JP2004139739A - 光情報記録媒体及び光情報再生方法 - Google Patents

Abstract

【目的】　高密度化に伴い位相ピットを近接した際に生じる非線形再生特性を線形化する。
【構成】　深さが異なる複数の位相ピットを用い、隣接ピット１０，１１間に光学的位相差を持たせることで、再生信号特性を光スポット内に含まれるピット数の増加と共に再生信号レベルが単調に増加する線形系にする。
【効果】　位相ピットについても、線形信号処理が適用できるのでピットをが近接させることができ高密度化が可能となる。
【選択図】図１

Description

　本発明は、光ディスク等の光情報記録媒体及び光情報記録再生装置に関し、特に再生時に隣接データ間の符号間干渉が生じる様な高密度で記録された情報を再生するために波形等化、またはパーシャルレスポンス等の信号処理を適用するのに適した光情報記録媒体及び光情報記録再生装置に関する。

　光ディスクは、画像情報や音声情報あるいはデジタルデータ等を記録マーク、すなわち記録磁区やピットの配列として記録し、それに再生光を照射して記録マークによって変調された反射光検出信号を復調してデータを再生するものである。

　例えば、ピットによってデータを記憶する光情報記録媒体は、 図７に示すように、ポリカーボネイト等の透明基板３０に直径０．４μｍ程度のピット３１をトラックピッチ１．２μｍ程度で形成し、その上に反射膜３２としてアルミニウム膜を形成してある。ピット３１の深さは一定であり、再生信号振幅を大きく取るために光源波長λに対し、λ／６〜λ／４の深さに設定されている。光源として例えば波長６８０ｎｍのレーザ光を用いる場合、このピット深さは０．１μｍ程度になる。図７に示すように、光源３３、ビームスプリッタ３４、光検出器３５を備える光ヘッド３６を用いる反射系では、この深さは２π／３〜πの光学的位相差に対応する。ここで光学的位相差は、スポット内におけるピット部とそれ以外の部分からの反射光間の位相差で主に表すことができる。

　光ディスクにおいて、高記録密度化のためにマーク間の間隔を詰めると隣接データ間の符号間干渉が生じ、データ再生時のエラーが増加する。これを解決する方法として、２つの信号処理方式によるアプローチがある。ひとつは、隣接データ間の符号間干渉を低減する波形等化処理であり、もう一つは、符号間干渉を積極的に利用したパーシャルレスポンス方式である。

　波形等化処理は、例えば江藤、三田、土居著、日刊工業新聞社発行「デジタルビデオ記録技術」第５９頁に記載されているように、データ信号を取り込む際に、目標データ検出点の信号に隣接データ点の信号に重みをかけて加算することにより隣接マークからの波形間干渉を取り除き、Ｓ／Ｎの高い信号を検出するするものである。

　また、パーシャルレスポンス及び多値化記録方式は、例えば、電子情報通信学会論文誌、Ｖｏｌ．Ｊ７０−Ｃ、Ｎｏ．３、大沢、岡本、田崎「多値記録符号に対する信号検出方式の性能比較」に記載されているように、再生信号系の分解能以上にデータ間隔を詰めることにより、再生信号レベルを多値化したり、また記録マークの長さ、幅又は深さを多段階に変化させることで多値レベルを設定するものである。

　再生信号のレスポンス特性は、再生信号の重ね合わせが成り立つものであることが望ましい。光磁気記録媒体において差動検出を行なう場合には線形性が成り立つが、その他の媒体、特にＲＯＭ用媒体である位相ピット媒体は、光の回折現象を利用して再生するものであるため線形性が成り立たず、高密度化時に信号再生ができないという問題点がある。

　図８は孤立した１個の記録ピット２を光スポットで走査したときに得られる再生信号波形を示す。位相ピット２の存在によって反射光量が減少し、再生信号波形３の最低レベルが信号レベル４となる。ところが、ピットが近接してくると、再生信号レベルは孤立した位相ピットを走査する場合よりも低下する。図９に、マーク２が光スポット１を占有する比率に対する信号レベル４の変化を求めたものを示す。位相ピットについての再生信号のレベル５と、光磁気媒体における差動検出信号のレベル６とを比較して示す。マークが近接してくると、光磁気信号については、スポットをマークが占める範囲が増加するのに比例して信号レベルが増加する。これは、再生信号特性が線形であることを示す。一方、位相ピット媒体では、再生信号レベルが飽和し、さらに低下してくる現象が現われる。これは、非線形な再生特性であり、線形信号処理に不適であり、前述した高密度化のための信号処理が適用できなくなる。

　本発明の目的は、位相ピット媒体における上記問題を解決し、高密度化のための信号処理を効果的に適用できる光情報記録媒体及び光情報記録再生装置を提供することにある。

　図８に示す様に、位相ピット２が光スポット１内に１個しか含まれない場合は、ピット部分とそれ以外の部分の反射光が位相の相違による干渉によって打ち消しあい、その結果、反射光量が低下し、再生信号レベルが大きく変化する。しかし図１０（ａ）に示すように、ピットが近接し、光スポット１内にピット２が２個程度含まれるようになると、 図１０（ｂ）の断面図に略示するように、隣接ピット２，２'同士には光学的位相差はないため、基板表面の反射層での反射光３７，４０とピット２，２'による反射光３８，３９は位相差があるため干渉して打ち消しあうが、ピット２とピット２'による反射光３８，３９の間には干渉による光強度の打ち消しが生じず、信号レベルの変化が得られなくなる。すなわち、再生信号波形は、破線で示した再生信号の重ね合わせが成り立つような光磁気記録媒体についての波形から実線で示す波形に変化し、再生信号レベルが低下する。これが、図９で示した位相ピット媒体の非線形再生特性の原因である。

　本発明では、深さが異なる複数の位相ピットを用い、隣接ピット間に光学的位相差を持たせることで、再生信号特性を光スポット内に含まれるピット数の増加と共に再生信号レベルが単調に増加する線形系にし、前記目的を達成する。
　すなわち、本発明による光情報記録媒体は、反射膜を備える透明基板上に位相ピットの配列として情報を記録した領域を有し、透明基板側から照射した光源波長λの光スポットを走査し位相ピット列による反射光の変化を検出することで情報を再生する光情報記録媒体において、隣り合う位相ピットの最小間隔は光スポット径の略半分であり、位相ピットは深さが異なる複数種類の位相ピットからなり、各位相ピットの深さは前記位相ピットの配列を光スポットで走査するとき各ピットに対して得られる信号強度が反射膜からの反射光レベルと遮光レベルの差を１００％とした再生信号レベルの５０％以上となるように設定されていることを特徴とする。

　前記位相ピットは深さが異なる第１と第２の位相ピットからなり、透明基板の反射膜での反射光と前記第１の位相ピットによる反射光の光学的位相差が第１の位相ピットによる反射光と第２の位相ピットによる反射光の位相差に略等しいことが好ましい。
　最短距離で隣接する位相ピッチの未記録部に対する光学的位相差は、π／２と３π／２、４π／３と８π／３、２π／３と４π／３が望ましい。ただし、実用的にはπ／２±π／４０と３π／２±π／４０、４π／３±π／４０と８π／３±π／４０、２π／３±π／４０と４π／３±π／４０とすることができる。

　前記光情報記録媒体は、半径方向に凹凸の周期性を持つ案内溝を有し、周期間隔がスポット径に略等しく、かつ溝部分と溝間部分の幅が略等しいランド・グルーブ型のものとすることができる。透明基板の屈折率をＮとするとき、前記溝部分の深さは略λ／（６×Ｎ）とするのが好ましく、溝部分及び溝間部分に設けられた位相ピット深さは略λ／（６×Ｎ）とするのが好ましい。

　また、本発明による光情報記録再生装置は、前記光情報記録媒体と、光情報記録媒体を駆動する手段と、光情報記録媒体の透明基板側から光スポットを照射し反射光を受光する光ヘッドと、光ヘッドを光情報記録媒体に対して駆動する光ヘッド駆動手段と、光ヘッドによる受光信号を等化処理あるいは多値化処理する手段を含む。

　ＲＯＭディスクまたは、プリヘッダー部分に用いられる位相ピットについての再生信号特性を略線形化できるので、線形信号処理である等化処理、パーシャルレスポンス方式を適用した高密度化が位相ピット記録についても可能となる。

　位相ピットの深さを一定とせず深さの異なる複数の位相ピットを用いることにより、隣接ピットによる反射光の間に光学的位相差が生じる。従って、隣接するピットで反射した光の間にも干渉が生じ、再生光強度が減少するため、再生信号特性は光スポット内に含まれるピット数の増加と共に再生信号レベルが単調に増加する略線形系となる。そして、再生信号特性が略線形系になるため波形等化等の信号処理が適用でき、高記録密度化が可能となる。

　各位相ピットの深さを、前記位相ピットの配列を光スポットで走査するとき各ピットに対して得られる信号強度が前記再生信号レベルの５０％以上となるように設定したため、エラー率が１０^-4以下の信頼性を持つＳ／Ｎが得られた。
　位相ピットを深さが異なる第１と第２の位相ピットで構成し、透明基板の表面での反射光と前記第１の位相ピットによる反射光の光学的位相差を第１の位相ピットによる反射光と第２の位相ピットによる反射光の位相差と略等しくすると、再生信号検出レベルが変動しないので２値化データを得るためのスライスレベル等の設定が容易である。

　前記光情報記録媒体がランドグルーブ型のものである場合、溝部分の深さを略λ／（６×Ｎ）とし、溝部分及び溝間部分に設けられた位相ピット深さを略λ／（６×Ｎ）とすると、ランドとグルーブによるＲＡＭデータ部の隣接トラック間のクロストークを低減できるとともに、隣接トラック間の位相ピット間の線形信号処理が可能となり、高Ｓ／Ｎ再生が可能となる。
　個々のピット信号は、再生信号に等化処理や多値化処理を施すことにより分離して検出することができる。

　以下、本発明を実施例により詳細に説明する。
　　〔実施例１〕
　図１に、本発明による複数の深さの位相ピットを用いた光ディスクＲＯＭ（リードオンリーメモリ）の断面構造を示す。図１（ｂ）は平面図である。

　光ディスクは、公知のインジェクション法によって情報に対応した位相ピット１０，１１が成形されたポリカーボネイト（屈折率Ｎ＝１．５）製ディスク基板７に、反射膜としてアルミニウム膜８をスパッタした構造を有する。位相ピットは、２次元格子点１２上に配列される。各ピットは直径０．２５μｍで、トラックピッチは０．４５μｍ、トラック方向の格子点間隔は０．３０μｍである。最も近い距離で隣接する位相ピット１０，１１は深さが異なり、それらのピットで反射された反射光は光学的位相差を有する。これに、図１（ａ）に示すように、基板７側から、波長６３０ｎｍのレーザ光を絞り込みレンズ９によって直径１．０μｍの光スポットとして照射し、走査する。そして、ピットの有無によって変調された反射光の変化を電気信号に変換してデータを再生する。

　図２に示すように、位相ピットの深さを再生光の波長λ（６３０ｎｍ）に対して（１／８）λと（３／８）λ、すなわち５２．５ｎｍ及び１５７．５ｎｍの２種類とし、隣接位相ピット４１，４２間の深さを異ならせた。隣接する位相ピットの深さを変えることにより、図２（ｂ）の断面図に略示するように、基板表面の反射層での反射光１３，１６、深さ（１／８）λの位相ピット４１による反射光１４、及び深さ（３／８）λの位相ピット４２による反射光１５に各々光学的位相差を持たせることができるため、再生信号波形は図２（ｃ）の実線のようになり、ピットを近づけて行っても再生信号レベルの飽和または低下が生じることがない。従って、位相ピットによる記録であっても、図９の光磁気媒体における差動検出再生特性のような略線形特性にすることができる。

　高密度で記録した個々のピットは、特開平５−４４８７５、特開平５−２５３９６０に記載されている信号処理を施すことによって互いに分離して検出することができる。
　図１１に、２次元等化処理回路の一例を示す。隣り合う３本のトラックに３つのスポットを位置づけ、中央のスポット２が目標のトラックとなる。この時、隣接トラックからの信号の漏れ込みは、スポット１，３より検出する。スポット２，３による検出信号は各々遅延回路５１，５２でτ及び２τの時間だけ遅延させられて加算器５３で加算される。このとき、隣接トラックを走査するスポット１及び３からの信号には１以下の重み付け係数βが乗算される。時定数τは各スポットが周方向にずれているのを補正するために設定されるものである。また、スポット２から得た信号については、トラック方向の隣接データの漏れ込みを検出するために、遅延回路５４〜５７によって格子点間隔±Ｔ，±２Ｔからの信号を出力し、各信号に重みα、α² を付けて加算器５８で加算し、波形間干渉の除去されたＥＱ信号を得る。

　次に位相ピット深さの最適化について、図３を用いて説明する図３は、反射層に対する位相ピットの光学的位相差に対する再生信号レベルを求めたものである。最適化の条件は、再生信号レベルの絶対値をあまり低下させずにかつ光スポット内に含まれる隣ある部位、 図２では、反射光１３と１４、反射光１４と１５、反射光１５と１６の光学的位相差が略等しいこと、あるいは少なくとも２つの反射光の間の光学的位相差が略等しいことである。というのは、これらの光学的位相差が略等しい場合、あるいは少なくとも２つの反射光間の光学的位相差が略等しい場合、再生信号検出レベルが変動しないので２値化データを得るためのスライスレベル等の設定が容易になるからである。また、再生信号レベルは１０^-4以下のエラーレートを実現するＳ／Ｎを確保するため、０．５以上あることが望ましい。

　このような条件を満たす２種類の位相ピットの組み合わせとして、図３に示す丸白ヌキ印、三角白ヌキ印そして、四角白ヌキ印の３つの組合せが有効である。これらの位相差は、反射系において、位相ピット深さが、λ／（３Ｎ）と２λ／（３Ｎ）、λ／（８Ｎ）と３λ／（８Ｎ）、λ／（６Ｎ）とλ／（３Ｎ）に対応する。ただし、基板の屈折率をＮとする。実際には基板越しに光を入射させるので、位相ピット深さの組み合わせは、λ／（３Ｎ）±λ／（９０Ｎ）と２λ／（３Ｎ）±λ／（９０Ｎ）、λ／（８Ｎ）±λ／（９０Ｎ）と３λ／（８Ｎ）±λ／（９０Ｎ）、λ／（６Ｎ）±λ／（９０Ｎ）とλ／（３Ｎ）±λ／（９０Ｎ）の範囲であれば十分な効果がある。

　また、上記実施例では、位相ピットの深さの種類は２種類であるが、再生信号レベルが５０％以上を満足できるものであれば、３種類以上の深さのピットを用いてもよい。

　　〔実施例２〕
　次に、本発明の位相ピット記録をランドグルーブ構造に適用した実施例について説明する。
　ランドグルーブ構造は、図４に示すように、光スポット１の直径と略等しい周期の溝を設け、データ領域１７は溝間部と溝部の両方ともに情報トラックに割り当て、マーク２７を記録し高密度記録再生を行なう方式である（特開平５−２８２７０５号公報参照）。

　この場合、問題となる隣接トラック間のクロストークは、溝深さをλ／６にすることで低減できる。ただし、このクロストーク低減効果は、相変化記録、光磁気記録には適用できるが、位相ピット２４には適用できないという問題がある。そのため、特開平５−２８２７０５号公報では、図４に示すように、溝間部アドレス部１８と溝部アドレス部１９とをトラック方向に分離することでクロストークが生じないようなフォーマットにしてある。ただし、両アドレス部１８，１９をトラック方向に分離した分だけフォーマット効率が低下し、高密度化ができなくなる。さらに、アドレス部分だけでなく位相ピットを用いて情報記録を行うＲＯＭ部分においても同様の問題が生じる。

　これに対し、本実施例では、図５に示すように、位相ピットによるアドレス領域２０は、溝間部と溝部が共用し、高密度化を行う。その際、実施例１と同じく隣接ピット２５，２６間に光学的位相差を持たせる。ただし、相変化記録又は光磁気記録によって記録マーク２１を記録したデータ領域１７のクロストーク低減溝構造条件によって、溝深さ２３を略λ／６に保つ必要がある。そこで、図６のアドレス領域拡大図に示すように、溝間部位相ピット深さ２１と溝部位相ピット深さ２２は共にλ／６、実用的にはλ／６±λ／２４にすればよい。これにより、各部位間の深さの違いは、略λ／６，λ／３、すなわち光学的位相差として略２π／３，４π／３であり、図３に四角白ヌキ印で示した位相差に相当し、同じ信号レベルが得られ、かつ線形の特性を得ることができる。

　ランド部とグルーブ部の間隔が０．５μｍであるランドグルーブ構造の光記録媒体の隣接するランド部とグルーブ部に、図５のように直径０．２５μｍ、深さ７０ｎｍの位相ピット２６を用いてアドレス部を形成し、スポット径１．０μｍに絞った波長６３０ｎｍのレーザ光１で再生し、前記実施例と同様に等化処理を施したところ良好な再生信号が得られた。

本発明による位相ピット媒体の略断面図。 本発明の位相ピット媒体による再生信号波形説明図。 隣接マーク間の位相差と再生信号レベルの説明図。 ランドグルーブ構造の概略図。 本発明による第２の実施例のディスク構造の説明図。 図５のピット部拡大図。 従来の位相ピット媒体の略断面図。 孤立した位相ピットに対する再生信号波形。 媒体別再生信号特性の説明図。 従来の位相ピット媒体における再生信号レベルの低下を説明する図。 二次元等化処理回路の説明図。

符号の説明

　１…光スポット、２…位相ピット、３…再生信号、４…再生信号レベル、１０，１１…位相ピット、１２…格子点、１３〜１６…反射光、２１…溝間部位相ピット深さ、２２…溝部位相ピット深さ、２３…溝深さ、２４，２５，２６…位相ピット、２７…マーク、３０…透明基板、３１…ピット、３２…反射膜、３３…光源、３４…ビームスプリッタ、３５…光検出器、３６…光ヘッド、３７〜４０…反射光、５１，５２，５４〜５７…遅延回路、５３，５８…加算器

Claims (3)

1. 反射膜を備える透明基板上に位相ピットの配列として情報を記録した領域を有し、前記透明基板側から照射した光源波長λの光スポットを走査し前記位相ピットによる反射光の変化を検出することで情報を再生する光情報記録媒体において、
   　前記光スポット内に、前記位相ピットが複数含まれるように構成され、
   　前記位相ピットとして、第１の位相ピットと前記第１の位相ピットと最短距離で隣接し前記第１の位相ピットと深さが異なる第２の位相ピットを有し、
   　前記透明基板の反射膜での反射光と前記第１の位相ピットによる反射光の光学的位相差は略π／２であり、前記透明基板の反射膜での反射光と前記第２の位相ピットによる反射光の光学的位相差は略３π／２であることを特徴とする光情報記録媒体。
2. 前記位相ピットは、格子点上に配列されていることを特徴とする請求項１記載の情報記録媒体。
3. 反射膜を備える透明基板上に位相ピットの配列として情報を記録し、前記透明基板側から照射した光源波長λの光スポットを走査し前記位相ピット列による反射光の変化を検出することで情報を再生する光情報再生方法において、
   　前記光スポット内に複数の前記位相ピットが含まれるように照射し、前記位相ピットとして、第１の位相ピットと前記第１の位相ピットと最短距離で隣接し前記第１の位相ピットと深さが異なる第２の位相ピットを有し、前記透明基板の反射膜での反射光と前記第１の位相ピットによる反射光の光学的位相差は略π／２であり、前記透明基板の反射膜での反射光と前記第２の位相ピットによる反射光の光学的位相差は略３π／２であることを特徴とする光情報再生方法。
   
   

Images