(57)【要約】【課題】ＰＲＭＬ方式の採用により達成される高密度化分のトラック密度方向および線密度方向への最適な割り振りにより、現行ＤＶＤに比べてビームスポットの縮小分以上に高密度化された光ディスクを提供する。【解決手段】ｄ制約Ｄ、符号化効率Ｒの変調符号を用いてトラック密度ＴＰ（μｍ／トラック）、線密度ＢＰ（μｍ／ビット）で情報が記録された光ディスクであって、波長λ（μｍ）の再生用光源および開口数ＮＡの対物レンズを含む光学系と、再生信号処理系で情報を再生する光ディスクであって、ＴＰ＞（λ／（２ＮＡ））、ＢＰ＞｛１／（２（Ｄ＋１）Ｒ）｝・（λ／（２ＮＡ））、０．３６１≦（ＢＰ／ＴＰ）の条件を満たす光ディスクを構成する。【選択図】      図３
2004362770.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｄ制約Ｄ、符号化効率Ｒの変調符号を用いてトラック密度ＴＰ（μｍ／トラック）、線密度ＢＰ（μｍ／ビット）で情報が記録された光ディスクであって、波長λ（μｍ）の再生用光源および開口数ＮＡの対物レンズを含む光学系と、再生信号処理系で情報を再生する光ディスクであって、
ＴＰ＞（λ／（２ＮＡ））
ＢＰ＞｛１／（２（Ｄ＋１）Ｒ）｝・（λ／（２ＮＡ））
０．３６１≦（ＢＰ／ＴＰ）
の条件を満たすことを特徴とする光ディスク。
【請求項２】
前記変調符号としてｄ制約が１のランレングス符号を用いて情報がピット系列として記録されていることを特徴とする請求項１記載の光ディスク。
【請求項３】
請求項１乃至２のいずれか１項記載の光ディスクと、
この記録された情報を再生するために波長λ（μｍ）の再生用光源および開口数ＮＡの対物レンズを含む光学系と、
ＰＲＭＬ方式による再生信号処理手段とを備えることを特徴とする光ディスク装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、情報を高密度に記録した光ディスクおよび該光ディスクに記録された情報を再生するための光ディスク装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
直径１２ｃｍの光ディスクの片面にＭＰＥＧ２による圧縮画像情報を２時間分以上録画したいという要求から、ＤＶＤシステムが商品化されている。ＤＶＤ規格ではディスクの記憶容量は片面で４．７ＧＢであり、トラック密度は０．７４μｍ／トラック、線密度は０．２６７μｍ／ビットである。以後、この規格に基づくＤＶＤを現行ＤＶＤと呼ぶ。
【０００３】
ＤＶＤのような光ディスクに記録された情報の再生は、光ヘッドを用いて行われる。光ヘッドにおいては、ＬＤ（レーザダイオード）から出射される光ビームが対物レンズにより光ディスクのトラック上のピット系列に集光され、光ディスクで反射された光ビームは、集光レンズで光検出器に集光され、再生信号が得られる。この光検出器からの再生信号は再生信号処理系に入力され、等化器で波形等化を受けた後、検出器でデータの復号が行われる。ＤＶＤ規格の場合、光ヘッド中のＬＤの波長は０．６５μｍ、対物レンズの開口数ＮＡは０．６である。
【０００４】
現行ＤＶＤシステムでは、再生信号処理方式として波形スライス方式が一般に用いらている。この波形スライス方式について、図４の動作波形図を用いて説明する。光ディスクには、記録すべき情報である図４（ａ）に示す記録データに対応する図４（ｂ）に示す記録波形に従って、図４（ｃ）に示すようにピット系列が形成されている。
【０００５】
このようにして光ディスクに記録された情報を再生する場合、光ディスク上に光ヘッド内のＬＤから再生用光ビームが図４（ｃ）中に斜線で示すような微小なビームスポットとして照射され、ピット系列が読み出されることにより、再生信号が得られる。この再生信号の波形（再生波形）は、記録再生系の特性から図４（ｂ）の記録波形のような矩形波とはならず、図４（ｄ）に示すように鈍った波形として得られる。
【０００６】
そこで、等化器では再生波形に対して図４（ｅ）に示すように等化波形とある設定された閾値（一点鎖線で示す）との交点がウインドウの中心になるような波形等化が施される。具体的には、再生信号の高周波成分の増幅が行われる。検出器では、図４（ｆ）に示すように等化波形と閾値との交点を検出し、ウインドウ内で交点が検出されれば“１”、検出されなければ“０”として２値データを出力する。そして、この交点検出により得られた２値データにＮＲＺ変換を施すことにより、図４（ｇ）に示すように復号データが得られる。
【０００７】
光ディスクでは、更なる高密度化が常に要求されており、例えば現行ＤＶＤシステムに対して、直径１２ｃｍのディスク片面に高精細映像を２時間分以上録画可能な高精細ＤＶＤシステムの開発が現在進められている。高精細ＤＶＤに求められる記憶容量は１５ＧＢ／面であり、現行ＤＶＤに比べて３．１９（＝１５／４．７）倍の高密度化が必要である。
【０００８】
高精細ＤＶＤを実現するための光ディスクの高密度化技術として、ビームスポットの縮小が挙げられる。ビームスポットの大きさは、レーザの波長に比例し、対物レンズの開口数に反比例する。高精細ＤＶＤシステムで使用するレーザの波長をλ（μｍ）、対物レンズの開口数をＮＡとすると、高精細ＤＶＤシステムにおけるビームスポットの大きさは、現行ＤＶＤシステムにおけるビームスポットの大きさを１として、次式で与えられる。
【０００９】
（(λ／０．６５)・（０．６５／ＮＡ））２＝０．８５・（λ／ＮＡ）２
…（１）
式（１）において、０．６５および０．６は現行ＤＶＤシステムにおけるレーザ波長および対物レンズ開口数をそれぞれ表す。具体的には、高精細ＤＶＤシステムでは青色レーザ（波長０．４１μｍ）、開口数０．６の対物レンズを有する光学系が有力視されており、これらの数値を式（１）のλ，ＮＡに代入すると、０．８５・（０．４１／０．６）２  ＝０．３９７である。つまり、ビームスポットの縮小により達成される光ディスクの高密度化分は、２．５２（＝１／０．３９７）倍であり、高精細ＤＶＤの記憶容量を達成するためには、ビームスポットの縮小の他に約１．２５倍（〜３．２／０．３９７）の高密度化が必要である。言い換えると、高精細ＤＶＤシステムで使用するレーザ波長をλ（μｍ）、対物レンズ開口数をＮＡ、高精細ＤＶＤのトラック密度をＴＰ（μｍ／トラック）、線密度をＢＰ（μｍ／ビット）として、次式で表される記録密度（面記録密度）ＴＰ・ＢＰを達成しなければならない。
【００１０】
ＴＰ・ＢＰ≦（１／１．２５）・0.74・0.267・0.85・（λ／ＮＡ）２
＝0.135・（λ／ＮＡ）２
…（２）
ここで、現行ＤＶＤシステムと同じ光学系を用いて現行ＤＶＤに比べ１．２５倍高密度化した高精細ＤＶＤのような光ディスクを再生する場合の問題点を考えてみる。
【００１１】
トラック密度が高くなると、再生信号にはクロストーク成分と呼ばれる信号劣化成分が多く含まれることとなる。一方、線密度が高くなると、再生波形はより鈍った波形となる。等化器では、前述したように再生信号の高周波成分の増幅が行われるので、入力する再生波形がより鈍っている場合には、高周波成分をより増幅する必要がある。その結果、等化器はこうした信号劣化成分までも増幅させることとなる。このようにシステムの再生信号処理方式として波形スライス方式を用いた場合には、どのように高密度化をしても信号劣化成分が増加してしまい、もはや、正しくデータの復号を行うことはできない。
【００１２】
波長λ（μｍ）、対物レンズ開口数ＮＡの光学系では、ピットの繰り返し周期がλ／（２ＮＡ）μｍ以上のときに再生信号の振幅が現れる。光ディスクのトラック密度ＴＰ（μｍ／トラック）、線密度ＢＰ（μｍ／ビット）、使用する変調符号のｄ制約Ｄ、符号化効率Ｒとする。この場合、トラッキングを可能とするためには、トラック密度ＴＰを次式の関係にする必要がある。
【００１３】
ＴＰ＞（λ／２ＮＡ）  …（３）
また、再生信号が現れるためには、最短ピット長が（Ｄ＋１）Ｒ・ＢＰであることから、線密度ＢＰを次式の関係にする必要がある。
【００１４】
ＢＰ＞（１／（２（Ｄ＋１）Ｒ））・（λ／２ＮＡ）
現行ＤＶＤシステムの光学系および現行ＤＶＤで情報の記録に使用されている８／１６変調符号のパラメータを式（３），（４）の右辺に代入すると、  
λ／（２ＮＡ）＝０．６５／（２・０．６）＝０．５４  
１／｛２（Ｄ＋１）Ｒ｝・λ／（２ＮＡ）  ＝１／｛２（２＋１）１／２｝・０．６５／（２・０．６）＝０．１８  
となる。現行ＤＶＤでは、ＴＰ＝０．７４、ＢＰ＝０．２６７であるから、現行ＤＶＤシステムと同じ光学系を用いて、現行ＤＶＤに比べて１．２５倍高密度化した光ディスクを再生した場合、再生信号のＳＮＲ（信号対雑音比）は低下するが、トラッキングが全く不能になったり、再生信号が全く無くなる訳ではない。
【００１５】
このように再生信号のＳＮＲが低下した場合の再生信号処理方式として、波形スライス方式の代わりにＰＲＭＬ(Partial Response and Maximum Likelihood）方式の利用が検討されている。ＰＲＭＬ方式においては、まず等化器でＰＲ特性と呼ばれる識別点間で既知の相関を持った波形へと等化される。
【００１６】
図５を用いて種々のＰＲ特性について説明する。図５（ａ）〜（ｄ）は、図４（ａ）〜（ｄ）と同様であり、それぞれ記録データ、記録波形、ピット系列、再生波形を示す。図５（ｄ）の再生波形に対し、等化器でＰＲ（１，１）特性、ＰＲ（１，２，１）特性、ＰＲ（１，２，２，１）特性に基づく等化を行った場合の等化後の波形を図５（ｅ）（ｆ）（ｇ）にそれぞれ示す。ＰＲ（１，１）特性とは、インパルス応答が、連続する２識別点に各々１：１の割合で現れる特性をいう。ＰＲ（１，２，１）特性とは、インパルス応答が、連続する３識別点に各々１：２：１の割合で現れる特性をいう。ＰＲ（１，２，２，１）特性とは、インパルス応答が、連続する４識別点に各々１：２：２：１の割合で現れる特性をいう。図示しないが、他のＰＲ特性についても同様である。
【００１７】
図５（ｅ）（ｆ）（ｇ）に示した通り、ＰＲ（１，１）特性→ＰＲ（１，２，１）特性→ＰＲ（１，２，２，１）特性の順に等化後の波形は鈍った特性になっていることが分かる。ＰＲＭＬ方式では、再生波形の特性に近いＰＲ特性で波形等化することにより、等化器での信号劣化成分の増加を抑制できる。
【００１８】
一方、ＰＲＭＬ方式の再生信号処理系において、等化器の後に配置される検出器には、最尤復号器の代表的な一つであるヴィタビ復号器が一般に用いられる。等化器で再生波形がＰＲ（１，２，２，１）特性に等化されたとすると、ヴィタビ復号器はＰＲ（１，２，２，１）特性を満たす全ての系列の中から等化波形のサンプル系列との誤差が最も小さい系列を選択し、選択された系列に対応する２値データ（復号データ）を出力する。この様子を図６に示す。ＰＲＭＬ方式では、復号を１つのサンプル値から行うのではなく、複数のサンプル値から行うため、サンプル値間で相関を持たない信号劣化成分に対する耐性が強い。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
上述したように、再生用レーザの短波長化および対物レンズ開口数の増加により達成されるビームスポットの縮小分以上に光ディスクを高密度化しようとする場合、再生信号処理方式として波形スライス方式の代わりにＰＲＭＬ方式を採用することが望ましい。
【００２０】
その場合、ＰＲＭＬ方式により達成される記録密度の高密度化分をトラック密度および線密度にどのように割り振るかを考える必要がある。しかし、従来ではこの割り振りについて特に考えられていなかった。
【００２１】
本発明は、再生信号処理方式としてＰＲＭＬ方式を採用することにより達成される高密度化分のトラック密度方向および線密度方向への割り振りを規定し、現行ＤＶＤに比べてビームスポットの縮小分以上に高密度化された光ディスクおよび該光ディスクに記録された情報を再生する光ディスク装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
上記の問題を解決するため、本発明の基本的な考えは、再生信号処理系にＰＲＭＬ方式を採用することにより達成される光ディスクの高密度化分をトラック密度と線密度に均等に割り振るか、あるいはトラック密度により多く割る振る、というものである。
【００２３】
具体的には、ｄ制約Ｄ、符号化効率Ｒの変調符号を用いてトラック密度ＴＰ（μｍ／トラック）、線密度ＢＰ（μｍ／ビット）で情報が記録された光ディスクであって、波長λ（μｍ）の再生用光源および開口数ＮＡの対物レンズを含む光学系と、ＰＲＭＬ方式による再生信号処理系で情報を再生する光ディスクであって、
ＴＰ＞（λ／２ＮＡ）
ＢＰ＞（１／（２（Ｄ＋１）Ｒ））・（λ／２ＮＡ）
ＴＰ・ＢＰ≦0.135・（λ／ＮＡ）２
０．３６１≦（ＢＰ／ＴＰ）＜（１／（Ｄ＋１）Ｒ）
の条件、または
ＴＰ＞（λ／２ＮＡ）
ＢＰ＞（１／（２（Ｄ＋１）Ｒ））・（λ／２ＮＡ）
ＴＰ・ＢＰ≦0.135・（λ／ＮＡ）２
０．３６１≦（ＢＰ／ＴＰ）＜０．４５１
の条件を満たすように構成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
このように構成された光ディスクによると、ＰＲＭＬ方式の効果が十分に発揮され、高密度に情報が記録されているにも関わらず、十分な信頼度でデータの復号を可能とすることができる。
【００２５】
また、本発明によると、このような光ディスクと、この光ディスクに記録された情報を再生するために波長λ（μｍ）の再生用光源および開口数ＮＡの対物レンズを含む光学系と、ＰＲＭＬ方式による再生信号処理手段とを有する光ディスク装置が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
【００２７】
まず、図３を用いて本発明の一実施形態に係る光ディスク装置について説明する。図４において、光ディスク１にはｄ制約Ｄ、符号化効率Ｒの変調符号を用いて後述する条件に従って設定されたトラック密度ＴＰ（μｍ／トラック）、線密度ＢＰ（μｍ／トラック）で情報が記録されている。
【００２８】
この光ディスク１に記録された情報を再生する場合、まずＲＥＡＤ信号（読み出し指令信号）がＬＤドライバ２に入力され、このＬＤドライバ２により駆動されて再生用光源であるＬＤ（レーザダイオード）３から光ビームが出射される。ＬＤ３から出射された光ビームは、コリメートレンズ４で平行光束とされた後、対物レンズ６により光ディスク１上のピット系列（トラック）に集光される。光ディスク１により反射されたビームは、ビームスプリッタ５で分光された後、集光レンズ７で光検出器８上に集光される。光検出器８では、入射した反射光の光量が電気信号に変換され、これが再生信号として出力される。
【００２９】
光検出器８から出力される再生信号は、増幅器９で増幅された後、再生信号処理系１０に入力される。再生信号処理系１０では、まず入力された再生信号が等化器１１で所定のＰＲ等化特性により波形等化が行われ、次いでヴィタビ復号器を含む検出器１２によりデータの復号が行われる。
【００３０】
次に、表１および図２〜図３を用いて、光ディスク１の構成について詳しく説明する。
【表１】
2004362770.tif 000003
【００３１】
例として、ＬＤ３の波長（再生用光ビームの波長）λは０．４１μｍ、対物レンズ６の開口数ＮＡは０．６とする。このような光ヘッドを用いて、表１に示す各種条件の光ディスクを再生する。表１において、「ＤＶＤ相当」は現行ＤＶＤに対してトラック密度ＴＰ、線密度ＢＰを各々光源であるレーザの短波長化分に相当する１．５８倍（＝０．６５／０．４１）高密度化した条件であり、このとき記憶容量は１２ＧＢである。仕様１〜３は、このＤＶＤ相当を１．２５倍高密度化したもので、いずれも記憶容量は１５ＧＢである。これは、先に述べた高精細ＤＶＤに要求される記憶容量である。
【００３２】
この１．２５倍の高密度化の割り振りは、仕様１〜３で異なっている。仕様１はＤＶＤ相当の線密度を１．２５倍した条件、仕様２はＤＶＤ相当のトラック密度、線密度を各々１．２５の平方根倍した条件、仕様３はＤＶＤ相当のトラック密度を１．２５倍した条件となっている。この結果、線密度ＢＰとトラック密度ＴＰの比ＢＰ／ＴＰは、ＤＶＤ相当では０．３６１、仕様１では０．２７７、仕様２では０．３６１、仕様３では０．４５１となっている。また、ＤＶＤ相当の再生信号処理方式は現行ＤＶＤと同じ波形スライス方式、仕様１〜３での再生信号処理方式は拘束長４のＰＲＭＬ方式とした。
【００３３】
図１は、変調符号としてＤＶＤと同じ８／１６変調を使用した際のＣＮＲ（キャリア・ノイズ比）−ＢＥＲ（ビット誤り率）特性を示している。現行ＤＶＤでは、ＢＥＲとして１０−４以下が要求されることから、ＢＥＲ＝１０−４として各仕様を評価すると、仕様１では現行ＤＶＤよりも性能が劣ることが分かる。これに対し、仕様２および仕様３はＤＶＤよりも性能が優れており、また仕様２と仕様３を比較すると、仕様２の方が優れていることが分かる。
【００３４】
図２は、ＤＶＤ相当の変調符号に８／１６変調を使用し、仕様１〜３の変調符号にｄ制約１の（１，７）ＲＬＬを使用した際のＣＮＲ−ＢＥＲ特性を示したものである。この結果より、仕様１〜３はＤＶＤ相当以上の性能が得られることが分かる。しかしながら、仕様１は仕様２および仕様３に比べ性能が劣っており、仕様２と仕様３については明確な差が見られない。
【００３５】
これらのことから、ＰＲＭＬ方式により達成される高密度化分は、トラック密度ＴＰと線密度ＢＰに均等に割り振るか（仕様２）、あるいはトラック密度ＴＰへのみ割り振ること（仕様３）が望ましい。すなわち、次式に示すように線密度ＢＰとトラック密度ＴＰの比ＢＰ／ＴＰを仕様２の０．３６１以上（仕様３では０．４５１）とすることによって、ＰＲＭＬ方式の性能が十分に発揮される。
【００３６】
０．３６１≦（ＢＰ／ＴＰ）
…（５）
次に、ＢＰ／ＴＰの上限について考える。  
光ディスク上の隣接するトラック間でピットが繋がることを避けるためには、トラック密度ＴＰはピットの幅よりも大きくなければならない。光ディスクへのピットの記録は、一般にスポットの形状が円形のビームで行う。このことから、（ピット幅）≦（最短ピット長）となる。ピット幅が細い場合には、再生信号が十分現れないことから、（ピット幅）〜（最短ピット長）となるように高密度光ディスクは製造される。すなわち、ＢＰ／ＴＰ＜１／｛（Ｄ＋１）Ｒ｝となることから、ＢＰ／ＴＰは次式を満たす範囲に設定すればよいことになる。
【００３７】
０．３６１≦（ＢＰ／ＴＰ）＜（１／（Ｄ＋１）Ｒ）
…（６）
また、ＢＰ／ＴＰの上限については、仕様３の０．４５１としてもよいことは明らかであり、その場合はＢＰ／ＴＰを次式を満たす範囲に設定すればよいことになる。
【００３８】
０．３６１≦（ＢＰ／ＴＰ）＜０．４５１
…（７）
以上説明したように、本発明によれば光ディスクのトラック密度および線密度を適切な範囲に設定することにより、再生信号処理方式としてＰＲＭＬ方式が採用された際、その性能を十分引き出すことができることから、ＤＶＤに比べ再生ビームスポットの縮小分以上に高密度化が達成されているにも関わらず、正しくデータの復号が可能な光ディスクおよび光ディスクと再生信号処理系を含む光ディスク装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明による光ディスクの条件を説明するための８／１６変調符号を使用して記録したＤＶＤ相当および仕様１〜３の光ディスクのＣＮＲ−ＢＥＲ特性を示す図
【図２】本発明による光ディスクの条件を説明するための８／１６変調符号を使用して記録したＤＶＤ相当および（１，７）ＲＬＬ符号を使用して記録した仕様１〜３の光ディスクのＣＮＲ−ＢＥＲ特性を示す図
【図３】本発明の一実施形態に係る光ディスク装置の構成を示すブロック図
【図４】波形スライス方式の動作を説明するための波形図
【図５】ＰＲＭＬ方式で使用される各種ＰＲ特性を説明するための波形図
【図６】ヴィタビ復号器の動作を説明するための図
【符号の説明】
【００４０】
１…光ディスク
２…ＬＤドライバ
３…レーザダイオード（ＬＤ）
４…コリメートレンズ
５…ビームスプリッタ
６…対物レンズ
７…集光レンズ
８…光検出器
９…増幅器
１０…再生信号処理系
１１…等化器
１２…検出器
【図１】
2004362770.tif 000004
【図２】
2004362770.tif 000005
【図３】
2004362770.tif 000006
【図４】
2004362770.tif 000007
【図５】
2004362770.tif 000008
【図６】
2004362770.tif 000009