JP2006147077A - 多値情報記録再生方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 符号間干渉の影響が軽微な再生信号を用いて高密度多値記録再生が可能な多値情報記録再生方法及び装置方法を提供する。
【解決手段】 光スポットの中心がセルとそれに続くセルとの境界に来た時に再生信号をサンプリングしたセル間値に基づいてそのセル間値を得た前後のセルの多値情報を判定する。このセル間値は前後のセルのレベルの組み合わせにより決まり、それより外側のセルの影響を受けにくい（符号間干渉の影響が軽微）。また、情報を記録する際には、予め決められた多値の情報ピットを先頭に記録し、更に、情報を記録する際には、予め決められた多値の情報ピットを一定数のセル毎に挿入して記録する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、多値情報の記録或いは再生を行う多値情報記録再生方法及び装置に関するものである。

近年、光メモリ産業は拡大しつつあり、再生専用のＣＤやＤＶＤから、金属薄膜や色素系記録材料を用いた追記型、更には、光磁気材料や相変化材料を用いた書き換え型まで開発され、その応用も民生からコンピュータの外部メモリへと拡大している。そして、更に記録容量の高密度化の研究開発が進められており、情報の記録再生に関する光スポットを微小化する技術として、光源の波長は赤色（６５０ｎｍ）から、青紫色(４０５ｎｍ)になりつつある。また、対物レンズの開口数も０．６や０．６５から０．８５へと高められようとしている。更に、一方では、同じ光スポットの大きさを用いて、より効率のよい多値記録再生の技術も提案されている。

例えば、本願発明者は、多値記録再生技術の方式として、特開平５−１２８５３０号公報において、光学的情報記録媒体の情報トラック上に、情報ピットのトラック方向の幅と、その情報ピットの再生用光スポットに対するトラック方向のシフト量の組み合せによって多値情報を記録する記録方法と、その多値記録した情報ピットを再生する際、予め学習しておいた検出信号と光スポットから得られた検出信号との相関より多値情報を再生する再生方法とを提案している（特許文献１）。

また、光ディスク分野の研究における国際学会であるＩＳＯＭ２００３（Write−once Disks for Multi-level Optical Recording：予稿集Ｆｒ−Ｐｏ−０４）において、青紫色の光源（４０５ｎｍ）とＮＡ０．６５の光学系を用い、トラックピッチが０．４６μｍの光ディスクに対して、仮想的に設けた一つの情報ピットを記録する領域（以下、セルと記述する）のトラック方向の幅を０．２６μｍとし、８レベルの多値記録再生を行った発表がなされている（非特許文献１）。

８レベルの情報ピットの選択は、例えば、図１２に示すようにセルのトラック方向（図中Ａ方向）の幅を１６等分し（１６チャンネルビット）、レベル０は何も情報ピットを記録しない、レベル１は２チャンネルビットの幅、レベル２は４チャンネルビットの幅、レベル３は６チャンネルビットの幅、レベル４は８チャンネルビットの幅、レベル５は１０チャンネルビットの幅、レベル６は１２チャンネルビットの幅、レベル７は１４チャンネルビットの幅とする。

このように選択した情報ピットをランダムに記録し、その反射光量を光検出器で受光し、得られた多値情報ピットからの再生信号を、光スポットの中心が、セルのトラック方向の幅の中央に来た時のタイミングでサンプリングすると、各レベルに対する再生信号の振幅は図１３のような分布として得られる。

ここで、情報ピットが何も書かれていないレベル０が続く時の再生信号の振幅の大きさを『１』、レベル７の情報ピットが連続して記録されている時の再生信号の振幅の大きさを『０』として規格化している。

各レベルに対応する再生信号の値が幅を持つのは、注目している情報ピットの前後に書かれている情報ピットからの影響（符号間干渉）を受けるからである。図１３のように隣のレベルと再生信号の振幅分布が重なっていると、固定した閾値では分離検出できない。

ＩＳＯＭ２００３の発表の例には、これを解決するために、注目している情報ピットの値と、その前後の情報ピットの値とが予め分かっているピット列からの再生信号を読み取り記憶しておき（学習）、実際の情報ピットからの再生信号と記憶しておいた値とを比べて（相関をみる）、分離検出する方式が述べられている。この方式では、記録密度はおよそ１６Gbit／inch²である。
特開平５−１２８５３０号公報 ＩＳＯＭ２００３（Write−once Disks for Multi-level Optical Recording：予稿集Ｆｒ−Ｐｏ−０４）

ところで、更に、ＩＳＯＭ２００３で発表された多値方式に適応し、青紫色の光源（４０５ｎｍ）とＮＡ０．８５の光学系を用い、光スポットを微小化して、およそ３０Gbit／inch²程度の高密度化を狙おうとすると、符合間干渉の量が更に多くなり、図１３に示す各レベルに対する再生信号の振幅分布の重なりが増え、そのままでは、再生誤りが増加するという欠点があった。

本発明は、このような実情に鑑みなされたもので、その目的は、符号間干渉の影響が軽微な再生信号を用いて高密度多値記録再生が可能な多値情報記録再生方法及び装置方法を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するため、光スポットを用いて情報の記録或いは再生を行う光学的情報媒体のトラック上に、仮想的に一定間隔のセルを設けて、トラック方向の情報ピットの幅又は情報ピットの面積を変えることにより多値情報を記録或いは再生する多値情報記録再生方法において、光スポットの中心がセルとそれに続くセルとの境界に来た時に再生信号をサンプリングしたセル間値に基づいてそのセル間値を得た前後のセルの多値情報を判定することを特徴とする。

また、本発明は、光スポットを用いて情報の記録或いは再生を行う光学的情報媒体のトラック上に、仮想的に一定間隔のセルを設けて、トラック方向の情報ピットの幅又は情報ピットの面積を変えることにより多値情報を記録或いは再生する多値情報記録再生装置において、光スポットの中心がセルとそれに続くセルとの境界に来た時に再生信号をサンプリングしたセル間値に基づいてそのセル間値を得た前後のセルの多値情報を判定する手段を有することを特徴とする。

本発明によれば、光スポットで多値情報を再生する際に符号間干渉の影響が軽微な再生信号を用いることで、更に高密度の多値情報の記録或いは再生を行うことができる。

次に、発明を実施するための最良の形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明に係る多値情報記録再生装置の一実施形態の構成を示すブロック図である。

多値情報記録再生装置１は、制御回路２、スピンドルモータ３、光ディスク４、光ヘッド５、光ヘッド制御回路６、情報記録回路７、情報再生回路８、スピンドルモータコントローラ９及びインターフェースコントローラ１０を有する。制御回路２は外部のコンピュータ等の情報処理装置との情報の送受信を制御し、光ディスク４に対する情報の記録や再生を情報記録回路７と情報再生回路８を制御することで行い、また、その他の稼働部を制御する。情報記録回路７は後述するように多値情報の記録を行い、情報再生回路８は多値情報の再生を行う。

スピンドルモータ３は、スピンドルモータコントローラ９により制御され、光ディスク４を回転駆動する。光ディスク４は、不図示の機構により多値情報記録再生装置１に対して挿入または排出可能な光学的情報記録媒体である。

光ヘッド５は、光ディスク４に光学的に情報を記録し、記録情報を再生する。光ヘッド５に関しては、例えば、光源の波長を４０５ｎｍ、対物レンズの開口数を０．８５とすると、光スポットの大きさは、およそ０．４０５μｍとなる。光ディスク４のトラックピッチは０．３２μｍとする。光ヘッド制御回路６は光ヘッド５による光スポットの位置を制御するものであり、オートトラッキング制御、シーク動作の制御、オートフォーカシング制御を行う。

図２は本発明の多値情報記録再生装置に用いる多値情報ピットのレベルの違いによるトラック方向（図中Ａ方向）の幅を説明する図である。説明の便宜上、情報ピットのトラック方向と垂直な方向の幅は実際よりも小さく示している。

同図において、２本の太い実線に挟まれた領域はセルを示す。本実施形態では光スポットの大きさは約０．４０５μｍ、光ディスクのトラックピッチ０．３２μｍとしているので、セルの幅を約０.２μｍにすると、面密度約３０Gbit／inch²が達成できる。そこで、ここでは、セルの幅を０.２μｍとして説明を続ける。

この場合、最短の情報ピット（レベル１）の幅は２５ｎｍとなり、以下順に、レベル２が５０ｎｍ、レベル３が７５ｎｍ、レベル４が１００ｎｍ、レベル５が１２５ｎｍ、レベル６が１５０ｎｍ、レベル７が１７５ｎｍとなっている。レベル０は何も記録しない状態とする。

本方式は、８値記録であり、一つのセルに３ビットを記録することができる。例えば、３ビットの情報に対して、図２に示すように（０，０，０）は０レベル、（０，０，１）は１レベル、（０，１，０）は２レベル、（０，１，１）は３レベル、（１，０，０）は４レベル、（１，０，１）は５レベル、（１，１，０）は６レベル、（１，１，１）は７レベルに対応させるものとする。もちろん、他の対応方式でもよい。

図３は光ディスク４上のトラック１１に対してランダムな情報ピット１２を記録した時の模式図と、光スポット１３の関係を示す。例えば、記録消去可能な記録材料として相変化材を利用する場合、光ディスク４に光スポット１３を照射し、記録パルス、消去パルス、冷却パルスのそれぞれの光量とタイミングを調整することにより、情報ピットの形状を変化させ、複数の再生レベルの情報ピットが形成される。

図３では、便宜上、矩形の情報ピットとし、情報ピットのトラック方向の幅を変化させた様子を示しているが、各レベルの面積に対応していれば、矩形の情報ピットでなくても、例えば、円形、楕円形、または矢尻型のマーク等であっても本発明の本質は変わらない。

なお、記録消去可能な記録材料としては相変化材料以外にも光磁気材料が利用できる。この場合、上述した多値情報記録再生装置で光スポット以外に図示しない磁気ヘッドからの磁界との協調作業により、情報ピットの形状を変化させ、複数の再生レベルの情報ピットを形成する。

更に、追記のみ可能な記録材料を適用することも可能であり、記録材料として有機色素や金属膜を利用でき、光ディスクに光スポットを照射し、記録光量とそれらのタイミングを調整することにより、情報ピットの形状を変化させ、複数の再生レベルの情報ピットが形成される。また、再生専用の記録媒体でも同様に情報ピットは位相ピットと呼ばれる凹凸形状として基板に形成でき、この位相ピットの面積或いは位相ピットの光学的な深さを変調することで多値レベルの記録が可能である。

記憶容量を増やすためには、セルの大きさを小さくする必要があり、小さくすると図３に示すように光スポット１３内に２〜３個のセルの情報ピットが含まれることになる。このような多値レベルの記録を前提に本実施形態の原理を相変化材を利用した場合を例として説明を続ける。

図３において、矢印Ａ方向は同様にトラック方向を示し、１１は情報ピットを記録する光ディスク４上のトラックを示す。破線で区切られた領域が仮想的に設けられたそれぞれのセルであり、図２の方式に従って図３の上部に示すレベル数に対応する情報ピットが１２の如く記録されている。１３は光スポットである。

本実施形態では、光スポットの大きさ約０．４０５μｍに対し、セルの幅を０．２μｍとしている。このスケールだと、２値レベルの従来方式（例えば、１−７ＰＰ変調、２Ｔ＝１３９ｎｍ）とした時の面密度約１９．５Gbit／inch²に対して、約１．５倍の面密度向上が可能である。

次に、本方式による再生信号の様子を知るために、光学シミュレーションを行った結果を説明する。

図４は光学シミュレーションに用いたパラメータを示している。トラックのピッチは０.３２μｍ、光スポットの大きさは０.４０５μｍ（波長４０５ｎｍ、対物レンズの開口数：ＮＡ０.８５）、セルの大きさを０.２μｍとする。与えた情報ピットの形状は、図２に示す通りとし、それぞれのレベルに対して図５に示すように与えるものとする。

図６は連続する３つのセルに８種類のレベルを順次組み合わせて与え（全ての組み合わせは８×８×８＝５１２通り）、光スポットを初めのセル中心から３つ目のセル中心まで移動させた時の再生信号（反射光量）を計算したものである。

図６の下図には、セルのレベルの組み合わせ（０，１，６）から（７、１、６）の８通りを例にとって示す（３つのセル以外はすべて０レベルとしている）。図中の３本の実線の位置はそれぞれのセル中央に光スポットがある場合の再生信号（セル中央値）を示し、２本の破線の位置はセルとそれに続くセルの境界に光スポットがある場合の再生信号（セル間値）を示している。

これから分かることは、このパラメータにおいては真中のセルのセル中央値はレベル『１』に対応するものだが、左側のセルのレベルが『０』から『７』変化することで、同じ値を取らず、幅を持つことが分かる。これが符号間干渉の影響である。しかし、右側のセルのセル中央値は、真中のセルのレベルが『１』と同じであれば、更にその左側のセルのレベルが何であっても、ほぼ同じ値をとることが分かる。つまり、セル中央値に対する符号間干渉の影響の範囲は左右両隣のセルからのみで、それより外側の影響は無視できることが分かる。図４で真中のセル上にある光スポットの裾が左右のセル上にかかっていることからも直感的に分かる。

図７は３つの連続するセルに記録するレベルの全ての組み合わせにおいて、真中のセルのレベルを横軸に取り、それぞれの再生信号の振幅の分布を示すものである（ここでは、マーク部と非マーク部の反射率で規格化している）。

図１３に示す分布よりも隣接するレベルの再生信号の分布の重なりが多くなり、このままでは固定の閾値を用いたレベルの識別は困難である。一般的には、再生信号を波形等化のような信号処理を行って再生信号の分布の分離度を高めようとする手法が採られる。しかし、それでも限界がある。ここでは、符号間干渉の影響の少ない、セルとそれに続くセルの境界の再生信号の値（セル間値）を用いて、セルに記録されている情報ピットのレベルを判定する方法について説明する。

図６に戻って説明を続ける。隣り合うセルの境界での再生信号（セル間値）に注目してみると、右側のセルと真中のセルの境界のセル間値がほぼ同じ値を取ることが分かる。つまり、左右のレベルの組み合わせが同じであれば（この場合は『１』と『６』）、その外側（この場合は左側のセル）のレベルが何であっても、セル間値に大きな影響を与えないことが分かり、符号間干渉の影響が軽微であることが分かる。

図８の左図は左右のセルの組み合わせ（全ての組み合わせは８×８＝６４通り）に対して、セル間値の再生信号の振幅分布を示す（マーク部と非マーク部の反射率で規格化している）。ここで、左右のセルのレベルの合計を横軸にとっている。つまり、（０，０）の０値から、（７，７）の１４値まで１５値に分類できる。

波形等化等の信号処理を加えなくても、０から１４の１５値に分離していることが分かる。そして、それぞれの１５値に対応する左右のセルのレベルの組み合わせを右側に示す。

このことから、前のセルのレベルが既知であるならば、セル間値を検出することで後ろのセルのレベルが一義的に判定できる。例えば、前のセルのレベルが『３』と分かっていたとし、セル間値が『７値』と検出できたとすると、後ろのセルのレベルは７−３＝４より、『４』と判定できる。一般的には、前のセルのレベルが『Ｘ』（０≦Ｘ≦７、Ｘは整数）、後ろのセルのレベルが『Ｙ』（０≦Ｙ≦７、Ｙは整数）、セル間値を『Ｚ』（０≦Ｚ≦１４、Ｚは整数）とすると、Ｘ＋Ｙ＝Ｚ（または、Ｚ−Ｘ＝Ｙ）となっている。

図９は左右のセルの境界に光スポットが来た時の位置関係を示すものである。光スポットの大きさ０.４０５μｍに対して２つ分のセルの幅が０．４μｍであり、光スポットのほとんどが左右のセル上にある。つまり、その外側からの影響がほとんど無いことが直感的にも分かる。

次に、ここまで説明した符号間干渉の影響の少ないセル間値を用いてセルのレベルを判定する方法による、多値の情報の記録及び再生の手順を図１０、図１１を用いて説明する。まず、情報を記録する場合には、図１０に示すように多値情報記録再生装置１は情報の記録の命令を受けるとステップ１で操作を開始する。

ステップ２で、送られてきた記録情報をインターフェースコントローラ１０で受け取る。次に、ステップ３で、図２に示すように記録情報を３ビット毎に８つのレベルに変換する（この場合には、変調をかけたり、エラー訂正符号を付加したりしてもよい）。

ステップ４では、８つのレベルの多値情報列の先頭に予め決められているレベル（例えば、０レベルの多値情報）を先頭に付加して光学的情報媒体である光ディスク４上の目標トラックに光ヘッド５を用いて多値情報を記録する。全ての記録情報を記録し終えると、ステップ５に進み、記録の操作を終了する。

次に、図１１を用いて、このように記録された多値情報を再生する手順について説明する。多値情報記録再生装置１は情報の再生命令を受けると、ステップ６で操作を開始する。ステップ７では光ディスク４の目標トラックから光ヘッド５を用いてセル間値を順次読み出していく。

ステップ８において、先頭のセルのレベルは、この例では、０レベルと既知なので２番目のセルから、再生したセル間値を用いて図８に示す前後のセルのレベルの組み合わせと、セル間値の対応に基づいて順次レベルを判定していく。

ステップ９では、判定された各セルのレベルを図２のレベルと３ビットの組み合わせの対応に従って３ビットの情報に変換する（ここで、エラー訂正や変調を元に戻すことをしてもよい）。

ステップ１０では、読み出された再生情報をインターフェースコントローラ１０を介して送り出す。全ての情報を送り出すと、ステップ１１に進み、再生の操作を終了する。

以上説明したように符号間干渉の影響の軽微なセル間値を用いることで、多値情報の再生が容易に行えることが分かる。

図１０のステップ４では、先頭に予め決められたレベルを記録するとしたが、情報の中に（または変調後の情報の中に）０レベルが続く場合や、７レベルが続く場合、図８からも分かるように左右のセルのレベルはセル間値の再生により一義的に決まる。その値から、全ての値を判定することが出来る。

しかしながら、ノイズ等の影響により、読み取りエラーが生じる場合、一義的に決まる情報の記録個所が少ないと、エラーが伝播することも考えられる。そこで、一定の数のセル毎に予め決められたレベルの情報（多値の情報ピット）を記録するようにすれば、より確度の高い、多値情報の記録再生を行うことができる。

本発明に係る多値情報記録再生装置の一実施形態を示すブロック図である。 本発明に係る多値情報ピットのレベルの違いによるトラック方向の幅とそれに対応する３ビットの組み合わせを説明する図である。 本発明に係るトラックに対してランダムな情報ピットを記録した時の模式図と光スポットの関係を示す図である。 本発明の再生原理を説明するための光学シミュレーションのパラメータを説明する図である。 本発明の再生原理を説明するための光学シミュレーションで与えた情報ピットの形状を説明する図である。 本発明の再生原理を説明するための光学シミュレーションの計算結果で、連続する３つのセルに書かれた情報ピットの組み合せに対する再生信号を説明する図である。 本発明に係る多値情報記録再生装置の光学系パラメータによるセル中央値の振幅分布を示す図である。 本発明に係る多値情報記録再生装置の光学系パラメータによるセル間値の振幅分布と、左右のセルのレベルの組み合わせを示す図である。 セル間値をサンプリングしている際の前後のセルと光スポットの位置関係を説明する図である。 本発明に係る多値情報記録再生装置の情報記録を説明するフローチャートである。 本発明に係る多値情報記録再生装置の情報再生を説明するフローチャートである。 従来の多値情報ピットのレベルの違いによるトラック方向の幅を説明する図である。 従来のセル中央値の振幅分布を説明する図である。

符号の説明

１ 多値情報記録再生装置
２ 制御回路
３ スピンドルモータ
４ 光ディスク
５ 光ヘッド
６ 光ヘッド制御回路
７ 情報記録回路
８ 情報再生回路
９ スピンドルモータコントローラ
１０ インターフェースコントローラ
１１ トラック
１２ 情報ピット
１３ 光スポット

Claims (4)

1. 光スポットを用いて情報の記録或いは再生を行う光学的情報媒体のトラック上に、仮想的に一定間隔のセルを設けて、トラック方向の情報ピットの幅又は情報ピットの面積を変えることにより多値情報を記録或いは再生する多値情報記録再生方法において、光スポットの中心がセルとそれに続くセルとの境界に来た時に再生信号をサンプリングしたセル間値に基づいてそのセル間値を得た前後のセルの多値情報を判定することを特徴とする多値情報記録再生方法。
2. 情報を記録する際には、予め決められた多値の情報ピットを先頭に記録することを特徴とする請求項１に記載の多値情報記録再生方法。
3. 情報を記録する際には、予め決められた多値の情報ピットを一定数のセル毎に挿入して記録することを特徴とする請求項１に記載の多値情報記録再生方法。
4. 光スポットを用いて情報の記録或いは再生を行う光学的情報媒体のトラック上に、仮想的に一定間隔のセルを設けて、トラック方向の情報ピットの幅又は情報ピットの面積を変えることにより多値情報を記録或いは再生する多値情報記録再生装置において、光スポットの中心がセルとそれに続くセルとの境界に来た時に再生信号をサンプリングしたセル間値に基づいてそのセル間値を得た前後のセルの多値情報を判定する手段を有することを特徴とする多値情報記録再生装置。