JP2625843B2

JP2625843B2 - 光学情報記録方法

Info

Publication number: JP2625843B2
Application number: JP63073610A
Authority: JP
Inventors: 健一西内; 昇山田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1988-03-28
Filing date: 1988-03-28
Publication date: 1997-07-02
Anticipated expiration: 2012-07-02
Also published as: JPH01245433A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、レーザー光等を用いて回転する光ディスク
上に、情報を記録、消失する方法に関するものである。

従来の技術レーザー光を利用して情報の記録・再生を行う技術は
既に公知であり、現在、文書ファイル、データファイル
へと応用が盛んに行われている。また、消去機能を持つ
書換え可能な記録システムについても研究開発の事例が
報告されつつある。

この中の一つの方式に、アモルファス−結晶間、ある
いは結晶−結晶間の可逆的な状態変化を利用した、いわ
ゆる相変化型光ディスクがある。これに用いる記録薄膜
は、レーザー光による加熱と冷却条件により、アモルフ
ァス状態または結晶状態をとり、かつ二つの状態が可逆
的に変化するという特徴をもつ。アモルファス状態と結
晶状態では、屈折率ｎと消衰係数ｋからなる複素屈折率
が異なり、この結果生じる透過率または反射率の差を利
用して信号の記録を行う。

これらを実現するため、記録パワーPwと消去パワーPe
（Pw＞Pe）の二つのパワーレベル間で変調したレーザー
光を記録媒体上に照射する方法がある（特開昭56−1455
30号公報）。即ち、信号に応じて強度変調したレーザー
光を記録材料上に照射すると、照射部は以前の状態がア
モルファスあるいは結晶のいずれであっても、記録パワ
ーPwが照射された部分はアモルファス状態となり、消去
パワーPeが照射された部分は結晶状態となる。この結
果、一つのスポットで重ね書き（オーバーライト）が可
能となる。ここでは、アモルファス−結晶間の状態変化
について述べたが、結晶−結晶間の状態変化において
も、前述のアモルファス状態を準安定の結晶状態とする
ことで同等の特性が得られる。

発明が解決しようとする課題二つのパワーレベルの間で変調されたレーザー光の照
射により、光ディスク上に記録が行われる。しかし記録
した信号の中に、前の信号の消去残りが存在する。即
ち、十分な消去率が得られないという課題があった。本
発明はかかる点に鑑みて、レーザー光の照射条件を改良
することにより、高い消去率を得る方法を提供すること
を目的とする。

課題を解決するための手段レーザー光等の照射によって、光学的に識別可能な第
１の状態と第２の状態の少なくとも二つの状態を持つ情
報層を備えた光学情報記録媒体上に情報信号をオーバー
ライトするための記録方法であって、情報層に情報信号
に準拠した記録パルス列で変調した記録用パルス光を照
射し第１の状態を形成するとともに、記録パルス列の最
短パルス巾よりも短いパルス巾からなる補助パルス光を
記録用パルス光の間に照射し、第１の状態の間に存在す
る情報層に補助パルス光が照射された領域の少なくとも
一部が、熔融温度以上を経た後に第２の状態を形成し、
前記補助パルス光のパルス間隔T_s、情報記録媒体から情
報を再生する再生光の波長Ｌ、光学情報記録媒体と再生
光の相対速度Ｖの間にT_s＜1.2×L/Vの関係が成り立つ記
録用パルス光及び補助パルス光を照射する。

作用本発明の記録パルス間に補助パルスを加わった形で強
度変調するレーザー光を照射すると、補助パルスの照射
に対応する部分は、一旦熔融を経た後、第２の状態にす
る。すなわち、情報層が以前の記録の履歴の有無に依ら
ず、第１の状態の間の情報層を一旦ランダムな熔融状態
を経た後、第２の状態にすることができる。例えば情報
層が結晶−アモルファス間の可逆的状態変化を発生する
材料の場合では、補助パルスを記録マークの間に照射し
た領域の少なくとも一部が熔融状態を経た後、結晶化す
る。または、中央部に微少なアモルファス状態を伴って
結晶化する。この結果、消去部の大部分が記録マーク部
と同様に一旦熔融状態を経ることで、熔融部は完全にラ
ンダムな状態となり、以前に記録した信号の履歴をほぼ
消去することができる。従って、高い消去率を得ること
ができる。

実施例以下図面を参照しつつ本発明の一実施例について詳細
に説明する。

第２図は、本発明を実証するために用いた光ディスク
および光学系の構成を示す一実施例である。

光ディスク１は基板２上に記録材料３を設置してある
ことを基本構造としている。基板２としては、ポリメチ
ルメタアクリレート（PMMA）やポリカーボネート（PC）
等の樹脂やガラスが使用できる。

光照射による相変化を利用して信号を記録する記録材
料３には、アモルファス−結晶の相変化では、GeTe、Ge
Sb₂Te₄、Ge₂Sb₂Te₅、InSe系、InSeTICo系、GeSnTeAu
系、SeSbTeSe系、SeSnTeO系、SeTeS系等を用いることが
できる。また結晶−結晶間の相変化材料としてはInSb
系、AgZn系等を用いることができる。

記録材料３への記録（以下オーバーライトの意味を含
めて用いる）は、レーザー光源が一般的であり、本実施
例では波長780nmの半導体レーザー４を用いた。半導体
レーザー４の光はコリメータレンズ５により平行光とな
り、偏向ビームスプリッター６で反射され、1/4波長板
７を透過し、対物レンズ８でもって光ディスク１の記録
材料面上に波長限界である約１μｍの大きさのスポット
９に集光される。このスポット９によって記録が行われ
る。

また、記録材料面３からの反射光は、再び対物レンズ
８、1/4波長板７を経て、偏向ビームスプリッター６を
透過し、レンズ10を経て、一部はミラー11により反射さ
れ光検出器12上に絞り込まれ焦点制御に用いられ、残り
の光は光検出器13で受光され、トラッキング制御と信号
再生に用いられる。

前記構成でもって、従来の記録方法により、光ディス
ク１上に記録を行い、この記録部の状態を透過型電子顕
微鏡により観察した結果を第３図に示す。

（ａ）、（ｃ）はレーザー光出力の変化を示し、
（ａ）は１回目の記録であり、（ｃ）は２回目の記録の
パターンである。各パワーは、入力信号に応じて、記録
パワーPwと消去パワーPeの間で変化する。それぞれの記
録に対して得られた観察結果を（ｂ）、（ｄ）に示す。
一回目の記録（ｂ）では、記録パワーPwの照射された部
分は、アモルファスマーク14を形成し、アモルファスマ
ーク14の周辺に大きな結晶粒（巨大結晶）15が見られ
た。また、消去パワーPeの照射された消去部は、小さな
結晶粒（微細結晶）16が観測された。２回目の記録
（ｄ）では、消去部において小さな結晶粒の中に１回目
で生じたと考えられる大きな結晶粒17が観測された。こ
の結果から、アモルファスマークの周辺の大きな結晶15
は、熔融状態から冷却する過程で生じ、この巨大結晶が
消去残りの原因であると考えられる。ここで、固相状態
で持って結晶化した微少結晶を固相結晶、熔融状態から
冷却する過程で生じた結晶をメルト結晶と定義する。

本発明による光学情報の記録方法は、前記のように記
録マークの周辺に形成されるメルト結晶の影響を抑制す
ることを目的として、光ディスク１に照射されるレーザ
ー光の出力波形に変更することにあり、第１図を用いて
その効果について詳しく述べる。

光ディスク上に記録する信号の波形を第１図（ａ）に
示し、本発明に従って強度変調された半導体レーザーの
出力波形を第１図（ｂ）に示し、これらの光が照射され
た時の記録材料の到達温度の変化の様子を第１図（ｃ）
に示し、実際に記録材料上に形成された記録マークの様
子を第１図（ｄ）に示す。半導体レーザは入力信号
（ａ）に応じて、パワーをPw、Peの範囲でパルス変調す
る。その際に記録パルスP1とP2の間に、補助パルス（S
1,S2）を設ける。各補助パルスのパルス巾Wsは、記録用
パルス列のパルス巾Wwの内の最短パルス巾よりも短くす
る。

このような光が記録材料上に照射されると、照射部の
温度は第１図（ｃ）のように変化する。即ち記録パルス
P1,P2が照射された部分は材料の熔融温度Tm以上とな
り、入力信号に対応した位置に、周囲にメルト結晶をと
もなったアモルファスマーク14が形成される。補助パル
スS1,S2が照射された部分も中央部は温度が上昇し、Tm
を越え熔融する。しかし、照射時間が短いために温度の
上昇が抑えられて、冷却される。このため、熔融部はア
モルファス化の冷却条件が得られず結晶化し、メルト結
晶18を形成する。または、中央部に微細なアモルファス
を伴って結晶化する。この結果、記録マークの間におい
ても、大部分が熔融状態を経ることになる。

次に具体例をもって本発明を詳述する。

基材２にポリカーボネイト、記録材料３にGe₂Sb₂Te₅
を、さらに記録材料層の両側にZnSからなる熱拡散層を
設けた光ディスク１を周速度15m/Sで回転させ、記録
（オーバーライト）を行った。記録および消去の特性
は、２種類の単一周波数2.5M Hzと2.14M Hzを用いて、
始めに2.5M Hzの信号を記録し、信号のC/N（キャリアと
ノイズの比）を測定する。その後2.14M Hzの信号を記録
し、前に記録した信号の周波数成分である2.5M HzのＣ
（キャリア）成分を測定し、初期値との差を消去率とし
た。

記録に用いたレーザー光の変調波形の詳細を第４図を
もとに説明する。記録マークを形成するためのパルスP
1,P2のパルス巾Wwは200nSとし、各記録パルスの周期T1,
T2は前述の条件からそれぞれ200nS、267nSとした。ま
た、補助パルスS1,S2,S3は、記録パルスの間を間隔Tsで
等間隔に配置した（Ts＝67nS）。なお各パルスのパワー
は、記録パワーレベルPr＝16mW、消去パワーレベルPe＝
6mWとし、補助パルスのピークパワーも記録パワーレベ
ルと同等とした。ここで補助パルスのパルス巾に対する
記録信号のC/Nと消去率の関係を示したのが第５図であ
る。補助パルスのパルス巾Wsが0nSの場合は、従来法に
よる消去に相当し、消去率は23dBと低い。しかし、パル
ス巾Wsの増加と共に、消去率が向上し、特に20nSから40
nSの範囲では、35db以上の高い消去率を示す。これは、
補助パルスが照射された部分が一旦熔融した後結晶化し
たためと思われる。更に、パルス巾が広がり、40nS以上
の領域では消去率が減少して来る。これは、補助パルス
が照射された部分の温度が高くなるため一旦熔融した部
分が、冷却された時に、中央部がアモルファス、周辺部
が結晶を形成する。この結果、信号を再生した時の反射
率変化が減少し、記録状態のC/Nが減少すると考えられ
る。また、補助パルスにより形成された微小なアモルフ
ァスマークは、マークのピッチが１μｍ程度であり、再
生光の波長に比べ十分に小さい、このため再生信号とし
ては検出されない。

ここで補助パルスにより形成されたメルト結晶部ある
いは微小なアモルファスマークが、再生信号に影響を与
えないための条件を明らかにするために、光ディスク上
に形成された記録マークのピッチと再生信号の関係を示
したのが第６図である。レーザー光の変調波形は第３図
（ａ）と同等として記録マークのピッチに応じて周波数
を変化させた。なお記録パルスのディーティが50％とし
た（パルス巾とパルス間隔が等しい）。図からマークピ
ッチが３μｍ以上の場合はC/Nが一定値を示すが、２μ
ｍ近傍から徐々に強い/Nが低下し、マークピッチ１μｍ
ではマークピッチ３μｍの場合よりも−20dB下回る値と
なる。なお、それぞれ記録状態を光学顕微鏡で観察する
と、いずれの場合も記録マークが確認できた。この再生
の信号に20dBの差があることは、信号レベルに10倍の差
があることを意味し、信号の復調時に例え主とする再生
信号に対し1/10程度のレベルの高調波信号が重畳された
としても誤差要因とはならない。上記検討の際のレーザ
ー光の波長が780nm、C/Nが−20dBとなるマークのピッチ
が１μｍであったことから、マークのピッチが再生する
レーザー光の波長の1.2倍程度もしくはそれ以下になれ
ば、再生信号として影響しないといえる。個々で光りデ
ィスクの相対速度をＶ（m/s）、レーザー光の波長をＬ
（ｍ）、パルス間隔をT_s（ｓ）とすると、マークピッチ
D_s（ｍ）は次の式１のように表わされる。

Ds＝V/Ts 式１また、この式を前述の条件（Ds＜1.2×Ｌ）に代入す
ると、必要なパルス間隔Tsは次の式２のように表され
る。

Ts＜1.2×L/V 式２この式２を満足するような補助パルス列より得られた
状態（メルト結晶部，またはアモルファスを伴ったメル
ト結晶）は、記録マークに影響を及ぼさずに、消去率だ
けを高める。

以上の結果より、記録パルスの間に補助パルスを加え
ることで、トラックのほぼ全域を熔融しながら記録する
ことが可能となり、消去率の高い信号のオーバーライト
が可能となった。

ここまでは、補助パルスのピークパワーレベルを記録
パワーレベルPwと等しくしたが、このピークパワーを高
くした場合は、パルス巾の小さい方にシフトさせた領域
で同等の消去率が得られた。逆にピークパワーを低くす
ると必要とするパルス巾が広がり、さらにピークパワー
が下がると、パルス巾を広くしても記録材料を熔融温度
まで加熱することができず、本発明の効果が得られなく
なる。以上の結果を総合し、かつレーザー光の駆動回路
を簡単にするという点を考慮すると、前述のような補助
パルスのピークパワーレベルを、記録パワーレベルPwと
等しくした方が、レーザー光のパワーレベルが２つとな
り有利である。

他のレーザー光の変調方式として、消去パワーレベル
Peを変化させて同様の実験を行った結果、消去パワーレ
ベルPe＝0mWの場合においても、補助パルスのパルス巾W
sが30nSから40nSの条件で消去率が35dB以上となった。
この方式によるとレーザー光のパワーレベルが１つだけ
となり、レーザー光の駆動回路を簡素化できる。

発明の効果本発明によれば、光ディスクの記録を行う際に、記録
パルスと記録パルスの間に補助パルスを加えることで、
トラックのほぼ全域を熔融しながら記録することが可能
となり、消去率の高い信号のオーバーライトが達成でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例におけるレーザー光の変調波
形と記録状態を示す説明図、第２図は光学系の構成図、
第３図は従来例におけるレーザー光の変調波形と記録状
態を示す説明図、第４図はレーザー光の変調波形の構成
図、第５図は補助パルスのパルス巾と消去率の関係を示
す特性図、第６図は記録マークのピッチと再生信号の関
係を示す特性図である。 P1,P2……記録パルス、S1,S2……補助パルス、14……記
録マーク。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】光学的に識別可能な第１の状態と第２の状
態の少なくとも二つの状態を持つ情報層を備えた光学情
報記録媒体上に情報信号をオーバーライトするための記
録方法であって、前記情報層に情報信号に準拠した記録
パルス列で変調した記録用パルス光を照射し前記第１の
状態を形成するとともに、前記記録パルス列の最短パル
ス巾よりも短いパルス巾からなる補助パルス光を前記記
録用パルス光の間に照射し、前記第１の状態の間に存在
する前記情報層に前記補助パルス光が照射された領域の
少なくとも一部が、熔融温度以上を経た後に前記第２の
状態を形成し、前記補助パルス光のパルス間隔T_s、情報
記録媒体から情報を再生する再生光の波長Ｌ、光学情報
記録媒体と再生光の相対速度Ｖの間にT_s＜1.2×L/Vの関
係が成り立つことを特徴とする光学情報記録方法。
【請求項２】補助パルス光のピークパワーが記録用パル
ス光のピークパワーと同等であることを特徴とする請求
項（１）記載の光学情報記録方法。
【請求項３】光学情報記録部材にアモルファス−結晶
間、結晶−結晶間の可逆的状態変化を応用したものを用
いることを特徴とする請求項（１）記載の光学情報記録
方法。