特許文献1に記載されている最も確からしい状態遷移列と2番目に確からしい状態遷移列,および特許文献3に記載されている正パターンと誤パターンはそれぞれ再生信号との距離を測定するべき目標ビット列という意味で同じものである。特許文献2および特許文献5では目標ビット列が3つあるが、同じ意味のものである。以下,これらを総称して評価ビット列と呼ぶことにする。また、本発明ではBDシステムを基本として,30GB以上の大容量化を図ることを目指しているため,以下,変調符号の最短ラン長2Tを前提として説明を進める。
非特許文献1に記載されているように,高密度記録を実現するためには,拘束長が5以上のPRML方式が適する。前述のように、BDの光学系条件(波長405nm,対物レンズ開口数0.85)では線方向に記録密度を高めた場合,容量が約31GB以上で2T繰り返し信号の振幅がゼロになる。このとき,PRML方式としては2T繰り返し信号の目標振幅がゼロのPR(1,2,2,2,1)方式等が適することは周知のことである。PR(1,2,2,2,1)方式に対応した再生信号の品質の評価方法としては、特許文献3と特許文献4に開示されたSbERがある。SbERは2値化ビット列(正パターン)の他に2番目に確からしい評価ビット列(誤パターン)として、正パターンとのハミング距離が1(エッジシフト)、ハミング距離が2(2Tデータのシフト)、ハミング距離が3(2T-2Tデータのシフト)を用いて、それぞれの分布をガウス分布と見なして、その平均値と標準偏差から誤差関数を用いてビットエラー率を推定するものである。
BD規格を基本として記録容量が30GB以上の光ディスクシステムを実現するために必要な高精度の記録条件の調整技術に求められる性能について説明する。これには、少なくとも調整結果に基づいて記録したデータの品質について、(1)SbER等やビットエラー率等が十分に小さいこと、および(2)1台のドライブ装置で記録したデータの品質は他のドライブ装置においても、SbER等やビットエラー率等が十分に小さいこと、が求められる。要求性能(1)は当然の事柄であるが、要求性能(2)はディスク媒体が交換可能である光ディスク・システムにおいて特徴的に求められるものである。少なくとも2つの要求性能を満足しない記録条件の調整方法は、高密度光ディスクシステムには適さないと言える。
以上の2つの要求性能の観点から、従来技術とそれらの組み合わせから類推される技術の課題について説明する。
先ず、BDにおいて、線記録密度を高めた実験とシミュレーション結果を用いて、30GB/面相当以上の記録密度で記録再生を実施した場合に発生する種々の事象について説明する。
図2は,試作した3層構成の追記型光ディスク試料を用いて測定した記録パワーとビットエラー数の関係をまとめた実験結果である。試作ディスクに用いた記録材料はGe系化合物薄膜であり、各層の層間隔を14μmおよび18μmとして3層構成として、光ヘッドから見て最も奥側の層までの透明カバー層の厚さを100μmとした。トラックピッチは320nmである。記録再生条件はデータ転送速度がBDの2倍速となる条件とし、検出窓幅1Tを約56nmとして、33GB相当の記録密度となるようにした。記録パルスとしては3つのパワーレベル(ピークパワー、アシストパワー、ボトムパワー)の間で変調した一般的なマルチパルス型の記録パルスを用いた。再生信号処理系の構成としては、8ビットのA/D変換器、21タップの自動等化器、PR(1,2,2,2,1)方式のビタビデコーダを用いた。ビットエラー率の最小値は各層共に10-5以下であった。ビットエラー率が最小となるピークパワー値はL0,L1,L2層で各々、13.5mW、15.5mW、11.5mWであった。図はL0層において、3つのパワーの比率を一定にして記録パワーを変化させたときのビットエラーについてまとめたものであり、エッジシフトの他に1個から4個の連続する2Tがまとめてシフト(スリップ)するケースについて調べた結果である。図に見られるように、記録パワーのずれに応じてエッジシフトだけでなく連続する2Tがまとめてシフトする場合のエラー頻度も同等以上に大きいことが分かる。これは、2T-2T信号の振幅がゼロであることと、PR(1,2,2,2,1)方式の場合、エッジシフトに対するユークリッド距離が14であるのに対して、連続する2Tがまとめてシフトする場合のユークリッド距離が12と小さいことに起因した結果である。
図3はSNRとSbERの関係をまとめたシミュレーション結果である。ここでは、線形回折シミュレータによって記録マークを再生した時に得られるインパルス・レスポンスを求め、記録ビット列との畳み込み演算によって、理想的に記録が実施された場合の再生信号を算出した。ノイズはホワイトノイズとして加算し、SNRは8T繰り返し信号の半値振幅とノイズの標準偏差の比として定めた。これをPR(1,2,2,2,1)方式による再生信号処理系で処理することによって、ビットエラー率およびSbER等を算出した。特許文献3には2Tの連続数が2までの場合の評価パターンが開示されており、ここでは、これを2Tの連続数を6まで拡張(ハミング距離1〜7)して用いた。評価パターンの数はハミング距離当たり18であるので、その総数は252である。図に見られるように、2Tの連続数2(ハミング距離3)以上で、SbERの値がほぼ一定となることが判る。この結果は図2の実験結果に矛盾するようであるがそうではない。SbERの算出においては定義上、評価パターンの存在確率を加味してビットエラー率を推定するため2Tの連続数が2までの評価であっても、全体のビットエラー率を推定できるのである。
図4にビットエラー率とSbERの関係を表す実験結果である。ここではL0層において、クロストークの影響を含むように連続5トラックの記録を行ない中心のトラックにて,種々の記録再生ストレスを与えて実験を行なった。具体的なストレスはディスクのラジアルチルト(R−tilt),タンジェンシャルチルト(T−tilt),フォーカスずれ(AF),光ヘッドのビームエキスパンダの操作による球面収差(SA),および記録パワーの変化(Pw)である。ラジアルチルトに関してはL2層の結果も示してある。図に見られるように,ビットエラー率とSbERの相関は非常に良好でありことが判る。ビットエラー率が10―5付近において,バラツキが大きい原因は主に試作媒体の欠陥の影響である。
これらの実験とシミュレーションの結果から、33GB/面の記録容量を実現するような高密度記録再生条件においては、ビットエラーとして、エッジシフト(ハミング距離1)だけでなく、少なくとも2Tの連続数2(ハミング距離3)までのエラーの評価をする必要があることが判る。特に、エッジシフトだけに注目して再生信号の品質を評価する方法では、ビットエラー率やSbERとの相関が十分とは言えない。
次に高密度化に伴うユークリッド距離差の分布について説明する。ここで扱うユークリッド距離差とは、再生信号と誤目標信号とのユークリッド距離から再生信号と正目標信号とのユークリッド距離を減算した値であって、特許文献1では|Pa−Pb|、特許文献3および4ではD値として定義されたものである。また、ここでは理想的な記録状態を考察するために、前述のシミュレーションを用いた。SNRを24dBとし、記録密度を25から36GB/面相当の範囲(T=74.5nm〜51.7nm)で変化させて、2Tの連続数が2までのユークリッド距離差の分布を求めた。再生信号処理系の構成は前述の通りである。結果を図5に示す。この分布はSAM分布と呼ばれることもある。前述のように、PR(1,2,2,2,1)方式においては、エッジシフトの理想ユークリッド距離=14、2Tシフトおよび2個連続2Tがシフトする場合の理想ユークリッド距離=12、と異なるので、これらをまとめて表示するために、各ユークリッド距離差は理想ユークリッド距離で割って規格化して表示してある。同図において、距離差がゼロ(左側の端)または負になる場合の統計的な確率がビットエラー率に相当するものである。図に見られるように、記録密度の向上によって同じSNRであっても分布の広がりが大きくなることが判る。これは、記録密度を向上に対応して、エラー率が増加することを示すものであって、リーズナブルな結果となっている。一方、各分布の平均値(ピーク値と概略等しい)について注目すると、エッジシフトの場合には1(=理想ユークリッド距離)の近傍で一定となっている。しかしながら、連続する2Tがシフトする場合においては、2Tの連続数が1個、2個と増加するのに従って、かつ記録密度が向上するのに従って、ピーク値が、ゼロに近づく方向へと移動していくことが判る。この現象の理由は、自動等化器の処理能力に依存したものと考えることができる。前述のように、自動等化器は再生信号と正目標信号のRMS誤差を最小にするように動作するものである。一方、そのサンプリング間隔は1Tで有限な値であるため、サンプリング定理によって、サンプリング周波数の1/2までの範囲での離散的な周波数特性演算ができるだけである。このように、自動等化器で得られるフィルター特性には限りがあるため、再生信号の中に含まれる2Tの連続数が大きなパターン区間では再生信号の高域の周波数成分が大きくなり、結果として自動等化器の処理能力の限界に近づくため、理想ユークリッド距離からのずれが大きくなるものと考えることができる。後述するように、記録密度の向上によってユークリッド距離差の分布ピーク値(または平均値)が理想ユークリッド距離よりも小さい側へシフトする現象は、記録条件の調整技術に関して非常に重要な事柄である。上に示した公知文献の中にはこの現象に関する記載はないことを付記しておく。
以上の実験とシミュレーションの結果に基づいて、前述の2つの要求性能の観点から、従来技術とそれらの組み合わせから類推される技術の課題についてまとめる。
(1)非特許文献2に記載の方法
非特許文献2では、特許文献1に記載の技術に基づいて、エッジシフトに注目して、ユークリッド距離差の分布の平均値が、理想ユークリッド距離となるように調整する技術が記載されている。「非特許文献2の式(1)」では、特定のエッジのシフト量MDは以下として定義される。
ここで、Xは再生信号のレベル、PAおよびPBはそれぞれ2値化されたビット列(最も確からしい状態遷移列)に対する目標信号レベルおよび1ビットエッジシフトしたビット列(2番目に確からしい状態遷移列)に対応する目標信号レベルであり、dminはエッジシフトに対応する理想ユークリッド距離である。図5に示した結果に従って補足すると、本方法はエッジシフトの分布が理想ユークリッド距離(=1)になるように、記録条件を調整することに対応する方法である。一方、図3では高密度記録条件下においてエッジシフトだけに注目した場合、SbER(またはビットエラー率)との相関が十分でなくことを示した。この結果から、エッジシフトだけに注目する本方法は、高密度記録条件では、上の要求性能(1)に照らして十分ではないことが判る。また、「非特許文献2のTable 2」では2Tが2個連続する箇所、すなわち、先行スペースが2Tの場合の2Tマークの前エッジ(Tsfp(2s、2m))、および後続するスペースが2Tの場合の2Tマークの後エッジ(Telp(2s,2m))において、調整指標が存在しないことが示されており、この点に関しても、図2に示した結果に鑑みて、2Tのエラーが大きい高密度記録条件の場合に本方法を適応するには十分でないと言える。
(2)特許文献2に記載の方法
特許文献2に記載の方法も、エッジシフトだけに注目して記録調整の指標を得る方法であるが、仮想的な1Tマークやスペースを導入することによって、2Tが2個連続する箇所についても、記録調整が可能である。しかしながら、上と同様に、エッジシフトのみに注目することから、SbER(またはビットエラー率)との相関が良好とは言えないため、本方法も要求性能(1)に照らして十分ではないことが判る。
(3)特許文献5に記載の方法
特許文献5に記載の方法は、誤ビット列についてもラン長制限を満たすように選択しているため、エッジシフトだけでなく2Tが連続してシフトするケースについても、指標とSbER(またはビットエラー率)との相関に優れた方法である。本方法では「特許文献5の図3」に示されるように、2Tマークを含む記録条件を調整するために、注目するマークエッジが左側にシフトする場合と右側にシフトする場合とで、評価する誤ビット列と正ビット列とのハミング距離が異なる。例えば、非特許文献2の表記に従って、Tsfp(3s、2m)について見てみると、記載されるビット列は以下である。
PR(1,2,2,2,1)方式について考えると、左シフトビット列の場合は、正ビット列とのハミング距離が1、ユークリッド距離が14である。右シフトビット列の場合は、正ビット列とのハミング距離が2、ユークリッド距離が12となる。図5に示した結果に見られるように、ハミング距離が異なると、それぞれの分布の平均と標準偏差の値が異なってしまう。特許文献5では、この課題に対応するため、SbERの概念を導入し、それぞれのエラー確率を誤差関数を用いて推定し、両者のエラー確率が等しくなる条件を調整目標としている。本方法に従えば、SbER(またはビットエラー率)を最小とするような記録条件を定めることが可能であると考えられる。一方、前述のように図5に示したシミュレーション結果は、記録マークが理想的な状態(エッジシフト=0)で形成された場合の結果である。図5に見られるように、ハミング距離の違いに応じて、中心値と標準偏差が異なっている。したがって、特許文献5に記載の方法に従えば、3つの分布のエラー確率(ユークリッド距離差が0以下になる確率)を等しくするように、記録マークの形成条件をずらす必要がある。前述のディスク互換性の保証に関する要求性能(2)に照らして、この方法が高密度光ディスクの記録条件の調整方法として理想的なものであるかどうかについては疑問が残る。この点について、定量的な考察をするために、前述のシミュレーションを用いて検討を行った。
特許文献5の方法によって検出されるエッジシフト量を定義するため、概念の拡張を行
った。「特許文献5の式(13)」によって、エッジシフト相当量Ecは、
と定義される。ここで、M2,M3およびσ2、σ3はそれぞれ、注目するエッジが左右に1ビットシフトした場合のユークリッド距離差の分布の平均および標準偏差である。前述のように2つの分布を理想ユークリッド距離で規格化して図5の結果を得た。同様にして理想ユークリッド距離が1Tに相当すると考え、M2,M3およびσ2、σ3をそれぞれ理想ユークリッド距離で規格化して用いれば、エッジシフト相当量Ecから時間軸方向のエッジシフトEc’を算出することができる。
図6はシミュレーションで求めた分布を示しており、「特許文献5の図6」に摸式的に示されるものと同様な結果が得られていることが判る。SNRを変化させた場合の、Ec’の値について調べた結果を図7に示す。図に見られるように、SNRの変化に応じてEc’の値が大きく変化することが判る。光ディスク装置では、個体ごとに、あるいは温度等の環境条件に応じて、光スポットの形状や光電変換アンプのSNRが変化する。ハードディスク装置のように、ディスク媒体が交換できないストレージ・デバイスであれば、当該ドライブ装置においてSbER(またはビットエラー率)が最小になるように、記録条件を調整することが最良の方法である。しかしながら、光ディスクのように、媒体可換なストレージ・システムにおいて、当該ドライブのみのSbER(またはビットエラー率)が最小となるだけでは、不十分であると言える。前述の要求性能(2)に鑑みて、本方法が高密度記録条件下での記録条件の調整方法として改善の余地があると言える。
さらに、本方法に関して、要求性能(1)に照らして改善の余地があることについても説明する。Tsfp(3s、2m)の評価に用いるビット列は前述のとおりである。一方、特許文献4に記載されているとおり、次の評価ビット列もSbERの算出に用いられる。
これは、注目する2Tマークに後続するスペースが2Tの場合である。左シフトビット列に関しては、前述と同様に正ビット列とのハミング距離1、ユークリッド距離14である。一方、右シフトビット列の場合は、正ビット列とのハミング距離3、ユークリッド距離12となっており、前述のものとハミング距離が異なる。要求性能(1)によって、記録調整用の評価指標と再生信号品質の評価指標SbER(またはビットエラー率)との相関が十分に大きいことが望まれる。したがって、記録調整用の評価指標においても、評価ビット列が再生信号品質の評価指標に準じたものとなる必要がある。注目するエッジが左右にエッジシフトした目標信号を用いる評価指標において、この例のように、左シフトがハミング距離1、右シフトがハミング距離2、3と複数の組み合わせが生じる点に関して、特許文献5には解決手段に関する記載がなかった。この点に関しても、本方法には改善の余地があると言える。
(4)従来技術の組み合わせによる方法
非特許文献2では、特許文献1に記載の技術に基づいて、エッジシフトに注目して、ユークリッド距離差の分布の平均値が、理想ユークリッド距離となるように調整する技術が記載されている。これを「特許文献5の図3」に示される評価ビット列に適応して、各分布の平均値が理想ユークリッド距離となるように調整する方法が容易に類推される。しかしながら、図5に示したように、記録密度を高めると各分布の平均値が理想ユークリッド距離から小さくなる方向にずれてしまう。同様にSNRに応じても各分布の平均値は変化する。図8この現象を実験的に確かめた結果を示すものである。これは、前述の試作3層ディスクのL0において、再生パワーを変化させながら再生実験を実施して得た実験結果である。図の横軸は再生パワー1.2mWを100%として表したものである。再生信号振幅は再生パワーに比例するが光検出器のノイズ(アンプノイズ)は一定であるため、本実験は、再生パワーを変化させることによって再生信号のSNRを変化させた結果である。図に見られるように、各分布の平均値は理想ユークリッド距離(=1)よりも小さく、かつ再生パワーが小さくなるのに応じて小さくなることが判る。この方法についても、ドライブ装置の状態によるSNRの違いが、記録調整に用いる指標に影響してしまうことは明らかである。
(5)SbERを最小とする方法
図4に示したように、33GB/面の実験においてSbERはビットエラー率と良好な相関を示す。したがって、記録調整のための評価指標を用いずに、記録条件の全ての組み合わせに対して、記録再生を行い最小のSbERが得られる条件を選択する方法が考えられる。しかしながら、光ディスク媒体のように、記録調整用の領域(試し書きエリア)の大きさが限られている場合、無作為に記録条件を変化させながら、SbERが最小になる条件を検索することは実質的に不可能である。なぜなら、記録するマークのエッジを理想的な状態に近づけるための方向に対する情報を得ることができないためである。上に示した従来の技術のように、記録パルスの各パラメータに応じて、それぞれ独立に目標値からのずれを定量化できる方法でなければ、光ディスク装置に応用して試し書きを実施可能な方法とはならない。また、ディスクの試作を繰り返しながら、その性能向上を図るような場合においても、短時間で記録条件の調整が完了することが望まれる。この意味においても、前述の要求性能(1)と(2)を満たし、かつ記録パラメータに応じてそれぞれ独立に調整が可能となる新規な記録調整のための指標とその調整方法が望まれていた。
以上のように,BDシステムに基づいて容量が30GB/面以上となるような高密度記録条件に対応する記録条件の調整に関して、従来の技術では調整性能と媒体互換性の保証の両立という点に関して十分とは言えないという課題があった。本発明で解決しようとする課題は,これらの課題を解決する新規な記録調整用の評価指標と方法を提供すること、およびそれを用いた光ディスク装置の提供である。
本発明ではBDシステムを基本として,30GB以上の大容量化を図ることを目指しているため,以下,変調符号の最短ラン長は2Tを前提として説明を進める。また、前述のように、実験結果から2Tの連続数が2までを扱うSbERは良好にビットエラー率と一致するため、再生信号品質の評価の指標としてSbERを前提として,本発明による記録調整用の評価指標について説明する。SbERと同様に,目標信号と再生信号のユークリッド距離に基づいて統計的に再生信号品質を評価する指標や,ビットエラー率を直接評価する指標等ならば,本発明によって記録条件を調整方法した結果は,良好な結果が得られる。
前述の課題を整理すると以下のようになる。
(課題1)調整結果に基づいて記録したデータの再生互換性について
SNRの変化に依存せずに調整目標点が一定となる評価指標と調整方法である必要がある。
(課題2)調整結果に基づいて記録したデータの品質について
SbERが十分に小さいことを保証するためには、少なくとも連続する2Tの数が2個までの評価ビット列が、SbERの評価ビット列と一致、もしくは実質的に一致する必要がある。
(課題3)短時間での記録調整の実現に関して
記録パルスの条件,もしくは適応型記録パルスの各パラメータに対応して、それぞれ独立に評価可能な評価指標と調整方法である必要がある。
本発明の課題解決手段を構成する基本的な概念は,2つの目標信号と再生信号とのユークリッド距離の差に従う評価指標において,着目するエッジのシフトに対応する成分とSNRに依存する成分を分離して評価を行うことにある。本発明の理解を容易にするため,初めにこれらの課題を満足する評価指標の定義を示し、その後、課題を満足していることを示すことにする。
以下、再生信号をW、再生信号から得られた2値化ビット列の目標信号をT、2値化ビット列の注目するエッジを1ビット左にシフトさせ、かつラン長制限を満たすビット列の目標信号をL、2値化ビット列の注目するエッジを1ビット右にシフトさせ、かつラン長制限を満たすビット列の目標信号をRとする。W,T,R,L間のユークリッド距離をED(W,T)、ED(W,R)のように表すことにする。注目するエッジが左方向にシフトする誤りについての評価値をxL、右方向にシフトする誤りについての評価値をxRとして、これら等価エッジシフトと呼び以下で定義する。
注目するエッジのエッジシフト量を拡張エッジシフトDと呼び、以下で定義する。
注目するエッジのエラー確率に相当する補正量をSNRファクタSと呼び、以下で定義
する。
注目するエッジとマーク長と先行(もしくは後続)するスペース長が同じ、すなわち同一の記録パルス条件にて記録されるエッジの集団について、記録調整に用いるエッジシフト量をDの統計平均値Δとして、以下で定義する。
ただし、Nは測定したエッジの総数、Dnはn番目のエッジの拡張エッジシフトである。
さらに、注目するエッジのエラー確率に相当するジッター値をσとして、以下で定義する。
ただし、Snはn番目のエッジのSNRファクタである。
(式D1)から(式D6)によって定義される本発明の評価指標を以下,L−SEAT(run-length-Limited Sequence Error for Adaptive Target)と呼び,(式D5)に定義したΔをL−SEATシフト,(式D6)に定義したσをL−SEATジッタと呼ぶ。本発明の記録条件の調整方法は,記録パルスの条件を変化させながら記録再生を行い、対応するエッジに関してL−SEATシフトの絶対値およびL−SEATジッタの値が最小となるような記録パルスの条件を選択することである。
以下、本発明の記録条件の調整方法が前述の(課題1)から(課題3)を満足することを説明する。特許文献1から5にあるように,PRML方式においてエラーマージンは,ユークリッド距離差で表される。以下,説明の簡略のために,注目するエッジが左右にシフトするエラーに関するユークリッド距離差を理想ユークリッド距離で規格化した値とそれぞれ、dEDL、dEDRを以下のように定義しておく。
(課題1)調整結果に基づいて記録したデータの再生互換性について
前述のように,記録調整用の評価指標ではSNRの変化に依存せずにエッジシフトの評価指標が一定である必要がある。各ユークリッド距離差の分布はSNRに応じて平均値が変化する。W,T,L,Rは複数の時刻t(t=t0+1,t0+2,t0+3,t0+4,t0+5)に対する信号レベルであるので、これを多次元空間の座標として考えてみる。簡単のため、ハミング距離1の右シフト誤りついて考えると、PR(1,2,2,2,1)方式では、T(T1,T2,T3,T4,T5)、W(T1+δ1,T2+δ2,T3+δ3,T4+δ4,T5+δ5)、R(T1+1,T2+2,T3+2,T4+2,T5+1)とすることができる。さらに、この5次元空間の原点をTとする座標系を考えると、W,Rの位置ベクトル(=座標)を改めてW,Rとすると、W(δ1,δ2,δ3,δ4,δ5)、R(1,2,2,2,1)となる。T,L,Rを含む平面におけるこれらの関係を摸式的に図9に示す。図においてx軸は線分TRの方向に取っており、点Rが1となるように規格化している。また、y軸はx軸に直行する方向としているため、Wの値によってy軸は変化するものであって一定の方向を示すものではないことに注意されたい。W,T,Rに関するユークリッド距離には以下の関係がある。
すなわち、TからWへのユークリッド距離とRからWへのユークリッド距離の合計は、TからRへのユークリッド距離に必ずしも一致しない。
図9では物理的に記録されたマークのエッジシフトの測定についても摸式的に示している。この場合目標値T(原点)から測定した記録マークのエッジまでの距離をxとしたとき、1Tだけ右にシフトした目標値Rから記録マークのエッジまでの距離は(1−x)となり、両者の合計は必ず1(=1T、Tは検出窓幅)となる。記録パルスによるエッジ制御は一般的に時間方向へのシフト制御であって、こうした物理的に記録されたマークのエッジシフトに関する線形な測定の概念に沿ったものとなっている。
そこで、PRMLにおけるユークリッド距離(線分の長さの2乗値)の定義においても、ベクトルTWのx軸上への写像成分をxRとすれば、ベクトルRWのx軸上への写像成分は(1−xR)となって、両者の和を1とすることができる。xRはベクトルTRとベクトルTWの内積値として、T,R,W間のユークリッド距離を用いて、以下のように算出することができる。
これが(式D2)に定義した等価エッジシフトxRの意味である。等価エッジシフトの算出はハミング距離が2や3の場合にも同様にして算出することができる。(式6)の第2項は、図5に示したユークリッド距離差を理想ユークリッド距離で規格化したものである。xRはWのTR方向への成分値であると同時にPRMLのエラー確率に関する項を含んでいるものである。自然な拡張によって,左側にシフトした目標Lを用いて(式D1)により等価エッジシフトxLを算出することができる。
一方、SNRの値に応じてWの座標が変化するため、等価エッジシフトの値は測定するエッジごとに変化する。しかしながら、前述のように等価エッジシフトはTR線分上で線形加算が成り立つため、その平均値を求めることで、SNRに依存せずに記録マークのエッジシフトを評価することが可能となる。
次に、SNRに応じてユークリッド距離差の平均値が変化する課題への対応方法を示す。前述のように、この現象の要因は自動等化器によって得られるフィルターの周波数特性がサンプリング定理によって制限されることによって発生するものと考えられる。従って、注目するエッジに対して、それが左右にシフトした場合に現れる平均値の変化は等しい。図5に示したように、分布の平均値の変化は連続する2Tの数、すなわちハミング距離ごとに分類できることからも推察される。規格化したユークリッド距離差dEDL、dEDRの平均値をそれぞれML、MR、これらの理想ユークリッド距離からのずれをdM、測定すべきエッジシフト量をΔ2とすればとすれば、以下の関係が成立する。
一方、特許文献2で開示されたV−SEATではエッジシフト(ハミング距離1)だけに着目して規格化シーケンス誤差を算出し、左右シフトに対応した符号を付与して加算平均をする技術を開示している。例えば、右方向の等価エッジシフトを正とし、左方向の透過エッジシフトを負とすることが自然である。これを応用し、注目するエッジについて、左右の等価エッジシフトを算出し、シフト方向に対応した符号を加味して加算平均したものを評価値とすれば、SNRに依存したユークリッド距離差の分布の平均値の変化dMを相殺することができる。
同様にして、注目する1つのエッジに関する測定値として、(式D3)で定義される拡張エッジシフトDについても、これがSNRに依存した影響を取り除いたエッジシフトの評価値であることが判る。(式D5)で定義されるL−SEATエッジシフトΔは、(式9)で定義されるそれぞれの分布の平均値の差Δ2と統計的に等価である。
図10はL,Rを目標信号として等価エッジシフトxL,xRを示した摸式図である。図ではLとRの1時刻分のずれを考慮して、t(t=t0,t0+1,t0+2,t0+3,t0+4,t0+5)の6次元に対するL,R、Wの座標をTを原点として表している。物理的に記録されたマークのエッジシフトxは、1T右側の点Rからの距離(=1−x)、と1T左側の点Lからの距離(=1+x)を用いて、x={(1−x)+(1+x)}/2で求められる。(式9)は、これと計量を意味している。一方、W,T,L,R間のユークリッド距離に関しては、L,Rに時刻ずれがあることから、線分TRと線分TLは幾何的な直線上には乗らない。両者のなす角度θは2つのベクトルの内積を用いて求められ、図のように両者がエッジシフト(ハミング距離1)のエラーである場合、cosθは以下となる。
ここで、vector(T,L)、vector(T,R)はそれぞれ、L,Rの位置ベクトル、”・”演算子は内積を表している。Tが最も確からしい目標信号であり、LとTがそれぞれ2番目に確からしい(最もエラー確率の高い)目標信号であるならば、PRML方式におけるエラー率の観点から、拡張エッジシフトDをゼロにするように記録条件を調整することがリーズナブルであると言える。2つの目標信号が幾何的な直線上には乗らないことは、PRML方式におにおけるエッジシフト測定の特徴であるとも言える。2Tの繰り返し数が2(ハミング距離1,2,3)について、L,Rとcosθの関係を図11にまとめる。図において、Lのハミング距離が1でRのハミング距離が3の場合、cosθ>0となって、幾何的にはLとRのなす角が90度未満となるが、LとRとして最もエラー確率の高い目標信号を選択するならば、拡張エッジシフトDの平均値Δまたは、L、R分布の平均値の差分Δ2によって注目するエッジのシフトを測定できる。
図12はdEDLとdEDRの関係を示すシミュレーション結果である。シミュレーション条件は前述の通りで、33GB/面に相当する記録密度で所定の長さの記録マークが理想的に記録された場合についての結果である。ここではSNRを20dBとした。図では記録マークの前エッジについて(a)Tsfp(2s、2m),(b)Tsfp(2s、3m),(c)Tsfp(3s、2m),および(d)Tsfp(3s、3m)の4つの場合について各1000エッジの結果を示している。ここでは、LとRの目標信号として、ハミング距離がそれぞれ(a)(2、2)、(b)(2,1)と(3,1)、(c)(1,2)と(1,3)、および(d)(1,1)となるものを用いた。図中の破線はdEDL+dEDR=2、すなわち図10に示した物理的な記録マークに関する計測値の保存関係と等価な関係を示している。図に見られるように、各プロット点は概ね破線に沿った相関関係を示しており、ノイズの影響による再生信号の変動が、概ね左シフトと右シフトに関して対称であることが判る。詳しく見ると図10(b)、(c)に見られるように、左右の目標信号のハミング距離が等しくない場合は、破線とは少し異なる傾きをもった分布であることが判る。これは、PRML方式によるエラー発生の確率が左右のシフトで異なることに対応したものであって、物理的な記録マークに関する計測と、PRML方式のエラーマージンに沿った計測の差異である。特許文献2で開示されたV−SEATによるエッジシフトの評価は、目標信号としてハミング距離1のものだけを利用しているので、図10(b)、(c)の場合にも破線に沿った関係の計測のみしか実施できない。従って、本発明は従来技術に比べて、左右のエッジシフトに応じたエラー率の相違をより精度良く検出することが可能となる。これが、本発明による第1の効果である。
図13はdEDLとdEDRの平均値と拡張エッジシフトDの関係を示すシミュレーション結果である。シミュレーション条件は図12と同一である。ここでも、(a)Tsfp(2s、2m),(b)Tsfp(2s、3m),(c)Tsfp(3s、2m),および(d)Tsfp(3s、3m)の4つの場合について各1000エッジの結果を示している。図中、dEDLとdEDRの平均値の分布が(1)エッジパターンごとに広がりが大きく異なる点、および(2)理想ユークリッド距離差=1よりも小さい側にシフトしている点は図5の結果を反映したものである。これとは対照的に、拡張エッジシフトDの分布はエッジパターンに依らず、(1)分布の広がりがほぼ均一であり、かつ(2)分布の中心がほぼゼロにある。図中では、これらの違いを摸式的な分布形状で表している。拡張エッジシフトDの導入によって得られるこの2つの効果は、それぞれ(1)等価エッジシフトによって再生信号のシフトをベクトルTRまたはベクトルTLとの内積値として算出して線形化している点、および(2)左右の等価エッジシフトを符号を付加して平均化している点、による効果である。
以上、本発明による効果をまとめたものを図14に示す。同図は図7に示したEc’(特許文献5の方法)とSNRの関係に、(式D5)に定義した拡張エッジシフトの平均値Δを加えたものである。光ディスク装置は可搬媒体を扱う装置であるため、不特定多数の媒体に対して同様な記録条件で記録を行える必要がある。しかしながら、実際に記録される情報のSNRは、光ディスク装置の動作環境や機械のコンディションによって変動する。従来の方法の場合、図14に見られるように、Ec’値がSNRの変化に応じて大きく変化しており、これは、理想的な記録信号と、実際に記録媒体に記録される記録信号との差(図14では、エッジシフト量を指標として評価している)が、光ディスク装置の動作コンディション(SNR)に応じて変動することを意味する。一方、本発明のΔ値はSNRの変化に依存せずにほぼゼロで一定であり、これは、光ディスクの動作コンディションが変動しても、同じ条件で記録ができていることを意味する。前述のように、本シミュレーションでは、所定の長さの記録マークが理想的に記録された場合の信号にランダム雑音を加えたものであり、この条件に対して、エッジシフトの評価値Δがほぼゼロであるという計測結果は、記録したデータの再生互換性の観点からも非常に優れたものである。この点が,本発明による第2の効果である。
(課題2)調整結果に基づいて記録したデータの品質について
本発明による記録条件の調整の結果、SbERが十分に小さい必要がある。これを実現するためには、記録パルスの調整によってdEDLとdEDRが最小になり,かつT、L、Rの評価ビット列とSbERの評価ビット列が実質的に等価である必要がある。
最初に前者に対して説明する。目標信号T,L,Rはハミング距離の差異と時刻ずれによって,幾何的な直線上に乗らないことは前述のとおりである。これによって,等価エッジシフトの絶対値は左右のシフトに対して異なる。この点は本発明によるエッジシフト計測の特徴である。さて,N個のエッジを評価したとき,n番目のエッジのdEDLとdEDRの値をdEDLnとdEDRnとして,それらの平均を1と近時したとき,標準偏差σL,σRは次式で表される。
ビットエラー率はこれらの合成標準偏差σLRによって評価される。従って,
となり,右辺が(式D6)に示したL−SEATジッタの2倍の値となる。ここに表れる係数2は本質的なものではなく,dEDLおよびdEDRの分布においてエラーマージンが1(理想ユークリッド距離=1)であるのに対して,L−SEATでは従来のタイム・インターバル・アナライザによるジッタ測定と同様に,エラーマージンが±1/2Tであることによって生じた係数である。両者をガウス分布としたときの誤差関数によるエラー率の値は等しくなる。L−SEATジッタは,図5に示したユークリッド距離差の分布をそれぞれ,平均値が1となるようにして重ね合わせた場合の合成標準偏差を表していることが判る。従って,L−SEATジッタはSbERやビットエラー率に対して良好な相関をもつ評価指標であると言える。さらに詳しく言うと,(式D4)に見られるように,SNRファクタは定義によって,SNRや記録密度によってユークリッド距離差の分布が理想値1からずれた量と同じ値を平均値としてもつ。従って,(式D6)に定義したL−SEATジッタにおけるSNRファクタの寄与は,ユークリッド距離差の分布の平均値のずれを加味したものとなっている。以上のように,本発明のL−SEATでは,注目するエッジのシフトに対応する成分(拡張エッジシフト)とSNRに依存する成分(SNRファクタ)を分離して評価を行うことができる。これによって,個別のドライブ装置のSNRに依存しない再生互換性能に優れたシフト調整と,SbERやビットエラー率の最小条件の保証という2つの機能を同時に提供することができるのである。すなわち、本発明のL−SEATは、特許文献2で開示されたV−SEATを含む従来の記録調整用の信号評価指標に比較して、ジッタやSbERなど、従来の再生信号品質の評価指標との相関性を有しており、信号評価指標として優れたものである。よって、本発明により、従来にない優れた信号評価指標が提供され、これが本発明によって得られる第3の効果である。この点に関する実験的な検証については,実験結果を交えて後述する。
次に,SbER等の再生信号の品質の評価を行うために用いる評価ビット列との親和性について説明する。特許文献1、3、4等に記載される再生信号の評価技術は,それぞれ構成が異なるが,共通技術として,PRMLデコーダから出力される2値化ビット列の中から最も確からしい第1の評価ビット列を検索・抽出する工程が含まれている。評価ビット列の長さMはPRML方式の拘束長Nと,評価ビット列に含まれる2Tパターンの連続数N2Tを用いて,M=2N−1+2N2Tと一般化することが可能である。ここでN2Tは0,1,2,...となる整数である。N2T=0,1,2は,前述の表記に従えば,それぞれエッジシフト,2Tシフト,2T玉突きシフトに対応するものである。また,N2Tが0,1,2,3,4,5および6のとき,ハミング距離はそれぞれ1,2,3,4,5,6および7であって,パターンAとパターンBの評価ビット列の間のハミング距離は(N2T+1)となる。評価ビット列は2Mとおりのビット列の中から,最も確からしい第1の評価ビット列と第1の評価ビット列の目標信号からののユークリッド距離が最小となる目標信号に対応する第2の評価ビット列との関係を抽出する機械的な操作によって,容易に列挙することができる。
図15は,拘束長5のPR(1,2,2,2,1)方式に対応した評価ビット列の例であり,同様なものは特許文献4に記載されている。図に見られるように,拘束長5のPRML方式を用い,PRMLデコーダ2値化ビット列の中から評価ビット列を検索・抽出して再生信号の品質評価を実施する場合,ハミング距離ごとに18組で合計54組,すなわち108個の評価ビット列が列挙される。再生信号の評価を行う場合、これらの評価ビット列の検索・抽出処理を並行して実施する必要がある。
図16は図15に示した拘束長5のPR(1,2,2,2,1)に対応した評価ビット列から共通項を抽出し整理したものである。図に見られるように,ハミング距離1,2,3に応じた108個の評価ビット列は,それぞれビット長5,7,9の主ビット列と,その両端に付加された2ビットの副ビット列XX,YYによって表現することができる。ここで,主ビット列はハミング距離1の場合,「00011」,「00111」,「11100」,および「11000」の4個,ハミング距離2の場合,「0001100」,「0011000」,「1110011」,および「1100111」の4個,ハミング距離3の場合,「000110011」,「001100111」,「111001100」,および「110011000」の4個であり,副ビット列AAは「00」,「10」,もしくは「11」であり,副ビット列BBは「00」,「01」,もしくは「11」である。ここに定義した主ビット列の区間が目標信号と再生信号のユークリッド距離の算出区間となる。副ビット列は主ビット列の端部での目標信号レベルを算出するためだけに必要なものであって、複数の目標信号の間のユークリッド距離には係わらないものである。その意味で、副ビット列は目標信号の端部のレベルを定めるための境界条件を定めるものと考えることができる。
主ビット列はPRML方式の拘束長に依存せずに定まるものである。この理由を説明する。最短ラン長mが2Tの場合,エッジシフトによって1ビットが変化することを表現するためにビット列の最短長は最短ラン長を2倍して1を加えた値,すなわち2m+1=5ビットである。これが主ビット列の実体である。同様にして,評価ビット列に含まれる連続する2Tの数N2Tを用いて一般化すると,主ビット列の長さは(2m+1+2N2T)となる。このように,主ビット列とは,評価ビット列に含まれる連続する2Tの数に応じて定まる,最短のビット列という意味をもつ。一方,前述のように,再生信号とのユークリッド距離の算出に必要なビット列の長は,PRML方式の拘束長Nを用いて,(2N-1+2N2T)である。両者のビット列の長の差は(2N-1+2N2T)−(2m+1+2N2T)=2(Nm−1)となって,これが必ず偶数であることが判る。最短ラン長m=2の場合,この値は2(N−3)である。
以上のように,PRML方式の拘束長Nに依存しない主ビット列と,主ビット列の両端に付加された長さ(N−3)の副ビット列を用いれば,評価ビット列を整理して表現することが可能である。
このように,評価ビット列を整理して記述するとことで、再生信号品質の評価指標と本発明の関係の簡素化が可能になると共に、本発明においても回路規模の削減を図ることができるようになる。
図16では特許文献4の記載内容に従って、評価ビット列をA、Bの組として記述した。再生信号を2値化して得られたビット列の中から第1の評価ビット列(目標信号Tに相当する評価ビット列)を検索し、これから2番目に確からしい第2の評価ビット列(目標信号LまたはRに相当する評価ビット列)を生成して用いる方が、回路規模の削減の点で有利である。第1と第2の評価ビット列のハミング距離は予め定められるので、ハミング距離と同じ数の”1”をもつビット列を生成ビット列として、排他的論理和(XOR)演算によって、第1の評価ビット列(T)からに施すことによって、第2の評価ビット列を生成できる。図17はハミング距離が1から7までに対応した主ビット列をまとめたものである。図中,主ビット列(Main bit array)の欄には,上に示した主ビット列を列挙してある。ここでは、主ビット列にハミング距離と1から4までの数の組み合わせの主ビット列番号を定めて整理した。図に示すように、第2の主ビット列を生成するための操作は、ハミング距離ごとに定まった生成ビット列をXOR演算して求めることができる。第2の主ビット列の主ビット列番号についても表記してある。
以上のように,主ビット列に関して考察すればSbERを評価ビット列と本発明の方法
による評価ビット列との親和性を説明することができる。
まず,連続する2Tの数が2以下の場合について,本発明によるエッジ評価の主ビット列を列挙したテーブルを図18に示す。L−SEATでL,R目標を同時に生成する場合、主ビット列の長さは前述のものよりも1Tづつ長くなっており,ハミング距離1,2,3に対してそれぞれ6,7,8である。ここでは,図17と同様に,再生信号を2値化して得られるビット列に含まれる主ビット列と,これにXOR演算をしてそれぞれL,R用の主ビットを生成するための生成ビット列を列挙した。主ビット列の総数は12であり,各主ビット列の中で下線で示したビットが注目するエッジを表している。ここで採用した主ビット列とL,Rに関する選択ルールは,注目するエッジを左右に1ビットシフトされるとともに,ラン長制限を満たし,かつハミング距離が最小(ビット反転数が最小)となるような目標をL,Rとして選択するというものである。また,記録マークを“1”,スペースを“0”として記述した。記録マークからの反射光量がスペースに比較して小さい,所謂High To Low型の媒体の場合,PRクラスを(1,2,2,2,1)とするならば,記録マークを“0”,スペースを“1”とするように,主ビット列の“1”と“0”を反転すればよい。あるいは,PRクラスを(−1,−2,−2,−2,−1)として,インパルス応答の向きを反転すれば,図18をそのまま用いることができる。以下,本発明の説明では,特に指定しない限り記録マークを“1”,スペースを“0”として扱う。
以下,N2Tの最大値が2の場合について,図17に示したSbER算出の主ビット列と図18に示したL−SEATの評価主ビット列の関係について説明する。図19はN2T=0,すなわちハミング距離が1の場合の両者の比較である。これは3T以上のマークの前エッジに関する評価である。SbERについては,評価する時刻tを,L−SEATについては,エッジの種別を付記してある。図に見られるように,主ビット列に含まれるエッジは1つである。SbERとL−SEAT共にエッジ当たり2つのハミング距離に対する評価を行っており,主ビット列は同一である。すなわち副ビット列を含む両者の評価ビット列は一致している。図では前エッジについてのみ示しているが,“1”と“0”を反転すれば後エッジとして扱うことができ,その場合にも評価ビット列の一致は自明である。
図20はN2T=1,すなわちハミング距離が2の場合の両者の比較である。主ビット列に含まれるエッジは2つである。SbERとL−SEAT共にエッジ当たり2つのハミング距離に対する評価を行っており,主ビット列は同一である。時刻に対する評価の遷移を見ると,図中に破線矢印で示すように,SbERの場合L,L,R,Rの順に評価を行い,L−SEATはL,R,L,Rの順に評価を行うことが判る。主ビット列に含まれる“1”と“0”を反転したパターンについても同様に,評価ビット列は一致する。
図21はN2T=2,すなわちハミング距離が3の場合の両者の比較である。主ビット列に含まれるエッジは3つである。上の例と同様に,SbERとL−SEAT共にエッジ当たり2つのハミング距離に対する評価を行っており,主ビット列は同一である。時刻に対する評価の遷移を見ると,図中に破線矢印で示すように,SbERの場合L,L,L,R,R,Rの順に評価を行い,L−SEATはL,R,L,R,L,Rの順に評価を行う。主ビット列に含まれる“1”と“0”を反転したパターンについても同様に,評価ビット列は一致する。
以上の検討から,N2Tが2以下の場合,SbER算出のための評価ビット列と,図18に示した評価主ビット列が一致することが判った。同様にして,N2Tが3以上の場合についても,L−SEAT算出用の主ビット列として,SbERと最大値が同一になるようなハミング距離までの主ビット列に対して,ラン長制限を満たし,かつハミング距離を最小とする主ビット列をL,Rの主ビット列として選択することによって,同様に評価主ビット列が一致するようにできる。N2Tが3の場合の具体例については後述する。L−SEATの基本概念は、図5に示したようにユークリッド距離差の分布の平均値が理想ハミング距離の差と異なる場合に、対称性に着目して評価するエッジを左右にシフトさせた目標信号を用いて、それらの分布の平均値の差分からエッジシフトを評価するものである。この概念に従って、各時刻において拡張エッジシフトを評価する方法((式D1)から(式D6))、もしくは独立に算出したユークリッド距離差の分布の平均値を評価する方法((式7)から(式13))によって、エッジシフトを評価するものである。また、評価主ビット列は図18に示したものに限らず、N2Tが3の場合を含めた種々のバリエーションを用いることができる。
以上のように,図18に示した評価主ビット列に対して、等価エッジシフトに基づく評価を実施することによって,評価主ビット列の親和性の観点からもSbERやそれに概念の共通する指標との相関性を向上した評価指標としてL−SEATを提供することができる。この点は本発明における第4の改善点である。
(課題3)短時間での記録調整の実現に関して
記録パルスの条件,もしくは適応型記録パルスの各パラメータに対応して、それぞれ独立に評価可能な評価指標と調整方法を提供する必要がある。一般の光ディスク装置としては,単一の規格だけに対応するだけでなく,CD,DVD,BD,あるいはBDを基本とした高密度の光ディスクについても,同様に対応する必要がる。これらの規格に応じて,適応型記録パルスはそれぞれ異なるものである。また,記録調整のための評価指標としても,タイム・インターバル・アナライザーで測定する時間軸方向のエッジシフトおよびジッター,V−SEAT,本発明のL−SEAT等,それぞれに適したものを使うことが望まれる。これを実現するためには,先ず,記録調整用のパラメータ・テーブルとして選択すればよい。その上で,再生信号の各エッジごとにそのエッジシフトやSNRファクタのような評価値を算出する回路を前段に配置することによって,包括的な対応が可能になる。こうした,記録条件の調整用の回路のブロック構成の例を図22に示す。図において,光ディスク媒体から再生され,図示しないアナログフィルター処理を施された再生信号51はA/D変換器21によって6から8ビットのデジタル・データに変換され,自動等化器22によって等化された後PRMLデコーダ23によって2値化され,2値化ビット列52が出力される。記録条件調整用の信号品質の評価回路30はエッジ品質評価回路40,41,42,とセレクタ60,及び記録パルス品質評価テーブル35,およびタイミング調整器36から構成される。エッジ品質評価回路40はエッジごとにCD/DVD用の時間軸方向のエッジシフトの評価を行い,エッジ品質評価回路41はBD用にV−SEATの評価を行い,エッジ品質評価回路42は高密度BD用にL−SEATの評価を行う。各エッジ品質評価回路ではエッジごとにエッジシフト量,あるいは拡張エッジシフトやSNRファクタの算出を行う。セレクタ60では記録再生を行うディスクの種別に対応して,エッジ品質評価回路の出力を選択する。記録パルス品質評価テーブル35では,2値化ビット列52と,エッジ品質評価回路から出力されたエッジの評価指標を同期して,適応型記録パルスに応じたパターンの仕分けを行い,4x4テーブル等に分離して,各テーブル要素ごとに平均値や標準偏差の算出を行う。CPU140ではこの結果を参照しながら,適応型記録パルスの各パラメータの調整処理を実施する。以上の構成によって,複数の光ディスク媒体に対応した適応型記録パルスのパラメータ調整が可能になる。こうした構成によって,複数の適応型記録パルスのパラメータを並列して調整することが可能となり,単一の再生信号品質の評価指標を用いた方法に比較して,短時間の内に,かつ限られた試し書き領域を用いて記録パルスの条件調整が実施できる。
以上のように,BDシステムに基づいて容量が30GB/面以上となるような高密度記録条件に対応する記録条件の調整に関して、前述の従来の技術の課題を解決し,(1)調整結果に基づいて記録したデータの再生互換性に優れ,(2)調整結果に基づいて記録したデータの品質がSbER等の再生信号の評価指標で測定して十分に良好な結果を保証し,かつ(3)適応型記録パルスの条件調整を短時間で実施可能な記録条件の調整のための評価指標と調整方法,およびこれを用いた光ディスク装置の提供ができるようになった。
本発明の骨子は、BDのように最短ラン長が2Tの符号を用いた光ディスクにおいて、3種以上のハミング距離(N2T=0,1,2に対応)に対する目標信号を用いて、再生信号を評価する方法において、着目するエッジの品質の評価を各時刻において拡張エッジシフトを評価する方法、もしくは独立に算出したユークリッド距離差の分布の平均値を評価する方法によって評価し、これに基づいて記録条件を調整する方法とこの方法を実装した光ディスク装置である。