JPH064901A

JPH064901A - 光学的情報記録媒体

Info

Publication number: JPH064901A
Application number: JP4157731A
Authority: JP
Inventors: Eiji Ono; 鋭二大野; Kenichi Osada; 憲一長田; Kenichi Nishiuchi; 健一西内; Noboru Yamada; 昇山田; Nobuo Akahira; 信夫赤平
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1992-06-17
Filing date: 1992-06-17
Publication date: 1994-01-14

Abstract

(57)【要約】【目的】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ディスクに関するもので、特に
信号記録トラックを有する位相変化記録媒体における再
生信号波形の歪みを低減することを目的とする。【構成】記レーザー光のトラックからの反射光の位相
の、トラックの周囲の領域からの反射光の位相との差を
ａπ、また記録薄膜層の記録部分からの反射光の位相
の、未記録部分からの反射光の位相との差をｂπとする
とき、略ａ＋ｂ＝２ｎ−１ｎ：整数あるいは略ａ／２＋ｂ＝２ｎ−１ｎ：整数を満たす構造とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【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、
特に光ディスクに関するものである。

【０００２】

【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。そのために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少な領域
を変化させることが可能であり、またその微少領域の変
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。

【０００３】光記録媒体の中に、レーザー光照射によっ
て記録膜材料の状態を変化させ光学定数を変化させて、
それにともなう反射率の変化を検出して信号を記録再生
する、いわゆる相変化記録媒体がある。相変化記録媒体
は、記録膜を変形させることなく信号が記録でき、ま
た、記録膜材料の状態を可逆的に変化させることにより
信号の書換えも可能であるため、近年勢力的に研究が進
められている。

【０００４】相変化記録材料としては、カルコゲン化合
物がよく知られており、例えばＧｅＳｂＴｅ系、ＩｎＳ
ｂＴｅ系、ＧｅＳｎＴｅ系、ＩｎＳｅ系、ＳｂＴｅ系等
がある。これらの材料は比較的強いパワーのレーザー照
射によって溶融後冷却することでアモルファス状態にな
り、比較的弱いパワーのレーザー照射によってアモルフ
ァス領域は結晶化温度以上に達して結晶状態となる。

【０００５】従来の相変化記録媒体では、一般に記録膜
材料のアモルファスと結晶の状態変化に伴って、レーザ
ー光の反射率が変化するように構成されている。すなわ
ち未記録状態（消去状態）は結晶状態であり反射率が高
く、記録状態（記録マーク）はアモルファス状態であり
反射率が低くなるように設計し、再生レーザー光により
記録マークの有無を反射光量変化として検出していた。

【０００６】これに対して、レーザー光に対する反射率
をアモルファス状態と結晶状態でほぼ同じにして、反射
光の位相が主として変化する、位相変化記録媒体が提案
されている（特開平２−７３５３７号公報）。

【０００７】これは光が波であるために干渉、回折を起
こすことを利用するものである。位相変化記録媒体は、
記録マークがない領域では記録媒体からの反射光が直接
光検出器に戻ってくるが、記録マークが存在すると、記
録マークからの反射光と記録マークの周囲からの反射光
が位相が違うために、記録マークからの反射光は回折さ
れて光検出器には戻ってこなくなる。すなわち、記録マ
ークがある場合とない場合において、光検出器に到達す
る反射光量が異なるために、記録信号が検出できる。

【０００８】位相変化記録媒体は反射率変化記録に比べ
て小さな記録マークでも大きな再生振幅が得られるため
に、記録密度の向上が期待できる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】位相変化記録媒体は、
再生レーザー光のアモルファス状態と結晶状態からの反
射光の位相差によって信号を再生する。したがって、信
号記録用トラックが存在する場合には、トラックとその
外との位相差の影響によって十分な再生信号振幅が得ら
れなかったり、再生信号波形が歪むといった課題があっ
た。

【００１０】

【課題を解決するための手段】基板上に凹凸の信号記録
トラックを形成後、レーザー光照射によって光学定数が
変化して光学的に識別可能な状態に変化する記録薄膜層
を設けた光学的情報記録媒体であって、かつ、前記記録
薄膜層の識別可能な変化が、主として記録部分と未記録
部分からの反射光の位相差に起因する反射光量変化とし
て検出される場合に、前記レーザー光の前記トラックか
らの反射光の位相の、前記トラックの周囲の領域からの
反射光の位相との差がａπ、また前記記録薄膜層の記録
部分からの反射光の位相の、未記録部分からの反射光の
位相との差がｂπとするとき、略ａ＋ｂ＝２ｎ−１ｎ：整数あるいは略ａ／２＋ｂ＝２ｎ−１ｎ：整数を満たす構造とする。

【００１１】

【作用】上記のような構成では記録マークからの反射光
は、信号記録トラックの周囲からの反射光との干渉も考
慮にいれた設計であるために、信号記録トラックがある
場合でも大きな再生信号振幅が得られる、あるいは、再
生信号波形の歪を小さくすることができる。

【００１２】

【実施例】まず、図２を用いて相変化媒体を用いた位相
変化再生について説明する。相変化媒体では一般に結晶
状態の未記録部２（消去状態と同じ）にレーザー照射に
よってアモルファス状態の記録マーク１を形成すること
によって行なわれる。再生はレーザー光のパワーを弱め
た光スポット３により記録マーク列上を走査することで
行なう。すなわち、記録マークがない領域では記録媒体
からの反射光が直接光検出器に戻ってくるが、記録マー
クが存在すると記録マークからの反射光と、記録マーク
の周囲からの反射光の位相が違うために、記録マークか
らの反射光は回折されて光検出器には戻ってこなくな
る。すなわち、記録マークの有無に対応して、光検出器
に到達する反射光量が異なるために、記録信号が検出で
きる。

【００１３】記録マークによる反射光の回折効果は記録
マークと未記録部の反射光の位相差に大きく依存する。
回折効果が最大になるのは、記録マークからの反射光と
未記録部の反射光が逆相になる場合、すなわち位相差が
（２ｎ−１）π、ｎ：整数、となる場合である。このと
き記録マークからの反射光量は極小値をとり、最大の再
生信号振幅が得られる。

【００１４】しかし、一般的には光ディスクには光スポ
ット案内用の信号記録トラックが設けてあるために記録
マークとその周囲の位相差が（２ｎ−１）πのとき再生
信号振幅が最大にはならない。信号記録トラックは基板
上に凹凸として設けられているために、トラック上とそ
の周囲において段差があり、この段差が反射光の位相差
を生じさせるからである。

【００１５】例えば図３により、信号記録トラック６を
有する基板上に、記録マーク５の有無により位相差がπ
変化する記録薄膜層を設けた場合を説明する。図３
（ａ），（ｂ）は信号がすでに記録されたトラック６上
を光スポット４により走査して再生しているところを模
式的に示している。（ａ）は光スポットが記録マークの
先端にさしかかったところであり、この場合は記録マー
クとトラック上の未記録部分で位相差がπあるために、
回折効果は大きく、したがって反射光量は大きく減少す
る。しかし、（ｂ）のように記録マークの中央では、記
録マークからの反射光とトラック外の領域からの反射光
が回折を起こすことになるが、この２つの領域の位相差
はトラックの段差による位相差のために、πからずれた
値となる。すなわち回折効果は小さくなり、反射光量の
減少量は小さい。結果として記録マーク５からの反射光
量の変化は図３（ｃ）のように歪んだ形になってしま
い、したがって、再生波形も同様に歪む。

【００１６】発明者らはこのような波形歪の除去方法に
ついて検討した結果、トラックの段差を考慮して記録薄
膜層の相変化に伴う位相差を設計することで解決できる
ことを見いだした。

【００１７】図１により本発明を説明する。信号記録ト
ラック６上に記録マーク７を形成した場合の、記録マー
ク内の任意点を点Ａ、未記録状態のトラック上の任意点
を点Ｂ、トラック外の任意点を点Ｃとする。さらに各点
の反射光の位相の関係を、点Ｃからみた点Ｂの位相の差
をａπ、点Ｂからみた点Ａの位相の差をｂπと記す。す
なわちａπとはトラックの段差に起因する位相差であ
り、ｂπは信号の記録による記録膜の相変化に伴う位相
差である。

【００１８】ここで本発明による光学的情報記録媒体の
特徴は、上述の２つの位相差を制御することにより、再
生振幅の大きい、あるいは再生波形歪の小さい構成とし
たところにある。

【００１９】最初に再生振幅を大きくするために略ａ＋ｂ＝２ｎ−１、ｎ：整数、を満たす構成を提案
する。この条件を満たすとき、点Ａと点Ｃの位相差はπ
の奇数倍となり、図３（ｂ）のように記録スポットが記
録マークの中央にさしかかったとき、最も大きな回折効
果が得られ、従って最大振幅が得られる構造となる。

【００２０】次に再生波形歪を小さくするために略ａ／２＋ｂ＝２ｎ−１、ｎ：整数、を満たす構成を
提案する。この条件を満たすとき、点Ａと点Ｂの位相差
ｂπは（２ｎ−１）π−ａ／２・πとなり、また点Ａと
点Ｃの位相差（ａ＋ｂ）πは（２ｎ−１）π＋ａ／２・
πとなる。すなわちどちらも最大振幅が得られる位相差
（２ｎ−１）πからａ／２・πだけ位相がずれた構成と
なる。つまり、図３（ａ）のように記録マークの先端に
光スポットがさしかかったときでも、図３（ｂ）のよう
に記録スポットが記録マークの中央にさしかかったとき
でも位相差が同じために、同じ大きさの回折効果が得ら
れ、従って振幅がほぼ等しいくなる。

【００２１】上述のように本願に採用する記録薄膜層
は、記録材料の状態変化に伴う位相変化量が正確に把握
されねばならない。そこで次に、記録媒体の位相変化量
の測定方法について説明する。

【００２２】ここでは反射光の干渉を利用する方法を図
４を参照しながら説明する。ステージ８上に設置したサ
ンプル９は平らな基板上にレーザー光等の照射によっ
て、アモルファスと結晶の間で可逆的に相変化を起こす
記録薄膜１０を設けた相変化媒体である。このサンプル
は、その半分の領域がアモルファスであり、他の半分が
レーザー光照射によって結晶化されている。

【００２３】最初に７８０ｎｍの波長の入射光１１（後
述の記録再生実験で波長７８０ｎｍの半導体レーザーを
用いるため、ここでも７８０ｎｍの波長の入射光を採用
した）の一部は、ハーフミラー１２、ハーフミラー１３
を介してサンプル９に達し、ここで反射されて再びハー
フミラー１３、ハーフミラー１２を介して赤外線感光板
１４に達する。サンプル９の記録媒体が位相変化媒体で
あれば、サンプル９で反射された光は、アモルファスの
領域で反射された光と結晶の領域で反射された光では、
位相差が生ずる。

【００２４】また入射光１１の他の一部は、ハーフミラ
ー１２、ハーフミラー１３を介してミラー１５に達し、
ここで反射されて再びハーフミラー１３、ハーフミラー
１２を介して参照光となり赤外線感光板１４に達する。
すなわち、サンプル９からの反射光とミラー１５からの
反射光は干渉しあうことになる。

【００２５】ここでミラー１５を入射光の垂直方向より
わずかに傾けておけば、ミラー１５からの反射光の赤外
線感光板１４までの光路長が場所により変わるために、
赤外線感光板１４上には図５のような干渉縞１６が現わ
れる。さらにアモルファスの領域で反射された光と結晶
の領域で反射された光では、位相が異なるために、干渉
縞もその位相差に応じてずれる。干渉縞の１周期は１波
長分に相当するため、干渉縞のずれ量を測定すること
で、アモルファス状態と結晶状態の位相差を求めること
ができる。

【００２６】次に具体的な実施例により本発明を説明す
る。（実施例１）（従来例）最初に記録マークと未記録部分の位相差がπ
である記録薄膜層を信号記録トラックを有する基板上に
設けた従来構造の位相変化記録媒体である光ディスクを
作製し、その再生波形を観察した。

【００２７】基板はφ１３０ｍｍのポリカーボネイト製
であり、表面にトラック幅０．６μｍ、トラックピッチ
１．６μｍ、トラック深さ７５ｎｍの信号記録トラック
が設けてある。この上に誘電体層（ＺｎＳ中にＳｉＯ２
を２０ｍｏｌ％分散させたものを採用、以下ＺｎＳ−Ｓ
ｉＯ２と記す）を１１６ｎｍ、ＧｅＳｂＴｅ系記録膜層
を１５ｎｍ、誘電体層を３５ｎｍ、Ａｕ反射層を５０ｎ
ｍの順に積層して、記録媒体を作製した。この記録媒体
は波長７８０ｎｍｎの光に対して、記録膜がアモルファ
ス状態のときの反射率が７％、結晶状態のときの反射率
が８％であり、状態変化に伴う反射率変化はほとんどな
いが、アモルファス状態と結晶状態の位相差は約πとな
るように設計された媒体である。

【００２８】なお、レーザー光は基板の薄膜層が設けら
れた表面と反対面から入射されるが、トラックはレーザ
ー光の入射側に凸である。またトラックの深さ７５ｎｍ
によりトラックの有無により反射光は１５０ｎｍの光路
長の差を生じる。したがってポリカーボネイト基板の屈
折率が１．５８であるため、反射光はトラックの有無に
より約０．６πの位相差を生じる。

【００２９】この記録媒体を予め結晶化した後、波長７
８０ｎｍの半導体レーザーを光源とする光学記録再生装
置により信号を記録再生した。光スポットと光ディスク
の相対速度が８ｍ／ｓとなるように回転させ、１ＭＨｚ
の単一周波数を１０ｍＷの記録パワーで記録した。この
とき記録マークの長さは約４μｍになる。

【００３０】図６（ａ）にこの記録マークを再生したと
きの再生波形を示す。第３図（ｃ）と同様の歪んだ再生
波形が観察された。すなわち、記録マークの中央付近で
はトラック深さに起因する位相差の影響のために振幅が
小さくなっている。

【００３１】（実施例２）次に記録マークと未記録部分
の位相差が０．４πである記録薄膜層を実施例１と同様
の基板上に設けた光ディスクを作製し、その再生波形を
観察した。この媒体は本発明によるものであり、記録マ
ークの位相とトラック外の位相差（図１における点Ａと
点Ｃの位相差）が略πとなる。

【００３２】各薄膜層の膜厚は、基板側のＺｎＳ−Ｓｉ
Ｏ２が１１６ｎｍ、ＧｅＳｂＴｅ系記録膜層が１５ｎ
ｍ、反射膜側のＺｎＳ−ＳｉＯ２が８１ｎｍ、Ａｕ反射
層が５０ｎｍである。この記録媒体は波長７８０ｎｍｎ
の光に対して、記録膜がアモルファス状態のときの反射
率が２０％、結晶状態のときの反射率が１７％、アモル
ファス状態と結晶状態の位相差は約０．４πである。従
ってトラックによる位相差０．６πと状態変化による位
相差０．４πの両方により記録マークの位相とトラック
外の位相差は略πとなる。

【００３３】この記録媒体を予め結晶化した後、実施例
１と同様の記録再生実験を行なった。

【００３４】図６（ｂ）にこの記録マークを再生したと
きの再生波形を示す。図６（ａ）に比べて大きな再生振
幅が得られるのがわかる。

【００３５】なお、本実施例ではトラックはレーザー光
の入射側に凸であるために記録マークと未記録部分の位
相差が０．４πである記録薄膜層を設けたが、トラック
がレーザー光の入射側と反対側に凸の場合には記録マー
クと未記録部分の位相差が−０．４πである記録薄膜層
を設ければ、記録マークの位相とトラック外の位相差が
略−πとなって、同様の効果が得られる。

【００３６】（実施例３）次に記録マークと未記録部分
の位相差が０．７πである記録薄膜層を実施例１と同様
の基板上に設けた光ディスクを作製し、その再生波形を
観察した。この媒体は本発明によるものであり、記録マ
ークの位相とトラック外の位相差が略１．３πとなる。
１．３πの位相差の最大振幅が得られる位相差πとのず
れ量は０．３πであり、これは記録マークの位相と未記
録部分の位相差０．７πの、πとのずれ量０．３πとお
なじである。したがって記録マークのどの位置に再生ス
ポットが存在して同程度の再生振幅が得られる。

【００３７】各薄膜層の膜厚は、基板側のＺｎＳ−Ｓｉ
Ｏ２が１１６ｎｍ、ＧｅＳｂＴｅ系記録膜層が１５ｎ
ｍ、反射膜側のＺｎＳ−ＳｉＯ２が５２ｎｍ、Ａｕ反射
層が５０ｎｍである。この記録媒体は波長７８０ｎｍｎ
の光に対して、記録膜がアモルファス状態のときの反射
率が１３％、結晶状態のときの反射率が１１％、アモル
ファス状態と結晶状態の位相差は約０．７πである。こ
の記録媒体を予め結晶化した後、実施例１と同様の記録
再生実験を行なった。

【００３８】図６（ｃ）にこの記録マークを再生したと
きの再生波形を示す。図６（ａ）に比べて再生波形の歪
が非常に小さいのがわかる。

【００３９】なお、本実施例ではトラックはレーザー光
の入射側に凸であるために記録マークと未記録部分の位
相差が０．７πである記録薄膜層を設けたが、トラック
がレーザー光の入射側と反対側に凸で場合には、記録マ
ークの位相と未記録部分の位相の差が−０．７πである
記録薄膜層を設ければ、記録マークの位相とトラック外
の位相の差および、記録マークの位相と未記録部分の位
相の差の、最大振幅が得られる位相差−０．７πの、π
とのずれ量はどちらも０．３πとおなじである。したが
って記録マークのどの位置に再生スポットが存在して同
程度の再生振幅が得られ、同様の効果が得られる。

【００４０】

【発明の効果】本発明による光学的情報記録媒体によれ
ば、信号記録トラックがある場合でも大きな再生信号振
幅を得ることができ、また再生信号波形歪を小さく抑え
られる。すなわち記録された信号をより正確に再生でき
るようになり、しいてはより高密度な記録再生が可能に
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の構成を説明するための模式図

【図２】従来例の構成の信号再生原理を説明するための
模式図

【図３】従来例の構成の課題を説明するための模式図

【図４】記録媒体の位相変化量を測定するための装置構
成を示す図

【図５】記録媒体の位相変化量を測定する方法を説明す
る図

【図６】実施例で示した種々の記録媒体における再生波
形を表わした図

フロントページの続き (72)発明者山田昇大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者赤平信夫大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定周波数のレーザー光線を用いる記録再
生装置に使用する光学的情報記録媒体であって、前記光
学的情報記録媒体は、基材上に凹凸の信号記録トラック
を形成後、前記レーザー光照射によって光学定数が変化
して光学的に識別可能な状態に変化する記録薄膜層を設
けてあり、かつ、前記記録薄膜層の識別可能な変化が、
主として記録部分と未記録部分からの反射光の位相の差
に起因する反射光量変化として検出される場合に、前記
レーザー光の前記トラックからの反射光の位相の、前記
トラックの周囲の領域からの反射光の位相との差がａ
π、また前記記録薄膜層の記録部分からの反射光の位相
の、未記録部分からの反射光の位相との差がｂπとする
とき、略ａ＋ｂ＝２ｎ−１ｎ：整数を満たすことを特徴とする光学的情報記録媒体。
【請求項２】前記信号記録トラックが、レーザー光の入
射側に凸に形成されている場合に略ａ＋ｂ＝１を満たすことを特徴とする特許請求項１記載の光学的情
報記録媒体。
【請求項３】前記信号記録トラックが、レーザー光の入
射側と反対側に凸に形成されている場合に略ａ＋ｂ＝−１を満たすことを特徴とする特許請求項１記載の光学的情
報記録媒体。
【請求項４】所定周波数のレーザー光線を用いる記録再
生装置に使用する光学的情報記録媒体であって、前記光
学的情報記録媒体は、基材上に凹凸の信号記録トラック
を形成後、前記レーザー光照射によって光学定数が変化
して光学的に識別可能な状態に変化する記録薄膜層を設
けてあり、かつ、前記記録薄膜層の識別可能な変化が、
主として記録部分と未記録部分からの反射光の位相の差
に起因する反射光量変化として検出される場合に、前記
レーザー光の前記トラックからの反射光の位相の、前記
トラックの周囲の領域からの反射光の位相との差がａ
π、また前記記録薄膜層の記録部分からの反射光の位相
の、未記録部分からの反射光の位相との差がｂπとする
とき、略ａ／２＋ｂ＝２ｎ−１ｎ：整数を満たすことを特徴とする光学的情報記録媒体。
【請求項５】前記信号記録トラックが、レーザー光の入
射側に凸に形成されている場合に略ａ／２＋ｂ＝１を満たすことを特徴とする特許請求項４記載の光学的情
報記録媒体。
【請求項６】前記信号記録トラックが、レーザー光の入
射側と反対側に凹に形成されている場合に略ａ／２＋ｂ＝−１を満たすことを特徴とする特許請求項４記載の光学的情
報記録媒体。