JP2006004566A - 光学的情報再生方法及び光学的情報再生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 高記録密度化のために記録マーク長が微小であっても、欠落率の少ない再生信号を得ることのできる光学的情報再生方法及び光学的情報再生装置を提供する。
【解決手段】 光学的情報再生方法において、直前に検出されたエッジの極性及び経過時間の結果に基づいて、再生信号の振幅又はエッジ検出レベルを補正する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光磁気ディスク、コンパクトディスク（ＣＤ）、ＣＤ−Ｒ等の光学的情報記録媒体に用いられる光学的情報再生方法及び光学的情報再生装置に係わり、特に光磁気効果を利用して情報を再生する光磁気再生方法及び光磁気再生装置に好適に用いられるものである。

従来より大容量のリムーバブルメモリとして光磁気ディスクが利用されている。しかし、取り扱う情報量の増大により、リムーバブルメモリにもより一層の大容量が求められるようになり、大容量化の研究が精力的に行われてきた。なかでも、特開平６−２９０４９６号公報記載の磁壁移動検出方式は飛躍的に記録容量を増大させることが可能な技術であり、その改良が精力的に行われている。
特開平０６−２９０４９６号公報

磁壁移動検出方式では、記録容量増大のために、より短い記録マークを再生できるよう媒体の改良が行われているが、実用に堪える記録マーク長は、従来９０ｎｍ程度が限界であり、より一層の記録マーク長の微小化が求められている。

本発明の目的は、光学的情報記録媒体に記録された記録マークのエッジを検出し、情報を再生する光学的情報再生方法において、直前に検出されたエッジの極性に基づいて、所定時間経過後に再生信号の振幅又は判定レベルを補正することを特徴とする光学的情報再生方法によって達成される。

さらに、本発明の目的は、前記所定時間が最短エッジ間隔であることを特徴とする光学的情報再生方法により達成される。

さらに、本発明の目的は、再生信号をパーシャルレスポンス処理した後の信号に対して所定のオフセット量を加減算することにより行なわれることを特徴とする光学的情報再生方法により達成される。

さらに本発明の目的は、再生信号をパーシャルレスポンス処理した後の信号に対して用いられるエッジ検出レベルに対して所定のオフセット量を加減算することにより行なわれることで達成される。

また、本発明の目的は、光学的情報記録媒体に記録された記録マークのエッジを検出し、情報を再生する光学的情報再生装置において、直前に検出されたエッジの極性を検出する手段と、前記検出結果の結果に基づいて、所定時間経過後の再生信号の振幅又は判定レベルを補正する手段とを有することを特徴とする光学的情報再生装置によって達成される。

さらに、前記所定時間は最短エッジ間隔であることを特徴とする前記光学的情報再生装置によって達成される。

また、本発明の目的は、パーシャルレスポンス処理した後の再生信号に対して所定のオフセット量を加減算することにより前記補正を行う前記光学的情報再生装置によって達成される。

さらに本発明の目的は、パーシャルレスポンス処理した後の再生信号に対して比較される判定レベルに対して所定のオフセット量を加減算することにより行なうことを特徴とする光学的情報再生装置によって達成される。

本発明によれば、特に磁壁を移動させることにより記録マークを拡大して再生する光磁気検出方式において、実用的に情報を記録可能な記録密度を、従来以上に向上させることが出来る。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお本発明は特開平６−２９０４９６号公報記載の磁壁移動検出方式を利用した再生装置に限定されず、磁壁を移動させることにより記録マークを拡大して再生する他の検出方式を利用した再生装置にも適用できることは勿論である。

本発明者は、前記課題を解決するために媒体の改善に頼らない解決手段を見出すため、１００ｎｍ以下の記録マークを再生した場合に再生信号がどのように変化して再生不能に至るのかを調べた。

まず、光源の波長λ＝６５０ｎｍ、対物レンズのＮＡ＝０．６５のピックアップを有する光磁気記録再生装置に、磁壁移動検出用媒体を装着して、媒体と記録再生用光ビームとの相対速度が２ｍ／ｓとなるようにディスクを回転し、１０ＭＨｚの繰り返し信号を媒体に記録した。この記録信号は、ディスク上では記録トラックに沿って長さ１００ｎｍのマークの繰り返しパターンとして記録される。用いた媒体のトラックピッチは５４０ｎｍである。この記録マークを光磁気記録再生装置で再生して、記録マークが正しく再生されずに欠落する比率、欠落率を求めた。欠落率の測定は、再生信号をタイムインターバルアナライザに入力して、再生信号の立ち上がりエッジ−立下りエッジ間のタ一ムインターバル及び立ち下がりエッジ−立ち上がりエッジ間のタイムインターバルの分布を求め、エッジ間のタイムインターバルが１５０ｎｓを中心とする略正規分布に当てはまる数を欠落したマークの数とし、エッジ間のタイムインターバルが５０ｎｓを中心とする略正規分布に当てはまる数を欠落無く再生できたマークの数として、欠落率＝（欠落したマークの数）／（欠落無く再生できたマークの数＋欠落したマークの数）とした。測定では、タイムインターバルの総数は１０万個で測定した。このようにして求めた欠落率は、上記マーク長が１００ｎｍの場合は零であった。
さらに、ディスク上に記録されるマーク長が９０ｎｍ、８０ｎｍ、７０ｎｍ、６０ｎｍ、５０ｎｍとなるように記録周波数を順次変え、１００ｎｍのマーク長でもとめたのと同様にして、各マーク長での欠落率を求めた。この結果を図２に示す。一般に、光記録媒体のエラー訂正前のビットエラー率は５ｅ−４以下であれば実用上問題ないとされているので、欠落率がおおよそ５ｅ−４以下であれば実用になる。図２に示すように、マーク長が９０ｎｍでは欠落率が零ではないものの５ｅ−５と実用上は問題ない欠落率であった。しかしマーク長８０ｎｍでは欠落率は１ｅ−３に増加してしまった。

次に、孤立マークをディスク上に記録して再生し、同様に欠落率を調べた。記録した孤立マークのパターンを図３に示す。孤立マークをはさんだロングマーク部分のマーク長を１μｍで一定とし、孤立マーク部分のマーク長を１００ｎｍから５０ｎｍまで順次変化させて欠落率を調べた。この結果を図４に示す。図４からわかるように、孤立マークではマーク長７０ｎｍ以上であれば実用上問題ない欠落率であった。すなわち、繰り返しパターンの場合はマーク長９０ｎｍまでしか実用にならないのに対し、孤立マークであればマーク長７０ｎｍまで実用上問題なく信号が再生できることがわかった。

以上の結果から、短いマークが連続した場合に特有の信号検出を阻害する何らかの現象がおきているものと考え、図５に示す特殊なパターンをディスク上に記録し再生して、どのような現象が起きているのかを調べた。図５に示した記録パターンにおいて、ロングマーク部分のマーク長は１μｍで一定とし、短マーク部分のマーク長は１００ｎｍから４０ｎｍまで順次変化させた。この記録パターンを再生したときの再生信号をデジタルオシロスコープで観察すると、短マーク部分のマーク長が１００ｎｍの場合は常に図６（ａ）に示すような記録パターンと一致した再生信号が得られたが、短マーク部分のマーク長９０ｎｍでは時々図６（ｂ）に示すような、連続した短マークの後方のマークのみ振幅が小さくなる再生信号が観察されるようになり、短マーク部分のマーク長が８０ｎｍと短くなると図６（ｂ）の再生信号パターンが現れる頻度が増すと共に、振幅の減少の度合いも大きくなった。短マーク部分のマーク長が７０ｎｍと短くなると、図６（ｂ）の再生信号パターンが現れる頻度がさらに増し、振幅の減少もさらに顕著になり、加えて図６（ｃ）に示すように連続する短マークのうち後方のマーク部分は全く信号が出ない再生信号パターンも現れた。そして、短マーク部分のマーク長が５０ｎｍ以下では、図６（ｃ）の再生信号パターンしか観察されなくなった。
上記の結果から、短マークが連続した場合、後方の短マークで図６（ｂ）の様に振幅が小さくなる場合が多くあり、この振幅の減少が原因で正しくマークを検出できなくなることが、短マークでのエラー要因のひとつとなっていることを見出し、このエラーを減少させる再生方法を考案した。

図１に本発明の第１の実施例の構成を示す。

１０１は光磁気ディスク、１１０は光磁気ディスク１０１を所定速度で回転させるためのスピンドルモータである。光磁気ディスク１０１の上面には記録信号に応じて変調された磁界を発生するための磁気ヘッド１０９が配置され、下面には磁気ヘッド１０９に対向して光ピックアップ１０２が配置されている。

光ピックアップ１０２は記録用光ビームを照射して情報の記録を行い、あるいは再生用光ビームを照射し、その媒体からの反射光を検出して記録情報の再生を行うものである。この際、光ヘッド１０２内には記録再生用光源である半導体レーザ（図示せず）や媒体からの反射光を検出する光センサ（図示せず）が設けられている。半導体レーザはレーザ駆動回路１１１で駆動され、半導体レーザの光ビームを記録用と再生用に制御することによって情報の記録や再生を行う。また、光磁気ディスク１０１としては、磁壁移動型光磁気媒体が用いられ、磁壁移動による情報再生を行う。

この磁壁移動型光磁気媒体を用いた再生方法については例えば特開平６−２９０４９６号公報に開示されている。

情報の記録の際には、上述した磁壁移動型光磁気媒体である光磁気ディスク１０１をスピンドルモータ１１０の駆動により所定の速度で回転させ、この状態で記録データを変調した変調信号が磁気ヘッドドライバー１０８に供給され、磁気ヘッドドライバー１０８では変調信号に応じて外部磁界発生用の磁気ヘッド１０９を駆動する。これにより、磁気ヘッド１０９は変調信号に応じた磁界を発生し、光磁気ディスク１０１に印加する。同時に、レーザ駆動回路１１１からの駆動信号により光ピックアップ１０２から記録用光ビームを光磁気ディスク１０１に照射することにより光磁気ディスク１０１上にデータが記録される。

一方、情報の再生の際には、同様に光磁気ディスク１０１は所定の速度で回転するように制御され、光ピックアップ１０２から再生用光ビームが光磁気ディスク１０１に照射される。光磁気ディスク１０１からの反射光は光ピックアップ１０２の光センサで検出され、ＲＦ信号が生成される。このＲＦ信号は、不図示のＰＬＬ回路により生成されるクロックに同期してＡＤ変換器１０３でサンプリングされ、離散的なデジタル信号に変換される。デジタル信号に変換されたＲＦデジタル信号は、ＰＲ（１，−１）処理するデジタルフィルタ手段１０４でＰＲ処理される。ＰＲ（１，−１）処理後の値は、理想的には１クロック前のＲＦデジタル信号と現在のＲＦデジタル信号の間に立ち上がりエッジがある場合は”１”、立下りエッジがある場合は”−１”、エッジが無い場合は”０”となる。実際のＰＲ（１，−１）処理後の値は、図７に示すように１、０、−１を中心に分布しているので、レベル判定回路１０７によって、１，０、−１のいずれの値であるかを判定する。この判定結果が”１”あるいは”−１”であった場合、後続するＰＲ（１，−１）処理後の値に、短マークの欠落を補償するように補正を加える。補正された値が、最尤復号するためのＭＬ論理部、記録時に変調したデータを復号するための復調部に送られ、データが復調される。

本実施例では、記録データを（１，７）ＲＬＬ変調して光磁気ディスク１０１に記録した。ディスクは光ピックアップとの相対速度が２ｍ／ｓとなるように回転し、記録用光ビームのパワーは４ｍＷ、記録磁界強度は２５０エルステッド、クロック５０ＭＨｚで記録を行った。このとき、最短マークの長さは８０ｎｍ、線記録密度は６０ｎｍ／ｂｉｔとなる。この記録マークを前述のようにして再生した。ここで、前記レベル判定回路１０７で”１”と判定した場合は２クロック後のＰＲ（１，−１）処理後の値に（−０．１５）を加え、前記レベル判定回路１０７で”−１”と判定した場合は２クロック後のＰＲ（１，−１）処理後の値に（＋０．１５）を加え、前記レベル判定回路１０７で”０”と判定した場合は何もしない、という補正を行った。この補正量は、効果的な補正量を実験で求めたもので、使用する媒体や記録・再生条件が異なれば、最適な補正量が変わることは言うまでも無い。

この結果、最短マーク長８０ｎｍ、すなわち線記録密度６０ｎｍ／ｂｉｔ、において、５ｅ−４という良好なビットエラーレートが得られた。一方、同じ光磁気ディスクを用い、ＰＲ（１，−１）処理後の値に補正を行わない場合は、ビットエラーレートは９ｅ−４と２倍近く悪い値であった。

記録データをＮＲＺＩ変調して光磁気ディスク１０１に記録した。ディスクは光ピックアップとの相対速度が２ｍ／ｓとなるように回転し、記録用光ビームのパワーは４ｍＷ、記録磁界強度は２５０エルステッド、クロック２５ＭＨｚで記録を行った。ＮＲＺＩ変調なので、最短マークの長さは実施例１と同じく８０ｎｍだが、線記録密度は実施例一とは異なり８０ｎｍ／ｂｉｔとなる。この記録マークを再生した。ここで、前記レベル判定回路１０７で”１”と判定した場合は１クロック後のＰＲ（１，−１）処理後の値に（−０．１５）を加え、前記レベル判定回路１０７で”−１”と判定した場合は１クロック後のＰＲ（１，−１）処理後の値に（＋０．１５）を加え、前記レベル判定回路１０７で”０”と判定した場合は何もしない、という補正を行った。この補正量は、効果的な補正量を実験で求めたもので、使用する媒体や記録・再生条件が異なれば、最適な補正量が変わることは言うまでも無い。

この結果、線記録密度８０ｎｍ／ｂｉｔにおいて、２ｅ−４という良好なビットエラーレートが得られた。一方、同じ光磁気ディスクを用い、ＰＲ（１，−１）処理後の値に補正を行わない場合は、ビットエラーレートは８ｅ−４と悪い値であった。

本実施例では、レベル判定回路を用いずに、ＭＬ論理部での最尤復号の過程で補正する例を説明する。

信号は実施例１と同様に記録し、再生はＰＲ（１、−１）処理までは実施例１と同様に行った。その後、いかに説明するように、ＭＬ論理部の処理で補正を行った。

まず、ＭＬ論理部での最尤復号における信号処理に付いて説明する。再生信号は、ＰＲＭＬ方式によって再生処理される。ここで、ＰＲ特性としてＰＲ（１，−１）を用い、符号方式として（１，７）ＲＬＬ＋ＮＲＺＩを用い場合を例とする。

元の符号語ａｎを｛０，１｝と規格化したとき、連続する２サンプル点の値により、データ系列は各サンプル値ごとに、
Ｓ００（ａｎ−１＝０、ａｎ＝０）
Ｓ０１（ａｎ−１＝０、ａｎ＝１）
Ｓ１０（ａｎ−１＝１、ａｎ＝０）
Ｓ１１（ａｎ−１＝１、ａｎ＝１）
の４つの状態を取り得る。また、元の符号語がａｎのとき、ＰＲ後の信号として、取りうる値Ｃは、｛−１，０、＋１｝の３値であり、実際にはノイズ等も付加されるので、これら３値を中心にして広がりを持つ。

そして、各状態において、到来する符号語に応じて次の状態に遷移する。この遷移の様子は、
直前の状態 到来する符号語ａ PR後の値Ｃ 遷移後の状態
S00 ０ ０ S00
S00 １ １ S01
S01 １ ０ S11
S10 ０ ０ S00
S11 ０ −１ S10
S11 １ ０ S11
となる。ただし、存在しないパスは記載していない。

ここで、上記遷移の確からしさであるブランチメトリックとサンプルタイミングｎでの各状態の確からしさであるパスメトリックの関係を示すと、
Ｍｎ（Ｓ００）＝ｍａｘ｛Ｍｎ−１（Ｓ００）＋Ｍｂ（０），Ｍｎ−１（Ｓ１０）＋Ｍｂ（０）｝
Ｍｎ（Ｓ０１）＝Ｍｎ−１（Ｓ００）＋Ｍｂ（＋１）
Ｍｎ（Ｓ１０）＝Ｍｎ−１（Ｓ１０）＋Ｍｂ（−１）
Ｍｎ（Ｓ１１）＝ｍａｘ［Ｍｎ−１（Ｓ０１）＋Ｍｂ（０），Ｍｎ−１（Ｓ１１）＋Ｍｂ（０）］
となる。ここで、Ｍｂ（ｋ）は、ＰＲ後の値がｋのときのブランチメトリックである。ここで、差メトリックとして、
ΔＭ（＋）＝Ｍｂ（＋１）−Ｍｂ（０）
ΔＭ（−）＝Ｍｂ（−１）−Ｍｂ（０）
を導入すると、上記パスメトリックの式は、
Ｍｎ（Ｓ００）＝ｍａｘ｛Ｍｎ−１（Ｓ００），Ｍｎ−１（Ｓ１０）｝
Ｍｎ（Ｓ０１）＝Ｍｎ−１（Ｓ００）＋ΔＭ（＋１）
Ｍｎ（Ｓ１０）＝Ｍｎ−１（Ｓ１０）＋ΔＭ（−１）
Ｍｎ（Ｓ１１）＝ｍａｘ［Ｍｎ−１（Ｓ０１），Ｍｎ−１（Ｓ１１）］
と簡略化される。この式から、パスメトリックは、最大値比較された上での差メトリックの積算結果となっている。すなわち、最大値選択をすることから負の値をもつ差メトリックは除外されることになり、パスメトリックは差メトリックの正の値の積算値となる。

この差メトリックとは、各理想値からのずれの差を示しているので、具体的に求めるためには、一般に閾値を、
Ｖｔｈ（＋）＝０．５
Ｖｔｈ（−）＝−０．５
と定めて、再生信号のサンプル値のＰＲ後値ｙとの差、すなわち、
ΔＭ（＋１）＝ｙ−Ｖｔｈ（＋）
ΔＭ（−１）＝−ｙ＋Ｖｔｈ（−）
と計算できる。ここで、ＰＲ後のサンプル値ｙが０．５のとき、Ｃ＝１ともＣ＝０とも判別がつかないため、差メトリックΔＭ（＋１）はゼロとなる。つまり、Ｃ＝０よりもＣ＝１のほうが確からしいとき、差メトリックΔＭ（＋１）は正の値をとり、Ｃ＝１よりもＣ＝０のほうが確からしいとき負の値をとる。また、ＰＲ後のサンプル値ｙが−０．５のとき、差メトリックΔＭ（−１）はゼロとなって、Ｃ＝−１かＣ＝０かを判別できない。

さらに、各状態のそれぞれに元の符号語のパターンを保持するパスメモリが用意されており、上記状態遷移に応じて、「０」か「１」の符号語がパスメモリに追加、保持される。

ＭＬ論理部に入力されるサンプル値が１、０、−１に極めて近ければ、すなわち差メトリック値が±０．５に近傍に集約していれば、最大値選択処理と最も大きいパスメトリックに対応したパスメモリの符号を出力することによって、各再生信号入力に対して正しい復号値を判別できる。

本実施例では、前記ＭＬ論理部での最尤復号処理において、状態をＳ０１と判別した場合は２クロック後の差メトリック計算の閾値を、Ｖｔｈ（＋）＝０．５、Ｖｔｈ（−）＝−０．４とし、Ｓ１０と判別した場合は２クロック後の差メトリック計算の閾値を、Ｖｔｈ（＋）＝０．４、Ｖｔｈ（−）＝−０．５とし、それ以外の場合は差メトリック計算の閾値を、Ｖｔｈ（＋）＝０．５、Ｖｔｈ（−）＝−０．５とし復号を行った。最尤復号処理の後、復調部１０６によって（１，７）ＲＬＬ変調の復号を行った。この結果、線記録密度６０ｎｍ／ｂｉｔにおいて、ビットエラーレート４ｅ−４が得られ、実施例１と同等の効果が確認できた。

本発明の実施例を説明するための図である。 繰り返しマークの欠落を説明する図である。 孤立マークの記録波形の説明図である。 孤立マークの欠落を説明する図である。 欠落の解析に用いた記録波形の説明図である。 欠落の解析結果を説明するための図である。 ＰＲ処理後の値の分布を示す図である。

Claims (8)

1. 光学的情報記録媒体に記録された記録マークのエッジを検出し、情報を再生する光学的情報再生方法において、
   直前に検出されたエッジの極性に基づいて、所定時間経過後に再生信号の振幅又は判定レベルを補正することを特徴とする光学的情報再生方法。
2. 前記所定時間は、最短エッジ間隔であることを特徴とする請求項１記載の光学的情報再生方法。
3. 前記補正は、パーシャルレスポンス処理した後の再生信号に対して所定のオフセット量を加減算することにより行われることを特徴とする請求項１記載の光学的情報再生方法。
4. 前記補正は、パーシャルレスポンス処理した後の再生信号に対して比較される判定レベルに対して所定のオフセット量を加減算することにより行なわれることを特徴とする請求項１記載の光学的情報再生方法。
5. 光学的情報記録媒体に記録された記録マークのエッジを検出し、情報を再生する光学的情報再生装置において、
   直前に検出されたエッジの極性を検出する手段と、
   前記検出の結果に基づいて、所定時間経過後の再生信号の振幅又は判定レベルを補正する手段とを特徴とする光学的情報再生装置。
6. 前記所定時間は、最短エッジ間隔であることを特徴とする請求項５記載の光学的情報再生装置。
7. 前記補正手段は、パーシャルレスポンス処理した後の再生信号に対して所定のオフセット量を加減算することにより前記補正を行うことを特徴とする請求項５記載の光学的情報再生装置。
8. 前記補正手段は、パーシャルレスポンス処理した後の再生信号に対して比較される判定レベルに対して所定のオフセット量を加減算することにより行なうことを特徴とする請求項５記載の光学的情報再生装置。

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