CN1950889A - 对光存储系统中相对激光强度的校准 - Google Patents

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Abstract

在传统的一维光存储系统中，数据被以线性方式排列，格式由单个光点读出。而二维编码的光盘则不同，因为数据被以二维方式(位处于位点阵上)排列，数据由多个光点读出。重要的是知道读出光点的相对强度，因为符号间干扰被用在反射信号的信号处理中，并且本发明提供了一种校准相对强度的方法，其通过在光学记录载体的非用户数据区域设置一个或多个镜面区域并使用从那里反射回的信号确定相对强度来实现对相对强度进行所需的精确校准。在一种示范实施例中，除了多个包含校准模式(152)的宽阔的元光轨之外，还有镜面区域(150)位于记录载体(1)的导入区(2)中。

Description

对光存储系统中相对激光强度的校准
技术领域
本发明涉及对光存储系统中的相对激光强度的校准，尤其是用于校准二维光存储系统中读出光点的相对强度的方法和设备。
背景技术
光存储系统提供了在光记录载体(如光盘)上存储大量数据的装置。数字光记录系统中的存储容量已经从CD中的每张盘600MB提高到了DVD中的每张盘4.7GB，并且极有可能在未来基于蓝光二极管的系统中达到约25GB。通过将激光束聚焦在光盘的数据层上并随后检测反射回的光束，来访问光记录载体上存储的数据。在一种已知系统中，数据被作为光盘中的标记(如凹点)永久性地嵌入，并且随着激光束通过标记时反射率的变化而被检测到。
光盘(如压缩盘CD)已知是一种信息记录介质。依照CD的标准记录格式，CD的记录区域包括导入区、程序区和导出区。这些区域被沿着从光盘的内环到外环的方向按顺序排列。索引信息(称作内容表TOC)被记录在导入区中。TOC包括管理信息作为用于管理程序区中记录的信息的子代码。例如，如果程序区中记录的主信息是涉及音乐曲调的信息，管理信息可包括该曲调的播放时间。涉及相应音乐曲调的光轨编号的信息也可被记录在程序区中。指示程序区结束的导出代码记录在导出区中。在有些模式下，每个光轨可以有2秒和150帧的前导间隙，并且在这个前导间隙中没有相关的用户数据。
为了读出或记录数据，必须将光点定位在光轨上。参考附图中的图1，在现有的光学系统中，数据被转换成串行数据流，该串行数据流被记录在单个光轨100上，在相邻光轨间有足够的间隔以避免光轨间的干扰。提供了单个的读出光点102，信号被沿着光轨取样。
但是，光轨100间的间隔限制了可达到的存储容量，而一维光存储系统中数据的串行本质限制了可达到的数据吞吐量。因而，已经开发出了二维光学存储(TwoDOS)的概念，这个概念基于创新的二维信道编码和先进的信号处理以及由实现并行读出的多光点光路径构成的读出信道。TwoDOS对12cm的光盘有望达到50GB的容量，以及至少300Mb/s的数据速率。
参考附图中的图2，通常TwoDOS光盘的格式基于宽螺线，在这种格式中信息被以二维特征格式记录。用多光点实现了并行读出。这些可以由例如通过光栅并且产生激光点202的阵列的单个激光束生成。其它选择有，例如，使用激光阵列或纤维光学装置。信息被以2D方式写入，意味着不同的位行之间有相位关系。在图2中，示出了一个蜂窝结构，这可以用易于二维检测的二维信道代码编码。如图所示，数据被包含在宽阔的元光轨中，元光轨由若干位行组成，其中宽阔的元光轨由保护带204(即不包含任何数据的空隙)包围。光点202阵列扫描宽螺线的整个宽度。来自各个激光点的光被光盘上的二维结构反射，并且在光检测器集成电路上被检测到，光检测器集成电路生成很多高频波形。得到的信号波形集合被用作二维信号处理单元(如附图中图3所示)的输入。
上述装置的并行性大大提高了可达到的数据吞吐量并能够连续放置各个数据光轨而不需要光轨间的空隙，将会认识到所有的编码和信号处理操作都不仅需要考虑相邻位间的时间交互(即符号间干扰)，还要考虑它们的空间(跨-光轨)间隙。因此，整个记录系统实际上变成了根本的二维。
尽管TwoDOS系统的多光点激光源被设计用来提供预定(目标)分布的激光强度，但由于制造公差、环境变化和部件老化等因素，距这个目标分布总是有一些偏差。对多检测器元件敏感度和下述模拟电路(也将展示变化)也是如此。为了正确地针对光检测器集成电路生成的高频波形完成上述信号处理，必须确定读出光点的相对强度，以便能够为每个读出信号赋予一个适当的权重因子，从而补偿与目标强度分布的上述偏差。如上所述，设置这些相对强度是必需的，随后从相邻的读出光点获得源于相邻位行的符号间干扰并且所有波形的信号都被同时用在信号处理中。
发明内容
因此，本发明的一个目标是提供在多维光存储系统中校准多个光学读出光点的相对强度的方法和设备。本发明的另一目标是提供利用这种方法或设备的光存储系统、光记录载体(包括了能够校准多个光学读出光点的相对强度的设置)以及制造这种光记录载体的方法。
依照本发明，提供了用在校准多维光存储系统中多个相应光学读出光点的相对强度的方法中的光记录载体，该光记录载体在它的非用户数据区中包括一个或多个镜面区域。
本发明扩展到制造这种光记录载体的方法，该方法包括在这种光记录载体中的非用户数据区提供一个或多个镜面区域，以用在校准多维光存储系统中多个相应光学读出光点的相对强度的方法中。
依照本发明，还提供了校准多维光存储系统中多个相应光学读出光点的相对强度的方法，该方法包括照射上面定义的光记录载体并关于所述光记录载体的非用户数据区中提供的一个或多个镜面区域进行一个或多个反射率测量。
本发明还扩展到利用上面定义的方法的光学驱动器，它包括照射上面定义的光记录载体的装置、关于所述光记录载体的非用户数据区中提供的一个或多个镜面区域进行一个或多个反射率测量的装置以及相应地校准多个相应的光学读出光点的相对强度的装置。
校准光学读出光点的相对强度的目标是将信号规格化到反射级别。在一个优选实施例中，当光点通过镜面区域时，就用各个光点的光检测器段测量强度。这个值随后由模-数转换器(ADC)转换成数字值。这些得到的反射值随后被用来分别为每一行进行数据信号的规格化，记住各个光点是独立的这个假设。应该将不同位行的信号规格化以使它们能够被以正确的权重用在如上所述的信号处理算法中。
在一种示范实施例中，可以在光记录载体的导入区中提供这些镜面区域。或者，分布在光记录载体表面的多个岸(land)簇区域可以位于校准光轨中，即分隔光记录载体的连续用户数据区的空位行(或保护带)中。不管怎样，基本上都在相对于光记录载体表面的零-水平有利地提供镜面区域。
在一种具体的示范实施例中，光记录载体的导入区可以包括多个带，所述带中至少有一个包含校准模式，所述带中至少另有一个包括镜面区域。或者，所述带可以与镜面区域相间。因而，在一种实施例中，导入区可以包括多个包含校准模式的带，这些带与多个镜面区域相间。
在另一示范实施例中，用户数据被分区记录在光学记录载体上，在连续的用户数据区之间是不包含任何用户数据的保护带，在所述保护带中的一个或多个中可以提供一个或多个镜面区域。这些镜面区域可以包括岸部分的簇。
参考这里所说明的实施例将会明了本发明的这些和其它方面。
附图说明
现在将通过实例并参考附图说明本发明的实施例，附图中：
图1是一维光存储装置中数据存储的示意图；
图2是二维光存储装置中数据存储的示意图；
图3是适合用在二维光存储装置中的信号处理单元的示意结构图；
图4是说明数据存储系统典型的编码和信号处理部件的示意结构图；
图5是在二维光存储系统中记录数据的方式的示意图；
图6a是二维编码的光记录载体中的六边形结构和对应的示意图；
图6b是说明二维编码的光记录载体中7-位六边形簇上的波前的两种类型的双线性干扰的示意图；
图7和图8是分别说明光记录载体的用户数据和非用户数据区域的布局的示意剖面图和平面图；
图9是依照本发明的第一示范实施例的光记录载体的导入区的示意图；
图10是依照本发明的第二示范实施例的光记录载体的导入区的示意图；和
图11是依照本发明的第三示范实施例的光记录载体的导入区的示意图。
具体实施方式
因而，正在开发二维光存储的新概念，在这种概念中光盘上的信息基本上具有二维特征。目标是实现第三代光存储(波长λ＝405nm，NA＝0.85的蓝光光盘(BD))数据密度增长2倍，数据速率增长10倍(针对相同物理参数的光读出系统)。
图4显示了数据存储系统典型的编码和信号处理元件。从输入DI到输出DO的用户数据的循环可以包括交错10、纠错码(ECC)和调制编码20、30、信号预处理40、记录介质上的数据存储50、信号提取和后处理60、二进制检测70和对交错的ECC的解码80、90。ECC编码器20向数据添加冗余信息以保护其不受各种噪声源的干扰。ECC编码的数据随后被传递到调制编码器30，调制编码器30使数据适合信道，即它将数据改造成不容易受信道错误破坏，并且更易于在信道输出上检测到的格式。调制后的数据(即信道位)随后被输入写设备或控制设备，如空间光束调制器或空间电子束调制器或类似设备，并且被存储在记录介质50上，如光盘或卡。在接收端，包括分区的光检测器或检测器阵列(检测器阵列可以像电荷耦合器件CCD中一样为一维或二维)的读取设备或提取单元，将接收到的从记录介质50反射回的照射模式转换成伪-模拟数据值，该伪-模拟数据值必须被转换回数字数据(通常，对二进制调制来说每个像素一位，但对多级或M-级调制来说每个像素log2(M)位)。因而，这个读取过程的第一步是检测和后处理步骤60，它包括试图消除在记录过程中产生的失真的平衡步骤。可以在伪-模拟域中完成平衡步骤。随后该伪-模拟值的阵列被通过检测器70转换成二进制数字数据的阵列。该数字数据阵列首先被传递到调制解码器80(它执行与调制编码相反的操作)，然后又被传递到ECC解码器。
如上所述，在这个二维光存储的新概念中，位被按照宽螺线组织。这种螺线由在径向上以固定相位关系相互堆积的多个位行组成，因而这些位被排列在二维点阵上。选择位的紧密充塞六边形排列的原因是因为与方点阵相比聚集率高出15％。
如附图的图5所示，宽螺线的连续旋转由保护带分隔，保护带由一个空位行构成。为并行读出实现了多光点光路径，其中每个光点都有BD特征。如上所述，以二维方式，也就是在宽螺线中的所有位行上共同执行具有平衡、时序恢复和位检测的信号处理。
像素间或符号间干扰(ISI)是一个特定像素上的信号波形被邻近像素的数据污染的现象。物理上，这是由于(光)信道的频带限制引起的，发起于光衍射或光提取系统中随时间变化的异常，如盘片倾斜和激光束散焦。
此外，二维光存储特有的特性是一个位到它最近的相邻位的距离在所有方向(切向和径向)上都相等。因此，当假定凹点位的凹点标记覆盖整个六边形位单元时会产生称为“信号折叠”的问题。对于由多个相邻凹点位构成的大的连续的凹点区域，则根本没有衍射。因此，大的凹点区域和大的非凹点(或“岸”)区域将展现相同的读出信号，因为它们都起到了完美的反射镜的作用。换句话说，来自大的岸部分(即相对于光记录载体表面位于零-水平的反射镜部分)的反射信号和来自大的凹点部分(即零-水平之下的反射镜部分，如零-水平下约等于λ/4的位置，λ表示用于读取的光的波长，适用于光盘基质层所使用材料的折射率n)的反射信号完全相同。因此，信道变得高度非线性，并且已经开发了标量衍射的非线性信号处理模型，在这种模型中计算所有可能的六边形簇的信号级别(见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 - &Sigma; i c i b i - 2 &Sigma; i < j d i , j b i b j
其中bi是表示位置I上是否存在凹点的位值(0或1)，ci是线性系数，dij是表示光盘上的位模式的信号响应的非线性系数。
将会理解对信号的规格化，即确定等于1的信号级别，是不包括凹点标记的反射镜区域/簇的信号级别(下文中将进行更详细地解释)。
上述信号处理模式产生了线性和双线性项。在双线性项中，有每个位凹点(足够接近该位所在照亮光点区域的中心)的自干扰项以及各个位对的交叉干扰(两个凹点位都在照亮光点区域内)。因而，参考附图的图6a，提供了六边形结构和相应位的示意图示。对于信号重构，接近中心位的位非常重要。在示意图中，示出了最近的相邻位。中心位标记为b0，周围的位标记为b1到b6。借助上述等式，可以重新构造出光盘上的电场。参考附图中的图6b，示出了7-位六边形簇上的波前的两种类型的双线性干扰：自干扰s0，0、s1，1和交叉干扰x0，1和x1，1。
如上所述，尽管TwoDOS系统的多光点激光源被设计用来提供预定(目标)分布的激光强度，但由于制造公差、环境变化和部件老化等原因，距这个目标分布总会有一些偏差。对多检测器元件敏感度和下述模拟电路(也将显示出变化)也是如此。为了正确地针对光检测器集成电路生成的高频波形完成上述信号处理，必须确定读出光点的相对强度，以便能够为每个读出信号赋予一个适当的权重因子以补偿与目标强度分布的上述偏差。设定这些相对强度是必需的，因为如上所述，从相邻的读出光点获得的符号间干扰被用在了信号处理中，并且，本发明的一个目标是提供一种校准多维光存储系统中多个光学读出光点的相对强度的方法。
如上所述，目标是校准光学读出光点的相对强度，即将信号规格化到反射镜级别。在一种优选实施例中，当光点通过反射镜区域时，用各个光点的光检测器段测量其强度。这个值随后被模-数转换器(ADC)转换成数字值。这些产生的反射值随后被分别用来对每一行的数字信号进行规格化，记住各个点是独立的这个假设。应该将不同位行的信号进行规格化，以便能够以正确的权重将它们用在信号处理算法(如上面提到的那些)中。
依照标准记录格式，光学记录载体的记录区域包括导入区、程序区和导出区，如附图中的图7和图8所示。这些区域被沿着从光盘1的内环到外环的方向按顺序排列。索引信息(称作内容表TOC)被记录在导入区中。TOC包括管理信息作为用于管理程序区中记录的信息的子代码。还提供了功率校准区域(PCA)来帮助实现最优功率控制(OPC)。至少在有些模式下，光盘上记录的每个光轨可以有前导间隙4，也就是说2秒和150帧，并且在这个前导间隙中没有相关的用户数据。
依照本发明的一种示范实施例，通过在光学记录载体(如光盘或卡)的导入区中提供一个或多个镜面区域实现了上述目标。
参考附图中的图9，在本发明的第一示范实施例中，为光学记录载体的导入区2提供了不包含任何数据的带150，即反射表面。导入区2的剩余部分可以被提供所有类型的校准模式152，这些对本领域中的技术人员将是显而易见的。带150的宽度应该对应于记录载体所容许的离心率(即30微米)，这样读出光点在旋转期间才能保持在镜面区域150上(因为不会有任何有效的径向跟踪)。因此，镜面区域150完全与校准模式152的其余部分隔开。在光盘1的一次旋转期间，光盘的反射率会变化。因此，重要的是使用光盘1的局部反射率确定检测到的光点阵列的相对强度分布和(如果想要的话)在更大的光盘段上平均相对分布。
这个方法的优势是相对直接，但有占用光盘导入区中大量空间(约等于20个宽阔的元光轨)的缺点。
参考附图的图10，在另一示范实施例中，在光盘记录载体1的导入区2中提供的校准模式152可以和镜面区域150交错。至少在一些时候读出光点将落在镜面区域152上，并且能够确定关于相对强度的所需信息。这个实现在光盘面积上成本相对较低，但需要略精确的算法将从校准模式152获得的数据与从镜面区域150获得的数据分开。
参考附图中的图11，在本发明的又一示范实施例中，在光学记录载体的校准光轨或前隙4中提供了多个岸簇区域(即，零-水平的镜面区域)。因而，在这种情况下，每个簇应该包括中心位(至少第一个壳为空、可能还有更多壳为空)和是岸区域(即无凹洞)的周围的位。当读出光点在一个全岸簇上时，收集信号值并且从这些信号值得到相对强度。
这个方法比其它两个示范实施例成本更低，但测量更分散在光盘表面上，因此它们对光盘变化更敏感。
在所有情况下，可以由物镜将读出光点阵列成像到光盘表面，这些点随后被映射到分区的光检测器，光检测器测量各个点的中心孔径(CA)信号。为了校准各个光点的强度，建议在光盘的非用户区域(如导入区或前隙(校准位行))提供一个或多个镜面区域。使用由来自这些镜面区域的反射获得的信号模式是有益的，因为其没有受媒体噪声的影响，也没有因为可能的凹点大小或模式变化而受影响。此外，本发明提供了自动校准到最大信号强度的能力，并且从自镜面区域接收到的信号获得的级别还可用来调整检测器放大器的增益或激光器功率，以便实现对A/D转换器的动态范围的最优使用，并阻止模拟检测电路中的非线性。
简单地使用反射(岸)簇或用于校准目的相同的簇的统计具体值不是可接受的替代方案，因为存在例如由金属层厚度变化引起的偏差，该变化要求将校准测量限制在很小的局部区域。
总之，在传统的一维光学存储系统中，数据被以线性方式排列，格式由单个光点读出。二维编码的光盘则不同，因为数据被以二维方式(位在位点阵上)排列并且数据由多个光点读出。由于上述原因，重要的是知道读出光点的相对强度，本发明提供了一种校准相对强度的方法，其通过在光学记录载体的非用户数据区域设置一个或多个镜面区域，用从那里反射回的信号确定相对强度，并能够对相对强度进行所需精确校准。
应该注意，上述实施例是说明而非限制本发明，本领域的技术人员将能够在不偏离所附权利要求定义的本发明的范围的前提下设计很多替代实施例。在权利要求中，放在括号中的任何引用符号都不应被看作是限制权利要求。术语“包括”和“包含”以及类似的用语不排除在任何权利要求中或说明书中作为一个整体而列出的那些元件和步骤以外的元件或步骤的存在。对元件的单数引用不排除这种元件的复数引用，反之亦然。可以通过包括若干独立元件的硬件或通过适当编程的计算机实现本发明。在列举了若干装置的设备权利要求中，这些装置中的若干装置可以用一个硬件项或相同的多个硬件项来实现。在相互不同的从属权利要求中列举特定措施的事实，并不意味着不能用这些措施的组合来获益。

Claims (11)

1.一种光学记录载体(1)，用在校准多维光存储系统中多个相应读出光点(202)的相对强度的方法中，该光学记录载体(1)在其非用户-数据区域(204，2)中包括一个或多个镜面区域(15)。
2.依照权利要求1的光学记录载体(1)，其中所述一个或多个镜面区域(15)位于该光学载体(1)的导入区(2)中。
3.依照权利要求1的光学记录载体(1)，其中分布在该光学记录载体(1)表面上的多个岸簇区域(150)位于分离该光学记录载体(1)的连续的用户数据区域的校准光轨(204)中。
4.依照权利要求1到3中任意一项权利要求的光学记录载体(1)，其中所述一个或多个镜面区域(150)实际上位于相对于该光学记录载体(1)表面的零-水平。
5.依照权利要求2的光学记录载体(1)，其中该光学记录载体(1)的导入区(2)包括多个带，所述带中至少有一个(152)包含校准模式，并且所述带中的至少另一个(150)包含镜面区域。
6.依照权利要求2的光学记录载体(1)，其中所述光学记录载体(1)的所述导入区(2)包括多个带，所述带中至少有一个(152)包含校准模式，所述带(152)与镜面区域(150)交错。
7.依照权利要求3的光学记录载体(1)，其中用户数据被分区记录在光学记录载体(1)上，不包含任何用户数据的保护带(204)位于连续的用户数据区之间，在所述保护带(204)中的一个或多个带中可以提供一个或多个镜面区域(150)。
8.依照权利要求7的光学记录载体(1)，其中所述镜面区域(150)包括岸部分的簇。
9.一种制造依照权利要求1到8中任意一个权利要求的光学记录载体(1)的方法，该方法包括在其非用户-数据区域提供一个或多个镜面区域(150)，以在校准多维光存储系统中的多个相应的光学读出光点(202)的相对强度的方法中使用。
10.一种校准多维光存储系统中的多个相应的光学读出光点(202)的相对强度的方法，该方法包括照射符合权利要求1到8中任意一个权利要求的光学记录载体(1)，并针对所述光学记录载体(1)的非用户-数据区域中所提供的一个或多个镜面区域(150)进行一个或多个反射率测量。
11.一种使用权利要求10的方法的光学驱动器，包括用于照射依照权利要求1到8中任意一个权利要求的光学记录载体(1)的装置，用于针对所述光学记录载体(1)的非用户-数据区域中所提供的一个或多个镜面区域(150)进行一个或多个反射率测量的装置，以及用于相应地校准多个相应的光学读出光点(202)的相对强度的装置。
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