JPH08203127A

JPH08203127A - 光記録媒体

Info

Publication number: JPH08203127A
Application number: JP7010224A
Authority: JP
Inventors: Mikio Sugiki; 美喜雄杉木; Atsushi Fukumoto; 敦福本
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Filing date: 1995-01-25
Publication date: 1996-08-09

Abstract

(57)【要約】【目的】結晶、非晶質の領域間で反射率の変化も考慮
された最適条件に基づいた光記録媒体の提供を目的とす
る。【構成】相変化型の光ディスク１は、非結晶状態の領
域と結晶状態の領域からそれぞれ得られる反射光の位相
差をｆ_ca、記録トラックの両側に形成するグルーブの深
さをｆ_g、非結晶状態の記録マーク形成領域からの反射
光の複素振幅に対する結晶状態の未記録領域からの反射
光の複素振幅の反射率比を複素振幅反射率比としてｒ_ca
で表した際に、これらのパラメータがｓｉｎ（ｆ_g）＝
ｒ_ca＊ｓｉｎ（ｆ_g＋ｆ_ca）の関係を満足している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、記録膜に非結晶状態の
領域を情報に応じて形成し、結晶状態の領域と上記非結
晶状態の領域との光学定数の変化による反射率の差を用
いて情報が読み出される光記録媒体に関する。

【０００２】

【従来の技術】光記録媒体には、情報を追記したり、可
逆的に情報の書換え可能な材料を用いて行うものがあ
る。現在、光記録媒体は、情報に応じていわゆるピット
を形成する情報記録が主流である。

【０００３】この他に結晶と非結晶、すなわちアモルフ
ァスの相変化を利用した記録材料を用いた相変化型の光
記録媒体も市場に供給されている。この相変化型の光記
録媒体は、記録膜の結晶状態とアモルファス状態での光
学定数（ｎ，ｋ）の変化による反射率の差を用いて情報
の記録／再生を行うものである。ここで、光学定数ｎ
は、屈折率、ｋは、消衰係数である。

【０００４】この相変化型の光記録媒体では、記録／再
生に際し例えばレーザ光源から照射される光の反射率や
位相差及び記録再生に必要な案内溝の最適化が必要であ
り、特に、安定なトラッキング特性と再生信号の高いＳ
／Ｎ比が要求されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、光学的なフ
ァクタとして位相差を用いて再生信号を得る位相差再生
相変化光ディスクに関する条件が、日本応用物理学会の
１９９４年春季大会（28p-L-13）において報告されてい
る。位相差再生相変化光ディスクの鏡面記録は、位相差
がπの場合、ＲＯＭタイプの光ディスクと同等の振幅周
波数特性が得られることが既に知られている。

【０００６】位相差再生相変化光ディスクは、例えば連
続溝サーボで安定なトラッキング特性と良好な周波数特
性を得るためにレーザ光の波長をλとすると、案内溝の
深さを3λ/32付近にし、結晶−非晶質での位相差が-0.6
πの案内溝記録あるいは同じ案内溝の深さで位相差が+
0.6πのランド記録することにより、振幅・変調度が大
きく、かつ記録によるトラッキングエラー信号の変化も
小さい記録再生特性が報告されている。

【０００７】ところが、ここでの報告は、結晶と非晶質
の領域での反射率が共に１１％と変化のない場合の位相
差再生相変化光ディスクにおける最適条件としてしか報
告されていない。

【０００８】そこで、本発明は、上述したような実情に
鑑みてなされたものであり、結晶、非晶質の領域間で反
射率の変化も考慮された最適条件に基づいた光記録媒体
の提供を目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明に係る光記録媒体
は、上述した課題を解決するために、記録膜に非結晶状
態の領域を情報に応じて形成し、結晶状態の領域と非結
晶状態の領域との光学定数の変化による反射率の差を用
いて情報が読み出される光記録媒体であって、非結晶状
態の領域と結晶状態の領域からそれぞれ得られる反射光
の位相差をｆ_ca、記録トラックの両側に形成するグルー
ブの深さをｆ_g、非結晶状態の記録マーク形成領域から
の反射光の複素振幅に対する結晶状態の未記録領域から
の反射光の複素振幅の反射率比を複素振幅反射率比とし
てｒ_caで表した際に、これらのパラメータがｓｉｎ（ｆ
_g）＝ｒ_ca＊ｓｉｎ（ｆ_g＋ｆ_ca）の関係を満足するこ
とを特徴としている。

【００１０】ここで、グルーブと記録トラックに形成さ
れる非結晶状態の記録マーク領域のそれぞれの幅を等し
く設定するようにしてもよい。

【００１１】

【作用】本発明に係る光記録媒体では、パラメータを用
いてｓｉｎ（ｆ_g）＝ｒ_ca＊ｓｉｎ（ｆ_g＋ｆ_ca）と簡
単な関係で表されることにより、相変化記録膜構成とグ
ルーブの最適な組合せが容易に求められる。

【００１２】グルーブと記録トラックに形成される記録
マーク領域のそれぞれの幅を等しく設定することによ
り、グルーブの深さに対するＲＦ信号を最大にする条件
と記録前後でのプッシュプル信号量の変化がない条件と
を一致させている。

【００１３】

【実施例】以下、本発明に係る光記録媒体の一実施例に
ついて、図面を参照しながら説明する。

【００１４】本発明では、例えば相変化型の光ディスク
のモデルを一例に挙げて、反射率、位相差といった光学
的な変化量と溝が形成されたグルーブの深さや幅といっ
た量等をパラメータとして用いて得られる関係式を説明
する。

【００１５】相変化型の光ディスクは、例えば図１
（ａ）に示すように、光ディスク１をレーザ光が照射さ
れる照射面側から見た際に、図１（ｂ）の要部拡大平面
と、図１（ｃ）の破断線Ａ−Ｂに沿った断面に位相差の
変化も含めて模式的に表すことができる。

【００１６】この模式的に示した図を参照しながら、こ
の光ディスク１のモデルで使用する各パラメータについ
て説明する。図１（ｂ）の長さｐは、最小記録マークの
倍の長さで表される記録波長を示す。幅ｑは、トラック
間のピッチ、すなわちトラックピッチを示す。トラック
幅ｑのトラックにおいて、案内溝（以下、グルーブとい
う）は、例えばトラック中心Ｔ_Cからディスク径方向に
等しい幅で形成されている。このグルーブの幅は、γ_g
で表している。トラックにおいてこれ以外の領域がラン
ド領域に対応している。このグルーブの深さｆ_gは、屈
折率ｎ、厚さｄ及びレーザ光の波長λを用いて、（２ｎ
ｄ／λ）の関係で表される。

【００１７】また、例えばこのグルーブ内に記録する記
録マーク長は、βで表している。この記録マークの幅
は、γとしている。

【００１８】レーザ光の照射により記録膜がアモルファ
スに相変化して記録マークが形成された領域ＲＭでの複
素表示されるレーザ光の反射率（記録マーク反射率）
は、ｒ_aとしている。また、記録マークが形成されてい
ない未記録領域ＮＲＭでの複素表示されるレーザ光の反
射率（未記録部反射率）は、ｒ_cとしている。

【００１９】相変化型の光ディスクは、記録前後での相
対的な反射率の変化に注目しているので、未記録部の反
射率ｒ_cに対する記録マーク反射率ｒ_aの比は、記録前
後でのレーザ光における複素振幅の実部の反射率の変化
（複素振幅反射率の変化）をｒ_ca、情報を読み取るレー
ザ光の波長λで正規化した記録前後での位相差の変化を
ｆ_caとする複素振幅である。すなわち、この比は、ｒ_a／ｒ_c＝ｒ_ca*exp(i*ｆ_ca) ・・・（１）で表される。

【００２０】この相変化型の光ディスクのモデルに対す
る再生信号は、例えば H. H. Hopkins によって J. Op
t. Soc. Am., Vol.69, No.1, p4の“Diffraction theor
y oflaser read-out systems for optical video disc
s”に示されている回折理論に基づく式に近似を導入し
た関係式から求められる。

【００２１】この回折理論において受光素子で検出する
光は、光ディスクからの複素反射係数で記述される回折
光で表される。各回折光の成分は、回折スペクトラムと
してＲ_mnで与えられる。このＲ_mnは、複素フーリエ級数
の係数であり、

【００２２】

【数１】

【００２３】で与えられる。ここで、式（２）で用いる
関数 sinc(x)は、 sinc(x)=sin(x)/x ・・・（３）と定義され、x=0 のとき、１になる性質を有している。
また、回折スペクトラムＲ_mnの添字は、２次元回折スペ
クトラムの次数で、次数ｍ，ｎは、それぞれ０，±１，
±２，・・・と整数値となる。

【００２４】次に、式（２）の反射率を未記録部の反射
率ｒ_cで規格化し、さらに式（１）を適用することによ
り、

【００２５】

【数２】

【００２６】が回折スペクトラムの式として得られる。

【００２７】このホプキンスによる回折理論を適用した
際に対物レンズ上の反射光振幅分布を示す関数a(x,y,u,
v)は、

【００２８】

【数３】

【００２９】と表される。ここで、関数a(x,y,u,v)の
u,vは、光ディスクの記録マークを中心にしてこの中心
に対する読み取りスポットの位置座標を示し、u が光デ
ィスクのトラック方向、v がトラックに垂直な方向を示
している。式（５）の関数f(x,y)は、情報の読み取り用
対物レンズの瞳関数である。

【００３０】この反射光振幅分布は、例えば図２に示す
ように、記録マーク中心Ｒ₀₀からの読み取りスポットの
ずれで決まる位相項exp{-2πi(mu/p+nv/q)} に記録波長
ｐ、トラック幅ｑ、開口数ＮＡ、レーザ光の波長λで決
まる位置に立つ回折スペクトラムＲ_mnを掛け合わせたも
のの和として表される。

【００３１】さらに、最終結果に影響をもたらさない近
似をいくつか導入する。先ず瞳関数f(x,y)の簡単化が関
数a(x,y,u,v)に施される。すなわち、x² +y² <1 のと
き、f(x,y)=1にし、x² +y² >1 のとき、f(x,y)=0に設定
する。

【００３２】第２に、高次回折スペクトラムの影響を無
視することが挙げられる。すなわち｜m｜＋｜n｜＞１の
とき、Ｒ_mn＝０とする。最後の条件は、例えば図２に示
すように、各回折スペクトラム内ので主要な重なり部分
だけを考慮して近似する方法である。この条件によっ
て、０次光のＲ₀₀とそれぞれ周辺の１次回折光Ｒ₀₁、Ｒ
_0-1 、Ｒ₁₀、Ｒ_-10 との４種類の重なりだけを考慮すれ
ばよいことになる。

【００３３】このような条件をすべて考慮して再生され
るＲＦ信号ｒｆを計算してみると、ＲＦ信号ｒｆは、

【００３４】

【数４】

【００３５】と簡単な式で得られる。

【００３６】また、この条件によって得られるプッシュ
プル信号ｐｐは、

【００３７】

【数５】

【００３８】と表される。

【００３９】ここで、各パラメータを用いて新たなパラ
メータをg₀ =γ_g /q，g₁ =γ/q，b₁=β/qとして用い、
ＲＦ信号ｒｆとプッシュプル信号ｐｐの近似した値を示
すと、ＲＦ信号ｒｆとプッシュプル信号ｐｐをそれぞれ
ｑ_rfとｑ_ppとおくと、ｑ_rfとｑ_ppが

【００４０】

【数６】

【００４１】

【数７】

【００４２】で表される。

【００４３】このように表されたＲＦ信号がグルーブの
深さｆ_gに対する極値をとるには、δｑ_rf／δｆ_g＝０
の条件を満足すればよいから、式（８）をｆ_gで微分す
ると、

【００４４】

【数８】

【００４５】が得られる。このように、式（１０）は、
［］で囲まれた項が０になれば条件を満足することがわ
かる。従って、与えられた複素振幅の実部の反射率の変
化ｒ_caと記録前後での位相差の変化ｆ_caに対して最大振
幅を与えるグルーブの深さｆ_gとの関係は、グルーブの
幅γ_gに無関係な sin(ｆ_g)=ｒ_ca sin(ｆ_ca+ｆ_g) ・・・（１１）によって得られることがわかる。

【００４６】さらに、g₀ =g₁ （あるいはγ_g =γ）とす
ると、近似したプッシュプル信号ｑ_ppは、

【００４７】

【数９】

【００４８】となる。この式（１２）が、記録前後のプ
ッシュプル信号量に変化をきたさない簡便な条件であ
る。

【００４９】また、記録前の条件としては、ｒ_ca＝１、
ｆ_ca＝０とおくことができるので、この記録前のプッシ
ュプル信号をｑ_pp0とすると、記録前のプッシュプル信
号ｑ_pp0は、

【００５０】

【数１０】

【００５１】と表される。記録前のプッシュプル信号ｑ
_pp0 と記録後のプッシュプル信号ｑ_ppの信号量に変化が
ないということは、ｑ_pp＝ｑ_pp0 ・・・（１４）でなければならない。この条件を考慮すると、結果とし
て式（１１）と同じ関係が得られる。

【００５２】従って、グルーブの幅と記録マークの幅が
等しいとき、グルーブの深さに対するＲＦ信号を最大に
する条件と記録前後でのプッシュプル信号量の変化がな
いようにする条件は、一致することになる。

【００５３】この条件による関係を踏まえて実際の様子
をシミュレートしてみる。先ず、図３及び図４では、条
件としてグルーブの幅γ_g／トラックピッチｑをｇ₀＝
0.3、記録マークの幅γ／トラックピッチｑをｇ₁＝0.3
、記録マーク長β／記録波長ｐをｂ₁＝0.5 と設定し
ている。すなわち、この設定は、グルーブの幅γ_gと記
録マークの幅γが等しいときを示している。

【００５４】図３では、それぞれこの条件におけるグル
ーブの深さに依存して変化する記録前のプッシュプル信
号ｐｐが、破線で示されている。また、図中の実線は、
線が太くなるに連れて複素振幅反射率比ｒ_acが、０、
１、２の場合を示している。

【００５５】グルーブの深さｆ_gに対するプッシュプル
信号ｐｐが、図３（ａ）〜（ｆ）では、記録前後での位
相差の変化ｆ_caを０〜１*π まで0.2*πの間隔でシミュ
レートされている。また、グルーブの深さｆ_gに対する
ＲＦ信号ＲＦも、図４（ａ）〜（ｆ）で、記録前後での
位相差の変化ｆ_caを０〜１*π まで0.2*πの間隔でシミ
ュレートされている。

【００５６】図３から明らかなように、設定した記録前
後での位相差の変化ｆ_caにおいてプッシュプル信号ｐｐ
に信号量の変化がない条件とは、破線で示した記録前の
プッシュプル信号と実線で示される３本の記録後のプッ
シュプル信号とがそれぞれ交差するときを意味してい
る。従って、この記録前後のプッシュプル信号が交差し
た位置でのグルーブの深さｆ_gが、記録前後での位相差
の変化ｆ_caにおいてプッシュプル信号ｐｐに信号量の変
化を生じさせないグルーブの深さになる。

【００５７】また、ＲＦ信号がグルーブの深さｆ_gに対
して極値をとる条件とは、図４でのＲＦ信号の振幅が最
大になる際のグルーブの深さを意味している。これらの
条件によって得られるグルーブの深さｆ_gは、図３及び
図４から明らかなように、一致していることがわかる。

【００５８】この一致するグルーブの深さｆ_gは、それ
ぞれ設定した記録前後での位相差の変化ｆ_caの値を０〜
１*π まで変化させても、ＲＦ信号最大の条件と記録前
後でのプッシュプル信号量の変化のないグルーブの深さ
が一致していることがわかる。

【００５９】従って、式（１１）の関係を満足させるこ
とにより、設定に基づくグルーブの深さを決めることが
できる。

【００６０】次に、グルーブの幅γ_gと記録マークの幅
γが等しくないときの設定に関するシミュレーションを
図５及び図６を参照しながら説明する。

【００６１】このシミュレーションにおける条件は、グ
ルーブの幅γ_g／トラックピッチｑをｇ₀＝0.5 、記録
マークの幅γ／トラックピッチｑをｇ₁＝0.3 、記録マ
ーク長β／記録波長ｐをｂ₁＝0.5 と設定している。図
５及び図６では、両方とも設定した記録前後での位相差
の変化ｆ_caの値を０〜１*π まで変化させた６つの場合
が示されている（図５及び図６の（ａ）〜（ｆ）を参
照）。

【００６２】それぞれ設定した記録前後での位相差の変
化ｆ_caの値を０〜１*π まで変化させた際に、記録前後
でのプッシュプル信号量を変化させない条件を満足する
グルーブの深さｆ_gが、図３と図５で一致していない。
これは、グルーブの幅γ_gが記録マークの幅γよりも大
きいので、記録前後でのプッシュプル信号ｐｐの信号量
の変化がないグルーブの深さを示す関係が、式（１１）
の関係を満足していないことを示している。

【００６３】しかしながら、図６に示すＲＦ信号を最大
にするグルーブの深さｆ_gは、図４と比較してみると、
図４の最大振幅でのグルーブの深さｆ_g一致しているこ
とがわかる。すなわち式（１１）の関係が満足されてい
る。

【００６４】従って、このような条件下では、ＲＦ信号
の最大条件だけを考慮すればよいことがわかる。

【００６５】これまで述べてきたような近似が妥当なも
のかどうかについて図７及び図８を参照しながら説明す
る。

【００６６】図７及び図８に示すシミュレーションの条
件は、複素振幅の実部の反射率の変化ｒ_caを１、開口数
ＮＡを0.55、記録の読み取り波長λ＝ 680nm、グルーブ
の幅γ_g＝0.35μｍ、トラックピッチｑ＝ 1μｍ、記録
マークの幅γ＝0.35μｍ、記録マークの長さβ＝ 0.5μ
ｍ及び記録波長ｐ＝ 1μｍと設定している。これによ
り、シミュレーションで用いる各パラメータは、それぞ
れグルーブの幅γ_g／トラックピッチｑ＝ｇ₀＝0.35、
記録マークの幅γ／トラックピッチｑ＝ｇ₁＝0.35及び
記録マークの長さβ／記録波長ｐ＝ｂ₁＝ 0.5になる。
図７及び図８のシミュレーション結果は、読み取るレー
ザ光の波長λで正規化した記録前後での位相差の変化ｆ
_caを0〜0.9πまで変化させて近似を用いずに計算した場
合である。図７及び図８の横軸は、記録の読み取るレー
ザ光の波長λを４分の１した長さでグルーブの深さを規
格化して表している。記録前のプッシュプル信号は、位
相差が０の太い実線で示されている。図７に示すこの記
録前のプッシュプル信号とそれぞれの位相差の変化ｆ_ca
を持つ記録後のプッシュプル信号との交差により得られ
るグルーブの深さの位置は、図８に示す記録前のＲＦ信
号とそれぞれの位相差の変化ｆ_caを持つ記録後のＲＦ信
号との交差により得られるグルーブの深さの位置が一致
している様子が示されている。

【００６７】これにより、式（１１）が、光学的な位相
の深さであるグルーブの深さを得るための良い近似であ
ることがわかる。

【００６８】以上のように構成することにより、簡単な
関係式で相変化型の光ディスクにおける相変化記録膜と
グルーブの最適な組合せを容易に求めることができ、高
いＳ／Ｎ比で安定に記録再生することのできる相変化型
の光ディスクの設計が見通しよく行うことができ設計時
間を短縮化することができる。

【００６９】

【発明の効果】本発明に係る光記録媒体では、簡単な関
係式で相変化型の光ディスクにおける相変化記録膜とグ
ルーブの最適な組合せを容易に求めることができ、高い
Ｓ／Ｎ比で安定に記録再生することのできる相変化型の
光ディスクの設計が見通しよく行うことができ設計時間
を短縮化することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る光記録媒体として相変化型の光デ
ィスクに適用する際の各パラメータの関係を説明する模
式図である。

【図２】上記光ディスクから反射する反射光振幅分布を
示す図である。

【図３】上記光ディスクにおけるグルーブの深さと記録
前後での位相差の変化に対するプッシュプル信号の信号
量の関係を示す図である。

【図４】上記光ディスクにおけるグルーブの深さと記録
前後での位相差の変化に対するＲＦ信号の振幅の関係を
示す図である。

【図５】上記グルーブの深さと記録前後での位相差の変
化に対するプッシュプル信号の信号量においてグルーブ
の幅と記録マークの幅が等しくないときの関係を示す図
である。

【図６】上記グルーブの深さと記録前後での位相差の変
化に対するＲＦ信号の振幅においてグルーブの幅と記録
マークの幅が等しくないときの関係を示す図である。

【図７】上記グルーブの深さと記録前後での位相差の変
化に対するプッシュプル信号の信号量を近似しないで求
めた際の関係を示す図である。

【図８】上記グルーブの深さと記録前後での位相差の変
化に対するＲＦ信号の振幅を近似しないで求めた際の関
係を示す図である。

【符号の説明】

１相変化型の光ディスクｐ記録波長ｑトラックピッチ γ_g グルーブの幅ｆ_g グルーブの深さ γ 記録マークの幅 β 記録マーク長 λ 読み取りのレーザ光の波長ｒ_a 記録マーク反射率ｒ_c 未記録部反射率ｒ_ca 複素振幅反射率ｆ_ca 記録前後での位相差の変化

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】記録膜に非結晶状態の領域を情報に応じ
て形成し、結晶状態の領域と上記非結晶状態の領域との
光学定数の変化による反射率の差を用いて情報が読み出
される光記録媒体であって、上記非結晶状態の領域と上記結晶状態の領域からそれぞ
れ得られる反射光の位相差をｆ_ca、記録トラックの両側
に形成する案内溝の深さをｆ_g、上記非結晶状態の領域
からの反射光の複素振幅に対する上記結晶状態の領域か
らの反射光の複素振幅の反射率比を複素振幅反射率比と
してｒ_caで表した際に、これらのパラメータがｓｉｎ（ｆ_g）＝ｒ_ca＊ｓｉｎ（ｆ_g＋ｆ_ca）の関係を満足することを特徴とする光記録媒体。
【請求項２】上記案内溝と上記記録トラックに形成さ
れる上記非結晶状態の領域のそれぞれの幅を等しく設定
することを特徴とする請求項１記載の光記録媒体。