibi-2ijdi,jbibj]]>其中bi是表示位置I上是否存在凹點的位值(0或1)，ci是線性係數，dij是表示光碟上的位模式的信號響應的非線性係數。
將會理解對信號的規格化，即確定等於1的信號級別，是不包括凹點標記的反射鏡區域/簇的信號級別(下文中將進行更詳細地解釋)。
上述信號處理模式產生了線性和雙線性項。在雙線性項中，有每個位凹點(足夠接近該位所在照亮光點區域的中心)的自幹擾項以及各個位對的交叉幹擾(兩個凹點位都在照亮光點區域內)。因而，參考附圖的圖6a，提供了六邊形結構和相應位的示意圖示。對於信號重構，接近中心位的位非常重要。在示意圖中，示出了最近的相鄰位。中心位標記為b0，周圍的位標記為b1到b6。藉助上述等式，可以重新構造出光碟上的電場。參考附圖中的圖6b，示出了7-位六邊形簇上的波前的兩種類型的雙線性幹擾自幹擾s0，0、s1，1和交叉幹擾x0，1和x1，1。
如上所述，儘管TwoDOS系統的多光點雷射源被設計用來提供預定(目標)分布的雷射強度，但由於製造公差、環境變化和部件老化等原因，距這個目標分布總會有一些偏差。對多檢測器元件敏感度和下述模擬電路(也將顯示出變化)也是如此。為了正確地針對光檢測器集成電路生成的高頻波形完成上述信號處理，必須確定讀出光點的相對強度，以便能夠為每個讀出信號賦予一個適當的權重因子以補償與目標強度分布的上述偏差。設定這些相對強度是必需的，因為如上所述，從相鄰的讀出光點獲得的符號間幹擾被用在了信號處理中，並且，本發明的一個目標是提供一種校準多維光存儲系統中多個光學讀出光點的相對強度的方法。
如上所述，目標是校準光學讀出光點的相對強度，即將信號規格化到反射鏡級別。在一種優選實施例中，當光點通過反射鏡區域時，用各個光點的光檢測器段測量其強度。這個值隨後被模-數轉換器(ADC)轉換成數字值。這些產生的反射值隨後被分別用來對每一行的數位訊號進行規格化，記住各個點是獨立的這個假設。應該將不同位行的信號進行規格化，以便能夠以正確的權重將它們用在信號處理算法(如上面提到的那些)中。
依照標準記錄格式，光學記錄載體的記錄區域包括導入區、程序區和導出區，如附圖中的圖7和圖8所示。這些區域被沿著從光碟1的內環到外環的方向按順序排列。索引信息(稱作內容表TOC)被記錄在導入區中。TOC包括管理信息作為用於管理程序區中記錄的信息的子代碼。還提供了功率校準區域(PCA)來幫助實現最優功率控制(OPC)。至少在有些模式下，光碟上記錄的每個光軌可以有前導間隙4，也就是說2秒和150幀，並且在這個前導間隙中沒有相關的用戶數據。
依照本發明的一種示範實施例，通過在光學記錄載體(如光碟或卡)的導入區中提供一個或多個鏡面區域實現了上述目標。
參考附圖中的圖9，在本發明的第一示範實施例中，為光學記錄載體的導入區2提供了不包含任何數據的帶150，即反射表面。導入區2的剩餘部分可以被提供所有類型的校準模式152，這些對本領域中的技術人員將是顯而易見的。帶150的寬度應該對應於記錄載體所容許的離心率(即30微米)，這樣讀出光點在旋轉期間才能保持在鏡面區域150上(因為不會有任何有效的徑向跟蹤)。因此，鏡面區域150完全與校準模式152的其餘部分隔開。在光碟1的一次旋轉期間，光碟的反射率會變化。因此，重要的是使用光碟1的局部反射率確定檢測到的光點陣列的相對強度分布和(如果想要的話)在更大的光碟段上平均相對分布。
這個方法的優勢是相對直接，但有佔用光碟導入區中大量空間(約等於20個寬闊的元光軌)的缺點。
參考附圖的圖10，在另一示範實施例中，在光碟記錄載體1的導入區2中提供的校準模式152可以和鏡面區域150交錯。至少在一些時候讀出光點將落在鏡面區域152上，並且能夠確定關於相對強度的所需信息。這個實現在光碟面積上成本相對較低，但需要略精確的算法將從校準模式152獲得的數據與從鏡面區域150獲得的數據分開。
參考附圖中的圖11，在本發明的又一示範實施例中，在光學記錄載體的校準光軌或前隙4中提供了多個岸簇區域(即，零-水平的鏡面區域)。因而，在這種情況下，每個簇應該包括中心位(至少第一個殼為空、可能還有更多殼為空)和是岸區域(即無凹洞)的周圍的位。當讀出光點在一個全岸簇上時，收集信號值並且從這些信號值得到相對強度。
這個方法比其它兩個示範實施例成本更低，但測量更分散在光碟表面上，因此它們對光碟變化更敏感。
在所有情況下，可以由物鏡將讀出光點陣列成像到光碟表面，這些點隨後被映射到分區的光檢測器，光檢測器測量各個點的中心孔徑(CA)信號。為了校準各個光點的強度，建議在光碟的非用戶區域(如導入區或前隙(校準位行))提供一個或多個鏡面區域。使用由來自這些鏡面區域的反射獲得的信號模式是有益的，因為其沒有受媒體噪聲的影響，也沒有因為可能的凹點大小或模式變化而受影響。此外，本發明提供了自動校準到最大信號強度的能力，並且從自鏡面區域接收到的信號獲得的級別還可用來調整檢測器放大器的增益或雷射器功率，以便實現對A/D轉換器的動態範圍的最優使用，並阻止模擬檢測電路中的非線性。
簡單地使用反射(岸)簇或用於校準目的相同的簇的統計具體值不是可接受的替代方案，因為存在例如由金屬層厚度變化引起的偏差，該變化要求將校準測量限制在很小的局部區域。
總之，在傳統的一維光學存儲系統中，數據被以線性方式排列，格式由單個光點讀出。二維編碼的光碟則不同，因為數據被以二維方式(位在位點陣上)排列並且數據由多個光點讀出。由於上述原因，重要的是知道讀出光點的相對強度，本發明提供了一種校準相對強度的方法，其通過在光學記錄載體的非用戶數據區域設置一個或多個鏡面區域，用從那裡反射回的信號確定相對強度，並能夠對相對強度進行所需精確校準。
應該注意，上述實施例是說明而非限制本發明，本領域的技術人員將能夠在不偏離所附權利要求定義的本發明的範圍的前提下設計很多替代實施例。在權利要求中，放在括號中的任何引用符號都不應被看作是限制權利要求。術語「包括」和「包含」以及類似的用語不排除在任何權利要求中或說明書中作為一個整體而列出的那些元件和步驟以外的元件或步驟的存在。對元件的單數引用不排除這種元件的複數引用，反之亦然。可以通過包括若干獨立元件的硬體或通過適當編程的計算機實現本發明。在列舉了若干裝置的設備權利要求中，這些裝置中的若干裝置可以用一個硬體項或相同的多個硬體項來實現。在相互不同的從屬權利要求中列舉特定措施的事實，並不意味著不能用這些措施的組合來獲益。
權利要求
1.一種光學記錄載體(1)，用在校準多維光存儲系統中多個相應讀出光點(202)的相對強度的方法中，該光學記錄載體(1)在其非用戶-數據區域(204，2)中包括一個或多個鏡面區域(15)。
2.依照權利要求1的光學記錄載體(1)，其中所述一個或多個鏡面區域(15)位於該光學載體(1)的導入區(2)中。
3.依照權利要求1的光學記錄載體(1)，其中分布在該光學記錄載體(1)表面上的多個岸簇區域(150)位於分離該光學記錄載體(1)的連續的用戶數據區域的校準光軌(204)中。
4.依照權利要求1到3中任意一項權利要求的光學記錄載體(1)，其中所述一個或多個鏡面區域(150)實際上位於相對於該光學記錄載體(1)表面的零-水平。
5.依照權利要求2的光學記錄載體(1)，其中該光學記錄載體(1)的導入區(2)包括多個帶，所述帶中至少有一個(152)包含校準模式，並且所述帶中的至少另一個(150)包含鏡面區域。
6.依照權利要求2的光學記錄載體(1)，其中所述光學記錄載體(1)的所述導入區(2)包括多個帶，所述帶中至少有一個(152)包含校準模式，所述帶(152)與鏡面區域(150)交錯。
7.依照權利要求3的光學記錄載體(1)，其中用戶數據被分區記錄在光學記錄載體(1)上，不包含任何用戶數據的保護帶(204)位於連續的用戶數據區之間，在所述保護帶(204)中的一個或多個帶中可以提供一個或多個鏡面區域(150)。
8.依照權利要求7的光學記錄載體(1)，其中所述鏡面區域(150)包括岸部分的簇。
9.一種製造依照權利要求1到8中任意一個權利要求的光學記錄載體(1)的方法，該方法包括在其非用戶-數據區域提供一個或多個鏡面區域(150)，以在校準多維光存儲系統中的多個相應的光學讀出光點(202)的相對強度的方法中使用。
10.一種校準多維光存儲系統中的多個相應的光學讀出光點(202)的相對強度的方法，該方法包括照射符合權利要求1到8中任意一個權利要求的光學記錄載體(1)，並針對所述光學記錄載體(1)的非用戶-數據區域中所提供的一個或多個鏡面區域(150)進行一個或多個反射率測量。
11.一種使用權利要求10的方法的光學驅動器，包括用於照射依照權利要求1到8中任意一個權利要求的光學記錄載體(1)的裝置，用於針對所述光學記錄載體(1)的非用戶-數據區域中所提供的一個或多個鏡面區域(150)進行一個或多個反射率測量的裝置，以及用於相應地校準多個相應的光學讀出光點(202)的相對強度的裝置。
全文摘要
在傳統的一維光存儲系統中，數據被以線性方式排列，格式由單個光點讀出。而二維編碼的光碟則不同，因為數據被以二維方式(位處於位點陣上)排列，數據由多個光點讀出。重要的是知道讀出光點的相對強度，因為符號間幹擾被用在反射信號的信號處理中，並且本發明提供了一種校準相對強度的方法，其通過在光學記錄載體的非用戶數據區域設置一個或多個鏡面區域並使用從那裡反射回的信號確定相對強度來實現對相對強度進行所需的精確校準。在一種示範實施例中，除了多個包含校準模式(152)的寬闊的元光軌之外，還有鏡面區域(150)位於記錄載體(1)的導入區(2)中。
文檔編號G11B7/125GK1950889SQ200580013548
公開日2007年4月18日 申請日期2005年4月22日 優先權日2004年4月29日
發明者A·M·范德李, C·布希, D·M·布魯爾斯 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司