JP2590835B2 - 符号変調方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、例えば光ディスクにトラッキングサーボ
用のウォブリングしたグルーブを形成する場合に、この
グルーブとして時間コードを記録するのに適用される符
号変調方法に関する。

〔発明の概要〕 この発明では、原データの各ビットに対して2n変調ビ
ットを割り当てて変調を行う変調方法において、原デー
タのビット“0"は、2n変調ビットが“1",“0"のｎ回の
繰り返しパターンとし、原データのビット“1"は、この
ｎ回の繰り返しパターンに対して両端部を除く所定の連
続する２変調ビットの極性を反転することにより、安定
した位相で搬送波成分を取り出すことができる。

〔従来の技術〕

ビットレートが低い原データを変調する場合、所定周
波数の搬送波成分を保存できる変調方法としてPSK（Pha
se Shift Keying）変調が知られている。PSK変調は、第
12図Ａに示す２値の原データの“1"及び“0"と夫々対応
して180゜異なる位相の正弦波信号が割り当てられ、第1
2図Ｂに示す被変調信号が得られる。このPSK変調は、現
在電話通信等の分野で多用されている。第12図Ｂから明
らかなように、PSK変調された信号は、搬送波成分の位
相が原データに応じて変化し、位相が連続とならない。

〔発明が解決しようとする問題点〕

例えば光ディスクでは、トラッキングサーボのため
に、所定の周波数例えば22.05（kHz〕の正弦波信号によ
りウォブリングしているプリグルーブ（案内溝）が形成
され、再生信号中に含まれるプリグルーブと対応する周
波数成分を分離して同期検波を行い、トラッキングエラ
ー信号が得られる。このプリグルーブとして、低い周波
数で変化するデータを記録する場合、上述のウォブリン
グ周波数の成分が保存され、また、安定な位相でウォブ
リング周波数の成分を再生できることが必要とされる。
しかしながら、従来のPSK変調を用いると、変調後の信
号の位相が不連続となるので、上述のように、プリグル
ーブとしてデータを記録する場合に適用することができ
ない。

従って、この発明の目的は、搬送波の周波数成分を保
存することができ、且つ安定な位相で搬送波成分を再生
することができる符号変調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〕

この発明では、複数ビット情報が所定の周波数をもっ
て繰り返される原データの各ビットに対して2n変調ビッ
トを割り当てて変調を行う変調方法において、原データ
のビットが“0"の時は、2n変調ビットは“1",“0"のｎ
回の繰り返しパターンとされ、原データのビットが“1"
の時は、上記“1",“0"の繰り返しパターンに対して、
両端部を除く所定の連続する２変調ビットの極性が反転
される。

〔作用〕

原データの各ビットに対して2n変調ビット例えば（２
×12）変調ビットが割り当てられる。データビットが
“0"の時は、2n変調ビットが“1",“0"のｎ回の繰り返
しパターンとされ、データビットが“1"の時は、“1",
“0"の繰り返しパターンに対して２変調ビットの極性が
反転される。従って、データビットが“1"或いは“0"の
何れの場合でも、“1",“0"のｎ回の繰り返しパターン
が基本とされている。この繰り返しパターンが搬送波成
分として保存される。従って、被変調信号の搬送波成分
の周波数をウォブリング周波数と一致させることによ
り、時間コードのデータを光ディスクのプリグルーブと
して記録することができる。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例について説明する。この発
明は、下記の順序に従ってなされる。

a.時間コード及び変調規則 b.変調回路 c.プリグルーブの形成 d.ウォブリング信号発生回路 e.ディスク記録／再生回路 f.変形例 a.時間コード及び変調規則 この一実施例では、スパイラル状のプリグルーブ（案
内溝）をウォブリング（揺動）させて光ディスクに形成
し、このプリグルーブを用いてトラッキングを行う場合
に、プリグルーブ自体に時間コードが記録される。この
時間情報としては、CD（コンパクトディスク）に採用さ
れている絶対時間コードが使用される。この絶対時間コ
ードは、光ディスクのヘッド（ピックアップ）の走査位
置と１対１に対応しており、光ディスクをCLV（線速度
一定）方式で回転させる時のディスク径の情報を与え、
また、データアクセス時のアドレス情報を与える。

CDには、チャンネルビットで588ビットを１フレーム
として信号が記録され、所定の線速度におけるフレーム
周波数は、7.35〔kHz〕である。CDでは、音楽信号以外
の情報が記録できるスペース（ユーザーズビット又はサ
ブコード）が用意されている。サブコードは、８個の独
立したビット（PQRSTUVWと称される）からなり、現在
は、Ｐ及びＱの２個のチャンネルが使用されている。１
フレーム内には、上記の８個の独立したビットがEFM変
調されて挿入されている。サブコードの各チャンネル
は、98フレームに夫々含まれる98ビットを１ブロックと
して構成される。

音楽信号中及びリードアウトトラックにおけるチャン
ネルＱのデータ中には、“AMIN"“ASEC"“AFRAME"と称
される絶対時間コードが挿入されている。絶対時間コー
ドは、プログラム領域のスタートで「00分00秒00フレー
ム」とされ、ディスクのランニングタイムに応じて変化
する。上述のフレーム周波数からCDでは、（１秒＝75フ
レーム）とされている。絶対時間コードの分，秒，フレ
ームの夫々は、BCDコードの２桁で表現される。つま
り、分及び秒は、（00〜59）の間で変化し、フレーム
は、（00〜74）の間で変化し、合計でBCDコードの６個
のキャラクタが用いられる。

チャンネルコーディングとしてのEFM（Eight to Four
teen Modulation）は、所定の規則に従って１シンボル
８ビットの信号を各々14ビットに変換する。EFMによ
り、占有周波数帯域が狭くなり、クロック成分が多くな
り、直流成分が少なくされる。

一方、プリグルーブをウォブリングさせるトラッキン
グ方式では、22.05〔kHz〕の正弦波が用いられる。従っ
て、ウォブリングしたプリグルーブとしてCDフォーマッ
トの絶対時間コードを記録する場合において、上述の周
波数の正弦波信号が安定した位相で再生できる必要があ
る。この一実施例では、（22.05×２＝44.1〔kHz〕）の
サンプリング周波数に基づいて絶対時間コードの変調が
なされる。

絶対時間コードの変化の周波数は75〔Hz〕であるの
で、44.1〔kHz〕のサンプリング周波数の場合、１周期
内に588サンプルが含まれる。各４ビットの６個のBCDキ
ャラクタ（合計24ビット）の絶対時間コードのデータの
１ビットに所定数例えば24サンプル（２×12変調ビッ
ト）が割り当てられる。第４図Ａに示すように、588サ
ンプル（＝1/75（秒））中の先頭に12サンプルの長さの
プリアンブルが付加され、その後に、（24×24＝576）
サンプルのデータが続く。

１データビットの“0",“1"並びにプリアンブルの夫
々は、第４図Ｂに示すように変調される。データビット
“0"は、24サンプルがハイレベルとローレベルとを交互
に繰り返す系列（“0"系列）に変調される。データビッ
ト“1"は、24サンプルの第12番目のサンプルがローレベ
ルからハイレベルとされ、第13番目のサンプルがハイレ
ベルからローレベルとされ、他のサンプルは、データビ
ット“0"と同様の系列（“1"系列）に変調される。ま
た、プリアンブルは、３サンプル毎にハイレベルとロー
レベルとを交互に繰り返すパターンとされる。データビ
ットの“0"は、DCフリーの系列に変調される。この系列
は、繰り返し周波数が21.05〔kHz〕であって、トラッキ
ング制御用の正弦波成分を含んでいる。データビットの
“1"と対応する“1"系列は、やはりDCフリーのもので、
ランレングスが２サンプルに制限されている。データビ
ットの“0"と対応する“0"系列の方が“1"系列に比して
トラッキング制御用の正弦波成分という点で好ましい。
絶対時間コードは、“0"の方が“1"に比して連続する長
さが長くなるので、“0"系列を“1"系列より好ましいパ
ターンとしている。プリアンブルと対応する系列もDCフ
リーであって、（1/75）秒に１回発生する。

“1"系列及びプリアンブル系列を実際に発生させる方
法について第５図を参照して説明する。“1"系列の24サ
ンプルは、第５図Ａに示すように、“0"系列に対し、第
12番目のサンプルで（＋１）となり、第13番目のサンプ
ルで（−１）となる３値の信号を加算することで形成さ
れる。プリアンブルと対応する12サンプルの系列は、第
５図Ｂに示すように、“0"系列に対し、第８番目及び第
14番目のサンプルで夫々（＋１）となり、第11番目及び
第17番目のサンプルで夫々（−１）となる信号を加算す
ることで形成される。

b.変調回路 上述のように、データビットの“0"又は“1"の夫々を
所定のパターンの24サンプルの系列に変調する変調回路
の一例を第１図に示す。

第１図において、１はフレーム周波数（75〔Hz〕のフ
レームパルスＡが供給される入力端子、２は44.1〔kH
z〕の周波数のクロックパルスＢが供給される入力端子
である。クロックパルスＢの周期をＴで表す。第３図Ａ
及び第３図ＢがフレームパルスＡ及びクロックパルスＢ
を夫々示す。クロックパルスＢは、Ｔフリップフロップ
３及び12進カウンタ４のクロック入力とされる。Ｔフリ
ップフロップ３から第３図Ｃに示す周期2Tの“0"系列Ｃ
が発生する。これらのＴフリップフロップ３及び12審カ
ウンタ４には、フレームパルスＡがクリア入力として供
給される。

SPフリップフロップ５のセット入力としてフレームパ
ルスＡが供給され、そのリセット入力として12進カウン
タ４のキャリー出力が供給される。従って、SRフリップ
フロップ５の出力端子には、第３図Ｄに示すように、
フレームパルスＡから12Tの期間でローレベルとなるパ
ルス信号Ｄが得られる。このパルス信号ＤがANDゲート
６及びエッジ検出回路７に供給される。ANDゲート６に
は、クロックパルスＢが供給され、ANDゲート６を介さ
れたクロックパルスが24進カウンタ８に供給される。24
進カウンタ８のキャリー出力Ｅにより24進カウンタ８が
クリアされると共に、キャリー出力Ｅが加算回路９に供
給される。

24進カウンタ８のキャリー出力Ｅは、第３図Ｅに示す
ように、パルス信号Ｄがハイレベルになってから24T毎
に発生する。また、エッジ検出回路７からパルス信号Ｄ
の立ち上がりエッジに一致したパルス信号が発生し、こ
のパルス信号が加算回路９に供給される。従って、加算
回路９からのパルス信号Ｉは、第３図Ｉに示すように、
プリアンブルの12Tの期間の後に24T毎に発生するものと
なる。

24進カウンタ８の並列出力がデコーダ10に供給され
る。24進カウンタ８の内容が12になる時に発生するデコ
ーダ10の出力信号が（１）発生回路11に供給され、24進
カウンタ８の内容が13になる時に発生するデコーダ10の
出力信号が（−１）発生回路12に供給される。従って、
（１）発生回路11から第３図Ｆに示すように、１のレベ
ルのパルス信号Ｆが発生し、（−１）発生回路12から第
３図Ｇに示すように（−１）のレベルのパルス信号Ｇが
発生する。これらのパルス信号Ｆ及びＧが加算回路13に
より加算され、加算回路13の出力信号が加算回路14に供
給される。加算回路14には、Ｔフリップフロップ３から
の“0"系列Ｃが供給されるので、加算回路14の出力信号
が“1"系列となる。

これらの“0"系列及び“1"系列がスイッチ回路15の二
つの入力端子に夫々供給される。スイッチ回路15は、切
り替え信号発生回路18からの切り替え信号Ｋにより制御
され、スイッチ回路15からのデータが合成回路20に供給
される。合成回路20は、588サンプル毎に12サンプルの
プリアンブルを付加する。プリアンブルは、フレームパ
ルスＡが供給される３値論理信号発生回路16及び加算回
路17により形成される。３値論理信号発生回路16は、第
３図Ｈに示すように、フレームパルスＡと同期して（01
00−100100−10）の３値のパルス信号Ｈを発生する。こ
のパルス信号Ｈと“0"系列Ｃとが加算回路17に供給さ
れ、加算回路17からプリアンブルが得られる。合成回路
20の出力端子21には、変調された系列が得られる。

19は、フレームパルスＡに基づいてCDフォーマットの
絶対時間コードを発生する絶対時間カウンタである。第
２図は、絶対時間カウンタ19の構成を示し、フレーム，
秒，分の夫々が２つのBCDからなる。第２図は、「28分3
4秒63フレーム」の例を示しており、この場合では、
「（0010）（1000）（0011）（0100）（0110）（001
1）」のBCDの６キャラクタが発生している。絶対時間カ
ウンタ19からの絶対時間コードが切り替え信号発生回路
18に供給される。切り替え信号発生回路18では、パルス
信号Ｉと同期して第３図Ｊに示すように、絶対時間コー
ドの各データビットが取り込まれ、データビットが“0"
でローレベル、データビットが“1"でハイレベルの切り
替え信号Ｋ（第３図Ｋ）が形成される。切り替え信号Ｋ
がローレベルの時に“0"系列がスイッチ回路15により選
択されると共に、切り替え信号Ｋがハイレベルの時に
“1"系列がスイッチ回路15により選択される。

c.プリグルーブの形成 光ディスクにプリグルーブを形成するためのカッティ
ングシステムを第６図に示す。第６図において、25がガ
ラス円板を示し、ガラス円板25上にフォトレジスト26が
塗布されている。ガラス円板25は、スピンドルモータ27
によってCLVで回転される。28は、記録レーザ例えばア
ルゴンイオンレーザである。記録レーザ28からのレーザ
ビームが破線で囲んだ光学ヘッド29のガルバノミラー30
で反射され、対物レンズ31を介してフォトレジスト26に
照射される。ガルバノミラー30がガルバノモータ32によ
って回動されることで、径方向にレーザビームがウォブ
リングされる。

ガルバノモータ32には、ミラードライバ33からのドラ
イブ信号が供給される。ミラードライバ33には、ウォブ
リング信号発生回路34からウォブリング信号が供給され
る。ウォブリング信号発生回路34は、前述せる変調回路
と帯域制限用フィルタとから構成されている。フォトレ
ジスト26には、スパイラル状で且つウォブリングしたプ
リグルーブがレーザビームにより露光される。

第７図において、は光学的にカッティングされたガ
ラスマスターを示し、現像するとで示すようにフォト
レジスト26にプリグルーブと対応する凹部が形成され
る。次に、フォトレジスト26上にアルミニウム35が蒸着
される（）。更に、ニッケルメッキ36が施され
（）、ニッケルメッキ36をはがすことでメタルマスタ
ーが作製される（）。このメタルマスターからスタン
パーが作られ、スタンパーによるインジェクションモー
ルド，記録層形成及び保護膜付加の工程を経て光ディス
ク41が製造される（）。光ディスク41は、ポリカーボ
ネート基板37と記録層38と透明保護膜39とを有し、記録
層38には、プリグルーブ40が形成されている。必要に応
じて光ディスク41は、貼り合わせ構造とされ、両面記録
が可能とされる。

記録層38は、追記型（WORM）光ディスクの場合では、
SbSe,BiTe等の材料からなり、消去可能な光ディスク例
えば光磁気ディスクの場合には、TbFeCo等の材料からな
る。また、結晶−アモーファスの相変化を利用する相変
化型の光ディスクに対してもこの発明は適用できる。プ
リグルーブ40は、Ｕ溝又はＶ溝とされ、プリグルーブ40
上又はプリグルーブ同士の間の領域にピットが形成され
る。第８図は、光ディスク41に形成されたプリグルーブ
40の一部を示している。光ディスク41の径は、CDと同一
とされている。

d.ウォブリング信号発生回路 第９図は、ウォブリング信号発生回路を示し、45は、
前述の第１図に示す変調回路である。変調回路45から
は、CDフォーマットの絶対時間コードで変調されたパル
ス列が発生する。このパルス列は、22.05〔kHz〕の繰り
返し周波数を基本的に有しており、パルス列がフィルタ
を介されることで帯域制限がなされる。低域側に向かう
帯域制限は、トラッキングエラー信号に対する妨害を抑
えるために必要であり、高域側に向かう帯域制限は、EF
M変調信号（再生データ）に対する妨害を抑えるために
必要である。

変調回路45に接続されたディジタルハイパスフィルタ
46は、低域側に関しての帯域制限を行うために設けられ
ており、第10図において、50で示す周波数特性を有して
いる。第10図中、fnは22.05〔kHz〕,fsは44.1〔kHz〕を
夫々表している。

ディジタルハイパスフィルタ46の出力信号がディジタ
ルローパスフィルタ47に供給される。このディジタルロ
ーパスフィルタ47は、第10図において51で示す周波数特
性を有している。ディジタルローパスフィルタ47として
は、オーバーサンプリングを用いた構成が使用される。
ディジタルローパスフィルタ47の出力信号がD/A変換器4
8に供給される。D/A変換器48は、パルス信号のハイレベ
ル及びローレベルを夫々適切な値の直流電圧に変換す
る。D/A変換器48の出力信号がアナログローパスフィル
タ49に供給される。このアナログローパスフィルタ49か
らウォブリング信号が発生する。このウォブリング信号
がミラードライバ33（第６図参照）に供給される。

e.ディスク記録／再生回路 第11図にディスク記録／再生回路の一例を示す。CDと
同一のサイズの光ディスク41がスピンドルモータ55によ
ってCLVで回動される。光ヘッドとしては、種々の構造
のものが知られているがこの例では、フォーカス調整部
及びトラッキング制御部の両者が組込まれた光ヘッドが
用いられている。

光ヘッドは、半導体レーザ56,コリメートレンズ57,ビ
ームスプリッタ58,1/4波長板59,対物レンズ60,対物レン
ズ60を動かすコイル及びマグネットからなるアクチュエ
ータ61,ビームスプリッタ58からのレーザビームが円筒
レンズ62を介して与えられる光センサー63から構成され
ている。半導体レーザ56には、記録／再生切り替えスイ
ッチ64を介してドライブ信号が供給される。

端子65からの記録データが記録回路66に供給され、記
録回路66からの記録信号が記録／再生切り替えスイッチ
64の記録側端子ｒを通じて半導体レーザ56に供給され
る。記録回路66には、誤り訂正符号の冗長コードを付加
する回路,EFM変調回路，記録タイミング制御回路等が設
けられている。光ディスク41の再生時では、記録／再生
切り替えスイッチ64の再生側端子ｐを介して所定の直流
電圧67が半導体レーザ56に供給される。

光ディスク41からの戻りビームがビームスプリッタ58
及び円筒レンズ62を介して光センサー63に照射される。
光センサー63は、４分割ディテクタの構成とされてい
る。光センサー63の各センサーの出力信号をA,B,C,Dと
すると、加算回路68により〔（Ａ＋Ｂ）＋（Ｃ＋Ｄ）〕
で表されるメインの再生信号が形成され、減算回路69に
より〔（Ａ＋Ｂ）−（Ｃ＋Ｄ）〕で表されるフォーカス
エラー信号が形成される。このフォーカスエラー信号が
フォーカスサーボ回路70に供給され、アクチュエータ61
に対してフォーカスサーボ用の制御信号が供給される。

加算回路68からのメインの再生信号が波形整形回路71
及びバンドパスフィルタ72に供給される。波形整形回路
71において、再生信号がパルス信号に変換され、このパ
ルス信号がEFM復調回路73に供給される。EFM復調回路73
からの再生信号がデータ処理回路74に供給される。デー
タ処理回路74から得られた再生データが光ディスクドラ
イブ装置とコンピュータの間に設けられた光ディスク制
御回路に供給される。

バンドパスフィルタ72は、（22.05〔kHz〕±900〔H
z〕の通過帯域を有し、プリグルーブと対応した再生信
号の成分がバンドパスフィルタ72により分離され、バン
ドパスフィルタ72の出力信号が同期検波回路75及び波形
整形回路79に供給される。同期検波回路75には、端子76
から22.05〔kHz〕の正弦波信号が供給される。同期検波
回路75の出力信号がローパスフィルタ77に供給され、ロ
ーパスフィルタ77からトラッキングエラー信号が取り出
される。このトラッキングエラー信号がトラッキングサ
ーボ回路78に供給され、トラッキングサーボ回路78から
アクチュエータ61に対してトラッキング制御信号が与え
られる。

波形整形回路79により、CDフォーマットの絶対時間コ
ードで変調されたパルス列が得られる。このパルス列が
復調回路80に供給され、復調回路80において、パルス列
が絶対時間コードのデータビットに復調される。復調回
路80から得られる絶対時間コードが光ディスクドライブ
装置のシステムローラ（図示せず）に供給され、スピン
ドルモータ55のCLVサーボ，シーク動作時の光ヘッドの
走査位置の制御等に用いられる。

f.変形例 この発明は、CDフォーマットのタイムコードに限ら
ず、他のSMPTE等の時間コード或いは時間コード以外の
ディジタルデータを変調して記録する場合に対して適用
することができる。

また、この発明は、光ディスクのプリグルーブの信号
以外の他の信号に対して時間コード等の情報を重畳する
ようにしても良い。

〔発明の効果〕

この発明に依れば、所定の周波数例えば21.05〔kHz〕
を保存すると共に、時間コード等の他の情報を伝送する
ことができ、更に、安定な位相で再生することができる
符号変調方法が実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例における絶対時間コードを
パルス列に変調するための変調回路のブロック図、第２
図は絶対時間コードを発生するカウンタのブロック図、
第３図は変調回路の動作説明のためのタイムチャート、
第４図及び第５図は変調規則及び変調方法の説明に用い
る波形図、第６図はカッティングシステムの構成を示す
略線図、第７図及び第８図は光ディスクの製法の一例を
示す略線図及びプリグルーブを示す略線図、第９図はウ
ォブリング信号発生回路の一例のブロック図、第10図は
ウォブリング信号発生回路における帯域制限の説明に用
いる周波数スペクトル図、第11図は光ディスクの記録／
再生回路の一例のブロック図、第12図は従来のPSK変調
の説明に用いる波形図である。 図面における主要な符号の説明 1:フレームパルスの入力端子、2:クロックパルスの入力
端子、4:12進カウンタ、8:24進カウンタ、15:スイッチ
回路、16:3値論理信号発生回路、19:絶対時間カウン
タ、26:フォトレジスト、34:ウォブリング信号発生回
路、40:プリグルーブ、41:光ディスク、46:ディジタル
ハイパスフィルタ、47:ディジタルローパスフィルタ、7
2:バンドパスフィルタ、75:同期検波回路。

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数ビット情報が所定の周波数をもって繰
   り返される原データの各ビットに対して2n変調ビットを
   割り当てて変調を行う変調方法において、上記原データ
   のビットが“0"の時は、上記2n変調ビットは“1",“0"
   のｎ回の繰り返しパターンとなし、上記原データのビッ
   トが“1"の時は、上記“1",“0"の繰り返しパターンに
   対して、両端部を除く所定の連続する２変調ビットの極
   性を反転するようにしたことを特徴とする符号変調方
   法。
2. 【請求項２】特許請求の範囲第１項記載の符号変調方法
   において、上記原データはBCDコードであることを特徴
   とする符号変調方法。
3. 【請求項３】特許請求の範囲第１項記載の符号変調方法
   において、上記変調ビットのビット周波数を上記所定の
   周波数で除した値が上記複数ビット数の整数倍にならな
   い時、上記複数ビット数に2nを乗じた値を上記除数から
   減じた変調ビット数をプリアンブルコードに割り当て、
   上記所定周波数の各周期に一つのプリアンブルコードを
   設けるようにしたことを特徴とする符号変調方法。
4. 【請求項４】特許請求の範囲第３項記載の符号変調方法
   において、上記プリアンブルコードは直流成分を有しな
   いことを特徴とする符号変調方法。