JP2007149180A

JP2007149180A - 光ディスク装置

Info

Publication number: JP2007149180A
Application number: JP2005339615A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Minemura; 浩行峯邑
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi LG Data Storage Inc
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi LG Data Storage Inc
Priority date: 2005-11-25
Filing date: 2005-11-25
Publication date: 2007-06-14
Also published as: CN1971735A; CN1971735B; US8094535B2; US20070121463A1

Abstract

【課題】PRML方式を導入した記録型光ディスク装置において，高速化に伴う試し書き精度の向上と再生互換の確保を実現すること。
【解決手段】エッジを挟むタイミングでA/D変換された再生信号21を偶数タップのFIRフィルター３１を用いて位相補正し，エッジ点のレベルとその絶対値をそれぞれ積算することによりエッジシフト，及びジッタを計測する回路30を設ける構成とする。
【効果】高速化に対応してエッジシフトがゼロ付近においても再生信号のエッジシフトの計測を可能となり，試し書きの学習精度を向上させることができるようになった。
【選択図】図１

Description

本発明は，記録媒体上に物理的性質が他の部分とは異なる記録マークを形成し，情報を記録する光ディスクの記録装置に関する。

書き換え型の相変化光記録材料を用いたDVD-RAM，DVD-RW等光ディスク媒体は広く一般に普及している。最近では青色レーザを用いてハイビジョン放送の録画に対応した，より大容量のBlu−ray Discも製品化された。今後は、1台のドライブでDVDにも、Blu−ray Discにも記録/再生が可能な光ディスク装置の実現が望まれている。これらの高密度光ディスクに情報を記録する場合には，一般に「試し書き」と呼ばれる記録レーザ光のパワー及びパルス条件の適正化が重要である。

一般に，光ディスクに記録された信号の品質評価にはデータエッジとクロックエッジのずれの標準偏差であるジッタを用いている。ジッタ値を測定するには，専用のジッタアナライザー等の測定器が必要である。光ディスク装置に高価なジッタアナライザーを内蔵することは不可能であるので，これに替わる信号評価指標が必要であった。

従来の試し書き技術の例として，特開平１０−３２０７７７公報（対応US6269062）ではジッタ値を直接測定するのではなく，データエッジとクロックエッジの位相差が所定の値以上になった場合にエラーパルスと呼ばれる論理パルスを発生し，エラーパルスの数をカウントすることで，等価的にジッタ値を評価し，これを用いて，記録パワーの適正化をする技術が開示されている。

また，国際公開番号ＷＯ０１／０１１６１４公報（対応US6654325）では，前後のスペース長とマーク長に応じたテーブル参照型の適応的な記録パルス/パワー条件（記録ストラテジ）を用いた4.7GB DVD-RAM用の試し書き技術が開示されている。この中で，エラーパルスを記録ストラテジのテーブルに対応させて仕分け処理を施し，テーブル各項のエラーパルス値が最小になるように，記録レーザ光のパルス条件を適正化している。実際の仕分け処理は４ｘ４のテーブルが２つ必要であるが，信号評価にエラーパルスという論理パルスを用いているので，論理ＬＳＩによって，簡便に仕分け処理が実現できることが特長である。

さらに，特開２００３−６８６４公報では，上の例のような従来のダイレクト・スライス方式による2値化に基づく方法を進化させ，ビタビ復号による2値化に適した記録条件の適正化手法が開示されている。ここでは，再生信号をA/D変換した後，ビタビ復号の目標信号レベルの時間的な遷移に応じて，再生信号を場合わけして，それぞれにクロックとデータエッジとの位相差を検出することによって，当前記ビタビ復号方式に最適な記録条件が得られるような工夫がされている。

特開平１０−３２０７７７，

特開２００３−６８６４，国際公開番号ＷＯ０１／０１１６１４

上に述べた試し書きの例では，ディスクがドライブ装置にローディングされた時点で，当前記ディスクと当前記ドライブ装置の状況に合わせて，記録パワーとパルス形状の条件を適正化する。上のDVD-RAMのように10万回以上の書換えが可能で，かつセクタ構造をもつディスクの場合には，何度も記録再生を繰り返して記録条件の適正化が実施でき，かつ記録再生のアクセスも早いために，試し書き処理自体も短時間に実施できる。一方，DVD-Rのように一度だけしか記録できないディスク媒体では，記録パルス形状の校正をすることは困難なため，ディスクに記載されたID情報を元に，予めドライブ装置が記憶している記録パルス形状の条件を用い，パワー校正だけを実施している。

DVDの普及が進んだ現在においては，記録／再生速度の高速化が最重要な技術開発課題になってきている。同時に1台のドライブ装置で、DVDと高速に信号を再生するとノイズの影響が大きくなるため，再生信号の２値化方式として，従来のダイレクト・スライスの替わり，実効的にS/N比を向上するビタビ復号法に代表されるPRML（Partial Response Maximum Likelihood）方式が必須になってきている。

また，昨今の記録型DVDドライブ装置は全てのDVD媒体とCD媒体に記録再生ができるスーパーマルチドライブと呼ばれる多機能装置が主流である。こうしたスーパーマルチドライブ装置は，１００種類以上の光ディスク媒体に対して，記録速度ごとに記録パルス形状の条件を記憶している。同時に，スーパーマルチドライブを含む記録型光ディスク装置は，1年以内にモデルチェンジして，高速化・低価格化が繰り返され，かつ最新の媒体に対応することが繰り返されている。従って，DVD-Rの例について言えば，装置の出荷後に新たに生産された媒体については，当前記装置は最適な記録パルスの情報を予め持たないので，良好なデータ記録ができない場合があった。また，DVD-RAMの例について言えば，高速化に伴って，装置内のS/N比が不足するようになるため，記録パルス条件の試し書き処理の精度が悪化してしまう場合があった。

こうした状況から，PRML方式に対応し，かつ高速化に伴うのS/N比の低下等に対応して，良好な記録条件を求めるような試し書き方式が求められていた。

以下，従来の試し書き方式の問題点についてまとめる。

特開平１０−３２０７７７公報及び国際公開番号ＷＯ０１／０１１６１４公報に記載されている試し書き方式は，データエッジとクロックエッジの位相差が所定の値以上になった場合にエラーパルスと呼ばれる論理パルスを発生し，エラーパルスの数をカウントすることで記録データの品質を判定する。この方式は原理的にエッジシフトがゼロの付近でエラーパルスが発生しないので，特に高速化によって，装置内のS/N比が不足するような場合には，試し書きの精度が悪化するという問題がある。

一方，特開２００３−６８６４公報に開示されている試し書き方式は，2値化した再生信号とPRMLの目標信号を比較して,その差を最小にするように試し書きを実施する。ダイレクト・スライス方式に比較したPRML方式の原理的な長所は，再生信号の符号間干渉を許容することにあり，S/N比が小さい場合にも誤りの少ない2値化が実施できる点にある。一方，短所としては，目標信号をインパルス・レスポンスの重ね合わせとして生成するため，特殊な場合を除いて目標信号のアシンメトリがゼロであり，ディスクに記録された信号のアシンメトリがゼロでない場合には，目標信号と再生信号の誤差が大きくなる。極端にアシンメトリが大きな場合には，ダイレクト・スライス方式よりも2値化結果のエラーが大きくなることもありうる。記録型の光ディスクでは，スペース部とマーク部が物理的に異なる構造となるため，記録材料の物性に応じて，ジッタ値が最小となる条件は必ずしもアシンメトリがゼロにはならない。特に，DVD-RAMのような相変化型の記録材料では，記録マーク部がアモルファスであって，結晶に比べて粒径が小さく媒体ノイズが小さくなるため，アモルファス部が多い記録条件，すなわちアシンメトリが比較的大きな正の値になる場合にジッタ値が最小になる。図２は市販のDVD媒体に記録を行いジッタ最小条件での再生信号をまとめたものである。DVD-RAMではアシンメトリが正であり,DVD-Rの場合には11Tマーク信号がマークの後端ほど大きくなるような非対称である。こうした，レベル方向及び時間方向の非対称性がある場合には，特開２００３−６８６４公報に開示されているようなPRMLの目標信号と比較する方式の試し書きでは，最良の記録条件を求めることが困難である。

また，特開２００３−６８６４公報の例に限らず，一般のPRML方式では，FIR（Finite Impulse Response）フィルター手段によりディジタル方式の等化処理を施した後に，ビタビ復号を実施する。したがって，FIRフィルターのタップ係数及び周波数特性によって，計測するジッタ値が変化してしまう。特開２００３−６８６４公報では,試し書き処理に公的なFIRフィルターのタップ係数及び周波数特性についての言及がなかった。こうした点も含め，一般にPRMLの目標信号に合わせるように記録条件を選定する方式の試し書きでは，当前記装置以外の装置で，必ずしもジッタが良好に保たれない，すなわち再生互換への配慮が足りないという課題がある。

新たなドライブ装置に有効な試し書き技術としては，こうした課題を解決するのと同時に，PRML方式を含んだ再生系のシステム性能を低下されないような配慮も必須である。

以上，PRML方式を用いた記録型光ディスク装置の試し書き方式の課題について説明した。本発明の目的は，記録再生の高速化に対応してPRML方式を導入した記録型光ディスク装置関し，良好な試し書き方式を提供することにある。このために本発明が解決しようとする課題は，以下の２点である。
（課題１）高速化に伴うS/N比の低下に対応し，良好な精度で記録パルスの条件を調整可能にする。
（課題２）同時に，再生系のシステム性能を低下させないように配慮する。

初めに（課題１）を解決する手段について説明する。

従来の試し書き方式の課題を解決し，エッジシフトがゼロ付近の検出精度の向上と，再生互換に配慮して，PRMLの目標信号に依存せず，アシンメトリがゼロでない場合にも記録データの品質を評価するには，ディジタル化された再生信号からマークエッジを抽出して，エッジ部の平均レベルを評価すればよい。エッジシフトの平均値がゼロの場合には，エッジ部の平均レベルもゼロであるから，これを最小にするように記録条件を調整することにより，エッジシフトを最小とする所望の試し書きが実施できる。ここで言う，エッジ部のレベルとは，データストリーム中のエッジ部のレベルと，マーク/スペースの判定レベルとの差を表す。これはダイレクト・スライス方式におけるスライス・レベルであり，PRMLにおけるエッジ("0011","1100"等)の目標信号のレベルである。再生回路の内部表現では，これらの値はゼロでなくてもよいが，以下，説明の簡略化のために，マーク/スペースの判定レベルをゼロとして説明する。すなわち，エッジシフトがゼロの場合には，エッジ部の平均レベルもゼロである。

本発明の解決手段の詳細を述べる前に，（課題２）の制限条件について説明する。
PRML及びPLLを含んだ再生回路においてはPLLもディジタル方式であることが自然である。ディジタル方式のPLL回路では，エッジの位相を検出するために，少なくともエッジの判定と，エッジレベルの算出が必要であり，アナログ方式のPLLに比較して制御ループの遅延が原理的に大きくなる。このため,PLL制御ループの位相余裕が小さくなり安定性と抑圧性能が低下しやすい。図３は，ディジタル方式のPLLの位相検出部の原理の一例を示すものである。ケース１は，マークエッジ点がA/D変換器のサンプルクロックタイミングに一致する場合を示し，エッジシフト量はエッジ付近の2点の平均レベルをそれらの傾きで補正して算出される。ケース２は，マークエッジ点がA/D変換器のサンプルクロックタイミングと1/2クロック周期だけずれている場合を示し，エッジシフト量はエッジ点のレベルをその周りの3点の傾きで補正して算出される。図に見られるように，ケース１では，エッジの判定のために，i-1, i, i+1の3時刻分のデータを参照する必要があるため，遅延は3クロックとなる。一方，ケース２では,エッジ判定のために，i-1, iの2時刻分のデータのみ参照すればよいので遅延は2クロックでよい。高速化に伴って，位相検出処理を並列処理するケースではさらに並列化による遅延が加わり，両者の差はその分だけ大きくなる。以上の説明から，ディジタル方式のPLLの安定性に配慮すると，ケース２のように，A/D変換するサンプリング点がデータエッジから1/2クロック周期だけずれていることが望ましい。

したがって，(課題２)の制限条件を満たし，かつ（課題１）を解決するためには，A/D変換するタイミングをデータエッジから1/2クロック周期だけずらし，かつ何からの手法によって，再生信号ストリームの位相を1/2クロック周期だけずらす補正手段が必要である。本発明では，この位相補正手段として偶数タップのFIRフィルターを用いることを特徴とする。本発明の骨子はFIRフィルターの等化条件と，位相及びジッタの検出方式を明確にすることにある。

図１は本発明を実施する光ディスク装置の再生信号処理部の構成を示すブロック図である。図示していない光ヘッドから出力された再生信号50はアナログ等化器11で等化，HPF(High Pass Filter)処理，AGC(Automatic Gain Control)処理が施され，A/D変換器12によりディジタル化されて再生信号ストリームに変換される。再生信号ストリームはFIRフィルター13によりディジタル的に等化処理された後にビタビコーダ14により2値化データ51に変換される。PLL回路20は再生データストリームから位相比較器21により位相誤差を検出し，ローパスフィルター22で処理した後にVCO（Voltage Controlled Oscillator）を制御することにより再生信号に同期したクロック信号53を生成する。ここで,位相検出器21は図３のケース２に示した方式によってエッジを挟む２点のレベルに基づいてエッジシフトを算出し位相誤差を検出する。クロック信号52はA/D変換器12に供給されてサンプリングのタイミング制御をする他に，図中の各回路の動作クロックとして利用される。ここで,制御ループを正常に動作させるためにローパスフィルター22では，位相誤差情報を位相系と周波数系に分けてそれぞれ適切なゲインを乗じ，かつ周波数系には積分器を内蔵する必要があるのは言うまでもない。ディジタル方式のPLL回路の構成については周知のことであり，ここでは、簡略な説明を述べるにとどめる。

本発明の骨子であるジッタ測定回路30は偶数タップのFIRフィルター31，位相検出器32，擬似2値化器33,及び検出結果を積算して保存するメモリ・テーブル34,35,36から構成される。擬似2値化器33は再生信号ストリームを擬似ダイレクト・スライス方式で2値化するものである。これは,再生信号ストリームの符号ビットまたはMSB（Most Significant Bit）を抽出することによって簡単に実現される。擬似2値化器33によって2値化された結果は，マーク長と前後のスペース長に応じたパターンごとに仕分けされて，パターン・テーブル34により積算され保持される。位相検出器32は図３のケース１に示した方式によって，エッジ点のレベルに基づいてエッジシフト量を算出し，前述のパターンにごとに，シフトテーブル36ではエッジシフト量の積算値を，ジッタテーブルではエッジシフト量の絶対値の積算値をそれぞれ算出し保持する。ジッタ値の定義はエッジシフトのRMS値であるが，回路内で2乗や平方根の演算をリアルタイムで実施するのは処理速度の点から困難であるから，ここではRMS値の代用として，絶対値の積算値としてジッタを評価することにしている。前述のように，試し書きではエッジシフトまたはジッタを最小にするように記録条件を調整するのであるから，最小条件が変わらなければ試し書きには十分に使用できる。ここに述べた２つの評価値，すなわちエッジシフト量の積算値とエッジシフト量の絶対値の積算値は，それぞれ外部のTIA（Time Interval Analyzer）によるエッジシフトとジッタの計測値に対応しており，それらがゼロとなる条件は算術的に一致する。

このように、マーク，スペースの判定レベルをゼロとした場合に，エッジ点のデータ値及びエッジ点のデータ値の絶対値（エッジシフト量の絶対値）のうち，少なくとも１つを所定の期間だけ積算処理する積算処理手段を用いて，それぞれ等価エッジシフト値，及び等価ジッタ値のすくなくとも１つを算出し，前記等価エッジシフト値，及び等価ジッタ値の少なくとも１つを最小とする，もしくは所定の値（任意に定めた閾値）より小さくするように，レーザパルスのパルス条件を定めるようにする。

ここで,回路規模の縮小とPLL制御ループの遅延の短縮をするための手法について述べておく。図中の位相検出器21及び32ではエッジシフトを算出するために，エッジのレベルを再生信号の傾きで割った値を用いている。回路規模の縮小とPLL制御ループの遅延の短縮のために，以下のように処理を簡略化することができる。
(1)位相検出器21の場合：
エッジシフト（位相誤差）量として，エッジを挟む2点のレベルの加算値にエッジシフト方向に対応する符号を付加した値を用いる。ここで，エッジシフト方向に対応する符号とは，図３における傾きｍの符号であり，これを乗じないとPLLが暴走する。これにより平均化処理と傾き補正を省くことができ，PLL回路のループ遅延を小さくすることができる。エッジシフトの真値との値の違いはローパスフィルター22内の各ゲインによって補正する。
(2)位相検出器32の場合：
位相誤差として，エッジ点のレベルにエッジシフト方向に対応する符号を付加した値を用いる。エッジシフト方向に対応する符号とは，同様に図３における傾きｍの符号である。これを乗じなくとも，エッジレベルの平均値をゼロに近づける試し書きシーケンスならば問題は生じないが，記録マークの反射率が低くなる一般のDVD媒体では，前エッジにおいて，記録パルスのシフト方向とそれにより記録したデータのエッジシフトの方向が反転してしまうので，制御ソフトのバグの発生の要因ともなりうるので，できるだけ符号を付加すべきである。これにより傾き補正による電圧レベルから時間方向のシフトへの変換演算を簡略化することができ，回路規模を小さくすることができる。エッジシフトの真値との値の違いは無視する。これは試し書きのために用いる機能であり，試し書きではエッジシフトの積算値，もしくはエッジシフトの絶対値の積算値を最小にするように記録パルスの条件調整をするので，値の違いは大きな問題ではない。ただし，真のエッジシフト量と簡易的に算出したエッジ点のレベルとの関係は，予め算出しておけるものであるから，後で変換係数を乗じて，エッジシフト量やジッタ量を得ることができる。

次に，本発明の骨子であるジッタ測定回路30内のFIRフィルター31について,構成とタップ係数の設定について詳細を述べる。

本発明において，FIRフィルター31の機能は，A/D変換された再生データストリームの位相を補正してエッジ点とデータ点が一致するようにすることである。再生データストリームをYin[i]，FIRフィルターの出力をYout[i]とすると,

(式1)
である。ここで，NはFIRフィルターのタップ数，C[n]は各タップ係数である。したがって，エッジ点とデータ点が一致するようにするには，入力信号の位相を90度ずらすために,
N=Even
(式2)
C[N+1-n] = C[n], n=1,2,…N
(式3)

(式4)
とすればよい。すなわち，偶数タップのFIRを用いて，時間反転に対して対称な係数を選べばよい。（式4）はFIRフィルターのDCゲインが１であることを示す制限条件である。最も簡単なケースとして，N=2の場合を考えるとC[1]=C[2]=0.5となり，エッジを挟む2点のデータから，それらの平均値としてエッジ点のデータを得ることができる。
さて,（式2）から（式4）の条件はエッジの回りの点のレベルからエッジ点のレベルを求める条件を示しているが，FIRフィルターの周波数特性が平坦であることを保証してはいない。この影響について，次に述べる。

図４はタップ数N=2の場合の誤差の影響を摸式的に示したものである。誤差が最大になるのは符号間干渉が最大になる条件に一致する。DVDの場合最小マーク長が3Tであるから，例えば11Tのような長いスペースに後続する3Tマークの前エッジにおいて誤差が最大になる。図に示すように，こうした場合には，再生信号（図中の実線）のエッジシフトがゼロの場合でも，エッジを挟む2点から内挿で求めた内挿レベルはゼロにならない，この値がエッジレベルの検出誤差であり，エッジシフトの検出誤差に相当する。

図５は検討した４つのFIRフィルターの構成について示したものである。図中，(a)は2タップ，(b)は4タップ，(c)はモディファイした4タップ，(d)は6タップのFIRフィルターである。図６はこれらのFIRフィルターについて，式(2)から(4)を満たし，かつ周波数特性をできるだけ平坦とするタップ係数の計算値である。

図７は，各FIRフィルターの周波数とゲインの関係を計算した結果である。図中では，DVDの最短ラン長に対応して，3T-3T繰り返し信号の周波数が1となるように周波数を規格化して示してある。ここで周波数特性が平坦である条件として，具体的に直流から3T-3T信号の周波数の範囲でゲインが±0.5 dB以内であるという条件を課すと，タップ数が2の場合を除く，4タップ以上のFIRフィルターが条件を満足することが判る。次に，この条件が適正であることを，2タップFIRフィルター及びモディファイした4タップFIRフィルター（残りの３社の中で周波数特性が平坦な条件からのずれが大きい）に対するシミュレーションによって示す。

図８は2タップ及びモディファイした4タップのFIRフィルターを用いた場合の評価値と外部TIAによるジッタの計測値の関係を示すものである。ここに示す結果はDVD-RAMの再生信号について，アナログ等化器のブースト量を変化させながら各値を計算したシミュレーション結果である。2タップのFIRフィルターを用いた場合には，前述のエッジシフト検出誤差の影響により，最小条件が，ブースト量換算で約1dB，ジッタ値に換算して約1.7%ずれてしまう。一方，モディファイした4タップのFIRフィルターを用いた場合には，ジッタが最小となるブースト量は計算誤差範囲で外部TIAと一致する。これによって，４タップ以上のFIRフィルターを用いて，位相補正を施すことによって，試し書きの評価値として本発明の構成が使用可能であることが示された。

以上，試し書きを実施するのに十分な性能を有するジッタ測定回路の構成とその主眼である偶数タップ数のFIRフィルターによる位相補正条件について述べた。こうした構成の回路を再生信号処理回路に組み込むことによって，良好な試し書きが実施できる。本発明によれば，前述のように，「国際公開番号ＷＯ０１／０１１６１４」公報の課題である，エッジシフトがゼロ付近の信号品質の評価は，エッジレベルを直接評価しているので可能である。また，「特開２００３−６８６４」公報の課題であるアシンメトリがゼロでない場合の信号品質評価についても，PRMLの目標信号によらずに，アナログ等化器の出力信号を外部TIAと同等に評価しているため可能なことも言うまでもない。

次に，マーク長とその前後のスペース長からなるパターンに依存して計測を実施することの利点について述べる。

本発明の構成によって，エッジシフト量だけでなく，2値化結果も同時に保存されているので，マーク長及び前後のスペース長に依存したパターンごとのジッタ量と平均シフト量を求めることができる。従って，マーク長及び前後のスペース長に依存して記録パルス形状の条件が異なるDVDの記録ストラテジに対応して，各要素を並列に処理して適正化が実施できるので，処理時間を短縮できる。この趣旨は「国際公開番号ＷＯ０１／０１１６１４」に記載されているものと同じである。これは，図１に図示していないCPUから，同じく図示していない記録データ処理部に指示して，記録パルス形状及びパワーの条件を変更しながらそれに対応した再生信号品質を評価し，その結果に応じて，適正な記録パルス形状とパワーの条件を決定することで実現できる。

以上により，（課題２）の制限条件を満たしつつ，（課題１）を解決することができた。本発明により，簡素な構成で記録パルス及びパワー条件の適正化を短時間に実現し，かつドライブ装置間の再生互換を保証する光ディスク装置を提供することができた。

本発明の提供する記録方法及び光ディスク装置を用いることによって，PRML方式を導入した記録型光ディスク装置において，高速化と他ドライブとの再生互換に配慮して，記録パルス条件（記録ストラテジ）の適正化を実現する試し書きが可能になった。効果をまとめると次の2点である。
（１）エッジシフトがゼロ付近での線形な評価を可能とし，高速化に伴うS/N比の低下に対応して，試し書きの精度を向上することができるようになった。
（２）PRMLのクラスや構成に依存せず，ジッタ値を基準とする試し書きを可能とし，他ドライブとの互換性を保証する試し書きができるようになった。

以下本発明の詳細を，実施例を用いて説明する。

ブロック構成
図９は本発明の光ディスク装置に好適な再生信号処理回路の構成を示す実施例である。図１に示した構成との違いは以下の２点である。
（１）FIRフィルターの共通化
図１の構成では，ビタビ復号器14用のFIRフィルター13と，ジッタ測定回路30内のFIRフィルター31の２つのFIRフィルターを実装していた。ビタビ復号器の拘束長（クラスビット数と呼ぶ）が偶数の場合には，FIRフィルター１３のTap数も偶数になることは周知のことである。また，試し書き処理と通常のデータの記録・再生は同時に行うことはないので，FIRフィルター13としてタップ係数が可変なものとして，タップ係数を切り替えることにより，FIRフィルター13によって，FIRフィルター31の機能を兼ねることができる。FIRフィルター１３としては，タップ係数の変更によりブースト量の可変範囲が大きいことが望ましい。従って，同じタップ数４ならば，図５（ｂ）の構成に比較して，より遠くの時刻の再生信号を演算しうる図５(c)の構成が望ましい。前述の説明に図５（ｃ）の構成を加えたのは，FIRフィルターの共用を前提にしたものである。
（２）自動等化機能の実装
図中には，自動等化機能制御器15を加えてある。再生信号に応じてタップ係数の適応的に変化させることは，特に高速化による群遅延の影響の増大を抑圧する意味において効果的である。実例については後述する。自動等化アルゴリズムとしてはLMS（Least Mean Square）法等がよく知られており，本発明に適用することができる。LMS法では，ビタビ復号器の目標信号と再生信号を比較し，その誤差に係数を乗じて，各タップ係数値を逐次的に更新する。

試し書きシーケンス
以下，図面を用いて，本発明の試し書きシーケンスの実施例を説明する前に，準備として，各DVD媒体の記録ストラテジ等の説明をする。

図１０及び図１１はDVD-R，DVD-RW，DVD-RAMの各媒体の記録ストラテジを摸式的に示したものである。図１０は標準速度記録条件を図１１は高速記録条件をそれぞれ示している。各記録ストラテジはそれぞれ媒体の記録物理に応じて，適正なものが用いられている。各媒体固有の記録物理に関しては，本発明の内容を超えるので詳細に説明はしないが，記録ストラテジを適正化する上で知らなくてはならないことである。

また，以下のシーケンスでは，本発明で実現したジッタの測定以外に，アシンメトリ値，β値，及び変調度の測定を併用する。これらは，周知の評価指標であり，また図１の回路のように再生信号をディジタル化すれば簡単な演算で求められるものであるので，個別の観測手法については特に説明をしない。

図１２は本発明の記録ストラテジの適正化シーケンスを示す実施例である。全体の構成は，(1)再生条件校正ステップ，(2)記録パラメータ校正ステップ，(3)記録パワーマージン評価ステップからなる。(2)記録パワメータ校正ステップはさらに，(2.1)エッジシフト調整用の記録パワー調整ステップと(2.2)記録パルス形状校正ステップからなる。以下各ステップの説明をする。

（１）再生条件校正ステップ
記録型DVD媒体としては，DVD-RAM, DVD-R，DVD-RW，DVD+R，DVD+RWがあり，前述のように，１つのドライブ装置で各ディスクに対応して記録再生をすることが必要である。これらの規格に定義されるリファレンスドライブ用のヘッドの開口数NAはDVD-RAM，DVD-R，DVD-RWが0.60，DVD+R，DVD+RWが0.65と異なっている。ドライブ装置に搭載される１台の光ヘッドで，これらの全てのディスクに対応するためには，NAをどちらかに選択する必要がある。一般的に，大きい方のNA0.65を採用して，小さなスポットサイズで記録再生することが，信号品質や高速記録時の記録パワーの効率等から考えて自然である。DVD-RAM，DVD-R，DVD-RWの記録条件を適正化する場合にはNA0.60の光ディスク装置で再生したジッタ値が良好になるように，記録パルスの条件を適正化する必要がある。例えばDVD-RではNA0.60の装置で再生し場合に波形等化のブースト量は3.2dBに定められているが，NA0.65の装置を使って，波形等化のブースト量を同じ3.2dBにして記録条件の適正化を実施すると，光スポットの大きさが異なることを反映して，記録されたディスクを標準のNA0.60の装置で再生したときのジッタ値が悪化してしまう。ここで行う処理は，NAの異なる光ヘッドに対応するために等化ブースと量の校正を実施する処理である。具体的には標準ディスクを再生して，ジッタ値が最小となる等化ブースト量を定める。以下のステップではこの等化ブースト条件を使う。

（２）記録パラメータ校正ステップ
(2.1)エッジシフト調整用の記録パワー調整ステップ
DVD-RAMではコントロールデータに記述されているが，各ディスクには媒体メーカが推奨する記録条件が記録されている。ここでは，推奨記録パルスの形状（パルス幅とエッジ位置）をそのまま用い，主に，NAの違いに伴うスポット形状の違いとドライブ装置のパワー校正の誤差を吸収するためのパワー校正を行う。DVD-RAMではアシンメトリ値，DVD-Rではβ値（アシンメトリと等価な量）の指示があるのでこれに従って，目標アシンメトリ（目標β値）になるような記録パワー値（消去パワー値，ボトムパワー値）を定める。次のステップでは，ここで求めた記録パワー値を用いる。
(2.2)記録パルス形状校正ステップ
記録パルスの形状パラメータ，すなわち前後エッジの制御パラメータをそれぞれ変化させながら，本発明のジッタ測定回路を使い，マークの前後エッジのエッジシフト量TSFP(Tsp,Tmk)及びTELP(Tsp,Tmk)を評価して，これがゼロに近づくように，対応する記録パルスの形状パラメータを校正する。ここで，TSFP(Tsp,Tmk)は先行スペース長がTsp,マーク長がTmkのパターンのマークの前エッジのエッジシフトを表わし，TELP(Tsp,Tmk)はマーク長がTmk，後続スペース長がTspのパターンのマークの後エッジの再生信号のエッジシフトを表わす。ここでは，６T以上の長マークの記録パルス形状のパラメータTSFP(6T,6T)及びTELP(6T,6T)は一定値である。

以下，本発明ではDVD-RAMで用いられる４ｘ４テーブル型の記録パルスの表記を標準的に用い，再生信号のエッジシフト量と記録パルスのエッジ補正量が１対１に対応することを強調するために，論旨が煩雑にならない限りにおいて，両者に同じ記号を用いる。

（３）記録パワーマージン評価ステップ
校正された記録パルス形状パラメータを使い，記録パワー（もしくは消去パワー値またはボトムパワー値）を変化させながら全ジッタ値と可能であればECCエラー率等を評価して，パワーマージンを求める。ここで，十分なパワーマージンが得られれば，ループを終了する。必要十分なパワーマージンが得られない場合には，記録パルスの形状パラメータの初期値TSFP(６T,６T)及びTELP(６T,６T)を変更して，同じ処理を繰り返す。

図１３はDVD-RAMを具体例として記録パルス形状校正ステップの流れを示す摸式図である。DVD-RAMでは記録パルスパラメータが前後エッジそれぞれに４ｘ４のテーブルに定義される。図１に示したシフトテーブル36は，これと同じ４ｘ４テーブルのエッジパターンに対して，それぞれのエッジレベルの積算値を計測したものである。簡単なシーケンスは，先ず記録パルスの形状パラメータを変更して，光ディスク媒体に記録を行い，当前記セクタを再生して，対応するエッジシフトの値を評価し，これを最小にするように，記録パルスの形状パラメータを決定することである。この例からも明らかなように，記録パルスの形状パラメータとその評価値であるエッジシフト・テーブルが１対１に対応させることによって，一回の試行で複数の記録パルスのパラメータを変更して記録/再生を行なうことで，同時に複数の記録パルスの形状パラメータを並列に適正化することができる。これにより，処理時間の短縮を図ることができる。

図１４は市販の２倍速DVD-RAM媒体の記録パルスの形状パラメータを決定するための測定結果の一例である。ここでは，前後に６Tスペースがあるパターン６つについて，適正値からのずれに対するエッジシフトの測定値をまとめた。このように，各エッジシフトの値をゼロに近づけるように，記録パルスの形状パラメータを選択することで，適正化を実施できる。

図１５は記録パルスの形状を適正化する前後での記録パワーマージンの違いを示す。上の適正化シーケンスによって，記録パルスの形状パラメータの４ｘ４テーブルを全て決定した後，記録パワーとジッタ値の関係を測定した。図に見られるように，本発明の方法によって，ジッタ値を改善し良好な記録パワーマージンを得ることができた。

図１６は市販のDVD-R媒体の2倍速記録に対する記録パルスの形状とパワーの校正シーケンスの一例を示す。図１６(a)に示すように（１）再生条件校正ステップでは，標準ディスクを用いて，等化ブースと量とジッタ値との関係を求め，等化ブースト量を2.2dBと定めた。

図１６(b)に(2.2)シフト調整用の記録パワー調整ステップの結果を示す。ランド・プリピットから読み取った推奨記録ストラテジのパラメータを初期値として，記録パルスの形状はそのままに，記録パワーを変化させながら，β値とジッタ値を測定したものである。これにより，目標β値５％が得られる記録パワーPadjを求める。

図１６(c)は記録パルスの形状パラメータを校正した後に再び記録パワーとジッタ値の関係を測定した結果である。図に示すように，本発明の試し書き方法によって，記録パルスの形状パラメータを適正化することによって，ジッタ値が8.4%から6.2%に改善した。

図１７は長マークを記録するパルス形状パラメータを適正化するためのシーケンスの一例である。例えば，図１２のシーケンスにおいて十分なパワーマージンが得られない場合に，記録パルスの形状パラメータの初期値TSFP(６T,６T)及びTELP(６T,６T)を変更する処理シーケンスである。全体構成は，(1)記録パルスの形状及びパワーの初期値設定ステップ，(2)調整用の記録パワー調整ステップ，(3) 記録パルス形状の基本パラメータの校正ステップから成る。以下，６T以上の長マークを記録するためのパルス条件であるTSFP(６T,６T)及びTELP(６T,６T)を記録パルス形状の基本パラメータと呼ぶ。各ステップの詳細を次に示す。
（１）記録パルスの形状及びパワーの初期値設定ステップ
例えば，コントロールデータやランド・プリピットから読み取った，媒体メーカが推奨する記録パルスの形状とパワーを初期値として設定する。
（２）調整用の記録パワー調整ステップ
図１２のシーケンスにおける（2.2）記録パルス形状校正ステップと同じ処理により，調整用の記録パワーを求める。
（３）記録パルス形状の基本パラメータの校正ステップ
長マークの波形を抽出してその平坦性を測定し，前後の非対称性が許容範囲になるように記録パルスの形状を校正する。具体的には図１０に示したマルチパルスのデューティまたは図１１に示した中間パワーレベル(Pm)の値を変化させながら，長マークのジッタ値と，アシンメトリやβ値を測定して，これが許容範囲になるように，記録パルス形状の基本パラメータを定めればよい。

図１８は記録パルス形状の基本パラメータに対する記録感度の変化をDVD-Rについて測定した結果である。ドライブ装置の信頼性を決める要素として，記録パワーマージンが大きな指標である。同時に照射するレーザパワーの定格値が記録媒体の感度に対して十分に大きくないケースがある。できるだけ低コストで，高性能なドライブ装置を開発しようとすれば，こうした問題は頻繁に発生する。こうした場合，定格記録パワー以下で記録できるように記録パルスの形状を変更することが有効である。図の例では，市販のDVD-R媒体に2倍速で記録する場合の実例である。媒体メーカの推奨パルス（先頭パルス幅1.625T）をそのまま使うと定格パワー18.5mWに対して余裕が少なくなる。一方，先頭パルス幅を2.625Tまで広げ，長マークの形状が平坦に近づくようにマルチパルスのデューティをリンクさせて広げた記録パルスを使うと，約20%低い記録パワーでも同様の記録ジッタ値が得られ，定格出力に対するマージンも十分に確保できるようになる。こうした場合にも，記録パルス形状の基本パラメータを変更することが有効である。

図１９は本発明の記録ストラテジの適正化シーケンスを示す別の実施例である。前述のNAの違いの他に，高速化に伴う群遅延等の影響の増大に対応して，これらをFIRフィルターにより補正するものである。本実施例では図９のような自動等化機能を持ったFIRフィルターを用いる必要がある。全体の構成は(1)再生条件校正ステップ，(2)記録パラメータ校正ステップ，(3)記録パワーマージン評価ステップからなる。図１２との違いは(1)再生条件校正ステップにある。これは当前記速度で標準データを再生しながら，自動等化を行うことで実現できる。試し書き時にはタップ係数を変えないようにする。

ここで，I-Vアンプの周波数特性とノイズについて定性的な説明を加える。高速化に伴う群遅延の増大やゲインの変動の主因はI-Vアンプにある。I-Vアンプの帯域はゲインが3dB低下する条件で定義される。例えばDVD-RAMの場合，16倍速で再生すると，最小ランレングス（３T）の繰り返し信号の周波数が約80MHzになる。この信号を良好に再生するためには，少なくとも80MHzの2倍の帯域を持ったI-Vアンプが必要になる。I-Vアンプの性能は光検出器と変換抵抗値とICプロセスによって変わる。一般的には，トランジスタやオペアンプの性能指標と同様に，帯域とゲイン（ノイズの逆数と考えてよい）の積がほぼ一定になるという制限条件が課せられる。したがって，広帯域なI−Vアンプを使用すると，アンプのノイズが増加するという関係にある。光ディスク装置に用いるヘッド用のI-Vアンプは，こうした制限条件の下で，装置性能が最大になるような設計と選択が行われる。こうしたケースにおいて，上の例に述べた160MHzの再生帯域を確保すると，ノイズが増加するので，帯域を120MHz程度に制限したものを用いることが良好な装置性能を得るために必要になる。以下の実験に用いた評価装置の帯域は110MHzである。通常のデータ再生の場合にこうした特性が問題にならないように考慮されるが，記録パルス形状及びパワーの適正化のために，再生互換を保証する性能のI-Vアンプを使うことは，結果としてノイズを増加及び装置コストの高騰を招くので好ましくない。

再生信号の群遅延やゲイン変動の影響は，自動等化器で補正することが可能である。LMSアルゴリズムを用いれば，PRMLの目標信号に近づけるように常にタップ係数が更新されるからである。ただし，前述のように，アシンメトリが大きい場合や，再生している信号自体が歪んでいる場合には，こうした要素に影響されて，再生互換を保証するような適正な再生条件を得ることができない。試し書きにおいて，補正したいのは主にI-Vアンプの群遅延やゲイン変動の影響である。従って，光ディスク装置の出荷前に，良好な品質でデータが記録された標準ディスクを用いて，こうしたタップ係数の学習処理を行い，これらの値をテーブルとして，装置に記憶しておき，試し書き時にはこれらを呼び出して用いることが望ましい。

図２０はNA0.60の評価装置を用いて， 2倍速で記録したトラックを2-16倍速の範囲で再生してジッタ値を測定した結果である。光ディスク装置及び媒体の高性能化に伴い，記録/再生速度が高速化するが，記録パルス形状及びパワーの適正化する試し書き処理においては，再生互換を保証することが重要である。一方，同じトラックを高速に再生すると，（１）アンプノイズ及びレーザノイズの影響の増大に伴ってS/N比が低下，（２）I-Vアンプの帯域特性に応じた群遅延の相対的な増加，等に伴ってジッタ値が増大する。このうち，（１）については，PRML技術を導入して低下したS/N比の分をある程度回復することが可能である。一方（２）については再生互換の観点で問題であるのは前述のとおりであり，特にDVDで8倍速を超える記録を実現するには，少なくとも一部にCAV方式の回転制御を導入する必要があるため，広い線速度の範囲において，良好な記録が実現可能な記録パルス形状とパワーの設定をする必要がある。図にはDVD-RAMの標準等化条件で再生した場合と，FIRフィルターのタップ係数を適応的に変更した場合の２つの結果を示した。DVD-RAMの標準等化条件は２倍速で規定されているので，ここでは，等化ブースと量を一定とし，周波数特性が再生速度に比例して変化するようにしながら測定を行った。標準等化条件の場合には，2倍速で約5%だったジッタ値が，16倍速で再生すると12%を超える。一方，FIRフィルターによって自動等化し，主に群遅延を補正した場合は，16倍速で再生してもジッタ値は6%以下にすることができた。

図２１は16倍速における再生補正用のFIRフィルターのタップ数とジッタ値の関係を計測した実験結果である。各タップ係数の求め方は，前述のとおりである。図に見られるように，タップ数が５以上になると，ジッタ値が顕著に減少し始め，タップ数が１０以上で，ほぼ飽和する特性となることが判った。必要なタップ数は光ディスク装置の機種ごとに異なるので，適正な値を選択する必要がある。

図２２は再生補正用のFIRフィルターの周波数特性を示したものである。ここでは，一例として，２，４，８，１６倍速におけるFIRフィルターの周波数特性を示した。FIRフィルターはチャネルクロックに同期して動作するので，横軸の周波数はチャネルクロックで規格化してある。最小ランレングス（３T）の繰り返し信号の周波数は，0.167である。
２倍速は記録/再生の基準となるため，FIRフィルターは再生信号をそのまま通す特性である。このとき具体的には，センタータップの係数のみを"１"にして，その他の係数を"０"にすればよいことは既に述べた。各速度によってFIRフィルターの周波数特性は異なっている。周波数0.167以下における特性の違いは，主に群遅延を補正するためであり，周波数0.25付近に見られるゲインの極小値は，ローパスフィルターの効果を持ち，S/N比を向上する効果がある。

図２３は，再生補正用のFIRフィルターによる群遅延の抑圧効果を示した実験結果である。図２３（ａ）は標準等化条件における結果である。縦軸のエッジシフトは前述の４ｘ４の各パターンにおけるエッジシフトの測定結果を，3T,4T,5T,6Tの各マーク長さで平均化したものである。2倍速を基準にすると，16倍速では，3Tが約-10%，6Tが約+7%，それぞれシフトすることがわかる。これは，前に示した記録/再生互換のための条件5%以下を満足しない。一方，FIRフィルターによって，再生補正をした場合は，図２３（ｂ）に見られるように，2-16倍速の範囲でエッジシフト量がほぼ一定で，再生互換のための条件5%以下を満たしている。

図２４は６倍速と１６倍速においてジッタ値とビットエラー率を測定した結果である。ビットエラー率の測定にはPR(3,4,4,3)MLを使った。オーバライト10回後でも，10-6以下の良好なビットエラー率が得られた。

光ディスク装置
図２５は本発明の光ディスク装置の構成を示す実施例である。光ディスク媒体100はモータ160により回転される。再生時にはCPU140によって指令された光強度になるようにレーザパワー／パルス制御器120が光ヘッド110内の半導体レーザ112に流す電流を制御してレーザ光114を発生させる。レーザ光114は対物レンズ111によって集光され光スポット101を光ディスク媒体100上に形成する。この光スポット101からの反射光115は対物レンズ111を介して，光検出器113で検出される。光検出器は複数に分割された光検出素子から構成されている。再生信号処理回路130は，光ヘッド110で検出された信号を用いて，光ディスク媒体100上に記録された情報を再生する。記録時には，レーザパワー／パルス制御器120は，所定の記録データを所定の記録パルス電流に変換して，パルス光が半導体レーザ112から出射されるように制御する。図１及び図９に示した本発明の回路構成は，図中の再生信号処理回路130に内蔵されてえる。また，再生信号品質の評価及び記録パルス形状とパワーの適正化シーケンスはCPU140内でプログラムとして実行される。こうした構成によって本発明光ディスク装置を提供することができる。

本発明は，大容量光ディスク装置に用いられる。

本発明を実施する光ディスク装置の再生信号処理部の構成を示すブロック図。市販のDVD媒体に記録を行いジッタ最小条件での再生信号をまとめたもの。ディジタル方式のPLLの位相検出部の原理の一例を示すもの。タップ数N=2の場合のエッジシフトの検出誤差の影響を摸式的に示したもの。検討した４つのFIRフィルターの構成について示したもの。 FIRフィルターについて，ジッタ測定の条件を満たすタップ係数の計算値各FIRフィルターの周波数とゲインの関係を計算した結果。 2タップ及びモディファイした4タップのFIRフィルターを用いた場合の評価値と外部TIAによるジッタの計測値の関係を示すもの。本発明の光ディスク装置に好適な再生信号処理回路の構成を示す実施例。 DVD-R，DVD-RW，DVD-RAMの各媒体の記録ストラテジを摸式的に示したもの。 DVD-R，DVD-RW，DVD-RAMの各媒体の記録ストラテジを摸式的に示したもの。本発明の記録ストラテジの適正化シーケンスを示す実施例である。 DVD-RAMを具体例として記録パルス形状校正ステップの流れを示す摸式図。２倍速DVD-RAM媒体の記録パルスの形状パラメータを決定するための測定結果の一例。記録パルスの形状を適正化をする前後での記録パワーマージンの違いを示す測定結果。 DVD-R媒体の2倍速記録に対する記録パルスの形状とパワーの校正シーケンスの一例を示す図。長マークを記録するパルス形状パラメータを適正化するためのシーケンスの一例。記録パルス形状の基本パラメータに対する記録感度の変化をDVD-Rについて測定した結果。本発明の記録ストラテジの適正化シーケンスを示す別の実施例。 NA0.60の評価装置を用いて， 2倍速で記録したトラックを2-16倍速の範囲で再生してジッタ値を測定した結果。 16倍速における再生補正用のFIRフィルターのタップ数とジッタ値の関係を計測した実験結果。再生補正用のFIRフィルターの周波数特性を示す図。再生補正用のFIRフィルターによる群遅延の抑圧効果を示した実験結果。６倍速と１６倍速においてジッタ値とビットエラー率を測定した結果。本発明の光ディスク装置の構成を示す実施例。

符号の説明

１０ビタビコーダユニット、１１アナログ等化器、１２Ａ／Ｄ変換器、１３ＦＩＲフィルター、１４ＰＲＭＬデコーダ、２０遅延器、３０ PLL、４０再生信号処理回路、５０再生信号、５１ 2値化データ列、５２クロック、５３エッジシフト量、５４エッジレベル、５５波形、１００光ディスク、１０１光スポット、１１０光ヘッド、１１１対物レンズ、１１２半導体レーザ、１１３光検出器、１２０レーザパワー／パルス制御器、１３０再生信号処理器、１４０ＣＰＵ、１５０サーボ制御器、１６０スピンドルモータ、１７０インターフェース、１８０ホストコンピュータ、２００外部メモリ、２１０解析ソフトウェア。

Claims

情報が記録された光ディスク媒体に、レーザパルスを照射する光源と、
前記光源からの光を、前記光ディスク媒体に照射して、前記光ディスク媒体に記録されたデータパターンを再生して再生信号を得る手段と、
前記再生信号を、クロックごとに再生信号ビットストリームに変換するA/D変換器と，
前記再生信号ビットストリームに基づいてデータの2値化を行う2値化回路と，
前記再生信号ビットストリームのエッジ位置と前記クロックとの位相差に相当する情報を検出し，これがゼロに近づくように前記クロックの周波数を追従させるディジタル方式のPLL（Phase Locked Loop）回路と，
タップ数が偶数のFIR（Finite Impulse Response）フィルターと、
エッジ検出手段とを有し，
前記A/D変換器は，前記データパターンのエッジ点を挟むように，前記クロックの半分の時間だけずらしたタイミングでA/D変換を行い，
前記FIRフィルターにより，前記再生信号ビットストリームを等化もしくは位相補正処理することにより，前記データパターンのエッジ点に対応するデータ点をもつ等化再生信号ビットストリームを生成し，
エッジ検出手段は、前記等化信号ビットストリームのエッジ点を検出するものであり、
マーク，スペースの判定レベルをゼロとした場合に，前記エッジ点のデータ値及び前記エッジ点のデータ値の絶対値のうち，少なくとも１つを所定の期間だけ積算処理する積算処理手段を用いて，それぞれ等価エッジシフト値，及び等価ジッタ値のすくなくとも１つを算出し，前記等価エッジシフト値，及び等価ジッタ値の少なくとも１つを最小とする，もしくは所定の値より小さくするように，前記レーザパルスのパルス条件を定めることを特徴とする光ディスク装置。
前記積算処理手段は，
前記等化信号ビットストリーム中のエッジがマークの前エッジの場合には，当前記マーク長と先行スペース長からなるパターン，マークの後エッジの場合には当前記マーク長と後続スペース長からなるパターンに応じて，(1)エッジ点のデータ値，(2)エッジ点のデータ値の絶対値，及び(3)当前記パターンの発生数，をそれぞれ仕分けして積算しメモリ手段に保存する機能を有することを特徴とする請求項１に記載の光ディスク装置。
前記2値化回路は拘束長が偶数のビタビ復号器であり，
前記FIRフィルターは，タップ係数が可変のディジタル等化器であり，
前記等化再生信号ビットストリームを前記ビタビ復号器に入力する構成であって，
前記記録レーザパルスの条件を定める場合と，通常のデータ再生を行う場合とで
前記FIRフィルターのタップ係数を切り替えることにより，ディジタル等化器を共有することを特徴とする請求項１記載の光ディスク装置。
前記FIRフィルターのタップ数が４以上であることを特徴とする請求項１記載の光ディスク装置。
前記パルス条件のパラメータと、前記エッジ点のデータ値とは、１対１に対応していることを特徴とする請求項２記載の光ディスク装置。
前記FIRフィルターは，タップ係数が可変のディジタル等化器であり，
前記光ディスク装置は、DVD-RAMの４倍速以上で再生するものであることを特徴とうする請求項１記載の光ディスク装置。