JP5816828B1 - 光ディスク装置および光ディスク再生方法 - Google Patents

Abstract

光ディスク媒体に記録された情報の再生信号に同期した再生クロック信号を生成、同期したデジタル再生信号を生成する同期化部と、デジタル再生信号の波形を整形し適応等化後デジタル再生信号を生成する適応等化器と、その信号を最尤復号し２値化信号を生成する最尤復号器と、デジタル再生信号のインパルス応答波形の時間幅ＬＴに対し、２ＬＴ時間幅の２値化信号から期待波形を生成する期待波形生成器と、期待波形の位相を１Ｔ進めた波形生成する位相進み波形生成器と、期待波形の位相を１Ｔ遅らせた波形生成する位相遅れ波形生成器と、２値化信号の２ＬＴ時間幅中心から?（Ｌ／２）Ｔ区間において、適応等化後デジタル再生信号と、期待波形と、位相進み波形と、位相遅れ波形の各々から算出されるメトリック値に基づいて、再生信号と再生クロック信号との位相誤差を検出するメトリック検出器とを備え、同期化部は位相誤差からデジタル再生信号の位相を制御する。

Description

本開示は、光学的にデータが記録される光ディスク媒体、当該光ディスク媒体にデータの記録再生を行う光ディスク装置および光ディスク再生方法に関する。

現在、映像またはデータなどを保存する情報記録媒体として、ＤＶＤまたはＢｌｕ−ｒａｙ（登録商標）ディスク（以下、ＢＤとする）などの多くの種類の光ディスクが使用されている。これらの光ディスクは、ハードディスク装置または磁気テープに比べると保存信頼性が高い。そのため、光ディスクの用途は、従来の映像または音声などのＡＶ（Ａｕｄｉｏ Ｖｉｄｅｏ）データを記録する用途に加え、データを長期間保存する用途へ拡大されつつある。

しかし、光ディスクの体積あたりに保存できるデータの容量はハードディスク装置または磁気テープに比べると１／３程度しかない。そのため、保存時のスペース効率の観点から、光ディスクのコストを上げずに、体積あたりに保存できるデータの容量を向上させる技術開発が求められており、精力的に研究開発が続けられている。最近では、ＢＤの中でも１層あたり約３３．４ＧＢの記録密度のＢＤＸＬ（登録商標）が、最も体積記録密度の高い光ディスクとして発売されている。

これらの光ディスクは、５０年以上データを保存することが可能であり、データの長期保存の観点では、５年程度の寿命のハードディスク装置に比べると、１０倍以上の保存信頼性を有している。そのため、長期保存用のデータをハードディスク装置から光ディスクへ移動させることで、長期の保存信頼性と保存コストの削減とを両立することが可能となる。特に、データ保管時に電力を消費するハードディスク装置に比べて、データ保管時に電力を必要としない光ディスクは、グリーンストレージとして二酸化炭素の排出量を削減できるとともに、近年大きな問題となっているデータセンターの消費電力を削減することにもつながる。

しかし、光ディスクの中でも最も記録密度の高いＢＤＸＬでも、体積あたりに保存できるデータの容量はハードディスク装置の１／３程度である。そのため、データ保管時における光ディスクの保管スペースは、ハードディスク装置に比べると多く必要となり、特にデータセンターのような保管スペースに対するコスト要求が高い用途においては、光ディスクの体積あたりの記録密度を向上させることが求められている。

光ディスクの体積あたりの記録密度を向上させるための技術としては、データを記録する線密度を高める信号処理技術がある。高線密度化を実現する信号処理方法としては、ＰＲＭＬ（Ｐａｒｔｉａｌ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ Ｍａｘｉｍｕｍ Ｌｉｋｅｌｉｈｏｏｄ）方式を用いることが一般的である。

ＰＲＭＬ方式は、パーシャルレスポンス（ＰＲ）と最尤復号（ＭＬ）を組み合わせた技術であり、既知の符号間干渉が起こることを前提に再生波形から最も確からしい信号系列を選択する方式である。このため、従来のレベル判定方式よりも復号性能が向上することが知られている。光ディスクの高線密度化が進むと、符号間干渉およびＳＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ−Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ）劣化がさらに問題になる。

再生性能を維持するためには、ＰＲＭＬ方式を高次のＰＲＭＬ方式で対応すればよい。例えば、直径１２ｃｍの光ディスクの記録層１層当たりの記録容量が２５ＧＢであるＢＤの場合では、ＰＲ（１，２，２，１）ＭＬ方式を採用することで再生性能を維持することができる。さらに、１層当たりの記録容量が３３．４ＧＢであるＢＤＸＬの場合、ＰＲ（１，２，２，２，１）ＭＬ方式を採用している。

ＰＲＭＬ方式において、再生信号から２値のデジタルデータを復号する。このようなデジタル信号処理を行うためには、再生信号を１チャネルビット毎に同期してサンプリングする再生クロック信号を生成する。一般的に、再生クロック信号に関する情報は、記録マークのエッジに含まれている。再生信号を再生クロック信号に同期してサンプリングしたデジタル再生信号のエッジに相当する部分から、エッジの進みまたは遅れに関する位相情報を検出して、再生信号に同期した再生クロック信号を生成する。ＢＤＸＬの場合、単純にエッジだけから位相情報を適切に検出することができないが、ＰＲＭＬ方式において、ある状態から分岐した１組の信号系列のパスが合流するまでの複数点のメトリックを用いて位相情報を検出することで、安定な再生クロック信号を生成する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

ＰＲ（１，２，２，２，１）ＭＬ方式の場合、符号間干渉の幅が前後に２Ｔまでの広がりであるので、記録マーク／スペースの最短が２ＴとなるＲＬＬ（１，７）変調則であれば、パターンを限定し、１つのエッジにおいて１つの位相情報を正確に検出できていた。

しかし、１層あたりの記録容量が５０ＧＢ以上に高線密度化した場合、符号間干渉の幅が著しく広くなり、記録マークのエッジから得られる位相情報が複数重なりあう状態となり、正確な検出が困難になる。その結果、正確な再生クロック信号を生成することができなくなり、ＰＲＭＬ方式による２値化判定に影響する誤差が大きくなり、ビットエラーレートを悪化させてしまう。最悪の場合、再生信号と再生クロック信号の同期がとれなくなり、再生不能となる。

特開２００９−１７６４０５号公報

本開示は、上記の課題を解決するためになされたもので、安定して再生クロック信号を生成して再生性能を劣化させず、線密度を高めることのできる光ディスク装置を提供することを目的とするものである。

本開示の光ディスク装置は、光ディスク媒体に記録された情報を再生する光ディスク装置であって、情報より得られる再生信号に同期した再生クロック信号を生成し、再生クロック信号に同期したデジタル再生信号を生成する同期化部と、デジタル再生信号の波形を整形し適応等化後デジタル再生信号を生成する適応等化器と、適応等化後デジタル再生信号を最尤復号し２値化信号を生成する最尤復号器と、デジタル再生信号のインパルス応答波形の時間幅ＬＴに対して、２ＬＴ時間幅の２値化信号から期待波形を生成する期待波形生成器と、期待波形の位相を１Ｔ進めた位相進み波形を生成する位相進み波形生成器と、期待波形の位相を１Ｔ遅らせた位相遅れ波形を生成する位相遅れ波形生成器と、２値化信号の２ＬＴ時間幅の中心から±（Ｌ／２）Ｔ区間において、適応等化後デジタル再生信号と、期待波形と、位相進み波形と、位相遅れ波形の各々から算出されるメトリック値に基づいて、再生信号と再生クロック信号との位相誤差を検出するメトリック検出器と、を備え、同期化部は、位相誤差を用いてデジタル再生信号の位相を制御する。

本開示によれば、符号間干渉により幅が広がって複数のエッジの影響が重なる中から、再生信号と再生クロック信号の位相誤差に関する情報を正確に検出し、安定した再生クロック信号を生成できる。そして、再生性能を劣化させずに、光ディスク媒体に記録されたデータを再生することが可能であり、データを記録する線密度を高めることができる。

図１は、本開示の実施の形態１における光ディスク装置の構成を示す図である。 図２は、本開示の実施の形態１における位相誤差検出を説明する図である。 図３は、本開示の実施の形態１における適応等化後デジタル再生信号と期待波形の信号値に大きな誤差が発生している状況を説明する図である。 図４は、本開示の実施の形態１におけるノイズの影響が大きくなる可能性の高い高域成分の部分を含む期待波形を説明する図である。 図５は、本開示の実施の形態１における光ディスク媒体に記録されているデータブロックのフォーマットを示す図である。 図６は、本開示の実施の形態１における別の光ディスク装置の構成を示す図である。 図７Ａは、本開示の実施の形態１における位相補間フィルタを示す図である。 図７Ｂは、本開示の実施の形態１における位相補間フィルタの係数制御曲線を示す図である。 図８は、本開示の実施の形態２における光ディスク装置の構成を示す図である。 図９は、本開示の実施の形態２における相互相関検出器の位相誤差検出を説明する図である。

以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。

なお、添付図面および以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために、提供されるのであって、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することは意図されていない。

（実施の形態１）
図１は、本実施の形態における光ディスク装置１０の構成を示す図である。光ディスク装置１０は、光ヘッド１０１、プリアンプ１０２、Ａ／Ｄ変換器１０３、適応等化器１０４、最尤復号器１０５、位相誤差検出器１０６、ループフィルタ１１１、ＶＣＯ（Ｖｏｌｔａｇｅ−Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ：発振器）１１２を備える。

光ヘッド１０１は、光ディスク媒体１００から読み出したデータを再生する再生信号を生成する。図示しないサーボコントローラにより、光ヘッド１０１および光ディスク媒体１００を回転させる、図示しないスピンドルモータは、光ヘッド１０１から光ディスク媒体１００に照射された光ビームを光ディスク媒体１００上に設けられたトラックに集光して走査するように制御されるとともに、目的のトラックにアクセスする移動も制御される。

プリアンプ１０２は、光ヘッド１０１により生成された再生信号が所定の振幅になるように増幅する。また、再生信号の信号成分を増幅し、ノイズ成分を抑制するためのフィルタ処理も行う。

Ａ／Ｄ変換器１０３は、ＶＣＯ１１２で生成される再生クロック信号に同期して再生信号をサンプリングし、デジタル再生信号を出力する。

適応等化器１０４は、デジタル再生信号の周波数特性が、予め決めた所定の周波数特性になるように適応的に等化処理を行い、適応等化後デジタル再生信号を生成する。例えば、ＦＩＲ（Ｆｉｎｉｔｅ Ｉｍｐｕｌｓｅ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ：有限インパルス応答）フィルタで構成され、ＦＩＲフィルタから出力される信号と、予め決めた所定の周波数特性での期待波形との誤差が小さくなるように、ＬＭＳ（Ｌｅａｓｔ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ）アルゴリズムを用いてＦＩＲフィルタのタップ係数が制御される。

最尤復号器１０５は、適応等化されたデジタル再生信号を最尤復号し、最尤復号の結果を示す２値化データを生成する。最尤復号器１０５は、例えば、ビタビ復号器やＢＣＪＲ（Ｂａｈｌ−Ｃｏｃｋｅ−Ｊｅｉｎｅｋ−Ｒａｖｉｖ）復号器を用いる。予め決めた周波数特性に基づいた期待波形とデジタル再生信号とのメトリック値から最も確からしい系列を推定する最尤復号により、デジタル再生信号を復号して２値化データを出力する。最尤復号器１０５から出力された２値化データは、さらに復調とエラー訂正処理が施されて、光ディスク媒体１００に記録されている情報が再生される。

位相誤差検出器１０６は、デジタル再生信号と２値化データに基づいて、再生信号と再生クロック信号との位相誤差を検出する。位相誤差検出器１０６は、予め決めた所定の周波数特性に基づいて２値化データから期待波形を生成する期待波形生成器１０７と、位相を進めた期待波形を生成する位相進み波形生成器１０８と、位相を遅らせた期待波形を生成する位相遅れ波形生成器１０９と、デジタル再生信号、期待波形、位相進み波形、位相遅れ波形の各々のメトリック値に基づいて位相誤差を算出するメトリック検出器１１０で構成される。

ループフィルタ１１１は、再生しながら検出される位相誤差から不要な周波数帯域の成分を除去し、ＶＣＯ１１２を制御する再生クロック制御信号として出力する。

ＶＣＯ１１２は、再生クロック制御信号に基づいた周波数で再生クロック信号を生成する発振器である。ＶＣＯ１１２は、位相誤差検出器１０６とループフィルタ１１１とあわせて、再生信号に同期した再生クロック信号が生成されるように、フィードバックループによりコントロールされるＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ Ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ）を構成する。位相誤差がゼロになるようにコントロールされて生成された再生クロック信号を用いて、Ａ／Ｄ変換器１０３で再生信号をサンプリングすることにより、適応等化器１０４と最尤復号器１０５での２値化データの復号に対する誤差成分が小さくなり、安定した復号性能が得られる。

ここで、Ａ／Ｄ変換器１０３、ループフィルタ１１１、ＶＣＯ１１２を、デジタル再生信号に同期化した再生クロック信号を生成する構成、すなわち、再生クロック信号とデジタル再生信号を同期化する構成としてまとめて、同期化部１１３とする。

以下に、本実施の形態における光ディスク装置１０の再生クロック信号の生成の動作について説明する。

適応等化器１０４と最尤復号器１０５は、予め決めた周波数特性に基づいた期待波形とデジタル再生信号との比較をすることで２値化データの復号を行っている。

予め決めた周波数特性として、例えば、ＢＤＸＬの場合は、２値化データに１Ｔのマークがあったときの期待波形として、信号値の系列が（１，２，２，２，１）という５Ｔ分の時間幅のインパルス応答波形を用いる。ＢＤＸＬの線密度において、状態数が少ないので、最尤復号における信号系列のパスの分岐と合流が単純であり、パターンを限定して記録マークのエッジに対応した位相誤差を抽出することができる。

これに対して、データを記録する線密度がさらに高くなると、インパルス応答波形の信号値の系列の時間幅が長くなり、かつ系列の信号値の総和に対する信号値の変化量が非常に小さくなってくる。このため、期待波形の算出において、多くの２値データとインパルス応答波形との畳込み演算をすることになり、信号値を決める状態数が指数的に増加する。さらに、状態数が指数的に増加することから信号系列のパスが著しく複雑化し、１つの記録マークのエッジに限定して位相誤差を抽出することができなくなる。

位相誤差検出器１０６は、期待波形と、期待波形の位相を進めた位相進み波形と、位相を遅らせた位相遅れ波形を用い、インパルス応答波形の時間幅に基づいた区間でメトリック値を計算する。これにより、特にパターンを限定することなく位相誤差を検出するので、状態数の増加の影響を受けない。

図２は、本実施の形態における位相誤差検出を説明する図である。図２に示すように、１Ｔのデジタル再生信号に対して得られるインパルス応答波形と２値化データとの畳込み演算により期待波形を生成する。

期待波形を生成するために、インパルス応答波形の時間幅をＬとして、２ＬＴの長さの２値化データを用いる。そのため、最尤復号器１０５で現時点までに復号した過去２ＬＴ分の２値化データを用いる。２ＬＴ分の２値化データとインパルス応答波形の畳込み演算により、３ＬＴ分の期待波形が生成される。実際の２値化データは、２ＬＴ分だけではなく、その前後にも連続している。したがって、実際の２値化データに対して、正確に期待波形が生成できるのは、２ＬＴ分の２値化データの中心位置からインパルス応答波形の時間幅Ｌに相当する±（Ｌ／２）Ｔの区間だけである。この±（Ｌ／２）Ｔ区間において、適応等化後デジタル再生信号と期待波形とを適切に比較することが可能であり、メトリック値を計算する区間とする。

期待波形生成器１０７は、２ＬＴ区間の２値化データとインパルス応答波形に基づいて期待波形を生成する。位相進み波形生成器１０８は、期待波形生成器１０７が生成した期待波形を１Ｔ時間進めた位相進み波形を生成する。位相遅れ波形生成器１０９は、期待波形生成器１０７が生成した期待波形を１Ｔ時間遅らせた位相遅れ波形を生成する。メトリック検出器１１０は、±（Ｌ／２）Ｔ区間においてメトリック値を算出する。メトリック値は、同じ時間位置における信号値の差の２乗の総和である。算出するメトリック値は、適応等化後デジタル再生信号と期待波形とのメトリック値Ｒ、適応等化後デジタル再生信号と位相進み波形とのメトリック値Ｐ、適応等化後デジタル再生信号と位相遅れ波形とのメトリック値Ｑ、期待波形と位相進み波形とのメトリック値Ｐｗ、期待波形と位相遅れ波形とのメトリック値Ｑｗである。これらのメトリック値を用いて、以下の式（１）にしたがって位相誤差Ｐｈを算出する。

Ｐｈ ＝ （（Ｐ−Ｒ）／Ｐｗ ＋ （Ｒ−Ｑ）／Ｑｗ）／２ ・・・式（１）
式（１）は、メトリック値Ｐｗ、メトリック値Ｑｗを分母とすることで、パターンによるメトリック値の差を正規化し、位相誤差として検出される感度が一定になるようにしている。Ａ／Ｄ変換器１０３において、再生クロック信号を用いてサンプリングした現時点のタイミングが期待波形のタイミングと一致していればＰｈ＝０となる。期待波形のタイミングより早い場合にはＰｈ＜０となる。逆に、期待波形のタイミングより遅い場合にはＰｈ＞０として位相誤差が得られる。

位相誤差Ｐｈが小さくなるように、ＶＣＯ１１２における再生クロック信号の周波数を上げる、あるいは下げるようにコントロールすることにより、再生信号と再生クロック信号を同期させることができる。

高線密度化による再生信号処理の課題は符号間干渉の増大、すなわちインパルス応答波形の時間幅の拡大にある。再生信号のもつ情報を抽出するためには、インパルス応答波形の時間幅を確実にカバーした範囲で信号処理を行わなければならない。従来のデジタル再生信号のエッジ位置の信号値だけを用いる方法は、複数のエッジの情報が干渉して混合されるようになると、再生信号がもつＳ／Ｎ性能を有効に活用できず、検出する位相誤差が不正確になり、安定な再生クロック信号を生成することができない。これに対し、本開示では、２ＬＴ区間の２値化データから期待波形を生成し、その中心部分の±（Ｌ／２）Ｔ区間においてメトリック値を計算することで、インパルス応答波形の時間幅をカバーしており、再生信号がもつＳ／Ｎ性能を全て有効に用いて、正確な位相誤差を得ることができる。従って、高線密度化に対しても安定な再生クロック信号を生成できる。

また、従来の方法では、再生信号がもつＳ／Ｎ性能を有効に活用できないため、正確な位相誤差を検出するには、検出するパターンを限定しなければならなかったが、高線密度化には対応できない。本開示では、再生信号がもつＳ／Ｎ性能を有効に活用できるように信号処理を行う時間幅をとっているため、検出するパターンを限定する必要はない。ただし、再生信号の信号値に変化がなければ位相誤差の情報を検出できないので、インパルス応答波形の時間幅以上であり、かつ記録されているデータの変調則に基づいてマークとスペースの変化が含まれる時間幅である必要がある。この信号処理の時間幅をもつことにより複数のエッジを含むパターン全体から位相誤差を検出することが可能となり、従来のようにパターンを限定することなく、期待波形を１Ｔだけ前後にシフトさせた位相進み波形と位相遅れ波形との比較から位相誤差を正確に検出することができる。パターンを限定する必要がないため、高線密度化によって指数的に増大する期待波形の信号値の状態数に依存することなく、位相誤差を容易に検出することが可能となる。

次に、上述の位相誤差の検出において、位相誤差が正確に検出できない場合について説明する。

位相誤差検出器１０６は、長い信号区間における適応等化後デジタル再生信号と期待波形との比較に基づいているので、適応等化器１０４の適応が過渡状態で不十分な場合や、再生信号そのものに大きな歪がある場合に、再生信号と再生クロック信号との位相誤差に関係なく、信号値に大きな誤差が発生し、検出した位相誤差の値が不正確になる。また、最尤復号器１０５において２値化データに誤りがあった場合も誤差が発生し、位相誤差が不正確になる。

図３は、本実施の形態における適応等化後デジタル再生信号と期待波形の信号値に大きな誤差が発生している状況を説明する図である。図３において、点線が適応等化後デジタル再生信号であり、実線が期待波形の信号値であり、メトリック計算区間において、誤差が大きい箇所がある。このような状況において、期待波形がとりうる最大振幅を±０．５の１としたとき、２つの波形の信号値の差が例えば０．２以上の場合に、その信号値の差を除去してメトリック値の計算を行う。このような除去処理を行うことで、誤差要因が小さい部分のみで正確な位相誤差を検出できる。

また、再生信号の振幅は、光ディスク媒体１００上に設けられたトラックに対する光ヘッド１０１から照射された光ビームの集光状態によって変化する。さらに、再生信号の周波数特性は、光ヘッド１０１の光ビームの波長や、光ビームを集光するレンズの開口数（ＮＡ：Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ａｐｅｒｔｕｒｅ）によっても変化する。これらの変化に対し、プリアンプ１０２と適応等化器１０４によって、所定の信号振幅、所定の周波数特性になるように適応的に信号処理が行われる。しかし、適応的な信号処理が十分な状態に収束するまでの過渡状態において、位相誤差の検出の誤差要因になり、再生クロック信号の同期に対する外乱となりやすい。このような誤差要因を低減するために、メトリック値の計算に含めない２つの波形の信号値の差を０．２に固定せず、適応的な信号処理が十分な状態に収束するまでは、０．１として、誤差要因に対して敏感に除去処理が働くようにしてもよい。

次に、上述とは別の位相誤差が正確に検出できない場合について説明する。

例えば、ＢＤＸＬの線密度では、２Ｔは光学的な分解能の限界を超えているために再生信号の振幅がゼロになってしまうので、３Ｔ以上で振幅が得られる。さらに高線密度化すると、３Ｔさらには４Ｔでも再生信号の振幅が得られなくなる。そのため、２Ｔから４Ｔが連続するようなデータパターンでは、再生信号の信号値の変化が非常に小さく、再生クロック信号の位相のずれによる信号値の差も非常に小さくなってしまう。高域においては再生信号のゲインが非常に小さく、Ｓ／Ｎが小さくなっており、再生信号に含まれるノイズが、検出する位相誤差の値が不正確になる大きな要因になる。

図４は、本実施の形態におけるノイズの影響が大きくなる可能性が高い高域成分の部分を含む期待波形を説明する図である。メトリック計算区間において、期待波形がとりうる最大振幅を±０．５の１としたとき、期待波形の信号値が±０．１の範囲内であり、かつ所定の時間以上小振幅が連続している部分がある。この部分においては、２つの信号値の差を除去して、メトリック値の計算を行う。このような除去処理を行うことで、Ｓ／Ｎが良い部分のみで正確な位相誤差を検出できる。

このように、再生信号の変化が小さく、低Ｓ／Ｎな高域成分は少なからず存在するが、記録するデータの変調則によって、高域成分の連続状態を制限できる。例えば、ＢＤで用いられているＲＬＬ（１，７）変調則では、最短の２Ｔは連続６回までと制限されている。高線密度化する場合には、さらに３Ｔあるいは４Ｔも含めた連続状態を制限した変調則とすれば、正確な位相誤差を検出できる高Ｓ／Ｎな部分が増え、安定な再生クロック信号を生成しやすくなる。

また、再生信号の変化が小さい高域成分が多く含まれている場合は、メトリック値Ｐｗ、Ｑｗが非常に小さい値となってしまう。メトリック値Ｐｗ、Ｑｗの平均的な値に対して、非常に小さい値が分母となる場合には、デジタル再生信号から求められるメトリック値Ｐ、Ｑ、Ｒに含まれる誤差成分が増幅されてしまう。その結果、一時的に再生クロック信号の周波数を不正確な情報で大きく動かしてしまうことになり、再生性能の劣化につながる。

このような不安定要因を除くために、メトリック値ＰｗあるいはＱｗが所定の閾値より小さい値であった場合には、メトリック値から位相誤差を算出せずに、位相誤差をゼロとする。また、再生信号のＳ／Ｎが低い状況では、メトリック値Ｐｗ、Ｑｗに対する所定の閾値を通常より高くすることで安定化させてもよい。

図５は、光ディスク媒体１００に記録されているデータブロックのフォーマットを示す図である。光ディスク媒体１００に記録されているデータは、所定のブロック単位でエラー訂正符号化され、所定の変調則で変調されている。さらにブロックの先頭には、プリアンプ１０２や適応等化器１０４における信号振幅や周波数特性の制御、およびＰＬＬにおける再生クロック信号の初期の同期がしやすいように単純なパターンが繰り返し記録されているランイン領域が付加されている。図５において、光ディスク媒体１００のトラック上にデータがブロック単位で記録されている。１つのブロックは、ランインとデータで構成される。

位相誤差検出器１０６は、前述したようにメトリック値ＰｗとＱｗによって位相誤差の安定性に影響が出る。初期のＰＬＬの引き込み動作を短期間で安定して済ませるためには、メトリック値ＰｗとＱｗの変化が小さい方がよい。具体的には、図５において、位相誤差を検出する区間であるメトリック計算区間毎に同じパターンが繰り返されて記録されていれば、常にメトリック値ＰｗとＱｗは同じ値となる。同じ値であれば、安定して位相誤差を検出できる。安定したＰＬＬの引き込みが実現できれば、ランインの長さを短くすることができ、ランインが占める領域を減らせるので、光ディスク媒体１００の記録容量を有効に使用できる。

以上により、高線密度化による再生信号処理の課題である、符号間干渉により幅が広がり、複数のエッジの影響が重なる中から、再生信号と再生クロック信号の位相誤差に関する情報を正確に検出し、安定した再生クロック信号を生成することができる。そして再生性能を劣化させずに、光ディスク媒体に記録されたデータを再生することができ、データを記録する線密度を高めることができる。

なお、本実施の形態において光ディスク装置１０の同期化部１１３は、再生信号に対して、再生クロック信号とＡ／Ｄ変換器１０３を用いて、同期化したデジタル再生信号を得る構成としたが、これに限定されるものではない。例えば、同期化部として、別途生成したクロック信号を用いて、再生信号をＡ／Ｄ変換器によりデジタル再生信号とし、検出した位相誤差がゼロとなるように、デジタル再生信号の位相を制御するＦＩＲフィルタを設け、ＦＩＲフィルタの出力から同期化したデジタル再生信号を得る構成でもよい。

図６は、本実施の形態における別の光ディスク装置６０を示す図である。光ディスク装置６０は、デジタル再生信号の位相を制御するＦＩＲを設けた構成である。

図６に示す光ディスク装置６０は、実施の形態１と同様に、光ヘッド６０１、プリアンプ６０２、Ａ／Ｄ変換器６０３、適応等化器６０５、最尤復号器６０６、位相誤差検出器６０７、ループフィルタ６０８を備えており、さらに、位相補間フィルタ６０４、位相補間係数選択器６０９、ウォブル検出器６１０、ウォブルＰＬＬ６１１を備えている。光ディスク装置６０は、光ディスク媒体６００のトラックの蛇行から得られるウォブル信号を元に、ウォブルＰＬＬ６１１により生成したウォブル再生クロックを用いてＡ／Ｄ変換器６０３を動作させる。この構成は、例えば、国際公開第２００７／０３７２７２号に開示されている。

ここで、Ａ／Ｄ変換器６０３、位相補間フィルタ６０４、ループフィルタ６０８、位相補間係数選択器６０９、ウォブル検出器６１０、ウォブルＰＬＬ６１１を、生成した再生クロック信号を用いて同期化したデジタル再生信号を生成する構成、すなわち、再生クロック信号とデジタル再生信号を同期化する構成をまとめて、同期化部６１２とする。

ウォブル検出器６１０は、光ヘッド６０１から出力される再生信号に含まれるトラックの蛇行成分をウォブル信号として検出する。トラックの蛇行の周波数は、トラックに記録されるデータに比べて十分に低く、ウォブル信号は良好に検出されやすい。ウォブルＰＬＬ６１１は、ウォブル信号を所定の比で逓倍してデータの１Ｔに等しい周期のウォブル再生クロックを生成する。ウォブル再生クロックは、良好なウォブル信号から生成されるので安定性が高い。

しかし、データの再生信号に対して、データの１Ｔ境界での位相に同期しているわけではないため、ウォブル再生クロックを用いるＡ／Ｄ変換器６０３により得られるデジタル再生信号は、適応等化器６０５や最尤復号器６０６において理想的な位相同期状態とはなっていない。位相補間フィルタ６０４は、この位相同期ずれを補正したデジタル再生信号を出力するＦＩＲフィルタである。位相補間フィルタ６０４のタップ係数は、位相補間係数選択器６０９により制御される。タップ係数はＳＩＮＣ関数を用いて求められる。位相誤差検出器６０７で検出された位相誤差は、ループフィルタ６０８に入力される。ループフィルタ６０８は、１次の積分器を備えており、位相誤差を積分し、所定のゲインをかけた値を位相制御値として位相補間係数選択器６０９へ出力する。位相補間係数選択器６０９は、入力された位相制御値に従って、ＳＩＮＣ関数により求められるタップ係数を選択し、位相補間フィルタ６０４へ出力する。このタップ係数を用いることにより、位相補間フィルタ６０４は、入力されるデジタル再生信号の位相ずれを補正して位相同期状態となったデジタル再生信号を出力する。

図７Ａは、本実施の形態の位相補間フィルタ６０４を示す図であり、図７Ｂは、本実施の形態の位相補間フィルタ６０４の係数制御曲線を示す図である。

位相補間フィルタ６０４は、直列に接続された遅延器７０１〜７０８と、乗算器７０９〜７１７と、加算器７１８を備えるＦＩＲフィルタである。遅延器７０１〜７０８は、デジタルデータ信号値をクロック信号の１周期毎に遅延させる。乗算器７０９〜７１７は、それぞれの遅延器の値にタップ係数Ｃ１〜Ｃ８を乗算する。加算器７１８は、乗算器７０９〜７１７の出力を加算して、位相同期ずれを補正したデジタル再生信号を出力する。タップ係数Ｃ１〜Ｃ８は、例えば、図７Ｂに示すようなナイキスト補間特性に基づいて設定される。

この構成によれば、良好なウォブル信号から容易にデータの１Ｔに一致する周波数を有するウォブル再生クロックを得ることができるため、位相誤差検出器６０７、ループフィルタ６０８、位相補間係数選択器６０９、位相補間フィルタ６０４から構成されるデジタルＰＬＬにおいて周波数誤差に対する広いキャプチャレンジは必要なく、位相のずれのみを制御すればよい。データを記録する線密度を高めるにともなって、位相誤差検出器６０７により検出される位相誤差値のみから周波数誤差と位相誤差の両方を制御する余裕は少なくなっていくが、この構成であれば、周波数誤差に対する制御は必要ないので、データの高線密度化にも高い安定性を維持したまま対応することが可能となる。

（実施の形態２）
図８は、本開示の実施の形態２における光ディスク装置８０の構成を示す図である。光ディスク媒体８００から読み出したデータを再生する光ディスク装置８０は、実施の形態１と同様に、光ヘッド８０１、プリアンプ８０２、Ａ／Ｄ変換器８０３、適応等化器８０４、最尤復号器８０５、位相誤差検出器８０６、ループフィルタ８１０、ＶＣＯ８１１を備える。実施の形態１と同様に、Ａ／Ｄ変換器８０３、ループフィルタ８１０、ＶＣＯ８１１を、デジタル再生信号に同期化した再生クロック信号を生成する構成、すなわち、再生クロック信号とデジタル再生信号を同期化する構成としてまとめて、同期化部８１２とする。位相誤差検出器８０６以外の構成は、実施の形態１と同じ動作であるので、説明を省略する。

位相誤差検出器８０６は、＋１Ｔ遅延器８０７と、−１Ｔ遅延器８０８と、相互相関検出器８０９から構成される。＋１Ｔ遅延器８０７は、最尤復号器８０５が出力した２値化データ信号を＋１Ｔ遅延させる回路である。−１Ｔ遅延器８０８は、逆に、２値化データを−１Ｔ遅延させる回路である。相互相関検出器８０９は、適応等化器８０４から出力される適応等化されたデジタル再生信号と＋１Ｔ遅延器８０７の＋１Ｔ遅延２値化データ信号との相互相関と、同じく適応等化されたデジタル再生信号と−１Ｔ遅延器８０８の−１Ｔ遅延２値化データ信号との相互相関を算出し、これら２つの相互相関の差を位相誤差値として出力する。

図９は、本実施の形態における相互相関検出器８０９の位相誤差検出を説明する図である。波形Ｗ［ｔ＋ｉ］（ｉは１〜１１の自然数）は、適応等化されたデジタル再生信号を示している。波形Ｂ［ｔ＋ｉ］は、最尤復号器８０５が出力した２値化データ信号を示している。相互相関検出器８０９は、１Ｔのデジタル信号を再生したときに得られるデジタル再生信号としてインパルス応答波形の時間幅Ｌにおいて、適応等化されたデジタル再生信号Ｗ［ｔ＋ｉ］と−１Ｔ遅延２値化データ信号Ｂ［ｔ＋（ｉ−１）］の相互相関を算出する。このとき、０と１の２値信号である−１Ｔ遅延２値化データ信号に対して、Ｂ［ｔ＋（ｉ−１）］×２−１の計算で−１と＋１の２値信号にすることにより、適応等化されたデジタル再生信号Ｗ［ｔ＋ｉ］の単純な加減算で求めることができる。

同様に、時間幅Ｌにおいて、適応等化されたデジタル再生信号Ｗ［ｔ＋ｉ］と＋１Ｔ遅延２値化データ信号Ｂ［ｔ＋（ｉ＋１）］の相互相関を算出する。

２つの相互相関値の差をとることにより、適応等化されたデジタル再生信号Ｗ［ｔ＋ｉ］がサンプリングされている位相が、２値化データ信号Ｂ［ｔ＋ｉ］に対して前後どちらに位相がずれているかを示す相互相関位相誤差Ｐｅｒｒを得ることができる。

ここで、（数１）において、図９は、Ｌ＝１１の場合である。

以上によって、実施の形態１と同様に、符号間干渉により幅が広がり、複数のエッジの影響が重なる中から、再生信号と再生クロック信号の位相誤差に関する情報を正確に検出し、安定した再生クロック信号を生成することができる。そして、再生性能を劣化させずに、光ディスク媒体に記録されたデータを再生することができ、データを記録する線密度を高めることができる。さらに、実施の形態１に比べて、小さい演算回路で実現できる。

なお、本実施の形態において光ディスク装置８０の同期化部８１２は、再生信号に対して、再生クロック信号とＡ／Ｄ変換器８０３を用いて、同期化したデジタル再生信号を得る構成としたが、これに限定されるものではない。実施の形態１で説明した、例えば、同期化部として、別途生成したクロック信号を用いて、再生信号をＡ／Ｄ変換器によりデジタル再生信号とし、検出した位相誤差がゼロとなるように、デジタル再生信号の位相を制御するＦＩＲフィルタを設け、ＦＩＲフィルタの出力から同期化したデジタル再生信号を得る構成としてもよい。すなわち、本実施の形態の同期化部８１２の代わりに、図６の光ディスク装置６０の同期化部６１２を用いてもよい。

この構成によれば、良好なウォブル信号から容易にデータの１Ｔに一致する周波数を有するウォブル再生クロックを得ることができるため、位相誤差検出器８０６、ループフィルタ６０８、位相補間係数選択器６０９、位相補間フィルタ６０４から構成されるデジタルＰＬＬにおいて周波数誤差に対する広いキャプチャレンジは必要なく、位相のずれのみを制御すればよい。データを記録する線密度を高めるにともなって、位相誤差検出器８０６により検出される位相誤差値のみから周波数誤差と位相誤差の両方を制御する余裕は少なくなっていくが、この構成であれば、周波数誤差に対する制御は必要ないので、データの高線密度化にも高い安定性を維持したまま対応することが可能となる。

本開示は、高線密度でデータを光ディスク媒体に記録再生する光ディスク装置および光ディスク再生方法に有用である。

１０，６０，８０ 光ディスク装置
１００，６００，８００ 光ディスク媒体
１０１，６０１，８０１ 光ヘッド
１０２，６０２，８０２ プリアンプ
１０３，６０３，８０３ Ａ／Ｄ変換器
１０４，６０５，８０４ 適応等化器
１０５，６０６，８０５ 最尤復号器
１０６，６０７，８０６ 位相誤差検出器
１０７ 期待波形生成器
１０８ 位相進み波形生成器
１０９ 位相遅れ波形生成器
１１０ メトリック検出器
１１１，６０８，８１０ ループフィルタ
１１２，８１１ ＶＣＯ
１１３，６１２，８１２ 同期化部
６０４ 位相補間フィルタ
６０９ 位相補間係数選択器
６１０ ウォブル検出器
６１１ ウォブルＰＬＬ
７０１，７０２，７０３，７０４，７０５，７０６，７０７，７０８ 遅延器
７０９，７１０，７１１，７１２，７１３，７１４，７１５，７１６，７１７ 乗算器
７１８ 加算器
８０７ ＋１Ｔ遅延器
８０８ −１Ｔ遅延器
８０９ 相互相関検出器

Claims (6)

1. 光ディスク媒体に記録された情報を再生する光ディスク装置であって、
   前記情報より得られる再生信号に同期した再生クロック信号を生成し、前記再生クロック信号に同期したデジタル再生信号を生成する同期化部と、
   前記デジタル再生信号の波形を整形し適応等化後デジタル再生信号を生成する適応等化器と、
   前記適応等化後デジタル再生信号を最尤復号し２値化信号を生成する最尤復号器と、
   前記デジタル再生信号のインパルス応答波形の時間幅ＬＴに対して、２ＬＴ時間幅の前記２値化信号から期待波形を生成する期待波形生成器と、
   前記期待波形の位相を１Ｔ進めた位相進み波形を生成する位相進み波形生成器と、
   前記期待波形の位相を１Ｔ遅らせた位相遅れ波形を生成する位相遅れ波形生成器と、
   前記２値化信号の２ＬＴ時間幅の中心から±（Ｌ／２）Ｔ区間において、前記適応等化後デジタル再生信号と、前記期待波形と、前記位相進み波形と、前記位相遅れ波形の各々から算出されるメトリック値に基づいて、前記再生信号と前記再生クロック信号との位相誤差を検出するメトリック検出器と、を備え、
   前記同期化部は、前記位相誤差を用いて前記デジタル再生信号の位相を制御する、光ディスク装置。
2. 前記同期化部は、
   前記情報より得られる再生信号に同期した再生クロック信号を生成する発振器と、
   前記再生クロック信号に同期したデジタル再生信号を生成するＡ／Ｄ変換器と、
   前記位相誤差を用いて前記再生クロック信号を制御するループフィルタと、を含む、請求項１記載の光ディスク装置。
3. 前記メトリック検出器は、前記適応化後デジタル再生信号と前記期待波形の信号値との差が所定の閾値以上の部分を除いて、前記メトリック値を算出する、請求項１記載の光ディスク装置。
4. 前記メトリック検出器は、前記期待波形の信号値が、所定の振幅範囲内で、かつ所定の時間以上振幅が連続している部分を除いて、前記メトリック値を算出する、請求項１記載の光ディスク装置。
5. 前記同期化部は、
   前記情報より得られる再生信号に含まれるウォブル信号から再生クロック信号を生成するウォブル検出器と、
   前記再生クロック信号に同期したデジタル再生信号を生成するＡ／Ｄ変換器と、
   前記デジタル再生信号の位相ずれを補正する位相補間フィルタと、
   前記位相誤差を用いて前記位相補間フィルタを制御する位相制御値を生成するループフィルタと、
   前記位相制御値に基づいて前記位相補間フィルタのフィルタ係数を選択する位相補間係数選択器と、を含む、請求項１記載の光ディスク装置。
6. 光ディスク媒体に記録された情報を再生する光ディスク再生方法であって、
   再生クロック信号に同期して、前記情報より得られる再生信号から生成されたデジタル再生信号の波形を整形し適応等化後デジタル再生信号を生成するステップと、
   前記適応等化後デジタル再生信号を最尤復号し２値化信号を生成するステップと、
   前記デジタル再生信号のインパルス応答波形の時間幅ＬＴに対して、２ＬＴ時間幅の前記２値化信号から期待波形を生成するステップと、
   前記期待波形の位相を１Ｔ進めた位相進み波形を生成するステップと、
   前記期待波形の位相を１Ｔ遅らせた位相遅れ波形を生成するステップと、
   前記２値化信号の２ＬＴ時間幅の中心から±（Ｌ／２）Ｔ区間において、前記適応等化後デジタル再生信号と、前記期待波形と、前記位相進み波形と、前記位相遅れ波形の各々から算出されるメトリック値に基づいて、前記再生信号と前記再生クロック信号との位相誤差を検出するステップと、
   前記位相誤差を用いて前記デジタル再生信号の位相を制御するステップと、を含む光ディスク再生方法。

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