JP2634827B2 - 光ディスクの多値記録再生方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光ディスクの記録再生方法において、記録
ピットの信号レベルを２値以上の値に制御する光ディス
クの多値記録再生方法に関する。

〔従来の技術〕

光ディスクの多値記録方式に関する従来技術として、
特開昭61−194679,特開昭61−211835がある。これらの
従来方式では、光照射エネルギーに対して再生信号のレ
ベルが線形な関係にあることが条件となっており、しか
も、記録媒体材料は追記形記録材料であり、記録を消去
できないものであった。消去可能な、いわゆる書き換え
形光ディスクに用いる、記録材料は一般的に記録時の光
照射エネルギーに対して再生信号のレベルは比例関係に
なく非線形となり、さらに、記録特性が、レーザパワ
ー、線速度、パルス幅によって変化する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術では、記録特性の非線形性の点や記録特
性がレーザパワー等によって変化する点について配慮さ
れておらず、消去可能な記録材料を用いる場合には入力
多値信号に対して比例関係にある安定な再生信号レベル
を得ることができなかった。

本発明の目的は、消去可能な記録材料を用いる場合に
も、記録特性の非線形性、記録特性の変化によらず、記
録時の多値レベルと再生信号のレベルとの問で比例関係
が成立し、かつ安定に再生出来る光ディスクの多値記録
再生方法を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、予め設定された例えば第７図記載のごと
き階段状波形のテストパターンを持つ信号を光ディスク
面上に記録し、この設定テストパターンに対応する再生
信号を正確に検出し、この検出結果である再生テストパ
ターンを上記設定テストパターンと比較し、この比較結
果となる上記両テストパターンが正確に一致するように
変調回路４を制御してレーザ光の記録パワー又は記録パ
ルス幅を設定することにより、記録条件を最適化して達
成される。

〔作用〕

予め設定されたパターン信号と、その検出再生信号レ
ベルとを比較することで記録特性の非線形性および変化
を知ることができ、したがって、上記比較結果で変調回
路４を制御し、記録条件となる記録レーザパワー又は記
録パルス幅等記録レーザの発光条件を制御することによ
り最適記録条件に設定する方式とすることによって、再
生信号の多値レベルを安定化することができる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面により説明する。

第１図は実施例のブロック構成図であり、光ディスク
１上には、情報を記録する領域に、レーザ光スポットを
導いて情報を記録すると共に、記録された情報を読み出
すための案内溝が作成されている。この案内溝として
は、特開昭49−113601に開示されているプリグループ、
特許第1189843号に開示されているプリピット列からな
る案内溝、特開昭58−185046に開示されているプリピッ
ト列からなるものなどがある。これらの案内溝上には、
第３図にn,n＋1,n＋2,……として示す情報の区切れであ
るブロック単位（一般にセクタと呼ばれている）に分割
され、各セクタの位置を示すアドレス情報が記録され、
データ情報は第３図にDATAとして示すデータ領域に光学
的に識別可能な多値レベルの形で記録される。その記録
方法は、記録光学系２内のレーザ光源から出た光束を微
小スポットに絞ってディスク面上の案内溝に沿って制御
する、良く知られたトラッキング、焦点合せ制御を行
う。

次に、本実施例におけるテストパターンの発生とその
記録について述べる。案内溝から読み出した情報信号を
再生回路７に入力し、ここで既知のアナログ的な信号処
理を行い、データ処理に最適な振幅レベル、帯域とす
る。この処理された信号を用いて、プリフォーマット化
されたID部を検出し、データ処理のために必要となるク
ロックをタイミング発生回路８から得る。得られたタイ
ミング情報を用いて、テストパターン発生回路９によ
り、セクタ内のID部の直後、データ部の直前に位置する
Pre Ambleの部分に相当するタイミングで、予め設定さ
れたテストパターンを発生し、これを変調回路４に入力
して変調し、この信号を記録回路３に入力して、記録光
学系２内のレーザ光源を駆動制御する。

データの記録は、第２図に一例を示すように、実線の
プリピットの間に点線のような丸ピットの形状で行わ
れ、再生信号は各ピットの反射率が段階的に変化してい
る多値レベルをとるようにしている。第２図の下段に示
す図において、プリピットからの信号を実線、多値レベ
ルを示すデータピット（点線の丸ピット）からの信号を
点線とし、各ピットがとり得るあらゆるレベルの組み合
わせを示すと図とようなアイパターンとなる。

上記記録された設定テストパターンの再生は次のよう
に行われる。記録光学系２によって記録されたピットは
再生光学系10によって読み出され、再生回路11によって
アナログ的な処理が行われ、タイミング発生回路12によ
って、ID部分の検出からクロックを検出し、このタイミ
ング情報を用いて、Pre Ambleに記録されたテストパタ
ーンの再生信号を、再生回路11からデータ処理回路13に
取り込んで、ここで増幅波形整形等の信号処理を行うこ
とによってテストパターンが再生される。

データ処理回路13から出力される再生テストパターン
と、テストパターン発生回路９から発生する設定テスト
パターンとを判定回路14により比較判定して、この比較
結果に応じて、変調回路４を制御する信号を判定回路14
から出力させる。すなわち、変調回路４は、判定回路14
からの制御信号により、記録時の上記設定テストパター
ンと再生テストパターンとが正確に一致するように変調
回路４を制御し、これにより、消去可能な記録媒体の光
ディスクで、記録特性が非線形性であったり、記録特性
がレーザパワー等で変化したりする場合にも、常に安定
なレベルの多値記録とすることができるようになる。

記録再生の光学系として、第４図に示すようなスポッ
トの関係を持つ光学系が一つの実施例として提案され
る。すなわち、記録光学系によって作成された記録スポ
ットの矢印で示す記録方向に対して直後に、再生チェッ
ク用のスポットを配置する。

第５図に示した各部信号のタイミングチャートについ
て説明する。第５図（ａ）に示すようなセクタ構造にお
いて、SM部を図（ｂ）のように検出し、プリピットから
の信号（ｄ）を検出して、PLL回路によってプリピット
に位相同期した信号（ｅ）として、クロックを作成す
る。このクロックを用いて上記設定テストパターンを発
生し、変調回路４出力後の波形が（ｆ）のように階段波
形になるようにして、記録回路３により記録光学系２内
のレーザ光源を駆動し、光ディスク１上に上記設定テス
トパターンを記録する。

記録されたテストパターンを含む再生信号は（ｇ）の
ようになり、SM部、ID部の直後にPre Ambleが配置され
る。この再生信号は再生光学系10から再生回路11を介し
て得られ、SM部を示すSMマーク信号（ｈ）が、図（ｂ）
で示したSMマークに比較して、記録スポットと再生チェ
ックスポットの時間差の分だけ遅れて、タイミング発生
回路12によって検出され、かつプリピットの部分からク
ロックを発生する。

Pre Amble部に記録されている設定テストパターンの
多値記録信号と上記プリピット信号の詳細は図（ｉ）の
ようになり、上記プリピットからの再生信号は図（ｊ）
のようになり、これからPLL回路を用いてクロックを作
成する。クロック信号と再生信号をデータ処理回路13に
入力して、クロック信号を用いて、テストパターンの多
値レベルを図（ｋ）のようにサンプルし、プリピット部
分をとり除く。テストパターンの再生信号をサンプルし
たものと、テストパターン発生回路９から発生されたテ
ストパターンとを判定回路14に入力し、ここで両テスト
パターンを比較判定し、この比較結果に応じて、変調回
路４を制御する信号を出力する。

各部の動作について、第６図〜第10図を用いて、さら
に詳細に説明する。まず、テストパターン発生回路９は
次のように動作する。記録光学系２からの信号を再生回
路７を介してタイミング発生回路８に入力する。タイミ
ング発生回路８では、第３図に示すようなデータ部の先
頭にあるSMマークを検出し、これをもとにIDデータの認
識を行い、記録するセクタを選択する。この方法につい
ては、例えば特開昭58−169337及び特開昭58−169341に
詳しい。さらに、プリピットマークからクロックを発生
させる。この方法については特許第1189843号に詳しい
ので、ここでは省略する。

第６図に示す詳細構成図の論理回路20にSMマークのタ
イミングとクロックを入力し、ここでPre Ambleに記録
するテストパターンの記録タイミングを発生するパルス
を発生する。これをアップカウンタ21に入力し、カウン
タ出力をROM22のアドレス入力とする。ROM22の中には、
アドレスとデータの関係として、第７図に示すようなア
ドレスRAの増加に比例した値を持つデータRDが記録され
ている。ROM22から読み出したデータRDを、テストパタ
ーンか符号化されたデータなのかを選択する切換え回路
23を介してD/A変換機24に入力し、アナログ信号として
記録回路３に送出する。このようにすると第５図（ｆ）
のような記録信号が生じる。

次に上記のようにして記録されたテストパターンを用
いて変調回路４を制御する動作について述べる。再生回
路11から得られた再生信号〔第５図（ｉ）〕をサンプル
ホールド回路25に入力し、テストパターンの部分のみを
抜き出す。サンプルホールドのタイミングとしては、テ
ストパターン発生時に述べたテストパターンの記録タイ
ミングを示すパルスを使用する。そのタイミング信号
は、再生光学系の再生信号をタイミング発生回路12から
発生したSMマーク及びクロックを論理回路20に入力して
発生させる。したがって、論理回路20には、記録光学系
からの信号と、再生光学系からの信号とを切り換える機
能を持たせてある。

サンプルホールド回路25の出力〔第５図（ｋ）〕をA/
D変換機26に送ってディジタル信号に変換する。この値
を例えばＹ（ｉ）（ｉは前記サンプル点に記録されたテ
ストパターンの順番に対応する）とする。一方、テスト
パターンとデータに従って記録されたピットからの反射
光として望ましい信号（変調入力に対応して反射光量は
線形の関係がある）を（ｉ）として、（ｉ）をROM2
7の中に記憶しておき、アップカウンタ21から発生され
るアドレスに従って第８図点線のように読み出す。ま
た、ROM22の中に記憶されたパターン発生信号をＸ
（ｉ）とする。これらの信号（ｉ）,X（ｉ）,Y（ｉ）
から変調回路４の特性を決定する信号Ｚ（ｉ）を以下の
ように作製する。

一つの方法として、ハードウェアによりＺ（ｉ）を作
る方法がある。ここで、ディスクの記録特性はＹ（ｉ）
/X（ｉ）となり、また変調回路の特性はＺ（ｉ）/X
（ｉ）となり、Ｘ（ｉ）の記録データに対して、
（ｉ）の再生特性が得られれば良いことから の関係が成立する必要がある。

これから、ε（ｉ）＝（ｉ）−Ｙ（ｉ）として、ε
（ｉ）がＸ（ｉ）に比較して小さいとすると となる。上記の式をハードウェアで実現すると、ROM22
から読み出されたデータＸ（ｉ）を掛算回路28により２
倍化し、これを加減算回路29の加算端子に入力し、一
方、Ｙ（ｉ）を掛算回路36の一方に入力し、その他方に
はROM27から読み出されるＸ（ｉ）／（ｉ）の値を入
力し、この掛算結果の値を加減算回路29の減算端子に入
力することによって、加減算回路29の出力端子からＺ
（ｉ）が得られる。このＺ（ｉ）はデータの入力レベル
を等間隔にサンプルし、その離散値に順番に対応したレ
ベルを発生する特性である。これを変調回路４に取り込
むために、アップカウンタ21によって制御されるアドレ
ス（上記ｉに対応する）に従ってRAM30の中にＺ（ｉ）
を記録していく。変調回路４では、第９図のように多値
レベルL1〜L4の間の値をとるデータ16をRAM30のアドレ
スに入力し、レベルL1〜L4に対応するＺ（ｉ）のレベル
を切換え回路23を介してD/A変換機24に入力する。このD
/A変換機24の出力アナログ信号が変調回路４の出力とな
り、記録回路３に送出されて、記録光学系２内のレーザ
光源を駆動する。

以上は信号Ｚ（ｉ）をハードウェアで作製する場合を
示したが、第10図に示すように、マイクロコンピュータ
（以下CPUと書く）31を用いてソフトウェアにより作製
することもできる。この場合には、テストパターン発生
回路９からのタイミングに従って、データ処理回路13か
らの反射光量信号Ｘ（ｉ）をCPU31にとり込み、この信
号を用いてＺ（ｉ）を作り出し、多値レベルに対応した
変調レベルを、変調回路４内の各多値レベルに対応した
レジスタ32〜34に設定する。変調回路の特性としては記
録特性の逆特性が必要となるが、これをCPU31の中で演
算し、Ｚ（ｉ）を求めることができる。例えば、記録特
性はパワーに対しては指数関数的に変化することが予想
されるので、Ｙ（ｉ）を指数関数にカーブフィットし、
その指数関数としての特徴パラメータを求め、この逆特
性を算出して、上記多値レベルに対応したＺ（ｉ）を求
めることができる。変調回路としては、各多値レベルに
対応したＺ（ｉ）のレベルを示すレジスタ32〜34をセレ
クタ35に結合し、多値のレベルを持ったデータ16によっ
て、セレクタ35に入力されたレジスタの値を選択する。

このようにして、変調回路４が記録媒体の記録特性に
応じて最適に調整された後に、データ発生部５からデー
タを送り、符号化回路６を介して変調回路４に入力し
て、データがセクタのデータ部に記録される。

多値レベルを記録できる記録媒体としては、一つの実
施例として、相変化型記録膜がある。この例として、
「第34回応用物理学会関係連合講演会予稿集、28a−ZL
−5,28a−ZL−６」に記載されたものがある。これは、
結晶質（反射率低）から非晶質（反射率高）への相変化
を利用するものであり、結晶質へはアニーリングを行う
ことによって変化し、非晶質へは熱を加えて急冷するこ
とによって変化する。この熱の与え方と冷し方によっ
て、結晶質から非晶質の間で中間状態（すなわち、結晶
質と非晶質とが混在する状態）があり、反射率としては
種々の値をとり得る。一例として、結晶率20％，非晶質
60％のものを作ることができる。また、熱の与え方と冷
し方の一例として、短形パルスで記録する場合、照射時
間と照射パワーを変化させると、反射率は第11図のよう
になり、ピークパワーによってその振舞いが異なる。一
つの設定パルス幅をとって、ピークパワーを変化させた
場合の反射率の変化を求めると第12図のようになる。こ
の図から明らかなように、、パワーと反射率とは線形の
関係にはない。

第12図から第５図（ｆ）のように階段状にパワーを変
化させ、その反射光量を再生信号として検出すると、各
パワーに対して第12図の丸印の点が得られる。判定回路
14では、第12図の矢印に示すような反射率レベルが必要
であるので、第12図のような曲線から、各レベルに対応
する記録パワーを算出し、変調回路４に設定しなおす。
このとき、各レベルに対応する記録パワーを算出する方
法として、丸印間を直線で結ぶ折線近似を用いても良い
し、相変化記録膜の特性として第12図の曲線は指数関数
で近似できるので、この近似式を用いても良い。

これまでの実施例では変調回路で多値レベルを記録す
るのに記録パワーを制御していたが、第11図から判るよ
うに記録パワーを一定にしてパルス幅（すなわち、照射
時間）を制御しても良い。このためには、変調回路とし
て使用しているD/A変換機の代りに第13図に示すように
ダウンカウンタ40を用いて、このデータセット端子に切
換え回路23からの出力データを入力し、特定のクロック
でカウントダウンを行い、ダウンカウンタ40が零になっ
た時に発生するボロー出力でF/F（フリップロップ）41
をリセットする。このF/F41のセット信号としては多値
データ16を送出したタイミング信号（図示せず）を符号
化回路６から与える。このようにすると、照射時間によ
っても多値レベルを制御することができる。

以上の実施例では記録ビームは真円ビームであった
が、他に、アニーリングを効果的に行うために、従来か
ら第14図（ａ），（ｂ）のような構成のビームが提案さ
れている。図（ａ）はビーム形成としてA/O（音響／光
学）偏向器を用いるもので、特開昭60−47242に詳し
い、また、図（ｂ）はシリンドリカルレンズを用いるも
のであり、特開昭58−58734及び特開昭59−71140に詳し
い。このような構成とすると、第11図において、記録さ
れる点から見たときの照射時間が長くなり、ピークパワ
ーの変化に対しても容易に結晶化し、レベルの制御性能
が上げられる。図（ｃ）は、再生光学系による再生チェ
ックビームの後にさらに記録補正用のビームを設け、再
生チェックで適正レベルでないと判った場合には、さら
にこのビームで記録レベルを制御する機能を持たせたも
のである。

相変化の記録膜は結晶質の状態から照射パルスによっ
てアニールを繰り返すと、その繰り返し回数によって、
非晶質状態の割合が多くなり、繰り返しの回数によって
反射率が高くなる性質げある。したがって、照射パワー
を制御する代りに、照射回数を制御しても良い、照射回
数を制御する方法として、以下に述べるような方法が提
案される。第15図に示すように複数のスポットをディス
ク面上に作製する。この作製方法としてはアレイレーザ
が使用できる。このアレイレーザのそれぞれのレーザを
独立に変調する。例えば第15図の４スポット50,51,52,5
3を用いる場合には、まずスポット50でテストパターン
をピット53として記録した後、次に通過するスポット51
によってさらにピット53の位置にレーザ光を重ねて照射
し、さらに次に通過するスポット52によってさらにピッ
ト53の位置にレーザ光を重ねて照射する。最後に通過す
るスポット61によって、記録ピットをレベルをチェック
する。このようにすると、３レベルを記録する場合にL1
のレベルを記録するときはスポット50のみを照射し、L2
をレベルのときはスポット50を照射した後にスポット51
を照射し、スポット52は発光させないとし、L3のレベル
のときは３つのレーザを同一ピット照射位置で発光させ
る。このときのそれぞれの発光パワーを前の実施例で述
べたような学習機能によって決める。この方法は、プリ
ピットからクロックを発生させ、データ記録のタイミン
グをこのクロックから作り出すことができる方式によっ
て適用可能となる。３値レベルでもスポット数はこれに
限ることなく、多数でも、少数でも良い。また、他の多
値レベルにも対応できる。ただし、多値レベルとスポッ
ト数は対応する方が制御する上では好適である。また、
第14図（ｃ）のスポット構成を用いて、両者を併用して
も良い。

上述の実施例ではテストパターンを用いているが、１
つのセクタに記録されるべきデータをテストパターンを
代りに用いて、１つのセクタのデータ部の期間で変調回
路４を設定する制御信号を発生させても良い。また、実
施例では、記録光学系、再生光学系は別々に示したが、
１回転待って、テストパターン又は記録データを読み出
して、変調回路４を制御することにすれば、記録と再生
の光学系は同一のもので良い。

〔発明の効果〕

本発明によれば、光照射エネルギーに対して再生信号
のレベルが非線形となる、消去可能な記録材料を用いる
光ディスクにおいて、多値記録の記録再生レベルを安定
化させることができ、従来の２値記録に比較して高密度
化できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のブロック構成図、第２図は
プリピットとデータピットの配置と再生信号を示す図、
第３図は光ディスクのセクタの内容を示す図、第４図は
記録再生光学系のスポット関係を示す図、第５図は第１
図中の各部信号の波形及びタイムチャート、第６図は変
調回路の詳細動作説明用のブロック構成図、第７図，第
８図，第９図は変調回路を制御する信号Ｚ（ｉ）をハー
ドウェアで作製する説明図、第10図は変調回路の制御を
ソフトウェアで行う場合の説明図、第11図，第12図は光
照射エネルギーに対して媒体の反射率が非線形であるこ
とを示す関係特性図、第13図はパルス幅（照射時間）を
制御して多値記録する構成図、第14図は記録スポットの
各種例を示す図、第15図は光照射回数を制御して多値記
録する説明図である。 符号の説明 １……光ディスク ２……記録光学系 ４……変調回路 8,12……タイミング発生回路 10……再生光学系 13……データ処理回路 14……判定回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 寺尾 元康 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 尾島 正啓 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (56)参考文献 特開 昭61−194679（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−211835（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】レーザ光を微小スポットに絞って記録媒体
   ディスク面に照射して記録ピットを形成して記録し、該
   記録ピットからデータ信号を再生する光ディスク記録再
   生方法において、２値化データを多値信号に変換する変
   調回路と、その出力信号に応じてレーザ光を照射して記
   録を行う記録光学系と、記録されたデータピツトを検
   出、再生する再生光学系と、その出力信号をデータ処理
   する処理回路とを備え、記録媒体の記録特性を測定する
   ための既知の設定テストパターン信号発生部と、上記設
   定テストパターン信号を上記変調回路、記録光学系を通
   して記録媒体上に記録し、この記録された設定パターン
   信号を再生し、この再生テストパターン信号からタイミ
   ングを抽出し、このタイミング信号により上記設定テス
   トパターン発生の動作を開始するテストパターン信号発
   生回路と、一方、再生された上記テストパターン信号発
   生回路からの信号出力と、上記再生されたテストパター
   ン信号とを比較する判定回路とを有し、上記判定回路出
   力により得られた上記設定テストパターン信号と上記再
   生されたテストパターン信号とを一致させるように上記
   変調回路において半導体レーザの発光条件、すなわち記
   録パワー及び記録パルス幅を制御することを特徴とする
   光ディスクの多値記録再生方法。
2. 【請求項２】前記設定テストパターン信号に対応する再
   生信号の検出は、設定テストパターン信号に応じてディ
   スク面に記録されたデータピットを前記再生光学系によ
   り検出し、検出された信号を再生する再生回路の出力か
   らタイミング情報を取り出し、このタイミング情報と上
   記再生回路出力から上記出力信号を処理する処理回路で
   行うものであることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の光ディスクの多値記録再生方法。