CN1214790A - 刻写光学记录媒质的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

描述了一种设置在光学记录媒质上刻写信息所用的最佳刻写功率的方法。首先在该媒质上刻写一系列测试图案,每个测试图案用不同的刻写功率刻写。在读取这些测试图案时,每个读取信号的调制就确定了。作为刻写功率函数的调制被曲线拟合成一解析函数。该函数的归一化导数是解析确定的,并用于确定该媒质的最佳刻写功率值。

Description

刻写光学记录媒质的方法和装置
本发明涉及一种用光束在光学记录媒质上刻写信息的光学记录装置，并具体涉及一种设置光束的最佳刻写功率量级的方法，该方法包括第一步在记录媒质上刻写一系列测试图案，每个图案用不同的刻写功率量级值刻写，第二步读取图案以形成对应的读取信号，以及第三步从各个读取信号中得出读取参数的值，第四步曲线拟合读取参数的值得到定义了刻写功率量级和读取参数之间关系的函数。本发明还涉及一在光学记录媒质上刻写信息的装置，该装置包括一发出具有可控刻写功率量级的光束的光源，一刻写一系列测试图案的控制单元，每个图案具有不同的刻写功率量级值，一读取图案并形成对应的读取信号的读取单元，从各个读取信号中得出阅读参数值的第一处理器，曲线拟合读取参数的值以得到定义了刻写参数和读取参数之间关系的第二处理器。
处理器可为模拟或数字类型并包括可编程处理器和固化程序的处理器。该处理器除了运算单元之外还包括存储器设备。
根据开篇的记录方法在美国专利5 185 733中可知。在该方法中，一系列测试图案被刻写在媒质上，后面的每个测试图案都以增加了的刻写功率量级进行刻写。在读取刻写的图案之后，曲线拟合运算用一个二次多项式拟合作为刻写功率量级的各个图案的读取信号的幅值。对应于多项式最大值的刻写功率被选作最佳刻写功率，用于以后记录媒质的信息。读取信号的噪声特征的问题被曲线拟合所缓解。该已知方法的缺点在于该方法确定的最佳功率量级没有将记录装置的性质变化和记录媒质的性质变化予以充分考虑。因此，使用这种最佳刻写功率可能使在该记录媒质上储存信息不可靠。
本发明的一个目的是提供一种根据来自刻写在媒质上的测试图案的读取信号设定最佳刻写功率和不易受噪声影响的可靠方法。
当根据本发明的方法的特征在于其包括第五步确定函数的导数并通过将其乘以等于刻写功率值和读取功率值比值的因子使导数归一化，以及第六步根据函数的归一化导数选择最佳的刻写功率量级时，该目的就能达到。作为刻写功率函数的归一化导数的值经证实不易受记录装置和记录媒质的参数变动的影响。装置的变动可能与辐射能量在用于记录的光束截面上分布以及光源的功率校准有关。媒质的变动可能与刻写的灵敏度和媒质表面或媒质之间反射有关。如果根据归一化导数选择最佳的刻写功率量级，所选的量级适合用不同的记录装置在大量的记录媒质上可靠地记录。可通过采用对应于归一化导数的预设值的功率来选择该量级。
在根据本发明的方法的又一个实施方案中，该方法的特征在于它包括第五步根据函数导数的预设值选择最佳刻写功率量级，该函数被乘以等于刻写功率值与读取功率值的比值的因子而归一化。
为获得稳定的曲线拟合过程，被拟合的函数优选地以正交多项式来定义。然后，该过程确定的多项式系数的值不再依赖于为其它多项式确定的系数值。
多项式优选地为勒让德(Legendre)多项式，因为它们在数学上的简单性，在曲线拟合过程中它只需要较少的计算能力。
读取参数优选地为从媒质获得的读取信号的幅值，因为该幅值能够容易地从截住来自媒质的辐射的辐射探测***中得出。此外，该幅值是确定记录信号质量的令人满意的参数。
可通过从媒质读取一参数值并利用该值选择刻写参数的值来改进选择最佳刻写功率的过程。该参数值可为记录其的特定媒质的特征。该参数使选择过程与被扫描媒质的特征相适应。该参数可为最佳刻写功率量级的初值或范围，以减少刻写测试图案的功率量级的范围。该参数也可以为归一化导数的预设值，使得能够根据媒质的性质选择最佳的刻写功率。相反，由该装置固定的预设值不允许这种选择。
在计算信号值之前，模拟信号优选地被模数转换器转换成数字信号。可通过提取拟合函数的差值确定导数。于是，必须用较大数量的有效数字代表函数的值，且必须对这些大量的数字进行计算，以便不受由确定导数的这种方法引入的附加噪声的影响。优选地用解析的方法确定函数的导数，因为这种确定几乎不会引入任何附加噪声。于是有效数字的数量就能减少，这就减少了第二处理器所需的计算能力并允许降低模数转换器的质量。
一般说来，测试图案的刻写功率量级被选择为在最佳刻写功率量级的期望值附近的范围内。然而，最佳刻写功率量级经常接近光束所能产生的最大功率。于是该范围受到最大激光功率的限制。通过从函数导数中选择功率量级并随后将该功率量级乘以一大于1的常数，就能避免这个问题。该测试图案于是被在从最大激光功率中去掉的功率范围中刻写。这样做的附加优点在于测量是在函数及其导数是在去掉它们的饱和值的功率范围内进行的，这使得确定函数及其导数的精度更高。
本发明的另一个方面涉及在该光学记录媒质上刻写信息的装置。根据本发明的这个装置的特征在于第二处理器是运算相连的，以便得出函数的导数，通过将其乘以等于刻写功率值与读取参数值的比值的因子来归一化导数，并根据归一化的导数选择刻写参数的值。
如附图所示，在对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是根据本发明的一光学记录装置的简图，
图2显示来自两个测试图案的读取信号，
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是记录媒质的平面图，以及
图5是媒质中的标记图案的平面图。
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2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***8上，探测***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SR。光源、分光镜6、物镜7、探测***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最佳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的光脉冲刻写，其功率是由最佳刻写功率量级决定。
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。如果从读取信号得出的读取参数为读取信号的最大调制，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EFM调制对信息编码时，测试图案优选地包括长I11标记。测试图案各自以不同的刻写功率记录。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18、19。该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中得出一读取参数，用于发现最佳的刻写功率。一个可能的读取参数是一读取信号的信号部分的最低幅值(在图2中以‘a’指出)与读取信号的最大幅值‘b’的比值。优选的读取参数为归一化的调制，即读取信号的最大峰-峰值‘c’与读取信号的最大值‘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属于该图案的刻写功率。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示意性地示出了读取的结果；交叉为作为刻写功率P的函数的调制m的测量值，这些交叉共同构成了调制m对刻写功率的函数。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。
下一步，处理器11解析地计算关于调制的刻写功率的归一化导数’g’。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得出的函数g。
处理器通过提取属于预设值g0的刻写功率的值P，如图3中的虚线所示，从归一化导数中得出中间刻写功率Pi。值g0可以由记录装置制造商设定并储存在该装置的一个内存上，或者储存在设置最佳刻写功率之前或设置过程中要读写的媒质上。下一步，中间功率Pi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Pi的较大离散。在CD格式的可写重复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。等于(hPi)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。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。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)。选择Pi值使相应的g0值位于上述范围内，这里归一化导数不过分平坦也不过分陡。现在，等于P0/Pi的h和g0等有关值可被用于这种类型的所有媒质和所有记录装置中。
归一化导数的值证实为几乎不受记录装置和记录媒质的参数变动的影响。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该量级。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，从而使某些媒质无法用导数来设置最佳刻写功率。
值g0和h可以储存在装置中，从而提供不依赖于媒质的参数值。优选地，g0值被储存在媒质中，使值依赖于媒质。图4示出了带有一轨道30的光学可读取记录媒质1。该轨道可为螺旋形且为压槽或压纹形状。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。对于某些类型的媒质，控制区域中的信息是模压的。在图中控制区域32以虚线轨道32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。图5示出了充分放大后的包括标记34图案的轨道33部分。
利用成对的值(m,P)拟合的曲线可为一个或多个多项式，优选地为正交多项式。该曲线可写成：(1) m ( P ) = Σ i a i f i ( P ) 以解析形式给出的归一化导数为(2) g ( P ) = P Σ i a i f i ′ ( P ) Σ i a i f i ( P ) 这里f’(P)是函数关于参数P的导数。Pi值可从方程得到
(3)    g(Pi)=g0
根据要选择拟合的曲线，可以得到值Pi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，而逐次近似可能转至不期望的根。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***方程(3)以确定有关的值Pi。
合适的正交多项式fi集为勒让德(Legendre)多项式。三个最低阶的Legendre多项式为：
(4)
    f0(P)=1
    f1(P)=P f 2 ( P ) = 3 2 P 2 - 1 2
由于这些多项式是在-1＜P＜+1的区间上定义的，要拟合的刻写功率值应当作如下换算 P s = 2 P - ( P max + P min ) P max - P min
现在必须将换算的刻写功率量级Ps用在方程(4)的公式中。从方程(3)得到的值Pi必须换算回范围Pmin和Pmax。
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。这个值中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，非定值P＞0时有一零值，且在函数为零的地方值P的函数导数为一非定值。合适的函数为(6) f ( P ) = a 0 - 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(a0P-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。

Claims (11)

1．在一种用光束在一光学记录媒质上刻写信息的光学记录装置中，一种设置光束的最佳刻写功率量级的方法，包括
第一步在记录媒质上刻写一系列测试图案，每个图案用不同的刻写功率量级值刻写，
第二步读取这些图案以形成对应的读取信号，以及
第三步从各个读取信号中得出读取参数的值，
第四步曲线拟合读取参数的值得到定义了刻写功率量级和读取参数之间关系的函数，
其特征在于该方法包括
第五步确定函数的导数并通过将其乘以等于刻写功率值和读取功率值的比值的因子使导数归一化，以及
第六步根据函数的归一化导数选择最佳的刻写功率量级。
2．在一种用光束在一光学记录媒质上刻写信息的光学记录装置中，一种设置光束的最佳刻写功率量级的方法，包括
第一步在记录媒质上刻写一系列测试图案，每个图案用不同的刻写功率量级值刻写，
第二步读取这些图案以形成对应的读取信号，以及
第三步从各个读取信号中得出读取参数的值，
第四步曲线拟合读取参数的值得到定义了刻写功率量级和读取参数之间关系的函数，
其特征在于该方法包括
第五步根据与等于刻写功率值和读取功率值的比值的因子相乘而归一化的函数导数的预定值选择最佳刻写功率量级。
3．根据权利要求1或2的方法，其中该函数用正交多项式定义。
4．根据权利要求3的方法，其中该多项式为勒让德(Legendre)多项式。
5．根据权利要求1或2的方法，其中读取参数为读取信号的幅值。
6．根据权利要求1的方法，其中第六步包括从媒质中读取一参数值并利用该值选择刻写功率量级的值。
7．根据权利要求1的方法，其中所述函数的导数是用解析的方法确定的。
8．根据权利要求1的方法，其中第六步包括根据所述函数的导数选择功率量级并随后将该功率量级乘以一个大于1的常数来确定最佳功率量级。
9．根据权利要求2的方法，其中其中第五步包括根据所述函数的导数选择功率量级并随后将该功率量级乘以一个大于1的常数来确定最佳功率量级。
10．一种用于在光学记录媒质上刻写信息的装置，包括一发出具有可控刻写功率量级的光束的光源，一刻写一系列测试图案的控制单元，每个图案具有不同的刻写功率量级值，一读取所述图案并形成相应的读取信号的读取单元，一从各个读取信号得出读取参数值的第一处理器，一曲线拟合读取参数的值以得到定义了刻写功率量级和读取参数之间关系的第二处理器，其特征在于第二处理器是运算相连的，以便得出函数的导数，通过将其乘以等于刻写功率值与读取参数值的比值的因子来归一化该导数，并根据归一化的导数选择刻写功率量级的值。
11．根据权利要求10的装置，其中读取参数为读取信号的幅值。
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