JP2776822B2 - 光ディスクの記録再生方法及びその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 光ディスク装置の記録再生方式に係り、特に記録再生
に好適なフォーマット構成に関する。

〔従来の技術〕

従来、トラッキングの方式として左右に微小量蛇行さ
れたプリピットを用い、このプリピット間にデータを記
録する方式は、知られている（特開昭56−3439号）。

〔発明が解決しようとする課題〕

この従来例では、トラッキング動作が開示されてい
る、記録再生については追記型媒体しか述べていない。
しかし、最近光ディスクの媒体としては可逆性をもった
ものが開発され、特にオーバライト可能な媒体が注目さ
れている。この中で有望なのは磁界変調を用いたオーバ
ライト方式である。この方式を用いて光ディスク装置を
構成しようとした場合には、トラッキングの方式を再構
成するとともに、アクセス方式、データの記録再生な
ど、装置として稼働するような構成を取る必要がある。
従来、このような全体構成を提案したものはなかった。
このようなシステムからみた課題としては以下のような
ものがある。

媒体としてオーバライト可能なものを使用すること
により、記録時に形成されるドメインは記録パルスとタ
イミングがずれてしまう。

光磁気信号の信号量とプリピットからの信号を比較
すると、プリピットからの信号量が大きいため、光磁気
信号にプリピット信号が洩れ込んでくる。

プリピットの蛇行位相を信頼性よく検討できる手段
が必要である。

アクセスのためには、ディスク面から光スポットの
位相情報を検出する手段が必要である。

〔課題を解決するための手段〕

本発明では、 の問題点については、データのクロック作成方式と
してセルフクロッキングを用いることにした。

の問題点につていは、データの記録領域とプリピッ
トの間に空きエリアを設けた。

の課題については、プリピットのパターンにはない
もの、またはデータパターンにはないものを同期マーク
としてプリピットとともにあらかじめ設ける。そして、
再生時にこれを認識する。

の課題については、ディスク面上に光スポットがト
ラックを通過するだけでトラック番地が略検出できるよ
うなアクセス用の特別パターンを設け、これを同期マー
クとともに同期用領域に予め設けておく。さらに微細な
トラック位置情報を検出するために蛇行ピットの位置、
または特殊ピットの位置を変えておく。

〔作用〕

記録パルスと形成されたドメインとのずれは、同一セ
クター内では一定であることから、セルフクロッキング
にすることによりこのずれを吸収することができる。

空きエリアを設けることにより、プリピットと光磁気
信号の干渉を低減できる。

データおよびプリピットが存在しても、信頼度よく同
期パターンを検出できるようになる。

ディスク面から直接光スポットの位置情報を検出で
き、アクチュウエータを制御して目的のトラックまで高
速にアクセスできるようになる。

以上の作用が集まって、光ディスクの駆動装置が実現
できる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第一図を用いて説明する。
磁界変調オーバライト方式についてはJAPANESE JAOURNA
L OF APPLIED PHYSICS Vol.26（1987）Suppl.26−4,pp1
49−154に詳細に述べられており、さらに記録再生の光
学系については同書pp117−120に動作原理が述べられて
いるので、ここでは省略し、光ディスク装置としてのシ
ステム構成について述べる。第１図において、ディスク
１は回転スピンドル２によって駆動され、ディスク面上
には、磁気ヘッド磁気コイル３が設定され、数ミクロン
の間隙でディスク面から浮上している。磁気ヘッドに対
向して光ヘッド４が置かれ、光ヘッドからの光スポット
が磁気ヘッドによって発生される磁場領域に位置決めさ
れている。光ヘッド４による検出信号は演算処理回路10
に入り、ここで光磁気信号とプリピットからの信号に分
けられ、光磁気信号はデータ復調回路11に入り、再生ク
ロックPCKとデータの在処を示すゲート信号RDTによって
復調され、データコントローラ15に送られる。

演算処理回路10からのプリピット信号はまず、クロッ
ク作成回路12に入り、データの記録再生、及びトラッキ
ングに必要なクロックRCK、WCKを作成する。また、プリ
ピット信号は、トラックずれ検出回路14に入り、タイミ
ング発生回路13からの制御信号を用いてトラックずれ信
号TEを発生する。さらに、プリピット信号は、タイミン
グ発生回路13に入り、クロック発生回路12からのクロッ
ク信号を用いて、トラックずれを検出するための制御信
号、アクセスのための位置情報を検出する制御信号、記
録再生のデータを制御するための信号等を発生し、それ
ぞれトラックずれ検出回路14、アクセスコントローラ1
6、データコントローラ15に送る。

アクセスコントローラ16へはプリピットからの信号が
入力されており、タイミング発生回路13からの信号を用
いて、光スポットの位置を表らわす情報を検出する。さ
らに微小トラック情報を検出するためにトラックずれ検
出回路14からの信号が入力される。これらの信号と上位
CPU17から指命された目標トラック番号（バス18を介し
て入力される）とを基に二つのアクチュエータを制御す
る指令情報FA,CAを送出する。

データコントローラ15によって処理された再生データ
はバス18を介して上位CPU17に送られる。一方、記録す
べきデータは、上位CPU17からバス18を介してデータコ
ントローラに送られ、ECC（23−訂正コード）等の制御
データを付加し、インターリーブ等の処理を受けたの
ち、データ変調回路20に送られる。この回路では、クロ
ック作成回路12とタイミング発生回路13からの信号WCK,
WDTを用いて、ディスク面に実際に記録するデータパル
スを作成する。この信号に従って、コイルドライバー７
を駆動し、磁界を変調する。ディスク面上のスポットの
パワーはレーザドライブ回路６によって制御されるが、
このタイミングは上位CPU17から出される記録再生状態
を表らわす信号WRCと同期をとる。

光ディスク１からの検出信号のうち、一部はフォーカ
スエラー検出回路19に入力させ、自動焦点サーボ系の制
御信号AFを作成し、これを光スポット制御回路９に入力
し、位相補償等を行なった後光ヘッド４内のボイスコイ
ルレンズ21を駆動し、焦点制御を行なう。また、光スポ
ット制御回路９にはトラックずれ信号TEが入力され、位
相補償等の処理の後、ファインアクチュエータとコース
アクチュエータを制御する信号を作成する。コースアク
チュエータ制御信号はコースドライブ回路８に介して、
コースアクチュエータ５を駆動し、ヘッド全体をディス
ク半径方向に移動させる。

アクセスコントローラからの信号FAは光スポット制御
回路９に入力され、光ヘッド４内のファインアクチュエ
ータ（図示せず）を制御し、アクセス時の微小で高速な
光スポットの制御を可能にする。さらに、信号CAはコー
スドライブ回路８に入力され、アクセス時の光ヘッド全
体のマクロな移動を制御する。

記録再生を表らわす信号WRCはクロック作成回路12、
タイミング発生回路13に入力され、記録再生状態に応じ
て、それぞれの出力信号を制御する。以上が、本発明に
よる光ディスク装置の全体構成である。

次にプリピット形状について、第２図を用いて説明す
る。ディスク面の各トラックには、データの区切れ単位
やフタ毎にくり返しのピットパターンを設ける。このセ
クタには先頭にアドレス情報、その他の制御情報を持つ
ID部を設け、さらにトラック中心に対して、左右に微少
量だけ蛇行させられたプリピットを配置する。データは
このプリピットの間に記録する。従来の方式では、この
プリピットから第４図に示すようにピット位置を示すピ
ットパルスを作成し、このピットパルスからデータを記
録再生するためのクロック信号とトラックずれ信号を同
時に検出していた。トラックずれ信号の具体的な波形を
第３図に示した。プリピットの蛇行状態としては第３図
に示したように同相ピットと位相反転ピットがある。こ
れらのピットパターンに対してサーボ動作OFFの時のト
ラックずれ信号とサーボ動作ON時のフォーロインク状態
を示す。

データは第４図のピットパルスからこれに同期したク
ロック信号を作成し、このクロックを用いて記録データ
を変調し、プリピットの間のデータ領域を記録する。磁
界変調オーバライト方式では形態される磁化ドメインは
第４図のような短冊形となる。これを読み出す場合に
も、プリピットから作成したクロックを従来では用いて
いた。これは次のような問題がある。すなわち、第５図
において、データパルスが照射されたことによって、面
上の温度分布は光スポットの強度分布と合いまって、光
スポットの後方にΔ１だけ尾を引くような分布となる。
磁界変調オーバライトの原理によれば、ディスク面上で
キューリ温度以下になった点が外部磁界の磁化方向にな
らって記録される。このため分布の中心よりΔ２だけず
れたところで温度がキューリ点以下になるとすると、デ
ータパルスのエッジと記録ドメインのエッジのずれΔ３
はΔ１とΔ２の和となる。

以上のことから、磁界変調オーバライト方式では原理
的に記録パルスとドメインはずれる。しかし、このずれ
量は照射パワー、線速度、ディスク感度等によって左右
されるが、同一セクタ内ではほぼ一定、ドメイン各々は
変化しないものと考えられる。このため、再生クロック
作成方法として、データからクロックを作り出す、セル
フクロッキング方式を採用する。

もう１つ問題がある。光磁気信号とプリピットからの
信号を後述するように２つの偏光成分の差と和によって
検出すると、この２つの信号の強度比は1:50〜100程度
あり、プリピットの信号が光磁気信号に洩れ込んでく
る。例えば、再度スポット径1.5μｍφ、プリピット径
0.6μｍφとすると、プリピット信号が光磁気信号と等
しくなるのは1.3μｍ程度離れたところであり、信号検
出のマージンを考えるとピット中心から２〜2.5μｍ程
度、データを離しておかなくてはならない。従って、プ
リピットを中心として４〜５μｍ程度の空きエリアを設
ける。

さらに、プリピットの位置を検出するためにピットを
微分すると、ディスク上のノイズ、欠陥等によって誤っ
た信号を発生し、プリピット位置と間違った信号を発生
し、トラックずれ信号を間違うという問題がある。ま
た、トラックずれ信号を検出するために蛇行の位相を知
る必要がある。このため、同期用のマークを予めプリピ
ットの形態でディスク上に作成し、この同期用マークを
検出して、蛇行の位相を決めると同時に、プリピットの
位置を同定する。

以上を考慮したトラックフォーマットを第６図に示
す。１トラックのセクタはＮ個からなり、１つのセクタ
は、Ｍ個のブロックから成り、１つのブロックは１個の
プリピットペア領域から成る。１つのプリピットペア領
域は、プリピットとこれをはさんだ空きエリアとデータ
領域から成る。今3.5光ディスクを例にとると、１トラ
ック中のデータバイト数はアンフォーマットで18KB、セ
クタ数Ｎは20〜24、Ｍは20〜40Lは８〜16程度となる。
またトラッキングサーボ、クロック作成の能力に関係す
るプリピット数/1トラックは6000〜3000個程度となる。

変調方式としては、データが固定長で切られているの
で、固定長コードが好適である。このような変調方式で
セルフクロック可能なものとしては8/9変換、4/5変換、
ある種の２−７変調方式等がある。しかし、記録密度の
効率を考慮すると可変長コードも適用可能である。

中でも、２−７変調、１−７変調は優れた方式であ
り、密度の観点からは２−７変調、検出マージンの上か
らは１−７変調に利点がある。光磁気ディスクのように
S/Nが厳しく、かつ使用するデータ周波数での振幅劣化
が少ない記録再生系では検出マージンに余裕のある１−
７変調が有利である。

記録方式としては、第６図に示したようなピットポジ
ション記録、又は第４図のようなエッジ記録がある。ピ
ットポジション記録は変調方式に特別な考慮がいらない
が、記録密度はピットエッジ記録より減少する。ピット
エッジ記録ではデータが固定長なので、記録データの開
始点と終点がどちらかの記録レベルに一致しなくてはな
らないという、制約ができてしまう。これを回避する方
法としては、変調する前のデータに応じて付加ビットを
付けて変調後のデータ終点が必ずどちらかの記録レベル
に一致させるか、変調後のデータに付加ビットを付け
て、記録レベルを合せることをやらなくてはならない。

第７図、第８図において、このフォーマットを用いた
検出信号の処理方法について説明する。ディスク１上に
ある光スポット70がトラック71、72を通過すると、その
反射光はボイスコイルレンズ21、ガルバノミラー偏向器
34を通って、ビームスプリッタ30によって、１部反射さ
れ、ビームスプリッタ33によって、さらに光束が分離さ
れ、１部は焦点ずれ検出系19に入る。もう一方は、1/2
板35を通って偏光ビームスプリッタ36によって偏光成分
が分けられ、レンズ37,39によって、それぞれディテク
タ,40に集束させられる。ディテクタ38,40からの信号を
それぞれ加算、減算することによって、和信号より、プ
リピット、及びディスクからの反射光を検出でき、差の
信号により光磁気信号成分のみが得られる。和信号73は
プリピット74から83を通過することによって、第８図の
ようにプリピットに対応して変化する。この信号73を増
幅器41を介して高域雑音をとり除くための低減フィルタ
42に通し、この出力を微分回路43によって微分する。微
分信号88をあるスレッシュホールドでコンパレータ44に
よってコンパレートし、信号89を得、これをモノマルチ
バイブレータ45によってパルス幅を拡げ、信号90を得、
これと、微分信号88の零クロス点の信号91をクロスポイ
ント検出回路46によって求め、上記信号90と論理積をと
ると、プリピット部のみを示すピット信号92が得られ
る。この信号92をシフトレジスタ48に入力し、特定クロ
ック47によって、ピット信号を時間シフトさせ、プリピ
ット86,87,及び77と82との時間間隔からプリピット86,8
7から成る同期マークをレジスタ48の遅延時間から同期
タイミング93を発生させる。またビット信号92をクロッ
ク発生のためのPLL（フェーズ，ロックドループ）49に
入力し、ピット信号に同期したクロックWCKを発生させ
る。この信号WCKをカウンタから構成される分周回路50
に入力し、プリピット周期で、プリピットの存在するタ
イミングに合せて、推定パルス94を発生する。カウンタ
50の開始タイミングは上述の同期タイミング93によって
行なう。信号94をフリップフロップ53に入力し、プリピ
ットの周期の２倍の周期を持った信号を作成し、信号94
と論理積をとると信号φ1,φ２となり、それぞれトラッ
ク中心に対して、左か右側のピットの位置に対応するタ
イミング情報となる。また、クロック信号WCKをカウン
タから構成される分周回路51に入力し、信号94によっ
て、カウンタの開始タイミングをとって、プリピットの
丁度中間あたりでパルスが発生するようにし、これをフ
リップフロップ52によって信号φ３とする。

低減フィルタ42の出力をそれぞれサンプルホールド回
路57,58に入力し、信号φ1,φ２によってそれぞれサン
プルホールドを行なう。それぞれの出力を差動アンプ59
に入力し、差をとる。この出力のままでもトラックずれ
信号として用いることができるが、さらに反転回路60を
通した信号とそのままの信号をアナログスイッチ61のそ
れぞれの入力に入れ、これを信号φ３とインバータ62に
よって反転させた信号によって交互に切り換えると、実
効的にトラックずれの検出サンプリング周波数を２倍に
向上できる。

同期パターンとしてはプルピット86,87のように左右
蛇行のプリピット例にはない時間配置を持つ特定のパタ
ーンを用いても良いが、第９図のように、データにはな
い長穴パターン95,96でも良い。また、長穴をトラック
間にも配置することもできる。同様にピット84,85,86,8
7のパターンをトラック間に入れることもできる。この
ようにすると光スポットがトラック間にあっても同期マ
ークを検出できる。さらに今後の光ディスクの応用を考
えると今まで用いられてきた追記型ディスクをこの装置
でも再生することが必要となる。このときには、データ
は和信号から検出することになり、トラックずれ信号、
及び同期マークと同一レベルの信号となる。同期マーク
が区別できるためには、記録データにはないピットパタ
ーンを選択すれば良い。

データ変調について述べる。差信号を２値化回路54に
よってディジタル信号に変換し、これを位相比較器55に
入力する。もう一方の入力にはPLL49からのクロックWCK
の位相ずれを行なった信号を入力し、位相比較器55の出
力によって、位相シフト回路56を制御する。このように
すると記録時のドメインシフトがあっても、位相だけを
動かして記録データに同期させることができる。この再
生用フロックRCKを復調回路11に入れ、データを復調す
る。このようにすると、記録時にはプリピットに同期し
たクロックWCKを用いているので、ディスク偏心、回転
変動の影響を受けず記録することができる。

一方、再生時にはプリピットに同期して、ディスク偏
心、回転変動の影響を受けず、記録データにとって周波
数が一致したクロックが検出されることになる。ここ
で、データから位相ずれのみを検出して、位相合せをや
ればデータに同期した再生クロックRCKが得られる。

再生用クロックを発生するもう１つの実施例を第10図
を用いて説明する。信号φ４をF/V変換器101に入力し、
周波数を電圧に変換し、その後、基準になる速度電圧と
差動アンプ102により比較し、そのずれを位相補償回路1
03を介して、加算器104に入れる。加算器104のもう一方
には、電圧制御発振器105の出力と光磁気信号の２値化
信号との位相ずれを位相比較器107によって検出し、こ
の出力を位相補償回路106に通した結果を入力する。こ
のようにすると、２入力、１出力の制御系となる。この
ループはF/V系と通常のPLLの位相制御系とから成り、そ
のループ特性は（ｂ）図のような構成が望しい。F/V系
は慣性をもたせるため、交鎖周波数fc2を２〜5KHz程度
に選らない。位相制御系は通常のセルフクロッキングで
は数百KHzであるが、このように帯域を拡げると雑音に
よる影響が大きくなることからfc2の約１桁倍、20〜50K
Hzとすることが望ましい。このようにすると、欠陥等に
よって再生クロックが暴走するようなことがなくなり、
かつ通常のセルフクロックに比較して、雑長によるジッ
タが少なくなり、さらに、２重ループになっているの
で、低減での利得が増加され追従特性が向上する。

次にアクセスのためのフォーマットについて第11図か
ら第14図を用いて説明する。アクセスのためには、光ス
ポットが高速から低速まで移動速度が変化しても、常に
位置を正しく検出する必要がある。3.5″光ディスクの
場合、トラックピッチを1.5〜1.4μｍとするとトラック
本数は15,000〜11,000本となり、14ビットあれば十分表
現できる。このビット数で以下実施例を説明する。

本フォーマットでは基本的な構成として同期用領域に
同期マークとともにアドレス情報を入れる。例えば第11
図のように、同期マーク（図では×印で表らわしてい
る）の後に最上位ビットB13から最下位ビットB0までを
入れる。しかし、基本構成ではアクセス中に高速に移動
しているとき、例えば、1m/secで移動中にはすべてのビ
ットを読まないうちに光スポットがトラックを通過する
確率が大きい。

そこで、第11図のように少なくとも上位９ビットのビ
ットパターンをトラック間にも配置するようにする。す
なわち、最高速度で通過する本数５ビット分の不確定上
は必ず残るためこれより上位ビットを高速移動中に確実
に検出できるようにするためである。高速移動中には上
位ビットのみでも十分にアクセス時の速度制御が可能で
ある。下位ビットについても、点線のようにトラック間
にプリピットを配置した方がより、トラックアドレス検
出の信頼性が向上する。

第11図の実施例ではアドレス用のビットが14ビットも
必要になり、同期領域に記録できるデータ数に余裕がな
い場合には適用できない。そこで、第12図のように上位
９ビットを１ビットずつ、９つのブロックの同期領域に
分散させ、下位５ビットを各ブロックの同期領域に配置
させる。このようにすると上位ビットは９ブロック読ん
で始めて検出できるが、ある程度の速度ならば制御が可
能となる。９ブロックが多いならば、２ビットずつ又は
３ビットずつ、分散させれば良い。

第12図の実施例ではブロック数が多い場合には良い
が、少ない場合には速度制御のサンプル値が少なくなる
ことから不安定となり、高速シークが困難となる。そこ
で、第11図の下位５ビットを左右蛇行ピットを用いて表
らわす。すなわち、第13図のように、本来プリピットの
あるべき位置（点線で示す）からΔ１だけプリピットを
ずらす。また、もう１つのプリピットも本来の位置から
Δ２だけずらす。具体的には第14図のように空きエリア
をもう１ビット分増加し、プリピットの位置を1/2ビッ
トずつずらして、各位相を下位ビットに対応させる。

この場合にはΔ１とΔ２は同じ値と同じ時間軸方向に
ずらす。

もう１つの実施例は第14図（ｂ）のようにペアピット
のずれ位置で下位ビットを表らわす。

また、Δ1,Δ２で下位ビットを２つに分けて各ビット
を表らわしても良い。このようにすると空きエリアのオ
ーバヘッドが少なくなりデータの利用効率が向上する。

第13図の実施例ではプリピットからクロックを発生す
ることができないのでSYNC領域でPLLの位相同期をとる
か、またPLL同期用のマークを第９図の（ｂ）のような
パターンを丸穴の半径方向の連続例として形成し、これ
で位相同期をとる。

このようにするとプリピットを通過するだけで通過ト
ラックアドレスを正確に検出できる。

以上、アクセス用のパターンとして用いる14bitの符
号化は交番２進符号（グレーコード）を用いる。このよ
うにすると符号の変化が１ビットのみであることから、
エラーチェック等が可能となる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、オーバライト可能な光ディスクにお
いても左右に蛇行されたプリピットからトラッキング信
号、クロック情報を信頼度良く検出でき、かつアクセス
のための光スポット位相情報を検出することができる。
また追記型ディスクの他、他の媒体に対しても装置間、
媒体間の互換性を確保することができる。すなわち、プ
リピットからの信号を１つの光検出器で受光し、ディス
ク傾き、光スポットの移動によってトラックずれを生じ
ることなく、かつ、熱記録による記録データの時間シフ
トの影響を受けることがない新しい光ディスク装置を実
現する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による光ディスク装置のシステム構成
を示す図、第２図は、トラックフォーマットを示す図、
第３図は、プリピットとピットからの検出信号を示す
図、第４図は、ディスクフォーマット及び再生信号を示
す図、第５図は、記録タイミングずれを説明する図、第
６図は本発明によるトラックフォーマットの一例を示す
図、第７図は検出系のブロック図、第８図はトラックず
れ検出のタイムチャート、第９図はSYNCの一例を示す
図、第10図は再生用クロック発生の一例を示す図、第11
図、第12図、第13図はアクセスのためのSYNCゾーンパタ
ーンの例を示す図、第14図は第13図のパターンの具体例
を示す図である。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】同期マークを有し、該同期マークと次の同
   期マークとの間にデータを記録する光ディスクを用い、 上記同期マークからの反射光に基づくパルスからトラッ
   クずれ信号を検出するとともに該パルスに同期して上記
   パルスよりも周期の短いクロック信号を作成し、 該クロック信号に基づいて上記光ディスクに上記データ
   の記録をし、 上記クロック信号を位相シフトした信号に基づいて記録
   された上記データを再生することを特徴とする光ディス
   クの記録再生方法。
2. 【請求項２】同期マークを有し、該同期マークと次の同
   期マークとの間にデータを記録する光ディスクを用い、 上記同期マークからの反射光から検出信号を形成する光
   ヘッドと、 上記同期マークに対応する上記検出信号からトラックず
   れを検出するトラックずれ検出回路と、 上記同期マークに対応する上記検出信号に同期し、か
   つ、それよりも周期の短いクロック信号を作成するクロ
   ック作成回路と、 該クロック信号に基づいて上記光ディスクに記録するデ
   ータパルスを作成するデータ変調回路と、 上記クロック信号を位相シフトした信号を作成する位相
   シフト回路と、 上記位相シフト回路の出力信号に基づいて記録された上
   記データを再生する復調回路とを具備することを特徴と
   する光ディスクの記録再生装置。