JP2569912B2 - 光ディスク記録再生装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、マルチビーム光ヘッドを用いた光ディスク
記録再生装置の高密度化に関する。

〔従来の技術〕

光記録再生のうち特にイレーザブルなディスクを代表
する光磁気ディスクを例に光ディスク記録再生装置につ
いて以下述べる。一般に光磁気ディスク装置では、予め
基板に刻まれている案内溝に沿って磁性薄膜からなる記
録媒体にレーザ光を集光照射し、記録媒体上の磁化パタ
ーンとして情報を記録する熱磁気記録が行われる。この
案内溝はスパイラル状に刻まれており、情報トラックと
しての役割を果たす。このとき、情報トラックと情報ト
ラック間の領域には、通常、情報の記録を行っていな
い。

一方、情報の読み出しでは、直線偏光のレーザビーム
を磁気記録パターンに照射し、磁気カー効果による反射
偏光面の回転変化を光量変化に変換し情報を読み出して
いる。すなわち、従来のこのような光磁気ディスク装置
における情報の読み出し方法では、記録媒体面上の磁化
の変化した領域（磁化パターン）は明または暗の領域
（以降、記録ピットと称する）となる。これは反射率変
化型の光ディスク装置で記録ピットでの反射光全体の光
量変化を検出することで再生信号が読み出される方式と
基本的に等価である。この様な検出方法には、単一の光
検出器を用いたものや、偏光ビームスプリッタにより２
つに偏光分割された光束をそれぞれ２つの光検出器で受
光し、その出力の差をとる差動検出法等がある。

再生データの再生識別には、読み出し信号振幅の中点
付近にスライスレベルを設けて記録ピット列から記録ピ
ット情報のパルスを行う。同時に読み出し波形の“0",
“1"に対応してピーク値を検出してピット情報と各種変
調方式で決まる再生クロックとのタイミング関係から
“0",“1"のパターンを判定し源データの情報再生を行
っている。

大量の情報の記録再生を行う光ディスク記録再生装置
では、更に記録容量を増加させる目的で記録ピット間を
密にしたり、情報トラック間のピッチを密にする方法が
必要とされる。しかしながら、記録ピット間を単純に密
にすると隣接する記録ピットからの符号間干渉が大きく
なり、再生信号のピークシフトやジッタに影響してビッ
トエラーレートの劣化を招くため、大幅な記録密度の増
加は望めない。同様に、情報トラック間のピッチを密に
すると隣接情報トラックからのクロストークが大きくな
り、再生信号のピークシフトやジッタに影響してビット
エラーレートの劣化を招く。そのため、従来ではトラッ
クピッチとしてはビーム径より若干大きくしており、ク
ロストークの影響を物理的な寸法で逃げている。

よって、ディスク容量を増大するには、光ビームの波
長を短くしてビーム径を微小化するといった方法や、非
線形光学素子を用いた短波長化の方法が考えられてい
る。しかしながら、半導体レーザの短波長化では、光の
出射パワーが実用化されている長波レーザ（830nm）に
比べてはるかに小さいことに加え信頼性に乏しい。ま
た、非線形光学素子では光周波数の高調波成分を取り出
して使うため、効率が悪く記録用には使用できないとい
った欠点を有する。

そのため上記の欠点を回避する策として、クロストー
クと符号間干渉を同時に取り除いて再生信号を改善する
ために特願平１−176514号明細書に記されている方法が
考えられている。

第５図には、この方法によりマルチビーム光ヘッドの
３系統の集光ビームを隣接する情報トラック上に照射
し、書き込まれた情報を同時に再生する記録媒体面上で
の様子を示す。図で15は情報トラック中心を、また16は
記録ピットを示す。このとき、各集光ビーム17,18,19の
ビーム間隔ａは一般に情報トラックのピッチｐに等しく
ないため、トラック周方向にずらして各集光ビームが各
情報トラック中心上に位置するように設定する。

このとき中央に位置する主ビーム18に対して１系統の
集光ビーム（副ビームａ）17は先行し、他の１系統の集
光ビーム（副ビームｂ）19は主ビーム18に対して後続の
形をとることになる。したがって、情報トラック間のピ
ッチｐを密にしていくと、隣接する情報トラック上の記
録ピット16に各集光ビームの一部が照射されるため、再
生信号中にはクロストーク成分が増大することになる。

第６図には、３系統の集光ビームの主ビーム18から光
検出器21により読み出される再生信号（以下、主信号と
称す）からクロストーク成分を除去する従来の装置例を
示す。まずタイミング制御回路23により、予めディスク
に記録されたプリアンブル領域の先頭と終了位置を主信
号から検出する。次に、その領域時間だけスイッチ24に
よりリファレンス信号発生回路25から出力した参照信号
を誤差信号検出回路32へ出力する。各情報トラックを読
み出した光検出器20,21,22の出力は、独立に周波数可変
フィルタ26,27,28に入力され加算器29により加算され
る。加算された信号は判定器30によりデータ識別され判
定結果を出力する。プリアンブル領域で出力された参照
信号と判定器の出力が誤差信号検出回路32に入力され誤
差信号を出力する。ここでは予め決められた記録データ
領域（プリアンブル領域）を再生することで周波数特性
を制御するもので、記録データが既知であるため、誤差
信号検出回路32において再生信号と記録データとの差を
とることで誤差成分を抽出することになる。

この誤差信号が周波数可変フィルタ制御回路31へ入力
されて、後ほど述べるアルゴリズムによってタップ係数
が最適制御されクロストークを除去するものである。

以上のようにして主ビーム18から読み出される主信号
からクロストーク成分を除去することが可能となると同
時に、周波数可変フィルタの特性から符号間干渉成分も
除去することが可能となるものである。

次に、周波数可変フィルタのうち代表的なトランスバ
ーサルフィルタのタップ係数を調整することで周波数特
性を決定するアルゴリズムについて述べる。加算器29の
出力信号に含まれるクロストークや符号間干渉成分を最
小にするには、周波数可変フィルタ制御回路31におい
て、３系統の再生信号と誤差成分とがそれぞれ無相関と
なるようにトランスバーサルフィルタの周波数特性を制
御すればよい。そのための制御アルゴリズムとして、MS
E（Mean Square Error）法、MZF（Modified Zero Forci
ng）法等、多数のアルゴリズムが知られている。

一例として、MSE法について説明する。周波数可変フ
ィルタ制御回路31では、トランスバーサルフィルタの各
タップの信号と誤差成分との相関計算を行い、相関に比
例した微小量を各タップ係数から減ずるといった動作を
繰り返す。時刻ｊにおける各タップ係数を要素とするベ
クトルをＣ（ｊ）とすると、各タップの係数は、 Ｃ（ｊ＋１）＝Ｃ（ｊ）−αΣＥ（ｊ）Ｈ（ｊ） の関係式によって制御される。右辺の第２項が相関に比
例する。ここで、αは予め決められた正の定数である。
これによって、誤差信号と再生信号との相関は徐々に減
少することになる。また、簡便な方法として第２項のΣ
を省き更にＥ（ｊ）Ｈ（ｊ）の符号のみを用いる方法も
ある。この場合には、上式のＣ（ｊ）を与える回路は、
アップダウンカウンタ用い、Ｅ（ｊ）Ｈ（ｊ）の符号に
よって増減を切り替えることによって簡単に構成でき
る。

また、トランスバーサルフィルタおよび加算器の出力
は、A/D変換の際に決まるサンプル間隔で離散的に得ら
れる。このときのサンプル周波数を記録符号のビットレ
ートに等しくとることで、加算器の出力は符号系列とし
て直接取り扱うことが可能となる。しかし、副ビームa,
bによって再生された信号（以下副信号A,Bと称する）が
それ自身のクロックと異なるタイミングでサンプリング
された場合には、著しくクロストーク除去機能が低下す
る。例えば、副信号が“1,0,1,0,1,0,…”の繰り返しの
場合にはサンプリングが1/2クロックずれると、“1"と
“0"の中間の値しかとれず、クロストーク成分が取り出
せないことになる。これを回避する方法として、サンプ
ル周波数をビットレートの２倍にとりトランスバーサル
フィルタのタップ数を増やすことで、サンプリングずれ
による悪影響を防ぐ方法が知られている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述したように３系統の集光ビームを第５図に示すよ
うに隣接する情報トラック上に照射した場合を考える。
副ビームa,bによる読み出し信号を副信号A,Bとする。主
信号中に含まれるクロストーク成分と副信号A,Bとの間
の相互相関のピークは、情報トラック方向のビーク位置
の違いによる同一記録ピットの読み出し時間の差に相当
する時間τで現れる。すなわち、主信号中に含まれるク
ロストーク成分の内、副信号Ａをτ遅らせた成分と、副
信号Ｂをτ進ませた成分とが最も大きなものとなる。こ
こで、ディスクの線速度をＶとすると、遅延時間τは、 と表される。

そのため、原理的にクロストーク成分を除去するに
は、２τ以上の時間にわたるタップ数を有するトランス
バーサルフィルタが必要となる。そのため、クロストー
ク除去に寄与しない多数のタップが存在し、むだに乗算
器や相関器を多数必要とするといったハードウェアの増
大や経済性ばかりでなく、タップ係数の収束の速度にも
悪影響を与えることになるといった欠点を有する。

またサンプリングずれの影響を抑えるため前述したよ
うにサンプリング周波数を記録符号の２倍にとると、ビ
ットレートに等しい周波数でサンプリングする場合に比
べて、トランスバーサルフィルタのタップ数を倍必要と
し経済的でない。同時に、光ディスクのデータ転送レー
トは非常に高いため、倍の周波数でのサンプリングは高
速回路を必要とするなど負担が大きいといった欠点を有
する。

また、プリアンブル領域での周波数可変フィルタの最
適設定を行うため、記録ユーダ領域以外に余分な領域を
設定しなければならず、記録ユーザ容量の損失を招く欠
点を有している。

また、この方式は一つの情報トラックに重畳するクロ
ストークを除去するために、最低余分に２本の副ビーム
を要する。したがって、２本以上の情報トラックに並列
同時に記録再生するためには４本以上の光ビームが必要
となり、光ヘッドが複雑となり、部品点数が増大するこ
と、それにともなって、光検出器がアレイ化されるため
調整が複雑となることが挙げられ経済性が悪いといった
欠点がある。また、単純に３系統の集光ビームを用いる
場合にも、各集光ビームを３つの情報トラックの中心に
精度よく位置決めを行わなければならないといった欠点
もある。特に、ディスク半径方向に光ヘッドをポジショ
ナによって送る場合に、情報トラックの曲率の違いによ
り副ビームが情報トラックの中心からずれることにな
る。そのため、主ビームを中心として光束を回転させる
ことで位置決め制御を行わなければならないといった欠
点を有している。

本発明の目的は上記のごとき欠点を改善して、クロス
トークと符号間干渉の除去を、安定にしかも経済性よく
実現できる光ディスク記録再生装置を提供することにあ
る。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、複数の集光ビームにより情報ピット列を異
なる情報トラックに沿って並列同時に記録再生する光ヘ
ッドを用いた光ディスク記録再生装置において、 前記情報トラック毎に複数の集光ビームの周方向での
間隔とディスク線速とで決まる時間差の遅延時間とディ
スク回転に同期した信号とによりタイミング調整をとる
タイミング調整手段と、 前記情報トラック毎に一定期間分の情報を蓄積かつ読
み出す情報蓄積手段と、 前記情報蓄積手段の情報毎に独立に、信号の周波数特
性を可変できる波形等化手段と、 前記波形等化手段からの前記情報トラック毎の出力信
号を入力とし、前記情報トラック毎に隣接する情報トラ
ックに対応する出力信号を加算した結果を出力する加算
手段と、 前記加算手段の出力と予め設定する参照信号とから、
前記情報トラック毎に誤差信号を抽出する誤差抽出手段
と、 前記光ヘッドの再生信号出力および前記誤差抽出手段
の出力を入力とし、前記波形等化手段の周波数特性を独
立に制御する信号を出力する等化器制御手段とを有する
ことを特徴とする。

〔作用〕

本発明では、従来技術で述べたような３本の集光ビー
ムでクロストーク成分を除去し１本の再生信号を得る系
ではなく、複数の集光ビームにより複数の再生信号に含
まれるクロストーク成分を同時に除去し、複数の再生信
号を同時に得ることが可能である。このため複数のビー
ムを有する光ヘッドで複数の情報トラックを用いて同時
に並列記録再生が可能となり、高速データ転送が安定に
経済性良く実現可能である。

また、従来技術ではサンプルタイミングの微調整が難
しいが、本発明ではトランスバーサルフィルタのクロス
トーク除去に関与しないタップを省略することができフ
ィルタの回路規模を小型化できるとともに、トランスバ
ーサルフィルタの周波数特性を最適化するために要する
時間を低減できる。

また、各集光ビーム間の時間差を遅延回路により予め
調整するため、サンプル周波数を記録符号の２倍にとる
必要がなくなり、ビットレートに等しい周波数でサンプ
リングでき、安定してクロストーク除去が理想的に可能
となる。

また、プリアンブル領域などの余分な領域を設定する
必要がなく、適応的にタップ係数を決定しクロストーク
除去、符号間干渉除去が可能である。

〔実施例〕

第１図は本発明の光記録再生装置の一実施例を示すブ
ロック図である。この光ディスク記録再生装置は、半導
体レーザを光源とする２ビーム光ヘッド２で集光された
２つのビームスポットをディスク媒体１の２つの隣接す
る情報トラックに位置決めし同時に記録再生する光ディ
スク装置であって、記録再生するビデオ情報などのシー
ケンシャルな情報を記録再生する光ディスク装置を例に
示す。この装置例では、装置動作を決めるクロックはマ
スタクロックを１本だけ有するものとする。そこで、ク
ロック抽出回路12は２本の集光ビームに対応する２つの
光検出器からの再生信号の内どちらか一方を入力として
再生時の装置動作のクロックを抽出する。クロック抽出
回路12の例としては、従来技術で述べた再生信号のピー
ク位置を検出する方法にPLL回路構成を組合せることで
安定に抽出できる。

第２図には光ディスク上での２本の集光ビームa,bと
記録ピット16の列との位置関係を示す。同時に、ディス
ク一周後の時間における集光ビームとの位置関係も図に
示している。記録時にはこの２本の隣接する集光ビーム
を用いマスタクロックに従い、並列同時記録を行う。２
本の集光ビームは記録時の熱干渉が起きない程度に距離
だけ離れて配置されるため、記録には問題が起きない。

一方再生時は、２つの再生信号がそれぞれクロック抽
出回路12からのクロックで、A/D変換器3_a,3_bによりディ
ジタル化される。ディジタル化された各再生信号は、ス
イッチ4_a,4_bを経てFIFO（高速書き込み読み出しメモ
リ）などの半導体メモリによる情報蓄積手段によって、
そのメモリ容量分だけ逐次蓄積されるものとする。この
とき、メモリ容量としては、例えばディスク一周分の情
報が蓄えられるメモリを各集光ビームに対して２つ設け
る。この逐次蓄積された情報には、隣接する情報トラッ
クから重畳されるクロストーク成分が含まれている。

本実施例では情報蓄積手段として、集光ビームａに対
し２つのFIFO5_a1,5_a2を、集光ビームｂに対し２つのFIF
O5_b1,5_b2を設ける。

ここで、まず情報トラックTB₀に照射される集光ビー
ムｂに関してクロストーク除去の方法を説明する。この
とき情報トラックTB₀に隣接する情報トラックTA₀に集光
ビームａが集光されており、ディスク回転一周時間後T_d
にはトラック半径方向線上でほぼ同一の場所に位置する
ことになる。この集光ビームｂと集光ビームａとの距離
は常に固定のため、先行する集光ビームａとｂとの遅延
時間τは固定である。そこで、A/D変換されFIFOにより
蓄積された信号はタイミング調整回路13により上述の遅
延時間τだけ遅延させると同時に、例えばディスク回転
に同期したディスクインデックスによりタイミングが調
整される。すなわち集光ビームａで再生された信号は、
τだけ集光ビームｂに比し遅延されることになる。この
とき、再生時に生ずるクロストークの相関が最大とな
り、クロストークキャンセルの効果が最大に発揮される
ことになる。

集光ビームａで読み出しされ、FIFO5_a1に蓄積される
信号は、集光ビームｂにクロストークとして重畳する信
号である。また、この集光ビームａはディスク回転一周
時間T_d後には、ディスク一周前に集光ビームｂにクロス
トークとして重畳した信号を読み出しFIFO9_a2に蓄積さ
れる。したがって、情報トラックTB₀を読み出しFIFO5_b1
に蓄積した信号と前述のFIFO5_a1,FIFO9_a2とからクロス
トーク成分を除去することができる。

すなわち、FIFO5_a1から読み取られる情報とFIFO5_b1か
ら読み取られる情報とFIFO9_a2との３つの信号から前述
したようにタイミング調整を行い、クロストーク除去と
符号間干渉除去を行うことができる。

ここで、FIFOは各集光ビームに対応して、例えば２ト
ラック分の情報量を蓄積できるFIFOを有することにな
る。すなわち、集光ビームで読み出した信号を逐次蓄積
すると同時に一周前の情報を読み出す必要があるためで
あり、簡単には例えば各集光ビームに対し２つのFIFOを
有すればよいことになる。

FIFOから読み出される信号を入力として２系統で独立
に、信号の周波数特性を可変できる波形等化器である可
変フィルタ回路を設置する。可変フィルタ回路は、一方
の系統では可変フィルタ6_a,10_a,11_aより成り、他方の系
統では可変フィルタ6_b,10_b,11_bより成る。

第３図には、この可変フィルタのブロック図を示す。
可変フィルタは、波形等化器として代表的なトランスバ
ーサルフィルタ40と、フィルタ制御回路41とから構成さ
れる。

第４図にはトランスバーサルフィルタの７タップの例
を示す。ここでZ^-1は遅延素子を意味する。また、C₀,
C₁,…,C₆は乗算器の係数（タップ係数）を意味してお
り、演算結果はそれぞれ加算器によって加算される。そ
れぞれのタップの計算にかかる遅れ時間は、遅延素子に
よって吸収できる時間内に演算を終える。

この可変フィルタからの各出力信号を入力として、読
み出したい情報トラックTB₀に対応したFIFO出力信号
と、この情報トラックTB₀に隣接する情報トラックTA₀,T
A₁に対応する可変フィルタの出力信号とを加算した結果
を出力する加算器7_a,7_bを設置する。加算器は、例えば
通常のディジタル加算器により構成される。

加算器7_a,7_bから出力された信号は、誤差抽出回路8_a,
8_bによって予め設定した判定レベルで正しいデータを推
定され、その推定信号と加算出力との差をとることで誤
差成分を出力する。

具体的には予め２値データの参照信号として“1",
“0"に対応して２つの基準レベルを設け、入力信号の値
に近いレベルの方を再生データの推定値とし再生データ
出力とし、同時に入力信号との差を誤差成分として出力
することになる。

出力された誤差成分は可変フィルタのフィルタ制御回
路41に入力され、A/D変換出力の信号との相関計算を行
い無相関になるように可変フィルタのタップ係数を前述
したアルゴリズムによって制御する。その結果として、
隣接するトラックTA₀,TA₁からのクロストークを除去す
ることが可能となる。またトランスバーサルフィルタで
は、記録ピット間の符号間干渉も除去することになる。

一方、同時に情報トラックTAの信号からクロストーク
成分を除去するときには上述したことと同様に、隣接す
る情報トラックTBの情報を蓄積したFIFOからの信号を用
いてクロストークと符号間干渉を除去することになる。

以上の実施例では波形等化器にトランスバーサルフィ
ルタを例に示したが、その他のディジタルフィルタやア
ナログフィルタによっても同様な効果を得ることが可能
である。

また以上の実施例では、適応的にクロストークと符号
間干渉を除去する光記録再生装置を２値データのみを例
に示したが、多値信号検出系として種々の方法例えばパ
ーシャルレスポンス符号を用いることも可能である。そ
のときには、トランスバーサルフィルタを含む信号処理
系にＮ元のモジュロ加算回路を用いることで対処可能で
ある。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明の光記録再生装置は、複数
の集光ビームによる光ヘッドを用いて並列同時記録およ
びクロストーク除去による並列同時再生が可能で、大容
量化とともに高速データ転送が実現できる。すなわち、
例えば２本の情報トラックを用いて並列同時記録再生を
行うため、クロストーク除去に要する集光ビームの数を
従来に比べ、２分の１の２本の集光ビームで実現でき
る。

また、必要に応じてプリアンブル領域を設定すること
も可能であるが、製品化された光ディスク装置との互換
性を保つため、余分な領域を設定しなくても情報データ
自身からクロストーク除去が可能である。

また、同時に符号間干渉が除去できることで情報の線
記録密度を従来の数倍以上に増加できると共に、情報の
転送レートを向上させることができ、光磁気ディスクの
応用範囲を拡大可能である。

また、トランスバーサルフィルタは適応的に制御され
るため、記録再生条件が変化する場合、例えば回転数一
定の光ディスクなどで半径方向に移動した場合などにも
問題なくクロストークを除去することが可能となる。

また、本発明によれば光ディスク媒体や光ヘッド系の
特性ばらつき、経時変化などによる再生特性の劣化を適
応的に補償することが可能となるため、常に安定で高品
質の記録再生が可能となる。

なお本発明では、光ディスクと一般的な呼称で説明し
たが、もちろん再生専用型，追記型，相変化型などの反
射率変化型媒体や光磁気ディスクを用いた光ディスク系
でも同様にクロストークや符号間干渉を除去することが
可能となり、種々の光ディスクの大容量化に寄与でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の光ディスク記録再生装置の一実施例を
示すブロック図、 第２図は光ディスク上での集光ビームと記録ピットとの
位置関係を説明する図、 第３図は第１図の実施例の可変フィルタのブロック図、 第４図は第３図のトランスバーサルフィルタのブロック
図、 第５図は従来技術において光ディスク上での集光ビーム
と記録ピットとの位置関係を説明する図、 第６図は３ビーム光ヘッドを用いた従来の記録再生装置
を説明するための図である。 １……光ディスク媒体 ２……２ビーム光ヘッド ３……A/D変換器 ４……スイッチ 5,9……FIFO 6,10,11……可変フィルタ ７……加算器 ８……誤差抽出回路 15……情報トラック中心 16……記録ピット 17,18,19……集光ビーム 20,21,22……光検出器 24……スイッチ 25……リファレンス信号発生回路 26,27,28……周波数可変フィルタ 29……加算器 30……判定器 31……周波数可変フィルタ制御回路 32……誤差信号検出回路 40……トランスバーサルフィルタ 41……フィルタ制御回路

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の集光ビームにより情報ピット列を異
   なる情報トラックに沿って並列同時に記録再生する光ヘ
   ッドを用いた光ディスク記録再生装置において、 前記情報トラック毎に複数の集光ビームの周方向での間
   隔とディスク線速で決まる時間差の遅延時間とディスク
   回転に同期した信号とによりタイミング調整をとるタイ
   ミング調整手段と、 前記情報トラック毎に一定期間分の情報を蓄積かつ読み
   出す情報蓄積手段と、 前記情報蓄積手段の情報毎に独立に、信号の周波数特性
   を可変できる波形等化手段と、 前記波形等化手段からの前記情報トラック毎の出力信号
   を入力とし、前記情報トラック毎に隣接する情報トラッ
   クに対応する出力信号を加算した結果を出力する加算手
   段と、 前記加算手段の出力と予め設定する参照信号とから、前
   記情報トラック毎に誤差信号を抽出する誤差抽出手段
   と、 前記光ヘッドの再生信号出力および前記誤差抽出手段の
   出力を入力とし、前記波形等化手段の周波数特性を独立
   に制御する信号を出力する等化器制御手段とを有するこ
   とを特徴とする光ディスク記録再生装置。