CN101088121A - 通过交叉相关多光束的中心孔径进行跟踪 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于在窄轨道间距的光盘上鲁棒跟踪、使得在蓝光盘(5)以及近场盘具有更高的密度的方法和设备。增加径向密度导致在透镜的数值孔径内径向衍射的损失。由于这种衍射方面的损失，目前的跟踪方法例如推挽和差分相位检测(DPD)将不发挥作用。本发明提供一种依靠3个光斑(22，24，26)的中心孔径(CA)信号交叉相关的方法和设备，这三个光斑被定位使得具有中心光斑(24)和定位到该中心光斑(4)的左侧(22)和右侧(26)的光斑(22，26)。通过使用CA信号，切向衍射被利用，该切向衍射几乎不受轨道间距减小的影响。

Description

通过交叉相关多光束的中心孔径进行跟踪

技术领域

本发明涉及跟踪光盘，更特别地涉及在具有很小轨道间距的光盘中保存跟踪误差信号。

背景技术

光盘存储系统通常采用在光盘存储系统中使用的游程长度受限(RLL)调制码来根据光信道特性提高传输性能。游程被定义为在盘上记录的相同类型的二进制位(0或者1)的连续序列。长度是序列中的位数。例如，二进制位序列00100是非法的，而二进制序列001100是合法的。在蓝光盘格式中，最短序列的长度为2，被称为I2，且最长序列的长度为9，被称为I9。应当注意I8是数据的最长的游程长度且最大游程长度I9仅仅被用于帧同步以指示数据帧的开始和结束。

衍射发生在来自由具有光栅结构的盘信息层反射的激光光斑的光的范围内，特别地，岸台和凹坑包含在切向的信息轨道和径向的周期性轨道结构中。反射光将被分裂成多束，被称为衍射级，其以发散的方式传播回到检测器上。为了数据检测目的在光斑沿轨道扫描期间以及为了跟踪目的在光斑穿越轨道期间的光强度变化需要将第0衍射级与第+1/-1衍射级重叠。在对于很高空间频率的情形中，例如在很小轨道间距的情形中，对于所有实际目的在径向方向上重叠消失，且需要径向衍射的任何跟踪方法都将失败。DPD跟踪利用切向和径向衍射的组合，而PP跟踪完全依赖径向衍射。

光盘技术是继续增加光盘媒体的存储容量的不断发展的技术。增加光媒体密度的发展光盘技术的一个例子是蓝光格式。蓝光格式阐明了通过进一步减小波长和增大数值孔径(NA)能增加光盘媒体上的存储容量的概念。通过这样做，由于聚焦的激光光斑更小，与CD和DVD格式中的位长和轨道间距相比，可以挤压位长(切向密度)和轨道间距(径向密度)。符合蓝光格式的光盘媒体把轨道更近地放置在一起，轨道间距为320nm(对于DVD是740nm)。

进一步减小轨道间距能导致高得多得多的容量。然而，会产生一些副作用。使用小于320nm的轨道间距已导致来自相邻数据的更多的串扰。在最近的光盘媒体格式中，消除串扰已经成为主要焦点。

使用320nm以下的轨道间距大大降低了导致串扰以及跟踪性能的相当恶化的跟踪误差信号。跟踪误差信号的降低导致对光束经常漂移偏离轨道的程度的跟踪退化。

串扰产生于中心孔径信道。在此使用的中心孔径信道被定义为来自接收从光斑的反射光的多个检测器(典型地为四个检测器)的信号总和。现有技术已经示出了利用3光斑串扰消除技术(3-spot crosstalk cancellation techniques)可以降低串扰。不幸的是，这些现有技术参考也不能满意地解决跟踪误差信号恶化的问题，该跟踪误差信号也是由于使用320nm以下的轨道间距所产生的。

单个光斑差分相位检测(DPD)信号依赖切向衍射和径向衍射。切向衍射是来自轨道内的数据标记(具体地，在蓝光格式内包含在盘上的I2-I8标记)的衍射。当盘上有写入数据时，通常只有切向衍射可提供。径向衍射是由轨道的光栅结构产生的衍射。轨道的光栅结构恰好是周期结构，其中轨道间距决定衍射角。两种衍射类型都应当用第0级反射(没有衍射)来干涉，以获得可靠的DPD信号。因此，这种方法在减小轨道间距方面存在问题。使用仅仅基于径向衍射的推挽式跟踪更差得多。

从前述的讨论中，应当很显然，在本领域技术内仍然需要一种对具有小轨道间距的光盘保存跟踪误差信号的方法和装置。

发明内容

本发明为了解决现有技术中的缺陷，提供了一种与DPD和推挽跟踪方法相比用于在小轨道间距更有效地测量的跟踪的方法和装置。蓝光盘格式已经被标准化，使得目前有三种容量，即23.3GB，25GB和27GB。在所有三种情况下，轨道间距被设定为320nm。本发明还根据当前容量以及解决前述问题的需要以进一步减小轨道间距从而增加容量。本发明产生多个光学跟踪光斑(优选地使用3个光斑)以及多个(优选地为3个)光电检测器，所述光学跟踪光斑可以通过在激光器之前使用光栅得到，所述光电检测器用来检测来自所述光斑的反射。使用简单的公式来计算来自所述3个检测器的跟踪误差信号。本发明使用的等式从所述光斑的反射确定切向衍射，该切向衍射仅仅导致产生与DPD和推挽跟踪方法相比对于小轨道间距更有效地测量的跟踪。

通过下述来提供本发明的这些目的：从多个光斑产生跟踪误差信号，其中所述光斑是入射的使得它们在旋转的光媒体盘上以预定距离在径向上间隔开，所述径向从盘的中心到盘的外侧边缘来测量，接收从每个光斑反射的光，并使得在与所述径向正交的切向上的所述光斑的各自位置相互关联，以获得所述跟踪误差信号。

附图说明

图1是表示获得DPD信号的方式的示图；

图2a是用于利用中心轨道的中心光斑以及在中心轨道与相邻左、右轨道之间的岸台区域上的相邻左、右光斑来定位3个光斑的示意图；

图2b是用于利用中心轨道的中心光斑以及相邻左、右轨道上的左、右光斑来定位3个光斑的示意图；

图2c是在盘上形成多个光斑的具有光栅的激光器的示意图；

图3是对4个不同轨道间距的跟踪误差信号的模拟的示意图；

图4是表示对图3的跟踪误差信号进行低通滤波的效果；

图5a是用于相互关联三个光斑的全带宽实施方案图；

图5b是用于相互关联三个光斑的半带宽实施方案图。

具体实施方式

参考图1，表示了在现有技术中使用的用于检测由单个光斑从光盘已反射的光的差分相位检测(DPD)的框图。在现有技术中差分相位检测已经被用于产生跟踪误差(TE)信号。使用图1中所示的DPD，通过在四个被分割的光检测器11、12、13、14的对角光接收部分中所接收到的信号的相位内的差分来产生所述TE。由光检测器11、12、13、14所接收到的信号被馈送到放大器15、16中并被排列以使得能从上面两个和下面两个检测器象限之间的差分确定切向衍射，以及能通过左边两个和右边两个检测器象限之间的差值确定径向衍射。使用DPD的这个过程在本领域是公知的。如图1中所示，均衡器18、19，电平比较器20、21，相位比较器33，低通滤波器35、36以及差分放大器28操作来确定跟踪误差信号。均衡器18、19，电平比较器20、21，相位比较器33，低通滤波器35、36以及差分放大器28的功能在本领域是公知的。均衡器H(iω)通过执行第一级高通滤波来执行均衡化，主要用于高频分量(例如I2s)的增强。切向和径向衍射类型都应当用第0级反射(没有衍射)来进行干涉以获得可靠的DPD信号。因此DPD方法在减小的轨道间距方面存在问题。仅仅基于径向衍射使用推挽跟踪更糟得多。

图2a和2b表示从激光器10定位3个光斑以获得跟踪误差(TE)信号的发明构思。来自激光器10的光束被导向光盘5，并通过光栅9分裂成3个光束，并通过光学器件8被聚焦在盘5的期望区域以形成多个光斑22、24、26。可以对来自激光器10的光束在光栅9之前、光栅9之后使用准直透镜，或者将准直透镜结合到光学器件8中。本发明使用多个光学跟踪光斑来产生TE信号，优选地为3个光学跟踪光斑。如图2c中所示，通过在激光器之前使用光栅能获得多个光斑，通过配置3个光检测器来使得每个光检测器都将接收对其中一个光斑从盘所反射的光。除了对所述多个光斑有多个光电检测器之外，优选实施例所使用的光电检测器与在图1中所示的用于简化DPD的光电检测器具有相同的类型。本发明将使用从每个光斑22、24、26所检测的光来形成信号，该信号用于对经盘5由光斑22、24、26所反射的光产生中心孔径标记图(signature)。在图2a和2b中，在将产生TE的轨道上有中心光斑24，且左光斑22和右光斑26与中心光斑24在径向上间隔开。图2a表示将左和右光斑定位在相邻轨道与中心轨道之间的区域上，例如岸台区域。图2b表示将左和右光斑22、26定位在中心轨道24的相邻轨道上。

在图2a、2b和2c所示的配置中本实施例使用3个光斑，即左光斑22、中心光斑24以及右光斑26。对三个光斑22、24和26分别获得中心孔径信号23、25和27。以与图1所示的对于单个光斑的DPD方法类似的方式，获得3个中心孔径信号23、25和27的每一个为被分类用来接收对于光斑22、24和26中的具体一个光斑的反射光的光检测器的4个象限的和。因此，优选实施例的装置将使用3个4象限光检测器。根据轨道间距，可以特别地预想到侧光斑可以被不同地定位以得到最佳跟踪误差信号。通过交叉相关左孔径信号23和中心孔径信号25并将其从右孔径信号27和中心孔径信号25的相互关联中减去，得到对跟踪误差敏感的一个数量(quantity)。在所有3个光斑都远离中心轨道移动到左边的情况中，测量到在来自右光斑信号26的在右孔径信号27中与中心轨道信号的相互关联比在来自左光斑22的左孔径信号23中与中心轨道信号的相互关联更多。光斑的重叠仍然相同，但是当光斑被移动时从光斑22、24和26所反射的数据图案改变。感测数据图案中的改变的方式取决于光斑的从变量(derivative)。在此使用的从变量是指当沿着径向观察时光斑轮廓的倾斜度。因为光斑在其顶部几乎是平的，所以通过向左或右小幅移动光斑22、24和26不会导致在中心轨道中与数据图案相关的中心光斑24的中心孔径信号25的显著差异。因为左光斑22和右光斑26随后将利用光分布的锐边(steep side)来感测中心轨道，所以通过向左或向右小幅移动光斑22、24和26将增加/减少与由左光斑22和右光斑26所反射的中心轨道有关的信息量。此外，当全部3个光斑22、24和26都被向右移动时，左光斑22与中心光斑24的相互关联性增强，而中心光斑24与右光斑26的相互关联性减弱。

根据本发明优选实施例的相互关联性的计算是基于逐个样本(sample-per-sample bases)而进行的，如等式1中所示：

等式1

TE(t)＝y₀(t)*[y+(t+Δ)-y-(t-Δ)]

TE(t)是基于样本计算出的，因此是高频信号。为了将TE(t)用于跟踪目的，优选地对其进行低通滤波以移除高频噪音。TE(t)的低通滤波形式导致产生DC分量，在此称为TE^LPF(t)。优选地使用该信号中的DC-分量(TE^LPF(t))作为跟踪误差。

在等式1中，y₀(t)表示来自中心光斑24的中心孔径信号25，y+(t+Δ)表示对于各自的右光斑26的中心孔径信号27，y-(t-Δ)表示对于各自的左光斑22的中心孔径信号23，Δ代表时间位移。优选地左和右侧光斑22、26的中心孔径信号23、27被电移动(延迟/提前)以与中心光斑24同相。时间位移在等式1中被称作Δ，优选地通过垂直(沿轨道方向)光斑间隔(separation)除以盘速率来得到Δ。

图3中所示的基于标量衍射的软件模拟来证明了前述本发明的可行性。在图3中，对于类似BD的光学系统中的4个不同轨道间距，根据等式1来获得所示的跟踪误差信号。在全带宽时利用在轨道之间的侧光斑来计算跟踪误差信号。

在图3中，利用17个奇偶不变(PP)(parity preserved)调制对在大约1000的随机选择的信道位上计算与跟踪偏移相对的跟踪误差。本领域技术人员容易明白，图3中的跟踪误差信号看起来与使用推挽信道得到的信号非常类似，因此，在基于推挽的跟踪系统中使用的PID控制器能被用于本发明中以仍然用于跟踪。这里，跟踪应在跟踪误差以正向倾斜经过0的时刻开始。从不同轨道间距的曲线，能看出减小轨道间距将减小跟踪误差信号。例如在TP＝250nm时，在TP＝320nm的情况下所接收的信号幅度的一半多保留下来；这比在BD状况下在TP＝250nm时完全消失的推挽的情况下要好得多。

图4是表示对被应用于限制带宽的低通滤波器的中心孔径信号的影响的图表。如图4中所示，在对交叉相关执行上述计算时有利于降低带宽。一方面，减小的侧光斑强度有效地限制信噪比以及相应地减少从侧光斑所接收的信号的带宽。另一方面，在计算期间使用的时钟频率越低，越容易实现。图4表示在不同带宽计算的跟踪误差信号的幅度。如可以看出的，与全带宽(LPF Wn＝1.0)相比，二等分带宽(LPFWn＝0.5)对跟踪误差信号的振幅的影响最小，四等分带宽(LPFWn＝0.25)导致来自全带宽的跟踪误差信号降低仅仅40％。这表示在保持可靠的跟踪误差信号时可能减小带宽。因此，本发明优选实施例使用限制带宽到一半(one half)的低通滤波器。

利用接收多路复用器60的输出的单个A/D转换器61，可以实现限制带宽为一半的低通滤波器66、68。为了在主光斑y₀内相互关联，多路信号分离器64可以选择侧光斑y+、y-的数字化了的、低通滤波的样式。能通过同步模块65在将第一侧光斑y+、y-(例如左侧光束)与中心光斑y₀相互关联的第一步骤中和在将第二侧光斑y+、y-(例如右侧光斑)与中心光斑y₀相互关联的第二步骤中使得y+、y-、y₀相位匹配来实现上述相互关联。然后减法器67得到侧光斑y+、y-之差，该差通过乘法器68相乘，以得到等式1中所述的完全相互关联。然后该相互关联以与上述图5a中类似的方式由LPF 69低通滤波。

本领域技术人员可以容易理解，在图5b中，如那里所描绘的，或者先从y-减去y+然后与y₀相乘，或者分别先将y+、y-与y₀相互关联然后做相减，都能得到所述相互关联。为了在全带宽执行，需要对侧光斑中心孔径信号进行零填充(zero-padding)，这由同步模块完成。本发明已经表示了可以通过对交叉相关使用大约1000信道位来获得可靠的跟踪信号。由于数量的限制，所期望的带宽可以是大约66KHz(信道位频率/1000)，这对于径向跟踪伺服太多了。应注意的是，在1x BD，信道位频率是66MHz。

本发明优选实施例用于更新一代的光存储盘中，例如扩展格式的蓝光盘以及近场盘，其中切向和径向密度将被提高到接近或超出光斑的分辨率。本领域技术人员将容易明了除了本发明这些优选实施例以外的实施方式也是可能的。因此，本发明的范围应当由所附权利要求限定。

Claims (20)

1.一种用于产生跟踪误差信号的方法包括：

产生(9)多个光斑(22，24，26)；

在旋转的光媒体盘(5)上以预定距离在径向上间隔放置(8)所述光斑，其中所述径向是从盘的中心向盘的外侧边缘测量到的；

接收(11，12，13，14)从每个光斑反射的光；

在正交于径向的切向上使所述光斑的各自位置相互关联以获得所述跟踪误差信号。

2.如权利要求1所述的方法，其中产生多个光斑还包括产生所述光斑以使得预定的中心位置存在于所述多个光斑内。

3.如权利要求2所述的方法，其中相互关联还包括通过从对于所述多个光斑的反射光所接收的位置取平均以确定所述预定中心位置。

4.如权利要求1所述的方法，其中产生多个光斑还包括产生奇数个光斑，所述奇数个光斑具有被放置在跟踪误差信号将被产生的轨道上的中心光斑，并且在所述轨道的任何一侧上的除了所述中心光斑以外的剩余光斑在径向上间隔开。

5.如权利要求4所述的方法，其中产生还包括将所述剩余光斑放置在邻近所述轨道的轨道上。

6.如权利要求4所述的方法，其中产生还包括将所述剩余光斑放置在邻近所述轨道的岸台区域上。

7.如权利要求4所述的方法，其中相互关联还包括使用如下形式的等式：

TE(t)＝y₀(t)*[y+(t+Δ)-y-(t-Δ)]

其中，y₀(t)表示从中心光斑所反射的光，y+(t+Δ)表示由在中心光斑的右侧径向间隔开的剩余光斑所反射的光，y-(t-Δ)表示由在中心光斑的左侧径向间隔开的剩余光斑所反射的光，Δ表示在平行于切向的垂直距离上的光斑间隔除以盘速率。

8.如权利要求7所述的方法，其中通过低通滤波所获得的等式的DC分量被用作所述跟踪误差。

9.如权利要求7所述的方法，其中所述相互关联在小于全带宽时执行。

10.如权利要求7所述的方法，其中所述相互关联至少在一个半带宽时执行。

11.一种用于产生跟踪误差信号的系统包括：

配置来产生(9)多个间隔开的光斑(22，24，26)的激光系统(10)；

将所述多个光斑并置地聚焦在旋转的光盘(5)上的预定位置上的光学系统(8)；

配置来接收对所述光斑从旋转的盘所反射的光的多个检测器；

配置来在旋转的光盘的切向上使所述光斑的各自位置相互关联的电子处理元件。

12.如权利要求11所述的系统，其中所述光斑在旋转的光媒体盘上以预定距离在径向上被间隔开，其中所述径向从盘的中心至盘的外侧边缘被测量。

13.如权利要求12所述的系统，其中所述光斑具有中心位置，通过从对于所述多个光斑反射的光所接收的位置取平均来确定所述中心位置。

14.如权利要求11所述的系统，其中所述多个光斑是奇数个光斑，以使得中心光斑被聚焦在所述区域上且其余光斑在所述区域的任一侧上径向间隔开。

15.如权利要求14所述的系统，所述区域是一个轨道且所述剩余光斑被聚焦在邻近所述轨道的区域上。

16.如权利要求15所述的系统，所述剩余光斑被聚焦在邻近所述轨道的岸台区域上。

17.如权利要求14所述的系统，其中所述电子处理元件通过应用下面的等式来使得所述光斑的各自位置相互关联：

TE(t)＝y₀(t)*[y+(t+Δ)-y-(t-Δ)]

其中，y₀(t)表示从所述中心光斑反射的光，y+(t+Δ)表示由在所述中心光斑的右侧径向间隔开的所述剩余光斑所反射的光，y-(t-Δ)表示由在中心光斑的左侧径向间隔开的所述剩余光斑所反射的光，Δ表示在平行于切向的垂直距离上的光斑间隔除以旋转盘的速度。

18.如权利要求17所述的系统，其中由所述电子处理元件通过低通滤波获得的等式的DC分量被用作所述跟踪误差。

19.如权利要求17所述的系统，其中所述电子处理元件在小于全带宽时相互关联。

20.如权利要求17所述的系统，其中所述电子处理元件至少在一个半带宽时相互关联。

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