JP4370519B2 - 光情報再生装置及び光情報再生方法 - Google Patents

Description

本発明は、光情報再生装置及び光情報再生方法に関し、例えば複数層の情報記録層を有する光ディスクの記録又は再生を行う光情報記録再生装置に適用して好適なものである。

近年、光ディスク等の記録媒体の記録再生を行う光情報記録再生装置においては、光源の短波長化と対物レンズの高開口数化によって記録情報を高密度化する手法が提案されており、波長405[nm]の青紫色半導体レーザーと開口数0.85の対物レンズを用いることにより１層につき２３Ｇバイトを超える記録容量を有する２層ディスク等が「Blu-ray Disc（商標）」として規格化されている。また近年では、記録情報の高密度化に伴って記録情報層を多層に形成して片面側から光学的に読み出す多層光ディスクについても多数報告されている。

このような多層光ディスクのうち、ある情報記録層Ｌｎの記録情報を再生する場合、隣接する層間距離が十分大きければ情報記録層Ｌｎ以外の複数の情報記録層から信号が漏れこむこと（以下、これを層間クロストークと呼ぶ）による影響が少なくＲＦ信号の再生特性も特に問題はない。

しかし、多層光ディスクの積層する層数、対物レンズの高開口数化によるディスク表面から各情報記録層までの距離の違いに起因して生じる球面収差を補正するためのエキスパンダーの補正範囲、対物レンズとディスク間との傾きマージンや傷、指紋などの欠陥等によるディスク表面から各情報記録層間の距離の制限によって層間距離が小さくなればなるほど層間クロストークが大きくなってＲＦ信号が劣化してしまう。

このような層間クロストークを低減させる手法として、光検出器の規格化ディテクタサイズを最適化するようになされたピックアップ装置がある（例えば、特許文献１参照）。
特開2002-25098公報

ところでかかる構成のピックアップ装置においては、フォーカスサーボの安定性や光検出器の取り付け精度及びその信頼性等を低下させないようにするために規格化ディテクタサイズを或る程度以上小さくすることができないので、層間隔が１０[μm]〜２０[μm]程度の狭い場合にＲＦ信号が層間クロストークにより変調されて歪を生じてしまい、その歪が生じたＲＦ信号に基づいて２値化した場合には再生結果を正確に復元し得ないという問題があった。

本発明は以上の点を考慮してなされたもので、複数層の情報記録層を有する光情報記録媒体を再生した際に再生信号の層間クロストークによる歪を予め除去して正確な再生結果を得る光情報再生装置及び光情報再生方法を提案しようとするものである。

かかる課題を解決するため本発明においては、少なくとも２層以上からなる複数層の情報記録層を有する光情報記録媒体の記録面に対して光ビームを照射し、当該光ビームの反射光を受光することにより記録信号を再生する光情報再生装置及び光情報再生方法であって、複数層の情報記録層における一の情報記録層に対して光ビームを合焦させることにより再生される再生信号が他の情報記録層からの層間クロストークによって変調されていた場合、当該再生信号のエンベロープ信号を抽出し、エンベロープ信号のうち周波数が低く振幅の最も大きい信号成分の電圧レベルを一定にすべく、直流成分を含んだままの状態の再生信号をゲイン調整することにより当該再生信号の層間クロストークによる歪を補正し、層間クロストークによる歪を補正した後の再生信号を基に信号検出を行うことにより再生結果を得、光情報記録媒体が複数層の情報記録層を有するものであるか、単層の情報記録層を有するものであるかを情報記録層から読み取ることにより判別し、光情報記録媒体が複数層の情報記録層を有するものであると判別した場合には抽出手段及び歪補正手段を動作させ、そうでない場合には抽出手段及び歪補正手段を動作させることなく信号処理手段を介して信号処理させるようにする。

これにより、直流成分を含んだままの状態の再生信号をゲイン調整し、エンベロープ信号のうち周波数が低く振幅の最も大きい信号成分の電圧レベルを一定にすることができるので、層間クロストークによる歪を予め除去し、当該歪を除去した再生信号に基づいて正確に再生結果を復元することができる。

本発明によれば、直流成分を含んだままの状態の再生信号をゲイン調整し、エンベロープ信号のうち周波数が低く振幅の最も大きい信号成分の電圧レベルを一定にすることができるので、層間クロストークによる歪を予め除去し、当該歪を除去した再生信号に基づいて正確に再生結果を復元し得る光情報再生装置及び光情報再生方法を実現することができる。

以下、図面について、本発明の一実施の形態を詳述する。

（１）光学ピックアップの構成
図１において、１は全体として光学ピックアップを示し、半導体レーザダイオード２からの出射光ＬＤ１をコリメータレンズ３によって平行光に変換し、当該平行光を１／２波長板４を通過させ、トラッキング制御誤差信号を演算するために用いられるサイドスポット生成用の回折格子５を通過させた後、偏光ビームスプリッタ６により透過光と反射光とに分光する。因みに、この分光比は１／２波長板４を回転することにより調整可能である。

偏光ビームスプリッタ６を透過した透過光は、光ディスク１０のディスク表面から情報記録層までのカバー層１１ａ１及び情報記録層のカバー層１１ａ２〜１１ａｎの厚さ誤差により生じる球面収差を補正するためのエキスパンダー或いは液晶光学素子でなる波面変換素子７を通過し、直線偏光を円偏光に変換するための１／４波長板８を通過した後、高開口数対物レンズ９によって光ディスク１０上に集光される。

また偏光ビームスプリッタ６によって反射された反射光は、集光レンズ１１により発光出力検出用受光素子１２へと導かれ、当該発光出力検出用受光素子１２の検出結果が半導体レーザダイオード２からの出射光ＬＤ１のレーザパワーを制御するために用いられる。

一方、光ディスク１０からの反射光は、高開口数対物レンズ９、１／４波長板８及び波面変換素子７を通過し、偏光ビームスプリッタ６で反射した後、検出光路へと導かれる。この場合、焦点制御誤差方式として非点収差法を用いると共に、トラッキング制御誤差信号として差動プッシュプル法を用いるようになされており、集光レンズ１３及びマルチレンズ１４を通過した収束光がサーボ誤差信号及びＲＦ信号検出用受光素子１５へと入射し光電変換される。

サーボ誤差信号及びＲＦ信号検出用受光素子１５は、収束光を光電変換することにより得た受光信号を後段の回路へ出力する。ここでサーボ誤差信号及びＲＦ信号検出用受光素子１５のうち、メインビームの受光面は４分割されてなる４分割光検出器によって構成されている。

（２）光情報記録再生装置の構成
図２に示すように光情報記録再生装置２０は、図１で示した光ピックアップ１を用いており、当該光ピックアップ１により光ディスク１０から読み出された受光信号を基にマトリクス演算回路２１により演算処理することによって、焦点制御誤差信号、トラッキング制御誤差信号、球面収差制御誤差信号及び信号処理用のＲＦ信号をそれぞれ生成し、焦点制御誤差信号、トラッキング制御誤差信号及び球面収差制御誤差信号等をサーボ信号処理回路２２へ送出する。

サーボ信号処理回路２２では、利得調整及び位相補償を施すようになされており、その後にスピンドルモータ制御回路２３を介してスピンドルモータ２５の回転数を制御し、アクチュエータ及び球面収差制御回路２４を介してアクチュエータ（図示せず）を制御することにより光学ピックアップ１の焦点制御、球面収差制御及びトラッキング制御を行う。

なおサーボ信号処理回路２２では、トラッキング制御誤差信号の低域成分により、送りモータ制御回路２７を介して送りモータ２８を調整することにより光学ピックアップ１に対する半径方向の送り制御を行うようになされている。

一方、マトリクス演算回路２１によって生成された信号処理用のＲＦ信号はＡＧＣ(Automatic Gain Control)回路２９へ入力され、当該ＡＧＣ回路２９（後述する）によって層間クロストークによる歪が補正された後、ＲＦ信号処理回路３０へ送出される。

ＲＦ信号処理回路３０では、層間クロストークによる歪が除去されたＲＦ信号に対して波形等化、ＰＲＭＬ(Partial Response Maximum Likelihood)信号処理及び誤り訂正処理等を施すことにより再生結果を正確に復元するようになされている。

なお、光情報記録再生装置２０のＬＤ(Laser Diode)駆動回路２６では、光学ピックアップ１の発光出力検出用受光素子１２（図１）から得られる検出結果に基づいて光学ピックアップ１の出射パワーを制御することにより、出射光ＬＤ１を最適なレーザパワーに設定するようになされている。

（３）層間クロストークによる歪除去原理
ここでＲＦ信号には、例えば１７ＰＰ変調方式の場合、ランレングスが２Ｔ〜８Ｔ（ここでＴはチャンネルビットクロック幅であり、９Ｔも存在するが非常に少ない）のマーク及びスペースによって構成されており、光ディスク１０が多層光ディスクであってＲＦ信号が層間クロストークの影響を受けている場合、図３（Ａ）に示すように、当該ＲＦ信号の振幅が変化してエンベロープ信号が揺らいでいるような歪を含んだ状態となる。

このＲＦ信号のうち、ＭＴＦ(Modulation Transfer Function)特性により、マーク及びスペース長が長い８Ｔ成分の信号は周波数が低く振幅が大きいのに対し、マーク及びスペース長が短い２Ｔ成分の信号は周波数が高く振幅が小さい。因みに、ＲＦ信号には８Ｔ成分や２Ｔ成分だけではなく、３Ｔ成分、４Ｔ成分、……９Ｔ成分等の信号が含まれているが説明の便宜上８Ｔ成分及び２Ｔ成分の信号だけを対象として以下説明する。なお、図３（Ａ）におけるＲＦ信号の８Ｔ成分及び２Ｔ成分の波形については実際のスケールとは異なり、あくまで模式的なものである。

従って、層間クロストークによる歪が存在するＲＦ信号をＲＦ信号処理回路３０（図２）により２値化する場合には、ＲＦ信号の振幅が変化してエンベロープが揺らいでいるために、当該ＲＦ信号のジッター（信号の時間的ゆらぎ）が大きくなり、誤検出が多くなる。

このようなことを未然に防止するためにＡＧＣ回路２９では、制御回路３１からのＡＧＣ制御信号Ｓ１に応じて当該ＲＦ信号のゲイン調整を行うことにより、図３（Ｂ）に示すように当該ＲＦ信号のエンベロープ（特に８Ｔの上側エンベロープ）に発生している揺らぎを除去し、当該エンベロープを一定にし得るようになされている。

この場合、ＲＦ信号の帯域は、層間クロストークによるエンベロープの歪成分の帯域より十分に高いため、ＡＧＣ回路２９では当該エンベロープの帯域でゲイン調整を行うことにより、８Ｔ成分及び２Ｔ成分を含むＲＦ信号には直接影響を与えることなくエンベロープの歪を除去して一定にし得るようになされている。

ここでＡＧＣ回路２９は、ＲＦ信号にＤＣ(Direct Current)成分が含まれたままの状態で当該ＲＦ信号の振幅レベルを調整するようになされているが、仮にＤＣ成分を除去するＡＣ(Alternating Current)結合（いわゆるＡＣカップリング）を行った後のＲＦ信号に対して振幅レベルを調整することも考えられる。

しかしながら、本発明ではＡＣ結合せずにＤＣ成分が含まれたＲＦ信号に対して振幅レベルを調整する理由としては、図４（Ａ）及び（Ｂ）に示すようにＡＣ結合した場合におけるグランド（ＧＮＤ）レベル付近の２Ｔ成分の信号については、ほぼ０レベル付近の値であるために例えば同じ倍率で２Ｔ成分の信号と８Ｔ成分の信号に対してゲイン調整を行っても当該８Ｔ成分の信号と比較して十分に利得を上げることができないうえに、グランドに対するマイナス側では８Ｔ成分の信号における下側エンベロープについてゲイン調整により逆に層間クロストークによる歪を大きくしてしまうからである。このような点についても考慮し、本発明のＡＧＣ回路２９ではＤＣ成分を含むＲＦ信号に対してゲイン調整するようになされている。

因みに、制御回路３１（図２）は、光ディスク１０に対するフォーカスサーチ時や、データ書き込み時におけるディスクインフォーメーションの読み取り時に当該光ディスク１０が単層光ディスクであるのか、多層光ディスクであるのかについて判別し、多層光ディスクであるときに限ってＡＧＣ制御信号Ｓ１をＡＧＣ回路２９へ出力することにより、ＲＦ信号の層間クロストークによる歪を除去するようになされている。

ここで、光ディスク１０が単層光ディスクであるときには、ＲＦ信号は層間クロストークによる劣化がないため、ＡＧＣ回路２９では制御回路３１からＡＧＣ制御信号Ｓ１が供給されたときに限ってＲＦ信号の層間クロストークによる歪を除去するようになされている。

（４）ＡＧＣ回路の構成
実際上、図５に示すようにＡＧＣ回路２９は、マトリクス演算回路２１から供給されたＤＣ成分を含むＲＦ信号をバッファ回路４１及び乗算器４２を介してピークホールド回路４３へ送出する。

ピークホールド回路４３は、ＤＣ成分を含むＲＦ信号をＤＣ〜数１００[KHz]の帯域でピークホールドすることによりＲＦ信号の上側エンベロープ信号ＵＥＶ１を抽出し、当該上側エンベロープ信号ＵＥＶ１を低域通過フィルタ回路４４へ送出する。

低域通過フィルタ回路４４は、ＲＦ信号のうちピークホールド回路４３によって抽出されたＲＦ信号の上側エンベロープ信号ＵＥＶ１だけを通過させ、これをゲインオフセット調整回路４５へ送出する。

ゲインオフセット調整回路４５は、ＡＧＣのループゲイン及びオフセット調整を行い、その結果得られる調整後の上側エンベロープ信号ＵＥＶ２を加算器４６へ送出する。

加算器４６では、ＲＦ振幅調整電圧４７から与えられる目標の電圧レベルと、上側エンベロープ信号ＵＥＶ２の電圧レベルとの差分を算出し、その算出結果ＤＨをＡＧＣ切替回路４８を介して乗算器４２へ供給する。

ここでＲＦ振幅調整電圧４７は、例えば８Ｔ成分の上側エンベロープ信号ＵＥＶ２における極大値と極小値のほぼ中間電位に目標の電圧レベルが設定されるが（図３）、極大値に相当する電位や極小値に相当する電位等の任意に目標の電圧レベルが設定されても良い。

なおＡＧＣ切替回路４８は、制御回路３１（図２）からＡＧＣ制御信号Ｓ１が供給されたときに限って加算器４６からの算出結果ＤＨを乗算器４２へ出力し、ＡＧＣ制御信号Ｓ１が供給されていないときには当該算出結果ＤＨを乗算器４２へ出力することがないようにスイッチで切り替えるようになされている。

乗算器４２では、バッファ回路４１からのＤＣ成分を含んだＲＦ信号と、ＡＧＣ切替回路４８から供給される算出結果ＤＨとを乗算することにより層間クロストークによる歪の影響を受けている当該ＲＦ信号のエンベロープの揺らぎを無くして一定レベルに補正するようになされている。

すなわち乗算器４２から最終的に出力されるＲＦ信号には、層間クロストークによる歪の影響は残っておらず、後段のＲＦ信号処理回路３０により当該ＲＦ信号を２値化した場合に信号を誤って読み取ってしまうことを未然に防止することができるようになされている。

（５）動作及び効果
以上の構成において、光情報記録再生装置２０のＡＧＣ回路２９は、ＲＦ信号が層間クロストークの影響を受けて揺らいでいる場合であっても、ＤＣ成分を含むＲＦ信号に対してＡＧＣをかけることにより当該ＲＦ信号に発生している揺らぎを除去し、当該ＲＦ信号のエンベロープを一定にすることができる。

このときＡＧＣ回路２９は、グランドを基準にしたプラス側でＤＣ成分を含んだＲＦ信号における８Ｔ成分の上側エンベロープを一定にするようにゲイン調整することにより、結果的に２Ｔ成分の上側エンベロープ及び下側エンベロープ及び８Ｔ成分の下側エンベロープについても８Ｔ成分の上側エンベロープに追従させて、８Ｔ成分及び２Ｔ成分のエンベロープについても全て一定にすることができる。

なおＡＧＣ回路２９は、ＲＦ信号における８Ｔ成分の上側エンベロープ信号の層間クロストークによる歪成分の周波数帯域でＡＧＣをかけるようにしたことにより、上側エンベロープ信号の層間クロストークによる歪成分の周波数帯域よりも遥かに高い周波数帯域のＲＦ信号には直接影響を与えずに済む。

従って光情報記録再生装置２０では、ＡＧＣ回路２９によって層間クロストークによる影響を除去したＲＦ信号を基に２値化することができるため、正確に再生結果を復元することができる。

以上の構成によれば、ＤＣ成分を含むＲＦ信号に対してＡＧＣをかけることにより当該ＲＦ信号のエンベロープを一定にして層間クロスロークによる歪を予め除去し、当該歪を除去したＲＦ信号に基づいて正確に再生結果を復元することができる。

（６）他の実施の形態
なお上述の実施の形態においては、ＡＧＣ回路２９をマトリクス演算回路２１とＲＦ信号処理回路３０との間に設けるようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、マトリクス演算回路２１とサーボ信号処理回路２２との間に設けるようにしても良い。これにより光情報記録再生装置２０では、サーボ制御についても正確に実行することができる。

また上述の実施の形態においては、ＡＧＣ回路２９のピークホールド回路４３によりＲＦ信号の８Ｔ成分のピークレベルを基に上側エンベロープ信号ＵＥＶ１を抽出し、当該上側エンベロープ信号ＵＥＶ１に対してゲイン調整するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、ボトムレベルに基づいて下側エンベロープ信号を抽出し、当該下側エンベロープ信号を基準にＲＦ信号に対してゲイン調整するようにしても良い。

さらに上述の実施の形態においては、光情報記録再生装置２０に本発明のＡＧＣ回路２９を搭載するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、再生専用の光情報再生装置に本発明のＡＧＣ回路２９を搭載するようにしても良い。

さらに上述の実施の形態においては、光情報再生装置としての光情報記録再生装置２０を、抽出手段としてのピークホールド回路４３及び歪補正手段としてのゲインオフセット調整回路４５、加算器４６、ＲＦ振幅調整電圧４７及び乗算器４２によって構成するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、その他種々の回路構成により光情報再生装置を構成するようにしても良い。

本発明の光情報再生装置及び光情報再生方法は、例えば多層光ディスクの再生信号に層間クロストークの影響が発生している場合に、その影響を除去して正確に再生を行う種々の用途に適用することができる。

光学ピックアップの構成を示す略線図である。 光情報記録再生装置の回路構成を示す略線的ブロック図である。 ＤＣ成分を含むＲＦ信号に対するＡＧＣの説明に供する略線図である。 ＡＣ結合後のＲＦ信号に対するＡＧＣの説明に供する略線図である。 ＡＧＣ回路の構成を示す略線的ブロック図である。

符号の説明

１……光学ピックアップ、２……半導体レーザダイオード、３……コリメータレンズ、４……１／２波長板、５……回折格子、６……偏光ビームスプリッタ、７……波面変換素子、８……１／４波長板、９……高開口数対物レンズ、１０……光ディスク、１１ａ１〜１１ａｎ……カバー層、１２……発光出力検出用受光素子、１３……集光レンズ、１４……マルチレンズ、１５……サーボ誤差信号及びＲＦ信号検出用受光素子、２１……
マトリクス演算回路、２２……サーボ信号処理回路、２３……スピンドルモータ制御回路、２４……アクチュエータ及び球面収差制御回路、２５……スピンドルモータ、２６……ＬＤ駆動回路、２７……送りモータ制御回路、２８……送りモータ、２９……ＡＧＣ回路、３０……ＲＦ信号処理回路、４１……バッファ回路、４２……乗算器、４３……ピークホールド回路、４４……低域通過フィルタ回路、４５……ゲインオフセット調整回路、４６……加算器、４７……ＲＦ振幅調整電圧、４８……ＡＧＣ切替回路。

Claims (2)

1. 少なくとも２層以上からなる複数層の情報記録層を有する光情報記録媒体の記録面に対して光ビームを照射し、当該光ビームの反射光を受光することにより記録信号を再生する光情報再生装置であって、
   上記複数層の情報記録層における一の情報記録層に対して上記光ビームを合焦させることにより再生される再生信号が他の情報記録層からの層間クロストークによって変調されていた場合、当該再生信号のエンベロープ信号を抽出する抽出手段と、
   上記エンベロープ信号のうち周波数が低く振幅の最も大きい信号成分の電圧レベルを一定にすべく、直流成分を含んだままの状態の再生信号をゲイン調整することにより当該再生信号の上記層間クロストークによる歪を補正する歪補正手段と、
   上記歪補正手段によって上記層間クロストークによる歪を補正した後の再生信号を基に信号検出を行うことにより再生結果を得る信号処理手段と、
   上記光情報記録媒体が上記複数層の情報記録層を有するものであるか、単層の情報記録層を有するものであるかを上記情報記録層から読み取ることにより判別する判別手段と、 上記判別手段により上記光情報記録媒体が上記複数層の情報記録層を有するものであると判別した場合には上記抽出手段及び上記歪補正手段を動作させ、そうでない場合には上記抽出手段及び上記歪補正手段を動作させることなく信号処理手段を介して信号処理させる制御手段と
   を具える光情報再生装置。
2. 少なくとも２層以上からなる複数層の情報記録層を有する光情報記録媒体の記録面に対して光ビームを照射し、当該光ビームの反射光を受光することにより記録信号を再生する光情報再生方法であって、
   上記複数層の情報記録層における一の情報記録層に対して上記光ビームを合焦させることにより再生される再生信号が他の情報記録層からの層間クロストークによって変調されていた場合、抽出手段によって当該再生信号のエンベロープ信号を抽出する抽出ステップと、
   上記エンベロープ信号のうち周波数が低く振幅の最も大きい信号成分の電圧レベルを一定にすべく、直流成分を含んだままの状態の再生信号を歪補正手段によってゲイン調整することにより当該再生信号の上記層間クロストークによる歪を補正する歪補正ステップと、
   上記歪補正ステップによって上記層間クロストークによる歪を補正した後の再生信号を基に信号処理手段によって信号検出を行うことにより再生結果を得る信号処理ステップと、
   上記光情報記録媒体が上記複数層の情報記録層を有するものであるか、単層の情報記録層を有するものであるかを判別手段によって上記情報記録層から読み取ることにより判別する判別ステップと、
   上記判別ステップにより上記光情報記録媒体が上記複数層の情報記録層を有するものであると判別した場合には上記抽出手段及び上記歪補正手段を動作させ、そうでない場合には上記抽出手段及び上記歪補正手段を動作させることなく、制御手段により上記信号処理手段を介して信号処理させる制御ステップと
   を有する光情報再生方法。

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