KR20070012850A - 2차원 광학 저장 시스템에서의 스폿 수차 - Google Patents

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KR20070012850A
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도미니크 엠. 브를스
데르 리 알렉산더 엠. 반
크리스토퍼 부시
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코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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Abstract

종래의 1차원 광학 저장에서는, 데이터가 선형 방식으로 배치되고 단일 스폿(102)에 의해 판독된다. 데이터 레이트와 저장용량을 증가시키기 위해, 데이터를 등방적인 육각형 격자(200)로 배치하고 판독용으로 다중 스폿들(202)을 채용하는 것이 제안되었다. 높은 비트 밀도로 인해, 2D 심볼간 간섭(ISI)이 비트 검출에 상당한 영향을 미친다. 판독 스폿들(202)의 수차는 ISI의 형태를 변화시켜, 2D 비트 검출을 방해할 수 있다. 따라서, 알려진 교정 패턴, 즉 비트 패턴의 광학 응답이 판독 스폿의 형태의 특징이 되도록 선택된 비트 패턴을 주사하여 판독 스폿들(202)의 ISI를 평가함으로써, 판독 스폿의 수차들을 판정할 수 있으며, 필요한 경우에 이들 수차를 유리하게 보상할 수 있는 방법 및 장치가 제공된다.
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기록매체, 2차원 광학 저장, 스폿 수차, 비트 패턴, 잔류 파워

Description

2차원 광학 저장 시스템에서의 스폿 수차{SPOT ABERRATIONS IN A TWO-DIMENSIONAL OPTICAL STORAGE SYSTEM}
본 발명은, 2차원 광학 저장 시스템에서의 스폿 수차에 관한 것으로, 특히, 2차원 광학 저장 시스템에서 사용되는 광학 판독 스폿의 수차들의 존재 및 크기를 판정하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
광학 데이터 저장 시스템은, 광 디스크 등의 광 기록매체 상에 다량의 데이터를 저장하는 수단을 제공한다. 디지털 광학 기록 시스템에서의 저장용량은 CD에서의 디스크당 600MB에서 DVD에 있어서의 4.7GB로 증가하였으며, 청색 레이저 다이오드에 기반을 둔 앞으로 출시될 시스템에 대해서는 대략 25GB에 이를 것 같다. 광 기록매체 상에 저장된 데이터는 디스크의 데이터층에 레이저빔의 초점을 맞춘 후 반사된 광 빔을 검출하여 액세스할 수 있다. 한가지 공지된 시스템에서는, 데이터가 디스크에 피트 등의 마크들로서 영구적으로 매립되고, 레이저빔이 마크들 위를 지나갈 때 반사율의 변화로서 데이터가 검출된다.
콤팩트 디스크(CD) 등의 광 디스크는 정보 기록매체의 한가지 형태로 알려져 있다. CD의 표준 기록 포맷에 따르면, CD의 기록 영역은, 리드인 영역, 프로그램 영역 및 리드아웃 영역을 포함한다. 이들 영역은 디스크의 내주부로부터 외주부로 향하는 방향으로 이 기재순으로 배치된다. 목록표(table of contents: TOC)로 불리 는 색인 정보가 리드인 영역에 기록된다. TOC는 프로그램 영역에 기록된 정보를 관리하는데 사용되는 서브코드로서 관리정보를 포함한다. 예를 들어, 프로그램 영역에 기록된 주 정보가 악곡에 관한 정보이면, 관리정보는 이 악곡의 재생 시간을 포함할 수도 있다. 대응하는 악곡의 트랙 번호와 관련된 정보도 프로그램 영역에 기록될 수 있다. 프로그램 영역의 끝을 표시하는 리드아웃 코드가 리드아웃 영역에 기록된다. 일부의 모드에서는, 각각의 트랙은, 예를 들면, 2초 및 150 프레임의 프리갭(pre-gap)으로 시작될 수도 있으며, 이와 같은 프리갭에는, 관련된 사용자 데이터가 존재하지 않는다.
데이터를 판독 또는 기록하기 위해서는, 광 스폿을 디스크 트랙 상에 위치시키는 것이 필요하다. 첨부도면의 도 1을 참조하면, 기존의 광학계에서는, 데이터가 직렬 데이터 스트림으로 변환되고, 트랙간 간섭을 피하기 위해 인접한 트랙들 사이에 충분한 간격을 가지면서, 단일 트랙(100) 상에 이 데이터 스트림이 기록된다. 한 개의 판독 스폿(102)이 주어지고, 이 트랙을 따라 신호가 샘플링된다.
그러나, 트랙들(100) 사이의 간격은 획득할 수 있는 데이터 용량을 제한하는 한편, 1차원 광학 저장 시스템에서의 데이터의 직렬 속성이 획득가능한 데이터 스루풋을 제한한다. 그 결과, 2차원 광학 저장(TwoDOS)의 개념이 발전하였는데, 이것은 병렬 판독을 구현하는 다중 스폿 광 경로로 구성된 판독 채널과 결합한, 혁신적인 2차원 채널 코딩 및 진보된 신호처리에 기초를 두고 있다. T재DOS는 최소한 300 Mb/s의 데이터 레이트를 갖고 12cm 디스크에 대해 최소한 50GB의 용량을 얻을 수 있을 것으로 예상된다.
첨부도면의 도 2를 참조하면, 일반적으로, TwoDOS 디스크의 포맷은, 정보가 2차원 형상의 형태로 기록되는 광폭 나선(broad spiral)에 기반을 두고 있다. 다중 광 스폿을 사용하여 병렬 판독이 구현된다. 이들 광 스폿은, 예를 들면, 격자를 통과하여 레이저 스폿들의 어레이(202)를 발생하는 단일 레이저빔에 의해 발생될 수 있다. 다른 방법은, 예를 들어, 레이저 어레이 또는 광파이버 장치를 사용하는 과정을 포함한다. 정보는 2D 방식으로 기록되는데, 이것은 다양한 비트행들 사이에 위상 관계가 존재한다는 것을 의미한다. 도 2에는, 하니컴 구조(200)가 도시되어 있는데, 이것은 2차원 채널 코드를 사용하여 인코딩될 수 있어, 쌍검출(bi-detection)을 용이하게 한다. 도시된 것과 같이, 데이터는 다수의 비트행들로 구성되는 광폭 메타트랙에 포함되며, 광폭 메타트랙은 보호밴드(204)(즉, 데이터를 포함하지 않는 공간)에 의해 둘러싸인다. 스폿들의 어레이(202)는 광폭 나선의 전체 폭을 주사한다. 각각의 레이저 스폿에서 발생된 빛은 디스크 상의 2차원 패턴에 의해 반사되어, 광검출기 집적회로 상에 검출되며, 이 집적회로는 다수의 고주파 파형을 발생한다. 결과적으로 얻어진 신호 파형의 집합은 첨부도면의 도 3에 개략적으로 예시된 것과 같은, 2차원 신호처리장치에 대한 입력으로 사용된다.
전술한 장치의 병렬화는 획득가능한 데이터 스루풋을 크게 증가시키고, CD, DVD 및 블루레이 디스크 등의 종래의 1D 광학 저장 시스템에서보다 개별적인 데이터 트랙들 사이의 더 작은 트랙간 간격(<λ/2NA)을 허용하며, 모든 코딩 및 신호처리 동작이 인접하는 비트들 사이의 시간적인 상호작용(즉, 심볼간 간섭) 뿐만 아니라 그들의 공간적인(교차 트랙) 간격을 책임질 필요가 있다는 것이 자명하다. 그 결과, 전체 기록 시스템은 기본적으로 본질상 2차원이 된다.
따라서, 2차원 광학 저장에서는, 디스크의 표면이 스폿들의 어레이를 사용하여 주사된다. 이에 따르면, 비트행들의 정보가 병렬로 판독된다. 판독 스폿의 직경이 메타트랙 내부의 단일 비트행보다 크므로. 인접한 비트행들에서 얻어진 정보가 결과적으로 얻어지는 고주파(HF) 신호에 존재한다. 1차원 저장의 경우에는 이와 같은 소위 심볼간 간섭(ISI)이 노이즈인 것으로 생각되지만, 2D의 경우에는 이것이 신호의 일부인 것으로 생각되어, 개별적인 비트 패턴 재구성에서 사용된다. 그러나, 판독 스폿이 수차(예를 들어, 코마수차)를 포함하고 있으면, 스폿이 다양한 형상을 가질 수 있을 뿐만 아니라, 스폿을 가로질러 파워 분포도 다를 수 있으므로, 즉 매우 불균일하고/비대칭적일 수 있으므로, 메타트랙의 2D 비트 구조의 적절한 검색이 방해를 받는다. 이것은, ISI가 비트 검출을 위해 신호처리장치에서 사용된 알고리즘과 관련하여 취해지는 값과 다르게 한다.
결국, 본 발명의 목적은, 스폿 수차의 존재와 크기가 결정되어, 필요한 경우에, 보상이 될 수 있는, 다차원 인코딩된 광 기록매체를 판독시에 사용되는 방법 및 장치를 제공함에 있다.
본 발명에 따르면, 다차원 광학 저장 시스템에서 광 기록매체를 주사하는데 사용되는 광 스폿의 수차의 존재 및 크기를 판정하는 장치가 제공되는데, 이 장치는, 상기 광 기록매체에 설치된 비트 패턴들로부터 다시 반사된 신호를 수신 및 처리하여 이에 따라 표시된 데이터를 재구성하는 수단을 구비하며, 상기 광 기록매체 상에 설치되고 비트 패턴들의 광학 응답이 비트 패턴들에 입사된 광 스폿의 형상의 특징이 되도록 선택되는 1개 이상의 알려진 비트 패턴에 대해서, 중심 비트에서 수신된 신호의 파워와 상기 중심 비트에 인접한 비트들에서 수신된 신호의 잔류 파워를 평가하여, 비트 패턴들에 입사된 광 스폿의 수차의 존재 및 크기를 판정한다.
또한, 본 발명에 따르면, 다차원 광학 저장 시스템에서 광 기록매체를 주사하는데 사용되는 광 스폿의 수차의 존재 및 크기를 판정하는 방법으로서, 상기 광 기록매체에 설치된 비트 패턴들로부터 다시 반사된 신호를 수신 및 처리하여 이에 따라 표시된 데이터를 재구성하는 수단이 설치되며, 상기 광 기록매체 상에 설치되고 비트 패턴들의 광학 응답이 비트 패턴들에 입사된 광 스폿의 형상의 특징이 되도록 선택되는 1개 이상의 알려진 비트 패턴에 대해서, 중심 비트에서 수신된 신호의 파워와 상기 중심 비트에 인접한 비트들에서 수신된 신호의 잔류 파워를 평가하여, 비트 패턴들에 입사된 광 스폿의 수차의 존재 및 크기를 판정하는 판정방법이 제공된다.
또한, 본 발명은, 다차원 인코딩된 광 기록매체를 판독 또는 기록하는 방법에 관한 것으로, 이 방법은, 상기 광 기록매체를 주사하기 위해 1개 이상의 광 스폿들을 발생하는 단계와, 상기 광 기록매체에 설치된 비트 패턴들로부터 다시 반사된 신호를 수신 및 처리하여 이에 따라 표시된 데이터를 재구성하는 단계를 포함하고, 상기 광 기록매체 상에 설치되고 비트 패턴들의 광학 응답이 비트 패턴들에 입사된 광 스폿의 형상의 특징이 되도록 선택되는 1개 이상의 알려진 비트 패턴에 대해서, 중심 비트에서 수신된 신호의 파워와 상기 중심 비트에 인접한 비트들에서 수신된 신호의 잔류 파워를 평가하여, 비트 패턴들에 입사된 광 스폿의 수차의 존 재 및 크기를 판정한다.
더구나, 본 발명은, 광 기록매체를 판독 또는 기록하는 다차원 광학 저장 시스템에 관한 것으로, 상기 시스템은, 상기 광 기록매체를 주사하기 위해 1개 이상의 광 스폿들을 발생하는 수단과, 상기 광 기록매체에 설치된 비트 패턴들로부터 다시 반사된 신호를 수신 및 처리하여 이에 따라 표시된 데이터를 재구성하는 수단을 구비하고, 상기 광 기록매체 상에 설치되고 비트 패턴들의 광학 응답이 비트 패턴들에 입사된 광 스폿의 형상의 특징이 되도록 선택되는 1개 이상의 알려진 비트 패턴에 대해서, 중심 비트에서 수신된 신호의 파워와 상기 중심 비트에 인접한 비트들에서 수신된 신호의 잔류 파워를 평가하여, 비트 패턴들에 입사된 광 스폿의 수차의 존재 및 크기를 판정한다.
따라서, 종래의 광학 저장에서는, 데이터가 직선 형식으로 배치되고 다닐 스폿에 의해 판독된다. 데이터 레이트와 저장용량을 증가시키기 위해서는, 데이터를 등방적인 육각형 격자로 배치하고, 판독을 위해 다중 스폿을 채용하는 것이 제안되었다. 높은 비트 강도로 인해, 2D 심볼간 간섭(ISI)이 비트 검출에 상당한 영향을 미친다. 판독 스폿들의 수차는 ISI의 형태를 변화시킬 수 있으며, 따라서, 2D 비트 검출을 방해할 수 있다. 따라서, 본 발명은, 알려진 교정 패턴, 즉 그것의 응답이 판독 스폿의 형상의 특징이 되도록 선택된 비트 패턴을 주사함으로써, 판독 스폿들의 ISI를 평가하여, 판독 스폿의 수차를 판정할 수 있으며, 필요한 경우에, 유리하게 보상할 수 있는 방법 및 장치를 제공한다.
본 발명의 한가지 예시적인 실시예에서는, 비트 패턴들에 입사된 광 스폿의 수차의 존재 및 크기를 판정할 목적으로 상기 기록매체 상에 교정 비트 패턴들이 설치되며, 상기 교정 비트 패턴은 이 교정비트 패턴의 광학 응답이 비트 패턴들에 입사된 광 스폿의 형상의 특징이 되도록 선택된다. 바람직하게는, 이와 같은 교정 비트 패턴은 광 기록매체의 비사용자 데이터 영역, 예를 들어, 리드인 영역에 설치될 수도 있다. 그러나, 실제로는, 최소한, 이와 같은 교정 비트 패턴은 광 기록매체 상의 임의의 편리한 위치에 설치될 수도 있다. 사실상, 또 다른 예시적인 실시예에서는, 비트 패턴들에 입사되는 광 스폿에 있어서의 수차의 존재 및 크기를 판정할 목적으로 교정 비트 패턴이 명확하게 설치되지 않을 수도 있다. 그 대신에, 비트 패턴들에 입사된 수차가 존재하지 않는 광 스폿에 대해서 비트 패턴의 광학 응답이 이미 정확하게 판정되었다면, 광 기록매체 상에 이미 존재하는 비트 패턴이 이와 같은 목적으로 사용될 수도 있다.
모든 경우에 있어서, 광학 판독 스폿에 있어서의 수차의 존재 및 크기가 판정되었을 때, 이와 같은 수차를 (예를 들면, 등화기 설정을 조정함으로써) 보상하거나, (예를 들면, 틸트 보상 메카니즘을 이용하여) 광 경로에 조정을 함으로써 이와 같은 수차를 제거할 수 있다.
광 기록매체 입사된 광 스폿에 있어서의 수차의 존재 및 크기를 판정할 목적으로 사용된 비트 패턴은 사용자 데이터와 인터리브될 수도 있다.
모든 경우에, 중심 비트에 위치하는 신호의 파워와 주변의 비트들(ISI)로부터의 잔류 파워를 평가함으로써, 스폿의 형상과 국부적인 공간 파워 분포를 결정할 수 있으며, 이에 따라 존재하는 수차에 대한 정보를 얻을 수 있다.
전술한 중심 비트와 주변 비트들은 단일 피트(pit)만이 존재하는 클러스터의 형태를 갖는 것이 바람직하다.
본 발명의 상기한 발명내용과 또 다른 발명내용은 이하에서 설명하는 실시예를 참조하여 더욱 더 명백해질 것이다.
이하, 다음의 첨부도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예를 설명한다:
도 1은 1차원 광학 조장 배치에 있어서의 데이터 저장의 개략적인 예시도이고,
도 2는 2차원 광학 저장 배치에 있어서의 데이터 저장의 개략적인 예시도이며,
도 3은 2차원 광학 조장 배치에서 사용하는데 적합한 신호처리장치의 개략적인 블록도이고,
도 4는 데이터 저장 시스템에서의 통상적인 코딩 및 신호처리 구성요소들을 예시한 개략적인 블록도이며,
도 5는 2차원 광학 저장 시스템에 데이터가 기록되는 방법의 개략도이고,
도 6a는 2차원 인코딩된 광학 저장매체에 있어서의 육각형 구조와 대응하는 비트들을 나타낸 개략도이고,
도 6b는 2차원 인코딩된 광학 저장매체에 있어서, 7비트 육각형 클로스에 상에서의 파면들의 2가지 형태의 쌍선형(bilinear) 간섭을 예시한 개략도이며,
도 7a는 이상적인 판독 스폿을 갖는 비트 클러스터의 개략도이고, 도 7b 및 도 7c는 수차를 포함하는 스폿들을 갖는 동일한 비트 클러스터들을 개략적으로 나타낸 것이고,
도 8은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 교정 영역의 구현예를 나타낸 것이다(이 블록은 교정 영역에서 반복될 수 있다는 것은 자명하고, 뒤섞인(shuffled) 교정 블록들의 조합을 만들어, 모든 스폿들의 "탐색"을 정확하게 동일하게 만듦으로써, 모든 개별적인 판독 스폿에 대해 존재하는 수차의 매우 정밀한 판정을 가능하게 하는 것도 가능하다),
도 9는 행 0 및 +/-2를 가로질러 주사하는 동안 관찰되는 비트 패턴을 개략적으로 나타낸 것으로, 패턴 g가 빠져 있지만, 행 +/-1 및 +/-3에서 얻을 수 있으며,
도 10은 행 +/-4에서 관찰되는 비트 패턴들을 개략적으로 나타낸 것이고,
도 11은 다양한 반경방향의 위치에서의 정렬 패턴의 주사가 스폿 프로파일에 대한 추가 정보를 제공하는 개념을 예시한 것이다.
이에 따라, 디스크 상의 정보가 본질적으로 2차원 특성을 갖는 2차원 광학 저장에 대한 새로운 개념이 개발되고 있다. 이것의 목표는, (광학 판독 시스템의 동일한 물리 파라미터들에 대해) 3세대의 광학 저장(λ=405nm와 0.85의 NA를 갖는 블루레이 디스크(BD)에 비해 데이터 밀도에서는 2배 그리고 데이터 레이트에서는 10배의 증가를 달성하는 것이다.
도 4는 데이터 저장 시스템의 전형적인 코딩 및 신호처리 구성요소들을 나타 낸 것이다. 입력 DI로부터 출력 DO로의 사용자 데이터의 순환은, 인터리버(10), 오류정정코드(ECC) 및 변조 코딩(20, 30), 신호처리(40), 기록매체에의 데이터 저장(50), 신호 픽업 및 후처리(60), 이진 검출(70)과, 인터리브된 ECC의 디코딩(80, 90)을 포함할 수 있다. ECC 인코더(20)는 다양한 노이즈 발생원들로부터의 보호를 제공하기 위해 데이터에 용장정보(redundancy)를 추가한다. 그후, ECC 인코딩된 데이터는 변조 인코더(30)로 전달되어, 채널에 맞추어 데이터를 변형, 채널 에러에 의해 덜 변형되기 쉽고 채널 출력에서 더 쉽게 검출될 수 있는 형태로 데이터를 조작한다. 그후, 변조된 데이터, 즉 채널 비트들은 기록 또는 마스터링 장치, 예를 들어, 공간 광 또는 전자 빔 변조기에 입력되어, 기록매체(50), 예를 들어 광 디스크 또는 카드 상에 저장된다. 수신측에서는, 예를 들어, 전자결합소자(CCD)에서와 같은 1차원 또는 심지어는 2차원일 수도 있는, 분할 광검출기 또는 검출기들의 어레이를 구비한 판독장치 또는 픽업장치가 기록매체(50)에서 반사되어 수신된 방사빔 패턴을 디지털 데이터(보통, 이진 변조에 대해서는 화소당 1 비트이지만, 다중 레벨, 즉 M차 변조에 대해서는 화소당 log2(M) 비트)로 다시 변환되어야 하는 의사-아날로그 데이터 값들로 변환한다. 따라서, 이와 같은 판독과정에서의 첫 번째 단계는, 기록과정에서 발생된 왜곡을 원상태로 돌리도록 시도하는 등화단계를 포함하는 검출 및 후처리 단계(60)이다. 등화단계는 의사-아날로그 영역에서 행해질 수 있다. 그후, 의사-아날로그 값들의 어레이가 검출기(70)를 통해 이진 디지털 데이터의 어레이로 변환된다. 그후, 디지털 데이터의 어레이는 먼저 변조 디코더(80)로 전달되어, 변조 코딩과의 역의 연산을 수행한 후, ECC 디코더로 전달된다.
전술한 것과 같이, 2차원 광학 저장의 이와 같은 새로운 개념에서는, 비트들이 광폭 나선으로 구성된다. 이와 같은 나선은 반경방향으로 일정한 위상 관계를 갖고 서로의 위에 적층되는 다수의 비트행들로 구성되어, 비트들이 2차원 격자 상에 배치된다. 2차원 조밀충전(closed-packed) 육각형 배치가 정사각형 격자보다 15% 더 높은 충전 분율을 가지므로, 이와 같은 비트들의 2차원 조밀충전 육각형 배치가 선택된다.
첨부도면의 도 5에 도시된 것과 같이, 광폭 나선의 연속적인 회전이 1개의 비어 있는 비트 행으로 구성되는 보호 밴드로 분리된다. 병렬 판독을 위한 다중 스폿 광 경로가 구현되는데, 이때 각각의 스폿은 BD 특성을 갖는다. 등화, 타이밍 복원 및 비트 검출을 사용하는 신호처리가 2차원 방식으로, 즉 전술한 것과 같이, 광폭 나선 내의 모든 비트 행들에 대해 함께 행해진다.
화소간 또는 심볼간 간섭(ISI)은 한 개의 특정한 화소에서의 신호 파형이 인접한 화소들에 있는 데이터에 의해 오염되는 현상이다. 물리적으로는, 이것이 광학 회절에서 유래된 (광학) 채널의 대역 제한에서 발생되거나, 디스크 틸트 및 레이저빔의 초점흐려짐(defocus) 등의 광픽업 시스템의 시변(time-varying) 수차에서 발생된다.
더구나, 2차원 광학 저장의 특징은, 한 개의 비트에서 그것의 가장 근접한 인접 비트들까지의 거리가 모든(접선 및 반경) 방향에 대해 동일하다는 것이다. 그 결과, 피트 비트에 대한 피트 마크가 전체 육각형 비트셀을 덮는 것으로 가정하였 을 때 "신호 폴딩"으로 알려진 문제가 발생할 수도 있다. 다수의 인접한 피트 비트들로 구성되는 연속되는 큰 피트 영역에 대해서는, 회절이 전혀 존재하지 않는다. 그 결과, 큰 피트 영역과 큰 비-피트(non-pit)(또는 "랜드") 영역이 모두 완전한 거울로서의 역할을 하기 때문에 동일한 판독신호를 나타내게 된다. 즉, 큰 랜드 부분, 즉 (광 기록매체의 표면에 대한) 제로 레벨에 있는 거울 부분과, 큰 피트 부분, 즉 제로 레벨(대략 λ/4 또는 λ/4의 깊이에 위치하며, 이때 λ는 디스크의 기판층에 대해 사용된 재료의 굴절률 n에 대해 변형된 판독을 위해 사용되는 방사빔의 파장을 표시한다) 아래의 거울 부분에서의 반사신호가 완전히 동일하다. 그 결과, 채널이 매우 비선형적이 되며, 다음과 같이 모든 가능한 육각형 클러스터들에 대한 신호 레벨들이 산출되는 스칼라 회절에 대한 비선형 신호처리 모델이 개발되었다(참조, W.M.J. Coene, Nonlinear Signal Processing Model for Scalar Diffraction in Optical Recording, 10 November 2003, Vol. 42, No. 32, APPLIED OPTICS):
Figure 112006090930922-PCT00001
이때, bi는 지점 I에서의 피트홀(pithole)의 존재를 표시하는 비트값(0 또는 1)이고, ci는 선형 계수들이며, dij는 디스크 상의 비트 패턴의 신호 응답을 기술하는 비선형 계수들이다.
전술한 신호처리 모델은 직선형 및 쌍선형 항들을 제공한다. 쌍선형 항들 중에서, (비트가 조사되는 스폿의 영역 내부에 위치할 정도로 중심에 충분히 근접한) 각 비트 피트에 대해 자기간섭(self-interference) 항들과, 각각의 비트 쌍(이때 양 피트 비트들은 조사되는 스폿의 영역 내부에 위치한다)에 대한 교차간섭(cross-interference) 항들이 존재한다. 따라서, 첨부도면의 도 6a를 참조하면, 육각형 구조와 이에 대응하는 비트들에 대한 개략도가 주어져 있다. 신호 재구성을 위해서는, 중심 비트에 근접한 비트들이 중요하다. 예시도에서는, 가장 근접한 비트들을 도시하였다. 중심 비트는 b0로 라벨이 붙여지고, 주변 비트들은 b1 내지 b6로 라벨이 붙여진다. 전술한 수식의 도움으로, 디스크 상의 전계를 재구성할 수 있다. 첨부도면의 도 6b를 참조하면, 7비트 육각형 클러스터 상의 2가지 종류의 파면들의 쌍선형 간섭을 예시하였는데, 즉 자기간섭 s0,0 및 s1,1과, 교차간섭 x0,1 및 x1,0를 예시하였다.
스폿 수차에 기인한 신호 열화는 물론 1D 저장에서 알려진 문제점으로, 이와 같은 수차를 검출 및 보상하기 위한 다양한 방법이 제안되었다. 2D 기반의 저장에 대해 차이가 나는 것은, 전술한 것과 같이, (주사 방향에 대해) 접선 방향 및 횡방향으로 정보가 사용가능할 수 있는 반면에, 표준 방법에서는, 전선 방향에 관련된 정보만이 수집된다는 것이다. 2D 기반의 저장에서 사용가능한 추가 정보는, 원리상, 스폿 형상의 완전한 재구성을 허용하며, 따라서, 비트 패턴들 자체가 알려져 있으면, 샘플링된 신호들로부터, 존재하는 수차와 관련된 정보의 제공을 가능하게 한다.
알려진 비트 패턴들을 리드인 영역에, 또는 정보매체 상의 다른 위치에 배치함으로써, 판독된 스폿에 있어서의 수차의 존재 및 크기를 판정하는 것이 가능하다. 알려진 비트 패턴에 대해서는, (예측된) HF 응답도 알고 있으며, 원래의 스폿 크기 및 형태를 재구성하는 것과 반대의 문제점을 해소할 수 있다.
원리상, 이전이 알려지지 않은 데이터 패턴들이 충분한 정밀도로 검출된 경우에는, 이들 이전에 알려지지 않은 데이터 패턴들로부터 이 정보를 추론할 수도 있다는 것에 주목하는 것이 중요하다. 이와 같은 형태의 영구적인 수차 트랙킹은 물론 검출된 수차들의 보상이 일어나기 전에 비교적 신뢰할 수 있게 이미 비트들을 식별할 수 있는 비트 검출기에 의존하는 것은 물론이다.
따라서, (필요한 경우에는) 이중 수차 검출 루프를 사용하는 것을 제안한다. 이 절차를 기동시키기 위해, 동작중인 비트 검출 알고리즘들과 독립적이고, 존재하는 스폿 수차들에 대한 정보를 제공하는 특정하고 알려진 패턴들을 사용한 초기 수차 검출이 행해진다.
그후, (1) (예를 들어, 이에 맞추어 등화기를 조정함으로써) 스폿 수차를 고려하여 비트 검출에 대한 알고리즘들을 조정하거나, (2) 광 경로를 조정하여 (예를 들어 틸트 보상기에 의해) 수차를 물리적으로 제거함으로써, 수차들의 영향을 줄일 수 있다.
이들 교정 패턴들은, 데이터 매체 상의 특정한 위치에만 놓일 수 있지만, (자동 갱신을 보장하고 폐루프 보상을 가능하게 하기 위해) 저주파수에서 실제 데 이터 패턴들과 인터리브될 수도 있다.
충분한 정밀도로 비트 검출이 일어나고 있는 경우에는, 제 2 검출 루프가 온되어, 등화기를 조정하거나 검출된 수차들을 제거하는데 다시 사용될 수 있는 연속적인 정보 스트림을 제공할 수 있다.
실제로는, 대부분의 경우에는, 초기의 전용 교정 단계가 필요없이 양호한 비트 검출을 가능하게 하는데 광학 장치의 정렬이 충분하여, 수차 검출을 위한 검출된 데이터 패턴들의 즉각적인 사용이 가능한 것으로 가정하는 것이 합당하다.
그러나, 예를 들어, 충격, 온도 효과, 부품의 경시변화 등의 경우에는, 내포된(nested) 절차가 필요하다. 또한, 교정 패턴들에 의한 수차 검출이 간단한데, 이것은 강건한 시스템을 위해 바람직하다.
도 7a, 도 7b 및 도 7c에 예시된 것과 같이, 중심 비트(200a)에 위치한 신호의 파워와 주변 비트들(200b)에서 발생된 잔류 파워(ISI)를 평가함으로써, 스폿(202)의 형상과 국부적인 공간 파워 분포를 판정할 수 있으며, 이에 따라, 존재하는 수차에 대한 정보를 얻을 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시예에서 사용되는 교정 비트 패턴의 가능한 구현예가 도 8에 도시되어 있다. 행 0 또는 +/-2를 가로질러 (아래에서 위로) 주사할 때, 도 9에 도시된 것과 같이 다수의 비트 배치가 탐색된다. 이들 패턴으로부터, 스폿이 비대칭(코마수차, 비점수차)인지 여부를 판정할 수 있는데, 도 9a, 도 9b, 도 9c 및 도 9d를 참조하기 바란다. 이때, 수직 방향에서는, 도 9g에서 알 수 있는 것과 같이, 필요한 1개의 비트 배치가 빠져 있으므로, 비대칭을 판정하는 것이 불가능하 다. 교정 블록을 확장함으로써, 이것을 해결할 수도 있지만, 이것은 교정 블록의 큰 사이즈 증가를 일으킬 수도 있다. 그 대신에, 이와 같은 목적을 위해 행 +/-1 또는 3에 있는 스폿들을 사용할 수 있다.
"탐색 클러스터(probing clusters)" 9a∼9g는, 클러스터당 단지 1개의 피트가 존재하도록 선택되는데, 이것은 펄스 응답에 있어서 (서로 영향을 미치는 1개의 클러스터 내부의 서로 다른 비트들로부터 유래하는) 비선형 교차항들의 존재를 억제한다. 절대적으로 필요한 것은 아니지만, 선형 응답을 가져, 예를 들어, 중첩에 의해 에러신호들을 재구성하기 위한 단순한 방법을 갖는 것이 일반적으로 바람직하다.
클러스터들로부터의 응답은 스폿 형태, 크기 및 방향에 대한 정보를 제공함으로써, 수차 보상 또는 등화 교정을 위한 에러신호들을 발생하는데 필요한 모든 것을 제공한다.
+4 및 -4 행에 위치한 스폿들의 수차에 관한 정보를 얻기 위해, 마찬가지로, 도 10a 및 도 10b에 도시된 것과 같은 패턴들을 사용할 수 있다. 이것에 의해 전체의 펄스 응답이 얻어지는 것은 아니지만, 이들 패턴은 "신속 검사(quick check)"용으로 사용될 수 있다.
외부의 +/-5 행들에서는, 충분한 피트들이 존재하여 적절한 트랙킹을 가능하게 한다(즉, DC가 없는 단일톤(single-tone) 매체).
도 9의 클러스터들 a∼g가 스폿 형태 및 크기를 판정하는데 충분하기는 하지만, 도 9h에 도시된 것과 같은 대칭적인 다중피트 배치의 응답이 전체 스폿 크기와 이에 따른 예를 들어 구면수차와 직접 연관되므로, 이 배치를 이용하는 것도 유리하다.
전술한 교정 포맷은 존재하는 전체적인 수차에 대한 일반적인 정보를 얻는데 매우 적합하다.
그러나, 더욱 더 많은 정보를 추출하기 위해, 본 구현예의 다양한 변형이 가능하다. 예를 들면, 외부 스폿들의 수차가 내부 스폿들이 수차보다 클 수도 있으므로, 모든 스폿들에 대해 수차들이 동일한지 여부에 관심이 있을 수도 있다. 이것에 관심이 있는 경우에는, 모든 개별적인 행의 동일한 분석을 행하기 위해, 메타트랙 전체에 걸쳐 (반경방향으로) 제공된 교정 블록을 뒤섞을 수 있다.
교정 패턴들을 가로질러 (트랙 상을) 주사하는 것만으로는 스폿의 국부적인 파워 분포를 얻는데 충분히 높은 정밀도를 제공하기 않을 수도 있다. 따라서, 반경방향으로 스폿/비트행 중심들을 변위시키고, 다수의 "오프-트랙" 위치들에 대해 HF 값들을 얻는 것이 필요할 수도 있다(도 11). 0차 이외의 변위된 스폿들은 격자를 회전시켜 달성할 수 있다. 이와 달리, 아마도 바람직하게는, 매체 자체 위의 마스터링된 비트행들의 위치가 변조될 수 있다. 이것은 a) (예를 들어, 최외측의 비트행들의 위치를 일정하게 유지하게 내부 비트행들만을 변조시킴으로써) 래디얼 트랙킹을 가능하게 하는 보호 밴드들이 영향을 받지 않도록 하거나, b) 래디얼 트랙킹 설정의 제한된 대역폭을 따르지 않도록 하는 높은 공간 주파수에서 전체 메타트랙의 위치를 변조시킴으로써 행해져야 한다.
HF 신호의 재구성으로부터, 스폿의 공간 파워와 형상 프로파일을 더 높은 정 밀도로 얻을 수 있다.
본 실시예에 나타낸 구현예는 1차 쉘(shell) 근사만을 포함한다. 그러나, 매우 높은 비트 밀도에 대해서는, 2차 쉘도 사용하는 것이 유리할 수도 있다.
요약하면, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자에게 자명한 것과 같이, 본 발명에 따른 광 스폿에 있어서의 수차의 존재 및 크기의 판정을 위해 사용되는 비트 패턴의 기본적인 클러스터 채널 응답을 알아야 한다. 위에서 설명한 것과 같이, ISI가 2D 판독(TwoDOS)에서 유리하게 사용될 수 있으므로, "노이즈"라기 보다는 "신호"의 일부로서 취급할 수 있으므로, 종래의 1차원 광학 저장에서와 같이, ISI 신호 분포는 감산에 의해 제거되지 않는다.
본 발명의 목표는, 판독 및 비트검출을 더욱 곤란하게 만들지도 모르는, 광 스폿에 존재하는 수차(예를 들어, 코마수차, 비점수차 등)의 판정 및 분류를 허용하는 것이다. 이것은, 전술한 것과 같이, 광학 응답이 광 스폿의 형태의 특징이 되어, 스폿 수차의 분류와 정량화를 가능하게 하도록 선택되는 패턴들을 디스크 상에 설치함으로써 달성된다. 그후, 이 정보는, 예를 들어, 신호처리를 위한 등화기 설정값들을 변경하거나, 또는 더욱 바람직하게는, (예를 들어, 광 스폿의 초점을 맞추는데 사용되는 대물렌즈의 틸트를 조정함으로써) 존재하는 광학수차를 물리적으로 교정하는 서보루프에 능동적으로 피드백되는 에러신호의 발생을 위해 사용될 수 있다. 성공적으로 적용하는 경우에, 본 발명은, 간섭하는 디스크패턴들로부터 발생되는 모든 ISI를 포함하지만, 광 스폿 수차들에 기인한 악영향이 없는 판독신호를 제공한다. 이에 반해, ISI 분포를 제거하는 종래기술의 장치가 US 특허 5,657,308 및 5,808,988에 기재되어 있다.
이들 문헌에서 기술된 발명의 목적이 본 발명의 목적과는 근본적으로 다르므로, 본 발명의 목적을 달성하기 위한 위에서 주어진 바람직한 패턴들은 기본적으로 전술한 US 특허 명세서들에서 제시된 것과는 차이가 난다. 종래기술의 장치의 목적은, 선형일 것으로 추정되는 심볼간 간섭을 제거하는 것으로, US 특허 5,808,988에는, 조밀 충전된 피트들 사이의 간섭의 특징을 기술하는 파라미터들이 판정되고, 간섭의 레벨에 영향을 미칠 수 있는 디스크의 변동으로 인해 학습 패턴들이 필요할 것으로 생각된다.
이에 반go, 본 발명의 목적을 달성하기 위해서는, 직접 인접하는 것들을 포함하는 피트 패턴들의 사용은 이상적이 아니며, 신호에 광학 간섭을 거의 또는 전혀 일으키지 않으면서도, 광 스폿의 형상에 관련된 정보를 제공하는 비트 패턴들을 선택하는 것이 훨씬 바람직하다.
전술한 실시예는 본 발명을 제한하기보다는 예시하기 위한 것이고, 첨부된 청구범위에 정의된 본 발명의 범주를 벗어나지 않고 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자에게 있어서 다양한 변형이 이루어질 수 있다. 청구범위에서, 괄호 안네 놓인 참조부호가 청구범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다. 용어 "구비하는", "포함하는", "구비한다" 및 "포함한다"가 전체적으로 청구항 또는 명세서 내부에서 나열된 것 이외의 구성요소들 또는 단계들의 존재를 배제하는 r서이 아니다. 구성요소의 단수의 참조부호가 이와 같은 구성요소들의 복수의 참조부호를 배제하는 것이 아니며 역도 성립한다. 본 발명은 다수의 개별 소자들을 포함하는 하 드웨어에 의해, 그리고 적절히 프로그램된 컴퓨터에 의해 구현될 수도 있다. 다수의 수단을 열거하는 장치 청구항에서, 다수의 이들 수단은 한 개의 동일한 항목의 하드웨어로 구현될 수도 있다. 특정한 구성이 서로 다른 종속항들에서 반복된다는 단순한 사실이 이들 구성들의 조합이 유리하게 사용될 수 없다는 것을 시사하는 것은 아니다.

Claims (16)

  1. 다차원 광학 저장 시스템에서 광 기록매체(50)를 주사하는데 사용되는 광 스폿(202)의 수차의 존재 및 크기를 판정하는 방법으로서, 상기 광 기록매체(50)에 설치된 비트 패턴들(200)로부터 다시 반사된 신호를 수신 및 처리하여 이에 따라 표시된 데이터를 재구성하는 수단이 설치되며, 상기 광 기록매체(50) 상에 설치되고 비트 패턴들의 광학 응답이 비트 패턴들에 입사된 광 스폿(202)의 형상의 특징이 되도록 선택되는 1개 이상의 알려진 비트 패턴에 대해서, 중심 비트(200a)에서 수신된 신호의 파워와 상기 중심 비트(200a)에 인접한 비트들(200b)에서 수신된 신호의 잔류 파워를 평가하여, 비트 패턴들에 입사된 광 스폿(202)의 수차의 존재 및 크기를 판정하는 것을 특징으로 하는 수차의 존재 및 크기 판정방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 광 기록매체(50)의 등방적인 육각형 격자(200)에 데이터가 기록되고, 상기 데이터의 판독을 이한 다수의 광 스폿들(202)이 제공되는 것을 특징으로 하는 수차의 존재 및 크기 판정방법.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    비트 패턴들이 입사된 광 스폿(202)의 수차의 존재 및 크기를 판정할 목적으로 1개 이상의 교정 비트 패턴들이 상기 광 기록매체(50)에 설치되고, 상기 교정 비트 패턴은, 비트 패턴의 광학 응답이 이 비트 패턴에 입사된 광 스폿(202)의 형상의 특징이 되도록 선택되는 것을 특징으로 하는 수차의 존재 및 크기 판정방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 1개 이상의 교정 비트 패턴은 상기 광 기록매체(50)의 비사용자 데이터 영역에 설치되는 것을 특징으로 하는 수차의 존재 및 크기 판정방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 1개 이상의 교정 비트 패턴들은 상기 광 기록매체(50)의 리드인 영역에 설치되는 것을 특징으로 하는 수차의 존재 및 크기 판정방법.
  6. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    비트 패턴의 광학 응답이 비트 패턴에 입사되는 광 스폿의 특징이 되도록 선택된 상기 비트 패턴은 상기 광 기록매체(50) 상에 기록된 사용자 데이터의 일부를 구성하는 것을 특징으로 하는 수차의 존재 및 크기 판정방법.
  7. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    비프 패턴에 입사된 광 스폿(202)에 있어서의 수차의 존재 및 크기를 판정할 목적으로 사용되는 비트 패턴이 상기 기록매체(50) 상에 기록된 사용자 데이터와 인터리브되는 것을 특징으로 하는 수차의 존재 및 크기 판정방법.
  8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
    중심 비트에 위치한 신호의 파워와 주변 비트들로부터의 잔류 파워를 평가함으로써, 존재하는 수차들에 대한 정보를 얻을 수 있도록, 스폿(202)의 형상 및 국부적인 파워 분포를 판정하는 것을 특징으로 하는 수차의 존재 및 크기 판정방법.
  9. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 비트 패턴의 중심 및 주변 비트들은, 단지 한 개의 피트가 존재하는 클러스터의 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 수차의 존재 및 크기 판정방법.
  10. 다차원 광학 저장 시스템에서 광 기록매체(50)를 주사하는데 사용되는 광 스 폿(202)의 수차의 존재 및 크기를 판정하는 장치로서, 상기 광 기록매체(50)에 설치된 비트 패턴들(200)로부터 다시 반사된 신호를 수신 및 처리하여 이에 따라 표시된 데이터를 재구성하는 수단을 구비하며, 상기 광 기록매체(50) 상에 설치되고 비트 패턴들의 광학 응답이 비트 패턴들에 입사된 광 스폿(202)의 형상의 특징이 되도록 선택되는 1개 이상의 알려진 비트 패턴에 대해서, 중심 비트(200a)에서 수신된 신호의 파워와 상기 중심 비트(200a)에 인접한 비트들(200b)에서 수신된 신호의 잔류 파워를 평가하여, 비트 패턴들에 입사된 광 스폿(202)의 수차의 존재 및 크기를 판정하는 것을 특징으로 하는 수차의 존재 및 크기 판정장치.
  11. 다차원 인코딩된 광 기록매체(50)를 판독 또는 기록하는 방법으로서, 상기 광 기록매체(50)를 주사하기 위해 1개 이상의 광 스폿들(202)을 발생하는 단계와, 상기 광 기록매체(50)에 설치된 비트 패턴들(200)로부터 다시 반사된 신호를 수신 및 처리하여 이에 따라 표시된 데이터를 재구성하는 단계를 포함하고, 상기 광 기록매체((50) 상에 설치되고 비트 패턴들의 광학 응답이 비트 패턴들에 입사된 광 스폿(202)의 형상의 특징이 되도록 선택되는 1개 이상의 알려진 비트 패턴에 대해서, 중심 비트(200a)에서 수신된 신호의 파워와 상기 중심 비트(200a)에 인접한 비트들(200b)에서 수신된 신호의 잔류 파워를 평가하여, 비트 패턴들에 입사된 광 스폿(202)의 수차의 존재 및 크기를 판정하는 것을 특징으로 하는 광 기록매체의 판독 또는 기록 방법.
  12. 광 기록매체(50)를 판독 또는 기록하는 다차원 광학 저장 시스템으로서, 상기 광 기록매체(50)를 주사하기 위해 1개 이상의 광 스폿들(202)을 발생하는 수단과, 상기 광 기록매체(50)에 설치된 비트 패턴들로부터 다시 반사된 신호를 수신 및 처리하여 이에 따라 표시된 데이터를 재구성하는 수단(60)을 구비하고, 상기 광 기록매체(50) 상에 설치되고 비트 패턴들의 광학 응답이 비트 패턴들에 입사된 광 스폿(202)의 형상의 특징이 되도록 선택되는 1개 이상의 알려진 비트 패턴에 대해서, 중심 비트(200a)에서 수신된 신호의 파워와 상기 중심 비트(200a)에 인접한 비트들(200b)에서 수신된 신호의 잔류 파워를 평가하여, 비트 패턴들에 입사된 광 스폿(202)의 수차의 존재 및 크기를 판정하는 것을 특징으로 하는 다차원 광학 저장 시스템.
  13. 제 12항에 있어서,
    존재하는 것으로 판정된 수차를 보상하는 수단을 더 구비한 것을 특징으로 하는 다차원 광학 저장 시스템.
  14. 제 13항에 있어서,
    존재하는 것으로 판정된 수차를 보상하기 위해 등화기 설정값들을 조정하는 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 다차원 광학 저장 시스템.
  15. 재 12항에 있어서,
    존재하는 것으로 판정된 수차를 제거하는 수단을 더 구비한 것을 특징으로 하는 다차원 광학 저장 시스템.
  16. 제 15항에 있어서,
    존재하는 것으로 판정된 수차를 제거하는 틸트 보상수단을 구비한 것을 특징으로 하는 다차원 광학 저장 시스템.
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