JP3740151B2 - 光記録方法及び光記録装置 - Google Patents
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Description
また、特許文献2には、媒体の内周から外周に向けて記録線速が速くなるCAV記録のうち、ある半径領域毎に複数のゾーンに分けたZCAV法において、照射光のパルス列の記録パワー照射時間、バイアスパワー照射時間と、記録パワー、消去パワーと記録パワーの比、バイアスパワーをゾーン毎に可変とし、少なくとも記録パワー照射時間を内周から外周に向けて単調に減少させる発明が開示されている。
また、非特許文献1では、CAV/CLV記録方法を採用しており、CAV記録方法においては、1.65x−4x、1x−2.4xの各記録線速範囲において、最小記録線速、最大記録線速、その半分の中間線速の3線速に対して、各々、最適な記録条件(光パルス制御パラメータ及びPe/Pw比)を付与することを規定している。
しかしながら、上記文献には、高速記録を行う際の特異線速に関する知見及びその解決手段については全く記載されていない。
相変化型光記録媒体は、CD、DVD、更に波長400nmのLD(レーザダイオード)を用いた容量が20GB以上の高密度、大容量光記録媒体にまで応用されている。特に、CD、DVDは書き換え型光記録媒体として、より高速に記録する技術が求められている。CD系はかなり高速化が進んでおり、現在は書き換え型DVDに対してその要求が高くなっている。中でも書き換え型DVD系の一つであるDVD+RW媒体は、既に2.4倍速が実用化されているが、4倍速、更にはこの先8倍速以上の記録線速が求められる状況にある。
しかしながら、現状ではこれらの性能について限界があり、特に媒体の内周側の回転数を高速記録のために必要以上に上げることはできない。従って、高速記録を行う場合には、一定角速度で回転させることにより外周側を最高記録線速で記録するいわゆるCAV記録方式を採用せざるを得ない。このCAV記録においては記録線速が同一媒体中の記録位置により変化するため、良好な記録特性でしかも均一に記録できることが必要になる。
また、最低記録線速でマーク形成をする場合、記録パワーを印加する光パルスの幅をより狭くするため、高い記録パワーが必要になる。また、最高記録線速では結晶化速度が速いこと、記録層の温度が上昇し難いことから、やはり高い記録パワーを照射してマーク形成をする必要がある。
最高記録線速における特性を優先した設計の光記録媒体では低記録線速における感度が悪くなり実用不可能になってしまう。そこで、記録層材料として、最低記録線速から中間線速(最高記録線速と最低記録線速の和の1/2)までの範囲で消去比が高くなるような材料を選ぶことにより低速から高速まで感度良く記録できるようにする。更に、記録層材料としては、融点付近かそれ以上まで一度記録層を加熱し、一旦溶融してから再結晶化すると高速に結晶化できるものを用いることが望ましい。
そこで、本発明では、高速対応の相変化型光記録媒体のCAV記録において、感度よく、しかも下位ドライブで記録する際に特異線速の付近で記録特性が大きく劣化することなく、記録位置に依らずに均一に記録することができる方法の提供も目的とする。
1) 非晶質相と結晶相の可逆的相変化を伴う記録層を有する光記録媒体に対して記録を行なう際に、媒体に照射する光が加熱パルスと冷却パルスのパルス列及び消去のための光からなり、加熱パルスの照射パワーであるピークパワー(Pp)、冷却パルスの照射パワーであるボトムパワー(Pb)、非晶質相からなる記録マークを消去するための消去パワー(Pe)の3値で照射パワーを制御し、該光記録媒体において可能な最低記録線速と最高記録線速の範囲内で、Pe/Pp、Pp、Pbを可変とし、更に各パルス照射時間を記録線速に対応したクロックTに比例して変える光記録方法において、ジッターが急激に劣化し極大値を示す記録線速を特異線速として、該特異線速より遅い特定記録線速から、少なくともPe/Ppの減少比率を、単調減少ではなく、特定記録線速以前よりも急激に小さくすると共に、特定記録線速でのPe/Pp又はPeが、最高記録線速時のPe/Pp又はPeと同じかそれより大きくなるようにして記録を行うことを特徴とする光記録方法。
2) 請求項1記載の光記録方法により記録を行う装置であって、特異線速及び該線速での最適記録条件が予め情報として記録された相変化型光記録媒体に対し、この情報を検出し、ユーザーが使用するデータ領域より内側又は外側に予め設定された記録装置が使用できるテストゾーンにおいて、特異線速に対し、最大±2m/sの線速範囲でテスト記録を行う機能を有することを特徴とする光記録装置。
相変化型光記録媒体は、CD−RW、DVD−RW、DVD+RW、DVD−RAMから波長400nmのLDを用いて記録再生する次世代大容量記録媒体まで書き換え型光ディスクの主流となっている。有機色素を用いたCD−RとCD−RWは、既に2.4倍速以上の高速記録媒体が実用化されており、最近大きな市場を形成しつつある書き換え型DVDでも既に更なる高速化の検討が始まっている。その一つであるDVD+RW媒体は、2.4倍速を既に達成しており実用化されている。更に、4倍速〜8倍速まで視野に入れた検討がなされつつある。
例えば、DVDにおいて、基準クロック(以下ウィンドウ幅と言う)Tに対し、マーク長が3T(マーク長で0.4μm)〜11T及び14Tの10種のマークが記録される。各マーク長をnT(nは自然数)とした場合、加熱パルスの数m(mは自然数)は、m=n−1又はn−2個である。加熱パルス部は更に先頭部と中間部でパルス幅を独立に制御する。また、最後の冷却パルス部はそれより前の冷却パルスと独立に幅を制御する。
4倍速即ち記録線速14m/s以上において、レーザーの最高出力パワーが低く、パルスの立ち上がり時間、立下り時間が遅い場合は、記録感度不足を補うためにパルス時間をより長くとり、その分パルス数を減らしたり、マーク毎にパルス数、パルス幅を調整する等の方法を採用する。
CAV記録に対応するためには、各記録線速毎に設定されるウィンドウ幅Tに比例する部分と固定された部分からなる時間で加熱パルス幅を調整する。冷却パルス幅もウィンドウ幅Tに比例させて制御する。消去パワーは、ピークパワーとその比Pe/Ppから決まる。
11mWのパワーの光を照射しながら、記録線速を3.5〜14m/sの範囲で徐々に増やし、媒体の反射率をモニターしていくと、記録線速10.5m/sで反射率が減少するか、又は溝の中心部から非晶質相が形成され、反射率が下がる部分と下がらない部分が混在し反射信号が幅を持つ状態になる。更に、これより記録線速を速くしていくと、反射率が顕著に下がっていく。この反射信号が減少し始める状態になった時の記録線速を転移線速と呼ぶ。
特に、1倍速〜2.4倍速について、従来の2.4倍速に最適化された光記録媒体と同じ上限記録パワーで記録する場合には、盤面15mW〜16mWで記録することが要求される。
一方、4倍速は上限記録パワーが22mWである。1倍速〜4倍速までを22mWまでの記録パワーで記録する場合は、転移線速が最高記録線速より1〜2m/s遅い線速になるような媒体とする。この場合は転移線速を12〜13m/sとする。
一方、最高記録線速である4倍速又はそれ以上の記録線速では、好ましいPe/Ppは、0.2〜0.4、更に好ましくは0.25〜0.35である。
なお、DVDの場合、記録線速3.49m/s(1倍速)で、Tは38.12nsec(ナノ秒)である。
透明基板には、深さ15〜45nm、幅0.2〜0.4μm、中心間距離0.74μmの案内溝がスパイラル状に設けられている。更に溝部は約820kHz以上の周期で蛇行させており、アドレス情報、記録条件が、この蛇行溝の周波数の位相を変調させることにより記録されている。情報再生は、この位相変化部分を検出し、2値化信号に変換して行なう。この蛇行部の振幅は、10〜50nmの範囲である。
下部保護層には、光学的に透明な誘電体材料であるZnS・SiO2を用い、ZnSとSiO2のモル比は50:50〜90:10とし、特に80:20が好ましい。これ以外に他の酸化物、窒化物、炭化物或いはそれらの混合物を用いても良い。
DVD4倍速記録には、Ag、In、Sb、Te、Geからなる材料が適している。特に0<Ag<3、0<In<7、60<Sb<80、15<Te<30、0<Ge<10(何れも原子%)という組成範囲のものが好ましい。
4倍速以上16倍速には、Ge−Sn−Sb、Ga−Ge−Sn−Sb、In−Sb−Geが適している。更にAg、Zn、Te、In、Mn及び希土類元素から選ばれた少なくとも1種を10原子%以下の割合で添加しても良い。Ge、Ga、Sb、Snの組成範囲(原子%)は、5≦Ge<20、0<Ga<15、55<Sb<90、5<Sn<25が良い。
反射層には、金属単体又はその合金を用いるが、好ましくはAl、Ag、Au、Cu、Pd、Ag−Cu、Ag−Pd、Ag−Pd−Cu、Ag−Nd−Cu、Ag−Biである。
媒体構成としては、上記した層以外に、上部保護層がZnS・SiO2で反射層がAgの場合に、高温環境下においてAgとSの反応生成物ができて記録特性を劣化させることがあるため、両層の間にSiC、Si、SiO2、SiN、Al2O3、ZrO2、TiO2、ZnO、In2O3、Ta2O5、Nb2O5等の炭化物、窒化物、酸化物からなる硫化防止層を設けて劣化を抑えることが望ましい。
また、高速記録における繰り返しオーバーライト特性を向上させるため、下部保護層と記録層の間及び/又は記録層と上部保護層の間に界面層を設ける。界面層の材料としては、酸化物、複合酸化物、窒化物が透過性が良いので好ましい。中でもZrO2、TiO2、Y2O3及びこれらの複合酸化物、Al2O3等が良く、膜厚は1〜5nmが好ましい。
媒体のユーザーが使用するデータ記録領域の最内周の半径位置が24mmで、ここでの記録線速が5.8m/s、最外周の半径位置が58mmで、ここでの記録線速が14m/s、最内周と最外周の間の記録領域では記録線速が連続的に増加していく場合の記録は以下のように行なう。
一個ないし複数の加熱パルス幅を記録線速に対応したクロックTに比例した時間で制御するか、又はクロックTに比例した時間と固定した時間の和の時間で制御する。更に、加熱パルス部の先頭部とそれ以降のパルス部を独立に制御して所定のマーク長になるように制御する。また、冷却パルス部についても同様に制御するが、先頭部、中間部及び最後部パルスをそれぞれ制御して、より精密にマーク長を制御する。オーバーライトを行なう場合は、これらパルス時間、ピークパワー、ボトムパワー、更に消去パワーの大きさを最適化することで、より良い特性が確保できる。
CLV記録の場合は、記録媒体の記録可能な最高線速のみで記録するとは限らない。また、最高線速が高くなるほど、媒体の内周側で記録装置のスピンドルモーターの回転数が高くなるため、内周側では比較的遅い線速でCLV記録し、外周側では最速の線速でCLV記録するというZCLV記録を適用することもある。何れの場合も、ジッターが劣化する特異線速を持つ媒体がある以上、この現象を改善することが必要になる。この場合も基本的には消去パワーを制御して改善する。
これら各記録線速の条件を全て同じにしても良い。3線速間で条件が異なる場合は、各記録線速間で条件を線形に減少又は増加させる。しかし、指定された3線速以外の記録線速については最適条件が与えられていないため、記録装置において最適条件を見出すことは現実的に困難である。従って、3線速の内、中間線速と最高記録線速でジッターの劣化が見られる場合は、中間線速で劣化が起こらないように最適条件を与えることも考えられる。
本発明者等は、具体的対策として、中間線速のPe/Pp=最高記録線速のPe/Ppとすること、或いは、中間線速時のPe/Pp≧最高記録線速時のPe/Ppとすることが好ましいことを見出した。即ち、Pe/Pp≡εとして、中間線速時のPe/Ppをε1、最高記録線速時のPe/Ppをε2とした場合、ε1≧ε2であることが好ましい。更に、ε1<0.5であることが好ましい。より好ましくは、1≦(ε1/ε2)<2の範囲である。最適記録パワーPpが線速に依らず殆ど一定であり、Pe/PpよりもむしろPeの大きさそのものが重要である場合は、Peの大きさを情報として記録媒体に与える場合もある。
(a)最低記録線速、中間線速、特異線速より遅い記録線速でかつ中間線速より速い特定記録線速、最高記録線速の各記録線速からなる場合
(b)最低記録線速、準中間線速〔特異線速より遅い特定記録線速であって、単純な中間線速(最高記録線速と最低記録線速の半分)とは限らない〕、最高記録線速の各記録線速からなる場合
(a)は、(b)で定めた条件では中間線速の記録特性が基準値を超えてしまうような場合に有効である。また、記録位置による記録特性の均一性を高めるために、更に上記各記録線速間に記録条件を追加設定しても良い。
光記録媒体1に情報を記録再生するためのLD、対物レンズ、偏光ビームスプリッター、λ/4波長板、PD等からなる光学系と、媒体の所定の記録位置(アドレス位置)にフォーカス、トラッキングするため光学系を移動させるアクチュエーターからなるピックアップ部2、媒体を回転させるためのスピンドルモーター3により、CLV又はCAV方式で、所定のアドレス位置に所定の記録線速で情報を記録再生することが可能になる。アドレスは、媒体の基板に予めウォブル(Wobble)が入った溝が形成されており、位相の変調によりアドレス情報が入力されている。そのアドレスをデコード(decorde)するためのデコーダ(decorder)と、アドレスなどの情報以外は、一定の周期で変調しているウォブル部から基準クロックを生成するためのクロック発生回路が設けてある。コンピュータから送られてきた情報は、エンコーダ(encorder)により(8−17)変調方式等で変調された信号に変えられ、LD駆動回路から該信号を記録するための発光パルスが出力されて媒体に記録される。スピンドルモーターは、10000rpmの能力をもっているが、最外周(半径58mm)で最大35m/sで記録する場合は、最内周(半径24mm)の記録線速を同じにすると回転数が能力以上となるため、CAV方式とする。この場合、最内周が約14m/sの記録線速とし、回転数は約6000rpmとなる。
基板上に、ZnS:SiO2=80:20(モル%)からなる膜厚55nmの下部保護層をスパッタ法で作成した。
次に、Ge3.8Ag0.3In3.5Sb72Te20.4からなる膜厚12nmの相変化記録層をスパッタ法で作成した。
次に、〔ZrO2・TiO2(3モル%)〕:TiO=80:20(モル%)からなる膜厚3nmの界面層をスパッタ法で作成した。
更に、ZnS:SiO2=80:20(モル%)からなる膜厚11nmの上部保護層、SiCからなる膜厚4nmの硫化防止層、膜厚140nmのAg反射層をスパッタ法で作成した後、耐環境性を向上させるため紫外線硬化樹脂(大日本インキ社製SD318)からなる膜厚5μmの耐環境保護膜を設けた。
最後に、前記基板と同じ(膜のない)もう一枚の基板を厚さ40μmの紫外線硬化樹脂(日本化薬製DVD003)を用いて貼り合わせ光記録媒体を得た。
次いで、初期化プロセスにより記録層を結晶化した。
表1中の記号と図1の記号の関係は、OP1≡Ttop、OPi≡Tmpである。最後のパルス列を除く中間部パルス列は、OPi+FPj=Tとした。最後部冷却パルスFPmは、図1のB位置からの時間Δ2と最後部加熱パルスOPiで制御した。
FPm+OPi+Δ2=Tの関係で制御する場合は、FPm=T−(OPi+Δ2)であり、Δ2の符号を(+)とする。
FPm+OPi>Tの場合は、FPm=T−(OPi+Δ2)において、Δ2の符号が(−)となる。これは、Δ2がB位置よりも後方になり、最後部冷却パルスが長くなることを意味する。
更に、先頭加熱パルス開始部をA位置からT遅れた時間を基準として制御し、その時間をΔ1とする。基準位置より速く開始する場合は、Δ1の符号を(+)、遅くする場合は(−)とする。ここで、表1のdTtop、dTeraは、dTtop≡Δ1、dTera≡Δ2である。
盤面パワー11mWでトラック1周を連続的に照射しつつ記録線速を変化させたところ、媒体の反射率に局所的な低下が見られた記録線速は10.5m/sであった。この記録線速は、中間線速(5.8+14)/2=9.9m/sよりも速い。
表2にその結果を示す。なお、5.8〜9.9m/sの範囲については、線速5.8m/s、記録パワー17.5mW、ε=0.50の条件で記録した場合のジッターが7.2%であり、9.9m/sまでε=0.50に固定したが、ジッターは9%以下であった。
この光記録媒体の特異線速は図6に示すように12.9m/sであるが、図2に示すように、それより2.4m/s遅い10.5m/sの記録線速からεを変えた。10.5m/sから12.9m/までの間は、単調に減少するように変えた。最低記録線速(5.8m/s)から中間線速(9.9m/s)までのεは、0.5に固定した。オーバーライト10回後のジッターは全ての記録線速で基準値9%以下になっている。なお、ジッターはタイムインタバルアナライザー(横河電機社製)を用いて測定し、記録再生は光ディスク評価システムDDU−1000(パルステック社製)を用いて行なった。
実施例1と同じ光記録媒体に対し、εを図3のように中間線速(9.9m/s)から最高記録線速(14m/s)まで単調に減少させながら記録した場合の結果を表3に示す。表3から分るように、特異線速(12.9m/s)において、オーバーライト10回後のジッターが9.8%まで劣化した。
実施例1と同じ光記録媒体に対し、εではなく消去パワーPeを、最低線速、中間線速、特定線速(10.5m/s)、最高線速でそれぞれ指定し変化させて表4のようにした点以外は実施例1と同様にしてジッターの変化を測定した。
記録の結果を表4に示すが、各記録線速での最適記録パワーPpは、18mW、18mW、18mW、19.5mWであった。
最内周11.5m/s、最外周27.9m/s(8倍速)の記録線速で記録するための光記録媒体として、記録層材料を、Ga10Sn2Sb88に変えた点以外は、実施例1と同様にして光記録媒体を作製した。
この光記録媒体に対し、15mWの大きさの消去パワーを連続で照射しつつ記録線速を変化させていったところ、反射率の局所的な低下が現われ始めた記録線速、即ち転移線速は19.5m/sであった。
最高記録線速の記録条件を表5に示す。ここでは、図1と同じ記録パラメータを用いているが、OPi+FPj=Tの関係は無く、Δ2というパラメータは用いない。先頭から順に各パルス(OP、FP)のパルス幅を示している。
最高記録線速27.9m/sでは、クロックTは4.8nsec.になる。最低記録線速は、最高記録線速に対して、各パルス幅は0.9倍とし、その間の記録線速はその間で最適化した。この場合、εは図4に示すとおりの記録線速依存性である。
この光記録媒体の特異線速は23m/sであった。そこで、中間線速からεを0.22まで下げたところ、表6に示すように、オーバーライト10回後のジッターが全ての記録線速で9%以下となった。
実施例3と同じ光記録媒体に対し、表7のように最高記録線速(27.9m/s)と最低記録線速(11.5m/s)から決まるεを基にして、両線速間のεを線形に変化させた場合、中間線速と最高記録線速の間の記録線速(23.0m/s)において、オーバーライト10回後のジッターが10%を超えた。
実施例3で用いた光記録媒体及び記録条件を用いてCAV記録に対応するため媒体の基板に予め入れておく記録条件に関する情報には、最低記録線速(11.5m/s)、特異線速より遅い特定記録線速(19.9m/s)、最高記録線速(27.9m/s)、及び各記録線速に対する記録条件(加熱、冷却パルス照射時間、最適ピークパワー、Pe/Pp、ボトムパワー、最適記録パワー)を記録装置で決めるために必要なパラメータがあるので、これらを決める。
各数値を、ユーザー使用領域(半径24mm〜58mm)より内側の半径位置22mmより外側の所定のアドレス範囲の溝部に形成された、一定周期で蛇行しているウォブル部の位相を変調させて(ADIP)記録する。蛇行溝は、正弦波状に溝幅が変化しており、フォトリソグラフィー法により溝を形成する時に同時に形成する。ウォブルの1周期は818kHzにし、位相を180°ずらした部分が変調部となる。更に、この位相変調部のウォブル振幅が(+)、(−)の何れの側に変化するかにより、ウォブルの種類を分ける。これら(+)、(−)のウォブルの数を決めることで「0」、「1」を定義する。例えば、一定の連続した範囲において順に(−)側へ変化した部分が1個、(+)側へ変化した部分が5個、(−)側へ変化した部分が2個の組み合わせの場合を「0」とするというように定義する。
このように記録条件を光記録媒体毎に入力しておくことにより、光記録媒体毎に固有の特異線速があっても、記録装置に依らず良好な記録が可能になった。
実施例1において、最低記録線速(5.8m/s)から中間線速(9.9m/s)の間のε(=Pe/Pp)を記録線速に依らず一定とし、中間線速から特定記録線速(10.5m/s)までの間は、記録線速が0.1m/s増える毎にεを0.03階段状に減少させ、特異線速(12.9m/s)から最高記録線速(14m/s)までの間は、記録線速が0.9m/s増える毎にεを階段状に0.01減少させる。また、記録線速が10.5m/sとなるアドレスから0.1m/s記録線速が変わる半径位置に最も近いアドレス間までは、一定のεから決まるピークパワーPp、消去パワーPeを発光させ、更に0.1m/s記録線速が増加する記録領域も同様にして最適な記録条件で記録できるように、アドレスに応じて最適なパワーが媒体に照射されるようにレーザードライバーが制御された光記録装置を用いた。これによりCAV記録を行なっても記録線速に依らず良好な記録が可能になった。
実施例1と同じ記録媒体に対し、12.5m/sを特異線速として予め記録媒体のADIPに情報を入力した。最低記録線速、最高記録線速は5.8m/s、14m/sである。更に、これらの情報以外に各記録線速での最適記録条件に関する情報を記録した。特異線速の記録条件は、表1及び表2の12.6m/sの条件が入力されている。
情報を読み取りコントロールゾーンにこれらの情報を記録した。
次に、記録媒体の半径23.4mm付近にあるドライブ用テストゾーンにおいて、12.5m/sよりも0.5m/s低い線速で1000セクター記録し、この領域のエラーを測定したところ、DVDROMで規定されているエラー数が280個を超えた。
次に、12.5m/sよりも1m/s低い11.5m/sで同様に記録したところ、エラー数は280個以下になった。
次に、コントロールゾーンの特異線速の情報をこの11.5m/sに書き換えた。
予め記録媒体製造者が決定した情報に対して、ピークパワー、消去パワー、発光パルスの時間が記録装置によってばらつきを持っているため、特異線速付近では必ずしも媒体製造者が決定した条件と一致しない場合がある。しかし本実施例では、記録装置で良好な最適記録線速を求めることによって信頼性が向上した。
Pp ピークパワー
Pb ボトムパワー
Pe 消去パワー
OP1 先頭部加熱パルス幅
OPi 先頭部以降の加熱パルス幅
FP1 先頭冷却パルス幅
FPj 中間冷却パルス幅
FPm 最後の冷却パルス幅
A 信号開始位置
B 信号終了位置
Δ1 A位置からT遅れた時間を基準とする先頭加熱パルス開始部までの時間
Δ2 最後部冷却パルス終了位置からB位置までの時間
1 光記録媒体
2 ピックアップ部
3 スピンドルモーター
Claims (2)
- 非晶質相と結晶相の可逆的相変化を伴う記録層を有する光記録媒体に対して記録を行なう際に、媒体に照射する光が加熱パルスと冷却パルスのパルス列及び消去のための光からなり、加熱パルスの照射パワーであるピークパワー(Pp)、冷却パルスの照射パワーであるボトムパワー(Pb)、非晶質相からなる記録マークを消去するための消去パワー(Pe)の3値で照射パワーを制御し、該光記録媒体において可能な最低記録線速と最高記録線速の範囲内で、Pe/Pp、Pp、Pbを可変とし、更に各パルス照射時間を記録線速に対応したクロックTに比例して変える光記録方法において、ジッターが急激に劣化し極大値を示す記録線速を特異線速として、該特異線速より遅い特定記録線速から、少なくともPe/Ppの減少比率を、単調減少ではなく、特定記録線速以前よりも急激に小さくすると共に、特定記録線速でのPe/Pp又はPeが、最高記録線速時のPe/Pp又はPeと同じかそれより大きくなるようにして記録を行うことを特徴とする光記録方法。
- 請求項1記載の光記録方法により記録を行う装置であって、特異線速及び該線速での最適記録条件が予め情報として記録された相変化型光記録媒体に対し、この情報を検出し、ユーザーが使用するデータ領域より内側又は外側に予め設定された記録装置が使用できるテストゾーンにおいて、特異線速に対し、最大±2m/sの線速範囲でテスト記録を行う機能を有することを特徴とする光記録装置。
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