JP5587503B2 - Information recording medium and information reproducing apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、光の位相を用いて情報を記録する媒体及び情報再生装置に関わる。 The present invention relates to a medium for recording information using the phase of light and an information reproducing apparatus.
以下に於ける説明中の用語の一部は、Blu-ray Disc（ＢＤ）で使用される表現を用いている。これらは、BD以外のシステムでは、別の呼称が用いられる可能性がある。しかし、当業者であれば容易に読み替えることができることである。 Some of the terms in the following description use expressions used in Blu-ray Disc (BD). There is a possibility that different names are used in systems other than BD. However, it can be easily read by those skilled in the art.
光ディスクの記録容量の拡大は、光源の短波長化と対物レンズの開口数（NA）の増大に加えてディスク１枚当たりの記録層数増やすことにより実現されてきた。BDでは青色半導体レーザと、NAが0.85という高NA対物レンズを用いて２層で50GBの記録容量を実現している。更に、2010年には、記録層の数を３乃至４に増やすと同時に面記録密度も高めることにより100GB以上の記録容量を有するBD XLの実用化に至った。 Increasing the recording capacity of an optical disc has been realized by increasing the number of recording layers per disc in addition to shortening the wavelength of the light source and increasing the numerical aperture (NA) of the objective lens. BD uses a blue semiconductor laser and a high NA objective lens with an NA of 0.85 to achieve a recording capacity of 50 GB in two layers. Furthermore, in 2010, BD XL having a recording capacity of 100 GB or more was commercialized by increasing the number of recording layers from 3 to 4 and simultaneously increasing the surface recording density.
記録波長の短波化や対物レンズの高NA化は限界に近く、今後、面記録容量を大幅に向上させるのは容易でない。よって、上記以上の記録容量を実現するためには、記録層の数をさらに増大させるのが有力な解決手段の一つである。しかし、従来の多層光ディスクと同様の構成で記録層数を増大させようとすると記録容量当たりのコスト低減が実現しにくい可能性が高い。何故なら、現行の多層光ディスクの製造コスト及び歩留まりは、専ら記録層の形成プロセスに関わるからである。即ち、層数の増大は工程数の増大に直結し、最終的な歩留まりは１層当たりのスタンパ工程の歩留まりの層数の冪乗で概ね決定されるからである。 Shortening the recording wavelength and increasing the NA of the objective lens are close to the limit, and it is not easy to greatly improve the surface recording capacity in the future. Therefore, in order to realize the above-described recording capacity, it is one effective solution to further increase the number of recording layers. However, if an attempt is made to increase the number of recording layers with a configuration similar to that of a conventional multilayer optical disc, there is a high possibility that it is difficult to realize a cost reduction per recording capacity. This is because the manufacturing cost and yield of the current multilayer optical disk are exclusively related to the recording layer formation process. That is, the increase in the number of layers is directly linked to the increase in the number of processes, and the final yield is generally determined by the power of the number of layers in the stamper process yield per layer.
そこで、従来の多層ディスクのように物理的に定義された記録層を有さない光ディスク及びその記録技術が検討されている。一例として、特許文献１に記載されている技術では、フォトリフラクティブ材料からなる記録領域中にマイクロホログラム、即ち微小な干渉縞を記録している。上記記録領域の中には、物理的に記録位置を規定する構造が無いので各マイクロホログラムの記録位置は、記録に用いる光（記録光）の焦点位置を間接的に制御することにより決定される。また、別の一例を挙げると、特許文献２中の記述にあるように記録領域中にボイド（空隙）を形成することにより記録を行うものもある。これらの記録方法によれば、仮想的な記録層を比較的自由に増やすことが可能であり、ディスク１枚当たりの記録容量増大を図りやすい。尚、本明細書中では、以上のように記録領域中に物理的に記録位置を規定する層が無い方式について便宜上、空間記録と総称することとする。
In view of this, an optical disc that does not have a physically defined recording layer, such as a conventional multilayer disc, and a recording technique thereof have been studied. As an example, in the technique described in
上記の空間記録を含め、記録層の数を増大させた場合に問題となるのが再生している層からの反射光光量の減少である。記録用光源の出力は有限であるから、多数の記録層を有するディスクで再生光の入射面から見て最も奥に有る層に対して記録を行うためには、途中の各記録層の透過率が十分に高いことが要求される。逆に言うと、各層の光反射率及び吸収率は十分に小さい必要がある。また、吸収率が小さい記録層に対して記録を行うために記録膜の記録感度高く設定されているため、再生時のピックアップの出射光（再生光）のパワーを大きくすることには限界がある。このため、一般的に再生時に記録層から返ってくる光量は記録層数が多いほど小さくなる。従って、再生信号の信号対雑音比(SNR)の低下が課題となる。 When the number of recording layers is increased including the spatial recording described above, the problem is a decrease in the amount of reflected light from the layer being reproduced. Since the output of the recording light source is finite, in order to perform recording on the innermost layer when viewed from the incident surface of the reproduction light with a disk having a large number of recording layers, the transmittance of each recording layer in the middle Is required to be sufficiently high. Conversely, the light reflectance and absorptance of each layer must be sufficiently small. In addition, since the recording film is set to have a high recording sensitivity in order to perform recording on a recording layer having a low absorption rate, there is a limit to increasing the power of the emission light (reproduction light) of the pickup during reproduction. . For this reason, generally, the amount of light returned from the recording layer during reproduction decreases as the number of recording layers increases. Therefore, a reduction in the signal-to-noise ratio (SNR) of the reproduced signal becomes a problem.
再生信号のSNR低下に対抗する技術として、特許文献３に記載のあるような光学干渉を応用した信号振幅増幅技術がある。即ち、再生光と共通の光源から得た参照光を記録層からの反射光と光検出器上で干渉させることにより再生信号を増幅するものである。尚、本明細書中では、このような再生光と共通の光源から得た参照光と再生光を光検出器上で干渉させる方式及びその再生光学系をそれぞれホモダイン検出及びホモダイン検出系と総称することとする。
As a technique to counter the SNR reduction of the reproduction signal, there is a signal amplitude amplification technique using optical interference as described in
光ディスクドライブの主要な性能の一つが記録及び再生の際のデータ転送速度（以後、単に転送速度という）である。これは、特に非民生分野で用いる場合に重要な性能項目である。転送速度は、第一義的には、線記録密度とディスクの線速度で決定される。また、ディスクの線速度は、実現可能なディスクの回転速度によって制限される。ほぼ全ての光ディスクに使用されている材料であるポリカーボネイト製で直径が１２ｃｍのディスクの場合、振動や変形を考慮すると回転速度の限界は10000rpm(rotations per minute)程度と考えられている。 One of the main performances of an optical disk drive is a data transfer speed during recording and reproduction (hereinafter simply referred to as transfer speed). This is an important performance item particularly when used in the non-consumer field. The transfer speed is primarily determined by the linear recording density and the linear velocity of the disk. Further, the linear velocity of the disk is limited by the realizable rotation speed of the disk. In the case of a disk made of polycarbonate which is a material used for almost all optical disks and having a diameter of 12 cm, the limit of the rotational speed is considered to be about 10,000 rpm (rotations per minute) in consideration of vibration and deformation.
線記録密度は、第一義的には再生ヘッドの光学分解能で決定され、さらに、実用的な性能余裕（マージン）や信号処理による性能向上効果を考慮して決定されている。光学分解能は、ヘッドが使用する光源の波長と対物レンズの開口数とで決定付けられる。即ち、光ディスクドライブの転送速度の上限は、専ら実現可能なディスクの回転速度の上限と線記録密度で決定されることになる。以上の事項は、当業者には公知であるからこれ以上の詳述は省く。 The linear recording density is primarily determined by the optical resolution of the reproducing head, and is further determined in consideration of a practical performance margin (margin) and a performance improvement effect by signal processing. The optical resolution is determined by the wavelength of the light source used by the head and the numerical aperture of the objective lens. In other words, the upper limit of the transfer speed of the optical disc drive is determined solely by the upper limit of the disc rotation speed that can be realized and the linear recording density. Since the above matters are known to those skilled in the art, further details are omitted.
しかし、前述のように、光学分解能は既にほぼ限界に達している状況である。かかる状況で転送速度を現状よりも向上させるためには、従来、１チャネルクロック当たり1ビットを記録するバイナリ記録に代わり、1チャネルクロック当たり１ビットを超える情報を記録する多値記録方式が有望である。多値記録では、単位長さ当たりの記録容量も増えるので、当然、ディスクの記録容量増大にもつながる。 However, as described above, the optical resolution has already reached the limit. In order to improve the transfer speed in this situation, the multi-value recording method that records information exceeding 1 bit per channel clock is promising instead of binary recording that records 1 bit per channel clock. is there. In multi-value recording, the recording capacity per unit length also increases, which naturally leads to an increase in the recording capacity of the disc.
多値記録方式に関しては、非特許文献１に記載されている技術がある。これは、従来記録型光ディスク媒体に用いられているのと同類の記録膜に対して記録波形を改良することにより反射率を従来の２値変調から最大で８値変調に増やすことにより記録容量の増大を図るものである。しかし、再生信号の振幅は、従来の光ディスクと同じであるので反射率の各階調に対応した信号レベル相互のSNRが低下するために転送速度を向上させるのには必ずしも適さない。
Regarding the multi-value recording method, there is a technique described in Non-Patent
先に述べたように、ディスクの回転速度及び線記録密度の向上に制約がある下に於いて、現行技術と比べて転送速度を大幅に向上させるためには、１チャネルクロック当たり1ビットを記録するバイナリ記録に代わり、1チャネルクロック当たり１ビットを超える情報を記録する多値記録方式が一つの解である。尚、以下に於いては、１チャネルクロックに記録される情報単位を単にシンボルと呼ぶ。また、同様に混乱を来たさない範囲に於いて1シンボルが記録媒体上に於いてディスク回転方向に占める長さをシンボル長と呼ぶこととする。また、符号化前の記録すべきデータをユーザデータと呼び、そのバイナリ表現に於ける最小単位をユーザビットと呼ぶこととする。よって、例えば、符号化なしのバイナリ記録では、１シンボルが１ビット、即ち１ユーザビットに対応し、同じく符号化なしの８値記録であれば１シンボルが３ビット、即ち３ユーザビットに対応する。シンボルという表現は、当該分野に於いて広範に使用される語句であるが、混乱を来たさない範囲では上記の意味で使用する。 As mentioned earlier, in order to greatly improve the transfer speed compared to the current technology under the constraints of the improvement of disk rotation speed and linear recording density, 1 bit is recorded per channel clock. Instead of binary recording, a multi-value recording method that records information exceeding 1 bit per channel clock is one solution. In the following, an information unit recorded in one channel clock is simply called a symbol. Similarly, the length that one symbol occupies in the disk rotation direction on the recording medium in a range that does not cause confusion is called the symbol length. The data to be recorded before encoding is called user data, and the minimum unit in the binary representation is called user bits. Thus, for example, in binary recording without encoding, one symbol corresponds to 1 bit, that is, 1 user bit, and in the case of 8-level recording without encoding, 1 symbol corresponds to 3 bits, that is, 3 user bits. . The expression “symbol” is a term that is widely used in the field, but is used in the above meaning within a range that does not cause confusion.
先に述べたように、多値記録再生システムを実現する上に於いて、情報を再生する際に得られる信号が振幅変調のみで情報を表現している場合、転送速度の向上は困難である。DVDやBDのような反射光強度変化を用いる光ディスクの場合で考えると、各シンボルの値を判別する光強度の間隔が狭まることになるので、各シンボルのレベルを判定する際の誤り率が２値記録再生の場合よりも大きくなる。このことは、高速転送に必要な帯域幅を有する回路系を用いた場合にはより顕著になるので結果として高速転送を実現するのは困難になる。 As described above, in realizing a multi-level recording / reproducing system, it is difficult to improve the transfer rate when a signal obtained when reproducing information expresses information only by amplitude modulation. . Considering the case of an optical disc using reflected light intensity changes such as DVD and BD, the interval of light intensity for determining the value of each symbol is narrowed, so the error rate when determining the level of each symbol is 2. It becomes larger than in the case of value recording / reproduction. This becomes more prominent when a circuit system having a bandwidth necessary for high-speed transfer is used, and as a result, it is difficult to realize high-speed transfer.
この問題を回避する方法としては、特許文献４に記載されているように振幅以外の情報、即ち位相を用いることが考えられる。光記録に於いて位相を記録する方法としては、特許文献１に記載があるマイクロホログラムを応用する方法が考えられる。特許文献１に記載された方式に於いては、マイクロホログラムは、単に微小な反射体として用いられている。マイクロホログラムは、図２に示すように同一光源から発せられた２つのレーザ光を対向させた２つの対物レンズ１０８で同一個所に焦点を結ばせ、その焦点近傍に干渉縞を記録することにより記録マークを形成する。再生時には、現行の光ディスク同様に、このマイクロホログラムからなる記録マークからの反射光強度を検出する。
As a method for avoiding this problem, it is conceivable to use information other than the amplitude, that is, the phase as described in
マイクロホログラムに位相を記録するには、図３に示したように、記録に用いる２つのレーザ光のうち片方の位相を記録データに応じて変調すれば良い。半導体レーザ１０１を発したレーザ光をコリメートレンズ１０２で平行光線に変換した後、無偏光ハーフビームスプリッタ118で二分し、そのうち一方をミラー１１６を経て対物レンズ１０８を用いて記録媒体１中に焦点を結ばせる。もう一方のレーザ光は、位相変調器１０を経た後に、もう一方と同様に記録媒体中に導かれ、２つのレーザ光線は同一個所で焦点を結ぶ。ここで、記録データに応じて位相変調器１０を駆動するとマイクロホログラムを形成する干渉縞の光軸方向の位置が変化する。つまり、この方式によって記録されたマイクロホログラムを構成する干渉縞の列は、記録データ列に応じた位置変化をしている。マイクロホログラムに再生光を照射した場合を考えると、マイクロホログラムを構成する各干渉縞で反射され、全体として一つの反射体とみなすことができる。よって、マイクロホログラムを構成する干渉縞の光軸方向の位置が変化すると反射された再生光の位相が変化する。従って、この再生反射光の位相を判別することにより各マイクロホログラムに記録された位相を知ることができる。また、マイクロホログラムを応用した位相記録に於いては、従来の光ディスクのような物理的に定義された記録面、或いは、記録層は存在しない。しかし、説明を簡単化するために、便宜上、マイクロホログラムが面状に記録されたものを記録層或いは記録面と呼ぶこととする。同様に、マイクロホログラムが列状に記録されたものをトラックと呼ぶこととする。
In order to record the phase in the micro-hologram, as shown in FIG. 3, one of the two laser beams used for recording may be modulated in accordance with the recording data. The laser beam emitted from the
尚、現行の光ディスクでは、マークを記録することにより任意の長さのマークとスペースを形成することにより記録を行う。それに対し、マイクロホログラムのように元来透明である媒質を用いた位相記録に於いては、位相情報を保持することができるのはマイクロホログラムが形成されている個所のみである。よって、従来のマーク及びスペースに対応する位相情報を保持している領域を記録セルと呼ぶこととする。例えば、「位相がπの長さが4T（Tはチャネルクロック周期）の記録セル」などと表現するものとする。 In the current optical disc, recording is performed by forming marks and spaces of arbitrary length by recording marks. On the other hand, in phase recording using a medium that is originally transparent, such as a micro-hologram, phase information can be retained only at the location where the micro-hologram is formed. Therefore, a conventional area holding phase information corresponding to marks and spaces is called a recording cell. For example, it is expressed as “a recording cell having a phase of π and a length of 4T (T is a channel clock period)”.
マイクロホログラムで反射された光の位相変化を検出する手段として、位相ダイバシティ方式ホモダイン検出技術（以下、ホモダイン検出と呼ぶ）がある。以下に、これらについて説明する。初めに、ホモダイン検出について説明する。但し、当業者であればホモダイン検出及びそれを用いた光ディスク装置の構造及び動作に関しては特許文献３を参照することで容易に理解できるので、以下に於いては本発明の説明に必要な概要のみを説明する。
As means for detecting the phase change of the light reflected by the micro-hologram, there is a phase diversity type homodyne detection technique (hereinafter referred to as homodyne detection). These will be described below. First, homodyne detection will be described. However, since those skilled in the art can easily understand homodyne detection and the structure and operation of an optical disk apparatus using the same by referring to
図４にホモダイン検出系の動作説明のための図を示す。半導体レーザ101からの光をコリメートレンズ102によって平行光として、λ／２板103を透過させて偏光ビームスプリッタ104に入射させる。偏光ビームスプリッタ104は分離面に入射するp偏光（以後、水平偏光と呼ぶ）をほぼ100％透過し、s偏光（以後、垂直偏光と呼ぶ）をほぼ100％反射させる機能を有している。このときλ／２板の光軸のまわりの回転角度の調整することにより、透過光と反射光の強度比を調整することができる。偏光ビームスプリッタ104を透過した光は、λ／４板106を透過して円偏光に変換され、２次元アクチュエータ107に搭載された対物レンズ108により、光ディスク１上の記録層に集光される。光ディスクからの反射光は同じ光路を戻り、対物レンズ108によって平行光とされ、λ／４板106により最初に入射したときとは９０°偏光方向が回転した直線偏光に変換された後、偏光ビームスプリッタ104に入射する。すると偏光が90度回転しているため、反射して集光レンズ113に入射する。一方、半導体レーザ101から出射し、偏光プリズム104を反射した光は、λ／４板106を透過して円偏光に変換され2次元アクチュエータ107上に搭載されたミラー116に入射する。ミラー116により反射された光は同じ光路を戻り、λ／４板106を経て偏光ビームスプリッタ104に入射する。往路と復路の２回λ／４板106を通過しているので最初に入射したときとは９０°偏光方向が回転した直線偏光に変換されているので反射光は偏光ビームスプリッタ104を透過し、光ディスクからの反射光と光軸を互いに偏光が直交した状態で同軸となって集光レンズ113に入射する。集光レンズに入射した二つの光は、無偏光ビームスプリッタ118によってそれぞれ１対１の割合で反射、透過する。透過した光はλ/2板119を透過することにより偏光が45度回転した後、偏光ビームスプリッタ120によって水平偏光成分と垂直偏光成分に分離され、分離されたそれぞれの光は検出器121,122によって検出される。無偏光ビームスプリッタ118を反射した光はλ/4板123を通過した後、偏光ビームスプリッタ124によって水平偏光成分と垂直偏光成分に分離され、分離されたそれぞれの光は検出器125,126によって検出される。
FIG. 4 is a diagram for explaining the operation of the homodyne detection system. Light from the
光の干渉によって増幅信号を得る過程を詳細に説明する。集光レンズ113に入射する光は、水平偏光であるコーナーキューブ116からの戻り光と、垂直偏光である光ディスク１からの戻り光が同軸になったものである。従って光の偏光状態をジョーンズベクトルで表すと
A process of obtaining an amplified signal by light interference will be described in detail. The light incident on the
となる。ここでEsは光ディスクからの戻り光の電場、Erはコーナーキューブプリズムからの戻り光の電場である。また、このベクトルの第一成分は水平偏光を、第二成分は垂直偏光を表す。この光は無偏光ビームスプリッタによって2分割され、透過光は軸方向が水平偏光方向から見て22.5度の方向にfast軸を持つλ/2板を通過する。このときジョーンズベクトルは It becomes. Here, Es is the electric field of the return light from the optical disk, and Er is the electric field of the return light from the corner cube prism. The first component of the vector represents horizontal polarization, and the second component represents vertical polarization. This light is divided into two by a non-polarizing beam splitter, and the transmitted light passes through a λ / 2 plate having a fast axis in the direction of 22.5 degrees when viewed from the horizontal polarization direction. At this time Jones vector is
となる。次に偏光ビームスプリッタによって水平偏光成分が透過し、垂直偏光成分が反射するため、透過する光と反射する光の電場はそれぞれ It becomes. Next, the polarization beam splitter transmits the horizontal polarization component and reflects the vertical polarization component, so the electric fields of the transmitted light and the reflected light are respectively
となる。一方、無偏光ビームスプリッタを反射した光は、軸方向が水平偏光方向から見て45度の方向にfast軸を持つλ/4板を通過する。このときジョーンズベクトルは It becomes. On the other hand, the light reflected by the non-polarizing beam splitter passes through a λ / 4 plate having a fast axis in the direction of 45 degrees as viewed from the horizontal polarization direction. At this time Jones vector is
となる。次に偏光ビームスプリッタによって水平偏光成分が透過し、垂直偏光成分が反射するため、透過する光と反射する光の電場はそれぞれ It becomes. Next, the polarization beam splitter transmits the horizontal polarization component and reflects the vertical polarization component, so the electric fields of the transmitted light and the reflected light are respectively
となる。従って4つの検出器121,122,125,126の検出信号はそれぞれ、
It becomes. Therefore, the detection signals of the four
従って、アナログ減算器１３０及び１３１の出力は、それぞれ Therefore, the outputs of the analog subtractors 130 and 131 are respectively
となる。ここで、φは再生光と参照光の位相差である。尚、以後、特に混乱を生じない限りに於いて参照光と再生光の位相差のことを単に位相と呼ぶこととする（記号はφ）。 It becomes. Here, φ is the phase difference between the reproduction light and the reference light. Hereinafter, the phase difference between the reference light and the reproduction light is simply referred to as a phase (the symbol is φ) unless particularly confusing.
数１２及び１３から解るように、２つのアナログ減算器の出力から参照光と再生光の位相差を知ることができる。よって、この位相差を時系列的に観測することにより記録時の位相変調量を再現できることは当業者であれば容易に理解できることである。尚、位相はマイクロホログラムの実効的な反射面の位置として記録され、これを反射光で再生するのであるから、記録時の位相変調量は再生時に意図する位相変化量の1/2として記録すべきであることは当業者であれば当然理解されることである。
As can be seen from
マイクロホログラムを用いた位相記録ではマイクロホログラムは、微小な反射体として作用する。そして、位相情報は、前後のマイクロホログラムを構成する干渉縞の深さ方向の位置変調として記録される。これを図５で説明する。 In phase recording using a micro-hologram, the micro-hologram acts as a minute reflector. The phase information is recorded as position modulation in the depth direction of the interference fringes constituting the front and rear micro-holograms. This will be described with reference to FIG.
図５は信号光、参照光の集光箇所における定在波の２次元強度分布を示したものである。横方向が信号光、参照光の光軸方向、縦方向がそれに垂直な（任意の）方向であり、色の濃い部分ほど強度が大きい。図５(a)強度分布図は、位相変調量が０の場合であり、図５(b)強度分布図は、位相変調量が２πΔｌ／λ（λは信号光、参照光の波長）、すなわち位相変調器によって光路長がΔｌだけ変調されている場合の強度分布である。図５(a),(b)に示すように、光路長の変調Δｌに対し、定在波のピーク位置がΔｌ／２だけシフトする。このような強度分布が媒体の屈折率変化として記録されたものに対して、光を照射すると、図５(d)のように、光軸方向の位置がΔｌ／２だけ変化したミラーで光が反射されるのとまったく同様に、図５(e)のように反射光の光路長がΔｌ変化する。よって、記録時の変調された位相が、再生光の位相として再生される。 FIG. 5 shows the two-dimensional intensity distribution of the standing wave at the condensing location of the signal light and the reference light. The horizontal direction is the signal light, the optical axis direction of the reference light, and the vertical direction is an (arbitrary) direction perpendicular thereto, and the darker the portion, the higher the intensity. 5A shows the intensity distribution when the phase modulation amount is 0, and FIG. 5B shows the intensity distribution when the phase modulation amount is 2πΔl / λ (λ is the wavelength of the signal light and the reference light), that is, It is an intensity distribution when the optical path length is modulated by Δl by the phase modulator. As shown in FIGS. 5A and 5B, the peak position of the standing wave is shifted by Δl / 2 with respect to the modulation Δl of the optical path length. When such an intensity distribution is recorded as a change in the refractive index of the medium, when light is irradiated, the light is reflected by a mirror whose position in the optical axis direction has changed by Δl / 2 as shown in FIG. Just like the case of being reflected, the optical path length of the reflected light changes by Δl as shown in FIG. Therefore, the modulated phase at the time of recording is reproduced as the phase of the reproduction light.
上述のように、位相情報は実効的な反射体の干渉縞の深さ方向（光軸方向）の位置変調として記録される。従って、マイクロホログラム以外の反射体、例えば、ボイドの記録深さを変調して形成することで、位相変調された再生信号を得ることができる。この場合、記録時には、記録すべき位相情報は一旦振幅情報（深さ変調情報）に変換されるので、記録時には光の位相の性質は用いていないことになる。しかし、記録光の強度は十分に強いので雑音の影響は考慮する必要が無いので問題はない。尚、本明細書中では、このようにして位相変調された再生信号が得られるような記録を行う場合についても位相記録と呼ぶこととする。 As described above, the phase information is recorded as a position modulation in the depth direction (optical axis direction) of the effective reflector interference fringes. Therefore, a phase-modulated reproduction signal can be obtained by modulating the recording depth of a reflector other than a micro-hologram, for example, a void. In this case, at the time of recording, the phase information to be recorded is once converted into amplitude information (depth modulation information), so that the phase characteristic of light is not used at the time of recording. However, since the intensity of the recording light is sufficiently strong, there is no problem because it is not necessary to consider the influence of noise. In the present specification, the case where recording is performed so that a reproduction signal that has been phase-modulated in this way is also referred to as phase recording.
本発明が解決しようとする課題は、再生時に生じる符号間干渉及び記録セルエッジに於ける減光による復号性能の低下を克服することである。なお、下記の説明は、公知の課題ではなく、本発明者らの検討結果により新たに見出されたものである。 The problem to be solved by the present invention is to overcome the degradation of decoding performance due to intersymbol interference occurring at the time of reproduction and dimming at the recording cell edge. In addition, the following description is not a publicly known subject but is newly found by the examination results of the present inventors.
位相多値記録に於いても線記録密度を向上させるためには、シンボル長を短くする必要がある。その場合、バイナリ記録の場合と同様に再生に用いる光スポットの大きさが有限であることに起因する符号間干渉が問題となる。例えば、0、π/2、π、(3/2)πの4位相を用いた4値位相記録（以後、通信分野の表記に倣いQPSKと記す）であっても記録セルの長さが再生光スポット直径の大きさと同等かそれ以下になると再生光スポットが記録セルの直上に有ってもフルレスポンスを観測しない。その様子の一例を図６A,Bに示す。 In order to improve the linear recording density even in the phase multilevel recording, it is necessary to shorten the symbol length. In that case, as in the case of binary recording, intersymbol interference caused by the limited size of the light spot used for reproduction becomes a problem. For example, the length of the recording cell is reproduced even in quaternary phase recording using four phases of 0, π / 2, π, and (3/2) π (hereinafter referred to as QPSK following the notation in the communication field). When the light spot diameter is equal to or less than the size of the light spot, a full response is not observed even if the reproduction light spot is directly above the recording cell. An example of this is shown in FIGS. 6A and 6B.
図６Aは、位相0で長さが8Ｔの記録セルに挟まれた位相π/2で長さが2Ｔの記録セルを再生した際のホモダイン検出系のI,Q出力を光学シミュレーションにより求めたものをI-Q平面にプロットしたものである。ここで、再生に用いた光の波長は、405nmで対物レンズの開口数は、0.65であった。得に断らない限り、本明細書中では、再生光学系の条件は、これと同じものであるとする。I及びQ出力は、それぞれ再生した光のうち参照光の位相と合致する成分及び直交する成分の振幅である。尚、シンボル長は300nmであった。また、図６Bには、図６Aの各プロットを求めた際の各記録セルと光スポットとの位置（a〜fで表示）関係を模式的に示した。図６A中のa〜fは、図６Bのスポット位置a〜fに対応する。尚、また、クロックポイントを記録セル同士の境界(エッジと呼ぶ)と定義すると、各位置に於ける計算時の光スポットの位置はクロックポイントの中間に取った。これは、これ以降の説明に拘束長が奇数であるPRML復号を例にして行うためである。また、各位置同士の間隔は1Tとした。
Fig. 6A shows the I and Q outputs of the homodyne detection system obtained by optical simulation when a recording cell with phase π / 2 and length 2T is sandwiched between recording cells with
まず、位置aでは、光スポット31の殆どは、位相が0である記録セル32のみに掛かっているのでほぼ点 (1, 0)に観測される。位置bに移動すると、今の場合、光スポットの直径は1246nmであるから、光スポット径の1/4弱が位相π/2の記録セルに掛かる。図７は、その状況を模式図で説明したものである。この状況では、反射光のうち大半は位相0、即ち、I軸方向成分となる。一方、位相π/2の記録セルに掛かっているのは光スポット径の1/4弱で、この部分からの反射光の位相はπ/2、即ち、Q軸方向成分となる。よって、観測される反射光の位相は、光スポット内の強度分布を考慮した加重平均でこの2つを合成したものとなる。図６A,B中のc〜eの各点に於いては、光スポット内に於ける記録セルの位相分布が変化し、c及びd点では、強度の強いスポットの中心付近が位相π/2の領域に掛かるため図６Aに示したように点(0, 1)に接近する。そして、光スポットが位相π/2の領域を通り抜けていくとeからfへとI-Q平面上で移動する。
First, at the position a, most of the
図８にQPSKについて、符号間干渉が無い場合(a)と上記の例と同等の符号間干渉が存在する場合(b)のシミュレーションにより求めた擬似信号のコンステレーションを示す。尚、図８(b)のシンボル長は300nmであった。上記の例を鑑みれば、符号間干渉が存在する場合のコンステレーションが図８(b)のようになることは容易に理解できる。同様にπ/4単位で8値を用いる8-ＰSKの場合のコンステレーションを図８(c)及び(d)に示す。 FIG. 8 shows a constellation of pseudo signals obtained by simulation for QPSK when there is no intersymbol interference (a) and when there is intersymbol interference equivalent to the above example (b). The symbol length in FIG. 8B was 300 nm. In view of the above example, it can be easily understood that the constellation in the presence of intersymbol interference is as shown in FIG. Similarly, FIGS. 8C and 8D show constellations in the case of 8-PSK using 8 values in units of π / 4.
上記のように符号間干渉を受けた再生信号から復号を行うのにPRML法が有効であることがバイナリ記録の例から類推される。バイナリ記録と異なるのは、ターゲットをI,Q成分毎に用意する必要があることである。 As described above, it can be inferred from the example of binary recording that the PRML method is effective for decoding from a reproduction signal that has received intersymbol interference. The difference from binary recording is that a target must be prepared for each of the I and Q components.
以上の例では、記録セルの形状が短冊状で各エッジには隙間などは無いことを前提としていた。しかし、実際に位相を保持する記録セルの形状や大きさなどに関して物理的な制約が存在する。位相情報の保持担体としてボイドを用いる場合を例に図９を用いて説明する。ボイドを位相情報の担体とする場合、単純にボイドと周囲の物質との境界面を微小反射体として用いることになる。そして、ボイドを形成する深さを変調することにより再生光に位相差をもたらす。図９の例では、記録深さを変調する際に一旦、記録光の照射を中断することにより記録深さ毎に独立したボイド33を形成している。このように記録すると、当然、記録セルである各ボイドの端は記録光スポット31の形状を反映して丸みを帯びる。このような丸みがあると、再生時に於いては反射光強度がエッジに於いて減光する。仮に、再生光スポットの大きさと記録セルの幅の関係がBDと同程度であるとすると、同じ位相の十分な長さを有する２つの相対する記録セルが隙間を空けずに対向させた場合、エッジ部に於ける反射光強度は約20％減光する。この減光による影響を図１０に示す。図１０は、位相0を起点として、π/4から(7/4)πまでの各位相への遷移する際に観測されるホモダイン検出系のI,Q出力を光学シミュレーションで求めI-Q平面にプロットしたものである（プロット間隔はT/2）。図１０中で位相π/2へ遷移する軌跡は、図６A,Bに相当するものである。図６A,Bでは、各点は位相0とπ/2を結ぶ直線状に有ったのに対し、図１０中で位相π/2へ遷移する軌跡は、原点に向かって凸な曲線を描いている。これは、勿論エッジ近傍で減光していることに対応して起こる現象である。このことは符号間干渉の影響をPRML法で解決することに対する妨げとなる。即ち、通常のPRML法に基づくと、ターゲットは指定されたPRクラスからターゲットを生成するのでこれらはI-Q平面上では直線上に並ぶことは当業者であれば容易に理解できることである。直線上に並んだターゲットに対して実際の符号遷移時の軌跡が曲線になるということは当該遷移時の軌跡とターゲットの位置が乖離することであり、その結果、復号性能の低下につながることは、やはり当業者であれば容易に理解できることである。
In the above example, it has been assumed that the shape of the recording cell is a strip shape and there is no gap at each edge. However, there are physical restrictions on the shape and size of the recording cell that actually holds the phase. An example in which a void is used as a carrier for holding phase information will be described with reference to FIG. When a void is used as a carrier of phase information, a boundary surface between the void and a surrounding substance is simply used as a minute reflector. Then, by modulating the depth at which the void is formed, a phase difference is caused in the reproduction light. In the example of FIG. 9, when modulating the recording depth, the irradiation of the recording light is temporarily interrupted to form
また、図９に示したように記録光の照射を中断する期間によっては、記録セル相互の間に有意な大きさの隙間を生じ、その場合は、上記の減光率は更に大きくなり、それに伴う復号性能の劣化はさらに深刻になる。また、記録光のパワーや記録光照射の開始及び中断、終了のタイミングが適切でないとこれらの問題はより顕在化することも容易に理解できることである。 In addition, as shown in FIG. 9, depending on the period in which the irradiation of the recording light is interrupted, a gap having a significant size is generated between the recording cells. In this case, the above-described attenuation rate is further increased. The accompanying degradation in decoding performance becomes more serious. It is also easy to understand that these problems become more apparent if the recording light power and the timing of starting, stopping, and ending recording light irradiation are not appropriate.
光ディスクは、記録媒体が可換なシステムである。従って、上記の現象がもたらす最大の問題点は、記録済みディスクの再生互換性が損なわれることであることは自明である。 An optical disk is a system in which a recording medium is replaceable. Therefore, it is obvious that the biggest problem brought about by the above phenomenon is that reproduction compatibility of the recorded disc is impaired.
上記課題を解決するために、本発明に於いては、PRML復号に用いるターゲットの値を入力信号から推定する手段を有する。また、本発明に於いては、エッジに於ける反射光量減少に起因する互換性の低下を回避するために、記録媒体の品種毎に許容可能なエッジ減光率を規定する。また、本発明に於いては、適応PRML復号の復号開始直後の復号性能低下を回避するために記録媒体の品種毎にエッジに於ける反射光強度の減少を考慮したターゲットの初期値を規定する。 In order to solve the above problems, the present invention has means for estimating a target value used for PRML decoding from an input signal. Further, in the present invention, in order to avoid a decrease in compatibility due to a decrease in the amount of reflected light at the edge, an allowable edge dimming rate is defined for each type of recording medium. In addition, in the present invention, in order to avoid a decrease in decoding performance immediately after the start of decoding in adaptive PRML decoding, an initial value of the target is defined in consideration of a decrease in reflected light intensity at the edge for each type of recording medium. .
本発明によって、光位相多値記録システムの復号性能を向上することが可能である。また、エッジに於ける光量減少などの回避困難な要因による復号性能低下に起因する互換性低下を回避することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to improve the decoding performance of the optical phase multilevel recording system. In addition, it is possible to avoid a decrease in compatibility due to a decrease in decoding performance due to factors that are difficult to avoid, such as a decrease in the amount of light at the edge.
初めに、M値位相記録信号のホモダイン系のI,Q出力を用いたPRML復号法について4値のPR(1,2,1)MLを例に説明する。拘束長が3のシステムであるからヴィタビ復号器の状態変数は２つであるから任意の状態をSxyなどと表記することとする。ここで、x,yは、状態変数で各状態変数がとり得る値（0から3までの整数で表現する）である。よって、ユーザデータにラン長制限が無い場合、状態数は16である。図１１に状態変数がとり得る値と、それらに対応するI,Q出力の値及び位相をまとめる。また、状態変数の各値に2ビット長のバイナリ符号を割り当てる方法は複数ある。しかし、ここでは簡単のために状態変数の値を2進数で表現したものを用いた。それらも図１１にまとめて示す。 First, the PRML decoding method using the homodyne I and Q outputs of the M-value phase recording signal will be described by taking quaternary PR (1,2,1) ML as an example. Since the constraint length is 3 and the Viterbi decoder has two state variables, an arbitrary state is expressed as Sxy or the like. Here, x and y are state variables that can be taken by each state variable (represented by integers from 0 to 3). Therefore, when the user data has no run length restriction, the number of states is 16. FIG. 11 summarizes the possible values of the state variables and the corresponding values and phases of the I and Q outputs. There are multiple methods for assigning a 2-bit binary code to each value of the state variable. However, here, for the sake of simplicity, the value of the state variable expressed in binary is used. These are also shown collectively in FIG.
次に、状態及びターゲットの表記法を定義する。拘束長3のシステムを想定すると、図１２に示したように3T分の長さの記録セルが光スポットの中にあると考える。ターゲット値は、その際に得られるホモダイン検出系の出力に対応して定められる。即ち、I,Q成分からなるベクトルである。光スポット中に含まれる各時刻の状態変数の値を時系列にx,y, bである時のターゲットを図１２にあるようにTxybと表記するものとする。x,y,bのそれぞれは、4種の値をとり得るから、ターゲットの数は全部で64である。ただし、ターゲットの幾つかは互いに同じ値をとり得る。また、状態は、xとyで指定されるスカラーで、今の場合、16ある。 Next, state and target notations are defined. Assuming a system with a constraint length of 3, it is assumed that a recording cell having a length of 3T is in the light spot as shown in FIG. The target value is determined corresponding to the output of the homodyne detection system obtained at that time. That is, it is a vector composed of I and Q components. The target when the state variable value at each time contained in the light spot is x, y, b in time series is expressed as Txyb as shown in FIG. Since each of x, y, and b can take four values, the total number of targets is 64. However, some of the targets can have the same value. The state is a scalar specified by x and y. In this case, there are 16 states.
PRクラスは、一般に、スポットをチャネルシンボル長間隔で拘束長分サンプリングした形状を模した整数列（PRベクトル）で指定される。バイナリシステムではターゲットの値は、PRベクトルとベクトル(x y b)の内積として求められる。この場合、ベクトルであるターゲットを求めるには、x,y,bそれぞれの状態変数の値に対応したI,Q成分の値（図１１の表で与えられている）を用いる。即ち、 The PR class is generally designated by an integer sequence (PR vector) that imitates the shape of a spot sampled by a constraint length at channel symbol length intervals. In the binary system, the target value is obtained as an inner product of the PR vector and the vector (x y b). In this case, in order to obtain a target that is a vector, values of I and Q components (given in the table of FIG. 11) corresponding to the values of the state variables of x, y, and b are used. That is,
とした場合、 If
と求められる。ここで、x0, y0, b0は、それぞれ状態変数x,y,zに対応するI成分の値、x1, y1, b1は、それぞれ状態変数x,y,zに対応するQ成分の値である。 Is required. Here, x0, y0, b0 are the values of the I component corresponding to the state variables x, y, z, respectively, and x1, y1, b1 are the values of the Q component corresponding to the state variables x, y, z, respectively. .
復号系への入力信号とターゲットからブランチメトリックを求める過程は、入力信号とターゲットがベクトルであるので、即ち、I-Q平面上での入力信号とターゲットとのユークリッド距離を求めるのが適している。即ち、ある時刻に於ける入力信号(I,Q)である時、ターゲットTxybへのブランチメトリックBxybは、数16で求められる。 In the process of obtaining the branch metric from the input signal to the decoding system and the target, since the input signal and the target are vectors, it is suitable to obtain the Euclidean distance between the input signal and the target on the IQ plane. That is, for an input signal (I, Q) at a certain time, the branch metric Bxyb to the target Txyb is obtained by Equation 16.
ブランチメトリックの定義としては、上記の他にマンハッタン系を用いることも可能である。 In addition to the above, the Manhattan system can be used as the branch metric definition.
拘束長3のシステムについて、2値及び4値のトレリスダイヤグラムをそれぞれ図１３に示す。ラン長制限は無いものとしている。4値の場合、各状態から延びるブランチの数は4である。 FIG. 13 shows binary and quaternary trellis diagrams for a system with a constraint length of 3, respectively. There is no run length limitation. In the case of 4 values, the number of branches extending from each state is 4.
以上に基づいて、4値のPR(1,2,1)MLについてターゲットを求め、プロットしたものを図１４に示す。全部で25値（組）あることが判る。前述のように、ターゲットの数は全部で64であるものの、ターゲットの幾つかは互いに同じ値をとり得るのでこのようになる。ターゲットの配置が図８に示した光スポットによる符号間干渉がある場合のQPSKのコンステレーションと良く一致していることが分かる。即ち、図８の条件（シンボル長300nm）は、PR(1,2,1)MLに適合するであろうことが推察できる。
Based on the above, a target is obtained for four-value PR (1,2,1) ML, and plotted is shown in FIG. It turns out that there are 25 values (sets) in all. As described above, the total number of targets is 64, but this is because some of the targets can have the same value. It can be seen that the target arrangement agrees well with the QPSK constellation when there is intersymbol interference due to the light spot shown in FIG. That is, it can be inferred that the condition of FIG. 8 (
図１５には、そのコンステレーションを図８に示した信号をPR(1,2,1)MLを用いて復号した例を示す。ここで、横軸は、擬似信号のI,Qそれぞれの成分に重畳した白色雑音振幅をI及びQ成分振幅との相対値で表示している。縦軸は、シンボルエラーレート、即ち、復号して得られたシンボル列が元のシンボル列との不一致率である。シンボルエラーレートが10-4以下を実用的な範囲と仮定すると、SNRが22 dB以上であれば十分であることが分かる。FIG. 15 shows an example in which the signal whose constellation is shown in FIG. 8 is decoded using PR (1,2,1) ML. Here, the horizontal axis represents the white noise amplitude superimposed on each of the I and Q components of the pseudo signal as a relative value with respect to the I and Q component amplitudes. The vertical axis represents the symbol error rate, that is, the mismatch rate between the decoded symbol sequence and the original symbol sequence. Assuming that the symbol error rate is 10 −4 or less as a practical range, it can be seen that an SNR of 22 dB or more is sufficient.
また、図１５には、合わせてシンボル長が300 nm以下の場合のシミュレーション結果も示してある。但し、シンボル長が300 nm以下では、図１６に示したような2元復号適応等化器を用いた。これは、4つのタップ数15のFIR等化器を用いたシステムで非特許文献２に詳細が記されている。図１５からシンボル長が300 nm以下でも適応等化の組み合わせによりシンボル長 160nmまでは十分に実用的なシンボルエラーレートが得られることが分かる。このように、ホモダイン検出系で得られた位相再生信号は、PRML復号法により復号が可能である。
FIG. 15 also shows the simulation results when the symbol length is 300 nm or less. However, when the symbol length is 300 nm or less, a binary decoding adaptive equalizer as shown in FIG. 16 is used. This is a system that uses four FIR equalizers with 15 taps and is described in detail in
以上は、エッジに於ける減光がない場合に関する説明であった。次に、エッジに於ける減光がある場合、その影響に付いて説明する。図１７にエッジに於いて20%の強度減少であるとしてシミュレーションで求めた信号のコンステレーションを示す。尚、この時のシンボル長は160nm、重畳した雑音振幅は-30 dBとした。この時のシンボルエラーレートは、5.0X10-4であった。一方、エッジに於ける強度減少が無い場合、この条件ではシンボルエラーは観測されなかったことから解るように、エッジによる減光は復号性能に大きな影響を与えることが分かる。復号性能が低下する原因は、信号の軌跡が弧を描くために直線的に配列されたターゲットから離れてしまうためである。The above is a description of the case where there is no dimming at the edge. Next, the effect of light attenuation at the edge will be described. FIG. 17 shows a signal constellation obtained by simulation assuming that the intensity is reduced by 20% at the edge. At this time, the symbol length was 160 nm, and the superimposed noise amplitude was -30 dB. The symbol error rate at this time was 5.0 × 10 −4 . On the other hand, when there is no intensity decrease at the edge, it can be seen that the light attenuation by the edge has a great influence on the decoding performance, as can be seen from the fact that no symbol error was observed under this condition. The reason why the decoding performance is deteriorated is that the trajectory of the signal moves away from the target arranged linearly in order to draw an arc.
この問題を解消するためには、例えば、非特許文献３に記載された技術と同様の考え方に基づき、ターゲットの値を信号の軌跡に漸近させることが考えられる（適応PRML方式）。図１８には、このようなターゲットを入力信号に適応させるシステムの構成例を示す。この場合、PRML復号器は、ターゲットの値が変更可能なターゲット可変PRML復号器80を用いる。2つの1時刻遅延器81を用いてターゲット可変PRML復号器の連続する3時刻分の出力z (i), z(i-1), z(i-2)を得る。ターゲット参照器83は、この3時刻連続の状態変数から時刻iに於けるターゲットを特定し（図１２参照）、それを適応ターゲット演算器86内の該当する選択器84に通知する。一方、ターゲット可変PRML復号器への入力信号は、遅延調整器82でPRML復号とターゲット判別に要するのと同じだけの時刻遅延させられた後に適応ターゲット演算器86に供給される。通知を受けた選択器84は、その時点で供給されている遅延調整器出力を自身の後段に接続されている追従器85に出力する。また、通知を受けていない間は、直前の値を保持し続ける。個々の追従器は、ターゲットの時間平均値を算出する。ただし、実時間での動作と、回路規模の抑圧を考えた場合、例えば図１９に示したような構成により等価的に実現することができる。図１９に示した例では、まず、減算器90に於いて入力された値と現在の出力との差が取られる。次に、係数器91に於いて、この差分に予め指定された時間平均操作に用いる時定数の逆数を乗ずる（時定数で除す）。これを加算器92に於いて現在の出力に加算し、1時刻遅延器81を介することにより新しい出力とする。入力と出力に差がある間は、このプロセスが繰り返される。その結果、ターゲットの時間平均値と実質的に等価な結果を得ることが可能である。また、この方法による時間平均値の算出では、時間平均操作に用いる時定数で時間的に変化する現象に追従することも可能である。尚、入力信号及びターゲットは、それぞれI及びQ成分からなるベクトルであるから、上記のターゲットの入力信号に対する追従動作は、I及びQ成分それぞれについて行われるものである。
In order to solve this problem, for example, based on the same idea as the technique described in
適応ターゲット演算器に於いて学習の結果得られた新しいターゲットは、ターゲット可変PRML復号器へ送られ従前のターゲットを置き換える。これにより、適応PRML復号動作が可能になる。 The new target obtained as a result of learning in the adaptive target calculator is sent to the target variable PRML decoder to replace the previous target. Thereby, an adaptive PRML decoding operation becomes possible.
雑音などの影響により、時間平均操作に用いる時定数と比較して短い間隔で入力値に変動がある場合、追従器は、概ねその変動を平均化するように作用する。反対に、追従動作を開始後、十分な時間が経過しないと各ターゲットの出現頻度が低く、十分な平均化が行われていない。この状況下でターゲット可変PRML復号器に追従器の結果を反映させると、却って復号性能が低下する危険性がある。そこで、追従動作を開始後、一定時間経過後にその結果をターゲット可変PRML復号器に反映するようにする。或いは、ファームウェアなどの指示により反映動作を行う。 When there is a change in the input value at an interval shorter than the time constant used for the time average operation due to the influence of noise or the like, the follower generally acts to average the change. On the other hand, if sufficient time does not elapse after the follow-up operation is started, the appearance frequency of each target is low and sufficient averaging is not performed. In this situation, if the result of the follower is reflected in the target variable PRML decoder, there is a risk that the decoding performance deteriorates. Therefore, after the tracking operation is started, the result is reflected in the target variable PRML decoder after a predetermined time has elapsed. Alternatively, the reflection operation is performed according to an instruction from the firmware.
図２０に図１７にコンステレーションを示した信号を用いて上記の方法によりターゲットを学習させた結果を示す（◆）。比較の為に、PR(1,2,1)MLのターゲットも併せて示す（×）。学習後のターゲットの配列を見ると、図１７のコンステレーションの形状に近付いていることが分かる。また、シンボル長がPR(1,2,1)MLに最適な条件よりも短くなっていることにも対応して中心付近のターゲットが全体に更に内側に寄っている様子も分かる。また、学習後のターゲットを用いて復号したシンボルエラーレートは、5.0X10-4から3. 0X10-6へと大幅に改善した。FIG. 20 shows the result of learning the target by the above method using the signal whose constellation is shown in FIG. 17 (♦). For comparison, the PR (1,2,1) ML target is also shown (×). Looking at the target array after learning, it can be seen that the shape of the constellation in FIG. 17 is approaching. Also, it can be seen that the target near the center is further inward in response to the symbol length being shorter than the optimum condition for PR (1,2,1) ML. In addition, the symbol error rate decoded using the target after learning was greatly improved from 5.0X10 -4 to 3.0X10 -6 .
図２１にエッジに於ける反射光強度の減少率をパラメータに適応PRMLと通常のPR(1,2,1)MLとの復号性能を比較した結果を示す。この時、シンボル長は、160 nm、重畳した雑音振幅は-30 dBとした。また、学習には約106シンボルと十分に長い期間掛け、その学習結果を用いて改めて同じデータを復号した。適応PRMLを用いることでシンボルエラーレートを最大で200分の1に改善できるなど、全体として復号性能を大幅に改善できることが分かる。しかし、例えば、エッジに於ける反射光強度の減少率が0.3を超えると、適応PRMLを持ってしても十分な復号性能の確保は困難であることも解る。即ち、記録時に形成される記録セルの形状や記録セル相互の間隔が不適切であるとドライブ間の互換性低下をもたらす。FIG. 21 shows the result of comparing the decoding performance of adaptive PRML and normal PR (1,2,1) ML using the rate of decrease in reflected light intensity at the edge as a parameter. At this time, the symbol length was 160 nm and the superimposed noise amplitude was -30 dB. The learning took about 10 6 symbols for a sufficiently long period, and the same data was decoded again using the learning results. It can be seen that the overall decoding performance can be greatly improved by using adaptive PRML, for example, the symbol error rate can be improved up to 1/200. However, for example, if the reduction rate of the reflected light intensity at the edge exceeds 0.3, it is also understood that it is difficult to ensure sufficient decoding performance even with adaptive PRML. That is, if the shape of the recording cell formed at the time of recording and the interval between the recording cells are inappropriate, compatibility between drives is reduced.
しかし、記録セルの形状や記録セル相互の間隔をドライブやスピンスタンド上で評価するのは一般に困難である。そこで、ドライブ間での再生互換性を確保するためにエッジに於ける反射光強度の減少率を規定する。記録光の強度や記録信号波形が当該記録媒体に適したものに調整されているかは、当該ドライブを用いた試し書き、或いは、ユーザデータを記録した領域を再生した信号を用いて評価する。 However, it is generally difficult to evaluate the shape of the recording cell and the interval between the recording cells on a drive or a spin stand. Therefore, a reduction rate of the reflected light intensity at the edge is defined in order to ensure reproduction compatibility between the drives. Whether the intensity of the recording light and the recording signal waveform are adjusted to be suitable for the recording medium is evaluated using a test writing using the drive or a signal reproduced from an area where user data is recorded.
エッジに於ける反射光強度の減少率を評価する具体的な手段としては、ホモダイン検出系の出力から強度信号を求め、その振幅変動から推定する方法が考えら得る。一例として、図２２Ａに示したように長さが十分に長く、全て同一位相を有する記録セル32からなる特殊パターンを記録し、ホモダイン検出系を用いて光強度（I2+Q2）を観測すると、同図の下部に示したような波形が観測される。記録セルの中央部に於ける反射光強度をH、エッジに於ける減光の極小点に於ける反射光強度をDとすると、エッジに於ける反射光強度の減少率は、1-D/Hで求められる。尚、隣接する記録セルの位相は、必ずしも全て同一である必要はない。但し、異なる位相のセルが隣接している場合は、干渉による強度変化を留意して解析する必要があり、操作が煩雑になる。As a specific means for evaluating the decreasing rate of the reflected light intensity at the edge, a method of obtaining an intensity signal from the output of the homodyne detection system and estimating it from the amplitude fluctuation can be considered. As an example, as shown in FIG. 22A, a special pattern consisting of
図２２Ｂには、別のパターンを用いた場合の一例を示す。この例では、長さが十分に長い記録セル32の間に十分に短い記録セルを記録してある。ここでも全ての記録セルの位相は同一である。この場合、記録セルが短いのでエッジ減光の符号間干渉を生じ、図２２Ｂに示すように全体として反射光強度がHからＤ’へと減少して観測される。この反射光強度の減少率は、エッジに於ける反射光強度の減少率そのものではないものの強い相関性があることは明らかである。よって、この反射光強度の減少率を代わりに用いることも可能である。
FIG. 22B shows an example in which another pattern is used. In this example, a sufficiently short recording cell is recorded between
エッジに於ける反射光強度の減少率を評価する別の手段として、図１８に示した適応ターゲットを求める機構を応用することもできる。この場合、ランダムデータを記録した結果を用いることが可能である。十分に長い時定数の下、十分に長い期間掛けて学習したターゲットの学習結果は、復号系に入力した信号のコンステレーションと同等の情報を持っている。従って、これらを用いてエッジに於ける反射光強度の減少率を評価することが可能である。その一例について図２３を用いて説明する。図２３は、図２０に示したターゲットの学習結果のうち、第3象限である。点A及びBは、それぞれターゲットT222及びT333の学習結果である。また、点C0及びC1は、それぞれT232及びT323の学習結果である。これらは、PR(1,2,1)MLでは同一の値であったのがエッジに於ける減光と符号間干渉に対する学習の結果、縮退が解けて2つに分かれたものである。両者の平均をとったのが点Cである。そして、原点と点AとBを通過する直線との距離をＨ’、原点と点Cとの距離をＤ”とした時、適応ターゲットに基づいたエッジに於ける反射光強度の減少率を1-Ｄ”／Ｈ’と定義する。更に他の象限に於いてもこれと同様にして求めた値を平均化し、最終的な値とする。この量も直接的にエッジに於ける反射光強度の減少率そのものではない。しかし、学習によるターゲットの移動の内、C0及びC1が原点方向に移動するのは専ら振幅変化によるものと解釈できるのと、復号過程と関連付けて定義できるという合理性を有している。上記以外のターゲットを選択して、同じような考えで減光率を定義する自由度が複数あるであろうことは当業者であれば理解できることである。 As another means for evaluating the decreasing rate of the reflected light intensity at the edge, the mechanism for obtaining the adaptive target shown in FIG. 18 can be applied. In this case, the result of recording random data can be used. The learning result of the target learned over a sufficiently long period under a sufficiently long time constant has information equivalent to the constellation of the signal input to the decoding system. Therefore, it is possible to evaluate the reduction rate of the reflected light intensity at the edge using these. One example thereof will be described with reference to FIG. FIG. 23 shows the third quadrant of the learning result of the target shown in FIG. Points A and B are learning results of the targets T222 and T333, respectively. Points C0 and C1 are learning results of T232 and T323, respectively. These are the same values in PR (1,2,1) ML, but the degeneracy is solved as a result of the dimming at the edge and the learning for intersymbol interference, and it is divided into two. Point C is the average of both. When the distance between the origin and the straight line passing through points A and B is H ′ and the distance between the origin and point C is D ″, the rate of decrease in reflected light intensity at the edge based on the adaptive target is 1 -D "/ H 'is defined. Further, values obtained in the same manner in other quadrants are averaged to obtain a final value. This amount is not directly the rate of decrease in reflected light intensity at the edge. However, of the movement of the target by learning, it can be interpreted that the movement of C0 and C1 in the direction of the origin is mainly due to the amplitude change, and has the rationality that it can be defined in association with the decoding process. Those skilled in the art will understand that there will be a plurality of degrees of freedom in selecting a target other than the above and defining the light attenuation rate with the same idea.
エッジに於ける反射光強度の減少は、その媒体に適した記録光のパワーや記録光照射の開始及び中断、終了のタイミングなどを適切に調整した場合でも観測されるものである。ただし、その程度は記録媒体の種類によって差異がある。そこで、媒体の種類ごとに許容されるエッジに於ける反射光強度の減少率の上限を定めておく。これにより、互換性を保つための条件の一つを保証できるようになる。上記のように、エッジに於ける反射光強度の減少率の評価方法は、複数あるので媒体の品種毎に定められた評価手段のうちどれを用いるのかと、その上限値を記録媒体の製造時に書き込んでおく。ユーザによるデータの記録後、或いは、記録条件の調整時には、これらの情報を用いて互換性をチェックする。 The decrease in the reflected light intensity at the edge is observed even when the recording light power suitable for the medium and the timing of starting, stopping, and ending the recording light irradiation are appropriately adjusted. However, the degree varies depending on the type of recording medium. Therefore, an upper limit of the rate of decrease in reflected light intensity at the edge that is allowed for each type of medium is determined. This makes it possible to guarantee one of the conditions for maintaining compatibility. As described above, since there are a plurality of methods for evaluating the rate of decrease in reflected light intensity at the edge, which one of the evaluation means determined for each type of medium is used, and the upper limit value is set at the time of manufacturing the recording medium. Write it down. After the data is recorded by the user or when adjusting the recording conditions, the compatibility is checked using these pieces of information.
図１A,Bは、記録媒体がこれらの情報を保持する形態の一例を説明する図である。図１Aで記録媒体１は、基板１２と記録可能領域１１とから成る。基板の表面のうち、記録可能領域との界面は、リファレンス層９が形成されている。リファレンス層は、特許文献1及び２に記載があるように、特に記録時のフォーカス及びトラッキング情報を得るためのもので、トラックエラー信号を検出するための構造（案内溝）が形成されている。この例では、この案内溝をウォブリングさせることにより情報を保持できるようにしている。この方法は、広く知られているものなので、ここでは詳述は省く。ウォブリングによる記録領域の一部を用いて、その記録媒体品種固有の情報を保持させている。図１Bは、記録媒体品種固有の情報を保持している領域の模式図である。この領域には、メーカや記録条件など各種の情報が記録されている。その一部として、エッジ減光情報領域22に先に述べたエッジに於ける反射光強度の減少率に関する情報が記録されている。
1A and 1B are diagrams for explaining an example of a form in which a recording medium holds such information. In FIG. 1A, a
以上、専らQPSKを例に説明を行った。しかし、8-PSKに関しても同様であることは当業者であれば容易に理解できることである。 In the above, the explanation has been made exclusively using QPSK as an example. However, those skilled in the art can easily understand that the same applies to 8-PSK.
先に、エッジに於ける反射光強度の減少に対しては、適応PRMLを用いることで、その程度が一定以下であれば十分に復号性能を確保可能であることを説明した。しかし、多値のPRMLではターゲットの数が多くなるためにバイナリシステムと比較して適応動作に多くの時間を要するという新たな問題を生じる。これは、特に、8-PSKの場合に顕著になる。BD XLの標準再生系のターゲットの数は、16である。それに対し、QPSKで拘束長3のPRML復号器では、ターゲットの数は64、同じく8-PSKでは512である。即ち、ターゲットの学習に現行のバイナリ記録システムと同程度のサンプル数が必要であるとすると、QPSK及び8-PSKではそれぞれ4または32倍長い期間を要することになる。これは、特に読み出しを開始した先頭ブロックのエラーレートの悪化を招く。更に、先頭ブロックの先頭から学習で得られたターゲットを反映できるまでの期間にエラーが多く発生する。
Previously, it was explained that the use of adaptive PRML can reduce the reflected light intensity at the edge, and the decoding performance can be sufficiently ensured if the degree is below a certain level. However, since multi-value PRML has a large number of targets, there arises a new problem that it takes a lot of time for adaptive operation compared to a binary system. This is particularly noticeable in the case of 8-PSK. The number of BD XL standard playback system targets is 16. On the other hand, in a PRML decoder with a constraint length of 3 in QPSK, the number of targets is 64, and similarly in 8-PSK, it is 512. In other words, if the target learning requires the same number of samples as the current binary recording system, QPSK and 8-PSK each require a
この問題を解決するためには、ターゲットの初期値として最適値に近い値とを設定しておく方法がある。これにより、復号開始直後のエラーレートを低く抑えることが可能となり、再生開始した先頭ブロックがエラー訂正不能（リードエラー）になる確率を大幅に低下させることが出来る。これらターゲットの初期値は、やはり製造時に記録媒体へ書き込んでおく。その方法は、エッジの減光率の場合と同様である。図１Bは、記録媒体品種固有の情報を保持している領域の模式図である。この領域には、メーカや記録条件など各種の情報が記録されている。その一部として、ターゲット初期値情報領域23にターゲットの初期値に関する情報が記録されている。尚、図２０からも解るように、学習後もターゲットは、I-Q空間に於いて空間対称性を有しているように見える。固定ターゲットとは異なり、学習後のターゲットの値は、厳密な空間対称性は無いもののターゲットの初期値として用いる限りに於いては空間対称性が有ると看做して差し支えない。よって、QPSKであればターゲットは64あるものの、例えば、図２４に示した三角形内の10個のターゲットの値があれば十分である。
In order to solve this problem, there is a method of setting a value close to the optimum value as the initial value of the target. As a result, the error rate immediately after the start of decoding can be suppressed to a low level, and the probability that the first block that has started reproduction becomes uncorrectable (read error) can be greatly reduced. The initial values of these targets are also written on the recording medium at the time of manufacture. The method is the same as in the case of the edge dimming rate. FIG. 1B is a schematic diagram of an area holding information specific to the recording medium type. Various information such as manufacturers and recording conditions are recorded in this area. As part of this, information about the initial value of the target is recorded in the target initial
ランダムデータを直接記録する場合、各ターゲットの出現頻度はどれもほぼ等しい。しかし、変調符号を用いた場合にはターゲットによって出現頻度に相当な差異が出る。このような場合、出現頻度の小さなターゲットは、学習が終了するまでの期間（時間平均値を求めるまでの時間）が著しく長くなるという問題がある。このことは、多値度が大きいほど、拘束長が長いほど顕著になる。 When random data is directly recorded, the appearance frequency of each target is almost equal. However, when a modulation code is used, there is a considerable difference in appearance frequency depending on the target. In such a case, a target with a low appearance frequency has a problem that the period until learning ends (the time until the time average value is obtained) is significantly increased. This becomes more prominent as the multivalue level is larger and the constraint length is longer.
この問題に対処する方法としては、各ターゲットの出現頻度に応じて学習に要する時間を変更する、即ち、時間平均操作時の時定数をターゲット毎に定め、十分な学習が出来たものから順次復号に反映して行く方法がある。更に、出現頻度が極端に小さいターゲットに関しては、時間平均操作を行わずに初期値のままにしておく方法もある。また、I-Q空間に於ける対称性を応用し、対称な位置に有ると看做せるターゲットに該当する入力信号を学習に繰り入れ、実質的な出現頻度を稼ぐ方法もある。 As a method of dealing with this problem, the time required for learning is changed according to the appearance frequency of each target, that is, the time constant at the time average operation is determined for each target, and decoding is performed sequentially from those that have been sufficiently learned. There is a way to reflect on. Furthermore, there is also a method of leaving the initial value for the target having an extremely low appearance frequency without performing the time average operation. In addition, there is a method of applying substantial symmetry in the IQ space and adding an input signal corresponding to a target that can be regarded as being in a symmetric position to learning, thereby increasing a substantial appearance frequency.
図２５は、光ディスク装置の構成の一例を示したものである。光ディスク１は、スピンドルモータ５２によって回転される。光ヘッド２５３は、記録再生に用いる光源、対物レンズをはじめとする光学系などで構成されている。本発明に基づく装置であるので再生光学系にホモダイン検出方式を用いている。また、ピックアップは、スライダ５３によりシークを行う。シーク及びスピンドルモータの回転などはメイン回路５４からの指示によって行う。メイン回路には、信号処理回路やフィードバック調節計などの専用回路及びマイクロプロセッサ、メモリなどが搭載されている。光ディスク装置全体の動作を制御するのはファームウェア５５である。ファームウェアは、メイン回路中のメモリに格納されている。
FIG. 25 shows an example of the configuration of the optical disc apparatus. The
なお、上記実施例では、反射光を用いることで位相再生を行うことを説明したが、反射光のみならず、透過光を用いても、同様の効果が得られることは言うまでもない。 In the above embodiment, the phase reproduction is described by using the reflected light, but it goes without saying that the same effect can be obtained by using not only the reflected light but also the transmitted light.
１：記録媒体、９：リファレンス層、１０：位相変調器、１１：記録可能領域、１２：基板、１３：レーザダイオード、１４：コリメータレンズ、１５：レンズ１、１７：レンズ２、１８：対物レンズ、22：エッジ減光情報領域、23：ターゲット初期値情報領域、31：光スポット、32：記録セル、５２：スピンドルモータ、５３：スライダ、５４：メイン回路、５５：ファームウェア、80：ターゲット可変PRML復号器、81：１時刻遅延器、82：遅延調整器、83：ターゲット参照器、84：選択器、85：追従器、86：適応ターゲット演算器、90：減算器、91：係数器、92：加算器、101：半導体レーザ、102：コリメートレンズ、103：λ／２板、104：偏光プリズム、105：特殊偏光ビームスプリッタ、106：λ／４板、107：2次元アクチュエータ、108：対物レンズ、109：光ディスク、110：集光レンズ、111：検出器、112：演算回路、113：集光レンズ、114：可動部、115：プリズムミラー、116：ミラー、117：偏光補償素子、118：無偏光ハーフビームスプリッタ、119：λ／２板、120：偏光ビームスプリッタ、121、122：検出器、123：λ／４板、124:偏光ビームスプリッタ、125、126：検出器。 1: recording medium, 9: reference layer, 10: phase modulator, 11: recordable area, 12: substrate, 13: laser diode, 14: collimator lens, 15: lens 1, 17: lens 2, 18: objective lens 22: Edge dimming information area, 23: Target initial value information area, 31: Light spot, 32: Recording cell, 52: Spindle motor, 53: Slider, 54: Main circuit, 55: Firmware, 80: Target variable PRML Decoder, 81: 1 time delay unit, 82: Delay adjuster, 83: Target reference unit, 84: Selector, 85: Follower, 86: Adaptive target calculator, 90: Subtractor, 91: Coefficient unit, 92 : Adder, 101: Semiconductor laser, 102: Collimating lens, 103: λ / 2 plate, 104: Polarizing prism, 105: Special polarizing beam splitter, 106: λ / 4 plate, 107: Two-dimensional actuator, 108: Objective lens , 109: Optical disk, 110: Condensing lens, 111: Detector, 112: Arithmetic circuit, 113: Condensing lens, 114: Moving part, 115: Prism mirror, 116: Mirror, 117: Polarization compensation element, 118: Non-polarized half beam Splitter, 119: λ / 2 plate, 120: polarization beam splitter, 121, 122: detector, 123: λ / 4 plate, 124: polarization beam splitter, 125, 126: detector.
Claims (6)
位相情報が記録された記録セルと、
前記記録セルのエッジにおける光強度の減少率に関する情報が記録されたエッジ減光情報領域とを有することを特徴とする情報記録媒体。 An information recording medium in which information is reproduced by irradiating and detecting light,
A recording cell in which phase information is recorded;
An information recording medium comprising: an edge dimming information area in which information relating to a light intensity reduction rate at an edge of the recording cell is recorded.
前記位相情報が記録された記録セルのエッジにおける光強度の減少率に関する情報が記
録されたエッジ減光情報領域から、前記光強度の減少率に関する情報を再生し、前記情報
記録媒体の再生が可能かどうかを判定するステップと、
前記記録セルに記録された位相情報を、適応型のPRML方式を用いることにより、復号化
して再生するステップと、
を有することを特徴とする情報再生方法。 An information reproducing method for reproducing information recorded on the information recording medium by detecting a phase change of light from the information recording medium,
It is possible to reproduce the information recording medium by reproducing the information relating to the light intensity reduction rate from the edge dimming information area in which the information relating to the light intensity reduction rate at the edge of the recording cell in which the phase information is recorded. Determining whether or not
Decoding and reproducing the phase information recorded in the recording cell by using an adaptive PRML method;
An information reproducing method characterized by comprising:
い値が予め記録された領域を有し、
前記最適値に近い値を用いて、前記適応型のPRML方式を用いて復号化することを特徴と
する請求項４記載の情報再生方法。 The information recording medium has an area in which a value close to the optimum value is recorded in advance as an initial value of a target used in PRML decoding.
5. The information reproducing method according to claim 4, wherein decoding is performed using the adaptive PRML method using a value close to the optimum value.
前記位相の検出するためのホモダイン検出系と、前記情報を再生するためのPRML復号器と、
前記PRML復号器の拘束長個の連続する復号結果を状態変数ベクトルとするターゲットとして判別する判別手段と、
前記ターゲットの時間平均値を算出する手段と、
前記ターゲットの時間平均値を前記PRML復号器の新たなターゲットとして用いる手段と
を有し、
前記時間平均値を算出する手段では、前記ターゲットのI-Q空間において相互に空間対称性のあるターゲットとして判別された値を相互に用いて、時間平均操作を行うことを特徴とする情報再生装置。 An information reproducing apparatus for reading out information as a phase change of light from a record carrier,
A homodyne detection system for detecting the phase; a PRML decoder for reproducing the information;
Discriminating means for discriminating as a target having a constraint variable number of consecutive decoding results of the PRML decoder as a state variable vector;
Means for calculating a time average value of the target;
Means for using the time average value of the target as a new target of the PRML decoder;
Have
The information reproducing apparatus according to claim 1, wherein the means for calculating the time average value performs a time average operation by mutually using values determined as targets having mutually spatial symmetry in the IQ space of the target .
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