專利名稱：具有分區的光檢測器的位檢測器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于檢測在記錄載體上存儲的信道數據流中各位的位值的位檢測器，其中，信道數據流包含一個信道帶，信道帶至少有兩個位行，它們沿第一方向一維地展開、并且沿第二方向互相對準，所述兩個方向構成位位置的二維網格。此外，本發明涉及一種光檢測器、一種位檢測方法、一種再現裝置和方法以及一種用于實現所述各方法的計算機程序。
背景技術：
在一維(1D)光學記錄中，高頻(HF)數據信號的物理生成是通過中心孔(CA)上的(反射的和衍射的)光子分布(photon distribution)的集成而實現的。這個孔與用于實現小的聚焦激光點的孔相同，該激光點是入射在光盤的信息層上的。該單一的模擬HF信號波形是以后的位檢測的基礎，有時被稱作CA信號。
傳統的光學記錄基于一個1D螺旋線(spiral)，沿著該1D螺旋線，代表介質上NRZI信道位流的多個“1”和“0”的物理標記和非標記(non-marks)是以順序的方式展開的。因此，在介質上凹陷(pit)結構處的激光點的物理衍射發生在沿著軌道或螺旋線的方向上，該方向也被稱為切線方向，這種衍射引起物理調制而導致產生HF信號。另一方面，徑向衍射(radial diffraction)則源自該光點的凹陷的有限的徑向范圍，以及源自沿半徑方向上凹陷結構的差異(variations)，這是由于相繼軌道(即單一螺旋線的相繼的圓周)互相靠得很近這一事實引起的激光點不但從中央軌道產生所期望的成分的信號，而且從相鄰軌道產生信號，這個現象更通常地被稱作串道(cross-talk)。1D光學記錄中的數據檢測或位檢測，是作為用于單一軌道的過程而建立的，它與相鄰軌道無關這就是說，其目標不是多個軌道的集合的聯合檢測(在該聯合檢測中，泄漏到由位于相鄰軌道的激光點所生成的信號的中央軌道的信息也被使用，反之亦然)。因此，可以將從相連軌道產生的信號中的干擾視為非白噪聲，它與中央軌道的數據信號不相關。
這意味著，對于1D的情形來說，1D光學記錄中與位檢測相關的所有相關信號，都僅僅是由切線方向的衍射生成的。這就是在考慮可能改善位檢測的情況下對中心孔的任何進一步劃分對于1D情形來說不是那么重要的非常根本的原因。在以下將變得明顯的是，對于2D光學記錄來說，情況完全相反。
在2D光學記錄中，例如就像在非正式出版前的歐洲專利申請EP02079097.8(＝PHNL020929)中所述的那樣，各個位一般都位于一個共同的或相干的、非變形的(non-deformed)2D網格上，優選的是一個正方形網格或六邊形網格上對于被視為一個位群組(cluster)的中心位的每個位，相對于該中心位的位置的相鄰各位的位置的集合總是相同的。因此，激光點在這些規則的、明確的網格位置上出現的隨機凹陷結構上的衍射，總是被定向到非常明確的方向上，這些方向被稱為位于對應于位的“實(空間)網格”的“互易(空間)網格”上的衍射向量。
通常，在標準1D光學記錄中，CA內的信息是集成的，以便在任何的位檢測之前已消除了關于已經在其中發生了衍射方向的任何信息。
發明內容
本發明的一個目的是提供一個位檢測器和一個對應的位檢測方法，由此顯著地改善2D存儲的位檢測性能。
按照本發明，這個目的是由權利要求1中所要求的一個位檢測器實現的，該位檢測器包括—一個光檢測器，用于檢測響應一個或多個入射光束而從所述記錄載體反射或透射的光，每個光束被引導到沿所述第二方向的一個位置上，所述光檢測器被劃分成至少兩個檢測器分區，用于檢測反射或透射光的一部分以及用于生成部分HF信號值，和信號處理裝置，用于根據所述部分HF信號確定所述信道數據流的各位的位值。
一個對應的位檢測方法在權利要求15中定義。
本發明也涉及一種如權利要求16中所要求的光檢測器，它在一個用于檢測在記錄載體上存儲的信道數據流的各位的位值的位檢測器被使用，其中信道數據流包含一個信道帶，信道帶至少有兩個位行，它們沿第一方向一維地展開、并且沿第二方向互相對準，所述兩個方向構成位位置的二維網格，所述光檢測器適于檢測響應一個或多個入射光束而從所述記錄載體反射或透射的光，每個光束被引導到沿所述第二方向的一個位置上，并且所述光檢測器被劃分成至少兩個檢測器分區，用于檢測反射或透射光的一部分以及用于生成部分HF信號值。
本發明進一步涉及一種再現裝置和方法，以及涉及一種用于實現該位檢測方法和該再現方法的計算機程序。
本發明基于把光檢測器劃分成至少兩個部分的構思，該至少兩個部分最好是按照以系統的方式發生衍射所在的方向選擇的。后面的各方向、以及在這些方向的每個中發生的衍射的量，可被看作信道數據流上的、即按照一個優選實施例的2D位網格上的所要考慮的2D位群組的一種指紋。
術語“光檢測器”應被廣義地理解為指任何把一個光信號轉換成一個被進一步用作模擬信號波形的電信號的裝置。光檢測器接收響應入射光束而從記錄載體反射或透射的光，入射光束優選地被引導到一個特定的位行上，但是也可被引導到第二個(徑向)方向上的任何位置，例如到多于一個位行，但還是在位行之間。這也意味著在可能由衍射光柵生成的光點陣列中的光點，可比寬螺旋線中的位行多。
例如對于一個六邊形網格來說，一個位群組可由一個中心位和六個相鄰位組成，使得有27＝64個可能的群組，其中32個群組具有等于“0”的一個中心位，因此也有32個具有等于“1”的一個中心位的群組。這32種模式(patterns)進一步按二項式系數 分布，即對應于n＝0，1，2，...，5，6個最近鄰的各位(其位值為“1”)的各個情況具有1、6、15、20、15、6、1個可能的構造(configurations)。
本發明的優點可以如下地解釋。將考察一個7位的六邊形位群組，它具有一個等于“1”的中心位和兩個也等于“1”的最近的相鄰位。與CA集成相對應的標準HF信號對于這種群組來說是典型的，但是它對于具有兩個位值為“1”的相鄰位的其它群組的15個可能的構造的所有構造來說幾乎也是等同的。因此在標準檢測方式中刪除了表明具有位值“1”的最近相鄰位位于哪些方位的方位信息。
本發明建議為給定的(中心)位檢測一個部分HF信號矢量，它提供一個線索來確定該“1”位的最近相鄰位可能位于哪里(沿著具有6個可能位置的圓形上)。六邊形群組的每個可能的構造將導致可被看作為有關該構造的“指紋”的一個信號集合。HF信號矢量與某些指紋的匹配將比與其它指紋的匹配好得多。此外，也是在各相鄰位(每個HF信號矢量包含多個部分HF信號)，其每一個也以不同的可能性與可能的指紋匹配。每個檢測器分區生成這樣一個部分HF信號值。
這個方案中的位檢測歸結為尋找與所檢測的所有HF信號矢量最接近匹配的2D位模式。每個HF信號矢量不但表明關于群組的中心位值的某些信息、以及它具有位值“1”的相鄰位的數目，而且還表明關于最近相鄰位的(最可能的)位置的某些信息。考察它的另一種方式是將其作為一個大難題來考察，其中在2D網格的每個位位置的信息片斷都是可用的這些片斷必須要裝配在一起，作為一個大的拼圖游戲(jig-saw puzzle)。
更實際的是，可以利用一個分區的光檢測器將位檢測表示為一個二進制2D位流與一組量度(measurements)的適配，每個量度由一個實數值的(或適當地量化的)亮度信號矢量表示。位檢測進一步能在最大可能的意義上進行，其中在一個給定位的成本函數，代表在位序列中出現該位的可能性，成本函數例如被定義為如歐幾里距離中的成本函數的和，信號矢量中的信號分量的每個對應一個成本函數。通過把順著序列的所有成本函數的和最小化，有可能找到最可能的位序列。分區被選擇得使得它產生關于如上所述的最近的相鄰位的方位的額外信息。
本發明的優選實施例在從屬權利要求中描述。
作為在頻率域中分區的代替，分區也可以在圖像平面中進行，以便記錄載體上的凹陷結構被直接地成像。在這個情況中，在記錄載體與光檢測器之間的光通路中提供額外的透鏡。這種檢測方式不會遭受把分區應用到域頻率域時所出現的倒置對稱模糊(inversion-symmetry ambiguity)的問題。
一般來說，本發明可適用于任何種類的二維編碼。然而，按照優選實施例，信道數據流的位被安排在一個二維六邊形或正方形網格上。
用于二維六邊形或正方形網格編碼并在頻率域分區的光檢測器的優選實施例，在權利要求4和6中定義。使用偶數個數的檢測器分區并把相反的檢測器分區的部分HF信號組合成一個部分HF信號是有益的。一個優選實施例提供一個產生三個部分HF信號的六重分區的光檢測器。然而，檢測器的其它數量的分區也是有用的。例如，在圖像平面中，將檢測器分區成能展示與編碼的網格結構相同的分區結構是有益的，就是說，在六邊形網格編碼的情形中，檢測器分區應當也被安排在一個六邊形網格上并且每個分區應當有與編碼的網格的位相同的六邊形結構。
在另一個優選實施例中，檢測器分區也能被用來通過適當的信號處理裝置生成推挽式信號。其中，由位于光檢測器的相反的側面上的檢測器分區生成的部分HF信號值被減去，以獲得然后能被用于跟蹤的所述推挽式信號。
使用適當的信號處理裝置的另外的優選實施例在權利要求10和11中定義。由分區的光檢測器所獲得的部分HF信號能被用來檢測所考慮的位群組是哪一種類型的。根據編碼的密度，這至少對一些、甚至對所有的位群組類型都是可能的。然而，也有可能不僅根據來自僅僅一個檢測的部分HF信號值而且還根據來自相鄰位群組的檢測或具有與當前位群組重疊的位群組的部分HF信號值來進行評估。此外，部分HF信號能被用來確定當前位群組的位有哪個位值。
現在將參照附圖更詳細地解釋本發明，附圖中圖1表示一個編碼系統的總體布局的框圖；圖2表示按照本發明的一個讀出設備的總體設置；圖3表示一個指示一個基于帶的二維編碼方案的示意圖；圖4表示六邊形上一個2D代碼的示意性的信號模式；圖5表示一個特定密度的未加工的標量衍射模式；圖6表示六邊形網格的一個實空間(real-space)和一個互易(reciprocal)空間坐標體系；圖7表示按照本發明的一個分區的光檢測器的實施例；圖8表示在一個六邊形位群組中的最近的相鄰位的標引順序；
圖9至15表示不同數量的最近相鄰凹陷位的群組類型；圖16表示不同群組類型的HF信號；圖17至23表示不同群組類型的部分HF信號和HF-CA信號；圖24表示按照本發明的讀出設備的另一個實施例；圖25表示用于按照本發明的用于圖像平面分區的光檢測器的另一個實施例；圖26表示用于按照本發明的用于正方形網格編碼的光檢測器的另一個實施例；圖27表示用于二進制符號的1D維特比檢測(Viterbi-detection)的格子結構(trellis)；圖28表示一個格子結構中的通路的會聚的例子；圖29表示用六重分區的光檢測器的一種對稱位安排和生成的部分HF信號的例子；圖30表示在閾限檢測中使用對稱檢測算子(symmetry-detectionoperators)的22個不同模式類(pattern classes)。
具體實施例方式
圖1表示一個數據存儲系統的典型的編碼和信號處理元件。用戶數據從DI到DO的循環可包括交錯10，糾錯碼(ECC)和調制編碼20、30，信號預處理40，在記錄介質50上的數據存儲50，信號后處理60，二進制檢測70，以及調制碼的和交錯ECC的解碼80、90。ECC編碼器20給數據增加冗余，以便提供對來自各種噪聲源的錯誤的預防。ECC編碼的數據然后被傳送到調制編碼器30，調制編碼器使數據適應信道，就是說，調制編碼器把數據處理成一種較不可能被信道錯誤破壞的并且在信道輸出更容易被檢測的形式。調制的數據然后被輸入到例如空間光調制器之類的記錄裝置，存儲在記錄介質50中。在檢索側，把檢測到的光變換為電信號的讀裝置(例如光檢測器器件或電荷耦合器件(CCD))返回必須被變換回數字數據(對于二進制調制方案來說每個像素一位)的偽模擬數據值。這個過程中的第一個步驟是一個被稱為均衡化的后處理步驟60，它試圖消除在記錄過程中產生的、仍然在偽模擬域中的失真。然后，通過一個位檢測器70將偽模擬數據值陣列轉換成一個二進制數字數據陣列。然后將該數字數據陣列首先傳送到執行調制編碼逆操作的調制解碼器80，再傳送到ECC解碼器90。
在光學存儲的典型范例中，用單一的光點去掃描存儲介質的表面，它通常是一個圓盤(直徑12cm)。介質上的信息是以在從介質的內部到外部呈螺旋形的一維軌道上對準的位的形式存儲的。根據工藝，盤上的”1”位可被表示為表面上的一個凹陷，凹陷的深度(理想地)等于用來讀出數據的光的波長的四分之一，因此在總的路徑差為半個波長時就會有破壞性的干涉。“0”位簡單地由一個平面表示，這個平面也稱作凸起(land)。軌道之間的中性區域也被編碼為“凸起”。這種表示被用于具有物理上被控制的(mastered)凹陷的只讀系統(例如CD-ROMs)。另一個表示是使用一種光學活性材料，它導致入射光的一個視該材料的內部狀態而定的相移(phase shift)。在這種情況下“1”可以表示為半波長的相移，而“0”則表示為無相移，這取決于材料的內部狀態。用于讀出的同一種光束，現在能用來改變(從晶體的到無定形的)相變材料的狀態，這個原理被用來構造一個讀-寫系統(例如CD-RW)。
不管所使用的系統如何，由激光二極管1生成的光束2被光束分光器4和物鏡5引導并聚焦在介質3的表面上，并按照代表介質3上的凹陷的特征都被反射和衍射，如圖2中所示的那樣。由于表面上的光束點常常大于軌道與其相鄰軌道之間的距離，所以必須要考慮來自其它位的符號間干涉(ISI)。軌道之間越靠近，ISI就越強。外出的信號6，即反射的和衍射的光波的波前，通過物鏡5(中央孔)、光束分光器4和光楔7返回。強度可作為一個高頻(HF)信號而被光檢測器8測量。
在2D光學記錄中，已經作出努力來使用幾個光束同時從介質讀出信息，以便既提高最大存儲容量又提高數據速率，這使得數據速率與同時讀出的光束的數量成正比。增加容量的方式是，不是把各位定位在各個個別軌道上(它們之間有中性隔離帶，這些帶是含有位信息為“零”的區域以減少ISI和生成干涉信號)，而是在介質上的二維的網格中安排各位，由此更大程度地利用現有的表面。隨著數據密度的增加，相鄰位的影響也顯著增加。因為網格在平移方面是不變的，相鄰各位相對中心位的位置總是相同的。因此，存在一個有限的可能的衍射模式集合，這是由網格上的一個區域中的有限數量的可能的位組合引起的。
通過透鏡系統的光的傳遞數學上等同于(復數值的)波函數的傅立葉變換，從而構成一個與實空間中的原始網格矢量相對應的互易網格矢量空間。由于一個矢量的傅立葉變換對它自己是正交的，所以互易矢量將展示與實空間中的矢量類似的對稱性，只是具有倒數的長度。這允許把存儲介質上(實空間中)的位模式映射到它們在傅立葉中產生的衍射模式，由此使得能夠在二維中進行位檢測。這導致這樣的想法，即利用群組的可能的位模式的對稱性來接收有關存儲介質的表面上的位的可能狀態的額外信息。要是透鏡的中心孔被分區，使得它具有與原始網格的相同的重復性(multiplicity)，人們就期望每個分區的HF信號的強度水平會給出關于群組模式的線索，信號就來自這些模式。
在非預先出版的歐洲專利申請EP01203878.2(＝PHNL010746)中，描述了根據信道位的最近相鄰群組的六邊形網格上的2D約束的編碼。其中，主要關注的是在信道上更強健的傳輸方面具有優點的約束，而不是這種2D編碼的實際構造。后一個主題在非預先出版的歐洲專利申請EP 02076665.5(＝PHNL 020368)中涉及，即其中描述了這樣一個2D編碼的實現和構造。作為舉例，以下將例示某一2D六邊形編碼。然而應當注意的是，本發明的總體構思和所有措施一般都能應用于任何2D編碼，特別是任何2D六邊形或正方形網格編碼。
如上所述，以下將考察一個2D六邊形碼。2D六邊形網格上的位可按位群組識別。一個六邊形群組包括一個位于中心網格位置的位，它被位于相鄰網格點的最近的相鄰位所圍繞。編碼沿著一個一維的方向展開。一個2D條(strip)由若干個1D行組成，這些行在一個與第一方向正交的第二方向上互相重疊。圖3中顯示基于條的2D編碼的原理。在各條之間可以設立例如一行高出來的保護帶。
六邊形網格上的2D記錄的信號電平(signal-levels)，由一個對應整個所有可能的六邊形群組的集合的幅值圖識別。還使用了各向同性的假設，就是說，假設信道脈沖響應是循環對稱的(circularlysymmetric)。這意味著，為了表征一個7位的群組，要考慮的只是識別中心位以及最近的相鄰位中“1”位(或“0”位)的個數(6個相鄰位中的0、1、...、6個可能都是“1”位)。在我們的記號中，“0”位是一個凸起位(land-bit)。圖4中表示一個典型的“信號模式”。假設一個寬螺旋由11個平行的位行組成，在連續的寬螺旋之間有一個1(空的)位的保護帶，圖4的情形相當于與傳統的1D光學記錄(例如藍光光盤(DB)中所用的)格式(采用一個藍色激光二極管的)相比，密度增加1.7倍。
為了位檢測器的分析更簡單，經常將信道近似為一個具有7位脈沖響應的全線性信道，并具有一個被記為c0的中心抽頭(tap)和一個被記為c1的最近的相鄰抽頭(群組中所有6個最近的相鄰位的相同系數)。圖5中表示了這個簡化模型的示意性的信號模式，一起表示的還有“精確”的標量衍射模型。它適用于一個具有凈系數約1.4的密度增益(與1D-DB相比)。圖5分別顯示了2D調制和DB(1D)的用戶位的大小。因數11/12說明了(一個空行的)保護帶的存在。
圖5的情況與簡化的抽象信道模型中的c0＝4c1一致。要注意的是以“0”位作為中心位的群組的3個底部信號電平與以“1”位作為中心位的群組的3個頂部信號具有電平重疊。信號電平的這個重疊是這些更高的存儲密度的2D光學存儲的“閉眼”的根本問題。
已經提出了一種適合ROM寫信道的寫策略，以避免信號疊合(folding)在一個凹陷位中，要經由寫信道實現一個覆蓋位區域的大約50％的小的、最好是圓形的凹陷孔。假設BD的讀信道(λ＝405nm；NA＝0.85)，六邊形網格的網格參數等于195.2nm(具有凹陷位的半徑b＝60nm的凹陷孔)。圖5的信號波形是未經均衡的(原始的波形)。這個情況對應于與BD系統的相同的用戶容量。
以下將對六邊形網格作更詳細的評估。將考察由7個位、即一個中心位和其6個(最近的)相鄰位組成的六邊形群組。圖6中顯示了這樣一個群組的位單元，以及實空間中的坐標系(圖6a)和互易空間中的坐標系(圖6b)，后者描述在其中形成衍射模式的出射光孔(exitpupil)中的2D(空間頻率)空間。
本發明的一個可能的實現是如圖7中所示的光檢測器的一個3重分區光檢測器的檢測器表面首先被劃分為一個圓餅的6個塊，各塊沿互易網格的基礎矢量b1、b2的方向而被定向。將這六個塊P1-P6中位于相對方位的塊互相連接，即連接P1和P4，P2和P5，P3和P6，由此產生一個3重分區的光檢測器。在這三個分區上，能測量到分開的HF信號HF0、HF1和HF2。在嚴格地位于六邊形群組的中心的非異常的點的出射光孔中的信息分布，具有相對于互易空間的原點的倒置對稱性因此，各相對部分的光子計數只要相加即可，因為他們代表(嚴格地)相同的信息。
現在解釋基本的或獨立的群組類型(或群組種類)一個群組類型或種類包含所有這樣的群組，它們能通過旋轉60、120、180、240或300度，或者通過點倒置(倒置的中心位于群組的中心)而從一個變換成另一個。因此有28個這樣的獨立群組種類，14個具有等于0的中心位值b0，14個具有等于1的中心位值b0。這些基本群組種類在圖10至16中被表示為PAT-01、PAT-02、...、PAT-14。為了說明不同的群組種類，圖8中表示相鄰位的索引的約定。
圖9和圖10產生對應于具有位值”1”的凹陷類型的相鄰位的個數(該個數被記為n)分別被設置為n＝0和n＝1的情形的頭兩個獨立的群組模式。對于后一種情形來說，有三種這個群組類型的旋轉變體(旋轉0、60和120度的)，它們導致在出射光孔中能被互相區分的旋轉的信號分布。這三個旋轉變體的每個都有一個通過(在源點)應用點倒置而獲得的相關群組類型，它在出射光孔中產生相同的信號分布。所以，這個典型的群組總共有6個可能的變體，但是只能在三對之間作出區分，每對包含因點倒置而成為相關的兩個群組。
以分區的光檢測器進行檢測的優點，可以有以下根據。以表征具有一個凹陷類型的相鄰位的中心位b0的標準HF信號來說明。單單根據只是三個部分HF信號的總和的標準HF信號，并不能確定這個相鄰凹陷位所位于的方向。相反，如果可得到從分區的光檢測器的三個部分HF信號，則能導出該凹陷位位于0或180度的方位、或者60或240的方位、或者120或300的方位，這些正是在這個n＝1的群組種類中能被區分的不同群組對的三對。因此，顯然單單這個額外的信息還不足以定位相鄰位；然而，當前正在對其進行檢測的群組中的每個相鄰位，也是五個不同群組中的相鄰位，并且也是它的“自己的”群組的中心位這些單獨的信息片斷的組合，例如通過一種最大似然程序(maximum-likelihood procedure)，就產生了一個改進的位檢測，它比基于標準HF信號的位檢測具有更大魯棒性。
圖11表示對應于凹陷類型的(最近的)相鄰位的個數等于n＝2的情形的三個獨立的模式。對于這個情形來說，有三個獨立的群組類型(或群組種類)。總共有15個不同的群組。對應于PAT-03的三個群組在出射光孔中產生獨特的信號分布，因為這些群組具有倒置對稱性(inversion symmetry)。在這樣的情況中，在分區的光檢測器中對其特征模式的檢測，使得有可能清楚地確定沿六邊形網格的三個對角線的其中之一的兩個相鄰凹陷位的位置。其余的12個群組被劃分為兩個獨立的群組類型對于每個群組類型來說，有三對群組是在出射光孔中具有獨特信號分布的，每對包含兩個通過點倒置而互相關聯的群組。對于凹陷類型的(最近的)相鄰位的個數等于n＝3(圖12)、n＝4(圖13)以及n＝5(圖14)和n＝6(圖15)的情形，對群組作類似的安排。
已經根據藍光(DB)光學條件(λ＝405nm，NA＝0.85)的標量衍射計算模擬了出射光孔中的3重分區的部分HF信號。標準HF信號(HFCA信號)也只是具有下述參數的三個部分HF信號的和位距離(或六邊形網格參數)a＝165nm、(位值等于1的)凹陷位的凹陷孔直徑b＝120nm。凹陷孔的相深已經被假設是π，以便盤在凹陷區的反射函數等于“-1”(對于凸起區來說則等于“1”)。圖16顯示了各種群組的標準HF信號曲線代表平均HF信號，各個星號表明各種群組類型(相同數量的相鄰凹陷位的不同排列)的HF信號。各信號在圖17-23中列出。分區位置的各個HF信號成分的差別揭示，不同的群組類型(連同其旋轉變體，但不包括其倒置變體)是能夠區別的，這樣就能獲得關于其相鄰凹陷位的位置的(部分的)信息。
分區也能在盤上的凹陷結構被直接成像所在的圖像平面中進行。圖24中顯示一個適當的讀出設備的裝置。與圖2中所示的讀出設備相比，使用了一個適當調整的光學的光路徑，例如通過光束分光器4與檢測器8之間的額外的透鏡9而調整的光路徑。這樣的檢測方式不會遭到倒置對稱模糊，因而帶有在相鄰位的方向上分區的6重分區可能是有益的。圖25中顯示了這樣一個光檢測器8’。對從信息層穿過透鏡5、9朝向檢測器8’上的圖像平面的經過盤的覆蓋層的返回路徑的象差(aberrations)和對凹陷的相深的相關性(dependency)，可能與至此為止所考察的衍射方式的情形中的不同。
以上就具有無象差光點的對稱的情形說明了本發明。在象差光點的情形中，檢測器平面中的倒置對稱性可能不再存在。檢測器需要6個分區而不是3個分區。可采用兩個策略第一個策略是，用也因掃描點中的非對稱性而失真的(distorted)指紋來作為參考“指紋”，并通過其它方法導出該失真的狀態。另一個策略是通過一個多信號自適應均衡器(6個信號輸入、3個信號輸出)把6個(不對稱的)信號均衡成3個對稱信號)。
此外，可以將本發明與其它構思結合，以從在光檢測器的分區上被檢測的(低通濾波的)信號推導出光點的象差。該結果例如可被用作自適應均衡器或LCD單元的用于象差補償的輸入。
以上就六邊形網格為例說明了本發明。然而，本發明也適用于其它的2D網格類型(諸如正方形網格)。例如，對于正方形網格來說，可以使用一個如圖26中所示的被劃分成4個分區P1至P4的光檢測器8”。一個正方形網格一般包含一個中心位和四個相鄰位(或八個相鄰位—如果對角位也被視為相鄰位的話)。此外，所有網格的其它數量的分區也是可能的，例如六邊形網格的5重或7重分區。
對于異步信號來說，信號樣本是在關于理想的位位置的任意相位采集的。在這樣的情形中(如上述的有象差情形中)，衍射平面中的信號(強度)將不是關于源點倒置對稱的。因此，一個6重分區是比其中增加了源自6重分區的相反的分區的3重分區更可能的實現。在這樣的情形中，可以使用如圖7中所示的具有6個分取的六重分區(沒有與倒置相關的分區的組合)。此外，可以獲得用于另外的信號檢測的推挽式信號，推挽式信號的每個是通過從6重分區中的相反檢測器分區中的信號沿三個主要衍射方向的其中之一生成的。此外，可以評估集成的HF-CA信號與這3個推挽式信號的組合。存在許多組合和可能。
光檢測器中的每個分區將受其特有的電子噪聲分布(電壓噪聲和電流噪聲)的影響。此外，每個分區的發射噪聲(shot noise)將比接收整個光子貢獻的單一檢測器的大。對這些SNR加以考慮，就能有利地把分區的數目限制到為實現分區策略的好處所需的最小個數。
PRML位檢測的典型例子在一維調制和編碼的現有技術中是眾所周知的，例如在Jan Bergmans所著的″Digital Baseband Transmissionand Recording(數字基帶傳輸和記錄)″的第7章″Viterbi Detection(維特比檢測)″(Kluwer Academic Publishers，1996)中所述的那樣。在按照本發明的位檢測器中，用維特比檢測算法(Viterbi-Detection-Algorithm)作為存在ISI和噪聲時的一個最大似然算法。維特比檢測器(Viterbi-detector)按動態編程的原理工作，這很像最短路徑算法。在最短路徑問題中，顧名思義，目標是尋找使得成本函數c(s)變得最小的、兩個特定的點S和D之間穿過一個有向圖G(V，E)的邊的序列s∈E。這個邊的序列被稱為穿過該圖的具有最小成本的路徑(或最便宜的路徑)，它能通過計算所有可能路徑的成本而找到，而所有可能路徑的數量則隨著節點的增加而指數級地增加。或者，可以在一個起始節點S處開始，然后選擇一個相鄰節點，通過比較所有進入的邊的長度而確定到該節點的最短距離。然后將該節點添加到起始節點，以構成該圖上已知是最短距離的點的集合。對于圖中的每個節點重復這個過程，從而尋找各節點與已知點集合中的節點之間的最短距離。
在這個算法結束時，圖上的與起始節點具有最短距離的每個節點、以及連接起始節點和節點D的節點，是S與D之間的最短路徑上的節點。當所有節點都被探索、或者不再有節點被增加時，算法結束。如果D不是被探索的節點的集合的一部分，則該圖是被分割的，該算法沒有答案。由于每個節點只被處理一次，并且每個節點只有最多n＝|E|個外出邊，所以該算法的復雜度是o(m*n)，其中m＝|V|。
維特比檢測算法以類似的方式工作。它也使用一個一般稱作格子結構圖的圖。該算法的目標是進行最大似然檢測，即確定哪個信號最可能是含噪聲的(noised)輸出信號bk的輸入信號。最大似然序列基本上是一個穿過格子結構的路徑。格子結構是由兩個被檢測符號之間的所有可能的轉換(transitions)構成的狀態組成的。路徑的長度或連續的狀態的數量被稱作存儲長度(memory length)M，因為M也是要被存儲的符號的個數。要被區分的不同符號的個數是L，因為它也涉及信號處理中的幅度水平。例如，對于二進制輸入，L是2，于是格子結構中的狀態的個數是LM。
例如，圖27中所示的格子結構有由一個位序列中的兩個連續二進制電平(binary levels)構成的狀態，一個狀態具有向下一個時間步(time step)中的一個具有共同的最后位的狀態的兩個可能的轉換。對于每個轉換(也稱作格子結構的分支(branch))來說，存在一個成本函數或分支量度(metric)，例如在被稱作參考電平的時間步k時的位bk的無噪聲系統響應RLk與所接收輸出信號rk之間在k空間中的歐幾里得距離βk=||RLk||12=(RLk-rk)2.]]>正如最短路徑算法中那樣，維特比檢測器試圖尋找圖中從起始狀態到當前狀態的具有最小總成本的路徑λ=Σk=0nβk=Σk=0n(RLk-rk)2.]]>對于一個給定狀態sk，維特比算法計算向狀態集合Sk-1后退的所有可能的分支量度，并選擇最小的分支作為在格子結構中從當前狀態中向后的路徑的一部分。算法的這個階段被稱作附加-比較-選擇部分，因為它把各條邊的分支量度附加到最后的狀態集合的錯誤函數中，比較它們，然后選擇最優的作為該狀態的路徑的一部分。因為一個狀態只能有一個最小的向后的分支，但是來自集合Sk-1的一個狀態可能是L個狀態的最佳在前狀態，因此格子結構傾向于很快地會聚到一個共同的狀態，如圖28中可見的那樣。一般在5L個時間步之后，當前時間步k的所有狀態的路徑起源于一個共同的狀態。一個M＝5L的回溯深度于是能被用于最大似然位檢測。
可以容易地把維特比檢測算法推廣到多道(multi-track)檢測。多道維特比算法同時處理t個道，以尋找使歐幾里得距離βk=||RL→k-r→k||12=Σj=0i-1(RLk,j-rk,j)2]]>為最小的數據序列bk，j。
從格子結構的構造來看，多道維特比算法實際上等同于一個具有L個幅度水平、L＝2t的單道維特比算法。將一個有t個位軌道的列，看作一個具有2t個元素的字母表的符號的軌道。在t個軌道、因而L＝2t個不同的幅度水平的情形中，有22t個狀態，即在每一個時間步k有一個的L＝2t個分支，因為一個狀態意味著序列中的一個符號向其后繼的轉換。因此，多道維特比算法的計算復雜度(正如單道維特比算法的那樣)，是與數據大小M成線性關系的，但是就軌道的數目而言則是指數關系的。這個效應限制了多道維特比算法在2D位檢測算法中的使用；隨著同時被評估的軌道的數目的增加，計算復雜度變得大得難以實現。
迄今為止，所感興趣的僅僅是序列中的每個位的單一信道的系統響應。當使用按照本發明所提出的分區的光檢測器時，一個位網格中循環地等同(rotationally equiralent)、因此有相同的HF信號rk，j(即光的相同強度穿過中心孔)的位模式，能通過將該信號劃分成具有rk,j=Σirk,j(i)]]>的光檢測器(或中心孔)的每個分區i的一個信號rk，j(i)而被區分。于是分支量度變成βk=Σi||RL→k(i)-r→k(i)||12=Σj=0i-1Σi(RLk,j(i)-rk,j(i))2.]]>狀態數與同時被檢測的軌道數有關，而不是與(處理軌道的)分區策略中所使用的信道的數量有關，因而(分支量度計算的)計算復雜度僅僅線性地受向算法增加多信道讀出的影響。
使用歐幾里得(L1-)規范以外的量度一般也是可能的。有些公知的規范是所提及的歐幾里得規范或L1-規范||a→-b→||1=Σi(ai-bi)2,]]>L2-規范||a→-b→||2=Σi(ai-bi)2]]>或最大規范||a→-b→||max=maxi{|ai-bl|}.]]>通過使用很像在圖像處理中檢測對比度等所用的算子的算子，增強沿其中一個軸對稱的各模式的信號的規范也是適用的。這些算子把原始信道轉換成一個新的信道集合，其信號是前一種原始信道的信號的線性組合。例如，如果需要知道具有如圖7中所示的分區的中心孔的某個位模式在(沿軌道)的切線方向上是否對稱，則可將分區P1、P3、P5和P6中的信號減去為歸一化而乘以2的分區P2和P5的信號。對其它對稱軸也可這樣做。增加和減去分區的信號也在出現僅有的媒體的或相關的噪聲時生成無噪聲的信號，因為只考慮各信號之間的差異，而就媒體噪聲而言，所有信號都有(幾乎)相同的噪聲。
下面將更詳細地解釋對稱檢測算子(symmetry-detectionoperators)。算子在圖像處理中是常用的，它們被用于檢測亮度、邊、構造等等中的對比差異。算子是數字的矢量或陣列，它們在代表一個畫面的像素的陣列上移動。例如，可以將一個3列的矢量(-1 2 -1)重復地乘一個(m×n)矩陣的元素，以生成一個含有垂直邊信息的(m×n-2)矩陣類似地，可以用一種偏值的(biased)乘法把信號矢量變換成另一個矢量，它給出關于一個7位群組模式在三個主對稱軸之一的對準程度的信息。在目前的案例中，這樣的變換是通過把在對稱軸上的分區的信號乘以+2、把不在對稱軸上的分區的信號乘以-1而進行的。假設使用一個六重分區策略，則如下地計算對應于第一和第四分區的、與螺旋的切線方向平行的軸的對稱檢測算子HF-(k)＝-HF1(k)+2HF2(k)-HF3(k)-HF4(k)+2HF5(k)-HF6(k)其它兩個對稱軸的信號的計算方式相同，只是要把正負號輪轉地替換。這產生一個三列的信號矢量，對每個對稱方向有一個信號。模式與對稱軸越對準，對應的矢量元素的信號越高。圖29表示一例對稱模式及其算子響應。已經表明，所有可能的模式都能通過這些對稱檢測算子的三列輸出矢量的排列和大小而被區分，只有倒置對稱的模式是例外，當然在頻率平面中在分區無傾斜條件下，那樣的對稱性根本不能檢測到的。
應當注意的是，三個矢量成分的和總是等于零。轉換也只考慮分區的各HF信號之間的差異，因此相關的噪聲被有效地從生成的信號矢量中剔除。
對稱檢測算子的信號能以各種方式用來從給定HF信號中重新裝配位模式。這里簡要介紹兩種方式，一個是維特比檢測器的修改，一個是修改的閾限檢測器。輸出矢量的計算是可以容易地用硬件來實現的簡單線性變換，原則上這為次優檢測算法奠定了良好的基礎。
通過簡單地為所有可能的位模式的輸出矢量生成參考電平、然后用某個量度來計算分區的有噪聲的HF信號的輸出矢量與參考電平的偏差，就能在維特比檢測算法中使用對稱檢測算子。在理想的情況中，對于正確的位模式(或者其倒置對稱模式)來說，該偏差應當接近零，因為相關的噪聲已經被從信號中剔除，輸出矢量幾乎等同于參考電平。
對稱算子維特比檢測器的復雜度，與已經探究過的多道維特比檢測器的相同，與螺旋的長度成線性關系，但是與寬度成指數關系。
閾限檢測提供另一種通過對稱檢測算子進行位檢測的方法。通過合計所有分區的信號，可以從一個分區的中心孔建立一個標準閾限檢測器。對于使用分區的信號中內在的對稱特性的閾限檢測器來說，可以單獨計算三個對稱方向的每個方向上的閾限水平和結果，然后可設計某種從這三個參考值中尋找最可能的結果的方法。這可能需要用軟決策技術。
使用對稱信息的另一個方法是僅僅在真正需要算子才能區分在閾限水平附近的錯誤區有信號的各種位模式(見圖4)時才使用算子。這個區以外的模式無論如何都產生完全能被普通的閾限檢測器檢測出的明確的信號；只有不明確的模式才需要由模式的對稱性所提供的額外信息。
一個在某個對稱方向上由三個位的模式的輸出矢量與一個在該方向上只有兩個位的模式的輸出矢量明顯不同。按照在偏離軸的位置中的位的個數，這也是不同的。因此可把一個7位群組的所有可能的模式劃分成22個組或類，類似于圖10-15中所示的組或類。這些類能通過符號以及通過它們的輸出矢量成分的強度加以區分。這樣就有可能明確地劃分以“0”作為它們的中心位的模式與以“1”作為它們的中心為的模式。圖30表示這22個模式類的輸出矢量，以及為各個位的六邊形2D網格的典型網格參數所設置的對應的閾限水平，這些位具有一個a＝165nm的網格矢量和一個是主單元網格一半的凹陷位面積。各成分和閾限是按大小順序排列的。模式說明的標記方法如下頭三個數字表示在對稱軸上對位的指定，而單一的數字則描述偏離軸的位置。“1”表示有一個以一個位填充的偏軸位置，具體的位置不詳；“2”表示在被填充的軸的相同側有兩個位置，而“1+1”則表示兩個位置位于相對的兩側。
通過特別是包括使用一個分區的光檢測器的主要特征的本發明，可以獲得對2D光學存儲的位檢測性能的顯著改善。
權利要求
1.用于檢測在記錄載體上存儲的信道數據流的各個位的位值的位檢測器，其中，信道數據流包含一個信道帶，信道帶至少有兩個沿一個第一方向一維地展開、并且沿一個第二方向互相對準的位行，所述兩個方向構成位位置的一個二維網格，所述位檢測器包含光檢測器，用于檢測響應一個或多個入射光束而從所述記錄載體反射或透射的光，每個光束被引導到沿所述第二方向的一個位置上，所述光檢測器被劃分成至少兩個檢測器分區，用于檢測反射或透射光的部分以及用于生成部分HF信號值，和信號處理裝置，用于根據所述部分HF信號確定所述信道數據流的位的位值。
2.如權利要求1中所要求的位檢測器，其中所述光檢測器適于把一個透鏡的出射光孔的平面成像在所述光檢測器上，所述透鏡有一個配備在光學讀出單元中的出射光孔，用于把從所述記錄載體反射或透射的光引導到所述光檢測器上。
3.如權利要求1中所要求的位檢測器，其中所述信道數據流的各個位被安排在一個二維的六邊形或正方形網格上。
4.如權利要求2或3中所要求的位檢測器，其中，檢測器分區定向于沿對應于實空間各個位的網格的互易空間網格的方向。
5.如權利要求3中所要求的位檢測器，其中，該光檢測器被劃分成偶數個數的大小相等的檢測器分區，特別是在正方形網格的情形中劃分成4個大小相等的檢測器分區，或在六邊形網格的情形中劃分成6個大小相等的檢測器分區。
6.如權利要求5中所要求的位檢測器，其中，所述檢測器分區被配對成位于所述光檢測器的相對兩側的兩個檢測器分區的對，每一對檢測器分區適合于根據由這一對檢測器分區所檢測到的光而產生一個部分HF信號值。
7.如權利要求5中所要求的位檢測器，其中，所述信號處理裝置適于通過減去由位于所述光檢測器的相對兩側的檢測器分區所生成的部分HF信號值而生成一個推挽式信號集合。
8.如權利要求1中所要求的位檢測器，其中，所述光檢測器適于把所述記錄載體上的一個信息層平面成像到所述光檢測器上。
9.如權利要求3和8中所要求的位檢測器，其中，所述光檢測器在六邊形網格的情況下被劃分成多個六邊形檢測器分區、特別是一個具有一個中心檢測器分區和6個環繞的檢測器分區的7個六邊形檢測器分區組成的群組。
10.如權利要求1中所要求的位檢測器，其中，所述信號處理裝置適于根據由所述光檢測器所生成的部分HF信號值來確定所述信道數據流的一個位的位值，該部分HF信號值是由響應一個被引導到其位值將被檢測的位的光束和至少一個被引導到所述位的一個相鄰位的光束而被檢測到的光所生成的。
11.如權利要求3中所要求的位檢測器，其中，所述信道數據流的位被分組成具有一個中心位和六個最近的相鄰位的六邊形網格群組、或者具有一個中心位和四或八個最近的相鄰位的正方形網格群組，并且所述信號處理裝置適于根據所述部分HF信號值和響應同一入射光束所生成的所述部分HF信號值的和而確定所述信道數據流的一個位的位值。
12.如權利要求1中所要求的位檢測器，包含多個所述光檢測器，其每個有對應于每個位行的至少兩個檢測器分區。
13.如權利要求1中所要求的位檢測器，其中，從每行的檢測器分區生成的部分HF信號值，被變換成經修改的部分HF信號值的另一個集合，它們被進一步在信號處理中用于位檢測。
14.如權利要求13中所要求的位檢測器，所述修改的部分HF信號值是通過對稱操作生成的。
15.用于檢測在記錄載體上存儲的信道數據流的各個位的位值的位檢測方法，其中，信道數據流包含一個信道帶，信道帶至少有兩個沿一個第一方向一維地展開、并且沿一個第二方向互相對準的位行，所述兩個方向構成位位置的一個二維網格，所述位檢測方法包含以下步驟由一個光檢測器檢測響應一個或多個入射光束而從所述記錄載體反射或透射的光，每個光束被引導到沿所述第二方向的一個位置上，所述光檢測器被劃分成至少兩個檢測器分區，用于檢測反射或透射光的一部分；由所述檢測器分區根據所述光的被檢測的部分生成部分HF信號值；和根據所述部分HF信號值確定所述信道數據流的各個位的位值。
16.一種光檢測器，該光檢測器在一個用于檢測在記錄載體上存儲的信道數據流的各個位的位值的位檢測器中被使用，其中，信道數據流包含一個信道帶，信道帶至少有兩個沿一個第一方向一維地展開、并且沿一個第二方向互相對準的位行，所述兩個方向構成位位置的一個二維網格，所述光檢測器適于檢測響應一個或多個入射光束而從所述記錄載體反射或透射的光，每個光束被引導到沿所述第二方向的一個位置上，所述光檢測器被劃分成至少兩個檢測器分區，用于檢測反射或透射光的一部分，以及用于生成部分HF信號值。
17.用于再現用戶數據流的再現裝置，該用戶數據流經過糾錯碼編碼和調制碼編碼而成為一個信道數據流并被存儲在一個記錄載體上，該再現裝置包含一個如權利要求1中所要求的用于檢測所述信道數據流的各個位的位值的位檢測器、一個調制碼解碼器和一個糾錯碼解碼器。
18.用戶數據流的再現方法，該用戶數據流經過糾錯碼編碼和調制碼編碼而成為一個信道數據流并被存儲在一個記錄載體上，該再現方法包含一個如權利要求15中所要求的用于檢測所述信道數據流的各個位的位值的位檢測方法、一個調制碼解碼方法和一個糾錯碼解碼方法。
19.一種計算機程序，包含用于當所述計算機程序在一個計算機上被執行時使計算機執行如權利要求15或18中所要求的方法的步驟的程序代碼裝置。
全文摘要
本發明涉及用于檢測在記錄載體上存儲的信道數據流的各個位的位值的位檢測器，其中，信道數據流包含一個信道帶，信道帶至少有兩個沿一個第一方向一維地展開、并且沿一個第二方向互相對準的位行，所述兩個方向構成位位置的一個二維網格。為了顯著改善用于2D存儲的位檢測性能，提出一種位檢測器，包含光檢測器，用于檢測響應一個或多個入射光束從所述記錄載體反射或透射的光，每個光束被引導到沿所述第二方向的一個位置上，所述光檢測器被劃分成至少兩個檢測器分區，用于檢測反射或透射光的一部分以及用于生成部分HF信號值；以及信號處理裝置，用于根據所述部分HF信號確定所述信道數據流的各個位的位值。
文檔編號G11B7/13GK1726547SQ200380106019
公開日2006年1月25日 申請日期2003年11月12日 優先權日2002年12月12日
發明者W·M·J·M·科內, A·H·J·伊明克, B·H·W·亨德里克斯, A·M·J·M·斯普魯特, M·A·B·W·博特 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司