JP2682196B2 - 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（例えば
ランド領域）と情報トラック間の領域（例えばグルーブ
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
ット情報のパルス化を行う。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ビット情報と
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。また、
光ディスク上のランド領域とグループ領域とを共に記録
領域として用いる場合にも、トラックピッチを詰めたと
きと同様にクロストークによる悪影響が現れる。

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号明細書に記載されている方法
が考えられている。

第６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７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特性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を用い、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回路の出
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、加算回路の出力は符号系列
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６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ム位置
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。

また同時にディスク線速が変化するようなディスク回
転数一定（CAV方式）の光ディスク装置では、上述の遅
延時間τが可変となる。このような光ディスク装置で
は、当然のことながら非常に大きなサンプリングずれが
生じ情報を再生できないことになる。

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、記録ユーザ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。

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ピット列を異なる
情報トラックに沿って記録再生するディスク回転数一定
な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から定まる時間差の遅延時間を与
えタイミング調整をとる遅延手段と、 ディスク半径位置によるディスク線速を検出し前記遅
延手段の遅延量を設定する遅延係数を出力する遅延係数
設定手段と、 前記情報トラック毎に独立に、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、 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
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、ディスク回転数一定の光ディスク装置であって
も、再生するディスク半径位置によって各集光ビーム間
の時間差を遅延回路により適時自動的に調整できるた
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４ビーム光ヘッド２で集光された
４つのビームスポットをディスク媒体１の４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、ディスク回転数一定の装置を例に示
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５は４本の集光ビームに対応する４つの光
検出器からの再生信号A,B,C,Dの内、中央の２本のどち
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５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加え、マ
スタクロックとの間でPLL回路を行う構成を採ることで
安定にクロック抽出できる。

第３図には光ディスク上での４つの集光ビームa,b,c,
dと記録ピット16の列との位置関係を示す。記録時には
例えば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ａ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、４つの再生信号A,B,C,Dがそれぞれク
ロック抽出回路５からのクロックで、A/D変換器３によ
りディジタル化される。まず読み出したい情報トラック
TBに照射される集光ビームｂとして説明する。このとき
情報トラックTBを中心に隣接する情報トラックTAとTC上
に集光ビームａとｃは集光される。この集光ビームｂと
集光ビームa,cとの距離は常に固定のため、先行する集
光ビームａと集光ビームｂとの、および後続する集光ビ
ームｃと集光ビームｂとの遅延時間τが決定される。こ
のときディスク回転数を一定とする光ディスク装置で
は、ディスク位置によってディスク線速が異なるため遅
延時間τは可変となる。そこで、A/D変換された出力信
号は、遅延回路４により可変な遅延時間τだけ遅延させ
てタイミング調整を行う必要がある。すなわち集光ビー
ムａで再生された信号は２τ、同時に集光ビームｂで再
生された信号はτだけ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。

この遅延時間τを設定するため、ディスク線速を抽出
し遅延係数を出力する遅延係数設定回路11を第５図に示
す。この回路は、ディスク半径位置を検出する位置検出
回路12と、ディスク線速を演算する演算回路13とにより
構成される。位置検出回路12では、例えば外部スケール
センサで出力される位置誤差信号をカウントして検出す
る方法、または、プリフォーマットされたディスクのID
領域からアドレスを検出する方法などを用いる。検出さ
れたディスク半径位置Ｒと既知のディスク回転数N_dとか
ら、ディスク線速Ｖが演算回路13により算出される。こ
の演算回路13では、N_d/（２πＲ）の演算を行い、例え
ばディジタルの遅延係数として出力する。この出力され
たディスク線速Ｖは、遅延回路４の係数タップに出力さ
れる。

遅延回路４は、例えばタップ付きの遅延線路を用い、
係数タップに入力された遅延係数に従いA/D変換後の信
号を所定の時間だけ遅延させタイミング調整する機能を
有する。

このタイミング調整されたA/D変換後の信号を入力と
して、４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６を設置する。第２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10と、フィルタ制御回路９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。

このトランスバーサルフィルタ10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TBからの出力信
号と、この情報トラックTBに隣接する情報トラックTA,T
Cに対応するトランスバーサルフィルタの出力信号とを
加算した結果を出力する加算回路７を設置する。加算回
路７は、例えば通常のディジタル加算器により構成され
る。

加算回路７から出力された信号は、誤差抽出回路８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
出力となり、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６のフィルタ制御
回路９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トランスバーサルフィルタ10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TA,TC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TCの情報を再生するときに
は上述したことと同様に、隣接する情報トラックTB,TD
からの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。

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図は第１図の実施例の可変フィルタの構成を説明す
るブロック図、 第３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４図は第２図のトランスバーサルフィルタのブロック
図、 第５図は第１図の遅延係数設定回路を示すブロック図、 第６図は従来技術での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７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……４ビーム光ヘッド ３……A/D変換記録 ４……遅延回路 ５……クロック抽出回路 ６……フィルタ回路 ７……加算回路 ８……誤差抽出回路 ９……フィルタ制御回路 10……トランスバーサルフィルタ 11……遅延係数設定回路 12……位置検出回路 13……演算回路 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

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ピット列を異なる
   情報トラックに沿って記録再生するディスク回転数一定
   な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から定まる時間差の遅延時間を与え
   タイミング調整をとる遅延手段と、 ディスク半径位置によるディスク線速を検出し前記遅延
   手段の遅延量を設定する遅延係数を出力する遅延係数設
   定手段と、 前記情報トラック毎に独立に、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、 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。