(57)【要約】  書込み（書換え）可能な光ディスクシステム及び読取り専用の光ディスクシステムのために、位相ロックループ(PLL)によってデータクロックが回復される。前記位相ロックループ(PLL)においては、実際の零交差と生成されるクロック信号の零交差を比較することによって誤差信号が生成される。レーザ波長λlaser及び開口数NAを持つ光学系と仮定すると、変調伝達関数のカットオフ波長は、λ0=λlaser/(2・NA)によって与えられる。ビット長の減少に伴って、最小波長の振幅は、縮小し、λ0未満の波長の場合は零になる。結果として、これらの信号の零交差によって生成される位相誤差信号は、雑音によって乱される。本発明の着想は、クロック回復のための位相情報の導出において十分なパフォーマンスを持つ零交差しか用いないことにある。
2007506215.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ディスクからデータを読み取るよう適応されている光学系における位相ロックループにおいて信頼できる位相誤差信号を供給する方法であり、
−    前記光ディスクにおけるビットパターンを読み取り、それによって、複数の信号サンプルを供給するステップと、
−    前記位相ロックループ内の第１位相検出器に前記信号サンプルを供給するステップと、
−    前記第１位相検出器における連続した信号サンプルの極性の変化、所謂零交差を用いて、前記位相ロックループの位相誤差信号を生成するステップとを有する方法であって、前記第１位相検出器が、雑音及び符号間干渉の影響が低減されるように、零交差前後の多数の信号サンプルの極性を考慮に入れて、信頼できる位相誤差信号を得るよう適応されることを特徴とする方法。
【請求項２】
零交差前後の用いられる信号サンプルの数が、該信号サンプルの質に依存することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記光ディスク上の前記データが、バイナリ変調の形で記憶されることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。 
【請求項４】
前記第１位相検出器が、少なくともn個の同一極性を持つ信号サンプルが前にあり、少なくともn個の逆極性を持つ信号サンプルが後に続く極性の変化しか考慮に入れないよう適応されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の方法。 
【請求項５】
前記光ディスク上の前記データがランレングスリミテッド符号化(RLL(d))の形で記憶され、制約dがランレングスであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の方法。 
【請求項６】
前記第１位相検出器が、少なくともn個の同一極性を持つ信号サンプルが前にあり、少なくともn個の逆極性を持つ信号サンプルが後に続き、ここで、nがn≧d+2という条件を満たす極性の変化しか考慮に入れないよう適応されることを特徴とする請求項５に記載の方法。 
【請求項７】
前記光ディスク上の前記データが、RLL(d=1)符号化の形で記憶されることを特徴とする請求項６に記載の方法。 
【請求項８】
前記第１位相検出器からの信号をアンチエイリアスフィルタに供給し、その後、第２位相検出器に供給するステップを更に有することを特徴とする請求項４、６及び７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記第１位相検出器が、最小ランレングスが２である信号サンプルしか考慮に入れず、前記第２位相検出器が、前記ランレングスが３以上である信号サンプルしか考慮に入れないことを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
請求項１乃至９に記載の方法を実施するシステム。
【請求項１１】
請求項１乃至９に記載の方法の使用により読み取られるべき光ディスク上のビットパターンを書き込む装置。
【請求項１２】
請求項１乃至９に記載の方法の使用により読み取られるようビットパターンが書き込まれるディスク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ディスクからデータを読み取るよう適応されている光学系における位相ロックループ（ＰＬＬ）において信頼できる位相誤差信号を供給する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ディスクは、デジタルの形態で情報を保持し、レーザによって書込み及び読取りをされる電子データ記憶媒体である。これらのディスクは、様々なＣＤ、ＤＶＤ及びＢＤのバリエーションを全て含む。データは、光学系においてレーザによって読み取られる所謂ピット及びランド（ＲＯＭディスク）、並びにマーク及びスペース（書換え可能なディスク）において記憶され、前記データは電気信号に変換される。
【０００３】
ＤＶＤディスクを読み取るのに用いられる光学系におけるレーザビームの波長は、標準的なＣＤに用いられるものより短い。ＤＶＤディスクは、より浅く、より小さいピットを用いて作成され、それによって、より大きな記憶容量を使用可能にしている。これは、当然、かなり重要な成果である。
【０００４】
光学系においては、実際の零交差と生成されたクロック信号の零交差を比較することによって誤差信号が生成される位相ロックループ（ＰＬＬ）を使用することはよく知られている。レーザ波長λlaser及び開口数NAを持つ光学系と仮定すると、変調伝達関数(MTF)のカットオフ波長は、λ0=λlaser/(2・NA)によって与えられる。光ディスクにおける最小波長は、光ディスクにおける最小ビット長によって決定され、光ディスクにおけるより大きな記憶容量の結果としての光ディスクにおけるビット長の減少に伴って、光学系によって読み取られる信号の振幅は、縮小し、λ0未満の波長の場合は零になるであろう。
【０００５】
従って、これらの信号の零交差によって生成される位相誤差信号は、雑音によって決定され、それ故、不適当である。従って、この技術状態における課題は、ディスクにおけるビット長を減らすことによって光ディスクの容量を増大させると同時に、光ディスクから読み取る且つ／又は光ディスクに書き込む光学系の位相ロックループにおいて信頼できる位相誤差信号を生成することが出来るようにすることにある。
【０００６】
MTFは、一般に、物体変調によって分割される像変調として規定される関数であり、従って、MTFは、像の空間周波数の関数であることに注意されたい。ここで、この場合における像は、光ディスクにおけるビットパターンである。ビットパターンの波長が縮小する場合、MTFは、零に向かい、上記のカットオフ波長に対応する所謂カットオフ周波数において零になる。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
従って、本発明の目的は、光ディスクからデータを読み取るよう適応されている光学系における位相ロックループにおいて信頼できる位相誤差信号を供給する方法であって、前記光ディスクにおけるビットパターンを読み取り、それによって、複数の信号サンプルを供給するステップと、前記位相ロックループ内の位相検出器に前記信号サンプルを供給するステップと、前記位相検出器における連続した信号サンプルの極性の変化、所謂零交差を用いて、前記位相ロックループのための位相誤差信号を生成するステップとを有する方法を得ることにある。前記方法は、前記位相検出器が、雑音の影響が低減されるように、零交差前後の多数の信号サンプルの極性を考慮に入れて、信頼できる位相誤差信号を得るよう適応されることを特徴とする。 
【０００８】
これによって、光学系であって、前記光ディスクにおける最小波長が、前記光学系に関連するMTFのカットオフ波長に近い、又は該カットオフ波長より更に小さい光学系においても信頼できる位相誤差検出を供給することが可能である。これは、より小さなビット長を持つビットを記憶することを可能にし、それによって、光ディスクにおけるビットの増量を可能にする。 
【０００９】
本発明による方法の好ましい実施例においては、前記零交差の質は、該零交差前後の信号サンプルに依存する。この結果、零交差を使用するのは、質が十分である場合に限定される。例えば、前記MTFのカットオフ周波数よりはるかに下の空間周波数を持つビットパターンの読取りにおいては、信号サンプルの振幅が大きく、前記零交差は信頼できる。前記カットオフ周波数に近い、又は該カットオフ周波数より大きい空間周波数を持つビットパターンを読み取ると、信号振幅は小さく、前記零交差の位置は信頼できないであろう。 
【００１０】
「前記零交差の質」という用語は、該零交差前後の前記信号サンプルの振幅、該信号サンプルの信号対雑音比、及び読み取られる前記ビットパターンにおけるマークの大きさなどの特徴を含む。
【００１１】
信号の周波数と波長とは反比例し、故に、前記カットオフ周波数より上の周波数を持つ信号は、前記カットオフ波長より小さい波長を持ち、逆の場合も同じであることに注意されたい。 
【００１２】
本発明による方法の好ましい実施例においては、前記光ディスク上のデータは、ランレングスリミテッド(RLL (d))符号化の形で記憶され、制約dがランレングスである（即ち、前記ディスクにおける極性変化部間の最小間隔がd+1と等しい）。ランレングスリミテッド符号化は、全てのタイプの光ディスクにおいて現在使用されている符号化技術の高度化されたファミリである。前記データがRLL符号化の形で記憶されるディスクで本発明による方法が用いられる場合、本発明の方法によって供給される増大したディスク容量が、現在最もよく用いられている符号化技術と組み合わされる。 
【００１３】
本発明による方法の更に別の好ましい実施例においては、前記位相検出器は、零交差前後のn個の信号サンプルの極性を考慮に入れるよう適応される。ここで、nは、n≧d+2という条件を満たす。これは、信頼できる位相誤差信号の生成において用いられるべき信号サンプルの数の容易に認識可能なガイドラインを供給する。 
【００１４】
下記の実施例を参照して、本発明のこれら及び他の特徴を説明し、明らかにする。
【００１５】
添付されている図に関して本発明をより詳細に記載する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１は、バイナリ変調符号化で符号化されたビットを収容しているディスクにおける（従来技術の）ビット検出の一般概念の図である。ディスクが再生される場合、（読取り専用媒体であるROMの場合は）ディスク上のピット及びランド、又は（書換え可能な媒体の場合は）マーク及びスペースが、光学系における読取り手段、即ちレーザによって読み取られる。各ピット／マークは、その長さに基づいて、零の連続と解釈され、各ランド／スペースは、その長さに基づいて、１の連続と解釈される。書換え可能なディスク及び／又は読取り専用ディスクを読み取るために配設された光学系内の読取り手段からの信号は、イコライザ１０に供給され、イコライザ１０から位相ロックループ２０及び検出器、例えばビタビ検出器３０に供給される。位相ロックループ２０の例は図２に示されており、これは、一般的によく知られている位相ロックループを示している。
【００１７】
位相ロックループ２０は、位相検出器４０と、ループフィルタ５０と、例えば電圧制御発振器である発振器６０とを有する。位相検出器４０は、出力信号の位相を基準信号の位相と比較する。２つの信号の間に位相差がある場合には、位相検出器４０は、２つの信号の間の位相誤差と比例する出力電圧を生成する。この出力電圧は、ループフィルタを通り、次いで、電圧制御発振器(VCO)に対する入力として出力周波数を制御する。この自己修正技術(self correcting technique)のために、出力信号は、基準信号と同相になるであろう。２つの信号が同期している場合、２つの信号の間の位相誤差は、零又は略々零である。 
【００１８】
図３は、本発明による方法のフローチャートである。ステップ１０１において、光ディスクからのビットパターンが読み取られ、それによって、複数の信号サンプルSkを供給する。これらのサンプルSkは、ステップ１０２において位相ロックループ内の第１位相検出器に供給される。ステップ１０３において、位相ロックループが、信号サンプルSkのストリームにおける零交差を検出する。ステップ１０４において、確実に、信頼できる零交差が選択されるようにする動作が行なわれる。１つのありうる方法は、少なくともn個の正のサンプルが前にあり、少なくともn個の負のサンプルが後に続く零交差が選ばれるものであり得る。 
【００１９】
数nは、好ましくは、信号のパフォーマンスに依存する。従って、本発明による方法は、位相ロックループにおけるタイミング回復(timing recovery)のための位相情報を得るのに十分なパフォーマンスを持つ零交差しか用いない。それ故、ステップ１０４は、信頼できる誤差信号をもたらす。
【００２０】
図４は、図３の構造と等しい、本発明による方法を取り入れるために用いられるべきである位相ロックループ構造を示している。この位相ロックループ構造は、位相検出器(PD)４０、ローパスフィルタ(LPF)５０及びPI制御部７０並びにサンプリングレート・コンバータ(SRC)３５から成る二次位相ロックループ(second order phase locked loop)である。Sk及びykは、サンプリングレート・コンバータ３５の前後のデータサンプルを示している。データサンプルSkは非同期性のものであり、データサンプルykは同期性のものである。信号ykのSkからの偏差は、タイミング回復のみに起因する。
【００２１】
位相検出器からの出力Δφmは位相誤差信号である。RLL符号の場合には、データシーケンスykの位相情報は、φm＝ym/(ym-ym+1)という式によって得られ得る。ここで、m及びm+1は、零交差のまわりの２つのサンプリング時間を示している。同期をとってサンプリングされたシーケンスの場合は（即ち、理想ビット検出時間では）、φmの値は（平均すると）0.5と等しく、それ故、位相誤差信号は、 
Δφm＝φm-0.5
という式によって表わされ得る。 
【００２２】
位相誤差信号は、通常、雑音及び符号間干渉(ISI)を受ける。結果として、PLLが落ち着いた後、即ち、PLLがロック状態になった後に、サンプリング周波数fmが、或る値のあたりで変動し得る。これは、非理想サンプリング時間をもたらす。光ディスクの記憶密度が高ければ高いほど、狭められたマーク／ピット長のために、ISIは強くなる。従って、本発明による方法の着想は、短いランレングス（例えば、ランレングスd+1を持つランレングスリミテッド(RLL)符号化においてはd=1及びd=2）を含む零交差から引き出される位相情報は無視するというものである。従って、幾つかの位相誤差前処理ステップが差し込まれる。これは、図５乃至９に関連して以下に説明されている。 
【００２３】
図５ａ乃至５ｃは、RLL(d=1)符号の場合の本発明による方法を取り入れている位相ロックループ構造を示している。図５ａにおいては、位相ロックループ構造は、２以上のランレングスが前後にある零交差しか考慮に入れないよう構成されている位相検出器４１を有する（RLminは、位相検出に関係する最短ランレングスを表わし、故に、例えば"RLmin= 3"は、ランレングス２が前及び／又は後にある零交差は飛ばされることを意味する）。位相検出器４１の出力はΔφmAで示されている。図５ａに示されている位相ロックループ構造の残りの構造要素は、図４に示されている構造要素に対応する。図５ｂにおいては、位相ロックループ構造は、３以上のランレングスが前後にある零交差しか考慮に入れないよう構成されている位相検出器４２を有する。位相検出器４２の出力は、ΔφmBで示されており、ローパスフィルタ５０に供給される。ローパスフィルタ５０の出力はΔφmB'で示されている。図５ｂに示されている位相ロックループ構造の残りの構造要素は、図４に示されている構造要素に対応する。
【００２４】
図５ｃは、本発明による方法の好ましい実施例を取り入れている位相ロックループ構造を示している。位相ロックループ構造は、２以上のランレングスが前後にある零交差しか考慮に入れないよう構成されている第１位相検出器４３と、アンチエイリアスフィルタ４４と、３以上のランレングスが前後にある零交差しか考慮に入れないよう構成されている第２位相検出器４５とを有する。第１位相検出器４３の出力はΔφmAで示されており、第２位相検出器４５の出力はΔφmCで示されている。図５ｃに示されている位相ロックループ構造の残りの構造要素は、図４に示されている構造要素に対応する。
【００２５】
図６は、PLLの入力Skとしての雑音のない合成同期データサンプルとの２７ＧＢのブルーレイディスクの場合のISIのための検出位相誤差のスペクトルを示している。図５ａ乃至５ｃの位相検出器からの出力ΔφmA、ΔφmB、ΔφmB'及びΔφmCのスペクトルが示されている。これらのスペクトルは、ISIのためのタイミング回復に対する障害を反映している。ΔφmCの低周波成分は、望み通りに効果的に低下させられているが、ΔφmBの場合はそうではないことが見られ得る。これは、図５ｃのアンチエイリアスフィルタが重要な役割を果たすことを意味する。
【００２６】
図７は、アンチエイリアスフィルタ４４（図５ｃ）の周波数応答を示している。アンチエイリアスフィルタ４４は、一次IIRローパスフィルタである。 
【００２７】
図８は、本発明による方法を取り入れるためのタイミング回復回路の実施例を示している。このタイミング回復回路は、図８に示されている回路もまた、サンプリングレート・コンバータ３５と、第１位相検出器４３と、アンチエイリアスフィルタ４４と、第２位相検出器４５と、ローパスフィルタ５０と、PI制御ユニット７０とを有する点で図５ｃに示されている回路に似ている。しかしながら、図８に示されている回路は、ランレングス判断素子３９を更に有する。ランレングス判断素子３９の機能は以下に説明する。位相検出器４５において無視される短いランレングスは、３以上のランレングスに一般化されることに注意されたい。これは、数パーセントのタイミング情報損失を犠牲にして零交差におけるISIの影響を更に低減する。 
【００２８】
タイミング回復を評価するために、信号対雑音比SNRTRが、
【数１】
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によって決定される。 
【００２９】
入ってくるサンプルのシーケンスSkは、同期性のものであり、雑音がないことから、SNRTRは、このタイミング回復方式のISIに対するロバスト性を示している。４つのディスク容量、即ち、２５ＧＢ、２７ＧＢ、２９ＧＢ及び３２ＧＢのディスク容量に対して、図５ａ及び図５ｃの位相ロックループのSNRTRが測定された。２９ＧＢ及び３２ＧＢという２つの容量は、縮小されたチャネルビット長を持つブルーレイディスクシステムに基づいている。図９は、図５ａ及び５ｃの構造のSNRTR値を示しており、図５ｃに示されているループが、図５ａに示されているループより優れていることを図示している。ディスク容量が高められる場合、短いランレングスのパターンの周波数は、光学系のカットオフ周波数に近付き、又は光学系のカットオフ周波数を越えさえもし、これらの短いランレングスを含む零交差は消えるであろう。結果として、ランレングスの決定は困難になり、この結果として、図８において示され、上記で説明されているように、図５ｃに示されているループに追加のランレングス判断素子が付加される。 
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】（従来技術の）ビット検出の一般概念の図である。
【図２】（従来技術の）一般的な位相ロックループの図である。
【図３】本発明による方法のフローチャートである。
【図４】図３の構造と等しい、本発明による方法を取り入れるのに用いられるべきである位相ロックループ構造を示す。
【図５ａ】本発明による方法を取り入れている位相ロックループ構造を示す。
【図５ｂ】本発明による方法を取り入れている位相ロックループ構造を示す。
【図５ｃ】本発明による方法を取り入れている位相ロックループ構造を示す。
【図６】符号間干渉(ISI)のための検出位相誤差のスペクトルを示す。
【図７】アンチエイリアスフィルタの周波数応答を示す。
【図８】本発明による方法を取り入れるためのタイミング回復回路の実施例を示す。
【図９】図５ａ及び５ｃの構造のSNRTR値を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2007506215.tif 000007
【図５ａ】
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【図５ｂ】
2007506215.tif 000009
【図５ｃ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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