JP4500792B2 - 再生パワー学習方法 - Google Patents

Description

本発明は、情報記録媒体に光を照射することにより情報の記録または再生を行う際に、記録されている情報を、誤って消失することのないように、かつ低い誤り率で正確に再生することを可能にする、再生パワー学習方法に関する。また、本発明に係る再生パワー学習方法を実行可能な情報記録再生装置、ならびに本発明に係る再生パワー学習方法を適用可能な情報記録媒体に関する。

ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ）・ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）などで知られる光ディスクは、大容量でコンパクトな情報記録媒体として広く普及している。情報を書き換え可能な光ディスクの記録膜として、相変化材料を用いたものが実用化されており、材料の結晶相と非晶質相との間の可逆的な相変化によって、情報を記録したり消去したり、あるいは上書きしたりすることを可能としている。

このタイプの書き換え型光ディスクにおいては、情報の記録は、記録膜に高パワーのレーザ光を照射して、非晶質の記録マークを形成することによって可能となる。非晶質の記録マークと結晶層である記録マーク以外の部分とでは、光を照射した際に反射率が異なることを利用している。一方、情報の再生は、記録膜が変化しない程度の低パワーのレーザ光を照射して、記録マーク（非晶質相）とそれ以外の部分（結晶相）との反射率の違いを検出することによって可能となる。また、情報の消去は、情報記録時の高パワーのレーザ光と情報再生時の比較的低パワーのレーザ光の、中間程度のパワーのレーザ光を照射して
、記録膜を結晶相に変化させることによって可能となる。一方、情報を上書きするためには、高パワーの光と中間パワーの光を組み合わせて照射することによって可能となる。

ところで、相変化型光ディスクにおいて、過剰なパワーのレーザ光で情報を再生したり、同じ場所を何度も繰り返し再生したりすると、非結晶相の一部が結晶相に戻る、すなわち記録マークの一部が消去されてしまう現象が発生する。これにより記録マークが劣化して記録マークとして認識されにくくなり、再生エラーが発生しやすくなる。

特に、最近実用化されたＢＤディスク（Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ）のような高密度光ディスクと短波長の青色光源（波長約４００ｎｍ）を光源として用いた光学系との組合せにおいては、光スポットサイズが小さくスポットのパワー密度が大きいため、同じパワーで情報を再生する場合にも、赤色光源の場合と比較して、再生中の記録マーク劣化が生じやすくなるため、赤色光源の場合よりも再生パワーを大きくすることができない。ＢＤディスクに関しては、[非特許文献１]に詳細に記載されている。

実用的には１０^６〜１０^８回以上、情報を繰り返し再生できることが要求されているため、所定の再生可能回数を保証するための再生パワーの上限がディスク媒体毎に、あるいは規格で一律に指定されていることが多い。記録情報の保護の観点から、光ディスクをドライブ装置で再生する際、例えば青色光源の再生パワーを使用した場合の上限は厳守されなければならない。

しかしながら、青色光源のような短波長のレーザ光は光検出器における光電変換効率が小さく、短波長のレーザ光を使用して情報を再生した場合に得られる再生信号のＳ／Ｎ比は小さいため、再生エラーが生じやすい。そのために、情報再生の信頼性（低誤り率）の観点では、大きな再生信号のＳ／Ｎ比を得るために、再生パワーは可能な限り大きいことが望ましい。

以上の２つの要求、すなわち記録情報の保護および記録情報再生時の情報再生の信頼性を両立させるためには、再生パワーを高精度に制御しなければならない。従来の再生パワーの制御方法として、例えば、対物レンズから出力されるレーザ光のパワーが所定の大きさに保持されるように、光源のレーザダイオードに流れる電流の大きさを制御する方法が用いられていた。この方法は、レーザダイオードから出力されたレーザ光の一部を途中で分岐して専用の光検出器（フロントモニタ）に入射するようにしておき、フロントモニタの出力電流が所定の大きさに保持されるように、レーザダイオードの駆動電流を制御するものである。

Ｗｈｉｔｅ Ｐａｐｅｒ：Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ Ｆｏｒｍａｔ − Ｇｅｎｅｒａｌ

従来の、フロントモニタを用いた再生パワー制御方法を用いて所望の再生パワーを出力する場合、予めフロントモニタの出力電流と再生光パワーの関係を校正しておく必要がある。しかしながら、実際に測定可能な数値は、対物レンズから出力されるレーザ光のトータルのパワーであるが、対物レンズから出力される光の中には、情報記録面に集光されて再生信号に寄与する光以外の光の成分が含まれていることから、記録面に集光されて再生に寄与する光のパワーを正確に測定する、すなわちフロントモニタの出力電流と再生光のパワーとの関係を正確に校正することは困難であった。このため、従来の再生パワー制御方法では、再生パワーが所望の大きさになるように高精度に制御することができなかった
。

対物レンズから出力される光に含まれていて、再生信号に寄与しない光として、例えば３ビームトラッキング方式を用いる場合のサブビームが挙げられる。多くの光ディスク記録再生装置では、レンズシフト（対物レンズの光軸からのずれ）によって、トラッキング信号に発生するオフセットをキャンセルするために、ＤＰＰ法（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｐｕｓｈ−Ｐｕｌｌ；差動プッシュプル法）と呼ばれる３ビームによるトラッキング方式が用いられる。

この方式では、３つの光ビームを生成するために、図７に示すように光源のレーザダイオードから出射された光ビームを、回折格子によって０次光（メインビーム）及び±１次光（サブビーム）に分割する。このとき、再生信号に寄与するのは、メインビームだけであるが、対物レンズには、メインビームもサブビームも取り込まれる。

さらに、サブビームの他にも、情報記録面に集光されない不要光が含まれる場合もある
。これは例えば、ピックアップ内で発生した迷光や対物レンズで集光されない光などである。経験的に、これは全体の光量の約５‐１０%程度以下と考えられる。

ここで、対物レンズから出力されるレーザ光の内、ディスクの情報記録面に集光されて再生に寄与するのはメインビームだけであるから、メインビームのパワーと対物レンズから出力されるレーザ光のパワーの関係（比）が校正されなければならない。

ところが、メインビームのパワーとフロントモニタ出力電流の関係を校正する際に、光パワーメータ等を用いて測定できるのは対物レンズから出力される全パワーだけであるから、メインビームのパワーを直接測定することができず、回折格子の回折効率や対物レンズの透過効率の設計値等を用いて、測定した全パワーから換算することになる。この際に、回折格子の回折効率や対物レンズの透過効率は、実際の値が設計値からずれる場合があるため、メインビームのパワーの正確な大きさを取得することは困難である。

このため、従来の光ディスク記録再生装置では、対物レンズから出射される光のパワーが設計値より大きくなるようなピックアップの場合、再生パワーの上限を超過して、光を照射することになり、記録マークを劣化させてしまうことがあった。

メインビームのパワーにばらつきがある場合、再生パワーの上限を厳守するためには、パワーのばらつき分だけ再生パワーの制御目標値を下げなければならない。しかしこれによって、逆に再生信号のＳ／Ｎ不足による再生性能が低下することになる。

さらに、記録媒体の膜厚変動や環境温度変動による記録媒体に対する記録感度変動等が発生する点についても考慮しなければならない。

そこで、本発明の創生にあたっては、情報記録媒体に記録されている情報を誤って消失することなく、かつ情報を低い誤り率で正確に再生することを可能にする、再生パワーの学習方法を提供することが必要となった。併せて、この再生パワーの学習方法を実行可能な情報記録再生装置とこの再生パワーの学習方法を適用可能な光ディスクを検討した。

本発明では、適正な再生パワーを高精度に、また高速に決定するために、記録マークが消去される閾パワーＰｔｈを測定することにより、適正な再生パワーを導出する。

そのため、適正な再生パワーと消去の閾パワーＰｔｈとの比αを求めておく。ここで、適正な再生パワーとは、ディスクに記録されている情報を所定の回数（１０^６〜１０^８回程度）だけ繰り返し再生可能なパワーである。また、消去の閾パワーとは、１回のＤＣ消去によって、再生信号から取得できる物理量を、所定の大きさだけ変化させることができるパワーである。ここでＤＣ照射とは、一定のパワーを維持して記録マークに光を照射することを意味する。

ドライブ装置毎に適正な再生パワーを決定する際には、消去の閾パワーＰｔｈを測定し、Ｐｔｈに上記のαを乗算することにより、再生パワーを決定する。

なお、αはディスク毎に異なるから、再生パワー学習に用いるディスクについて、予め求めておく必要がある。

ここで、例としてαを実験により求めた際の結果を示す。図２は、書き換え型ディスク（サンプル１）について、再生パワーと再生可能回数との関係をプロットしたものである。再生可能回数は、再生エラー率に基づいて決定した。規定の再生回数を１０^８回とすると、適正な再生パワーＰｒ（ｎ）は０．３２ｍＷであった。また図３は、同じディスク（サンプル１）について、消去パワーと、その消去パワーによる１回のＤＣ消去後の信号変調度との関係をプロットしたものである。変調度は消去前の初期値で規格化してある。消去の閾パワーＰｔｈを、変調度が消去前の１／２（５０％）になる時の消去パワーであるとすると、１．０８ｍＷであった。すなわち、このディスク（サンプル１）に関する実験値からαを求めると、α＝０．３２／１．０８＝０．３０であった。

なお、ここでは変調度が消去前の１／２（５０％）になる消去パワーを消去の閾パワーとしたが、この値に限ることはなく、パワーの変化に対して変調度の変化が大きい領域に消去の閾パワーを設定すればよい。

また、ここでは実験によって係数αを求める例を示したが、係数αは予め情報記録媒体に記録されていても良い。その場合、係数αはコントロール情報領域に記録されていると好ましい。

図４及び図５は、先に説明した内容と同様の実験を、別のディスク（サンプル２）について行った結果を示す。サンプル２については、適正な再生パワーは０．４０ｍＷであり、消去の閾パワーは１．２５ｍＷであった。すなわち，α＝０．４０／１．２５＝０．３２であった。

ドライブ装置において、消去の閾パワーＰｔｈを求める際に、記録トラックを複数領域に分割して、各領域に対する消去パワーを変えるようにすれば、１回の消去動作でＰｔｈを求めることが可能である。

本発明の再生パワー学習方法を採用すれば、光ピックアップの性能等のばらつきや媒体の感度等のばらつきに依らず、適正な再生パワーを決定することが可能になる。

本発明を情報記録再生装置に適用した場合の実施例の構成を、図１を用いて説明する。レーザダイオード１０１から発生した直線偏光のレーザ光１０２は、コリメートレンズ１０３によって平行光束となり、偏光ビームスプリッタ１０４に入射する。偏光ビームスプリッタ１０４は、ある方向の直線偏光をほぼ損失無く透過させ、それに垂直の方向の直線偏光をほぼ損失無く反射させる性質を持つ光学素子である。図１の偏光ビームスプリッタ１０４は、レーザダイオード１０１から発生したレーザ光１０２をほぼ損失なく透過させるように配置されている。偏光ビームスプリッタ１０４を透過したレーザ光１０２は、ハーフミラー１０５で反射して垂直に方向を変える。ハーフミラー１０５は、入射するレーザ光のごく一部を透過するようになっており、透過したレーザ光１０２は、前方に位置するフロントモニタレンズ１０６によって集光され、さらに前方に位置するフロントモニタ１０７に入射する。フロントモニタ１０７は、入射したレーザ光のパワーに比例した電流を出力する。フロントモニタ１０７が出力する電流は、通常、レーザダイオード１０１が出力するパワーを監視して、パワー制御を行うために用いられる。偏光ビームスプリッタ１０４で反射したレーザ光１０２は、λ／４板１０８を通ることで円偏光に変化する。円偏光に変化したレーザ光１０２は対物レンズ１０９で集光され、光ディスク１１０に入射する。

ディスクの情報記録面１１１で反射されたレーザ光１０２は、再び対物レンズ１０９を通り、λ／４板１０８を通ることで直線偏光に戻る。この時、その偏光方向は往路の場合に対して垂直の方向になっている。このため、ハーフミラー１０５で反射した後、レーザ光１０２は偏光ビームスプリッタ１０４をほぼ損失なく透過する。その後レーザ光１０２は、検出レンズ１１２によって集光され、光検出器１１３に入射する。

上述の光ディスク１１０を除く構成は、通常、光学系として、光ピックアップによって実現されている。

このような基本構成を元に、情報は、対物レンズで集光されたレーザ光の熱によって、情報記録面の状態を変化させることで記録されることになる。一方、情報は、情報記録面の状態の変化による反射率の変化を、対物レンズで集光されたレーザ光で読み取ることで再生されることになる。情報記録面の反射率の変化は、光検出器の出力電流の変化として検出される。

光検出器１１３の出力電流は、再生信号生成回路１１４によって再生信号に変えられる
。再生信号は、再生信号生成回路１１４から制御部に送られる。信号処理回路１１５において、波形等化処理等の信号処理が施された後、復号回路１１６において、２値信号に変換される。２値信号は、マイクロプロセッサ１１７においてデータに変換され、上位装置に送られる。データの記録の際には、マイクロプロセッサ１１７で上位装置から送られたデータが符号化されて、記録信号が生成される。記録信号は、レーザ駆動回路１１８に送られ、送られた記録信号に基づいてレーザダイオード１０１に流す電流が変調される。

光ディスクへの情報の記録は、対物レンズで集光されたレーザ光の熱により、情報記録面の状態を変化させることによって行われる。一方、情報の再生は、対物レンズで集光されたレーザ光により、情報記録面の状態の変化による反射率変化を読み取ることで行われる。

次に、本発明の再生パワー学習処理の手順を図６のフローチャートを用いて説明する。

ここでは、ステップ３およびステップ５において、再生信号から入手可能な物理量の例として、信号変調度を利用している。情報記録媒体に情報が記録された状態での信号変調度を初期信号変調度、記録された情報を消去した後の信号変調度を変更後の信号変調度と規定している。

ステップ６においては、信号変調度の変化から、消去の閾パワーＰｔｈを求めている。ここで、信号変調度の変化は、情報記録媒体に記録された情報が消去されていく過程で見られるが、このときの変化は一定ではない。そのため、消去の閾パワーＰｔｈを求める際には、信号変調度が、およそ最も急峻に変化するときのパワーを消去の閾パワーＰｔｈとして決定する。

情報記録媒体に記録された情報が、消去されていく過程における信号変調度の変化は、その測定誤差が大きいような場合、導出される閾パワーＰｔｈの値も、ばらつきが大きくなってしまう。そのばらつきを最小にとどめるためには、信号変調度をプロットした場合に、信号変調度が最も急峻に変化する点、すなわち、あるパワーの近傍でパワーの変化に対する物理量（例えば信号変調度）の変化が最も大きい点を閾パワーＰｔｈと定めることが好ましいことがわかった。

消去の閾パワーＰｔｈを求めるために、ここでは物理量として信号変調度を採用した。信号変調度の場合、その変化が最も急峻になるのは、初期信号変調度が、およそ１／２になった時点とみなすことができる。したがって、物理量として信号変調度を採用した場合は、初期信号変調度に対しておよそ１／２になったときのパワーを消去の閾パワーＰｔｈと決定する。

閾パワーＰｔｈは、例えば、情報記録媒体に記録された情報が消去されていく過程での所定の大きさだけ物理量が変化した際のパワーで定義される。ここでは、初期信号変調度に対しておよそ１／２になったときのパワーを消去の閾パワーＰｔｈと決定したが、他には、再生エラー率やジッタを物理量として、閾パワーＰｔｈを求めることが可能である。

その際には、例えば、１回のＤＣ消去によって再生ビットエラー率が１０^‐４になる時のパワーまたはジッタ１０％になる時のパワーを閾パワーＰｔｈとして定めることもできる。ただし、ここで示した再生エラー率やジッタは、情報再生装置の性能によってもその大きさが異なる場合があるため、単純に適用すると、正確ではないかもしれない。

また、ステップ７においては、求めた閾パワーＰｔｈに対して、係数αを乗算することで再生パワーを決定する。係数αは、ディスクに記録されている情報を所定の回数（１０^６〜１０^８回程度）だけ繰り返し再生可能な再生パワーＰｒ（ｎ）と、消去の閾パワーＰｔｈ（１回のＤＣ消去によって信号振幅あるいは信号変調度を所定の大きさだけ変化させることができるパワー）との比である。再生可能回数は、再生エラー率に基づいて決定されるものである。さらに係数αは、情報記録媒体固有の数値であるので、使用される情報記録媒体固有の係数αを求めた閾パワーＰｔｈに乗算することになる。ここで、係数αが予め情報記録媒体に記録されている場合にはそれを使用し、記録されていない場合には、前述の通り、最初だけ、係数αを求めることが必要になる。

係数αが記録媒体に予め記録されている場合、その係数αは、情報記録媒体のコントロール情報領域に記録されていることが望ましい。ただし、別の領域に記録されている場合であってもかまわない。

また係数αが情報記録媒体に予め記録されていない場合には、上述の通り係数αを求めることになるが、その後その係数αを情報記録媒体に記録しておけばよい。情報記録媒体に記録しておかない場合であっても、係数αを求めた情報記録再生装置が、ある特定の情報記録媒体、実質的にはその情報記録媒体のメーカやそのモデルを特定できる情報と共に求めた係数αを保持しておけば、その後に、係数αを記録していない情報記録媒体を操作する場合であっても、保持している係数αを利用することが可能である。

ステップ１：処理を開始する。
ステップ２：セクタ分割して情報を記録する。
ステップ３：各セクタの初期信号変調度を測定する。ここで変調度ｍを、以下の式（数１）のように定義する。
（数１）
ｍ＝（Ｖ_Ｈ−Ｖ_Ｌ）／Ｖ_Ｈ
Ｖ_Ｈ：再生信号の上部エンベロープレベル
Ｖ_Ｌ：再生信号の下部エンベロープレベル
ステップ４：ステップ２でセクタ分割して記録した情報を、セクタ毎に消去パワーを変化させながら消去する。
ステップ５：各セクタの変更後の信号変調度を測定する。
ステップ６：消去の閾パワーＰｔｈを求める。例えば、信号変調度が初期値の１／２になる消去パワーを求める。
ステップ７：求めた閾パワーＰｔｈに基づいて、再生パワーを決定する。
ステップ８：処理を終了する。

本発明が採用する再生パワー学習方法の手順は、記録パワー学習（ＯＰＣ、Ｏｐｔｉｍｕｍ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ）の手順と共通であるため、その処理ブロックを利用することができる。

なお、本発明の実施例においては、係数αを決定する際に寄与する再生可能回数を再生エラー率に基づいて決定しているが、これに限ることはなく、例えば、再生信号ジッタに基づいて決定しても良い。再生信号ジッタは、二値化再生信号と二値化再生信号から生成したチャネルクロックとの間の位相差を、チャネルクロックの周期で規格化した量である。

本発明を採用した情報記録再生装置の模式図。 再生パワーと再生可能回数との関係を示した図（サンプル１）。 消去パワーと変調度との関係を示した図（サンプル１）。 再生パワーと再生可能回数との関係を示した図（サンプル２）。 消去パワーと変調度との関係を示した図（サンプル２）。 本発明の再生パワー学習の手順を示すフローチャート。 ３ビームトラッキング方式の場合のビーム分割を示した図。

符号の説明

１０１：レーザダイオード、１０２：レーザ光、１０３：コリメートレンズ、１０４：偏光ビームスプリッタ、１０５：ハーフミラー、１０６：フロントモニタレンズ、１０７：フロントモニタ、１０８：λ／４板、１０９：対物レンズ、１１０：光ディスク、１１１：情報記録面、１１２：検出レンズ、１１３：光検出器、１１４：再生信号生成回路、１１５：信号処理回路、１１６：復号回路、１１７：マイクロプロセッサ、１１８：レーザ駆動回路、１１９：メモリ。

Claims (7)

1. 情報記録媒体に形成された記録マークに所定のパワーの再生光を照射して再生信号を取得し、信号振幅または信号変調度の初期値を測定するステップと，
   前記記録マークに消去レベルのＤＣ光パワーを、前記情報記録媒体の所定の領域ごとに変化させながら照射するステップと、
   前記ＤＣ光照射後の記録マークに前記所定のパワーの再生光を照射して再生信号を取得し、前記変化させた各パワーにおける前記ＤＣ光照射後の前記信号振幅または信号変調度の値を測定するステップと、
   前記ＤＣ光照射後の信号振幅または信号変調度の値が、前記信号振幅または信号変調度の初期値に対して所定の比率となるＤＣ光照射パワーＰｔｈを求めるステップと、
   前記パワーＰｔｈに所定の係数αを乗算することにより再生光パワーを決定するステップと、
   を有することを特徴とする再生パワー学習方法。
2. 前記係数αは、前記情報記録媒体に記録されている情報を、所定の回数ｎ回だけ再生可能な再生光パワーＰｒ（ｎ）と前記パワーＰｔｈとの比であることを特徴とする請求項１記載の再生パワー学習方法。
3. 前記再生光パワーＰｒ（ｎ）は、前記記録マークに所定の回数ｎ回だけ再生光を照射することによって、再生エラー率を所定の値に変化させるために必要なパワーであることを特徴とする請求項２記載の再生パワー学習方法。
4. 前記係数αは、前記情報記録媒体に予め記録されていることを特徴とする請求項１乃至３記載の再生パワー学習方法。
5. 前記初期値を測定するステップが、前記再生信号から各セクタの初期信号変調度を測定するステップであり、
   前記ＤＣ光パワーを照射するステップが、前記各セクタでパワーを変化させながらＤＣ光を照射して、前記記録マークを消去するステップであり、
   前記ＤＣ光照射後の値を測定するステップが、前記各セクタのＤＣ光照射後の信号変調度を測定するステップであり、
   前記パワーＰｔｈを求めるステップが、前記ＤＣ光照射後の信号変調度と前記信号変調度の初期値とが、所定の比率となるＤＣ光照射パワーを求めるステップであることを特徴とする請求項１記載の再生パワー学習方法。
6. 前記再生パワーＰｒ（ｎ）は、前記記録マークに所定の回数ｎ回だけ光を照射することによって、再生信号ジッタを所定の値に変化させるために必要なパワーであることを特徴とする請求項２記載の再生パワー学習方法。
7. 情報記録媒体に光を照射することにより情報の記録／再生を行う情報記録再生装置であって、
   前記情報記録媒体に光を照射して記録マークを形成して情報を記録し、あるいは記録マークから情報を再生する光学系と、
   前記情報記録媒体に照射する光のパワーを調整する制御部とを有し、
   前記制御部は、
   前記記録マークから再生した再生信号から信号振幅または信号変調度の初期値を測定する手段と、
   前記記録マークに照射する消去レベルのＤＣ光パワーを変化させながら照射し、前記ＤＣ光照射後の記録マークに前記所定のパワーの再生光を照射して再生信号を取得し、前記変化させた各パワーにおける前記ＤＣ光照射後の前記信号振幅または信号変調度の値を測定する手段と、
   前記ＤＣ光照射後の信号振幅または信号変調度の値が、前記信号振幅または信号変調度の初期値に対して所定の比率となるＤＣ光照射パワーＰｔｈを求める手段と、
   前記パワーＰｔｈに所定の係数αを乗算することにより再生光パワーを決定する手段と、
   を備えることを特徴とする情報記録再生装置。

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