本申请是申请人松下电器产业株式会社于2008年12月05日提出的申请号为200880118980.8(国际申请号PCT/JP2008/003615)的、发明名称为“记录再生装置、记录再生方法和信息记录媒体”的国际申请的分案申请,该申请进入国家阶段的日期为2010年06月03日。
发明内容
本发明为了解决上述课题而做,以实现利用吸收端偏移现象的对信息记录媒体的稳定记录和再生。
本发明的装置具有:出射激光的光源;将所述激光会聚到信息记录媒体上的透镜;检测来自所述信息记录媒体的反射光的光检测器,其中,所述信息记录媒体的记录层含有如下材料,其随着温度的上升,由电子的带间跃迁造成的光吸收谱的吸收端向长波长移动,从而对所述激光的吸收率增加,所述装置还具有:检测所述激光的波长和波长变动的至少一方的波长检测部;检测所述信息记录媒体或其周围的温度和温度变化的至少一方的温度检测部;基于所述波长检测部和所述温度检测部各自的输出来控制所述光源的功率的控制部。
在有的实施方式中,在记录之际,将从基准状态起所述激光的波长变动量设为Δλ,所述信息记录媒体或其周围从所述基准状态起的温度变化量设为ΔT,各自的比例系数设为k1、k2,所述基准状态时的所述光源的功率设为p0的情况下,所述控制部按照所述光源的功率P满足0.9P0(k1Δλ)/(k2ΔT)≤P≤1.1P0(k1Δλ)/(k2ΔT)的方式进行控制。
在有的实施方式中,在再生之际,将从基准状态起所述激光的波长变动量设为Δλ,所述信息记录媒体或其周围的从所述基准状态起的温度变化量设为ΔT,各自的比例系数设为k1、k2,所述基准状态时的所述光源的功率设为P0的情况下,所述控制部在所述信息记录媒体是LtoH的特性时,按照所述光源的功率P满足0.9P0(k1Δλ)/(k2ΔT)≤P≤1.1P0(k1Δλ)/(k2ΔT)的方式进行控制,所述控制部在所述信息记录媒体是HtoL的特性时,按照所述光源的功率P满足0.9P0(k2ΔT)/(k1Δλ)≤P≤1.1P0(k2ΔT)/(k1Δλ)的方式进行控制。
在有的实施方式中,所述比例系数k1和k2满足k1=1.08,k2=0.054。
在有的实施方式中,所述波长检测部具有对所述激光进行衍射的波长检测用的衍射光学元件、和至少具有两个分开的区域的波长检测用的光检测器。
在有的实施方式中,装置还具有聚焦/跟踪误差信号检测用的光学元件,所述衍射光学元件与所述聚焦/跟踪误差信号检测用的光学元件被形成在相同的基板上。
在有的实施方式中,装置还具有聚焦/跟踪误差信号检测用的光学元件、和聚焦/跟踪误差信号检测用的光检测器,所述聚焦/跟踪误差信号检测用的光检测器和所述波长检测用的光检测器被设置在同一基板上。
在有的实施方式中,所述波长检测部具有波长选择滤波器和波长检测用的光检测器。
在有的实施方式中,所述波长检测器具有温度传感器,其检测所述光源或其周围的温度和温度变化的至少一方面。
在有的实施方式中,所述温度检测部具有红外线传感器。
在有的实施方式中,还具有存储部,其存储与所述波长检测部和所述温度检测部各自的输出相应的所述光源的功率的控制方法,所述控制部基于所述光源的功率的控制方法来控制所述光源的功率。
在有的实施方式中,所述信息记录媒体记录有:与激光的波长变动和所述信息记录媒体或其周围的温度变化相应的记录灵敏度或再生灵敏度的变化有关的灵敏度信息,所述控制部基于所述灵敏度信息控制所述光源的功率。
本发明的信息记录媒体,是可以在上述装置中使用的信息记录媒体,其记录有与激光的波长变动和所述信息记录媒体或其周围的温度变化相应的记录灵敏度或再生灵敏度的变化有关的灵敏度信息。
在有的实施方式中,所述灵敏度信息仅表示相对于所述波长变动和所述温度变化所述记录灵敏度或所述再生灵敏度是否变化。
在有的实施方式中,所述灵敏度信息包含以下关系:所述波长变动和所述温度变化与所述记录灵敏度或所述再生灵敏度的变化的关系。
在有的实施方式中,信息记录媒体交替地具有多层记录层和中间层,所述灵敏度信息被记录在距所述透镜最远的记录层上。
本发明的信息记录媒体,是可以在上述装置中使用的信息记录媒体,所述信息记录媒体交替地具有多层记录层和中间层,所述激光的波长λ满足0.39μm≤λ≤0.42μm,所述记录层含有由满足2.7≤x<3或3<x≤3.3的Bi2Ox或以该Bi2Ox为主要成分的材料形成的记录膜。
在有的实施方式中,所述记录层还具有比所述记录膜的熔点高且不含S的第一电介质膜、和含有ZnS的第二电介质膜,在所述记录膜和所述第二电介质膜之间配置所述第一电介质膜。
在有的实施方式中,所述第一电介质膜的主要成分为ZrSiO4、ZrO2、Y2O3、HfO2、Al2O3、AlN、CeO2、Dy2O3、MgO之中的至少一种。
在有的实施方式中,所述第二电介质膜的主要成分为ZnS-SiO2。
在有的实施方式中,所述记录膜含有Ge、Nb、Ta、Cu、Mo、W、Cr、Al、Si、Ir、Ni、Co、Ru、Rh之中的至少一种作为添加物。
在有的实施方式中,所述添加物的量是相对于Bi以原子个数比计为1/44~1/9之间。
本发明的方法是上述装置对所述信息记录媒体进行记录或再生的方法,基于所述波长检测部和所述温度检测部各自的输出,将从功率控制状态下的所述光源输出的所述激光照射到所述信息记录媒体上,进行信息的记录或再生。
在有的实施方式中,所述控制部基于对所述信息记录媒体进行试写的结果,决定基准状态的所述光源的功率,所述波长检测部或所述温度检测部的输出相对于所述基准状态时的输出超过预定值时,对所述信息记录媒体再进行试写而改变所述光源的功率。
根据本发明,能够实现对于利用吸收端偏移现象的信息记录媒体进行稳定的记录和再生。
根据本发明,即使光学信息记录再生装置内的光源部的温度变化、记录光或再生光的波长变动,也可以由所具备的波长检测部检测其波长的变动。另外,即使信息记录媒体的温度变化,也可以同时由所具备的媒体温度检测部检测其温度的变化量。基于检测出的各自的变动量、变化量,按照记录灵敏度或再生灵敏度大致相同的方式控制光源的功率,由此能够实现可稳定地进行记录再生的光学信息记录再生装置、记录再生方法和信息记录媒体。
具体实施方式
以下,一边参照附图,一边说明本发明的实施方式。
(实施方式1)
首先,参照图1~图11,关于本发明的实施方式1的光学信息记录再生装置、记录再生方法和信息记录媒体进行详细地说明。
图1是表示本发明的实施方式1的光学信息记录再生装置100的构成和对信息记录媒体21进行信号的记录、再生的情况的说明图。图2(a)是本发明的实施方式1的光学信息记录再生装置100的波长检测部26的结构的图。图2(b)是表示本发明的实施方式1的波长检测部26具有的光检测器19c的结构、和波长变动时的聚光点的位置移动的说明图。
图3(a)是表示本发明的实施方式1的光学信息记录再生装置具有的波长检测部的图,图3(b)是表示波长检测部具有的光检测器、和入射到光检测器的会聚光(聚光点)的图。图4(a)是表示本发明的实施方式1的信息记录媒体的图,图4(b)是表示信息记录媒体21具有的记录层之中一层的结构的图,图4(c)是表示两层构造的记录层的图。
图5~图8是表示本发明的实施方式1的信息记录媒体的温度和透射率的关系的图。
图9是表示本发明的实施方式1的信息记录媒体(单层)的温度和相对于记录光的吸收率的关系的图。图10是表示本发明的实施方式1的信息记录媒体(单层)的吸收率、反射率和透射率与记录光或再生光的波长的关系的图。还有,所谓单层是指信息记录媒体具有的记录层为一层。图11是表示信息记录媒体(单层)的吸收率、反射率和透射率与记录光或再生光的波长的关系的另一例的图。
光学信息记录再生装置100具有如下部件:将记录光或再生光出射的光源20;将自上述光源20的出射光会聚到信息记录媒体21上的物镜6;检测来自上述信息记录媒体21的反射光的光检测器19a、19b、19c;对上述记录光或再生光的波长及波长变动的至少一方进行检测的波长检测部26;对上述信息记录媒体21或其周围的温度及温度变化的至少一方进行检测的媒体温度检测部27;基于来自上述波长检测部26和上述媒体温度检测部27的各自的输出来控制上述光源20的功率的控制部28。作为本发明的记录再生方法,是在上述光学信息记录再生装置中基于来自波长检测部26和媒体温度检测部27的各自的输出、对光源20的功率进行控制而进行记录或再生的记录再生方法。还有,所谓信息记录媒体21的周围,是指光学信息记录再生装置100内的用于设置信息记录媒体21的空间,意味着其温度变化可视为与信息记录媒体21大致同等。例如,是所设置的信息记录媒体21与其邻接的构件之间的空间、或如这样邻接的构件。
如图1所示,光学信息记录再生装置100,设有作为兼具记录用和再生用的光源20而使激光出射的半导体激光光源,在从该光源20至信息记录媒体21的光路中,配置有准直透镜16、束分离器18、立起反射镜12、波长板13、球面像差校正元件10、物镜6。作为束分离器18使用偏振光分束器,作为波长板13使用1/4波长板,由此能够提高往返光路中的光的利用效率,因此优选。还有,上述光学部件18、13以下分别作为偏振光分束器和1/4波长板进行说明。
从束分离器18至光检测器19的回路的光路中,配置有在相同的光学元件用基板25上分别形成的聚焦/跟踪误差信号检测用光学元件15及波长检测用的衍射光学元件14、还配置有检测透镜11。
通过波长检测用的衍射光学元件14和光检测器19c的组合,可构成对记录光或再生光的波长或其波长变动进行检测的波长检测部26。另外,媒体温度检测部27对信息记录媒体21或其周围的温度或其温度变化进行检测。作为媒体温度检测部27,如果例如使用热释电元件、热电堆(thermopile)等红外线传感器构成所谓的辐射温度计,则以非接触方式就能够检测信息记录媒体21的温度,因此优选。另外,即使无法测量信息记录媒体21本身的温度,也可在其周围的温度能视为大致相同的温度时,通过使用了热敏电阻等的温度传感器计测其周围的温度即可。
光源功率控制部28基于来自波长检测部26和媒体温度检测部27的各自的输出而对光源20的功率进行控制,但如后述,通过按照使记录灵敏度或再生灵敏度大致相同的方式对光源20的功率进行控制,可实现能够进行稳定的记录再生的光学信息记录再生装置。
还有,再生时因为反射率很重要,所以与记录灵敏度相对应,将能够检测的反射率或反射光的光量的大小称为再生灵敏度。所谓再生灵敏度大致相同,意思是成为再生光的反射光的光量大致相同,信息记录媒体21的再生光所对应的反射率相同即可。
记录光或再生光的波长λ作为适合光源的半导体激光化的波长,满足0.39μm≤λ≤0.42μm,作为光源使用蓝紫色半导体激光元件,例如在室温25℃下记录光的波长λ=0.405μm。上述的蓝紫色半导体激光器使用的是GaN材料,若激光器的温度变高,则在GaN材料中,与本发明的信息记录媒体同样会发生吸收端偏移现象,而使能带隙改变,因此振荡波长变长。其温度特性为约0.05nm/℃,若温度提高1℃,则振荡波长变长约0.05nm,因此例如经20℃的温度变化(增加),则波长变动(增加)的值为约1nm。该值与红色半导体激光的波长变化率相比充分小,在减小波长变动这一点上,使用上述蓝紫色的半导体激光元件有利。
在光学信息记录再生装置中,若重复记录或再生而进行连续使用,则由于光源20部分的发热及控制部的电路和电机等的机械周围的热等,会导致装置内的温度逐渐上升,在与光学信息记录再生装置的外部温度取得平衡的温度下达到饱和。光源20部分其构成为,半导体激光器的芯片被装配在铜板和Si等的散热器(heatsink)上,其由金属封装覆盖,但半导体激光器的芯片部的热量会释放到散热器上、并进一步释放到金属封装,在大致取得平衡的温度下达到饱和。因此,记录时或再生时的半导体激光器的芯片部的DC的温度变化,被认为与光源20部分(金属封装)的温度变化大体一致。
另外,上述的蓝紫色半导体激光器的振荡波长的光输出功率依赖性为0.016nm/mW,例如使光输出功率变化100mW时,波长变化1.6nm,因此若比较记录光的波长和再生光的波长,则即使是同一光源,记录光的波长会随着光输出功率变长例如1~5nm左右的倾向存在。
在记录时,按照信息记录媒体21的记录灵敏度,从光源20出射例如50~300mW的比较大的峰值功率(来自物镜6的出射功率为7~50mW)进行记录。在再生时,把功率降低至在信息记录媒体21不进行记录的程度例如降低至记录时的1/10~1/50左右的功率,而出射再生光。
信息记录媒体21包括:例如直径为12cm、厚1.1mm的信息记录媒体用基板9;和在该信息记录媒体用基板9上交替地多层形成的记录层1(图1中图示1a~1f的6层的状况)及中间层2(图2中图示2a~2e的5层的状况)。在信息记录媒体21的光的入射侧还具有例如0.1mm厚的保护层4的构造下,通过设置保护层4,即使在信息记录媒体上存在一些灰尘、污物和伤痕也可以进行再生。各记录层1是形成有跟踪伺服用的轨道槽3的构造。轨道间距Tp例如为0.32μm,槽深0.19μm,主要是通过来自该槽的±1级次衍射光由光检测器19b检测而获得跟踪误差信号,从而能够正确地沿轨道进行记录再生。
如图1所示,在光学信息记录再生装置100中,在记录时的情况下,从光源20沿Y轴方向所出射且以线偏振光具有前述的比较大的峰值功率的激光22,经由准直透镜16而成为近平行光,透过束分离器18,由立起反射镜12将光路折弯到-Z轴方向。
然后,在-Z轴方向所折弯的近平行光8由波长板13实质性地转换成圆偏振光,通过球面像差校正元件10,经由例如数值孔径NA=0.85、焦距2mm、有效直径3.4mm的物镜6,通过信息记录媒体21的保护层4,在多个记录层1之中的期望的记录层1e聚光(会聚光7)。再生时操作如后述,利用来自该记录层1e的反射光而实施聚焦伺服和跟踪伺服,使记录层1e的记录膜的光学常数变化而形成记录标记5。
这时,因为会聚光7通过的信息记录媒体21的厚度由于记录深度而有所不同,所以如果利用在从光源20至物镜6的光路中所设置的球面像差校正元件10,根据所记录的记录标记5的记录深度,一边控制该球面像差量一边进行记录,则可以形成良好的记录标记5。球面像差校正元件10可以由折射率分布可变的液晶元件、和使凹透镜和凸透镜组合后由致动器使两个透镜的光轴方向的间隔可变的光束扩展器、或由致动器在光轴方向上可移动的可动准直透镜等构成。还有,使用可动准直透镜时,准直透镜16和球面像差校正元件10有一个就能够工作,因此能够使光学部件简单化。
在再生时,从光源20出射的线偏振光的功率小的激光22,同样经由准直透镜16成为近平行光,透过束分离器18,由立起反射镜12将光路折弯到-Z轴方向。然后,在-Z轴方向所折弯的近平行光8通过波长板13成为圆偏振光,通过球面像差校正元件10,由物镜6在信息记录媒体21的期望的记录层1e的记录标记5上聚光(会聚光7)。
被记录标记5反射的激光沿逆向折返,通过物镜6、球面像差校正元件10、波长板13,成为激光的偏振方向与去路时正交的线偏振光,通过立起反射镜12,由束分离器18将光轴折弯到Z轴方向,同时入射到在同一光学元件用基板25上形成的聚焦/跟踪误差信号检测用光学元件15和波长检测用的衍射光学元件14,经由这些光学元件使之分路为多束光(图1中分成6束),经检测透镜11而成为3种会聚光17a、17b(例如分成4束)、17c。在此,聚焦/跟踪误差信号是聚焦误差信号和跟踪误差信号。
成为再生信号光的会聚光17a,例如入射到四等分的光检测器19a,被记录的信息得到检测,同时,例如通过像散法检测聚焦误差信号。另一方面,分成4束的会聚光17b由其他例如四等分的光检测器19b利用例如公知的APP(AdvancedPushPull)法、检测跟踪误差信号。入射到波长检测用的衍射光学元件14后经由衍射而分路的会聚光17c,经由具有例如至少2等分的区域的波长检测用的光检测器19c,来检测记录光或再生光的波长或其波长变动。还有,装置100也可以是再生专用装置。
使用图2,关于进行记录光或再生光的波长的检测的波长检测部26详细地进行说明。波长检测部26是具有波长检测用的衍射光学元件14和至少分为两部分(检测窗口24a、24b)的波长检测用的光检测器19c的结构。波长检测用的衍射光学元件14,与聚焦/跟踪误差信号检测用光学元件15在相同的光学元件用基板24上构成,通过如此构成,元件彼此的对位被简单化,能够通过喷射成型和2P法等一次生产,因此能够实现低成本化而优选。另外,波长检测用的光检测器19c与再生信号和聚焦误差信号用的光检测器19a以及跟踪误差信号的检测用的光检测器19b相同被设置在同一光检测器用基板23上,通过如此构成,光检测器19彼此对位被简单化,成为集成构造而能够一次生产,因此可以实现低成本化。
波长检测用的衍射光学元件14可以进行各种设计,但是在本实施例中其配置为,成为在x方向具有槽定向、且均一周期Λ的直线状光栅,为了使衍射效率提高,使截面锯齿化或成为多级形状,将1级次衍射光会聚到分成2部分的光检测器19c的检测窗口24a、24b的中央部或其附近。
就1级次衍射光的衍射角θ而言,对于光的波长λ,以满足sinθ=λ/Λ的方式衍射,如果发生波长变动Δλ,则衍射角θ变动以满足上式。例如,Δλ>0时因为衍射角变大,所以会聚光17c移动到由虚线表示的17c’的位置。反之,Δλ<0时因为衍射角变小,所以会聚光17c移动到17c”的位置。因此,作为光检测器19c的输出,若检测出(检测窗口24a的输出)-(检测窗口24b的输出),则可以根据该输出值(输出值为0时,波长变动没有)推定波长变动的值。
例如,若将波长检测用的衍射光学元件14和光检测器19c的Z方向的距离设为l=33mm,设波长检测用衍射光学元件14的周期Λ=5μm,则波长λ=0.405μm其衍射角为θ=4.646°,波长λ=0.406μm其衍射角为θ=4.658°,波长λ=0.404μm其衍射角为θ=4.635°,因此在光检测器19c上,若波长变动为1nm,则聚光点17c在Y方向上移动6.7μm。通过增加上述的距离l的值、或者减小波长检测用衍射光学元件的周期Λ的值,能够提高波长变动的检测灵敏度。
此外,在例如波长λ=0.405μm,如图2(b)所示,按照使聚光点17c处于检测窗口24a、24b的恰好中央位置的方式决定波长检测用衍射光学元件14和光检测器19c的配置的情况下,不仅能够推定波长变动的值,也能够推定波长本身的值。
波长检测用的衍射光学元件14,不仅可以是上述的均一周期Λ的直线光栅这样的设计,也可以是通过对光栅形状施加微妙的曲率的变化、周期的变化,由此例如即使衍射角度θ变化像差也不怎么变化的设计、或聚光点17c的移动距离和波长的变化刚好成比例关系这样的设计。
另外,波长检测部26采用通过随着光的波长而透射率有所不同的波长选择滤波器设置在光路上且与光检测器组合的结构,也可根据光检测器的输出值来推定记录光或再生光的波长。关于这种结构的波长检测部26’参照图3进行说明。图3(a)是表示光学信息记录再生装置100具有的波长检测部26’的图。图3(b)是表示波长检测部26’具有的光检测器19c、和入射到光检测器19c的会聚光17c(聚光点)的图。
波长检测部26’具有在光路上所设置的波长选择滤波器29和光检测器19c。波长选择滤波器29具有随着光的波长而透射率不同的特性。根据与入射的会聚光17c所对应的光检测器19c的输出值的大小,能够推定记录光或再生光的波长。在该例中,不需要将光检测器19c分割成多个区域来进行演算,因此与会聚光17c对位就变得容易。
在记录层1中包含以下材料,即会随着温度的上升,发生由电子的带间跃迁造成的光吸收谱的吸收端向长波长移动的吸收端偏移现象,从而对激光的吸收率增加。例如,记录层1也可以是由发生吸收端偏移现象的可变吸收膜、及其邻接地配置的高透射率的记录膜构成的两层结构。或者,记录层1也可以是不含可变吸收膜、而包括会发生吸收端偏移现象的记录膜的一层结构。另外,就记录层1而言,出于耐环境性能和光学特性的提高等的目的,在会发生这样的吸收端偏移现象的膜的单侧或两侧层叠ZnS-SiO2膜和AlN膜等电介质膜。
作为在满足0.39μm≤λ≤0.42μm的波长λ下会发生吸收端偏移的材料,优选ZnO、Bi2O3等的Bi-O系材料;CeO2等的Ce-O系材料;或以其为主要成分的材料,能够以溅射和蒸镀等方法使之薄膜化并加以使用。还有,所谓主要成分是指在材料之中含有50摩尔%以上的情况。
特别是Bi-O系材料之中,化学量论组成的Bi2O3原理上透射率最高,因此在进行多层化上优选,但是例如通过溅射成膜时,也有其组成比稍微偏离的情况,难以与化学量论组成完成相符。
本申请发明者们发现,即使有一些偏离化学量论组成,如果是满足2.7≤x<3或3<x≤3.3的Bi2Ox,则通过以其为主要成分,透射率的降低仍比较少,每一层至多不过在数%以内。其结果是,记录层1的每一层的透射率都维持了例如80~95%左右的高值,在此状态下,吸收端偏移现象良好地发生而能够高灵敏度地进行记录。因此,例如作为6~20层左右层数比较多的记录层材料,上述范围的Bi2Ox有效。
x>3.3的Bi2Ox其膜的颜色略带黄色,x越大,上述波长0.39μm~0.42μm的透射率越急剧降低。另一方面,x<2.7的Bi2Ox其膜的颜色略带黑色,x越小,膜的透射率越急剧降低。无论在以上哪一个条件下,随着脱离化学量论组成而来的吸收的增加,都会导致由吸收端偏移现象发生带来的灵敏度增加的效果减弱的结果。
另外还发现,Bi2O3或Bi2Ox(2.7≤x<3或3<x≤3.3),或者以其为主要成分的材料,在250~350℃的温度下多晶化。即,因为可以成为上述的1层结构(一层膜中兼具可变吸收膜和记录膜),所以能够使记录层1的构造简单化,因此优选。
接下来,详细阐述本实施方式的信息记录媒体21的结构。图4(a)是表示本实施方式的信息记录媒体21的图,图4(b)是表示信息记录媒体21具有的记录层1之中一层(图中为记录层1b)的结构的图。
信息记录媒体21采用将记录层1和中间层2交替地层叠的多层构造(图中记录层1为6层构造),各记录层1如上述,所含有的记录膜33由满足2.7≤x<3或3<x≤3.3的Bi2Ox或者以其为主要成分的材料构成。
此外,各记录层1还具有比记录膜33的熔点高并不含S的第一电介质膜32、和含有ZnS的第二电介质膜31,按照上述记录膜33、上述第一电介质膜32、上述第二电介质膜31的顺序配置(图中朝向会聚光7的入射侧的方向)。在与记录层33邻接且与电介质膜31、32的相反面设有反射层30。最下层的记录层1f为了提高反射率使用例如以AgBi和AgPdCu等的Ag为主要成分的金属膜,其他的记录层1a~1e则使用具有透明度的AlN等的电介质膜。特别是因为AlN不仅透明性高而且热传导率也大,所以具有使功率容限(powermargin)等的记录特性提高的效果。
以上述这样的电介质膜等夹住记录膜33的两侧,通过形成这一构造,不仅能够提高耐环境性能,而且也能够使调制度等记录特性提高。
作为上述的电介质膜,以ZnS为主要成分的材料因为热传导率低,所以容易高灵敏化;因为具有高透明度,所以容易作为多层的电介质膜使用;另外因为成膜速度也快,所以也适于量产,因此优选。
本申请发明者们发现存在这样一个课题,在使用上述这样的Bi-O系材料作为记录膜33、作为将其夹设的电介质膜使用ZnS等含有S的材料时(单侧或两侧),在一个记录层1上进行连续标记记录后的透射率以平均计例如会大大降低达13%左右。记录在记录膜33上的标记本身,存在其3~4倍的39~53%左右的大幅的透射率降低,在位于其下层的记录层上不能良好地进行记录,因此优选记录后的透射率降低较小的方法。
进行分析的结果可知,在记录膜33上所形成的记录标记中,观测到有Bi2O2S的多晶的生成,该Bi2O2S的透射率差。作为该结晶产生的原因,推定是由于在记录时从电介质膜有S流出至记录膜33上,与Bi-O材料结合而结晶化。
本申请发明者们发现,通过在由Bi-O系材料构成的记录膜33和ZnS等含有S的电介质膜(第二电介质膜31)之间,例如以3~10nm左右的薄的膜厚设置比记录膜33熔点高并不含S电介质膜(第一电介质膜32),可以防止S的流出,而且记录特性也良好。通过防止S的流出,连续标记记录后的透射率的降低量以平均计能够大幅地降低为2~3%以下。如果第一电介质材料的熔点比记录膜的熔点(例如Bi-O系为800~900℃)高,则具有的效果是可防止向记录膜33中形成记录标记时电介质膜32的变形等,并且记录特性也良好。
还有,在第一电介质膜32和第二电介质膜31之间,也可以设置其他的电介质膜,但第一电介质膜32与记录膜33邻接层叠的方法因为记录特性良好,所以优选。
还有,作为记录膜33,也可以采用两层结构,即由图4(c)所示的可变吸收膜33a和与之邻接配置的高透射率的记录膜33b构成。
继续说明图4(b)所示的结构。作为本实施方式的信息记录媒体的第一电介质膜32,熔点非常高,达2500℃,而且使用透明度大的ZrSiO4,但ZrO2、Y2O3、HfO2、Al2O3、AlN、CeO2、Dy2O3、MgO等其他材料,因为透明度均良好,熔点达2000℃以上,与记录膜33的熔点相比充分高,因此能够更优选使用以这些材料中的至少任意一种作为主要成分的材料。
另外,第二电介质膜32以在ZnS中加入例如10~30摩尔%的SiO2的ZnS-SiO2为主要成分,从而能够防止ZnS自身的结晶化,耐环境性能提高,因此优选。
此外,本申请发明者们还发现,通过在Bi2O3或Bi2Ox(2.7≤x<3或3<x≤3.3)材料中添加适当量的Ge而形成记录膜33,吸收端的波长会位于短波长侧,透射率提高,另外结晶化的排列良好。同样还可知,添加有Ge的材料通过含有Bi、Ge和O的材料的多晶化进行记录。通过改变Ge的添加量,根据添加量会呈现出特性的不同。Ge的添加量越多,结晶化温度越高,因此,虽然灵敏度变低,但是耐环境特性提高。如果添加物Ge的量相对于Bi而言,以原子个数比(原子的个数的比)计在1/24~1/9之间,则透明性提高,但若比其多,则吸收率增加而变得不透明。另外,Ge的添加量以原子个数比计为1/44~1/24时,透明度没什么变化,但能够确认到结晶化速度加快。例如Ge的添加量以原子个数比计相对于Bi而言为1/44、1/24时,通过分析确认可分别形成Bi44GeO68、Bi24GeO38的多结晶。
另外,本申请发明者们还发现,通过在Bi2O3或Bi2Ox(2.7≤x<3或3<x≤3.3)材料中添加适当量的Ge而形成记录膜33,能够降低记录后的透射率减低。
图5~图8是对于在玻璃基板上形成与本实施方式的信息记录媒体相同的层叠结构的膜(ZnS-SiO2/ZnSiO4/Bi2O3-M/AlN)而制作的试样、一边提高其温度一边照射满足0.39μm≤λ≤0.42μm的波长的光例如0.407μm的光并测定透射率的结果。还有,M是添加物。通过该实验,能够推定在信息记录媒体21的记录层1所形成的记录标记的透射率降低。
图5是记录膜33的材料仅为Bi2O3时(无添加物)的测定结果。能够确认随着温度的增加而在室温下例如为85.5%的透射率会一点一点地减少(这是由于吸收端偏移现象导致吸收增加)、在270℃左右由于记录膜33的结晶化造成透射率降低5%左右。在此温度下,认为记录膜从非晶状态变成结晶状态而进行记录(记录标记形成)。之后,若提高温度直至与记录温度同等的400℃然后大致冷却到室温,则透射率例如降低ΔT=9.5%。因此,认为记录标记的透射率降低9.5%,信息记录媒体中的连续记录标记形成后的透射率降低以平均计换算为2.4~3.2%。
图6是作为记录膜33通过在Bi2O3中添加Ge(Ge添加量以原子个数比计相对于Bi而言例如为1/24左右)得以形成时的测定结果。同样地确认了随着温度的增加在300℃附近由于记录膜33的结晶化造成透射率的降低,但是之后若将温度提高至400℃,则透射率又缓缓上升,因结晶化造成的透射率降低的部分又有一定程度的恢复,之后若大致冷却至室温,则透射率降低量如图为ΔT=0.9%,与无添加的情况相比,可知能够大幅地降低。
信息记录媒体上的连续记录标记形成后的透射率降低,以平均计换算为0.数%,因记录标记形成造成的透射率降低的不利影响几乎不存在。Ge的添加量越多,结晶化后由温度上升带来的透射率上升越大,因此使因结晶化造成的降低挽回的适量存在。虽然因记录层的膜结构而有所不同,但大体上以原子个数比计,相对于Bi而言例如为1/24~1/12左右为宜。
另外,作为添加物,各种实验的结果判明,添加Nb、Ta、Ir时,其透射率成为与图6相同的曲线形状,有望作为多层用的记录材料。还有,作为上述材料的优选的添加量,相对于Bi以原子个数比计大致处于1/44~1/9之间。
图7是作为记录膜33通过在Bi2O3中添加Cu(Cu添加量以原子个数比计相对于Bi而言例如为1/12左右)得以形成时的测定结果。这种情况下可知,随着温度的增加,因记录膜33的结晶化造成的透射率的降低未出现,其后若将温度提高至400℃,之后再冷却到大致室温,则透射率降低量如图为ΔT=0.5%,与无添加的情况相比,能够大幅地降低。信息记录媒体上的连续记录标记形成后的透射率降低,以平均计换算为0.1~0.2%左右,因记录标记形成造成的透射率降低的不利影响几乎不存在。Cu的添加量虽然因记录层的膜结构而有所不同,但大体上以原子个数比计,相对于Bi例如为1/24~1/12左右为宜。这种情况下,通过加速试验能够确认耐环境性能也有所提高。
另外,作为添加物,各种实验的结果判明,添加Mo、W、Cr、Ni时,其透射率成为与图7相同的曲线的形状,有望作为多层用的记录材料。还有,作为上述材料的优选的添加量,仍是相对于Bi以原子个数比计大致处于1/44~1/9之间。
图8是作为记录膜33通过在Bi2O3中添加Al(Al添加量以原子个数比计相对于Bi例如为1/12左右)得以形成时的测定结果。这种情况下可知,随着温度的增加,记录膜33的结晶化造成的透射率的降低变小(例如是以Ge为添加时的一半左右),其后若将温度提高至400℃,之后再冷却到大致室温,则透射率降低量如图为ΔT=1.7%,与无添加的情况相比能够有所降低。信息记录媒体上的连续记录标记形成后的透射率降低,以平均计换算为0.4~0.6%左右,因记录标记形成造成的透射率降低的不利影响变小。Al的添加量虽然因记录层的膜结构而有所不同,但大体上以原子个数比计,相对于Bi例如为1/24~1/12左右为宜。
另外,作为添加物,添加Co、Ru、Rh时,判明其透射率会成为与图8相同的曲线形状,有望作为多层用的记录材料。还有,作为Co、Ru、Rh的优选的添加量,是相对于Bi以原子个数比计为大致1/44~1/9之间。
另外,在Bi2O3中以Si为添加物使用时,记录膜的透射率提高例如数%,能够进一步增加记录层的层数。作为Si的优选的添加量,仍是相对于Bi以原子个数比计大致处于1/44~1/9之间。
如上述,记录膜33含有Ge、Nb、Ta、Cu、Mo、W、Cr、Al、Si、Ir、Ni、Co、Ru、Rh之中的至少一种作为添加物,作为添加物的量,优选相对于Bi以原子个数比计为1/44~1/9之间。
还有,上述的添加物的效果,不仅Bi2O3有效,Bi2Ox(2.7≤x<3或3<x≤3.3)也能够确认大体上同样有效。
另外,实际添加了添加物的上述记录膜,形成6层左右的信息记录媒体进行记录再生,可确认能够良好地进行记录再生。
另外可知,采用图4(b)所示的在记录膜33和第二电介质膜31之间配置第一电介质膜32的结构时,即使Bi2Ox没有满足2.7≤x<3和3<x≤3.3的条件时,也能够得到良好的记录再生特性。
接下来,使用图9对本实施方式的信息记录媒体的温度与吸收率的关系进行说明。为了便于清楚说明,设为记录光的波长恒定(波长不变动)、且信息记录媒体21是由中间层2夹住的记录层1为一层的单层结构。一层的记录层1是按照从入射侧(靠近物镜6的一侧)起顺次配置例如厚50nm的ZnS-SiO2(8∶2)的电介质膜、厚80nm的Bi2O3记录膜、厚20nm的ZnS-SiO2(8∶2)的电介质膜的薄膜的三层结构(由电介质膜夹住记录膜的结构)。作为中间层,例如使用UV硬化树脂。该信息记录媒体21是HtoL结构,即若进行记录则记录部分的反射率降低。
还有,图9所示吸收率的变化,主要是在呈现吸收端偏移现象的Bi2O3记录膜内产生的变化,因此即使透射率高的电介质层的结构和中间层的材料变化,如果呈现吸收端偏移现象的材料大致相同,则该材料的消光系数的值的变化也大致相同,因此可以说信息记录媒体21会示出大致相同的吸收率的增加率。
具体进行说明。首先,在室温下例如25℃,信息记录媒体21的吸收率例如为8.2%。以这样的初期阶段的状态为基准状态,在信息记录媒体21上进行试写,光源功率控制部28基于此决定光源20的记录功率P0。光学信息记录再生装置内的热量会导致信息记录媒体21的温度整体性地提高,随之而来的是吸收端偏移发生,吸收率增加(例如至约130℃为止线性增加),例如在45℃的温度下吸收率成为8.8%。即,在ΔT=20℃的温度变化下,吸收率变为1.07倍。由于吸收率的增大,使记录灵敏度也增加大致相同的量。为了使信息记录媒体21的记录灵敏度大致一定,使记录功率P为1/1.07=0.93倍,即,使P=0.93P0即可。如此,如果检测信息记录媒体21的温度变化,则能够推定其记录灵敏度的变化,按该变化部分,通过光源功率控制部28减少光源20的功率,由此能够使信息记录媒体21的记录灵敏度大致一定。
就记录材料而言,不仅Bi2O3,即使将Bi2Ox(2.7≤x<3或3<x≤3.3)或以其为主要成分的材料用于记录膜时,在ΔT=20℃的温度变化下,吸收率的增加也大致为1.07,因此比例系数为k2=1/.07/20=0.054,使光源20的功率达到1/(k2ΔT)倍,即,按照使P=P0/(k2ΔT)的方式进行控制即可。
实际上,记录功率有功率容限,如果其在10%以内,则跳动和马吕斯(Malusマルマ)等光学特性被认为是实用性的范围。因此如上述,即使记录功率的控制不是依次进行,如果在进入功率容限的范围0.9P0/(k2ΔT)≤P≤1.1P0/(k2ΔT)中进行,则可以说是实用的范围。
接着,采用图10关于本实施方式的信息记录媒体的吸收率、反射率、透射率各自的波长依赖性进行说明。为了便于清楚地进行说明,设为信息记录媒体21不发生温度变化(例如为室温的状态)、信息记录媒体21为与上述相同的单层结构。
若波长变长,则信息记录媒体21的记录层1的吸收率降低,透射率和反射率增加。因此,虽然吸收率的降低导致记录灵敏度变差,但另一方面,可以说由于反射率的增加,再生灵敏度会变好。
例如,在室温下例如25℃,信息记录媒体21的吸收率为例如8.2%,以这样的初期阶段的状态为基准状态,对信息记录媒体21进行试写,光源功率控制部28基于此决定光源20的记录功率P0。若波长变长1nm(相当光学信息记录再生装置内的光源20部的温度上升约20℃的情况),则吸收率例如降低至7.6%,波长变长2nm时降低至7.1%。即,若波长变长1nm,则记录灵敏度大概降低到7.6/8.2=0.93倍,因此比例系数k1=1/0.93=1.08,为了使信息记录媒体21的记录灵敏度大致一定,使记录功率为k1Δλ倍,即P=P0k1Δλ即可。
如果对光源21的波长变动量Δλ进行检测,则能够推定信息记录媒体21的记录灵敏度的变化,按该变化部分,通过光源功率控制部28增加光源20的功率,由此能够使信息记录媒体21的记录灵敏度大致一定。例如,如果所检测的波长变动量设为Δλ,则在波长变动量约1nm附近而吸收率的变化大致为线性,因此使光源20的功率大致成为k1Δλ,即成为P=P0k1Δλ地进行控制即可。波长变动量比数nm大时,按照图10的吸收曲线使吸收量大致一定而决定k1的值,控制光源20的功率即可。
这时如果实际在10%的功率容限以内的范围0.9P0k1Δλ≤P≤1.1P0k1Δλ中进行,则可以说是实用的范围。
以上分别说明了信息记录媒体21的温度变化、和记录光或再生光的波长变动,但实际上,信息记录媒体21的温度变化和波长变动同时发生,因此总体考虑来自波长检测部26和媒体温度检测部27的各自的检出,由光源功率控制部28控制光源20的功率即可。实用上进入10%的功率容限的范围即可。在此,在记录之际,将从基准状态起的记录光的波长变动量设为Δλ,信息记录媒体或其周围的从上述基准状态起的温度变化量设为ΔT,各自的比例系数设为k1、k2,上述基准状态时的光源的功率设为p0。然后,通过按照上述光源的功率P满足0.9P0(k1Δλ)/(k2ΔT)≤P≤1.1P0(k1Δλ)/(k2ΔT)的方式进行控制,能够使记录灵敏度大致一定,从而能够稳定地进行记录。
若设想将信息记录再生装置比较长时间地连续用于记录或再生时,则在信息记录再生装置置于一个外壳内的情况下,外壳内的温度上升并在一定的温度下(例如45℃)饱和。这时,若从开始使用(基准状态)起至连续使用中的光源20部的温度变化(例如20℃)和信息记录媒体21的温度变化(例如20℃)大致相同,则将Bi2O3、Bi2Ox(2.7≤x<3或3<x≤3.3)材料或者以其为主要成分用于记录膜时,如上述说明的,由于例如光源20部的温度增加20℃(1nm的长波长化),导致记录功率增加1.08倍,另外,由于例如信息记录媒体21的温度增加20℃,导致记录功率成为0.93倍。若对其总体考虑,则理想的记录功率的变化为(k1Δλ)/(k2ΔT)=1.08Δλ/0.054ΔT=1,可知完全不需要使之变化。
若物理性地考虑,无论是光源20的波长的变化,还是信息记录媒体21的记录层的吸收率变化,原理上都是由于吸收端偏移产生所引起的,由此能够推定为恰好互相抵消。扩大而言,不仅Bi2O3、Bi2Ox(2.7≤x<3或3<x≤3.3)材料,将其他示出吸收端偏移的材料用于信息记录媒体21,也因原理相同,能够推导为获得同样的结果。
然而,只是短时间使用信息记录再生装置时,则认为光源20的温度变化的一方呈现出比信息记录媒体21的温度变化大的倾向,这种情况下若对其总体考虑,则可以说处于增加记录功率的倾向。另外,比较长时间使用了信息记录再生装置,与新的信息记录媒体21交换时(以此时为基准状态),认为光源20的温度变化的一方呈现出比信息记录媒体21的温度变化小的倾向,这种情况下若对其总体考虑,则可以说处于减少记录功率的倾向。
接着,对于进行再生的情况进行阐述。这种情况与记录的情况相同,按照使再生灵敏度一定的方式控制光源20的功率即可。虽然未图示,但是若信息记录媒体21的温度上升,则在HtoL的设计下反射率降低,因此将再生功率增加该降低部分,再生光的波长变长,虽然从图10可知反射率增加而以该部分使再生功率减少即可,但通常信息记录媒体21的温度变化和再生光的波长变动同时发生,因此总体上按照再生光的功率进入10%的功率容限内的方式进行控制即可。
接着,作为本发明的实施方式1的信息记录媒体的其他形态的信息记录媒体,对于在若进行记录则该记录部分的反射率提高的LtoH的设计下构成信息记录媒体21的情况进行说明。图11是表示本发明的实施方式1的信息记录媒体的其他形态的信息记录媒体的吸收率、反射率和透射率与记录光或再生光的波长的关系的曲线图。信息记录媒体21采用上下由中间层2夹住的记录层1为一层的单层结构。一层的记录层1例如只由厚80nm的Bi2O3记录膜构成,作为中间层例如采用UV硬化树脂。
在记录时记录灵敏度的变化与HtoL的情况相同,因此如上述控制光源的功率即可。因为再生的情况不同,所以进行以下阐述。虽未图示,但是若信息记录媒体21有温度上升,则LtoH的设计下反射率增加,因此若使再生功率减少该增加部分,再生光的波长变长,则如图11所示,反射率反而处于降低的倾向,因此使再生功率增加该降低部分,通常信息记录媒体21的温度变化和再生光的波长变动同时发生,因此需要按照总体上再生光的功率进入10%的功率容限内的方式进行控制。
这里,在再生时,将从基准状态起的再生光的波长变动量设为Δλ,信息记录媒体或其周围的从上述基准状态起的温度变化量设为ΔT,各自的比例系数设为k1、k2,上述基准状态时的光源的功率设为p0。上述信息记录媒体为LtoH的特性时,按照上述光源的功率P满足0.9P0(k1Δλ)/(k2ΔT)≤P≤1.1P0(k1Δλ)/(k2ΔT)的方式进行控制。另外,上述信息记录媒体为HtoL的特性时,按照上述光源的功率P满足0.9P0(k2ΔT)/(k1Δλ)≤P≤1.1P0(k2ΔT)/(k1Δλ)的方式进行控制。通过如此控制,能够使再生灵敏度大致一定。还有,在图10中k1=1.1,另外再生时也可以设定为与记录时的情况相同的值的k1=1.08,k2=0.054。
作为其他优选的记录再生方法,首先,在初期对信息记录媒体21进行试写,光源功率控制部28基于此决定基准状态的光源20的功率。在此,以基准状态的来自波长检测部26和媒体温度检测部27的各自的输出作为基准输出1、基准输出2。无论是来自上述波长检测部26和上述媒体温度检测部27的输出的哪一个,相对于上述基准输出都是某一定程度上的预定值,例如超过10%以内的功率容限时,对上述信息记录媒体21再进行试写,光源功率控制部28基于此变更光源功率。根据此方法,能够正确地修正信息记录媒体21的灵敏度变化,进行稳定地记录再生。
本实施方式的光学信息记录再生装置的光源功率控制部28,具有存储部34,该存储部34存储与波长检测部26和媒体温度检测部27的各自的输出相应的光源20的功率的控制方法,基于上述光源20的功率的控制方法来控制上述光源20的功率。例如若使上述的比例系数k1、k2和功率的控制范围等存储在记录部34中则有效。
本实施方式的信息记录媒体21,根据激光的波长变动和信息记录媒体21或其周围的温度变化,记录与记录灵敏度或再生灵敏度的变化相关的灵敏度信息。例如,在距物镜最远的记录层(图1中为1f)中记录有作为光盘信息的一个的、灵敏度信息。由此可知,相对于来自波长检测部26和媒体温度检测部27的各自的输出,信息记录媒体21的灵敏度变化,与其他信息记录媒体相区别,由光源功率控制部28控制光源20的功率,能够稳定地进行记录再生。另外,通过在距物镜最远的记录层1f上进行记录,即使面对环境变化也能够稳定读取。
作为灵敏度信息,也可以预先记录仅表示有关相对于激光的波长变动和信息记录媒体或其周围的温度变化而记录灵敏度或再生灵敏度是否变化的信息。由此,与灵敏度没有变化的其他信息记录媒体加以区别。此外,灵敏度信息也可以包含相对于激光的波长变动和信息记录媒体或其周围的温度变化的、记录灵敏度或再生灵敏度的变化的关系,即,比例系数k1、k2和功率的控制范围等。通过使信息记录媒体21存储比例系数k1、k2和功率的控制的范围,所具有的效果是,即使呈现吸收端偏移的材料改变,也能够依照该材料正确地控制光源20的功率。
(实施方式2)
接下来,对于本发明的实施方式2的光学信息记录再生装置,使用图12,重点地说明与上述实施方式1的光学信息记录再生装置不同的点。图12图是表示本发明的实施方式2的光学信息记录再生装置100a的构成和对信息记录媒体进行信号的记录、再生的情况的说明图。
与上述实施方式1的光学信息记录再生装置不同的点,是波长检测部的结构。实施方式2的光学信息记录再生装置100a的波长检测部26a具有的结构是,使对光源20或者其周围的温度或温度变化进行检测的热敏电阻等的温度传感器与光源20部热密接而设置。波长检测部26a不是直接检测记录光或再生光的波长或其波长变动,而是检测光源20或其周围的温度,从而推定波长变动的值。
如前述,使用GaN材料的蓝紫色半导体激光器,若温度升高1℃,则波长变长约0.05nm,因此例如设温度变化的值为Δt,则波长变动的值由0.05Δt表示,例如如果Δt=20℃,则波长变动的值能够推定为1nm,因此通过检测温度变化,能够推定波长变动的值。
在本实施方式的光学信息记录再生装置100a中,波长检测部可以只是温度传感器,因此不需要实施方式1的光学信息记录再生装置100中的波长检测用的衍射光学元件和波长检测用的光检测器,光学上的结构变得简单。
以上,对于实施方式1~实施方式2的光学信息记录再生装置、记录再生方法和信息记录再生媒体进行了说明,但本发明并不限于这些实施方式,组合各个实施方式的光学信息记录再生装置、记录再生方法和信息记录再生媒体的构成也包含在本发明中,能够起同样的效果。
还有,上述实施方式中使用的物镜、准直透镜和检测透镜是为了方便而命名的,一般能够称为透镜。
另外在上述实施方式中,作为信息记录媒体例举光盘进行了说明,但只要是利用吸收端偏移现象的媒体即可,也可以是卡状、鼓状和带状的媒体。另外,对于这些媒体等的厚度和记录密度等彼此不同的多种媒体进行记录再生的信息记录再生装置也包含在本发明的范围中。
产业上的利用可能性
本发明在利用吸收端偏移现象进行记录再生的光学信息记录再生装置和记录再生方法,以及包括会产生吸收端偏移现象的材料在内的信息记录媒体的领域特别有用。