JP3719394B2 - 光ディスク媒体、光ディスク記録／再生装置及び方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばコンパクトディスク（ＣＤ）またはディジタルビデオディスク（ＤＶＤ）等のような光ディスク媒体、または光ディスク媒体に対するディジタル情報の記録や再生を行なう光ディスク記録／再生装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＤやＤＶＤに代表される従来の光ディスクでは、光学的に検出可能なピットやマークを媒体に形成することにより情報を記録し、これらのピットまたはマークを光学的手段により検出することにより情報を再生している。
そして、従来の光ディスクにおいて記録されたピットやマークは、光ピックアップにより電気信号として読み出され、その波形が判定回路により１または０の２値情報に判定された後、出力される。
すなわち、光ピックアップからは「アイパターン」と呼ばれる繰り返し波形が検出され、この波形を所定の閾値と比較することにより、２値の情報として復号し、元のディジタル情報に復元している。
【０００３】
また、このような従来からの再生方法においては、再生に用いるレーザ光線の波長と対物レンズの開口数（ＮＡ）により、検出できる信号の細かさ（空間周波数）の上限が定まる。
すなわち、記録された信号がより細かくなるに従い、再生信号の振幅が低下し、やがて上限の空間周波数に達すると、全く検出できなくなってしまう。このような空間周波数特性の変化は、一般にＭＴＦ（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）と呼ばれる。
一例として、ＤＶＤで使用される光ピックアップのＭＴＦ特性を図１１に示す。なお、図１１の縦軸は再生信号の振幅（ゲイン）を示し、横軸は空間周波数を示している。
この図１１より明らかなように、ＤＶＤでは、およそ１ｍｍあたり１７００本程度の空間周波数までを検出することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の光ディスク記録方法においては、上述のようなＭＴＦの上限値により光ディスク上に記録できる細かさが制限される。この結果として光ディスクの記録密度が定まってしまうものであった。
そのため、これまで提案されている光ディスクの高密度記録は、このようなＭＴＦの限界を高めるものが多かった。すなわち、レーザの波長をより短くする、あるいはＮＡを高くするものである。
【０００５】
これらの結果、ＭＴＦの限界周波数をより高くすることができるので、記録密度を高めることができる。
しかし、レーザの波長は４００ｎｍ程度が限界であり、これ以上波長を短くすると、プラスティックの基板を光が透過しなくなってしまう。
また、ＮＡを高めると、光ディスク表面と対物レンズの間隔を短くすることが必要となり、ディスク表面にゴミがついていた場合などにデータの読み取りが不確実になるという問題がある。
【０００６】
また、情報を１か０かという２値で記録するのではなく、多値の情報として記録する多値記録も提案されている。
例えば特開昭６１−９４２４４号公報においては、光照射により穴を形成する記録層を有する記録媒体上の同一個所に情報内容によりビーム数を変えて照射し、異なる深さの穴を形成し、多値の情報を記録することにより、記録容量の増量を可能にする。
すなわち、この発明においては、同一個所で照射するビームスポツトの回数を変えることで、穴の深さを段階的に変化させることにより、多値記録を実現するものである。
【０００７】
また、特開平２−３１３２９号公報に開示された情報記録装置は、光ビームのパワーを複数段階に変調し、相変化記録媒体を複数段階に相変化させ、情報を多段階の多値信号として記録する。
また、特開平４−３８０８８号公報においては、金属錯体における配位環境を変化させることにより、多値情報を記録する。この発明においては、代表的な例として８面体配位を使った場合に最大６通りの変化を使って最大６つまでの多値記録が可能であるとしている。
【０００８】
しかしながら、以上述べたような多値記録（多段階記録）を適用した場合には、媒体の信号対雑音比（ＳＮＲ）を高めなければならないという問題がある。
また、多値記録においては記録信号の直流成分の除去ができないため、再生信号のレベルが全体的に上昇、あるいは下降した場合に、本来とは異なる別の情報に復号されてしまい、エラーレートが大幅に悪化するという問題点も知られている。
【０００９】
ところで、図１１に示したＭＴＦでは横軸を周波数としている。そして、電気信号を扱う場合に用いる周波数は必ず正の値を取るものである。
しかし、光学的な分解能に関しては、正の空間周波数と負の空間周波数が存在する。すなわち図１２に示すように、正の空間周波数領域だけでなく、実際には負の空間周波数領域が存在している。このような正負の空間周波数領域を光の回折として説明すると、ディスクの回転に対して前向きに回折する光と、後ろ向きに回折する光に相当している。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、図１１に示したＭＴＦを正の周波数領域と負の周波数領域に分離して使うことにより、有効利用できる周波数帯域を実質的に２倍に増大させることができ、記録密度を高めることができる光ディスク媒体、光ディスク記録／再生装置及び方法を提供することにある。
すなわち、本発明では、対物レンズのＮＡを高めたり、波長を短くしたりする必要がなく、また、現在使っている光ピックアップおよび光ディスク製造技術を殆ど変えることなく、高密度化することが可能となり、また多値記録を行った場合に比較して、より低いＳＮＲで高い密度の記録を可能とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明による光ディスク媒体は、前記目的を達成するため、ディジタル情報が同心円状またはスパイラル状のトラックを形成するように記録された光ディスク媒体であって、前記ディジタル情報は前記トラックの進行方向に対して前向きに反射または回折する光線と前記トラックの進行方向に対して後ろ向きに反射または回折する光線について、それぞれ独立した信号として記録されていることを特徴とする。
したがって、この光ディスク媒体によれば、有効な周波数領域を拡大して従来よりも高密度の記録が可能であり、対物レンズのＮＡを高めたり、波長を短くしたりする必要がなく、高い記録密度の媒体を実現することが可能となる。
【００１２】
また本発明による光ディスク再生装置は、同心円状またはスパイラル状のトラックが形成された光ディスク媒体に光学的手段によりレーザ光線を集光させて再生用光スポットとして照射し、前記再生用光スポットが前記光ディスク媒体により反射または回折された前記レーザ光線を検出することにより前記光ディスク媒体上に記録されたディジタル情報を読み出す光ディスク再生装置において、前記トラックの進行方向に対して前向きに反射または回折された光線から前記ディジタル情報の一部を復号する第１の復号手段と、前記トラックの進行方向に対して後ろ向きに反射または回折された光線から前記ディジタル情報の一部を復号する第２の復号手段とを備えたことを特徴とする。
したがって、この光ディスク再生装置によれば、有効な周波数領域を正負に拡大して高密度の記録を行ったディスクを再生可能であり、対物レンズのＮＡを高めたり、波長を短くしたりする必要がなく、高密度記録された媒体の再生を実現することが可能となる。
【００１３】
また本発明による光ディスク再生方法は、同心円状またはスパイラル状のトラックが形成された光ディスク媒体に光学的手段によりレーザ光線を集光させて再生用光スポットとして照射し、前記再生用光スポットが前記光ディスク媒体により反射または回折された前記レーザ光線を検出することにより前記光ディスク媒体上に記録されたディジタル情報を読み出す光ディスク再生方法において、前記トラックの進行方向に対して前向きに反射または回折された光線から前記ディジタル情報の一部を復号し、前記トラックの進行方向に対して後ろ向きに反射または回折された光線から前記ディジタル情報の別の部分を復号することを特徴とする。
したがって、この光ディスク再生方法によれば、有効な周波数領域を正負に拡大して高密度の記録を行ったディスクを再生可能であり、対物レンズのＮＡを高めたり、波長を短くしたりする必要がなく、高密度記録された媒体の再生を実現することが可能となる。
【００１４】
また本発明による光ディスク記録装置は、円盤状の光ディスク媒体に光学的手段によりレーザ光線を集光させて照射し、同心円状またはスパイラル状のトラックにディジタル情報を記録する光ディスク記録装置において、前記ディジタル情報を正の周波数成分と負の周波数成分に分離した複素変調信号を作成する複素変調手段と、前記複素変調信号に基づいて前記レーザ光線を変調するレーザ変調手段とを備えたことを特徴とする。
したがって、この光ディスク記録装置によれば、正負の周波数領域を独立に使うことにより、実質的に周波数領域を拡大し、高密度の記録再生可能な光ディスクを供給することが可能である。これにより、対物レンズのＮＡを高めたり、波長を短くしたりする必要がなく、従来よりもはるかに高い記録密度を実現することが可能となる。
【００１５】
また本発明による光ディスク記録方法は、円盤状の光ディスク媒体に光学的手段によりレーザ光線を集光させて照射し、同心円状またはスパイラル状のトラックにディジタル情報を記録する光ディスク記録方法において、前記ディジタル情報を少なくとも２つに分割し、前記分割されたディジタル情報のそれぞれに応じて正の周波数成分と負の周波数成分を変化させることにより複素変調信号を作成し、前記複素変調信号に基づいて前記レーザ光線を変調することにより、前記光ディスク媒体に前記ディジタル情報を記録することを特徴とする。
したがって、この光ディスク記録方法によれば、正負の周波数領域を独立に使うことにより、実質的に周波数領域を拡大し、高密度の記録再生可能な光ディスクを供給することが可能である。これにより、対物レンズのＮＡを高めたり、波長を短くしたりする必要がなく、従来よりもはるかに高い記録密度を実現することが可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による光ディスク媒体、光ディスク記録／再生装置及び方法の実施の形態例について説明する。
なお、以下に説明する実施の形態は、本発明の好適な具体例であり、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において、特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限定されないものとする。
図１は、本発明の実施の形態に係る光ディスク記録装置１を示すブロック図である。
この光ディスク記録装置１は、ディスク原盤１７を露光して情報源１０Ａより出力されるディジタルデータＳＡを記録するとともに、同時に、情報源１０Ｂより出力されるディジタルデータＳＢも同一のディスク原盤１７に記録するものである。
このときディジタルデータＳＡは主にプラスの周波数領域を使って記録され、ディジタルデータＳＢは主にマイナスの周波数領域を使って記録される。
このように本実施の形態では、従来では区別していなかったプラスとマイナスの周波数領域を独立して使うことにより、従来よりも高い記録密度を実現するものである。
【００１７】
光ディスクの製造工程では、このようにして情報源１０Ａ及び１０Ｂからの情報が記録されたディスク原盤１７を現像する。次に、現像されたディスク原盤１７を電鋳処理することにより、マザーディスクを作成し、このマザーディスクよりスタンパを作成する。
さらに光ディスクの製造工程では、このようにして作成したスタンパよりディスク状基板を作成し、このディスク状基板に反射膜、保護膜を形成して図２に示す光ディスク媒体（以下、単に光ディスクという）２を作成する。
【００１８】
次に、この光ディスク記録装置１の各構成要素について説明する。
この光ディスク記録装置１において、スピンドルモータ１８は、ディスク原盤１７を回転駆動し、底部に保持したＦＧ信号発生回路より、所定の回転角毎に信号レベルが立ち上がるＦＧ信号を出力する。
スピンドルサーボ回路１９は、ディスク原盤１７の露光位置に応じて、このＦＧ信号の周波数が所定の周波数になるようにスピンドルモータ１８を駆動し、これにより、ディスク原盤１７を所定の回転数になるように回転駆動する。
【００１９】
記録用レーザ１５は、ガスレーザ等により構成され、ディスク原盤露光用のレーザビームＬ０を射出する。光変調器１４Ａは、電気音響光学素子などで構成されるＡＯＭ(Accousto Optic Modulator)であり、レーザビームＬ０を同期パターン発生回路１３から出力される同期信号ＳＹに応じてオンオフすることにより、同期パターンを埋め込む。
このようにして同期パターンが挿入されたレーザ光線Ｌ１は、光変調器１４Ｂに入力される。光変調器１４Ｂも光変調器１４Ａと同様にＡＯＭで構成され、強度変調信号ＳＺに応じてレーザビームＬ１の強度を変調し、レーザビームＬ２として出力する。
【００２０】
このようにして得られたレーザ光Ｌ２は、ミラー２４により光路が折り曲げられてディスク原盤１７に向けて進行し、対物レンズ２５によってディスク原盤１７の上に集光される。
これらミラー２４及び対物レンズ２５は、図示しないスレッド機構により、ディスク原盤１７の回転に同期してディスク原盤１７の外周方向に順次移動し、これによりレーザビームＬ２による露光位置を順次ディスク原盤１７の外周方向に変位させる。
【００２１】
以上のような構成により、この光ディスク記録装置１では、ディスク原盤１７を回転駆動した状態で、ミラー２４及び対物レンズ２５の移動により、らせん状にピット列及びグルーブを形成する。ピット列としては同期信号ＳＹが記録される。また、グルーブとしては強度変調信号ＳＺに応じたレーザパワーの露光が行われる。
この結果、ディスク原盤１７上にはグルーブ（溝）が記録され、グルーブの深さがレーザ光Ｌ２の強度に応じて変位される。また、周期的にピット列として同期パターンが挿入されている。
【００２２】
図２は、このようにして作成された本実施の形態による光ディスク２の様子を模式的に示す説明図である。
図２（Ａ）は、光ディスク２の全体を示し、その信号記録面には、スパイラル状または同心円状にトラックが形成されている。図２（Ｂ）は、各トラックのうちの２トラック分の一部を拡大して示している。
この図２（Ｂ）に示すように、本例の光ディスク２においては、同期信号ＳＹにより、同期パターンがピット列２１１、２１２、２１３、２２１、２２２、２２３として記録されている。これらのピット列は、同期検出やアドレス情報の読み取り、後述するクロック再生などに用いられる。
【００２３】
トラック２１０に記録されているディジタルデータＳＡおよびディジタルデータＳＢは、グルーブ２１４の深さ変化として記録されている。
同様にして、トラック２２０に記録されているディジタルデータＳＡおよびディジタルデータＳＢは、グルーブ２２４の深さ変化として記録されている。
この様子を説明するために、図２（Ｃ）においてはトラック２２０の断面形状を模式的に示している。この図２（Ｃ）に示すように、トラック２２０のグルーブ２２４の領域においては、同じ幅のグルーブが形成され、その深さがｇ（ｘ）に応じて変化することにより、ディジタルデータＳＡおよびディジタルデータＳＢの両方が記録されている。
グルーブ深さｇ（ｘ）は、ディスク原盤１７上に照射されるレーザ強度に応じて変化する。すなわち、グルーブ深さｇ（ｘ）は、強度変調信号ＳＺに応じて変化している。
以上述べてきたように、本実施の形態においては変調信号がグルーブの深さ変位として記録されるので、従来のマスタリングやスタンピングの装置をほとんどそのまま使って高密度の記録を実現することができる。
【００２４】
また、図１において、誤り訂正符号発生回路１１Ａは、情報源１０Ａより出力されるディジタルデータＳＡを受け、誤り訂正符号を付加した後、インターリーブ処理して８ビットのディジタル信号ＳＣとして出力する。
同様に誤り訂正符号発生回路１１Ｂは、情報源１０Ｂより出力されるディジタルデータＳＢを受け、誤り訂正符号を付加した後、インターリーブ処理して８ビットのディジタル信号ＳＤとして出力する。
このようにして、重畳記録する２つの情報源に誤り訂正符号を付加することにより、万が一、ディスク上に欠陥があった場合でも、正しい情報を読み取ることが可能となる。
【００２５】
タイミングジェネレータ１２は、ＦＧ信号に同期して光ディスク記録装置１全体のタイミングをコントロールする様々な時間基準信号を発生し、装置の各部に供給する。
なお、これらの全てを図示するのは煩雑となるので、図１においては、ＢＣＬＫとＳＬＣＴ信号だけを示している。
ＢＣＬＫ信号は、ビット数変換回路５Ａ及び５Ｂからディジタル信号が出力される毎に論理０から１に変化するクロック信号である。
そして、このＢＣＬＫ信号の変化を知ることにより、複素変調回路４に新しいデータが入力されたことを知ることができる。
【００２６】
また、ＳＬＣＴ信号はディスク原盤１７の回転に同期して所定の時間のデータがディスク原盤１７上に記録される度に論理０から１に変化する信号である。
ＳＬＣＴ信号の変化に従って、周期的に同期パターン発生回路１３から得られる同期信号ＳＹが光変調器１４Ａによりレーザ光Ｌ０をオン・オフ変調し、レーザ光Ｌ１として出力する。
同期パターン発生回路１３では、再生時に必用となる同期用のパターン、及びアドレス情報やアクセスのために必用なサーボ情報などを発生する。
このような同期パターンがディスク原盤１７の回転に同期して周期的に挿入される。この結果、生成されたディスクから容易な方法で再生信号の同期が得ることが可能となり、またアドレス情報などを用いて目的のトラックの情報を取得することが可能となる。
【００２７】
ビット数変換回路５Ａは、誤り訂正符号発生回路１１Ａより供給される８ビットのディジタルデータＳＣの単位ビット数を変換し、２ビットデータｂ３、ｂ２として複素変調回路４に供給する。
ビット数変換回路５Ｂは、ビット数変換回路５Ａと全く同様に構成され、誤り訂正符号発生回路１１Ｂから得られた８ビット単位のディジタル情報ＳＤを、２ビット単位のビットデータｂ０、ｂ１に変換して出力する。
【００２８】
複素変調回路４は、ビットデータｂ０、ｂ１、……、ｂ３に従って複素変調信号ＳＸを作成する。
この複素変調信号ＳＸは、実部の信号（ＳＸｒ）と虚部の信号（ＳＸｉ）から構成される。しかし、このような複素数の情報を直接光ディスク上に記録することはできない。
そこで、本例においては、ベクトル量子化回路７が複素変調信号ＳＸから位相情報を抜き取り、虚部を持たない強度変調信号ＳＺに変換する。
そして、この強度変調信号ＳＺに応じて光変調器１４Ｂがレーザ光Ｌ１の強度を変調し、レーザ光Ｌ２としてディスク原盤１７に記録を行うように構成されている。
すなわち、このレーザ光Ｌ２の変化に応じて形成されるグルーブの深さｇ（ｘ）が変化することにより、ディジタルデータＳＡおよびディジタルデータＳＢを記録する。
【００２９】
図３は、複素変調回路４の構成を示すブロック図である。
同図において、所定の時間間隔Ｔにおいて、複素変調回路４に入力されたディジタル信号ｂ０、ｂ１、……、ｂ３は、２値化回路４０Ａ〜４０Ｂに入力され、信号レベルが（＋１、−１）の２値信号に変換される。次に、ローパスフィルタ４５Ａ〜４５Ｄが適用されることにより、所定の周波数帯域Ｆｂに帯域制限された帯域制限２値波信号（Ｖｘ、Ｖｙ、Ｗｘ、Ｗｙ）を得ることができる。
ここで、ローパスフィルタ４５Ａ〜４５Ｄの特性は、符号間干渉を付加しないように選ばれる。このようなローパスフィルタの特性としては、たとえばＲａｉｓｅｄ Ｃｏｓｉｎ特性などが知られている。
このような帯域制限２値波信号（Ｖｘ、Ｖｙ、Ｗｘ、Ｗｙ）のスペクトルを図４（Ａ）に模式的に示した。この図４（Ａ）から明らかなように、帯域制限２値波信号（Ｖｘ、Ｖｙ、Ｗｘ、Ｗｙ）は、周波数領域（−Ｆｂ〜＋Ｆｂ）の間に入るように帯域制限されている。
【００３０】
図３において、キャリア発生回路４２は水晶発振回路等で構成され、周波数ｆ０のキャリア信号を発生し、＋４５°位相シフト回路４３Ｂ、及び−４５°位相シフト回路４３Ａに供給する。
＋４５°位相シフト回路４３Ｂから得られるキャリア信号Ｓ１、及び−４５°位相シフト回路４３Ａから得られるキャリア信号Ｓ０は、以下の式（１）（２）によって表せるような信号となる。
Ｓ１＝Ａ・ｃｏｓ（２π・ｆ０・ｔ） ……（１）
Ｓ０＝Ａ・ｓｉｎ（２π・ｆ０・ｔ） ……（２）
なお、ここでＡは定数を、ｔは時間を表している。
また、キャリア発生回路４２の発振周波数ｆ０は、以下の式（３）を満足するように設定される。
ｆ０＞Ｆｂ ……（３）
【００３１】
＋４５°位相シフト回路４３Ｂから得られるキャリア信号Ｓ１、及び−４５°位相シフト回路４３Ａから得られるキャリア信号Ｓ０は、乗算回路４４Ａ〜４４Ｈに入力される。
乗算回路４４Ａ〜４４Ｈはそれぞれ、キャリア信号Ｓ１、Ｓ０と帯域制限２値波信号（Ｖｘ、Ｖｙ、Ｗｘ、Ｗｙ）との積の演算を行って出力する。
また、極性反転回路４８Ａおよび４８Ｂは、位相シフト回路４３Ａの出力を極性反転して乗算回路４４Ｂおよび４４Ｇに供給する。
また、乗算回路４４Ａ〜４４Ｈの出力は、加算回路４７Ａ〜４７Ｆにより加算される。
以上の結果、加算回路４７Ａの出力（Ｖｉ）および４７Ｂの出力（Ｖｒ）は、以下の式（４）（５）のような信号となる。
Ｖｉ＝−Ａ・Ｖｘ・ｓｉｎ（２π・ｆ０・ｔ）＋Ａ・Ｖｙ・ｃｏｓ（２π・ｆ０・ｔ） ……（４）
Ｖｒ＝ Ａ・Ｖｘ・ｃｏｓ（２π・ｆ０・ｔ）＋Ａ・Ｖｙ・ｓｉｎ（２π・ｆ０・ｔ） ……（５）
【００３２】
ここで、この２つの信号（Ｖｒ、Ｖｉ）を実部と虚部に持つ複素数Ｖを考え、式（４）（５）を複素表現すると以下の式（６）のように書き換えることができる。
Ｖ＝Ａ・Ｖｘ・Ｅｘｐ（−ｊ・２π・ｆ０・ｔ）＋Ａ・ｊＶｙ・Ｅｘｐ（−ｊ・２π・ｆ０・ｔ） ……（６）
ただし、ｊは虚数を表す。
この式（６）により、複素信号ＶはＶｘ、Ｖｙの周波数成分をマイナスｆ０だけ周波数シフトした結果得られる信号であることがわかる。
このような複素信号Ｖのスペクトルを、図４（Ｂ）に模式的に示した。この図４（Ｂ）からわかるように、複素信号Ｖはマイナス側の周波数領域だけに存在する信号である。
【００３３】
同様にして、加算回路４７Ｃの出力（Ｗｒ）および４７Ｄの出力（Ｗｉ）は、以下の式（７）（８）のような信号となる。
Ｗｉ＝ Ａ・Ｗｘ・ｓｉｎ（２π・ｆ０・ｔ）＋Ａ・Ｗｙ・ｃｏｓ（２π・ｆ０・ｔ） ……（７）
Ｗｒ＝ Ａ・Ｗｘ・ｃｏｓ（２π・ｆ０・ｔ）−Ａ・Ｗｙ・ｓｉｎ（２π・ｆ０・ｔ） ……（８）
【００３４】
ここで、この２つの信号（Ｗｒ、Ｗｉ）をそれぞれ実部と虚部に持つ複素数Ｗを考え、式（７）（８）を複素表現すると、以下の式（９）のように書き換えることができる。
Ｗ＝Ａ・Ｗｘ・Ｅｘｐ（＋ｊ・２π・ｆ０・ｔ）＋Ａ・ｊＷｙ・Ｅｘｐ（＋ｊ・２π・ｆ０・ｔ） ……（９）
この式（９）により、複素信号ＷはＷｘ、Ｗｙの周波数成分をプラスｆ０だけ周波数シフトした結果得られる信号であることがわかる。このような複素信号Ｗのスペクトルを、図４（Ｃ）に模式的に示した。この図４（Ｃ）からわかるように複素信号Ｗは、プラス側の周波数領域だけに存在する信号である。
【００３５】
次に、加算回路４７Ｅは、加算回路４７Ｃの出力（Ｗｒ）と、加算回路４７Ｂの出力（Ｖｒ）とを加算して出力する。すなわち、加算回路４７Ｅは、複素信号Ｗと複素信号Ｖの実部同士を加算してＳＸｒとして出力する。
同様にして加算回路４７Ｆは、加算回路４７Ｄの出力（Ｗｉ）と、加算回路４７Ａの出力（Ｖｉ）とを加算して出力する。すなわち、加算回路４７Ｆは、複素信号Ｗと複素信号Ｖの虚部信号同士を加算してＳＸｉとして出力する。
そこで、この（ＳＸｒ、ＳＸｉ）を、それぞれ実部と虚部に持つ複素変調信号ＳＸを考えると、複素変調信号ＳＸは以下の式（１０）で表されるような信号となる。
ＳＸ＝Ｗ＋Ｖ ……（１０）
【００３６】
このような複素変調信号ＳＸのスペクトルを図４（Ｄ）に模式的に示した。この図４（Ｄ）からわかるように、複素変調信号ＳＸは、プラス側とマイナス側の両方の周波数成分を持っている。また、プラス側の周波数領域には２ビットディジタル信号（ｂ３、ｂ２）が記録されていて、マイナスの周波数領域には（ｂ１、ｂ０）が記録されている。
このように周波数領域をプラス側とマイナス側で使い分けることにより、本実施の形態では、従来よりも高い記録密度を実現するものである。
しかし、このような複素変調信号ＳＸは、そのままでは光ディスク上に記録することができない。そこで本例においては、ベクトル量子化回路７を用いて複素変調信号ＳＸを簡略化して強度変調信号ＳＺに変換した後、光ディスク原盤１７上に記録する。
【００３７】
図５は、ベクトル量子化回路７の最も簡単な構成例を示すブロック図である。同図において、複素変調信号ＳＸの要素（ＳＸｒ、ＳＸｉ）は、それぞれ８ビットＡＤコンバータ７１および７２に入力される。
８ビットＡＤコンバータ７１は、入力された信号を８ビットのディジタル値に変換し、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）７３のアドレス情報として出力する。リードオンリメモリ７３内部には、あらかじめ以下の式（１１）で示すような演算データが記録されている。
ＳＺ＝１２８・arctan (SXi / SXr)÷π＋１２８ ……（１１）
ここで、arctan は逆正接関数である。
【００３８】
すなわち、式（１１）の演算は、複素変調信号ＳＸの角度成分を検出して２５６段階の整数として出力するものである。このようにして複素変調信号ＳＸを角度成分だけに簡略化してしまうことにより、本例の光ディスクを再生するとノイズが若干増加して観測される。しかし、記録された情報を復元するのには問題ないレベルに押さえることができる。
また、ベクトル量子化に関しては、既に様々なアルゴリズムが開発されている。このようなアルゴリズムを適用することにより、さらにノイズを低下することができれば再生がさらに安定になり、より望ましい。
また、２５６段階の量子化が多すぎる場合には、理論的には３段階まで減らすことも可能である。
【００３９】
次に、リードオンリメモリ７３から得られた８ビットのディジタル信号は、ＤＡコンバータ７４によりアナログの電圧に変換され、強度変調信号ＳＺとして光変調器１４Ｂに供給される。
このようにしてベクトル量子化回路７から得られた強度変調信号ＳＺは、図１において光変調器１４Ｂによってレーザ光線Ｌ２の強度変化として置き換わり、ディスク原盤１７に刻まれたグルーブの深さｇ（ｘ）として記録される。
【００４０】
このとき、グルーブ深さｇ（ｘ）と強度変調信号ＳＺの間には、以下の式（１２）に示す関係が保たれるようにレーザパワーが制御される。
ｇ（ｘ）＝Ｋ・ＳＺ ……（１２）
ここで、Ｋの値は以下の式（１３）に示すように定められる。
Ｋ＝λ÷（ｎ・２５６） ……（１３）
ここで、λは読み取りに使うレーザの波長、ｎはできあがった光ディスクの屈折率である。
これらの式（１２）、（１３）を満足することにより、複素変調信号ＳＸの位相角度に対応した位相変化が読み取りに用いるレーザ光に対して与えられる。
【００４１】
以上により、ディジタルデータＳＡおよびディジタルデータＳＢの両方が、ディスク原盤１７上のグルーブ深さ変化として記録される。また、ディジタルデータＳＡはマイナスの周波数領域に記録され、ディジタルデータＳＢはプラスの周波数領域に記録される。
このようにして露光記録が行われたデイスク原盤１７は、現像が行われてグルーブの部分が凹のパターンとして現れる。さらに電鋳処理することによってマザーディスクを作成する。
このマザーデイスクを用いてスタンパが作成され、このスタンパを基にして、射出成形を繰り返すことにより、大量複製された光ディスク２を得ることができる。
【００４２】
図６は、本実施の形態に係る光ディスク再生装置の構成を示すブロック図である。
以下、この図６を参照して、上述した２種類のディジタル情報がグルーブの深さ変化として記録された光ディスク２を再生する光ディスク再生装置３について説明する。
図６において、光ディスク２は、スピンドルモータ１３１によって回転される。このスピンドルモータ１３１は、サーボ回路１３５により所定の回転数で回転するように制御が行われている。
また、光ピックアップ１０７も、サーボ回路１３５によってフォーカス・トラッキングなど所定の動作をするように制御される。
【００４３】
光ピックアップ１０７から照射されたレーザ光線は、光ピックアップ１０７内部の回折格子により３つのスポット（スポット３２１〜３２３）に分割されて光ディスク２を照射し、再び光ピックアップ１０７に戻る。この様子を図７に模式的に示す。
光ディスク２により反射された光線の一部分は、光ピックアップ１０７内部の複数のディテクタにより検出信号Ａ〜Ｈとして出力される。検出信号Ａ〜Ｈは、マトリックス演算回路１３３に入力される。
マトリックス演算回路１３３は、オペレーショナル・アンプリファイヤなどで構成され、検出信号Ａ〜ＨからＨＦ信号、トラックエラー信号ＴＫ、フォーカスエラー信号ＦＳ、プラス周波数信号ＰＨＦ、マイナス周波数信号ＮＨＦなどの信号を演算する。
【００４４】
図７では、トラッキングが作動した場合の３つの光スポット（スポット３２１〜３２３）と、光ディスク２に記録されたグルーブ２Ａとの相対関係を示している。中央のスポット３２１に関しては、ファーフィールドに配置された４分割ディテクタ（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）が割り当てられていて、スポット３２１から得られた光線は４分割されてそれぞれのディテクタにより検出される。
また、スポット３２２に関しては、２分割ディテクタにより、信号ＥとＦが検出され、同様にしてスポット３２３に関しても２分割ディテクタにより信号ＧとＨが検出されるようになされている。
【００４５】
スポット３２２から得られたＥ信号とＦ信号、そしてスポット３２３から得られたＧ信号とＨ信号は、マトリックス演算回路１３３に入力される。マトリックス演算回路１３３では、これら４つの信号（Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ）に対して以下の式（１４）の演算を行うことによりトラックエラー信号ＴＫを得る。
ＴＫ信号＝（Ｅ−Ｆ）＋（Ｈ−Ｇ） ……（１４）
さらに、マトリックス演算回路１３３では、スポット３２１を検出した４分割ディテクタからの４つの出力（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）に対して、以下の式（１５）（１６）（１７）（１８）の演算を行なう。
ＨＦ信号＝Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ ……（１５）
ＦＳ信号＝Ａ−Ｂ＋Ｃ−Ｄ ……（１６）
ＰＨＦ信号＝Ａ＋Ｄ ……（１７）
ＮＨＦ信号＝Ｂ＋Ｃ ……（１８）
【００４６】
ここで、ＦＳ信号はフォーカスエラー信号であり、光ピックアップ１０７の内部に設けられた対物レンズの焦点合わせに用いられる。従って、ＦＳ信号はサーボ回路１３５に供給され、光ピックアップ１０７内部の対物レンズにより照射された光線が常に光ディスク２の上で焦点を結ぶように制御が行なわれる。
また、ＨＦ信号はピットとして記録された情報を保持しているので、アドレス復号回路１３８に供給されて、同期信号ＳＹとして周期的に埋め込まれたアドレス情報などを検出するのに用いられる。
また、このＨＦ信号はＰＬＬ回路１３４にも供給される。ＰＬＬ回路１３４はフェーズロックループ回路で構成され、同期信号ＳＹとして周期的に埋め込まれた信号からキャリア信号ｆ０等のタイミング情報を復元し、復号回路１０６Ａ及び１０６Ｂに供給する。
【００４７】
また、プラス周波数信号ＰＨＦは、主にグルーブの進行方向に対して前向きに回折した信号である。このような信号は、４分割ディテクタのうちＡとＤのセグメントから得られる信号の和として得ることができる。
このような信号の周波数特性を求めた場合の一例を図８に示す。なお、この図８において、縦軸は再生信号の振幅（ゲイン）を示し、横軸は空間周波数を示している。
この図８において、プラス周波数信号ＰＨＦは、主にプラスの周波数領域に記録された信号を反映していることがわかる。
このようなプラス周波数信号ＰＨＦ信号は、ピックアップによる周波数特性を無視すると、ほぼ次の式（１９）で表せるような信号である。

【００４８】
また、マイナス周波数信号ＮＨＦは、グルーブの進行方向に対して後ろ向きに回折した信号である。このような信号は、４分割ディテクタのうちＢとＣのセグメントの和として得ることができる。
マイナス周波数信号ＮＨＦの周波数特性を求めた一例を図９に示す。なお、この図９において、縦軸は再生信号の振幅（ゲイン）を示し、横軸は空間周波数を示している。
この図９から明らかなように、マイナス周波数信号ＮＨＦは主にマイナスの周波数領域に記録された信号を反映している。
このようなマイナス周波数信号ＮＨＦ信号は、ピックアップによる周波数特性を無視すると、ほぼ次の式（２０）で表せるような信号である。

【００４９】
そして、プラス周波数信号ＰＨＦは、復号回路１０６Ａに供給される。また、マイナス周波数信号ＮＨＦは、復号回路１０６Ｂに供給される。これら復号回路１０６Ａ、１０６Ｂより後段の動作は基本的に同一であるので、以下の説明では復号回路１０６Ａに関連する部分についてのみ説明し、復号回路１０６Ｂ及びその出力に対する信号処理の部分は同一の符号を付して説明は省略する。
復号回路１０６Ａは、プラス周波数信号ＰＨＦに基づいて記録された２ビット情報（ｂ２、ｂ３）を復号し、ビット数変換回路１０８Ａに供給する。
ビット数変換回路１０８Ａは、復号回路１０６Ａからの２ビット幅のデータを４つ蓄積した後に、８ビット幅に変換して出力する。
ビット数変換回路１０８Ａからの出力ＳＦはＥＣＣ回路１３７Ａに供給される。ＥＣＣ回路１３７Ａは、記録時の符号化において付加されたＥＣＣ（Error Correcting Code ）に基づいて、復号回路１０６Ａから出力される誤りを訂正する。このような誤りは、例えぱ光ディスク２上のディフェクト等に起因して生じるものである。
【００５０】
このようにしてＥＣＣ回路１３７Ａの出力から得られる信号は、記録装置から出力されたディジタルデータＳＡと等しくなっている。従って、例えば本再生装置をコンパクトディスクプレイヤと同じような用途に適用する場合においては、ＥＣＣ回路１３７Ａの出力にＤＡコンバータとスピーカを接続することにより、スピーカから音楽信号が再生される。
なお、本発明では、プラス側の周波数領域とマイナス側の周波数領域にそれぞれ記録された異なる情報を再生することも可能である。
【００５１】
図１０は、復号回路１０６Ａの内部構成を示すブロック図である。
同図においてキャリア信号ｆ０は、バンドパスフィルタ１７２に接続され、周波数ｆ０近傍の周波数成分だけが抽出され、不要な高調波成分が除去される。
また、プラス周波数信号ＰＨＦは、イコライザ１７１に入力される。イコライザ１７１は、主に光ピックアップ１０７の周波数特性を補正して出力する。イコライザ１７１を用いることにより、光ピックアップ１０７により発生する符号間干渉をほぼ完全に除去することができる。
イコライザ１７１により補正が行われたプラス周波数信号ＰＨＦと、バンドパスフィルタ１７２を通過したキャリア信号ｆ０は、乗算回路１７３により乗算される。この結果、プラス周波数信号ＰＨＦ信号のスペクトラムは周波数原点付近に移動する。
【００５２】
次に乗算回路１７３の出力はヒルベルト変換器１７４に入力される。このヒルベルト変換器１７４はＦＩＲフィルタなどで構成され、入力された信号の周波数成分から実部と虚部を分離してそれぞれＵｘとＵｙとして出力する。
この結果得られるＵｘは、図１において説明した帯域制限２値波信号Ｖｘにほぼ等しくなっている。また、Ｕｙは、帯域制限２値波信号Ｖｙにほぼ等しくなっている。
従って、ＵｘとＵｙを所定の周期Ｔでサンプリングして所定のスレッシュホールドレベルと比較することにより、光ディスク２に記録された２値情報を復元することができる。
【００５３】
また、ヒルベルト変換器１７４の出力Ｕｘ及びＵｙは、それぞれ２値復号回路１７５及び１７６に接続される。２値復号回路１７５及び１７６は、入力された信号を所定のスレッシュホールドレベルと比較することにより、１ビットの情報を出力する。
２値復号回路１７５及び１７６は、このようにして得られた判定結果を基にして、記録された２ビット情報（ｂ２、ｂ３）を復号して出力する。
このようにして復号された情報は、ビット数変換回路１０８Ａによりビット数の単位を８ビットに揃えて８ビット幅のデータＳＦとして出力される。ビット数変換回路１０８Ａの出力ＳＦは、ＥＣＣ回路１３７Ａによりディスク上のディフェクトや欠陥などの影響が除去され、出力される。
ＥＣＣ回路１３７Ａより得られる出力信号は、光ディスク記録装置１において記録したディジタルデータＳＡと同一のものが得られる
【００５４】
なお、以上の例においては、同期信号などはピット列として記録されるものとして説明したが、本発明はこれに限定されるものでなく、同期信号やアドレス情報などの情報をグルーブ深さの変位、あるいはグルーブのウォブルとして記録することも可能である。
また、グルーブの代わりに例えば相変化（ＰＣ）や、光磁気（ＭＯ）などの光ディスクのようにマークを用いて同様な記録を行うことも考えられる。この場合においては、マークにより光の位相変化が与えられるように記録が行われる。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の光ディスク媒体では、ディジタル情報がトラックの進行方向に対して前向きに反射または回折する光線と前記トラックの進行方向に対して後ろ向きに反射または回折する光線について、それぞれ独立した信号として記録されていることを特徴とする。
したがって、この光ディスク媒体によれば、有効な周波数領域を拡大して従来よりも高密度の記録が可能であり、対物レンズのＮＡを高めたり、波長を短くしたりする必要がなく、高い記録密度の媒体を実現することが可能となる。
【００５６】
また本発明による光ディスク再生装置では、光ディスク媒体のトラックの進行方向に対して前向きに反射または回折された光線からディジタル情報の一部を復号する第１の復号手段と、トラックの進行方向に対して後ろ向きに反射または回折された光線からディジタル情報の一部を復号する第２の復号手段とを備えたことを特徴とする。
したがって、この光ディスク再生装置によれば、有効な周波数領域を正負に拡大して高密度の記録を行ったディスクを再生可能であり、対物レンズのＮＡを高めたり、波長を短くしたりする必要がなく、高密度記録された媒体の再生を実現することが可能となる。
【００５７】
また本発明による光ディスク再生方法では、光ディスク媒体のトラックの進行方向に対して前向きに反射または回折された光線から前記ディジタル情報の一部を復号し、トラックの進行方向に対して後ろ向きに反射または回折された光線からディジタル情報の別の部分を復号することを特徴とする。
したがって、この光ディスク再生方法によれば、有効な周波数領域を正負に拡大して高密度の記録を行ったディスクを再生可能であり、対物レンズのＮＡを高めたり、波長を短くしたりする必要がなく、高密度記録された媒体の再生を実現することが可能となる。
【００５８】
また本発明による光ディスク記録装置では、光ディスク媒体に記録するディジタル情報を正の周波数成分と負の周波数成分に分離した複素変調信号を作成する複素変調手段と、前記複素変調信号に基づいて前記レーザ光線を変調するレーザ変調手段とを備えたことを特徴とする。
したがって、この光ディスク記録装置によれば、正負の周波数領域を独立に使うことにより、実質的に周波数領域を拡大し、高密度の記録再生可能な光ディスクを供給することが可能である。これにより、対物レンズのＮＡを高めたり、波長を短くしたりする必要がなく、従来よりもはるかに高い記録密度を実現することが可能となる。
【００５９】
また本発明による光ディスク記録方法では、光ディスク媒体に記録するディジタル情報を少なくとも２つに分割し、この分割されたディジタル情報のそれぞれに応じて正の周波数成分と負の周波数成分を変化させることにより複素変調信号を作成し、この複素変調信号に基づいて前記レーザ光線を変調することにより、光ディスク媒体にディジタル情報を記録することを特徴とする。
したがって、この光ディスク記録方法によれば、正負の周波数領域を独立に使うことにより、実質的に周波数領域を拡大し、高密度の記録再生可能な光ディスクを供給することが可能である。これにより、対物レンズのＮＡを高めたり、波長を短くしたりする必要がなく、従来よりもはるかに高い記録密度を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る光ディスクを作成する光ディスク記録装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る光ディスクおよびその信号記録面の様子を模式的に示す説明図である。
【図３】図１に示す光ディスク記録装置における複素変調回路の構成例を示すブロック図である。
【図４】図３に示す複素変調回路の信号スペクトルを模式的に示す説明図である。
【図５】図１に示す光ディスク記録装置におけるベクトル量子化回路の簡単な構成例を示すブロック図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る光ディスクを再生する光ディスク再生装置の全体構成例を示すブロック図である。
【図７】図６に示す光ディスク再生装置の光ピックアップによる光スポットと、光ディスク上に記録されたグルーブ及びディテクタの相対関係を示す説明図である。
【図８】図７に示すディテクタのうちディテクタＡとＤの出力を加算して得られるプラス周波数信号ＰＨＦ信号の周波数特性を示す説明図である。
【図９】図７に示すディテクタのうちディテクタＢとＣの出力を加算して得られるマイナス周波数信号ＮＨＦ信号の周波数特性を示す説明図である。
【図１０】図６に示す光ディスク再生装置における復号回路の構成例を示すブロック図である。
【図１１】従来の光ディスクにおける空間周波数特性（ＭＴＦ）の一例を示す説明図である。
【図１２】光学的な空間周波数特性（ＭＴＦ）の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
１……光ディスク記録装置、２……光ディスク、３……光ディスク再生装置、４……複素変調回路、５Ａ、５Ｂ、１０８Ａ、１０８Ｂ……ビット数変換回路、７……ベクトル量子化回路、１０Ａ、１０Ｂ……情報源、１４Ａ、１４Ｂ……光変調器、１５……レーザ光源、１０６Ａ、１０６Ｂ……復号回路、１０７……光ピックアップ。

Claims (9)

1. ディジタル情報が同心円状またはスパイラル状のトラックを形成するように記録された光ディスク媒体であって、
   前記ディジタル情報は前記トラックの進行方向に対して前向きに反射または回折する光線と前記トラックの進行方向に対して後ろ向きに反射または回折する光線について、それぞれ独立した信号として記録されている、
   ことを特徴とする光ディスク媒体。
2. 前記トラックには線状の凸凹よりなるグルーブが形成され、前記ディジタル情報は前記グルーブの深さが変化することにより記録されていることを特徴とする請求項１記載の光ディスク媒体。
3. 前記グルーブの深さが少なくとも３段階以上に変調されていることを特徴とする請求項２記載の光ディスク媒体。
4. 同心円状またはスパイラル状のトラックが形成された光ディスク媒体に光学的手段によりレーザ光線を集光させて再生用光スポットとして照射し、前記再生用光スポットが前記光ディスク媒体により反射または回折された前記レーザ光線を検出することにより前記光ディスク媒体上に記録されたディジタル情報を読み出す光ディスク再生装置において、
   前記トラックの進行方向に対して前向きに反射または回折された光線から前記ディジタル情報の一部を復号する第１の復号手段と、
   前記トラックの進行方向に対して後ろ向きに反射または回折された光線から前記ディジタル情報の一部を復号する第２の復号手段と、
   を備えたことを特徴とする光ディスク再生装置。
5. 同心円状またはスパイラル状のトラックが形成された光ディスク媒体に光学的手段によりレーザ光線を集光させて再生用光スポットとして照射し、前記再生用光スポットが前記光ディスク媒体により反射または回折された前記レーザ光線を検出することにより前記光ディスク媒体上に記録されたディジタル情報を読み出す光ディスク再生方法において、
   前記トラックの進行方向に対して前向きに反射または回折された光線から前記ディジタル情報の一部を復号し、
   前記トラックの進行方向に対して後ろ向きに反射または回折された光線から前記ディジタル情報の別の部分を復号する、
   ことを特徴とする光ディスク再生方法。
6. 円盤状の光ディスク媒体に光学的手段によりレーザ光線を集光させて照射し、同心円状またはスパイラル状のトラックにディジタル情報を記録する光ディスク記録装置において、
   前記ディジタル情報を正の周波数成分と負の周波数成分に分離した複素変調信号を作成する複素変調手段と、
   前記複素変調信号に基づいて前記レーザ光線を変調するレーザ変調手段と、
   を備えたことを特徴とする光ディスク記録装置。
7. 前記複素変調手段は、前記ディジタル情報を第一のディジタル情報と第二のディジタル情報に分割するビット分割手段と、
   前記第一のディジタル情報を用いて所定の帯域に制限した第一の帯域制限信号を作成する第一の変調手段と、
   前記第二のディジタル情報を用いて所定の帯域に制限した第二の帯域制限信号を作成する第二の変調手段と、
   所定の周波数ｆ１を基にして前記第一の帯域制限信号にＥＸＰ（ｊ２πｆ１ｔ）を乗算する複素乗算手段と、
   所定の周波数ｆ１を基にして前記第二の帯域制限信号にＥＸＰ（−ｊ２πｆ１ｔ）を乗算する複素乗算手段とを含み、
   前記２つの複素乗算手段の出力を加算することにより、前記複素変調信号を作成するように構成された、
   ことを特徴とする請求項６記載の光ディスク記録装置。
8. 前記変調手段は、前記複素変調信号を段階的なレベル変化信号に変換する量子化手段と、前記段階的なレベルの信号に応じて前記レーザ光線の出力を変化させる光変調手段とを含んで構成されることを特徴とする請求項６記載の光ディスク記録装置。
9. 円盤状の光ディスク媒体に光学的手段によりレーザ光線を集光させて照射し、同心円状またはスパイラル状のトラックにディジタル情報を記録する光ディスク記録方法において、
   前記ディジタル情報を少なくとも２つに分割し、
   前記分割されたディジタル情報のそれぞれに応じて正の周波数成分と負の周波数成分を変化させることにより複素変調信号を作成し、
   前記複素変調信号に基づいて前記レーザ光線を変調することにより、前記光ディスク媒体に前記ディジタル情報を記録する、
   ことを特徴とする光ディスク記録方法。

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