KR20050088423A - 분할 포토 검출기를 갖는 비트 검출기 - Google Patents

분할 포토 검출기를 갖는 비트 검출기 Download PDF

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KR20050088423A
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빌렘 엠. 제이. 엠. 코에네
알베르트 에이치. 제이. 임민크
베르나르두스 에이치. 더블유. 헨드릭스
알로이시우스 엠. 제이. 엠. 스프뤼트
마르쿠스 에이. 비. 더블유. 볼테
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코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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Abstract

본 발명은 기록매체에 저장된 채널 데이터 스트림(channel data stream)의 비트에 대한 비트값을 검출하는 비트 검출기에 관한 것이다. 여기서, 채널 데이터 스트림은 제1 방향을 따라 1차원적으로 전개되고 제2 방향을 따라 서로 정렬된 적어도 2비트 행의 채널 스트립을 포함하고, 상기 2개의 방향은 비트 위치의 2차원 격자를 구성한다. 2D 검출에 대해 비트 검출 성능을 매우 향상하기 위해, 비트 검출기는, 상기 제2 방향을 따라 하나의 위치로 각각 지향되는, 하나 이상의 입사 광빔에 응답하여 상기 기록매체로부터 반사되거나 상기 기록매체를 통해 전송되는 광을 검출하고, 또한 상기 반사 또는 전송된 광을 검출하고 부분 HF 신호값을 발생하는 적어도 2개의 검출기 분할부분으로 분할되는 포토 검출기와, 상기 부분 HF 신호값으로부터 상기 채널 데이터 스트림의 비트에 대한 비트값을 결정하는 신호 처리 수단을 포함으로 구성된다.

Description

분할 포토 검출기를 갖는 비트 검출기{Bit Detector Having Partitioned Photo Detector}
본 발명은 기록매체(record carrier)에 저장된 채널 데이터 스트림(channel data stream)의 비트에 대한 비트값을 검출하는 비트 검출기(bit detector)에 관한 것이다. 여기서, 채널 데이터 스트림은 제1 방향을 따라 1차원적으로 전개되고 제2 방향을 따라 서로 정렬된 적어도 2비트 행의 채널 스트립(channel strip)을 포함하고, 상기 2개의 방향은 비트 위치의 2차원 격자(lattice)를 구성한다. 또한, 본 발명은 포토 검출기(photo detector), 비트 검출 방법 재생 장치 및 방법과, 상기 방법을 실행하는 컴퓨터 프로그램에 관한 것이다.
1차원(1D) 광기록에서, 고주파(HF) 데이터-신호의 물리적 생성은 중심 개구(CA: Central Aperture)에 대해 (반사 및 회절된) 광양자(photon) 분포의 집중(integration)을 통해 실현된다. 이러한 개구는 광디스크의 정보 계층(information layer)에 입사되는 소초점 레이저 스폿(small focused laser spot)을 실현하기 위해 사용되는 것과 동일하다. 바로 뒤의 비트-검출의 기초가 되는 단일 아날로그 HF-신호 파형은 때때로 CA-신호라고도 한다.
종래의 광기록은 1D 나선(spiral)을 기초로 하고 있는데, 상기 1D 나선을 따라, 매체 상에서 NRZI 채널 비트스트림의 1과 0들을 표시하는 물리적 마크 및 비-마크(non-marks)가 상기 1차원을 따라 연속적으로 전개된다. 그러므로 HF-신호를 끌어내는 물리적 변조를 일으키는, 매체 상의 피트 구조에서의 레이저 스폿의 물리적 회절은, 접선 방향(tangential direction)으로도 알려진, 트랙 또는 나선에 따른 방향으로 발생한다. 한편, 연속 트랙(즉, 단일 나선의 연속적인 원주)이 상당히 서로 근접하고 있다는 사실에 기인하는, 피트의 유한 방사도(finite radial extent)와, 방사 방향에 따른 피트-구조의 변형으로부터, 방사 회절(radial diffraction)이 발생된다. 즉, 레이저 스폿은, 원하는 구성요소인 중심 트랙으로부터의 신호뿐만 아니라, 이웃 트랙으로부터도 발생하는데, 이것은 크로스-토크(cross-talk)로서 더 잘 알려져 있는 현상이다. 1D 광기록에서 데이터-방향 또는 비트-방향은, 이웃 트랙과는 독립적으로, 단일 트랙에 대한 방식으로 설정된다. 즉, 이웃 트랙에서의 스폿에 의해 발생되는 신호에 누설되는 중심 트랙의 정보도 사용하는 조인트 검출(joint detection)이 아니라, 반대로 중심 트랙의 데이터-신호와 상관(correlation) 관계가 없는 비백색 잡음(non-white noise)으로서 이웃 트랙의 집합을 고려할 수 있다.
이것은 1D의 경우에 대해, 비트-방향과 관련된, 1D 광기록에서의 모든 관련 신호가 접선 회절에 의해서만 발생된다는 것을 의미한다. 이것이 어쩌면 개선되는 비트-검출의 관점에서 중심 개구의 추가적 분할이 1D-경우와 관련되었기 때문이 아니라는 것의 아주 근본적인 이유이다. 아래에서 명백하게 알 수 있듯이, 2D 광기록에 대한 상태는 전적으로 반대이다.
예를 들어, 비-예비공개(non-prepublished) 유럽 특허출원 EP 02079097.8(=PHNL020929)에 설명된 바와 같이, 2D 광기록에서, 상기 비트는 일반적으로 공통 또는 코히어런트(coherent)한 비변형(non-deform) 2D 격자에 위치하며, 바람직하게는 정방형 격자 또는 육방형 격자에 위치한다. 즉, 각 비트의 클러스터(cluster)의 중심 비트로서 고려되는 각 비트에 대해, 중심 비트 위치에 대한 이웃 비트 위치의 집합은 항상 동일하다. 결과적으로, 격자의 규칙적으로 잘 정의된 위치에서 발생하는 이러한 랜덤 피트 구조(random pit structure)에서의 레이저 스폿의 회절은, 비트의 “실(공간) 격자(real space lattice)”에 대응하는 “역 (공간) 격자(reciprocal space lattice)” 상에 위치하는 회절 벡터로서 알려진, 매우 잘 정의된 방향으로 항상 지향된다.
대개, 표준 1D 광기록에서, CA 내의 정보는 집중되어, 회절이 일어나는 방향에 대한 임의의 정보는 임의의 비트-검출에 앞서 제거된다.
본 발명의 목적은 2D 저장에 대한 비트 검출 성능을 더욱 개선하는 비트 검출기 및 해당 비트 검출 방법을 제공하는 것이다.
이러한 목적은 본 발명에 따라 청구범위 제1항에 청구된 바와 같은 비트 검출기에 의해 해결된다. 즉, 상기 비트 검출기는
- 제2 방향을 따라 하나의 위치로 각각 지향되는, 하나 이상의 입사 광빔에 응답하여 상기 기록매체로부터 반사되거나 상기 기록매체를 통해 전송되는 광을 검출하고, 또한 상기 반사 또는 전송된 광을 검출하고 부분 HF 신호값을 발생하는 적어도 2개의 검출기 분할부분으로 분할되는 포토 검출기와,
- 상기 부분 HF 신호값으로부터 상기 채널 데이터 스트림의 비트에 대한 비트값을 결정하는 신호 처리 수단을 포함한다.
대응하는 비트 검출 방법은 청구범위 제15항으로 정해진다.
본 발명은 기록매체에 저장된 채널 데이터 스트림의 비트에 대한 비트값을 검출하는 비트 검출기에 사용되는, 청구범위 제16항에 청구된 포토 검출기와도 관련된다. 여기서 상기 채널 데이터 스트림은, 제1 방향을 따라 1차원적으로 전개되고 제2 방향을 따라 서로 정렬되는 적어도 2 비트 행의 채널 스트립을 포함하고, 상기 2개의 방향은 비트 위치의 2차원 격자를 구성하고, 상기 포토 검출기는, 상기 제2 방향을 따라 하나의 위치로 각각 지향되는, 하나 이상의 입사 광빔에 응답하여 상기 기록매체로부터 반사되거나 상기 기록매체를 통해 전송되는 광을 검출하고, 또한 상기 광의 부분을 검출하고 부분 HF 신호값을 발생하는 적어도 2개의 검출기 분할부분으로 분할된다.
또한 본 발명은 재생 장치 및 방법에 관련되고, 비트 검출 방법과 재생 방법을 실행하는 컴퓨터 프로그램에 관련된다.
본 발명은, 회절이 대칭적으로 일어나는 방향을 따라 선택되는 것이 바람직한, 적어도 2개의 세그먼트(segment)로 포토 검출기를 분할하는 아이디어를 기초로 하고 있다. 후자의 방향과, 이러한 방향 각각에서 발생하는 회절의 양은 채널 데이터 스트림, 즉 바람직한 실시예에 따른 비트의 2D 격자에서 고려되는 2D 비트 클러스터의 일종의 핑거프린트(fingerprint)로 간주할 수 있다.
“포토 검출기”라는 용어는, 아날로그 신호 파형으로서 더 사용되는 전기 신호로 광신호를 변환하는 어떤 장치를 의미하는 것으로 넓게 이해되어야 한다. 특정 비트 행으로 지향되는 것이 바람직하지만 제2(방사) 방향을 따라 어떤 위치로 지향될 수도 있는, 예를 들어 하나의 비트 행보다 많은 경우에 비트 행들 사이에서도 지향되는 입사 광빔에 응답하여 기록매체로부터 반사되거나 기록매체로부터 전송되는 광을, 상기 포토 검출기가 수신한다. 이것은 넓은 나선(broad spiral)에 비트-행이 있는 경우보다, 회절 격자에 의해 발생될 수 있는 스폿의 어레이에 더 많은 광 스폿이 있을 수 있다는 것을 의미한다.
육방 격자에 대해, 예를 들어, 비트 클러스터는 하나의 중심 비트와 6개의 이웃 비트로 구성될 수 있어서 27=64, 즉 중심 비트가 “0”인 32와 중심 비트가 “1”인 32의 클러스터가 있을 수 있다. 또한 이러한 32 패턴은, 이항 계수(binomial coefficient) 으로서, 즉 비트-값이 “1”인 n=0, 1, 2, ..., 5, 6의 가장 가까운 이웃 비트를 가지는 각각의 상태에 대한 1, 6, 15, 20, 15, 6, 1의 가능한 구성으로서 분포된다.
본 발명의 장점은 다음과 같이 설명할 수 있다. 중심 비트가 “1”이고 2개의 가장 가까운 이웃 비트도 “1”인 7 비트의 육방 비트 클러스터를 고려할 것이다. CA를 통한 집중에 일치하는 표준 HF 신호가 이러한 타입의 클러스터에 대해 전형적인 것이나, 비트값 “1”인 2개의 가장 가까운 이웃을 갖는 다른 클러스터의 15개의 가능한 구성 모두에 대해서도 거의 동일하다. 그래서 비트값 “1”인 가장 가까운 이웃 비트가 어느 방위에 위치하는가를 표시하는 방위 정보는 표준 검출 방법에서 삭제된다.
본 발명에 따라, “1”-비트의 가장 가까운 이웃이 (6개의 가능한 위치가 있는 원을 따라) 위치하는 곳에서 단서를 제공하는 부분 HF 신호의 벡터를, 주어진 (중심) 비트에 대해 검출하는 것이 제안되었다. 육방 클러스터의 각각의 가능한 구성은 근처에서의 구성에 대한 “핑거프린트”로서 볼 수 있는 신호의 집합을 이끌어낸다. HF 신호 벡터는 일부 핑거프린트에 다른 것보다 더 잘 매칭(matching)된다. 또한, 이웃 비트에서, HF 신호 벡터 각각은 다수의 부분 HF 신호로 구성되고, 자신의 순서에서 각각은 서로 다른 가망성(likelihoods)으로 가능한 핑거프린트와 매칭된다. 각 검출기 분할부분은 이러한 부분 HF 신호값을 생성한다.
이러한 방법에서의 비트 검출은 검출된 모든 HF 신호 벡터에 가장 가깝게 매칭되는 2D 비트 패턴을 찾는 것으로 된다. 각 HF 신호 벡터는 클러스터의 중심 비트값과 비트값 “1”인 그 이웃의 수에 대해서 시사할 뿐만 아니라, 가장 가까운 이웃 비트의 위치에 대해서도 시사한다. 이것을 찾는 다른 방법은, 2D 격자의 각 비트 위치에서 정보의 조각들을 이용할 수 있는 경우에, 매우 어려운 문제이다. 즉, 이러한 조각들은 큰 조각 그림 맞추기(jig-saw puzzle)와 같이 함께 맞추어야 한다.
더욱 상세하게, 1 비트에 대한 하나의 측정값이 실제값(또는 적절히 양자화된) 강도의 벡터에 의해 표시되고 있는 측정값의 집합에 대해, 이진 2D 비트 스트림을 맞추는 것으로서의 분할된 포토 검출기로써, 비트 검출을 표시할 수 있다. 비트 검출은 최대-공산(maximum-likelihood)의 의미로 실행될 수도 있는데, 이 경우, 예를 들어 신호 벡터에서 신호 성분 각각에 대해 하나인 유클리드 거리(Euclidian distance)에서와 같은 비용 함수(cost function)의 합으로 정의된, 주어진 비트에서의 비용 함수는, 그 비트가 비트 시퀀스에서 발생될 가능성을 표시하게 된다. 시퀀스에 따른 모든 비용 함수의 합을 최소화함으로써, 가장 가능성 있는 비트 시퀀스를 찾을 수 있다. 상기한 바와 같이, 가장 가까운 이웃의 방위에 대해 추가적 정보를 생성하도록 상기 분할이 선택된다.
본 발명의 바람직한 실시예는 종속 청구범위에 기재되어 있다.
주파수 영역에서 분할하는 대신에, 기록매체 상의 피트-구조(pit-structure)가 직접 비추어지도록 영상 평면에서 분할을 실행할 수도 있다. 이 경우에, 기록매체와 포토 검출기 사이의 광 경로에 추가적인 렌즈가 제공된다. 이러한 검출 모드는 주파수 영역에서 분할이 적용된 경우에 존재하는 반전-대칭(inversion-symmetry)의 불명확성(ambiguity) 문제가 없다.
일반적으로, 본 발명은 어떠한 2차원 코드에도 적용할 수 있다. 그러나 바람직한 실시예에 따르면, 채널 데이터 스트림의 비트는 2차원 육방 또는 정방 격자에 배치된다.
육방 또는 정방 격자 코드와 주파수 영역에서의 분할을 사용하는 포토 검출기의 바람직한 실시예에 대해, 청구범위 제4항 내지 제6항에 정의하였다. 이것은 짝수의 검출기 분할부분을 사용하고 반대편 검출기 분할부분의 분할 HF 신호들을 하나의 분할 HF 신호로 조합한다는 장점이 있다. 3개의 분할 HF 신호로 귀결되는 6-폴드 분할 포토 검출기가 바람직한 실시예로서 제공된다. 그러나 다른 수의 검출기 분할부분도 마찬가지로 이용할 수 있다. 예를 들어, 영상 평면 분할에서, 검출기는 코드의 격자 구조와 동일한 분할 구조를 나타내는 장점을 가지는데, 즉 육방 격자 코드의 경우 검출기 분할부분이 육방 격자 상에 배치되고 각 분할부분은 코드의 격자 비트와 동일한 육방 구조를 가지게 되는 장점을 가진다.
다른 바람직한 실시예에서, 검출기 분할부분은 적절한 신호처리 수단d 의해 푸시-풀(push-pull) 신호를 발생하기 위해서도 사용될 수 있다. 여기서 포토 검출기의 반대편에 위치한 검출기 분할부분에 의해 발생된 부분 HF 신호값은, 트래킹에 사용될 수 있는 상기 푸시-풀 신호를 구하기 위해 제거된다.
적절한 신호 처리 수단을 사용하는 또 다른 바람직한 실시예가 청구범위 제10항 및 제11항에 정의되어 있다. 분할된 포토 검출기에 의해 구해진 부분 HF 신호는 고려 중인 비트 클러스터가 어떠한 타입인지를 검출하기 위해서도 사용될 수 있다. 코드의 밀도(density)에 따라, 이것은 적어도 일부 또는 심지어 모든 비트 클러스터 타입에 대해 가능하다. 그러나 단지 하나의 검출로부터 뿐만 아니라, 이웃 비트 클러스터 또는 현재 비트 클러스터와 중첩되는 비트 클러스터의 검출로부터도, 부분 HF 신호값을 평가할 수 있다. 또한, 부분 HF 신호는 현재의 비트 클러스터의 비트가 어떤 비트값을 갖는가를 결정하기 위해 사용될 수 있다.
도 1은 코딩 시스템의 일반적인 레이아웃에 대한 블록도.
도 2는 본 발명에 따른 판독 장치의 일반적인 설정을 나타내는 도면.
도 3은 스트립 기반 2차원 코딩 방법을 표시하는 개략도.
도 4는 육방 격자에서 2D 코드에 대한 개략적인 신호 패턴을 나타내는 도면.
도 5는 특정 밀도에 대한 원시 스칼라-회절(raw scalar-diffraction) 신호 패턴을 나타내는 도면.
도 6은 육방 격자에 대한 실-공간 및 역-공간 좌표 시스템을 나타내는 도면.
도 7은 본 발명에 따른 분할 포토-검출기의 실시예를 나타내는 도면.
도 8은 육방 비트 클러스터에서 가장 가까운 이웃 비트의 인덱싱 순서(indexing order)를 도시하는 도면.
도 9 내지 15는 다른 개수의 가장 가까운 이웃 피트-비트에 대한 클러스터 타입을 나타내는 도면.
도 16은 서로 다른 클러스터 타입에 대한 HF 신호를 나타내는 도면.
도 17 내지 23은 서로 다른 클러스터 타입에 대한 부분 HF 신호 및 HF-CA를 나타내는 도면.
도 24는 본 발명에 따른 판독 장치의 또 다른 실시예를 나타내는 도면.
도 25는 본 발명에 따른 영상-평면 분할용 포토 검출기의 또 다른 실시예를 나타내는 도면.
도 27은 이진 심볼(binary symbol)에 대한 1D 비터비-검출(Viterbi-detection)을 위한 격자배열(trellis)을 나타내는 도면.
도 28은 격자배열에서 경로의 수렴에 대한 일례를 나타내는 도면.
도 29는 대칭 비트 배열과 그 결과로서 6-폴드 포토 검출기를 갖는 부분 HF 신호의 일례를 나타내는 도면.
도 30은 임계 검출(threshold detection)에서 대칭-검출 연산자를 사용하여 22개의 다른 패턴 클래스(class)를 나타내는 도면.
도 1은 데이터 저장 시스템의 전형적인 코딩 및 신호 처리 요소를 나타내는 도면이다. 입력(DI)에서 출력(DO)까지의 사용자 데이터의 사이클(cycle)은, 인터리빙(interleaving)(10), 에러 정정 코드(ECC) 및 변조 인코딩(20, 30), 신호 전처리(preprocessing)(40), 기록 매체(50)에 데이터 저장, 신호 후처리(post-processing)(60), 이진 검출(70), 및 변조 코드와 인터리빙된 ECC의 디코딩(80, 90)으로 구성된다. ECC 인코더(20)는 여러 잡음원(noise source)으로부터의 에러에 대해 보호하기 위해 데이터에 여분의 것(redundancy)을 부가한다. ECC-인코딩 데이터는, 데이터를 채널에 적응시키는 변조 인코더(30)로 통과되는데, 즉 상기 데이터를 채널 에러에 의해 손상될 가능성이 적고 채널 출력에서 더욱 용이하게 검출될 수 있는 형태로 조작한다. 변조된 데이터는 공간 광변조기(spatial light modulator)와 같은 기록소자에 입력되어, 기록매체(50)에 저장된다. 재생 측에서, 예를 들어 포토 검출 소자 또는 고체 촬상 소자(CCD: charge-coupled device)와 같은, 검출된 광을 전기신호로 변환하는 판독 소자는, 변환되어야 할 가상-아날로그(pseudo-analog data) 데이터 값을 디지털 데이터(이진 변조 방식에 대해 화소당 1 비트)로 되돌린다. 이러한 처리에서의 제1 단계는, 등화(equalization)라고도 하는, 상기 기록 처리 과정에서 생성되는 왜곡의 제거를 시도하는 후처리(post-processing) 단계(60)로서, 아직 가상-아날로그 영역에 있다. 가상-아날로그 값의 어레이(array)는 비트 검출기(70)를 거쳐 이진 디지털 데이터의 어레이로 변환된다. 다음으로 디지털 데이터의 어레이는 변조 인코딩에 대한 역 연산(inverse operation)을 실행하는 변조 디코더(80)로 먼저 통과되고, ECC 디코더(90)를 통과한다.
광 저장장치의 전형적인 패러다임(paradigm)에서, 보통 원형 디스크(직경 12cm)의 저장 매체의 표면을 스캔(scan)하기 위해 단일 스폿의 광이 사용된다. 상기 매체 상의 정보는 상기 매체의 내부에서 외부로 나선형으로 형성된 1차원 트랙에 정렬된 비트로서 저장된다. 상기 기술에 따라 상기 디스크 상의 “1”-비트는 상기 데이터를 판독하기 위해 사용되는 광의 파장의 1/4의 깊이(이상적인 값)를 갖는 상기 표면에서의 피트로서 표시될 수 있어서, 반파장의 전체 경로차를 통해 소멸 간섭(destructive interference)을 갖게 된다. “0”-비트는 평탄한 표면에 의해 표시되는 것으로서 랜드(land)라고도 한다. 트랙 사이의 중립 영역도 ‘랜드’로 코딩된다. 이러한 표시는 물리적으로 마스터(master)된 피트를 갖는 읽기 전용 시스템(예를 들어, CD-ROM)에 사용된다. 다른 표시로서는 상기 재료의 내부 상태에 따라 입사광에 위상 시프트(phase shift)가 발생하는 광학적인 활성화 재료를 사용한다. 이 경우에, 상기 재료의 내부 상태에 따라, “1”은 반파장의 위상 시프트로, “0”은 위상 시프트가 없는 것으로 표시될 수 있다. 판독에 사용되는 동일한 광 빔이 위상-변화 재료의 상태를 변화시키기 위해(결정에서 비결정으로) 사용될 수 있다. 즉 이러한 원칙은 읽기-쓰기 시스템(예를 들어, CD-RW)을 형성하는 데 사용된다.
상기 시스템을 사용하는 것과 상관없이, 레이저 다이오드(1)에 의해 발생된 광 빔(2)은 빔 스플리터(beam splitter)(4)와 대물렌즈(5)에 의해 상기 매체(3)의 표면 상에 지향되고 초점이 맞추어지며, 도 2에 나타낸 바와 같이 상기 매체(3) 상에 비트를 표시하는 특징에 따라 반사되고 회절된다. 상기 표면 상의 빔 스폿이 종종 그 이웃 트랙에 대한 트랙 거리보다 커지기 때문에, 다른 비트로부터의 심볼간 간섭(ISI: InterSymbol Interference)을 참작해야 한다. 상기 트랙이 서로 근접할수록 상기 ISI는 더 강해진다. 출력 신호(6), 즉 반사 및 회절된 광 파면(light wave fronts)은 대물렌즈(5)(중심 개구), 빔 스플리터(4) 및 웨지(wedge)(7)를 통해 되돌아간다. 강도는 포토 검출기(8)에 의해 고주파(HF: High-Frequency) 신호로서 측정될 수 있다.
2D 광기록에서는, 매체로부터 정보를 동시에 판독하는 다수의 빔을 사용하여 데이터 속도(data rate)뿐만 아니라 매체의 최대 저장 용량을 증가시키는 노력을 하여, 데이터 속도가 동시에 판독하는 빔의 수에 비례하게 한다. 상기 용량은 비트 정보 ‘영’을 이동시켜 ISI를 감소시키고 간섭 신호를 발생하는 영역인, 중립 가드-밴드(neutral guard-band)가 사이에 있는 개별 트랙들에 비트를 위치시킴으로써 증가되는 것이 아니고, 상기 매체 상의 2차원 격자에 비트를 배치함으로써 증가되므로, 기존의 표면을 더욱 많이 사용하게 된다. 데이터 밀도가 증가됨으로써 이웃 비트의 영향도 급격히 증가한다. 격자는 병진적으로 불변(translationally invariant)이므로, 중심 비트에 대한 이웃 비트의 위치는 항상 동일하다. 결론적으로, 제한된 수의 가능한 비트 조합에 의해 발생되는 가능한 회절 패턴의 제한된 집합이, 상기 격자 상의 한 영역에 있게 된다.
렌즈 시스템을 통한 광의 진행은 (복소값) 파장 함수의 푸리에 변환(Fourier transformation)과 수학적으로 동등하여, 실-공간에서의 원래 격자 벡터에 해당하는 역격자 벡터(reciprocal lattice vector) 공간을 형성한다. 벡터의 푸리에 변환은 그 자신에 대해 직교하므로, 역벡터는 반전 길이(inverse length)만으로, 실-공간에서의 벡터와 유사한 대칭성을 나타낼 것이다. 이것은 저장 매체(실-공간) 상의 비트 패턴을 푸리에 공간에서의 그 결과적인 회절 패턴으로 매핑할 수 있게 하므로, 2차원에서 비트 검출을 가능하게 한다. 이것은 저장 매체의 표면에 비트의 유망한 상태에 대한 추가적인 정보를 수신하기 위해 상기 클러스터의 가능한 비트-패턴의 대칭성을 사용하는 아이디어를 발생시킨다. 렌즈의 중심 개구가 분할되어 원래 격자와 동일한 다중도(multiplicity)를 갖는다면, 각 분할에 대한 HF-신호의 강도 레벨은 신호가 발생된 클러스터 패턴에 대한 실마리를 줄 것으로 예상할 수 있다.
비-예비공개 유럽 특허출원 EP 01203878.2 (=PHNL010746)에서는, 채널 비트의 가장 가까운 이웃 클러스터의 관점으로 육방 격자 상에서의 2D 제한 코딩(constrained coding)에 대해 설명하고 있다. 여기서는 이러한 2D 코드의 실제적인 제한에 초점을 맞추는 것이 아니라, 채널에 대해 가장 견실한 전송의 면에서 장점을 갖는 제한에 초점을 맞추고 있다. 다음 주제는 비-예비공개 유럽 특허출원 EP 02076665.5(=PHNL 020368)에 개시된 것으로서, 즉 여기서는 이러한 2D 코드의 실행 및 구성에 대해 설명하고 있다. 일례로서, 특정 2D 육방 코드는 아래에 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 일반적인 아이디어와 모든 측정은, 특정한 임의의 2D 육방 또는 정방 격자 코드에서, 일반적으로 임의의 2D 코드에 적용할 수 있다는 것에 유념해야 한다.
상기한 바와 같이, 다음으로 2D 육방 코드에 대해 고려한다. 2D 육방격자 상의 비트는 비트 클러스터의 관점으로 식별된다. 육방 클러스터는 이웃 격자 사이트에서 6개의 가장 가까운 이웃에 의해 둘러싸인, 중심 격자 사이트(central lattice site)에서의 비트로 구성된다. 상기 코드는 1차원 방향을 따라 전개된다. 2D 스트립(strip)은 제1 방향에 직교하는 제2 방향으로 서로 모인 다수의 1D 행으로 구성된다. 스트립-기반 2D 코딩의 원칙을 도 3에 나타내었다. 다수의 연속 스트립 사이에, 예를 들어, 한 행의 가드 밴드는 높게 위치한다.
육방 격자 상의 2D 기록에 대한 신호-레벨은 가능한 모든 육방 클러스터의 완전한 집합에 대한 진폭값의 도표에 의해 식별된다. 또한, 등방성 가정(isotropic assumption)이 사용되는데, 즉 채널 임펄스 응답(channel impulse response)은 원형 대칭(circularly symmetric)이 되는 것으로 가정한다. 이것은 7-비트 클러스터의 특징을 나타내기 위해, 중심 비트와, 가장 가까운 이웃 비트(6개의 이웃으로부터 0, 1, ..., 6이 “1”비트로 될 수 있음) 사이의 “1”비트(또는 “0” 비트)의 수를 식별하는 것만이 중요하다는 것을 의미한다. 여기서는 “0”비트를 랜드-비트(land-bit)로 표기한다. 전형적인 “신호-패턴”을 도 4에 나타내었다. 연속적인 넓은-나선(broad-spiral)들 사이에서 1 (공백) 비트 행의 가드 밴드를 갖는, 11개의 평행 비트 행으로 구성되는 광-나선을 가정하면, 도 4의 상태는 종래의 1D 광기록(예를 들어 블루-레이 디스크(BD)에서 사용되는 것) 포맷(블루 레이저 다이오드를 사용)에 비해, 1.7의 팩터로 증가되는 밀도에 해당한다.
비트 검출기를 더욱 간단히 분석하기 위해, 7-비트 임펄스 응답과, c0로 표시된 중심 탭(tap)과, c1로 표시된 가장 가까운 이웃 탭(tap)(상기 클러스터에서 모든 6개의 가장 가까운 이웃 비트에 대해 동일 계수)을 갖는, 완전히 선형인 것으로 채널이 종종 가정된다. 이러한 단순화 모델에 대한 도식적인 신호-패턴을, “정확한(exact)" 스칼라-회절 모델(scalar-diffraction mode)에 대한 것과 함께, 도 5에 나타내었다. 이것은 약 1.4의 네트 팩터(net factor)로 밀도 이득에 적용한다(1D-BD 대비). 도 5는 2D 변조와 BD(1D)에 대한 사용자 비트의 크기를 각각 나타낸다. 11/12의 팩터는 (하나의 공백 행의) 가드 밴드의 존재의 원인이 된다.
도 5의 상태는 단순화된 추상적 채널 모델에서 c0=4c1에 부합한다. 중심 비트로서 “0”비트를 갖는 클러스터의 3개의 하단 신호 레벨은, 중심 비트로서 “1”비트를 갖는 클러스터의 3개의 상단 신호 레벨과 중첩된다는 것에 유념해야 한다. 신호 레벨에서의 이러한 중첩은 그 이상의 대규모 저장 밀도에서 2D 광 저장에 대한 “클로즈드 아이(closed eye)"의 기본적인 문제이다.
신호 폴딩(signal folding)을 피하기 위해, ROM 기록-채널에 대한 적응 기록-계획(write-strategy)이 제안되었다. 즉, 피트-비트에서, 비트-영역의 약 50%를 차지하는 작고 가급적 원형인 피트-홀(pit-hole)이 기록-채널을 통해 실현될 것이다. BD의 판독-채널(λ=405nm; NA=0.85)을 가정하면, 육방 격자의 격자 파라미터는 195.2nm와 같다(피트-비트에 대해 반지름 b=60nm인 피트-홀 포함). 도 5에서의 신호 파형들은 동일하지 않다(원시 파형). 이러한 상황은 BD 시스템에 대한 사용자 능력과 동일하게 부합한다.
다음으로 육방 격자에 대해 더욱 상세히 평가한다. 7비트로 구성되는 육방 클러스터, 즉 하나의 중심 비트 및 그 6개의 (가장 가까운) 이웃 비트를 고려할 것이다. 이러한 클러스터에 대한 비트 셀을, 실-공간(도 6a)과 역공간에서의 좌표 시스템과 함께, 도 6에 나타내었으며, 여기서 후자는 회절 패턴이 형성되는 출구 동공(exit pupil)에서 2D (공간 주파수) 공간을 나타낸다.
본 발명의 한 가지 가능한 구현 방법으로 도 7에 나타낸 바와 같은 포토 검출기의 3-폴드 분할이다. 즉, 포토 검출기의 검출기 표면은 먼저 전체를 6 부분으로 나누고, 상기 부분들은 역격자의 기본 벡터 b1, b2의 방향을 따라 향한다. 이러한 6 부분(P1-P6)으로부터, 서로 반대 방위에서의 부분들이 연결된다. 즉, P1과 P4, P2와 P5, P3과 P6이 3-폴드 분할 포토 검출기를 생성한다. 이러한 3 분할 각각에서 분리된 HF 신호 HF0, HF1 및 HF2가 측정될 수 있다. 육방 클러스터의 중심에 정확히 위치하는 비-수차 스폿(non-aberrated spot)에 대한 출구 동공에서의 정보 분포는 역공간에서의 원점에 대해 반전 대칭(inversion symmetry)이다. 그러므로 반대편에 대해 계산된 광자가 반드시 추가되는데, 이들이 정확히 동일한 정보를 표시하기 때문이다.
기본 또는 독립적인 클러스터 타입(또는 클러스터 클래스)에 대해 설명한다. 즉 클러스터 타입(type) 또는 클래스(class)는, 60, 120, 180, 240 또는 300도 이상의 회전에 의해 또는 점 반전(point inversion)(클러스터의 중심에 위치하는 반전 중심을 가짐)에 의해, 다른 것으로 변환될 수 있는 모든 클러스터를 포함한다. 중심 비트 값 b0이 0과 동일한 14개와, b0이 1과 동일한 14개의, 28개의 이러한 독립 클러스터 클래스가 있다는 것이 판명되었다. 이러한 기본 클러스터를 PAT-01, PAT-02, ..., PAT-14로서 도 10 내지 16에 표시하였다. 서로 다른 클러스터 클래스를 설명하기 위해, 이웃 비트의 인덱싱에 대한 관례를 도 8과 같이 나타내었다.
도 9 및 10은 비트값이 1인 피트-타입의 (가장 가까운) 이웃의 개수(이러한 개수는 n으로 표시)가 n=0 및 n=1로 각각 설정되는 경우에 대한 첫 번째의 2개의 독립 클러스터 패턴을 생성한다. 후자의 경우에는, 서로 구별될 수 있는 출구 동공에서 회전된 신호 분포를 이끌어 내는, 이러한 클러스터 타입(0, 60 및 120도 이상)의 3개의 회전 변형이 있다. 이러한 3개의 회전 변형 각각은, 출구 동공에서 동일한 신호 분호를 생성하는 (원점에서의) 점 반전을 적용하여 구한 관련 클러스터 타입을 가진다. 그래서 이러한 전형적인 클러스터는 전체 6개의 변형이 가능하나, 3개의 쌍 사이에서만 구별될 수 있고, 각각의 쌍은 점 반전에 의해 관련되는 2개의 클러스터로 구성된다.
분할된 포토 검출기에 의한 검출의 장점에 대해 아래에서 논의한다. 이 경우는 피트-타입의 하나의 이웃을 갖는 중심 비트 b0에 대해 특유한 표준 HF 신호에 대한 것이다. 3개의 부분 HF 신호의 정확한 합인, 표준 HF 신호 단독으로부터, 어느 방향에 이러한 이웃 피트 비트가 위치하는가를 결정할 수 없다. 한편, 분할될 포토 검출기로부터 3개의 부분 HF 신호를 이용할 수 있으면, 피트 비트가 0 또는 180도의 방위에 위치하는지, 60 및 240도의 방위에 위치하는지, 120 및 300도에 위치하는지를 찾아낼 수 있다. 즉, 이것은 n=1에 대해 이러한 클러스터 클래스에서 구별될 수 있는 3쌍의 개별 클러스터 쌍이다. 따라서 이러한 여분 정보(extra information) 단독으로는 이웃 비트를 위치시키기에 충분하지 않다는 것은 명백하다. 그러나 비트 검출이 실행되고 있는 클러스터 가까이 있는 각 이웃 비트는, 5개의 다른 클러스터에서의 이웃 비트이고, 또한 그 “자신”의 클러스터의 중심 비트이다. 즉, 예를 들어 일종의 최대 공산 절차(maximum-likelihood procedure)를 통한, 이러한 정보의 모든 분할부분의 조합은, 표준 HF 신호를 근거로 한 비트 검출보다 더 큰 견실성(robustness)으로, 비트 검출을 개선한다.
도 11은 피트-타입의 (가장 가까운) 이웃의 수가 n=2인 경우에 대한 3개의 독립 패턴을 나타낸다. 이러한 경우에 대해 3개의 독립 클러스터 타입(또는 클러스터 클래스)이 있다. 전체적으로, 15개의 서로 다른 클러스터가 있다. PAT-03에 대응하는 3개의 클러스터는 출구 동공에서 유일한 신호 분포를 생성하는데, 이것은 이러한 클러스터가 반전 대칭이기 때문이다. 이러한 경우에, 분할 포토 검출기에서의 특징 패턴의 검출함으로써, 육방 격자의 3개의 대각선 중 하나를 따라 2개의 이웃 피트 비트의 위치에서 명백하게 결정할 수 있다. 나머지 12개의 클러스터는 2개보다 많은 독립 클러스터 타입으로 나누어진다. 즉, 각 클러스터 타입에 대해, 출구-동공에서 유일한 신호 분포를 갖는 3쌍의 클러스터가 있고, 각 쌍은 점 반전을 통해 서로 관련된 2개의 클러스터를 포함한다. 클러스터의 유사한 오더링(ordering)이 피트 타입의 (가장 가까운) 이웃의 수가 n=3(도 12), n=4(도 13), n=5(도 14) 및 n=6(도 15)과 같은 경우에 대해 실행된다.
출구 동공에서 3-폴드 분할된 부분 HF-신호는 블루-레이(BD) 광학 조건(λ=405nm, NA=0.85)에 대한 스칼라 회절 계산을 근거로 시뮬레이션 된다. 또한, 표준 HF 신호(HF-CA 신호)는, 비트-거리(또는 육방 격자 파라미터) a=165nm, (비트 값이 1과 동일한) 피트 비트의 피트-홀 직경 b=120nm의 파라미터를 갖는, 3 부분 HF 신호의 합이 된다. 피트-홀의 위상 깊이는 π로 가정되어, 피트 영역에서 디스크의 반사 함수는 “-1”과 같다(여기서 랜드 영역에 대해 “1”과 동일함). 여러 가지 클러스터에 대한 표준 HF 신호를 도 16에 나타내었다. 곡선은 평균 HF 신호를 표시하고, 개개의 “별 ”표시는 (동일 개수의 이웃 피트 비트의 서로 다른 배치를 갖는) 여러 가지 클러스터 타입에 대한 HF 신호를 표시한다. 도 17-23에 상기 신호를 나열하였다. 분할된 상태의 개별 HF 신호 성분의 차이는, 서로 다른 클러스터 타입(회전 변형과 함께 하지만 반전 변형과는 함께 하지 않음)이 식별되어 그 이웃 피트 비트의 위치에 대한 (부분적인) 정보를 얻을 수 있다는 것을 드러낸다.
디스크 상에서 피트-구조가 직접적으로 비춰지는 영상 평면에서 분할이 실행된다. 적절한 판독 장치의 설정을 도 24에 나타내었다. 도 2a에 나타낸 판독 장치와 비교하면, 적절하게 조정된 광학-광경로(optical light path)가 사용된다. 예를 들어 빔 스플리터(4)와 검출기(8) 사이의 추가 렌즈(9)에 의해 조정된다. 이러한 검출 모드는 반전-대칭 불명확성으로 인한 어려움이 없으므로, 이웃 비트의 방향으로 분할되는 6-폴드 분할이 유리할 수 있다. 이러한 포토 검출기(8')를 도 25에 나타내었다. 렌즈(5, 9)를 통한 정보층으로부터 검출기(8') 상의 영상 평면을 향하는, 디스크의 커버층을 통한 복귀 경로 상에서 수차(aberration)와, 피트의 위상 깊이에 대한 종속 관계는, 지금까지 고려된 회절 모드의 경우와 다를 수 있다.
위에서는, 비-수차 스폿(non-aberrated spot)을 갖는 대칭의 경우에 대해 본 발명을 설명하였다. 수차 스폿의 경우에는, 검출기 평면에서 반전 대칭이 더 이상 존재하지 않는다. 3 분할 대신에, 검출기의 6 분할이 요구된다. 2개의 계획을 적응시킬 수 있다. 제1 계획은 주사 스폿(scanning spot)에서의 비대칭성에 의해 왜곡되는 핑거프린트를 기준“핑거프린트(fingerprints)”로 사용하는 것과, 일부 다른 수단에 의한 왜곡의 상태를 유도하는 것이다. 또 다른 계획은 다중-신호 적응 등화기(multi-signal adaptive equalizer)(6 신호 입력, 3 신호 출력)를 거쳐 6(비대칭) 신호를 3 대칭 신호로 등화시키는 것이다.
또한, 본 발명은 포토-검출기의 분할부분에서 검출된 (저역 통과된) 신호로부터 광 스폿의 수차를 유도하는 다른 아이디어와 조합될 수 있다. 그 결과는 예를 들어, 적응 등화기나 수차 보상용 LCD 셀에 대한 입력으로서 사용될 수 있다.
상기에서, 본 발명은 육방 격자의 경우에 대해 설명하였다. 그러나 본 발명은 다른 2D 격자 타입(정방 격자 등)에 대해서도 적용할 수 있다. 예를 들어, 정방 격자에 대해, 도 26에 나타낸 바와 같이 4 분할부분(P1~P4)으로 분할하는 데 포토 검출기(8")이 사용될 수 있다. 또한, 모든 종류의 격자에 대해, 다른 수의 분할부분도 가능한데, 예를 들어 육방 격자에 대해 5- 또는 7-폴드 분할이 가능하다.
비동기 신호에 대해, 상기 신호 샘플은 이상적 비트 위치에 대한 임의의 위상에서 구해진다. (상기 수차가 있는 경우와 같은) 이러한 경우에, 회절 평면에서 상기 신호 (강도)는 원점에 대해 반전-대칭이 되지 않을 것이다. 그러므로 도 7에 나타낸 바와 같은 6 분할부분을 갖는 6-폴드 분할이 사용될 수 있다(반전-관련 분할부분의 조합 없음). 더구나, 추가신호 검출을 위한 3 푸시-풀 신호를 구할 수 있는데, 6-폴드 분할에서 반대편의 검출기 분할부분으로부터 상기 신호를 제거함으로써 푸시-풀 신호 각각이 회절의 3개의 주요 방향 중 하나를 따라 발생된다. 또한, 집적된 HF-CA 신호와 3 푸시-풀 신호의 조합이 평가될 수 있다. 많은 조합 및 가능성이 존재한다.
포토 검출기에서의 각 분할 부분은 그 특징적인 전자 잡음의 영향(전압-잡음 및 전류 잡음)을 받기 쉽다. 또한, 각 분할 부분의 샷 잡음(shot noise)은 전체 광자의 영향을 받는 단일 검출기에 대해서보다 더 크게 될 것이다. 이러한 SNR을 고려함으로써, 분할 계획으로부터 이익을 실현하기 위해 필요한 최소한으로 분할의 개수를 제한하는 데에 유리할 수 있다.
예를 들어 Jan Bergnams의 “Digital Baseband Transmission and Recording, Kluwer Academic Publishers, 1996”에서 제7장 “비터비 검출(Viterbi Detection)”에 설명된 바와 같이, 1차원 변조 및 코딩에 대한 기술 수준으로 고전적인 경우의 PRML 비트 검출에 대해 잘 알려져 있다. 본 발명에 따른 비트 검출기에서, 비터비 검출 알고리즘은 ISI 및 잡음에 직면하여 최대-공산 검출 알고리즘(maximum-likelihood detection-algorithm)으로서 사용된다. 비터비 검출기는 최단 경로 알고리즘이 하는 것처럼 동적 프로그래밍 원칙으로 동작한다. 최단 경로 문제에서, 그 명칭이 말하는 바와 같이, 비용 함수 c(s)가 최소로 되는, 지향된 그래프 G=(V,E)를 통해 2개의 특정한 점 S와 D 사이에서 에지의 시퀀스(the sequence of edges) s∈E를 찾는 것이 목표이다. 이러한 에지의 시퀀스는 최소 비용(또는 최저가 경로)의 그래프를 통한 경로라고 부르는 것으로서, 노트(knots) 수의 증가에 따라 지수적으로(exponentially) 많아지는 모든 가능한 경로에 대해 비용을 계산하여 찾을 수 있다. 이와는 달리, 개시 노트(starting knot)(S)에서 시작하여, 인접 노트(adjacent knot)를 선택하고, 모든 입사 에지(incident edge)의 모든 길이와 비교하여 상기 노트에 대한 최단거리를 결정한다. 상기 노트는 개시 노트에 더해져서 최단 거리로 알려진 그래프 상에서의 점집합(set of points)을 형성한다. 이러한 처리 과정은 그래프의 모든 노트에 대해 반복되어, 상기 노트와 알려진 점의 집합에서의 노트 사이에서 최단 거리를 찾는다.
이러한 알고리즘의 마지막에, 그래프 상의 모든 노트가 개시 노트에 대해 최소 거리에 있고, 개시점(starting point)과 노트 D를 연결하는 노트는, S와 D 사이의 최단 경로 상의 노트이다. 모든 노트가 조사되었거나 더 이상의 점이 추가될 수 없을 때, 상기 알고리즘은 종료한다. D가 조사된 노트의 집합 중의 일부가 아니면, 상기 그래프는 분할되고 알고리즘은 해답을 갖지 못한다. 모든 노트는 단지 한번에 처리되고, 모든 노트는 진출 에지(outgoing edge)의 최대 n=|E| 수만을 가질 수 있으므로, 알고리즘의 복잡성(complexity)은 m=|V|에서 o(m*n)이 된다.
마찬가지로 비터비 검출 알고리즘이 동작한다. 일반적으로 격자배열 다이어그램(trellis diagram)이라고 불리는 그래프가 사용된다. 상기 알고리즘의 목표는 최대-공산 검출을 실행하는 것으로서, 즉 어떤 신호가 잡음이 있는 출력 신호(bk)에 가장 가까운 입력 신호인지를 결정하는 것이다. 최대-공산 시퀀스는 기본적으로 격자배열을 통한 경로이다. 상기 격자배열은 2개의 검출된 심볼 사이에서의 모든 가능한 전이(transition)로부터 조합되는 상태로부터 구성된다. 경로의 길이나 연속적인 상태의 수를 메모리 길이(memory length)(M)라고 하는데, 이것은 M이 저장되어야 할 심볼의 개수이기도 하기 때문이다. 구별되는 서로 다른 심볼의 수는 L이며, 신호 처리에서 진폭 레벨이라고도 한다. 예를 들어, 이진 입력(binary input)으로 L은 2이므로, 격자배열에서의 상태의 수는 L M이 된다.
예를 들어, 도 27에 나타낸 격자배열은 비트의 시퀀스로부터 2개의 연속 이진 레벨로 구성되는 상태를 가지며, 하나의 상태는 마지막 비트를 공통으로 갖는 다음 시간 스텝(time step)에서의 상태로 2개의 가능한 전이를 가진다. 상기 격자배열의 브랜치(branch)라고도 하는 모든 전이에 대해, 비용 함수나 브랜치 메트릭(branch metric)이 존재한다. 예를 들면, 기준 레벨이라고 하는, 시간 스텝 k에서 비트 b k에 대해 무잡음 시스템 응답(noiseless system response) RL k와, 수신된 출력 신호 r k 사이에서, k-공간에서의 유클리드 거리는
로 된다. 최단 경로 알고리즘에서와 마찬가지로 비터비 검출기는 개시 상태에서 현재 상태까지 최소의 전체 비용
을 갖는 그래프를 통해 경로를 찾아내려고 한다. 비터비 알고리즘은 주어진 상태(sk)에 대해 상태 sk-1의 집합으로 되돌아가는 모든 가능한 브랜치 메트릭을 계산하고, 격자배열에서 반대방향으로 현재 상태로부터 경로의 일부가 되는 최소 브랜치를 선택한다. 이러한 알고리즘의 단계는 에지의 브랜치 메트릭을 상태의 최후 집합의 오차 함수에 더하고, 이들을 비교하고, 그 상태의 경로의 일부가 되는 최적의 것을 선택하는 것이므로, 가산-비교-선택부(add-compare-select part)라고 한다. 하나의 상태는 반대방향으로 단지 하나의 최소 브랜치를 가질 수 있기 때문에, 집합 sk-1로부터의 한 상태가 L 상태에 대한 가장 최선의 선행 상태가 될 수 있지만, 상기 격자배열은 도 28에서 알 수 있는 바와 같이 매우 빠르게 공통 상태에 수렴하는 경향이 있다. 전형적으로 약 5L 시간 스텝 후에 현재 시간 스텝(k)의 모든 상태의 경로는 하나의 공통 상태로부터 시작된다. M=5L의 역트래킹(backtracking) 깊이는 최대-공산 비트-검출용으로 사용될 수 있다.
비터비 비트 검출 알고리즘은 다중-트랙 검출로 쉽게 확장시킬 수 있다. 다중-트랙 비터비 알고리즘은 t 트랙을 동시에 처리하여, 다음 식의 유클리드 거리를 최소화하는 데이터 시퀀스 bk,j를 찾는다.
격자배열 구조의 관점으로부터, 다중-트랙 비터비 알고리즘은, L 진폭 레벨과 L=2t의 단일-트랙 비터비 알고리즘과 실질적으로 동등하다. 비트의 트랙 열(column)은 2t 요소를 갖는 알파벳 심볼의 한 트랙으로 볼 수 있다. t 트랙의 경우와 L=2t의 서로 다른 진폭 레벨의 경우에, 모든 시간 스텝 k에서 각각 L=2t 브랜치를 갖는 22t 상태가 있는데, 이것은 시퀀스에서 한 심볼의 그 후속하는 것으로의 전이를 하나의 상태가 나타내기 때문이다. 그러므로 다중-트랙 비터비 알고리즘의 계산의 복잡성은, 단일-트랙 비터비 알고리즘과 마찬가지로, 데이터 크기(M)에 선형적이나, 트랙의 수의 관점에서는 지수적이다. 이러한 효과는 2D 비트 검출 알고리즘에서 다중-트랙 비터비 알고리즘을 사용하는 것을 제한한다. 즉 동시에 평가되는 트랙의 수가 증가함에 따라, 계산의 복잡성은 엄청나게 크게 된다.
지금까지는 상기 시퀀스에서 각 비트에 대한 단일 채널의 시스템 응답에만 관심을 두었다. 본 발명에 따라 제안된 바와 같은 분할 포토 검출기를 사용할 때, 순환적으로 동등하여 동일한 HF 신호 r k,j를 갖는, 즉 동일한 강도의 빛이 중심 개구를 통해 진행하는, 비트 격자에서의 비트 패턴은, 상기 신호를 인 포토 검출기(또는 중심 개구)의 각 분할부분(i)에 대한 하나의 신호 로 분할함으로써 구별될 수 있다. 이 때, 상기 브랜치 메트릭은 다음 식과 같이 된다.
상태의 개수는 (트랙을 처리하는) 분할 계획에서 사용되는 채널의 수가 아니라, 동시에 검출되는 트랙의 양에 (지수적으로) 종속되어, 브랜치 메트릭 계산에 대한) 계산 복잡성은 다중 채널 판독을 상기 알고리즘에 부가함으로써 선형적으로만 영향을 받는다.
일반적으로, 유클리드 (L1-) 놈(norm)과는 다른 메트릭의 사용도 가능하다. 공통적으로 알려진 놈으로서는 상기한 유클리드 놈 또는 L1-놈 , L2-놈 , 또는 최대-놈 이 있다.
하나의 축을 따라 대칭인 패턴의 신호를 강화하는 놈은, 영상 처리 등에서 콘트라스트(contrast)를 검출하는 것들과 같은 연산자를 사용하여 적용할 수도 있다. 이러한 연산자는 원래 채널(original channel)을 새로운 채널 집합으로 변환하며, 그들의 신호는 이전의 원래 채널의 신호의 선형조합이다. 예를 들어, 도 7에 나타낸 바와 같이 분할된 중심 개구를 갖는 특정 비트 패턴이 (트랙을 따라) 접선 방향에서 대칭이었는지를 알고자 한다면, 분할부분 P1, P3, P5로부터의 신호를 정규화(normalization)를 위해 2로 곱해진 분할부분 P2 및 P5의 신호로부터 뺀다. 이것은 다른 대칭축에 대해서도 실행될 수 있다. 분할부분의 신호를 더하고 빼는 것은 단순 미디어 또는 상관 잡음에 대해서 무잡음 신호를 생성하는데, 이것은 신호간의 차이가 고려되기 때문이며, 미디어 잡음의 경우에 모든 신호는 (거의) 동일 잡음을 가질 것이다.
다음으로, 대칭-검출 연산자에 대해 상세히 설명한다. 연산자는 휘도(brightness), 에지(edges), 구조(structure) 등에서 콘트라스트를 검출하기 위해 사용되는 영상 처리에서 공통적인 것이다. 연산자는 화상의 화소를 표시하는 어레이를 거쳐 이동된 수의 벡터 또는 어레이이다. 예를 들어, 3-열 벡터 (-1 2 -1)은 (m× n)의 셀에 반복적으로 곱해져서 수직 에지 정보를 포함하는 (m× n-2)-행렬을 생성할 수 있다.
마찬가지로, 대칭인 3개의 주축 중 하나에서의 7-비트 클러스터의 정렬 정도에 대한 정보를 주는 다른 벡터로 신호 벡터를 변환하기 위해, 바이어스된 곱셈(biased multiplication)이 사용될 수 있다. 이 경우에 이러한 변환은, 대칭축에 있는 분할부분의 신호에 +2를 곱하고 대칭축에 있지 않은 것들의 신호에 -1을 곱함으로써 실행된다. 제1 및 제4 분할부분의 신호에 해당하고, 6-폴드 분할 계획이 사용되는, 상기 나선에서의 접선 방향에 평행한 상기 축에 대한 대칭 검출 연산자는, 다음과 같이 계산된다.
HF_(k)=-HF 1_(k)+2·HF 2_(k)-HF 3_(k)-HF 4_(k)-2·HF 5_(k)-HF 6_(k)
다른 2개의 대칭축에 대한 신호는, 부호만 주기적으로 시프트되어서 동일한 방법으로 계산된다. 이것은 모든 대칭 방향에 대한 하나의 신호, 신호의 3-열 벡터를 생성한다. 패턴이 대칭축에 정렬될수록, 해당 벡터 성분의 신호는 커진다. 도 29는 대칭 패턴에 대한 예와 그 연산자 응답을 나타낸다. 주파수 평면에서 분할된 모든 비경사(no-tilt) 조건에서 대칭이 검출될 수 없는 반전-대칭인 패턴을 제외하고, 모든 가능한 패턴이 이러한 대칭 검출 연산자의 3-열 출력-벡터의 배열 및 진폭으로써 구분될 수 있다.
3-벡터-성분의 합은 항상 영(0)과 같다는 점에 유의해야 한다. 또한 상기한 변환은 단지 분할부분의 HF 신호 사이의 차이를 고려한다. 그러므로 결과적인 신호 벡터로부터 상관 잡음을 효과적으로 빼낼 수 있다.
대칭 검출 연산자의 신호는 주어진 HF 신호로부터 비트-패턴을 다시 모으기 위해 여러 가지 방법으로 사용될 수 있다. 여기서는 비터비-검출기의 적응 및 수정된 임계-검출기(threshold-detector)의 2가지의 방법에 대해 간단히 소개한다. 출력 벡터의 계산은, 하드웨어로 쉽게 실현할 수 있고 서브-최적 검출 알고리즘에 대한 원칙적으로 양호한 기초가 되는 단순 선형 변환(simple linear transformation)이 된다.
기준 레벨로부터 분할부분의 잡음이 있는 HF 신호의 출력 벡터에 대한 편차를 계산하기 위해, 모든 가능한 비트 패턴에 대한 출력 벡터의 기준 레벨을 단순히 생성하고 일부 메트릭을 구함으로써, 비터비 검출 알고리즘에 대칭 검출 연산자가 사용될 수 있다. 이상적인 경우에, 편차는 정확한 비트 패턴에 대해 영으로 근접하는데, 이것은 상관 잡음이 기준 레벨과 거의 동일하게 되는 신호 및 출력 벡터로부터 빠지기 때문이다.
대칭 연산자 비터비 검출기의 복잡성은 나선의 길이로는 선형이고 폭으로는 지수적으로 이미 조사된 다중-트랙 비터비-검출기에 대한 것과 동일하다.
임계 검출은 대칭 검출 연산자를 통해 비트 검출에 다른 접근 방법을 제공한다. 정규 임계값 검출기는 모든 분할부분의 신호를 더하여 분할된 중심 개구로부터 만들어질 수 있다. 상기 분할부분의 신호에서 고유한 대칭을 사용하는 임계 검출기에 대해, 상기 임계 레벨 및 그 결과는 3가지 대칭 방향 각각에 대해 개별적으로 계산될 수 있고, 일부 방법은 그러한 3가지 제안으로부터 가장 가능성 있는 결과를 찾도록 발명될 수 있다. 이것은 소프트-판정 기술(soft-decision techniques)을 포함할 수 있다.
대칭 정보를 사용하는 다른 방법은, 임계 레벨 주변의 오차 지역(error zone)에서 그 신호를 갖는 비트 패턴 사이에서 실제로 식별할 필요가 있을 때만 연산자를 사용한다(도 4 참조). 이러한 지역 밖의 상기 패턴들은, 공통 임계 검출기에 의해 완벽하게 검출될 수 있는, 어쨌든 명백한 신호를 생성하고, 불명확한 패턴만이 패턴의 대칭성에 의해 제공되는 추가 정보를 필요로 한다.
특정 대칭 방향으로 3 비트를 갖는 패턴의 출력 벡터는, 상기 방향으로 2 비트만을 갖는 패턴의 출력 벡터와는 현저하게 다르다. 이것은 비축 위치(off-axis)에서의 비트의 수에 따라서도 다르다. 그러므로 7-비트 클러스터의 모든 가능한 패턴은, 도 10-15에 나타낸 것과 마찬가지로, 22 그룹 또는 클래스로 분할될 수 있다. 이러한 클래스는 그 출력-벡터 성분의 부호 및 강도에 의해 분리될 수 있다. 이러한 방법으로, 그 중심 비트로서 ‘0’을 가지는 패턴을 ‘1’을 가지는 것들로부터 명백하게 분리시킬 수 있다. 도 30은, a=165의 격자 벡터와 주된 유닛 셀(primary unit cell)의 반의 피트-비트 영역을 가지는 비트의 육방 2D 격자의 전형적인 격자 파라미터에 대해 설정된 해당 임계 레벨에 따른, 22 패턴 클래스에 대한 출력 패턴을 나타낸다. 상기 성분과 임계값은 진폭으로 결정된다. 패턴 설명에 대한 표기는 다음과 같다. 첫 번째의 3자리 숫자는 대칭축에서의 비트 할당을 표시하고, 단일 숫자는 비축 위치를 나타낸다. ‘1’은 비트로 채워지는 하나의 비축 위치가 있음을 의미하고, 정확한 위치는 알려져 있지 않다. 즉, 상기 위치들이 반대편에 있는 것을 의미하는 ‘1+1’에 반대되는 것과 같이, ‘2’는 축의 동일 측에서의 2개의 위치가 채워진 것을 의미한다.
특히, 분할된 포토 검출기를 사용하는 주된 특징을 포함하는 본 발명에 의해, 2D 광 저장을 위한 비트 검출 성능을 괄목할만하게 개선할 수 있다.

Claims (19)

  1. 기록매체에 저장된 채널 데이터 스트림의 비트에 대한 비트값을 검출하는 비트 검출기에 있어서,
    상기 채널 데이터 스트림은, 제1 방향을 따라 1차원적으로 전개되고 제2 방향을 따라 서로 정렬되는 적어도 2 비트 행의 채널 스트립을 포함하고, 상기 2개의 방향은 비트 위치의 2차원 격자를 구성하고,
    상기 비트 검출기는
    상기 제2 방향을 따라 하나의 위치로 각각 지향되는, 하나 이상의 입사 광빔에 응답하여 상기 기록매체로부터 반사되거나 상기 기록매체를 통해 전송되는 광을 검출하고, 또한 상기 반사 또는 전송된 광을 검출하고 부분 HF 신호값을 발생하는 적어도 2개의 검출기 분할부분으로 분할되는 포토 검출기와,
    상기 부분 HF 신호값으로부터 상기 채널 데이터 스트림의 비트에 대한 비트값을 결정하는 신호 처리 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 비트 검출기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 포토 검출기는 상기 포토 검출기 위로 렌즈의 출구 동공의 평면을 비추도록 적응되고, 상기 렌즈는 상기 포토 검출기 상에 상기 기록매체로부터 반사되거나 상기 기록매체를 통해 전송된 광을 지향시키는 광학 판독 유닛에 제공되는 출구 동공을 가지는 것을 특징으로 하는 비트 검출기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 채널 데이터 스트림의 비트는 2차원 육방 또는 정방 격자에 배치되는 것을 특징으로 하는 비트 검출기.
  4. 제2항 및 제3항에 있어서,
    상기 검출기 분할부분은 비트의 실-공간 격자에 해당하는 역공간의 방향을 따라 지향되는 것을 특징으로 하는 비트 검출기.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 포토 검출기는 동일한 크기의 짝수 개의 검출기 분할부분으로 분할되고, 특히 정방 격자의 경우에는 4개의 동일한 크기의 검출기 분할부분으로 분할되고, 육방 격자의 경우에는 6개의 동일한 크기의 검출기 분할부분으로 분할되는 것을 특징으로 하는 비트 검출기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 검출기 분할부분은 상기 포토 검출기의 반대편에 위치한 2개의 검출기 분할부분 쌍으로 결합되고, 검출기 분할부분의 각 쌍은 상기 쌍의 검출기 분할부분에 의해 검출된 광으로부터 부분 HF 신호값을 발생하도록 적응된 것을 특징으로 하는 비트 검출기.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 신호 처리 수단은 상기 포토 검출기의 반대편에 위치한 검출기 분할부분에 의해 발생된 부분 HF 신호값을 제거함으로써 푸시-풀 신호의 집합을 발생하도록 적응된 것을 특징으로 하는 비트 검출기.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 포토 검출기는 상기 기록매체 상의 정보층의 평면을 상기 포토 검출기 상에 비추도록 적응되는 것을 특징으로 하는 비트 검출기.
  9. 제3항 및 제8항에 있어서,
    상기 포토 검출기는, 육방 격자의 경우에 다수의 육각형 검출기 부분으로 분할되고, 특히 하나의 중심 및 6개의 주변 검출기 부분을 갖는 7개의 육각형 검출기 부분의 클러스터로 분할되는 것을 특징으로 하는 비트 검출기.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 신호 처리 수단은, 비트 값이 검출될 비트로 향되는 광빔에 응답하여 검출된 광과, 상기 비트의 이웃 비트로 향하는 적어도 하나의 광빔으로부터 상기 포토 검출기에 의해 발생되는 부분 HF 신호값으로부터, 상기 채널 데이터 스트림의 비트에 대한 비트값을 결정하도록 적응된 것을 특징으로 하는 비트 검출기.
  11. 제3항에 있어서,
    상기 채널 데이터 스트림의 비트는, 하나의 중심 비트와 6개의 가장 가까운 이웃 비트를 갖는 육방 격자 클러스터, 또는 하나의 중심 비트와 4개 또는 8개의 가장 가까운 이웃 비트를 갖는 정방 격자 클러스터로 그룹화되고,
    상기 신호 처리 수단은, 상기 부분 HF 신호값과, 동일한 입사 광빔에 응답하여 발생된 상기 부분 HF 신호값의 합으로부터, 상기 채널 데이터 스트림의 비트에 대한 비트값을 결정하도록 적응된 것을 특징으로 하는 비트 검출기.
  12. 제1항에 있어서,
    각 비트 행에 대한 적어도 2개의 검출기 분할부분을 각각 가지는, 다수의 상기 포토 검출기를 포함하는 것을 특징으로 하는 비트 검출기.
  13. 제1항에 있어서,
    각 행에 대한 검출기 분할부분으로부터 발생된 부분 HF 신호값은, 비트 검출에 대한 신호 처리에 추가로 사용되는 수정된 부분 HF 신호값의 또 다른 집합으로 변환되는 것을 특징으로 하는 비트 검출기.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 수정된 부분 HF 신호값은 대칭 연산에 의해 발생되는 것을 특징으로 하는 비트 검출기.
  15. 기록매체에 저장된 채널 데이터 스트림의 비트에 대한 비트값을 검출하는 비트 검출 방법에 있어서,
    상기 채널 데이터 스트림은, 제1 방향을 따라 1차원적으로 전개되고 제2 방향을 따라 서로 정렬되는 적어도 2 비트 행의 채널 스트립을 포함하고, 상기 2개의 방향은 비트 위치의 2차원 격자를 구성하고,
    상기 비트 검출기는
    상기 제2 방향을 따라 하나의 위치로 각각 지향되는, 하나 이상의 입사 광빔에 응답하여 상기 기록매체로부터 반사되거나 상기 기록매체를 통해 전송되는 광을, 상기 반사 또는 전송된 광의 부분을 검출하는 적어도 2개의 검출기 분할부분으로 분할되는 포토 검출기에 의해, 검출하는 단계,
    상기 광의 검출된 부분으로부터 상기 검출기 분할부분에 의해 부분 HF 신호값을 생성하는 단계, 및
    상기 부분 HF 신호값으로부터 상기 채널 데이터 스트림의 비트에 대한 비트값을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비트 검출 방법.
  16. 기록매체에 저장된 채널 데이터 스트림의 비트에 대한 비트값을 검출하는 비트 검출기에 사용되는 포토 검출기에 있어서,
    상기 채널 데이터 스트림은, 제1 방향을 따라 1차원적으로 전개되고 제2 방향을 따라 서로 정렬되는 적어도 2 비트 행의 채널 스트립을 포함하고, 상기 2개의 방향은 비트 위치의 2차원 격자를 구성하고,
    상기 포토 검출기는, 상기 제2 방향을 따라 하나의 위치로 각각 지향되는, 하나 이상의 입사 광빔에 응답하여 상기 기록매체로부터 반사되거나 상기 기록매체를 통해 전송되는 광을 검출하고, 또한 상기 광의 부분을 검출하고 부분 HF 신호값을 발생하는 적어도 2개의 검출기 분할부분으로 분할되도록 적응된 것을 특징으로 하는 포토 검출기.
  17. 채널 데이터 스트림으로 인코딩되고 기록매체에 저장된 에러 정정 코드와 변조 코드인, 사용자 데이터 스트림을 재생하는 재생장치에 있어서,
    상기 장치는 상기 채널 데이터 스트림의 비트에 대한 비트값을 검출하는 청구범위 제1항의 비트 검출기와, 변조 코드 디코더와, 에러 정정 코드 디코더를 포함하는 것을 특징으로 하는 재생 장치.
  18. 채널 데이터 스트림으로 인코딩되고 기록매체에 저장된 에러 정정 코드와 변조 코드인, 사용자 데이터 스트림을 재생하는 재생 방법에 있어서,
    상기 방법은 상기 채널 데이터 스트림의 비트에 대한 비트값을 검출하는 제15항의 비트 검출 방법과, 변조 코드 디코딩 방법과, 에러 정정 코드 디코딩 방법을 포함하는 것을 특징으로 하는 재생 방법.
  19. 컴퓨터 프로그램이 컴퓨터에서 실행될 때, 컴퓨터가 제15항 또는 제18항에서의 방법의 단계를 실행하게 하는 프로그램 코드 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 프로그램.
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