CN1214789A

CN1214789A - 光学记录媒质

Info

Publication number: CN1214789A
Application number: CN97193369A
Authority: CN
Inventors: J·H·M·斯普瑞特; W·M·米纳
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1996-12-06
Filing date: 1997-12-01
Publication date: 1999-04-21
Also published as: DE69726130T2; TW446937B; EP0888614B1; US5978351A; JP2000504466A; EP0888614A1; DE69726130D1; KR19990082314A; KR100557275B1

Abstract

描述了一光学记录媒质,其上记录有控制信息,用于将在该媒质上记录信息的刻写功率设置在最佳量级的方法中。该控制信息包括读取信号关于刻写信号的调制的导数的预设值。最佳刻写功率是从媒质上的测试图案中测得的调制值和记录在媒质上的预设值导出的。

Description

光学记录媒质

本发明涉及一可用光束刻录的光学记录媒质，该媒质包含指明将信息记录在信息载体上的记录过程的控制信息，该控制信息包括记录过程的记录参数的值。

这样一种记录媒质由EP-A-O 397 238(PHN12.925)可知。这种信息载体是一可光学刻录和读取类型的碟片，如与CD类媒质兼容并具有称作预压槽的预先记录轨道部分的一次擦写CD(CD-WO)。预压槽是为了用来记录与记录过程一致的；可光学读取的图案，该图案代表了信息。预压槽还被用包含寻址代码和控制信息的辅助信号来调制。控制信息包含有利于优化记录过程的数据，如记录所需的刻写功率量级。

一种用来在这样一种媒质上记录信息的光学记录装置能读取来自媒质的控制信息并根据记录在媒质上的值调节其记录参数，以便在媒质上形成记号形式的可靠的记录信息。记录参数理解为直接控制记录过程的参数。如果该装置是通过调制光束的功率量级来记录信息，这些参数可能包括一种或多种记录速度、记录过程中所用光束的功率量级(如刻写功率量级，偏置功率量级)、在媒质上刻写标记所用的一系列脉冲的第一、中间和最后脉冲的脉宽、以及这些脉冲的占空比。可以记录对应特定记录速度的每个参数的几个值。如果记录过程包括通过直接覆盖或以其它的途径擦除以前记录的信息，这些参数可能还包括与擦除过程如擦除功率有关的参数。

读取参数被理解为在读取媒质上的信息时所获得的信号中导出并可用于优化一个或多个记录参数值的参数。一般说来，一种调节特定记录参数的方法将涉及在媒质上记录一系列测试图案，每个图案具有不同的记录参数值，测量每个图案的读取参数，并从该信息中决定记录参数的最佳值。读取参数的例子为读取信号的最大值、读取信号的调制、媒质的反射、读取信号的抖动、以及从读取信号中恢复的信息的误码率。

欧洲专利申请0 737 962公开了一种光学记录装置，该装置无需用来自光学媒质的控制信息来设定在媒质上记录信息的刻写功率量级。该装置在媒质上用逐渐增加的刻写功率记录一系列测试图案。接下来，它从对应于图案的读取信号部分得出每个图案的调制。它计算作为刻写功率函数的调制的导数并通过与调制过程中的刻写功率相乘归一化。归一化的导数与预定值的交叉点决定了适合在该媒质上记录的刻写功率。因此，该方法利用刻写功率作为记录参数并利用读取信号调制作为读取参数。这个设置最佳刻写功率的过程通过测量写在媒质上的测试图案的调制将媒质的不同特性考虑在内。此外，因为在此过程中所采用的归一化导数，该方法与所使用的特定的记录装置无关。该导数对装置的参数，如用来将光束聚焦在媒质上的物镜的数值孔径、光束的光强分布和光束形成的光斑大小不敏感。已知的方法是为记录装置和媒质的每种组合提供适当的刻写功率量级设置。然而，试验证实已知的方法并没有为装置和媒质的全部组合提供适当的刻写功率量级。

本发明的一个目的是提供一光学记录媒质，该媒质可用于为在媒质上记录信息而用的最佳刻写功率的光束提供适当值。

根据本发明，此目的是利用开篇所描述的光学记录媒质实现的，其特征在于控制信息包括读取参数关于记录参数的导数值。在上述试验中，刻写功率量级不合适是由于预设的量级不期望地依赖于要记录的媒质的性质。然而，所有媒质的性质都被认为以来自测试图案的读取信号为特征，为与装置的性质无关而采用的导数经证实依赖于媒质的性质。已经发现，只有在使预设的导数值与媒质有关且记录在其上时，装置和媒质之间关于利用上述的导数方法设置最佳记录参数量级的兼容性才能达到。预设值被优选地由媒质的制造商来记录。在媒质上进行充分的测试后，媒质的用户也可以记录预设值。

记录的预设值优选地为归一化导数的预设值。通过将导数乘以记录参数与读取参数的比值使其归一化。然而使用导数会使该方法对记录装置中存在的偏移不敏感，归一化使该方法对不同装置的不同比例因子也不敏感。这些比例因子可能受装置中的光学系统能够从媒质上的一系列记录标记产生读取信号的效率和读取信号的实际放大的影响。

可以以数种方式决定函数的导数和归一化导数。有可能用已知的数值方法，如通过取读取参数值之间的差和记录参数值之间的差并计算它们的比值或利用所谓的拉格朗日公式或n点方法来确定导数。因为数值方法常常放大测量值中的噪声，优选地通过曲线拟合读取参数值和记录参数值获得的函数解析地确定该导数。当得到该函数解析形式时，就再也不用计算导数，但记录参数的最佳值可直接从函数和预设值确定。

在该媒质的特定的实施方案中，记录参数为光束的刻写功率量级的值。刻写功率量级的精确设置对导致的刻写标记的质量非常重要。可以通过参考媒质上记录的导数的预设值将其它记录参数设置为最佳值，如擦除功率、偏移功率、在媒质上刻写标记所用的一系列脉冲的第一、中间和最后脉冲的脉宽、以及这些脉冲的占空比。如果，例如利用不同占空比的刻写脉冲形成一系列的测试图案，该方法使得有可能设置最佳的占空比。

在媒质的特定实施方案中，读取参数为从媒质上记录的信息中导出的读取信号的幅值调制。可以容易地从读取信号中导出调制，该调制是优化记录参数的合适的参数。其它合适的读取参数为记录和非记录部分的反射，以及从一系列特定的测试图案或一系列包括随机信息的测试图案中所恢复的信息中的错误数量，这里可以将错误规定为位错误或字节错误。

在对附图所示的本发明的优选实施方案进行下面更具体的描述之后，本发明的目的、特性和优点将显而易见。

图1是根据本发明的光学记录装置的示意图，

图2显示两个测试图案中的两个读取信号部分，

图3是表示测得的、作为刻写功率函数的调制及其导数的曲线图，

图4显示根据本发明的记录媒质，

图5是该媒质的平面图，以及

图6是媒质中标记的图案的平面图。

图1显示根据本发明的一装置和一光学记录媒质1。媒质1具有一透明的基底和分布于其上的一个记录层3。记录层包括一种适合用光束刻写信息的材料。该记录材料可为，如磁光型、相变型、染料型或其它任何合适的材料。利用光学可探测区域(又称标记)的形式可以将信息记录在记录层3上。该装置包括一光源4，如一半导体激光器，用于发出一光束5。利用分光镜6、物镜7和基底2将光束会聚在记录层3上。该媒质也可以为空气入射，光束无需透过基底便直接入射在记录层3上。从媒质1反射回来的光被物镜7会聚，在透过分光镜6后，落在探测系统8上，探测系统将该入射光转换成电子探测器的信号。探测器信号被输入到电路9。该电路从探测器信号中得出几个信号，如代表从媒质1读取的信息的读取信号S_R。光源4、分光镜6、物镜7、探测系统8和电路9共同构成读取单元10’。来自电路9的读取信号在第一处理器10中进行处理以便从读取信号中得出代表读取参数和控制激光功率量级的必要的的信号。所得出的信号被馈送给到第二处理器11，该处理器处理一系列的读取参数值并据此得出刻写功率控制信号的值。刻写功率控制信号与控制单元12相连。代表即将写到媒质1上的信息的信号13也被馈送给控制单元12。控制单元12的输出与光源4相连。可以用单个光脉冲在记录层3上写一个标记，其功率由处理器11确定的最佳刻写功率量级决定。也可以用一系列等长或不等长且具有一个或多个由刻写功率信号决定的功率量级的光脉冲刻写。处理器被理解为意味着任何适合进行计算的装置，如微处理器、数字信号处理器、硬布线的模拟电路或场可编程电路。

光源4所发出的实际辐射功率可用未示出的探测器测量，它放置在未使用的光束侧波瓣中或光束的光路中一元件反射掉的光中。该探测器的信号可直接连至处理器11。或者，该信号可连至控制单元12，在此它可与读取信号的峰值结合，形成在记录层3处接收到的光功率的测量值并随后馈送给处理器11。

在将信息写到媒质1上之前，该装置通过进行以下过程将其刻写功率设为最佳值。该装置首先在媒质1上刻写一系列测试图案。应当选择测试图案以给出期望的读取信号。如果从读取信号导出的读取参数为关于测试图案的读取信号部分的最大调制，测试图案应当包括长度足以获得读取信号部分的最大调制的标记。当根据所谓的8-14调制(EFM)编码信息时，测试图案优选地包括长I₁₁标记的调制方案。测试图案各自以不同的刻写功率记录。可根据作为控制信息记录在媒质上的指示功率量级来选择功率的范围。随后的图案可以在处理器11的控制下逐渐增加刻写功率进行刻写。可以将这些图案写在媒质上的任何地方，也可以将它们写在媒质上专门提供的测试区。

图2示出了从以两个不同的刻写功率量级刻写的图案得到的读取信号部分18、19。所画的图案包括一短的标记、一长的标记和一短的标记，如信号部分15、16、17所示，分别位于读取信号部分18和读取信号部分19中。实际的图案可能包括上百个不同或相同长度的标记。

处理器10从读取信号SR中导出一读取参数，用于确定最佳的刻写功率。一个可能的读取参数是一读取信号部分的最低幅值(在图2中以’a’指出的读取信号区域18)与相同读取信号区域最大幅值(以’b’指出)的比值。优选的读取参数为归一化的调制，即一读取信号的最大峰-峰值(以’c’指示)与读取信号部分的最大幅值’b’的比值。

在读取了媒质1上的测试图案后，处理器11形成一系列用于图案调制的数值对和刻写图案所用的刻写功率。刻写功率可从记录测试图案过程中刻写功率控制信号的值获得，或从光功率的测量结果中获得。图3示意性地示出了从测试图案中获得的处理过的读取信号的结果；每个交叉代表一测试图案的调制m和刻写功率P的一对值，这些交叉共同构成了调制m与刻写功率的函数。处理器11用测得的调制值拟合曲线以获得作为刻写功率函数的调制变量的解析式。在图3中以虚线表示了这一曲线。拟合可以利用著名的最小二乘拟合算法。拟合的曲线以函数m(P)描述。

下一步，处理器11解析地计算关于刻写功率P的函数m(P)的归一化导数。归一化导数g(P)等于函数(dm/dP)P/m。图3中所画的曲线表示从拟合的调制m导出的函数g。

接下来，处理器从归一化导数中导出中间刻写功率P_i。为此它从媒质中读取一个预设值g₀并确定属于以图3下半部分中的虚线表示的预设值的刻写功率P的值。值g₀可以由记录媒质制造商设定并储存在该媒质上。下一步，中间功率P_i的值被一个大于1的常数h相乘，从而获得最佳的刻写功率量级P₀。

预设值g₀的值和倍乘常数h由媒质的制造商或用户在媒质初始化时确定并储存在媒质上。值g₀的设定范围是0.2到5.0。该值高于5.0之后，归一化导数失去其预见值，因为渐近线附近可能导致与g₀有关的P值接近刻写功率轴。导数的测量误差增加是避免g₀值大于5.0的另一个原因。如果该值小于0.2，归一化导数有一个很小的斜率，其中导数值的很小误差都将导致与g₀有关的值P_i的较大离散。在CD格式的可重复写入记录媒质上的试验给出了g₀的值为0.2到2.0，在更高密度的媒质上则为2.0到4.0。倍乘常数h优选地设定在1.00到1.35的范围内并同样记录在媒质上。等于(hP_i)的最佳刻写功率P₀通常设成调制m开始饱和处的刻写功率邻近的值。可通过用倍乘常数k使最佳擦除功率P_c等于(kP₀)而从最佳刻写功率中导出最佳擦除功率。常数k可记录在媒质上并优选地位于0.4到0.66的范围内。

在设置g₀和h的优选方法中，特定媒质的最佳刻写功率是通过发现给出来自写在该媒质上的信息的读取信号的最低抖动的刻写功率确定的。该信息优选地为随机信息。接下来，从上述刻写的一系列测试图案中确定归一化导数dm/dP(P/m)。在上述范围内(即归一化导数不过分平坦也不过分陡的范围内)选择g₀的值。相应的P_i值由归一化导数确定。h值现在等于P₀/P_i·g₀和h的这些值可以记录在相同类型的所有媒质，即利用相同生产过程制造的媒质上，供所有记录装置使用。通常，不同类型的媒质，如来自不同厂商的媒质，具有不同的记录值g₀，并且，如果有必要，还有不同的记录值h。如果用于值h固定且没有记录在媒质上的某种应用中，应当选择要记录的值g₀，使相应的、为固定值h倍乘的值P_i得到最佳的刻写功率P₀。

归一化导数的值证实为几乎不受记录装置的参数变动的影响。如果最佳的刻写功率量级是按照归一化导数选取的，该选定的量级适合可靠地用不同的记录装置在各种记录媒质上进行记录。可通过采用对应于归一化导数的预设值的功率量级来选择刻写功率量级。在不进行曲线拟合时，也能实现使用归一化导数的优点。在此情况下，可通过如计算测量值之间的差，从读取参数与刻写功率量级数据的比较中确定该导数。然而，省略曲线拟合这一步骤将增加导数值中的噪声，从而妨碍用导数来设置某些媒质的最佳刻写功率。

利用成对的值(m,P)拟合的函数可为一个或多个多项式，优选地为正交多项式。该曲线可写作：

(1) m (P) = \underset{i}{Σ} a_{i} f_{i} (P)

以解析形式给出的归一化导数为

(2) g (P) = \frac{P \underset{i}{Σ} a_{i} {f'}_{i} (P)}{\underset{i}{Σ} a_{i} f_{i} (P)}

这里f’(P)是函数关于参数P的导数。P_i值可从方程得到

( 3 ) g(P_i)=g₀

根据要选择拟合的曲线，可以得到值P_i的解析式形式或作为数值逐次根近似方法如试位法或牛顿法的结果。在可能的情况下，使用解析式的优点在于它提供了正确的根，而逐次近似可能转到不期望的方程根。如能得到解析形式的方程(3)，就再也不需要确定归一化导数g，但预设值g₀可以直接插入方程(3)以确定有关的值P_i。

合适的正交多项式f_i集为勒让德(Legendre)多项式。四个最低阶的Legendre多项式为：(4)

f_{0} (P) = 1

f_{1} (P) = P

f_{2} (P) = \frac{3}{2} P^{2} - \frac{1}{2}

f_{3} (P) = \frac{5}{2} P^{3} - \frac{3}{2} P

由于这些多项式是在-1＜P＜+1的区间上定义的且刻写功率在P_min到P_max之间选取，要拟合的刻写功率值应当作如下换算

P_{s} = \frac{2 P - (P_{\max} + P_{\min})}{P_{\max} - P_{\min}}

现在必须将换算的刻写功率量级P_s用在方程(4)的公式中。从方程(3)得到的值P_i必须换算回范围P_min和P_max。

当使用数字处理器时，必须用一个模数转换器将m和P的输入值从模拟值转换成数字值。数字输出值的位数可定为与测量值中的噪声相对应。如果，例如参数值中的噪声为参数的最大值的1％，转换器应当至少为8位，这样就引入了附加的1/2⁸=1/256量化噪声。

如果出于成本的原因，进行上述计算的处理器11为小型处理器，那么最好以整数格式进行计算。因此值m和P应当从实数转换成整数。这种转换的倍乘常数应当大到不会引入另外的噪声且小到不要求太多的计算能力。一种好的做法是选择使值m和P中存在的噪声(由值的整数表示确定)稍稍大于与整数表示中最低有效位的值。这个值的噪声包括上述的量化噪声。如果，例如值m中的噪声为m最大值的0.5％，那么合理的倍乘因子为1000除以该参数的最大值。

除了采用一系列多项式来拟合值m和P之外，还可以采用单一的函数。该函数优选地在P为大数值时有渐近线。它应当具有几个参数，这些参数的值通过曲线拟合确定。该函数应当具有在P为小值时的函数值、P为中间值时的函数的导数以及P为大数值时的函数值等参数。合适的函数为

(6) f (P) = a_{0} - \frac{a_{1}}{P - a_{2}}

可以解析的形式给出归一化的导数。然后，方程(4)降为二次方程，使得无需进行逐次近似即可得出方程的根。

其它合适的函数为圆弧的正切和双曲线的正切。

( 7 ) f(P)=a₀arctan(a₁P-a₂ )

( 8 ) f(P)=a₀tanh(a₁P-a₂)

可以将圆弧的正切值和双曲线的正切值储存在检索表中以加快计算。

图4a示出了根据本发明的盘片形状的记录媒质。该记录媒质具有螺旋形环绕的连续轨道109，用于记录。该环绕也可以按中心而不是螺旋形环绕。轨道109在记录媒质上的位置以一伺服图案表示，如预压槽104形式，使读/写头在扫描过程中遵循轨道109。或者，伺服图案可以为，例如，均匀分布的子图案，这些图案周期性地在伺服跟踪系统中产生信号。图4b示出了沿记录媒质1的线b-b得到的截面，其中基底2为记录层3和层107所覆盖且三个预压槽104的横截面是可见的。预压槽104也可形成为凸起的基底部分或性质不同于其周围的材料。可以用一记录装置光刻录或磁光刻录记录层3。记录媒质上的信息以标记的图案代表。信息被一记录过程记录在轨道109上，其中每个标记是根据，例如标记的长度，用一个或多个刻写功率恒定或变化的记录脉冲形成的。记录过程的记录参数，如刻写功率、脉冲的数量、变化以及占空比，是根据记录媒质特别是该记录媒质的材料性质调节的。可刻录记录载体的一个实例就是已知的供计算机使用的一次刻写CD或CD-MO。在美国专利US-4,901,300(PHN12.398)和US5,187,699(PHQ88.002)中，可以发现类似地包括信息的可刻录CD系统详细描述。在Bouwhuis等人所著的“光盘系统原理”一书(ISBN0-85274-785-3)中，可以发现CD的读取和预压槽部分的使用的说明。

图4c和4d各自示出了包括具有周期性调制(摇摆)的槽的一个具体实施方案的媒质1的放大部分102。这种摇摆导致在伺服跟踪拾取时产生另外一个信号。该摇摆为，例如，用辅助信号调频且信息被编码在辅助信号中。具有这种记录在槽中的信息的记录媒质的描述可见于EP-A0 397 238。预压槽很适合用来记录指明记录过程的控制信息。可以用不同的方式向不同类型(如光学磁带)的记录媒质提供控制信息，例如，在磁带的开头或沿辅助轨道安排一控制区域。

当以CD类型媒质的额定速度读取媒质时，预压槽的附加信号具有用1KHz偏离调频的22.05KHz频率。在FM调制和数字化之后，比特流的比特率最终为3150比特/s。比特流按每帧42比特分成帧，每帧依次包括四个同步比特、24个信息比特和14个纠错比特。一个帧中储存的信息内容取决于帧在比特流中的位置。在一个十帧的组中，九个连续的帧包括称作ATIP(预压槽中的绝对时间)的时间代码，用作供在媒质上访问用户信息的地址。这十个帧的组中的第十个帧包含控制信息。三个由九个时间代码帧隔开的连续的控制信息帧，包含有功率P_i的指示值、倍乘因子h的值、归一化导数g₀的值和倍乘常数k的值。这些包含控制信息的帧优选地位于用来记录用户信息的区域之前，如在CD类型媒质的开头区域。

图5示出了带有一轨道30的记录媒质1的另一个实施方案。该轨道可为环形或螺旋形且为如压槽或压纹。媒质的区域分成用来刻写用户信息的信息记录区域31和用于储存与刻写、读取和擦除媒质上的信息有关且通常不用来记录用户信息的控制区域32。在图中控制区域32以虚线轨道表标记。信息记录区域31属于当暴露于超过某个特定的刻写功率量级时就会改变其光学探测属性的类型。g0的值可存作媒质控制区域32中的控制信息的图案。当模压控制区域时，媒质制造商应当记录这个值。或者，用户可以在初始化媒质时将这个值记录在媒质中，从而记录特定盘片的值。也可以象g0那样记录值h和k。图6示出了充分放大后的轨道33的部分，该轨道包括其中编码有控制信息的标记34的图案。

尽管用采用刻写功率作为记录参数和用读取信号调制作为读取参数的一实施方案对本发明进行了描述，应当明白，本发明可以采用记录和读取参数的其它组合。例如，可将用于记录一标记的脉冲图案的特定时序用作记录参数并将读取信号的抖动作为读取参数。

Claims

1．一种用一光束刻录的光学记录媒质，该记录媒质包含指示将信息记录在该记录媒质上的记录过程的控制信息，该控制信息包括记录过程的记录参数的值，其特征在于控制信息包括读取参数关于记录参数的导数。

2．根据权利要求1的光学记录媒质，其中通过将导数的值与记录参数和读取参数的比值相乘而使其被归一化。

3．根据权利要求1的光学记录媒质，其中记录参数为光束的刻写功率量级的值。

4．根据权利要求1的光学记录媒质，其中读取参数为从记录在媒质上的信息导出的读取信号的幅值的调制。

5．根据权利要求4的光学记录媒质，其中调制与读取信号的峰-峰值和读取信号的最大值的比值成正比。

6．根据权利要求5的光学记录媒质，其中归一化导数的值在0.2到5.0的范围内。

7．根据权利要求1的光学记录媒质，其中控制信息包括一倍乘常数h，使得P₀=hP_i，这里P₀为在媒质上刻写信息的最佳刻写功率量级，而P_i则为从导数的直接值导出的刻写功率量级。

8．根据权利要求7的光学记录媒质，其中控制信息包括一倍乘因子k，使得P_e=kP₀，这里P_e为擦除媒质上的信息的最佳擦除功率量级。