JPH0341638A - 光学的情報記録媒体およびその情報記録再生方法 - Google Patents

光学的情報記録媒体およびその情報記録再生方法

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JPH0341638A
JPH0341638A JP1175859A JP17585989A JPH0341638A JP H0341638 A JPH0341638 A JP H0341638A JP 1175859 A JP1175859 A JP 1175859A JP 17585989 A JP17585989 A JP 17585989A JP H0341638 A JPH0341638 A JP H0341638A
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信夫 赤平
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憲一 長田
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、光・熱等を用いて高速かつ高密度に情報を記
録再生する光学的情報記録媒体に関するものである。
従来の技術 レーザー光をレンズ系によって収束させると直径がその
光の波長のオーダーの小さな光スポットを作ることがで
きる。したがって小さい出力の光源からでも単位面積あ
たりのエネルギー密度の高い光スポットを作ることが可
能である。したがって物質の微小な領域を変化させるこ
とが可能であり、またその微小領域の変化を読みだすこ
とも可能である。これを情報の記録・再生に利用したも
のが光学的情報記録媒体である。以下、「光記録媒体」
あるいは単に「媒体」と記述する。
光記録媒体の基本的な構造は表面が平坦な基板上にレー
ザースポット光照射によって何らかの状態が変化する記
録薄膜層を設けたものである。信号の記録・再生は以下
のような方法を用いる。すなわち、平板状の媒体を例え
ばモーター等による回転手段や並進手段により移動させ
、この媒体の記録薄膜面上にレーザー光を収束し照射す
る。記録薄膜はレーザー光を吸収し昇温する。レーザー
光の出力をある闇値以上に大きくすると記録薄膜の状態
が変化して情報が記録される。この闇値は記録1膜自体
の特性の他に基材の熱的な特性・媒体の光スポットに対
する相対速度等に依存する量である。記録された情報は
記録部に前記闇値よりも十分低い出力のレーザー光スポ
ットを照射し、その透過光強度、反射光強度あるいはそ
れらの偏光方向等何らかの光学的特性が記録部と未記録
部で異なることを検出して再生する。
したがって、小さいレーザーパワーで状態が変化し、大
きな光学的変化を示す材料および構造が望まれる。
記録薄膜としてはBi、Teあるいはこれらを主成分と
する金属薄膜、Teを含む化合物薄膜が知られている。
これらはレーザー光照射により薄膜が溶融あるいは蒸発
し小孔を形成する穴開は型の記録を行い、この記録部と
その周辺部からの反射光あるいは透過光の位相が異なる
ため干渉で打ち消しあって、あるいは回折されて検出系
に至る反射光量あるいは透過光量が変化することを検出
して再生を行う。また、他に相変化型と呼ばれる、形状
の変化を伴わずに光学的な変化をする記録媒体がある。
材料としてはアモルファスカルコゲン化物薄膜、テルル
および酸化テルルからなるTe−T e O,を主成分
とする酸化物系薄膜がある(特公昭54−3725号公
報)。また、Te−Te0、−Pdを主成分とする薄膜
も知られている(時開昭和61−68296号公報)。
これらはレーザー光照射により薄膜の屈折率あるいは消
衰係数のうち少なくともいずれか1つが変化した記録を
行い、この部分で透過光あるいは反射光の振幅が変化し
、その結果検出系に至る透過光量あるいは反射光量が変
化することを検出して信号を再生する。
光は波動であり振幅と位相によって記述される。
上記のように信号の再生は透過光量あるいは反射光量の
変化によって検出されるが、その変化の原因としては膜
自体の微少領域における透過光振幅あるいは反射光振幅
が変化する場合(振幅変化記録)と、透過光あるいは反
射光の位相が変化する場合(位相変化記録)がある。
発明が解決しようとする課題 以上のような光記録媒体の中で穴開は型のものは反射光
量変化は大きく取れ、位相変化記録であるため記録密度
が大きい記録が行えるが、きれいな穴を形成することが
難しく再生時のノイズが大きい。また、密着した保護構
造がとれず、いわゆるエアーサンドイッチ構造といわれ
る複雑な中空構造をとる必要があり、製造が難しくコス
ト高である。また、変形記録であるので消去書き換えが
不可能である。
これに比べて相変化型の記録媒体は形状変化を伴わない
ので簡単な構造がとれ製造が容易で低コストの媒体であ
るが、反射率変化記録であるため穴開は型の記録にくら
べて記録密度が小さいという課題がある。さらに、位相
変化型の記録媒体である凹凸ピットによる複製盤(オー
ディオディスク、ビデオディスク等)との互換が取りに
くいという課題もある。さらに、同一の媒体上に凹凸ピ
ットあらかじめ信号情報の記録状態を形成した領域を相
変化型の記録領域を混在させた場合に、両者における再
生信号の質が異なるという課題がある。
課題を解決するための手段 入射した光の反射光あるいは透過光の位相を変化させる
凹凸をあらかじめ形成した基材上に、レーザー光照射に
よって光学定数が変化する薄膜材料を設けて、変化の前
後で入射した光の反射光あるいは透過光の位相が変化し
、この位相変化による全体の反射光量あるいは透過光量
の変化を検知する構成とする。さらに、その際に変化の
前後で反射率あるいは透過率は変化がない、あるいは小
さい構成とする。
作用 上記のような構成にすると光学的には凹凸による位相変
化記録と等価な記録が行なえる。従って、相変化記録で
ありながら記録密度の大きい記録が行え、凹凸ピットに
よる複製盤(オーディオディスク・ビデオディスク等)
との互換も取り易い。
さらに、凹凸によりあらかじめ形成した情報信号の記録
状態からの再生光と相変化記録を行った状態からの再生
光が等価となり同じ再生光学系および、信号処理回路を
用いて情報信号の再生が行なえる。また、相変化記録は
形状変化を伴わず材料を選ぶことによって記録した状態
をもとに戻す、すなわち消去・書き換えも可能であり、
書き換え型の位相変化記録が実現できる。
実施例 従来の相変化形光記録媒体の構造の一例を第2図に示す
。相変花形記録材料ばレーザー光を照射して発熱昇温さ
せその相を変化させると複素屈折率が変化する。その変
化は一般的に屈折率と消衰係数が同方向に変化する。例
えばアモルファス状態が結晶状態に変化すると一般に屈
折率と消衰係数が増大する。この様な記録薄膜層の反射
率は記録薄膜層3の膜厚t2に依存する。これを第3図
および第4図を用いて説明する。基材1側から光を入射
した場合の記録薄膜の反射率Rば記録薄膜の光入射側の
界面からの反射光と、その反対側の界面からの反射光の
多重干渉の結果である。膜厚t2を変化させると反射率
は干渉の結果、波長と屈折率によって決まる周期で増減
するが膜厚が増加するにしたがい吸収により光入射側と
反対の界面に到達して反射する光量が減少するため干渉
の効果がなくなっていく。その結果として第3図に示す
ように干渉による増減が膜厚の増加にともないしだいに
減衰する曲線を描く。複素屈折率が大きくなると屈折率
の増加により干渉による膜厚周期が小さくなると同時に
消衰係数の増加により減衰する膜厚が小さい方向にシフ
トする。以上の結果、第4図に示すように相変化した時
の反射率差ΔRも膜厚により変化するが、一般には複素
屈折率の小さい相で反射率が極小になる膜厚で極大にな
る。一方このような構成では反射光の位相の相変化の前
後での変化は小さい。従来相変化形の記録媒体はこの反
射率変化が極大になる膜厚で用いていた。従って記録状
態の再生はこの反射率の差を検出することによってなさ
れる。ミクロンオーダーの微少な領域の記録再生の場合
には、記録された部分の大きさと再生に用いる光ビーム
の大きさが同じオーダーになる。例えば、波長800n
II+前後のレーザー光をNAo、5程度のレイズ系で
絞ると半値幅が約0.9μmのビームに絞れる。この様
なビームを用いて強いパワーで記録を行うと約0.5〜
lam前後の範囲が相変化をおこして記録状態となる。
これを同じビームで読みだす場合を考えると、読み出し
ビームの光強度は一般的にはガウス分布あるいは、それ
に近い形状の分布をしており、相変化した記録状態の領
域よりも外側に広がっているため反射光量は記録状態の
反射率と回りの未記録状態の反射率にそれぞれの面積と
光強度分布を加重して平均した値に比例する。したがっ
て、読み出しビームの大きさに比べて十分大きな範囲の
記録状態の面積がないと十分な再生信号が得られない。
この大きさによって記録密度が制限される。
一方、穴開は形の場合には記録状態は凹凸の形状であり
周辺部と記録部からの反射光が干渉しあって反射光量が
変化することを利用している。従って周辺部と穴部での
反射光の位相差が(l±2n)π(nは整数、πは円周
率)のとき最も反射光量変化が大きく、この値に近いこ
とが、特に略々等しいことが望ましい。また、読み出し
ビームの強度分布として穴部に入射する強度と周辺部に
入射する強度が等しいとき最も干渉の効果が大きく、従
って反射光強度変化が大きい。すなわら、読み出しビー
ムの大きさよりも小さい記録状態のときが再生信号が大
きくとれる。
以上から反射率変化記録よりも位相変化記録の方が高密
度な記録再生が出来ることがわかる。
従って相変化記録において位相変化を得ることが出来れ
ば凹凸記録並の記録密度が得られる。しかも反射率変化
は無いことあるいは小さいことが望ましい。
一方、光ディスク等の光記録媒体においては溝状の基材
の凹凸を用いたトラッキングの手法が一般的に用いられ
る。(例えば、尾上守夫監修「光デイスク技術」ラジオ
技術社刊、第1章、■、2゜5p79〜参照)この場合
の凹凸溝も入射光の反射光の位相を変化させてトラッキ
ングに必要な情報を検出系にあたえる。従って、溝トラ
ツクを使ってトラッキングを行いながら位相変化の記録
再生を行うときには溝による位相変化と記録による位相
変化が重畳する。従って、トラッキング機能を損なわず
位相変化の記録再生を行うための配慮が必要である。
具体的には、溝トラツクの深さは通常第7図に示すよう
にレーザー光入射側に凸の形状をしており一π/2の位
相差を与える様に設計されてるため、相変化の記録によ
る位相差が±πの場合には両者が重畳してトータルの位
相差は+π/2あるいは一3/2×πとなってトラッキ
ング信号の極性が反転してしまう。(詳しくは前掲書参
照)。
従ってこの様な場合には、トラッキングに影響を与えず
に充分な再生信号を得るには相変化記録による位相変化
は+π/2となるようにする必要がある。この場合には
記録部のトータルの位相差は0となるため、あたかも溝
がなくなった状態と等価となり、溝をとぎれさせて番地
等の信号をあらかじめ形成した部分からの再生光と等価
な再生光が得られるという利点もある。
また、第8図とは反対に溝トラツクの形状がレーザー入
射側からみて凹になっている場合も考えられるが、その
場合には溝による位相差はπ/2であるので相変化記録
における位相変化は−−π/2となるようにすればよい
トラッキング用の溝形状の形態として第8図に示すよう
ないわゆる「オンランド」と言われる方式も知られてい
る。(前掲書参照)このような場合には溝によるトラ・
ンキング信号には影響を与えないので相変化記録の位相
差を最大限の±πとすることが可能である。
以上のような技術を用いると例えば第9図に示すように
光ディスクの記録薄膜を設2する面を分書(1して、一
方をあらかじめ形成した凹凸番こよるイ言号記録面、他
方を相変化を利用した追記型あるt、14よ書き換え可
能型の記録面としてその双方を同じ光学系、信号処理系
を用いて再生すること力く可能である。従って、簡単で
低コストな系で複数の機能を持った光ディスクとその再
生方法を得ること力くできる。
つぎに、具体的な実施例を使って説明する。
記録媒体の構成としては第1図に示すよう番こ基材1上
に透明な誘電体等の光学層2を設番す、その上に記録薄
膜3を設けさらに透明な誘電体層4を設け、さらに反射
層5を設ける。さら番こその上Gこ透明な密着した保護
層6を設ける。この他むこ図2こは示さないが保護層を
施さない構成でもよし1゜この場合は保護層の代わりに
空気(屈折率1.0)を考えると光学的には同等であり
、同じ効果力く得られる。透明層2には基材lと屈折率
の異なる材質を用いる。
これらの記録薄膜の厚さt2、透明光学層の厚さL+、
L3および反射層の厚さt4を適当番こ選ぶことによっ
て位相変化の大きい媒体を得ることができる。
基材としてはガラス・樹脂等の透明で平滑な平板を用い
る。また基材表面にトラッキングガイド用の溝状の凹凸
があってもよい。
保護層としては樹脂を溶剤に溶かして塗布・乾燥したも
のや樹脂板を接着剤で接着したもの等が使える。
記録薄膜材料としてはアモルファス・結晶間の相変化を
する材料たとえば5bTe系、I nTe系、GeTe
Sn系、5bSe系、Te5eSb系、5nTeSe系
、rnse系、TeGe5nO系、TeGe5nO系系
、TeCe5nSb系、等のカルコゲン化合物を用いる
。Te−Te0z系、Te−Te0.−Au系、Te−
Te0gPd系等の酸化物系材料も使える。また、結晶
・結晶間の相移転をするAgZn系、InSb系等の金
属化合物も使える。
透明な光学層としてはSiO□、Sin、TiQz 、
MgO,Ge0t等の酸化物、5j3N4、BN等の窒
化物、ZnS、ZnTe、PbS等の硫化物が使える。
反射層としてはAu、AI、Cu等の金属材料あるいは
所定の波長の反射率の大きな誘電体多層膜等が使える。
これらの材料を作る方法としては多元蒸着源を用いた真
空蒸着法やモザイク状の複合ターゲットを用いたスパッ
タリング法その他が使える。
比較例 記録薄膜として相変化材料であるGezSbzTesの
組成を持つゲルマニウム、アンチモンおよびテルルの3
元化合物を用いる。形成法としてGe、Sb、、Teの
3つの蒸発源を用いた電子ビーム蒸着法を用いる。記録
薄膜はアモルファス状態で形成される。ガラス板上に上
記組成のGe。
5bzTesだけを蒸着したアモルファス状態の光学定
数を測定したところ、波長830nmにおいて複素屈折
率n+k iが4.8+ 1.3tであった。これを3
00°Cで5分間熱処理して結晶状態にすると5.8+
 3.6iに変化する。
この膜をポリカーボネート樹脂板(PC1屈折率1.5
8)上に蒸着し、さらに同じ屈折率の材質の樹脂をコー
ティングした第2図のような従来例の構成の場合の熱処
理前後すなわちアモルファス状態と結晶状態での波長8
30nmの光の反射率Rの変化ΔRのおよび反射光の位
相変化の膜厚依存性の計算値を第4図に示す。
反射率および反射光の位相の計算には各層の複素屈折率
と膜厚からマトリックス法で計算した。
(たとえば、久保田広著「波動光学J岩波書店、197
1年 第3章参照)また、基材lと密着保護層6は無限
大の膜厚をもつものとして(基材−空気界面、密着保護
層−空気界面の効果を無視)、反射率Rは基材から入射
した光の基材中に出射してくる比率としてもとめ、位相
は基材1と透明層2の界面での位相を基準としてもとめ
た。位相は2πの周期で等価であるので図中ではこれを
考慮しである。
アモルファス状態と結晶状態の反射率差ΔRは膜厚15
nrnおよび85nmで極大にありそれぞれ14%およ
び24%になるが位相変化は殆んどなくπ/6以下であ
る。
実施例1 本発明の1実施例として第1図に示すように基材lとし
てポリカーボネート樹脂板(PC1屈折率1.58)上
に透明層2として硫化亜鉛(ZnS、屈折率2.10)
をエレクトロンビーム蒸着法で厚さt + = 142
na+蒸着したうえに記録薄膜層3として実施例1に示
した記録薄膜Gez sb、Tesを実施例1と同様の
方法で形成し、さらに透明層4としてZnSを厚さT3
 = 235nm同様に蒸着した。
この上に反射N5として金(Au、屈折率0.20+5
.04 i )を厚さt−a =2On+++エレクト
ロンビーム蒸着法で形成し、さらに保護層6として基材
と同屈折率の材質の樹脂をコーティングした。
このような構成で記録薄膜相の膜厚が10nmの場合の
熱処理前後すなわちアモルファス状態と結晶状態での反
射率Rの差ΔRと位相差φの透明層2.4の厚さt2、
t4依存性の計算値を第5図に示す。第5図においては
t、2、L4は光学的厚さに換算して示しである。第5
図から膜厚t2、t4により反射率差ΔRおよび位相差
φは変化し、その変化のしかたが互いに異なるために、
ΔR=0でかつ位相差が大きい膜厚t2、t4が存在す
ることがわかる。
例えば、透明層2の膜厚が142nm (23/64X
λ相当)、透明層4の膜厚が37nm (6/64/λ
相当)のときに位相差約9πで反射率差約O%かえられ
る。また透明層2の膜厚が37nm (6/ 64/λ
相当)、透明層4の膜厚が37nm (6/64 Xλ
相当)のときに位相差約46πで反射率差約O%かえら
れる。
以上の結果から各層の厚さを適当に選ぶことによって反
射率の変化がほとんどなく、反射光の位相だけが変化す
る構成を得ることがわかる。この計算をもとに以下の実
験を行った。
第6図に示すようにあらかじめ溝トラツクを形成した基
材に厚さ1.2mm−直径200mmのPC樹脂円板を
用い、これを真空中で回転させながら上記の方法でZn
5FI膜を142no+蒸着し、さらに記録薄膜Ge2
Sb2 Tesを同様に10nmの膜厚でアモルファス
状態で形成した。さらにZnS薄膜を厚さ235nm蒸
着しAuを厚さ20nI11蒸着した。また同じ構成の
多層薄膜を18X18mm厚さ0.2mmのガラス基板
上にも形成した。さらに樹脂円盤上に成膜したものは同
じPC樹脂円盤を紫外線硬化性の接着剤で張り付けて密
着保護層を設は光記録媒体を形成した。
ガラス基板上に形成したサンプルを300″Cで5分間
アルゴン雰囲気中で加熱して全面を結晶化し結晶化前後
で基材側からの反射率を測定したところともに約11%
で変化がなかった。
この媒体を回転させ、線速度10m/ secの線速度
で波長830nmの半導体レーザー高を開口数5.0の
レンズにで絞って記録薄膜上に焦点をあわせて溝トラツ
クにトラッキング制御をかけながら照射した。記録薄膜
面上で8mWの出力で単一周波数5MHz変調度50%
で変調した光を照射して記録薄膜を部分的に結晶化させ
て記録を行い、1mWの連続出力を照射してその反射光
をフォトディテクターで検出して再生を行ったところ、
再生信号振幅が観測された。
前記のガラス基板上のサンプルにおいては結晶化で反射
率変化が見られないことからこの再生信号は記録部と未
記録部で反射光の位相が異なることによるものであるこ
とがわかる。
さらに記録する信号の周波数を変化させて記録再生を行
ったところ、第2図に示すような従来例の記録薄膜の膜
厚85nmの構成に比べて周波数特性が高域側に伸びる
ことが確認された。
また信号を記録した上に線速度10m/ seeで記録
薄膜面上で16mWの出力で同様にレーザーを連続的に
照射したところ記録薄膜が溶融してアモルファス状態に
変化し、すでに記録されていた信号が消去されたことが
確認された。
発明の効果 本発明によれば、光学的には凹凸による位相変化記録と
等価な記録が行なえる。従って、相変化記録でありなが
ら記録密度の大きい記録が行え、凹凸ビットによる複製
盤(オーディオディスク、ビデオディスク等)との互換
も取り易い。さらに、凹凸によりあらかしめ形成した情
報信号の記録状態からの再生光と相変化記録を行った状
態からの再生光が等価となり同じ再生先学におよび、信
号処理回路を用いて情報信号の再生が行なえる。また、
相変化記録は形状変化を伴わず材料を選ぶことによって
記録した状態をもとに戻す、すなわち消去・書き換えも
可能であり、書き換え型の位相変化記録が実現できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の構成を示す模式図、第2図
は従来例の構成を示す模式図、第3図および第4図は従
来例の構成での反射率変化と反射光の位相変化の記録薄
膜の膜厚依存性を示すグラフ、第5図は本発明の一実施
例の反射率変化と反射光の位相変化の透明層の膜厚依存
性を示すグラフ、1・・・・・・基材、2,4・・・・
・・透明層、3・・・・・・記録薄膜層、 5・・・・・・反射層、 6・・・・・・保護層。

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)基材上に、レーザー光照射によって光学的に検知
    し得る変化を生じる記録薄膜材料層を設けた光学的情報
    記録媒体であって、基材の記録薄膜層を設ける面に入射
    した光の反射光あるいは透過光の変化させる凹凸をあら
    かじめ形成し、薄膜材料はレーザー光照射により光学定
    数が変化し、検知し得る変化が主として入射した光の反
    射光あるいは透過光の位相の変化によるものであること
    を特徴とする光学的情報記録媒体。
  2. (2)変化の前後で入射した光の透過率あるいは反射率
    の変化が小さいことを特徴とする請求項(1)記載の光
    学的情報記録媒体。
  3. (3)基材上に基材と屈折率が異なる第一の透過層を設
    け、その上に記録薄膜層を設け、さらにその上に第二の
    透過層を設け、その上に反射層を設けた構造の光学的情
    報記録媒体であって、前記第一の透過層、記録薄膜層、
    第二の透過層および反射層の膜厚を記録材料の変化に際
    して入射した光の反射光の位相が変化するように選ぶこ
    とを特徴とする請求項(1)または(2)のいずれかに
    記載の光学的情報記録媒体。
  4. (4)位相変化が略々(1±2n)πn:整数 であることを特徴とする請求項(1)または(2)のい
    ずれかに記載の光学的情報記録媒体。
  5. (5)位相変化が略々(−1/2±2n)πn:整数 であることを特徴とする請求項(1)または(2)のい
    ずれかに記載の光学的情報記録媒体。
  6. (6)位相変化が略々(+1/2±2n)πn:整数 であることを特徴とする請求項(1)または(2)のい
    ずれかに記載の光学的情報記録媒体。
  7. (7)基材上の一部に、レーザー光照射によって光学的
    に検知し得る変化を生じる記録薄膜材料層を設けた光学
    的情報記録媒体であって、基材の記録薄膜層を設ける部
    分以外の部分に入射した光の反射光あるいは透過光の位
    相を変化させる凹凸をあらかじめ形成し、薄膜材料はレ
    ーザー光照射により光学定数が変化し、検知し得る変化
    か主として入射光の反射光あるいは透過光の位相の変化
    によるものであることを特徴とする光学的情報記録媒体
  8. (8)位相変化が略々 (1±2n)πn:整数 であることを特徴とする請求項(7)に記載の光学的情
    報記録媒体。
  9. (9)請求項(1)に記載の光学的情報記録媒体の情報
    記録再生方法であって、基材の記録薄膜層を設ける面に
    あらかじめ形成され、入射した光の反射光の位相を変化
    させる凹凸によりトラッキングを行いながら情報の記録
    再生を行うことを特徴とする光学的情報記録媒体の情報
    再生方法。
  10. (10)請求項(1)または(7)のいずれかに記載の
    光学的情報記録媒体の情報記録再生方法であって、基材
    の記録薄膜層を設ける面にあらかじめなんらかの情報信
    号により変調して形成され、入射した光の反射光の位相
    を変化させる凹凸に再生光を照射して前記の情報の再生
    を行うことを特徴とする光学的情報記録媒体の情報再生
    方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5506022A (en) * 1993-06-17 1996-04-09 Nec Corporation Optical information-recording medium
US5527661A (en) * 1992-11-25 1996-06-18 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Optical information recording medium

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JPH07109654B2 (ja) 1995-11-22

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