JP2007066435A - 多値情報を記録または再生する光学的情報記録再生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 多値方式に用いられていた学習方式では、連続する３つのセルの全ての組合わせのマークを記録するため、記録領域が大きくなり、フォーマット効率が落ちる。また、学習に要する時間がかかる。
【解決手段】 ３以上の連続セルにおける前後セルの多値の合計値に対して、中央セルが取り得る再生信号振幅値を、中央セルの各レベル毎に２以上取得し、該取得された再生信号振幅値に基づく直線補間により未取得の再生信号振幅値を、中央セルの各レベル毎に算出し、再生する際に、算出された再生信号振幅値に基づいて中央セルのレベル判定を行う。
【選択図】 図１０

Description

本発明は、情報ピットのレベルを３値以上の値を用いて記録或いは再生を行う、多値情報を記録または／かつ再生する光学的情報記録再生装置及び方法であり、特に、再生の際に用いる学習テーブルを求めるために記録しておく参照マークについてである。

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わ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。また、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号公報を提案している。それは、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ッラ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。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において、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）。その光学系は、青紫色の光源（４０５ｎｍ）とＮＡ０．６５である。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となっている。

８レベルの情報ピットの選択は、例えば、図１１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を何も情報ピットを記録しない。レベル１を２チャンネルビットの幅。レベル２を４チャンネルビットの幅。レベル３を６チャンネルビットの幅。レベル４を８チャンネルビットの幅、レベル５を１０チャンネルビットの幅、レベル６を１２チャンネルビットの幅、レベル７を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する。そして、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１２のような分布が得られる。

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１２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の発表の例では、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く（学習）。そして、実際の情報ピットからの再生信号と記録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／ｉｎｃｈ^２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）

更に、青紫色の光源（４０５ｎｍ）とＮＡ０．８５光学系を用い、光スポットを微小化して、ＩＳＯＭ２００３で発表された多値方式に適応し、およそ３０Ｇｂｉｔ／ｉｎｃｈ^２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る。図１２で示したように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。

また、ＩＳＯＭ２００３で発表された多値方式に用いられていた学習方式では、連続する３つのセルの全ての組合わせ（８レベルの場合、５１２通り＝８ｘ８ｘ８）のマークを参照マークとして記録する。そして、データ領域から得られた再生信号を、学習で得られた情報と照らし合わせて、再生信号のレベルを判別する必要がある。そのため、参照マークを記録する領域が大きくなり、フォーマット効率が落ちる欠点と、その参照マークを読み出し、学習テーブルを作成するのに時間がかかるという欠点があった。

本発明は、上記目的を達成するため、以下を提供する。

トラックを備えた光学的情報媒体に対して、前記トラック上に設けられた仮想的な一定間隔のセルに、トラック方向に情報ピットの幅、或いは、情報ピットの面積を変えて再生信号の振幅を多段階にすることにより得られるｎレベルの多値情報を再生する光学的情報再生装置において、
３以上の連続セルにおける前後セルの多値の合計値に対して、中央セルが取り得る再生信号振幅値を、中央セルの各レベル毎に２以上取得する手段と、
該取得された再生信号振幅値に基づく直線補間により未取得の再生信号振幅値を、中央セルの各レベル毎に算出する手段と、
再生する際に、前記算出された再生信号振幅値に基づいて中央セルのレベル判定を行う判定手段とを有する光学的情報再生装置。

本発明によれば、多値情報を再生する際に、再生信号を補正処理する時の係数を求めるための参照マークの数を少なく出来、そのため、フォーマット効率を減少させること無く、また、学習に関わる時間を短縮できる。

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は本発明による光学的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。

光学的情報記録再生装置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を用いて制御し、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光学的情報記録再生装置１に対して挿入または排出される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、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は本発明の光学的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がセルを示す。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／ｉｎｃｈ^２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に示してあるように、（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。これにより、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て示しており、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、円形や、楕円形、または矢尻型のマークであっても本提案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、上述した光学的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る。記録材料としては、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の例で説明を続ける。

図３において、矢印Ａ方向が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の方式に従って上部に記載された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／ｉｎｃｈ^２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。与えた情報ピットの形状は、図２に示した通りとし、それぞれのレベルに対して図５のように与えた。

図６は連続する３つのセルに８種類のレベルを順次組合わせて与え（全ての組合わせは８ｘ８ｘ８＝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ときの再生信号（反射光量）を計算した。

図６の下図では、セルのレベルの組合わせ（０，１，６）から（７、１、６）の８通りを例に取り示した。（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（前）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（後ろ）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、さらにその左側（前）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（前後）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（前後）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したものである。（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１２で示した分布よりも、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。従来では、図７の分布を求めるのに、３連続セルの全てのレベルの組合わせを情報の記録の際に同時に光ディスクに記録しておき、それを情報の再生の際に、記録していた３連続セルの全てのレベルの組合わせを再生して求めるものであった。

本発明では、もっと簡単に図７の分布を求める方式について説明する。

図８は、図７の分布で用いたデータを書き直した図である。横軸は、真中のセルのレベルの代わりに左右のセルのレベルを合計したものとした。図７で示された８つの分布が、８本の直線として展開して示されている。

図８を見て分かることは、８本の直線として得られているので、それぞれの直線を得るのに、それぞれどこか２点のサンプル点を求めればよいことが分かる。つまり、各レベルで最低２点のサンプル点が得られれば、直線として結ぶことができる。

例えば、前後のレベルの合計が『０』の場合と、『１４』の場合のサンプル点を用いることにする。

左右のレベルの合計が『０』の場合のサンプルデータは、｛０００００｝、｛００１００｝、｛００２００｝、｛００３００｝、｛００４００｝、｛００５００｝、｛００６００｝、｛００７００｝のように、前後に複数個の『０』レベルに挟まれた、それぞれのレベルの孤立マークである。これを第一のマーク群とする。

一方、左右のレベルの合計が『１４』の場合のサンプルデータは、｛７７０７７｝、｛７７１７７｝、｛７７２７７｝、｛７７３７７｝、｛７７４７７｝、｛７７５７７｝、｛７７６７７｝、｛７７７７７｝のように、前後に複数個の『７』レベルに挟まれた、それぞれのレベルの逆孤立マークである。これを第二のマーク群とする。

これらの第一、及び、第二のマーク群を１回、もしくは、複数回、情報を光ディスクに書き込む際に、記録しておく。

第一、第二のマーク群の記録の仕方は、第一のマーク群を記録した後、第二のマーク群を記録するようにしてもよいし、その逆でもよい。また、第一のマーク群と第二のマーク群を一つずつ交互に記録するようにしてもよい。

つまり、｛０００００｝、｛７７７７７｝、｛００１００｝、｛７７６７７｝、｛００２００｝、｛７７５７７｝、｛００３００｝、｛７７４７７｝、｛００４００｝、｛７７３７７｝、｛００５００｝、｛７７２７７｝、｛００６００｝、｛７７１７７｝、｛００７００｝、｛７７０７７｝という参照マークとなる。

図９は、この場合の参照マークの再生信号を示している。（ａ）は再生信号を、（ｂ）は、学習のデータとして用いるサンプル点を、（ｃ）は実際に記録した参照マークのレベルを示している。

これによると、第一のマーク群と第二のマーク群を別々に記録するよりも、ＤＣレベルが平均化され、信号再生やサーボ等への影響も少ない。また、第一のマークと第二のマークの切り替わるところでは、『０』レベルと『７』レベルが切り替わり、最大振幅のエッジが得られる。つまり、これらの学習マークをデータ再生のためのクロックを作る際に用いるプリアンブル部分に兼用することも可能となる。このようなハイチにすることで、フォーマット効率を落とさずに、学習が行えることになる。

図９（ａ）の再生信号を（ｂ）のサンプル点で得た値は、図１０に示すように、第一のマーク群によるものは、黒塗りの●で示された点となり、第二のマーク群によるものは、白抜きの○で示された点となる。これらの点を結ぶことにより、図８で示した学習分布と同等の分布を得ることが出来きる。

以上説明したように、従来は、連続する３つのセルの全ての組合わせ（８レベルの場合、８ｘ８ｘ８＝５１２通り）の参照マークを記録し、それを再生することで学習を行っていた。それに対して、第一のマーク群と第二のマーク群（８レベルの場合は、それぞれ、８通りずつで合計１６通り）の参照マークを記録し、それを再生することで、同等の学習が行えることを示した。

つまり、図１０の学習テーブルが求まると、３つの連続したセルの組合わせのサンプル値が求めることができる。図１０中の８本の直線は上から中央セルのレベルが、０レベル、１レベル、２レベル・・・、７レベルのものに対応しているので、例えば、３つの連続したレベルの値を（３、６、４）とすると、前後のセルの合計、３＋４＝７から、図１０の横軸の７の位置の縦の直線と、中央セルのレベルが６であることから、上から７本目の直線との交点を求めることで、（３、６、４）の組合わせのサンプル値を容易に求めることが出来る。

数値計算的に説明すると、中央セルが６レベルの場合の直線の式は、（０、６、０）と（７、６、７）の座標が、（０、０．４９０５１）と（１４、０．２５４４８）となることから、ｙ＝‐０．０１６８６ｘ＋０．４９０５１と求まるので、前後のセルのレベルの合計が７の場合は、この式のｘに７を代入して、０．３７２９１と求まる。

このように、取得したサンプル値から、未取得のサンプル値を直線補間により、容易に求めることができる。

また、図８で示した理想的な（計算による）学習情報から、実際に求める学習情報が大きく変わらない場合、学習の方法をもっと簡便化できる。この場合において、８本の直線の位置関係は相対的には変わらないので、図中のいずれかの直線状の点を参照マークとして、少なくとも３点異なる参照マークを記録し、再生する。これにより、理想的な（計算による）学習情報を縮小・拡大でき、実際に求める学習情報にフッティングすることができる。例えば、｛７７０７７｝、｛０００００｝、｛７７７７７｝の３点を参照マークとして用いるとすると、｛７７０７７｝、｛０００００｝の２点により、レベル０の直線の傾きを求めることが出来る。この傾きを他のレベルの直線に対しても、代表して用いることにする。次に、各直線の間隔は、｛７７７７７｝の点の値を用いて求めることができる。

以上、ここまで、多値情報の再生の際に用いる学習テーブルを簡単に求める方法について説明してきたが、次に求められた図１０の学習テーブルを用いて、多値情報を再生する一例を示す。

まず、図１０の学習データにおいて、各レベル（０レベルから７レベル）の基準値を決める。ここでは、前後のセルのレベルの和が７となる値を基準値とすることにする。（図１０中の白抜きの四角マーク）
多値情報のランダムデータが読み出されると、各セルのサンプル値が検出され、マーク部と非マーク部の反射率で規格化される。この規格化された値と各基準値の差を求め、一番小さくなるレベルを仮のレベルとする。多値レベルの本判定を行う前に、先行してこの仮判定を行っておく。

多値情報の本判定を行う時は、注目セルの前後のセルの仮判定されたレベルの合計を求める。例えば、ここでは、その合計が４だったとする。学習テーブルの４値に示される値（図１０中の黒の四角マーク）が本判定を行う時の基準値となる。この新たな基準値とサンプル値の差を求め、一番小さなレベルを再生レベルとして採用する。以下この操作を繰り返しながら、多値情報を再生していくことができる。

仮判定を行う際に、図１０の学習データを波形等化等の処理を行った後に行ってももちろんよい。また、波形等化と同等の補正処理を、図１０の学習データから得られる計数を用いて行ってもよい。

本発明に係る光学的情報記録再生装置の一実施形態を示すブロック図。 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ビットの組合わせを説明する図。 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。 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。 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。 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合せに対する再生信号を説明する図。 本発明の光学的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、横軸は中央セルのレベル。 本発明の光学的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、横軸は左右のセルのレベルの合計。 本発明の参照マークによる再生信号を説明する図。 本発明の参照マークから得られた再生信号より、学習データの得方を説明する図。 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。 従来のセル中央値の振幅分布を説明する図。

符号の説明

１ 光学的情報記録再生装置
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 (3)

1. トラックを備えた光学的情報媒体に対して、前記トラック上に設けられた仮想的な一定間隔のセルに、トラック方向に情報ピットの幅、或いは、情報ピットの面積を変えて再生信号の振幅を多段階にすることにより得られるｎレベルの多値情報を再生する光学的情報再生装置において、
   ３以上の連続セルにおける前後セルの多値の合計値に対して、中央セルが取り得る再生信号振幅値を、中央セルの各レベル毎に２以上取得する手段と、
   該取得された再生信号振幅値に基づく直線補間により未取得の再生信号振幅値を、中央セルの各レベル毎に算出する手段と、
   再生する際に、前記算出された再生信号振幅値に基づいて中央セルのレベル判定を行う判定手段とを有することを特徴とする光学的情報再生装置。
2. 前記前後セルは、前記中央セルを孤立マークにするために、同一のレベルからなることを特徴とする請求項１記載の光学的情報再生装置。
3. 前記同一レベルとは、最小レベル又は最大レベルであることを特徴とする請求項２記載の光学的情報再生装置。
   

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