JP2006031936A - 光学的情報記録方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 書き換え可能な複数の情報記録層を有する光学的情報記録媒体に、情報信号を良好に記録する。
【解決手段】 記録すべき情報信号に対応した記録パルスの波形を定めた複数種類の記録パルス制御規則を、光ディスク１に予め記録しておく。光ディスク１への記録時には、光の入射側から最も遠い第１の情報記録層２１よりも、光の入射側に近い第２の情報記録層２３の方が、光ビームの集光による記録層の温度変化が時間的により急冷になるような記録パルスを用いて情報を記録する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、情報記録層を複数有する光学的情報記録媒体と、これに情報を記録するための光学的情報記録方法および光学的情報記録再生装置に関する。

近年、映像もしくは音声信号などの情報信号を記録再生できる光ディスクの開発が盛んである。なかでも情報記録層を２層積層して記録容量を２倍にした光ディスクは、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）として再生専用のものが既に商品化されている。このような複数の情報記録層を有する光ディスクでは、例えば特開昭５４−１３０９０２号公報（特許文献１）に記載されているように、入射光源側からみて遠い方にある記録層に十分な光量を到達させるため、手前の記録層を半透明にしている。

一方、高密度な記録が可能な光ディスク媒体の一つに相変化型光ディスクがある。相変化型光ディスクへのデータの記録は、レーザ光を直径１μｍ以下のビームスポットに絞って回転するディスクに照射し、記録膜を加熱融解させることで行う。その記録レーザ光の強弱により記録膜の到達温度及び冷却過程が異なり、結晶状態とアモルファス状態の間で記録膜の相変化が起こる。

レーザ光が強い時は（これをピークパワーレベルと呼ぶ）、記録膜が融点以上に熱せられて溶融してから急速に冷却するのでアモルファス化する。レーザ光が中程度の強さの時は（これをバイアスパワーレベルと呼ぶ）、記録膜が結晶化温度よりも高く融点よりも低い状態に保たれるので結晶化する。アモルファス化した部分をマークと呼び、結晶化した部分をスペースと呼ぶことにする。このマークとスペースの長さに情報を持たせてデータを記録する方法をマークエッジ記録方式と呼ぶ。相変化光ディスクは、記録膜がアモルファス状態であっても結晶状態であっても、ピークパワーレベルで溶融させてマークを形成することができるので、一つのビームスポットで古いデータの消去と新しいデータの記録を同時に行うこと、即ちダイレクトオーバライトが可能である。

再生は、記録膜が相変化を起こさない程度に弱いレーザ光を照射し、その反射光の強さをフォトディテクタで検出する。記録膜の材料や保護層との構成により、アモルファス化したマーク部分の反射率を結晶化したスペース部分の反射率と大きく変えることができ、これにより、マーク部分とスペース部分の反射光量の違いを検出して記録データの再生信号を得ることができる。

このような相変化光ディスクを前述の２層光ディスクに適用するため様々な提案がなされている。例えば、特開２０００−３１１３４６号公報（特許文献２）においては、各記録層によって記録層が異なるためレーザ光の記録パワーを各層毎に最適化することが提案されている。また、特開２０００−２６００６０号公報（特許文献３）においては、結晶化促進膜および光学的なエンハンス膜を適用することにより、手前の記録層に反射膜を利用しなくても安定して非晶質・結晶間の変化を生じさせ情報を記録することを可能にする技術が提案されている。
特開昭５４−１３０９０２号公報 特開２０００−３１１３４６号公報 特開２０００−２６００６０号公報

しかし、特開昭５４−１３０９０２号公報（特許文献１）においては再生専用の検討が主で、光透過、吸収、反射率が実用上十分な値となる書き換え可能な媒体の検討は十分でなかった。特開２０００−３１１３４６号公報（特許文献２）に開示された技術においては、同一パターンの記録パルスを複数の記録層に対して用い、ピークパワーを層毎に最適化しているに過ぎなかった。また、特開２０００−２６００６０号公報（特許文献３）に開示された技術では、光ディスクの構成が複雑化するので生産工程が増えるという課題がある。

本発明は以上の点を考慮してなされたものであって、複数の書き換え可能な情報記録層を有し、情報信号を良好に記録することのできる光学的情報記録媒体と、光学的情報記録媒体に情報信号を良好に記録するための方法および装置を提供することを目的としている。

前記目的を達成するため、本発明に係る光学的情報記録方法は、光ビームの集光による局所的な温度変化によって物理的な状態の変化を生じる記録層を有する情報記録層をＮ層（Ｎは２以上の整数）備えた光学的情報記録媒体に情報信号を記録する光学的情報記録方法であって、記録パルスの波形を定めた複数の記録パルス制御規則から、記録しようとする情報記録層に応じた記録パルス制御規則を選択するステップと、選択された記録パルス制御規則で定められた記録パルスに応じて前記光ビームの強度を変調することにより、前記記録層に情報信号を記録するステップとを含み、前記Ｎ層の情報記録層のうち、入射側から最も遠い層を第１の情報記録層とし、入射側に近い方へ順に第２、…第Ｎの情報記録層とすると、前記第２、…Ｎの情報記録層への記録時に選択される記録パルス制御規則は、第１の情報記録層と同一の熱特性を有する情報記録層への記録に適用した場合に、前記第１の情報記録層への記録時に選択される記録パルス制御規則に比べて、記録層の温度変化を冷却時により急峻とする記録パルス波形に対応することを特徴とする。

本発明に係る光学的情報記録再生装置は、光ビームの集光による局所的な温度変化によって物理的な状態の変化を生じる記録層を有する情報記録層をＮ層（Ｎは２以上の整数）備えた光学的情報記録媒体に情報信号を記録する光学的情報記録再生装置であって、記録パルスの波形を定めた複数の記録パルス制御規則から、記録しようとする情報記録層に応じた記録パルス制御規則を選択する規則選択部と、選択された記録パルス制御規則で定められた記録パルスに応じて強度を変調した光ビームを照射することにより、前記記録層に情報信号を記録する光学記録部とを備え、前記Ｎ層の情報記録層のうち、入射側から最も遠い層を第１の情報記録層とし、入射側に近い方へ順に第２、…第Ｎの情報記録層とすると、前記第２、…Ｎの情報記録層への記録時には、前記規則選択部が、第１の情報記録層と同一の熱特性を有する情報記録層への記録に適用した場合に、前記第１の情報記録層への記録時に選択される記録パルス制御規則に比べて、前記光ビームの集光による記録層の温度変化を冷却時により急峻とする記録パルス制御規則を選択することを特徴とする。

本発明に係る光学的情報記録媒体は、光ビームの集光による局所的な温度変化によって物理的な状態の変化を生じる記録層を有する情報記録層をＮ層（Ｎは２以上の整数）備え、光ビームの強度の変調により情報信号が記録される光学的情報記録媒体であって、前記光ビームを変調させる記録パルスの波形を定めた記録パルス制御規則情報があらかじめ格納されるコントロールデータ領域を備え、前記Ｎ層の情報記録層のうち、入射側から最も遠い層を第１の情報記録層とし、入射側に近い方へ順に第２、…第Ｎの情報記録層とすると、前記第２、…Ｎの情報記録層に用いる記録パルス制御規則は、第１の情報記録層と同一の熱特性を有する情報記録層に用いた場合に、前記第１の情報記録層に用いる記録パルス制御規則に比べて、前記光ビームの集光による記録層の温度変化を冷却時により急峻とすることを特徴とする。

以下、適宜図面を参照しながら本発明の実施の形態を詳述する。尚、以下の実施の形態においては、光学的情報記録媒体として、実反射率の変化によって記録を行う相変化型の記録材料を用い、２つの情報記録層を有する光ディスクを例に挙げて説明する。

図１に、本発明の一実施形態にかかる光ディスク装置の構成を示す。この光ディスク装置１９は、光ディスク１を用いて情報の記録再生を行う。光ディスク１は、第１の情報記録層２１及び第２の情報記録層２３を有し、各情報記録層には情報トラックが形成されている。光ヘッド４によるレーザの照射によりデータの記録及び再生が行われる。

光ディスク装置１９は、光ヘッド４、再生アンプ５、再生信号処理回路６、フォーカス制御回路７、トラッキング制御回路８、システムコントローラ９、記録信号処理回路１０、パルス設定回路１１およびレーザ駆動回路１２を備えている。

光ヘッド４は、図示しない半導体レーザおよび対物レンズによって、光ディスク１の第１もしくは第２の情報記録層上に再生強度のレーザ光を照射する。光ヘッド４は、また、光ディスク１から反射してきたレーザ光を受光する。

再生アンプ５は、光ヘッド４から出力される光検出信号を増幅して再生信号として出力する。再生信号処理回路６は、再生アンプ５から与えられる再生信号に対し、波形等化、２値化、同期、復調、デコード等を行い、映像、音響もしくはコンピュータデータ等のディジタルデータとして外部のホストコンピュータ１４へ出力するか、もしくは図示しないＤＡコンバータを介してアナログ映像音声信号として外部に出力する。

フォーカス制御回路７は、光ヘッド４から照射されたレーザースポットを、第１の情報記録層２１もしくは第２の情報記録層２３上に位置制御し、トラッキング制御回路８はスポットを情報トラック上に位置制御する。

記録信号処理回路１０は、ホストコンピュータ１４からの映像、音響またはコンピュータデータ等の記録データを受け取り、エンコードおよび変調を施し、２値化データとして出力する。パルス設定回路１１は２値化データを所望の変換規則に応じて記録パルスに変換して出力する。レーザ駆動回路１２は、受け取った記録パルスに応じて、光ヘッド４の半導体レーザに駆動電流を出力し、光ヘッド４から記録強度のレーザ光を照射させる。

システムコントローラ９は、再生信号処理回路が出力する再生データから、レーザースポットの現在位置を表すアドレス情報を得ると共に、所望の情報記録層の情報トラックにレーザースポットが位置するよう、フォーカス制御回路７およびトラッキング制御回路８に制御信号を出力する。また、光ヘッド４が再生用または記録用の光強度でレーザ光を照射するよう、レーザ駆動回路１２に制御信号を出力する。さらに、情報記録層の種類に応じて異なる変換規則を選択するよう、パルス設定回路１１に制御信号を出力する。

ホストコンピュータ１４は、光ディスク装置１９の外部にあって、ディジタル映像音響データやコンピュータデータなどの情報信号及び制御データの入出力を行う。

図２は、本発明の実施の形態において使用される光ディスク１の積層構成の概略を示す半径方向の断面図である。この光ディスクには、２つの情報記録層が備えられる。同図に示すように、光ディスクにおいて、支持基板２０上に、第１の情報記録層２１、光学分離層２２、第２の情報記録層２３および光透過層２４が順次積層される。光学分離層２２を介在して設けられる２つの情報記録層２１、２３は、それぞれ複数の光学薄膜からなり、情報はこれらの情報記録層に記録される。

第１の情報記録層２１は、第１の反射層２５、保護層２６、界面層２７、第１の記録層２８、界面層２９、保護層３０が順次積層されたものである。また、第２の情報記録層２３は、第２の反射層３１、保護層３２、界面層３３、第２の記録層３４、界面層３５および保護層３６が順次積層されたものである。記録及び再生を行うレーザ光は光透過層２４の側から入射させる。

支持基板２０は、ポリカーボネート、ＰＭＭＡなどの樹脂板、紫外線硬化樹脂、ガラス板、または無機材料などからなり、基板の表面は、スパイラルまたは同心円状の連続溝（案内溝，トラック）で覆われている。支持基板２０の上に第１の情報記録層２１を成膜した後、表面がスパイラルまたは同心円状の連続溝（案内溝，トラック）で覆われた光学分離層２２を２Ｐ法で形成し、さらにその上に第２の情報記録層２３を成膜する。その後、光透過層２４がスピンコート法もしくは樹脂シート等で形成される。

保護層２６、３０、３２、３６の材料は、物理的・化学的に安定であること、即ち、第１の記録層２８や第２の記録層３４に適用した材料よりも、融点及び軟化温度が高く、かつ記録層材料と固溶体を作らないことが望ましい。例えば、Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯx、Ｔａ2Ｏ5、ＭｏＯ3、ＷＯ3、ＺｒＯ2、ＺｎＳ、ＡｌＮx、ＢＮ、ＳｉＮx、ＴｉＮ、ＺｒＮ、ＰｂＦ2、ＭｇＦ2などの誘電体またはこれらの適当な組み合わせからなる。また、保護層２６、３０及び保護層３２、３６を異なる材料で形成すると、熱的及び光学的なディスク設計の自由度が大きくなる利点がある。もちろん同一材料で形成してもよい。

界面層２７、２９、３３、３５は、その両隣の層を構成する元素の相互拡散を抑制するために設けられた窒化物または炭化物の薄膜であり、例えば一般式Ｘ−ＮやＸ−Ｏ−Ｎで表される材料である。但し、ＸはＧｅ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｔｅのうち少なくとも１つの元素を含む材料が好ましいが、必須ではない。この界面層を設けることにより、第１及び／または第２の記録層２８、３４を構成する元素と、保護層２６、３０、３２、３６の誘電体層を構成する元素との相互拡散が抑制され、記録消去の繰り返し特性が向上する。界面層の効果に関しては、例えば特開平４−５２１８８号公報などに詳細な記載がなされている。

第１の記録層２８と第２の記録層３４の材料は、結晶状態と非晶質状態との間で構造変化をおこす物質であればよく、例えばＴｅ、ＩｎまたはＳｅなどを主成分とする相変化材料である。よく知られた相変化材料の主成分としては、Ｔｅ−Ｓｂ−Ｇｅ、Ｔｅ−Ｇｅ、Ｔｅ−Ｇｅ−Ｓｎ、Ｔｅ−Ｇｅ−Ｓｎ−Ａｕ、Ｓｂ−Ｓｅ、Ｓｂ−Ｔｅ、Ｓｂ−Ｓｅ−Ｔｅ、Ｉｎ−Ｔｅ、Ｉｎ−Ｓｅ、Ｉｎ−Ｓｅ−Ｔｅ、Ｉｎ−Ｓｂ、Ｉｎ−Ｓｂ−Ｓｅ、Ｉｎ−Ｓｅ−Ｔｅなどが挙げられる。これらの第１及び第２の記録層２８及び３４は通常非晶質状態で成膜され、レーザ光などのエネルギーを吸収して結晶化し、光学定数（屈折率ｎ、消衰係数ｋ）が変化する。

光学分離層２２は、第１の情報記録層２１と第２の情報記録層２３の間に配置される中間層であり、第１の情報記録層と第２の情報記録層とをそれぞれ再生する場合に、他の情報記録層からの再生信号の影響が無視しうるほど小さくなるようにするために設けられる。光学分離層２２の厚さは、通常１０μm以上５０μm以下、望ましくは２０μm以上４０μm以下である。光学分離層２２に供する材料は、第１の情報記録層２１に信号を記録・再生するために照射するレーザ光の波長に対して透明な材料であればよい。材料は、例えばエポキシ系の紫外線硬化樹脂などや、光ディスク貼り合わせ用のシート状両面テープなどである。

第１の反射層２５および第２の反射層３１は、Ａｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ａｇなどの金属元素またはこれらの合金からなる。第１の反射層２５は、第１の記録層２８への光吸収効率を高める働きをするため、備えることが好ましい。第２の反射層３１は、第２の情報記録層２３の再生信号用の光量を確保するために備えることが望ましいが、第１の情報記録層２１へ記録再生を可能にするため、レーザ光が一部透過することが必須である。この第２の反射層３１は無くても良いが、その場合、十分な反射光が第２の情報記録層２３から得られるよう、残りの層の材料や厚みを選択する必要がある。

上述の第１の記録層２８、第２の記録層３４、保護層２６、３０、３２、３６、界面層２７、２９、３３、３５、第１の反射層２５、第２の反射層３１などの各層の形成としては、通常、電子ビーム蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法、レーザスパッタリング法などが適用される。

次に、上記のように構成された光ディスク装置１９の動作について、図１に戻って説明する。

まず光ディスク１が装着されると、ホストコンピュータ１４は、再生モードを示すコマンドをシステムコントローラ９に送る。システムコントローラ９は、再生モードを示すコマンドに対応して制御信号を図示しないスピンドルモータ、フォーカス制御回路７，トラッキング制御回路８およびレーザ駆動回路１２に出力する。スピンドルモータが光ディスク１を回転させ始めた後、レーザ駆動回路１２は再生モードとなり、光ヘッド４から一定の再生パワーレベルのレーザ光を照射させる。システムコントローラ９はまた、図示しない移送モータに制御信号を送り、ビームスポットが光ディスク１のコントロールデータ領域上に来るよう、光ヘッド４をディスク半径方向に移動させる。

次にビームスポットの焦点方向（フォーカス方向）の位置制御が行われる。即ちシステムコントローラ９からの制御信号に応じてフォーカス制御回路７が第１もしくは第２の情報記録層を選択し、その上にビームスポットが移動される。その後、トラッキング制御回路８によって、ディスク半径方向（トラッキング方向）の位置制御が行われる。ビームスポットのフォーカス方向の位置制御は、非点収差法等の一般的なフォーカス制御によって実現され、トラッキング方向の位置制御はプッシュプル法などの一般的なトラッキング制御法によって実現されるので、各々の説明は省略する。これらの位置制御により、情報トラックをビームスポットが追従可能となる。

コントロールデータ領域には、各々の情報記録層に最適な記録パルス波形に関する記録パルス制御規則の情報が、凹凸ピット、案内溝の蛇行、又はアモルファス記録マークの状態で予め格納されており、これらによって変調されたレーザ光は光ヘッド４に戻る。記録パルス制御規則とは、記録されるべき２値化データのビット１またはビット０の続く区間の長さに対応して、所定の長さの記録マークを情報トラックに書き込むために、記録パルスの個数、高さ、幅もしくは出力タイミングを定めたもので、記録ストラテジとも呼ばれる。各情報記録層のコントロールデータ領域に格納されている記録パルス制御規則情報は、当該情報記録層に適した記録パルス制御規則そのものであっても良いし、当該情報記録層に適した記録パルス制御規則を特定するための番号などであっても良い。後者の場合は、光ディスク装置１９に、番号を付けた記録パルス制御規則を予め格納しておき、記録時に、記録しようとする情報記録層のコントロールデータ領域から読み出した記録パルス制御規則情報に対応する記録パルス制御規則を、光ディスク装置１９に格納されている記録パルス制御規則の中から選択することとなる。また、各情報記録層のコントロールデータ領域には、当該情報記録層への記録に適した少なくとも１つの記録パルス制御規則の情報を格納しておけば良い。

光ヘッド４へ戻ったレーザ光は、光ヘッド４の光検出器で受光されて電気信号に変換され、同信号は再生アンプ５で増幅された後、再生信号として再生信号処理回路６へ出力する。再生信号処理回路６はアナログの再生信号を波形等化、２値化、同期、復調、デコード等を行い、コントロールデータを抽出してシステムコントローラ９へ出力する。システムコントローラ９は得られたコントロールデータを基に、前述の記録パルス制御規則を光ディスク装置１９の半導体メモリなどから読み出し、パルス設定回路１１へ記録パルス制御規則を送出する。

ここで、本実施の形態における記録パルス制御規則について、図３を参照しながら説明する。同図において、（ａ）はパルス設定回路１１に入力される記録データを２値で示した波形図であり、ＨｉレベルとＬｏレベルの２値になっている。後述するが、ディスク上ではＨｉレベルの区間をマークで、Ｌｏレベルの区間をスペースで表すようにする。（ｂ）はパルス設定回路１１が出力する記録パルスの波形図で、一つの記録マークに対して単一または複数の短パルス列が対応している。スペースの区間は強度Ｐｂ（バイアスパワーと呼ぶ）に対応したレベルに保持される。次に、各マークに対応したパルス列の中で、最初の強度Ｐｐ（ピークパワーと呼ぶ）のパルスをファーストパルス、残りの櫛状のパルス（強度Ｐｐ）をサブパルス、最後のサブパルスの後に続く強度Ｐｃ（クーリングパワーと呼ぶ）のパルスを冷却パルスと呼ぶ。サブパルス間は強度Ｐｂｏ（ボトムパワーレベルと呼ぶ）に保たれるがここではバイアスパワーＰｂに等しいものとする。（ｃ）は記録層に形成された記録マークを真上から見た模式図である。

また、同図において左側は第１の情報記録層２１に情報信号を記録する場合であり、右側は第２の情報記録層２３に情報信号を記録する場合である。同一の２値化データに対する記録パルス制御規則は両者で異なっており、後者の方が前者に比べて、記録時において記録層の材料がレーザ光によって加熱高温になった後、急激に温度が下降するような記録パルス波形になっている。即ち同図の（ｂ）において、左側の波形（記録波形Ａ）では、発光強度がバイアスパワー（Ｐｂ）とＰｂより高いピークパワー（Ｐｐ）との間で切り替わって変化しているのに対し、右側（記録波形Ｂ）ではＰｂよりも更に低いクーリングパワー（Ｐｃ）で発光する区間が、最初のパルスまたは短パルス列の最後に追加されている。これを冷却パルスと呼ぶ。これにより、照射パワーが強度Ｐｐの直後に強度Ｐｃまで低下するため、強度Ｐｂまでしか下がらない左側の波形に比べて、高温状態からの温度低下が急激になるようになっている。

記録パルス制御規則がこのように異なっている理由は以下の通りである。複数の情報記録層を有する光ディスクにおいては、レーザ光の入射側から見て奥の情報記録層に光を到達させるために、手前の情報記録層は半透明にすることが必須である。そのためには、通常、手前の情報記録層の反射層や記録層を薄くしたり、或いは削除する必要がある。ところが、反射層はレーザ光を反射するだけでなく、ヒートシンクとして高温化した記録層を急激に常温へ戻す役割も持っている。従って、反射層を薄くした或いは取り除いた状態では、情報記録層全体の放熱特性が低下する。一方、奥の情報記録層は半透明にする必要がないので、反射層を厚くでき、放熱効果を十分大きくできる。

このため本実施の形態では、第１の情報記録層２１と第２の情報記録層２３とで記録パルス制御規則を異なるものとし、かつ、前者より後者における記録パルスの方が、強度Ｐｐのパルスの直後に発光強度を大きく減少させるようになっている。従って、第２の情報記録層２３自体の低い放熱特性が補償され、両者の記録時の冷却速度が実質的に同等になり、同一の記録層材料や層構成を用いても、両方の情報記録層において同じような記録マークを形成できる。発光強度Ｐｃは記録マークの形成に必要な冷却速度と第２の情報記録層２３の熱特性を勘案して予め決められる。

ここで、光ディスク装置１９が光ディスク１へ情報を記録する際の動作を説明する。システムコントローラ９は、ビームスポットが、光ディスク１において記録しようとする情報記録層に設けられた記録学習領域のトラックに来るよう、光ヘッド４を移動させる。次に、記録信号処理回路１０及びパルス設定回路１１に記録学習用のテストパターンデータを出力するよう制御信号を送る。レーザ駆動回路１２からの駆動パルスに基づいて、光ヘッド４は各パワーレベルの間で変調されたレーザ光を放射し、記録層上にテストパターンに対応したマークが記録される。テストパターンの記録が終わると、システムコントローラ９は再生モードに移り、制御信号をレーザ駆動回路１２に送り、光ヘッド４が照射するレーザ光の強度を再生パワーレベルまで下げる。その後、光ヘッド４のアクチュエータを制御して、ビームスポットを、記録層に記録されたテストパターンの位置まで戻す。記録されたテストパターンへ照射されたレーザ光は、テストパターンによって変調されたあと光ヘッド４へ戻り、光検出器に受光されて再生信号として出力される。再生信号処理回路６は、再生アンプ５で増幅された再生信号に対し、波形等化、２値化、同期、復調、デコード等を行う。同時に再生信号処理回路６は、再生信号の変調度、誤り率、同期ジッター或いはエッジシフト等を測定する。以上のテストパターンの記録と再生を発光強度Ｐｐ或いはＰｂを変えながら繰り返し、変調度、誤り率或いはジッターが所望のしきい値以下になると、システムコントローラ９は記録学習工程を終了させる。

この時、パルス設定回路１１は、各情報記録層毎の学習工程において最初の試し書きを行うとき、その情報記録層のコントロールデータ領域から読み出した記録パルス制御規則情報に基づいて選択した記録パルス制御規則を用いる。第２の情報記録層２３において学習する時は、第１の情報記録層２１よりも記録層における温度変化がより急冷になるような記録パルス制御規則を用いる。また、第２の情報記録層２３における記録学習の結果、変調度、誤り率やジッター等の測定対象が許容範囲に収まらなかった場合は、複数ある記録パルス制御規則のなかからもっと急冷な記録パルス制御規則を選択して記録学習を再実行しても良いし、最初から最も急冷な記録パルス制御規則から順に学習を繰り返しても良い。また、光ビームの照射パワーだけでなく、各記録パルスのエッジ位置を目標とするマークの長さに応じて微調整するなど、記録パルス波形の時間軸方向の学習を行えば（すなわちＴｐ、Ｔｓ等のパラメータについても学習を行えば）、更に記録信号の品質が向上する。また、イコライザー等の再生信号処理回路の周波数特性の最適化を行っても良い。

このようにして記録のレーザ光強度が決まった後、情報信号の記録モードに移行する。システムコントローラ９は、記録信号処理回路１０、パルス設定回路１１及びレーザ駆動回路１２に情報信号の記録モードであることを知らせると共に、記録しようとする情報記録層の情報信号領域までビームスポットを移動させる。ビームスポットの位置制御が終了すると、ホストコンピュータ１４から出力された記録すべき情報、例えば、ディジタル化された映像音声データもしくはコンピュータデータなどの情報信号は、記録信号処理回路１０、パルス設定回路１１を経て、マルチパルス化された変調データとしてレーザ駆動回路１２に送られる。レーザ駆動回路１２は、光ヘッド４からレーザ光を発光させ、光ディスク１上に適切な長さの記録マークが形成される。

一方、情報信号の再生は、次のように行われる。光ディスク１に照射されたレーザ光は、記録マークによって変調を受け、光ヘッド４に戻り、再生アンプ５を経て再生信号処理回路６に送られる。再生信号処理回路６は、波形等化、２値化、同期、復調、誤り訂正を施し、再生データとしてホストコンピュータ１４に出力する。

次に、実際に図１の装置を用いて図２の光ディスクに情報信号を記録し、これを再生した。記録と再生に用いたレーザ光は波長４００ｎｍのＧａＮ系半導体レーザであり、光ヘッド４の対物レンズのＮＡは０．８５とした。情報信号は８−１６，ＲＬＬ（２，１０）の変調方式で変調して記録した。ジッタは、再生信号を２値化した後に、再生ＰＬＬのクロック信号との差を測定し、基準クロック周期Ｔとの比をパーセント表示した。ジッタの測定には横河電機（株）のＴＡ５２０を使用した。ジッタの許容値については、例えばＤＶＤ規格においては９％以下となっており、本実施の形態でもこの値を許容できるジッタ値の目安にする。基準クロック周期Ｔは１３．６ｎｓｅｃ、記録及び再生の線速度は５．０ｍ／ｓ、最短の記録マークピッチは０．２０μｍとした。光ディスク１の作製は以下のようにした。支持基板２０として、直径１２０ｍｍ、厚さ１．１ｍｍのポリカーボネート板を用い、表面にスパイラル状の幅０．２２ｕｍ、ピッチ０．３２ｕｍ、深さ２２ｎｍの溝を形成した。第１の情報記録層２１はこの支持基板２０の表面上に、ＡｇＰｄＣｕからなる第１の反射層２５を１００ｎｍ、ＺｎＳ−ＳｉＯ2からなる保護層２６を１５ｎｍ、ＧｅＮからなる界面層２７を５ｎｍ、ＧｅＳｂＴｅからなる第１の記録層２８を１２ｎｍ、ＧｅＮからなる界面層２９を５ｎｍ、ＺｎＳ−ＳｉＯ2からなる保護層３０を６０ｎｍ、順番に成膜することにより形成した。次に、第１の記録層２８を、レーザ光の照射によりアモルファス状態から結晶状態に変化させて初期化した後、支持基板２０と同様の溝形状を転写した光学分離層２２を形成した。さらに、第２の情報記録層２３としてＡｇＰｄＣｕからなる第２の反射層３１を６ｎｍ、ＺｎＳ−ＳｉＯ2からなる保護層３２を１２ｎｍ、ＧｅＮからなる界面層３３を５ｎｍ、ＧｅＳｂＴｅからなる第２の記録層３４を６ｎｍ、ＧｅＮからなる界面層３５を５ｎｍ、ＺｎＳ−ＳｉＯ2からなる保護層３６を４５ｎｍ、順番に成膜した。成膜後、第２の記録層３４をレーザ光の照射によりアモルファス状態から結晶状態に変化させて初期化した。最後にポリカーボネートからなる光透過層２４を紫外線硬化樹脂により接着した。接着部と光透過層２４の厚みは合わせて８５μｍ、光学分離層２２の厚みは３０μｍとした。本実施の形態の光ディスク１では、Ｐｐ、Ｐｂ、Ｐｃは第１及び第２の情報記録層に対してそれぞれ、約１０、４、４ｍＷ及び８、４、０．６ｍＷで信号を書き換えすることができ、再生パワーは約０．６ｍＷであった。上述した構成のディスクで、第１の情報記録層２１の反射率は約２０％、第２の情報記録層２３の反射率と透過率はそれぞれ約６％と約５０％と良好であった。よって、第２の情報記録層２３を通して得られた第１の情報記録層２１の実効反射率は、約５％であった。

（表１）は以上の条件で情報信号を記録後再生した時の各情報記録層の再生信号ジッタの測定値である。第２の情報記録層２３では、図３に示した記録波形Ａを用いても９％以下のジッタが得られないのに対し、記録波形Ｂを用いた場合９％以下の良好なジッタ値が得られている。これに対し第１の情報記録層２１では、記録波形Ａを用いると９％以下のジッタが得られるが、記録波形Ｂを用いるとそれより高いジッタ値を示している。

図４及び図５は本発明の実施の形態における記録パルス波形の他の例を表す波形図である。同図において、(ａ)は最も短い記録マークに対応した記録パルス、（ｂ）は比較的長い記録マークに対応した記録パルスを示している。ＣからＩの列はそれぞれ異なった記録パルス制御規則に基づいた場合の記録パルスである。これらの記録パルスは、全て図３に示した記録パルスＡより、第２の情報記録層２３に対して用いた場合に、より急冷になるよう設計されている。

まず、波形Ｃは図３の記録パルス波形Ｂのサブパルス間をバイアスパワーレベルＰｂよりも低いＰｃまで落としたことによって、波形Ｂよりもより急冷にしたものである。ここで、先頭パルス及び冷却パルスの長さ（時間）をそれぞれＴｐ及びＴｃ、サブパルス及びサブパルス間の長さ（時間）をそれぞれＴｓ及びＴｂとする。レーザの照射強度即ちパルス高は、先頭パルス及びサブパルスにおいてはＰｐ１、冷却パルス及びサブパルス間においてはＰｃ、その他の区間ではＰｂである。波形Ｄは、Ｔｐ及びＴｓが図３の記録パルス波形Ａに比べて短く、かつ、それらのパルス高Ｐｐ２が波形ＡのピークパワーレベルＰｐ１より高い。Ｔｂは波形Ａに比べて長くなり、冷却効果も助長されている。波形Ｃ及び波形Ｄは波形Ａに比べてより記録膜の溶融後の温度低下が急激になるよう考慮されているので、第２の情報記録層２３にこれらの波形を、第１の情報記録層２１に波形Ａをそれぞれ適用することにより、どちらの層に対しても情報信号を良好に記録することができる。

次に図４の波形Ｅは波形Ｃに比べてＴｃが長くなっている。また、波形Ｆは冷却パルス高Ｐｃ及びボトムパルス高Ｐｂｏが波形Ｃに比べて低くなっている。さらに図５において波形Ｇは、波形Ｃに比べて先頭パルスが細くなっている。波形Ｈは、先頭パルスの直後のボトムパルスの長さが長くなっている以外は波形Ｇと同じである。波形Ｉは、波形Ｄのサブパルス間をＰｃまで落としかつ冷却パルスを追加している。以上の波形Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ及びＩは全て波形Ｃに比べて、より急速に記録膜が冷却されるような波形になっている。従って、第１の情報記録層２１に波形Ｃを適用し、第２の情報記録層２３に波形Ｅ、Ｆ、Ｇ、ＨまたはＩを適用してもよい。さらに、これらの波形の中から冷却効果の異なる波形を選択し、より急速に冷却可能なパルスを第２の情報記録層２３に使っても良い。この場合、第１の情報記録層２１にも比較的熱伝導効率の低い記録材料もしくは層構成を適用できるので、光ディスク１の設計自由度が増す。

表２に光ディスク１のコントロールデータ領域に格納されるべき記録パルス制御規則情報の一例を示す。同表では、第１および第２の情報記録層２１，２３においてそれぞれ使用されるべき記録パルスの具体的なパラメータを示している。同表において、Ｐｐ、Ｐｂ，Ｐｃ、Ｔｐ，Ｔｓ，Ｔｂ及びＴｃは、図３から図５で示した記号と同じ物である。Ｐｐ、Ｐｂ及びＰｃの列の数字は記録パルスの高さで、ｍＷを単位としたレーザ光のパワーであり、Ｔｐ，Ｔｓ，Ｔｂ及びＴｃは記録パルスの幅で、ｎｓｅｃを単位としている。同表では、第１の情報記録層に対しては表中のパラメータで表される記録パルス波形、即ち波形Ａを用い、第２の情報記録層に対しては表中のパラメータで表される記録パルス波形、即ち波形Ｂを使用することを示している。表３は記録パルス制御規則情報の他の例である。同表では、第１の情報記録層に対しては表中のパラメータで表される記録パルス波形、即ち波形Ｇを用い、第２の情報記録層に対しては表中のパラメータで表される記録パルス波形、即ち波形Ｉを使用することを示している。なお、Ｔｐ，Ｔｓ，Ｔｂ及びＴｃはパルス幅の絶対値で表すだけでなく、基準クロック周期の倍数の形式（例えば、１Ｔや０．５Ｔ等）で表しても良い。

また、表２のように記録パルスの各種パラメータそのものを記録パルス制御規則情報として光ディスク１のコントロールデータ領域に格納しておく代わりに、記録パルス波形毎に特有の番号をつけておき、その番号にどのような波形が対応するかを光ディスク装置１９のメモリに記憶しておけば、コントロールデータ領域には波形番号のみ格納しておけばよい。

以上のように、本実施形態では、２つの情報記録層に対してレーザの発光パルスを切り替え、放熱性の低い第２の情報記録層の記録膜に対してより急冷になるよう発光パルスを選択しているので、２つの情報記録層を有する光ディスクに対して記録マークを良好に形成することができる。よって、２層光ディスクの記録品質が向上する。

なお、本実施の形態では光ディスクの構成について図２に示したように反射層の厚みを第１と第２の情報記録層とで異なったものにした場合について説明したが、これに限定されるものではないことはもちろんである。例えば、第２の情報記録層２３での透過率を向上させるために、第２の反射層３１自体を削除した構成でも良いし、厚みは同じで第２の反射層３１の材料を変えて半透明にしたものでも良い。

また、記録パルス制御規則も図３〜図５に示したものに限定されるわけでなく、２種類の記録パルス制御規則があって、かつ、片方が他方よりも記録層内の温度が溶融温度に上昇した後急激に下降するような記録パルス波形になれば良い。

また、上述の実施形態では、各情報記録層のコントロールデータ領域に、それぞれの層の記録パルス制御規則情報が格納されている例を示したが、一つの情報記録層のコントロールデータ領域に、全ての情報記録層の記録パルス制御規則情報を格納しても良い。この場合は、１回のアクセスで全ての情報記録層に対する記録パルス制御規則情報を得ることができるという効果がある。

さらに、本実施の形態は２つの情報記録層を備えた光ディスクの場合について説明したが、３つ以上の情報記録層を有する場合においても、基本的な考えは前者と同様である。即ち、３つ以上の情報記録層があった場合、レーザ光の入射側に最も遠い層以外は透過率を大きくする必要がある。従って、前述したように反射層を薄くする必要があるので、結果的に放熱特性が低下する。よって、レーザ入射側から最も遠い情報記録層に用いる記録パルスに比べて、それ以外の層に用いる記録パルスの方がより急冷になる様に、記録パルス波形を選択すれば、全ての情報記録層に対して良好に情報信号を記録することが可能となる。

図６にその一例として、４つの情報記録層を有する光ディスクを示す。図６において、支持基板２０上に、第１の情報記録層２１、第１の光学分離層３９、第２の情報記録層２３、第２の光学分離層４０、第３の情報記録層４１，第３の光学分離層４２，第４の情報記録層４３および光透過層２４が順次積層される。光学分離層３９、４０及び４２を介在して設けられる４つの情報記録層２１、２３、４１及び４３は、それぞれ複数の光学薄膜からなり、第１の情報記録層２１は、第１の反射層２５、保護層２６、界面層２７、第１の記録層２８、界面層２９、保護層３０が順次積層されたものである。また、第２の情報記録層２３は、第２の反射層３１、保護層３２、界面層３３、第２の記録層３４、界面層３５および保護層３６が順次積層されたものである。さらに、第３の情報記録層４１は、第３の反射層４４、保護層４５、界面層４６、第３の記録層４７、界面層４８および保護層４９が順次積層されたものである。また、第４の情報記録層４３は、第４の反射層５０、保護層５１、界面層５２、第４の記録層５３、界面層５４および保護層５５が順次積層されたものである。記録及び再生を行うレーザ光は光透過層２４の側から入射させる。

同図に示したような４層構成では、入射側から見て最も奥の情報記録層２１は３つの情報記録層４２，４０，３９を通してレーザ光を入射させなければならないので、情報記録層の透過率を手前になるほどより大きくしなければならない。また、各情報記録層からの反射光を実質的に等しくすることが好ましい。このためには奥の情報記録層ほど反射率を高める必要がある。図２の構成では、第２の反射層３１及び第２の記録層３４の厚みをどちらも６ｎｍとしたが、図６の構成では、第３の情報記録層４１では第３の反射層４４及び第３の記録層４７のどちらかをそれよりも薄く、例えば第３の記録層４７を３ｎｍにして透過率を高める、といった構成が考えられる。また、冷却特性は犠牲になるが、第３もしくは第４の反射層を削除して透過率を高めるという構成も考えられる。このように、反射層や記録層の厚みを奥に行くほど厚く、手前に行くほど薄くすることが好ましい。従って、手前の層ほど放熱特性が低下するので、より急峻な記録パルスを用いると良い。一例としては、波形Ｉにおいて、パルス幅ＴｐやＴｓを手前の層ほど細くしたり、または、ピークパワーＰｐ２を手前の層ほど高くすると良い。これにより、記録時の光強度変化が急峻となり、手前の層でも記録層において十分な冷却速度を得ることが出来るので、十分な大きさの記録マークを形成することができる。

なお、他の情報記録層に比べて熱特性が他と大きく異なるのは第１の情報記録層であり、第２、第３及び第４の情報記録層の熱特性が互いに大差ない場合は、第１の情報記録層に用いる記録パルスよりも、レーザ光強度変化がより急峻な記録パルスを用いる限りにおいて、後者３つの情報記録層で用いる記録パルスは実質的に同一であってもかまわない。

（発明の効果）
本発明によれば、情報記録層に応じて記録パルス制御規則を選択し、放熱性の低い情報記録層に対してより急冷になるよう記録パルスを選択しているので、複数の情報記録層を有する光情報記録媒体に対して情報信号を良好に記録することができる。

本発明の実施の形態による光学的情報記録再生方法を適用した光ディスク装置の構成を表すブロック図 本発明の実施の形態において使用される光ディスクの積層構成の概略を示す半径方向の断面図 本発明の実施の形態における記録パルス制御規則についての説明図 本発明の形態における記録パルス波形の他の例を表す波形図 本発明の実施の形態における記録パルス波形の他の例を表す波形図 本発明の実施の形態において使用される光ディスクの積層構成の概略を示す半径方向の断面図

符号の説明

１ 光ディスク
２１ 第１の情報記録層
２３ 第２の情報記録層
４ 光ヘッド
５ 再生アンプ
６ 再生信号処理回路
７ フォーカス制御回路
８ トラッキング制御回路
９ システムコントローラ
１０ 記録信号処理回路
１１ 記録パルス設定回路
１２ レーザー駆動回路
１４ ホストコンピュータ入出力回路
１９ 光ディスク装置
２８ 第１の記録層
３４ 第２の記録層

Claims (14)

1. 光ビームの集光による局所的な温度変化によって物理的な状態の変化を生じる記録層を有する情報記録層をＮ層（Ｎは２以上の整数）備えた光学的情報記録媒体に情報信号を記録する光学的情報記録方法であって、
   記録パルスの波形を定めた複数の記録パルス制御規則から、記録しようとする情報記録層に応じた記録パルス制御規則を選択するステップと、
   選択された記録パルス制御規則で定められた記録パルスに応じて前記光ビームの強度を変調することにより、前記記録層に情報信号を記録するステップとを含み、
   前記Ｎ層の情報記録層のうち、入射側から最も遠い層を第１の情報記録層とし、入射側に近い方へ順に第２、…第Ｎの情報記録層とすると、前記第２、…Ｎの情報記録層への記録時に選択される記録パルス制御規則は、第１の情報記録層と同一の熱特性を有する情報記録層への記録に適用した場合に、前記第１の情報記録層への記録時に選択される記録パルス制御規則に比べて、記録層の温度変化を冷却時により急峻とする記録パルス波形に対応することを特徴とする光学的情報記録方法。
2. 情報信号が、前記記録層上でマーク区間及びスペース区間の長さで表され、
   前記記録パルス制御規則は、所定の長さのマークを記録するための、記録パルスの個数、高さ、幅もしくは出力タイミングを定めたものである、請求項１記載の光学的情報記録方法。
3. 同一の情報信号に対応するマークが、各情報記録層において略等しい形状で記録される、請求項２記載の光学的情報記録方法。
4. 前記光学的情報記録媒体として、記録層がアモルファスと結晶間で状態変化を起こす相変化型材料で形成された媒体を用いる、請求項１記載の光学的情報記録方法。
5. 前記光学的情報記録媒体として、前記第２、・・・Ｎの情報記録層が光ビームを部分的に透過する媒体を用いる、請求項１記載の光学的情報記録方法。
6. 前記複数の記録パルス制御規則の少なくとも一つは、記録層を溶融するに足るピークパワーレベル、記録層を結晶化するに足るバイアスパワーレベル、および、前記２つのパワーレベルよりも低いクーリングパワーレベルの間で、マーク区間における光ビームの強度を変調する記録パルス波形に対応し、
   前記クーリングパワーレベルに対応するパルスが、少なくとも前記ピークパワーレベルおよびバイアスパワーレベルのパルス列の直後に配置される、請求項４記載の光学的情報記録方法。
7. 前記複数の記録パルス制御規則の少なくとも一つは、前記ピークパワーレベル、バイアスパワーレベル、クーリングパワーレベル、およびボトムパワーレベルの間で、マーク区間における光ビームの強度を変調する記録パルス波形であって、マーク区間の少なくとも一部において、光ビームの強度を前記ピークパワーレベルと前記ボトムパワーレベルの間で交互に切り替える記録パルス波形に対応する、請求項６記載の光学的情報記録方法。
8. 第２、・・・Ｎの情報記録層への記録時に選択される記録パルス制御規則の少なくとも一つは、第１の情報記録層に用いる記録パルス波形のクーリングパワーレベルの区間よりも長いクーリングパワーレベル区間を有する記録パルス波形に対応する、請求項６または７記載の光学的情報記録方法。
9. 第２、・・・Ｎの情報記録層への記録時に選択される記録パルス制御規則の少なくとも一つは、第１の情報記録層に用いる記録パルス波形のクーリングパワーレベルよりも低いクーリングパワーレベルを有する記録パルス波形に対応する、請求項６ないし８のいずれか一項に記載の光学的情報記録方法。
10. 第２、・・・Ｎの情報記録層への記録時に選択される記録パルス制御規則の少なくとも一つは、ボトムパワーレベルの区間の長さの総和が、第１の情報記録層に用いる記録パルス波形のボトムパワーレベル区間の長さの総和よりも長い記録パルス波形に対応する、請求項７記載の光学的情報記録方法。
11. 第２、・・・Ｎの情報記録層への記録時に選択される記録パルス制御規則の少なくとも一つは、第１の情報記録層に用いる記録パルス波形におけるボトムパワーレベルよりも低いボトムパワーレベルを有する記録パルス波形に対応する、請求項７または１０に記載の光学的情報記録方法。
12. 第２、・・・Ｎの情報記録層への記録時に選択される記録パルス制御規則の少なくとも一つは、第１の情報記録層に用いる記録パルス波形におけるピークパワーレベル区間よりも短いピークパワーレベル区間を有する記録パルス波形に対応する、請求項６または７に記載の光学的情報記録方法。
13. 第２、・・・Ｎの情報記録層への記録時に選択される記録パルス制御規則の少なくとも一つは、所定のマークに対してボトムパワーレベル区間を複数有する記録パルス波形であって、マーク区間における最初のボトムパワーレベル区間が、第１の情報記録層への前記所定のマークの記録時に用いる記録パルスにおける最初のボトムパワーレベル区間よりも長い記録パルス波形に対応する、請求項７に記載の光学的情報記録方法。
14. 情報信号を記録するための光ビームの最適な強度を決定する学習ステップをさらに含み、
    第２、・・・Ｎの情報記録層への記録時には、前記学習ステップにおいて、記録層における温度変化が冷却時により急峻である記録パルス制御規則を、複数の記録パルス制御規則から優先的に選択し、選択した記録パルス制御規則に応じて試し書きを行う、請求項１ないし１３のいずれか一項に記載の光学的情報記録方法。

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