JPWO2002031825A1 - 光記録媒体および光記録再生方法 - Google Patents

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Abstract

複数設けられた記録層のうち第1記録層と第2記録層は、記録膜と酸化銀からなる反射制御膜とを有し、さらに反射制御膜が誘電体膜によりはさまれた構成となっている。反射制御膜は、光照射により記録膜が発熱する際の熱を利用し、この熱により高反射部形成限界温度以上となった部分に高反射部を形成する。これにより、アクセスする記録層以外での光損失が少なくなり、光効率が向上する。

Description

[技術分野]
【0001】
本発明は、光ディスクや光カード等、情報が光学的に記録・再生される光記録媒体と、光記録媒体に対して情報を記録・再生するための光記録再生方法に関するものである。
【0002】
[背景技術]
近年、社会の情報化が進むにつれて、大容量な外部記憶装置が望まれている。光学的な情報の記録においては、光の波長と対物レンズの開口数で決まる回折限界が存在するため、従来、記録ピットのサイズの縮小による高密度化には限界があった。このような問題を解決するために、複数の記録層を有する多層光記録媒体が提案されている。多層型の光記録媒体に使用される記録層には、光を反射させることができると共に透過させることもできる半透明な膜が用いられている。このため、目的の記録層以外の記録層での光反射による光損失が生じる。また、入射する光の進行方向上流側を上、下流側を下とした場合、目的の記録層よりも下層に位置する層にも透過光が達するため、さらに光損失が生じることとなる。このような問題を解決するために、記録層に非線形光学特徴を有する非線形物質を用いた多層光記録媒体が提案されている(特開2000−3529号公報)。
【0003】
図10は、従来の多層光記録媒体の断面構成を示している。図10の光記録媒体は、第1光透過膜10と第2光透過膜14の間に位置した第1記録層12と、第2光透過膜14をはさみ第1記録層12と対向する位置に形成された第2記録層16とを有する。さらに、第1記録層12にはガイド溝12Aが設けられている。第1記録層12は、光の強さが強くなるにつれて非線形的に大きくなる反射率を有する非線形反射物質で形成されている。このような性質を有する非線形反射物質としては、a−Si、InSb、ZnTe、ZnSe、CdSSe、GaAs、GaSbなどがある。このような非線形反射物質で第1記録層12を形成する場合、第1記録層12は、|(n−n)/(n+n)|によって変わる反射率R1を有する。ここで、nは第1光透過膜10および第2光透過膜14の屈折率であり、nは非線形反射物質である第1記録層12の屈折率である。ここで用いている非線形反射物質とは、光強度によって屈折率が変化する現象が生じる材料、いわゆる非線型光学効果の大きな材料である。
【0004】
このような光記録媒体の光学的特性を説明する。第1記録層12がアクセスされる場合、光スポットが第1記録層12に形成されるために第1記録層12に照射される光ビームは比較的強くなる。このときの第1記録層12の反射率R1が、例えば40%であるとする。一方、第2記録層16がアクセスされる時には、照射される光スポットが第2記録層16上に形成されるために第1記録層12に照射される光は比較的弱くなる。このときの第1記録層12の反射率R1を例えば30%とすると、第1記録層12は入射光の30%を反射させ、70%を第2記録層16側に透過させることになる。従って、効率よく第2記録層16のアクセスが行える。
【0005】
しかしながら、開示の技術では、その反射率変化は30%から40%と、わずか10%の変化しかない。これは、第1記録層12や第2記録層16に非線型光学効果を有する材料を用いていることによる限界で、さらなる多層化に対しては光量が不足するという課題があった。
【0006】
[発明の開示]
本発明の第1の光記録媒体は、複数の記録層を有する多層の光記録媒体において、前記複数の記録層のうち少なくとも一つの記録層が、光入射側から記録膜と可変反射膜とをこの順に有しており、前記記録膜は光照射により発熱する材料からなり、前記可変反射膜は、膜温度が所定温度未満では光に対して透過性を有し、かつ、膜温度が前記所定温度以上では光に対して反射性を有する材料からなり、前記可変反射膜には、光照射時に前記記録膜から発生する熱により加熱されて膜温度が前記所定温度以上となった領域に高反射部が形成されることを特徴としている。
【0007】
この第1の光記録媒体によれば、アクセスの対象となる記録層に光スポットが形成されるとその記録層に設けられた記録膜に照射される光が強くなるため、その結果、記録膜において局所的な発熱が起こり温度が上昇する。この熱によりアクセスされる記録層の可変反射膜に高反射部が形成され、入射光のほとんどがこの高反射部で反射される。従って、光損失の量を少なくすることができ、光効率の良い信号検出が可能となる。また、情報を記録する場合も、高反射部からの反射光が増えるので記録光量が少なくてすみ、光効率のよい記録が可能となる。また、この光記録媒体は可変反射膜の透過から反射への状態変化を利用しているために、従来の非線型光学効果を利用した光記録媒体に比べて光効率が良く、より多くの記録層を持った多層光記録媒体が実現できる。
【0008】
本発明の第2の光記録媒体は、複数の記録層を有する多層の光記録媒体において、前記複数の記録層のうち少なくとも一つの記録層が、光入射側から記録膜と可変反射膜と発熱膜とをこの順に有し、前記発熱膜は光照射により発熱し、前記可変反射膜は、膜温度が所定温度未満では光に対して透過性を有し、かつ、膜温度が前記所定温度以上では光に対して反射性を有する材料からなり、前記可変反射膜には、光照射時に前記発熱膜から発生する熱により加熱されて膜温度が前記所定温度以上となった領域に高反射部が形成されることを特徴としている。この第2の光記録媒体によれば、第1の光記録媒体にて得られる光効率の良好な記録再生という効果に加えて、高反射部のサイズ変動を抑制できるという効果も得られる。
【0009】
本発明の第3の光記録媒体は、複数の記録層を有する多層の光記録媒体において、前記複数の記録層のうち少なくとも一つの記録層が、光入射側から記録膜と可変反射膜と波長選択発熱膜とをこの順に有しており、前記波長選択発熱膜は所定の波長範囲の光の照射により発熱し、前記可変反射膜は、膜温度が所定温度未満では光に対して透過性を有し、かつ、膜温度が前記所定温度以上では光に対して反射性を有する材料からなり、前記可変反射膜には、光照射時に前記波長選択発熱膜から発生する熱により加熱されて膜温度が前記所定温度以上となった領域に高反射部が形成されることを特徴としている。この第3の光記録媒体によれば、第1および第2の光記録媒体と同様に、光効率の良好な記録再生を実現することができる。
【0010】
また、本発明の第1〜第3の光記録媒体において、前記可変反射膜は、熱による化学変化で光に対して透過性を有する状態から反射性を有する状態へと変化することが好ましく、さらに、前記可変反射膜は金属の酸化物からなり、銀酸化物、錫酸化物、インジウム酸化物、および亜鉛酸化物のうち少なくとも何れか一つを含むことが好ましい。
【0011】
また、前記記録膜と前記可変反射膜との化合物生成を防止し、さらには可変反射膜の化学変化により生じた物質を閉じ込めておくため、本発明の第1〜第3の光記録媒体においては、前記可変反射膜を誘電体層により挟んで配置することが好ましい。
【0012】
また、本発明の第1〜第3の光記録媒体において、前記複数の記録層のうち光照射側から最も離れた位置に配置される記録層は、光入射側から順に、記録膜と入射光を全反射する全反射膜とを有していることが好ましい。
【0013】
本発明の光記録再生方法は、本発明の第1〜第3の光記録媒体に対して情報を記録再生する方法であって、光照射によって発生する熱により、可変反射膜の一部を光に対して透過性を有する状態から反射性を有する状態へと変化させて高反射部を形成し、記録膜に情報を記録再生することを特徴とする。さらに、前記可変反射膜において、光照射によって発生する熱により光に対して透過性を有する状態から反射性を有する状態へ変化させた領域を、照射される光のスポットサイズよりも小さくすることで、超解像記録再生が可能となる。
【0014】
[発明を実施するための最良の形態]
以下、本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。
【0015】
(実施の形態1)
図1に、実施の形態1の光記録媒体の断面構成が示されている。この光記録媒体は、基板701に、光(L0)入射側から第1記録層751、第2記録層752、および最終記録層754がこの順に設けられた多層光記録媒体である。各記録層間には、分離膜731,732が設けられている。
【0016】
第1記録層751と第2記録層752は同様の層構造になっており、光(L0)入射側から記録膜721,722、誘電体膜711,713、反射制御膜(可変反射膜に相当)735,736、および誘電体膜712,714が順に設けられた構造となっている。
【0017】
さらに、第2記録層752と分離膜732をはさんで、記録膜723、誘電体膜715、反射膜702からなる最終記録層754が配置されている。この構成において、第1記録層751および第2記録層752の記録膜721,722は、記録再生する波長の光に対しては半透明膜で入射光の一部を吸収し発熱するGeSbTe等の記録材料からなる。
【0018】
また、反射制御膜735および反射制御膜736は銀酸化物(AgO)からなり、分解温度以上で銀と酸素に分解して透過から反射の状態へと変化する。
【0019】
誘電体膜711,712,713,714は銀酸化物の分解温度よりも融点(もしくは軟化点)が高い透明誘電体で、銀酸化物の分解によって生成された銀および酸素を閉じ込めておく役割を果たす。誘電体膜711,712,713,714は、ZnSとSiOの混合物等により形成することができる。
【0020】
さらに、誘電体膜711,713は、記録膜721,722と反射制御膜735,736との化合物生成を防止する働きをする。また、分離膜731,732は各記録層を光学的、熱的に分離するためのものであり、記録再生光(L0)の焦点深度よりも厚い透明材料(例えばポリメタクリル酸メチル)からなる。なお、各記録層にはガイド溝が設けられており、これは記録の位置を特定するために用いられる。
【0021】
以下、本実施の形態の光記録媒体の光学的特性を説明する。第1記録層751がアクセスされる場合、入射光L0の光スポットが第1記録層751に形成されるため、第1記録層751に照射される光ビームは比較的に強くなる。その結果、記録膜721での局所的な発熱が起こり、温度が上昇する。この熱は、誘電体膜711を介して反射制御膜735に伝達されるので、反射制御膜735も温度上昇する。これにより反射制御膜735の温度が酸化銀の分解温度に達して銀と酸素に分解され、高反射部741が形成される。入射光L0はこの高反射部741により殆どが反射される。この反射光を検出することにより再生信号を検出する。
【0022】
一方、第2記録層752がアクセスされる時の光記録媒体の様子が、図2に示されている。第2記録層752がアクセスされる時には、照射される光スポットが第2記録層752上に形成されるために、記録膜721では入射光の吸収による発熱領域が分散され温度上昇は小さい。このため反射制御膜735は酸化銀の状態を維持し入射光を透過する。記録膜722では、第1記録層751のアクセス時同様光スポットが形成され、記録膜722での局所発熱が生じ、反射制御膜736に高反射部742が形成される。入射光L0はこの高反射部742により殆どが反射され、反射光が第1記録層751を透過する。この反射光を検出することにより再生信号を検出する。
【0023】
また、最終記録層754がアクセスされる時の光記録媒体の様子が、図3に示されている。最終記録層754がアクセスされる時には、照射される光スポットが最終記録層754上に形成されるために記録膜721および記録膜722では入射光の吸収による発熱領域が分散され温度上昇は小さい。このため反射制御膜735および反射制御膜736は酸化銀の状態を維持し入射光を透過する。この光は反射膜702で反射され、反射光が第2記録層752および第1記録層751を透過する。この反射光を検出することにより再生信号を検出する。
【0024】
このように、アクセスされる時のみ該当する記録層に高反射部741,742が形成されるので、光効率の良い信号検出が可能となる。本発明では、反射制御膜735,736の透過から反射への状態変化を利用しているために、従来の非線型光学効果を利用した光記録媒体に比べて光効率が良く、より多くの記録層を持った多層光記録媒体が実現できる。また、情報を記録する場合も、高反射部741,742からの反射光が増えるので記録光量が少なくてすみ、光効率のよい記録が可能となる。なお、ここでは3層の記録層を持つ場合について説明したが、その限りではなく、本構成は2層および4層以上の記録層を有する光記録媒体にも適用可能である。また、反射制御膜735,736として銀酸化物を用いた構成について説明したが、この限りではなく、熱による化学変化で透過から反射の状態へ変化する材料であればよい。例えば、錫酸化物、インジウム酸化物、または亜鉛酸化物等でもよく、さらにこれらの材料の混合物でもよい。
【0025】
また、本実施の形態の光記録媒体によれば、回折限界以下のマークの再生、いわゆる超解像記録再生も可能となる。以下に、本実施の形態の光記録媒体に対する超解像記録再生動作について説明する。
【0026】
図4は、本実施の形態の光記録媒体を用いて超解像記録再生を行う方法を説明する断面図である。なお、図4には第1記録層751にアクセスする様子が示されている。本実施の形態の光記録媒体の再生においては、高反射部741を照射スポットのサイズよりも小さくすることが可能である。図5に示す照射スポットと高反射部741の形成領域の関係を表す図を用いて、以下に高反射部741の形成領域について説明する。
【0027】
本実施の形態の光記録媒体を記録再生する場合、反射制御膜735の温度分布は照射領域の中心部分が一番高い、単峰形状になる。高反射部741は反射制御膜735の温度が一定以上(高反射部形成限界温度以上)になった部分に形成される。従って、照射光L0の強度を、高反射部形成限界温度以上となる領域のサイズが照射スポットのサイズよりも小さくなるように選択して、照射することにより、図4に示すような照射スポット以下のサイズの高反射部741を形成することができる。このような状態では、高反射部741部分に照射した光のみが反射されるので、照射スポットの外周部に記録されている情報の影響を受けることなく、高解像の信号検出が可能となる。
【0028】
(実施の形態2)
実施の形態2の光記録媒体は、実施の形態1の光記録媒体の最終記録層754以外の記録層751,752を図6に示す構成に置き換えたものである。なお、図6においては第1記録層751にアクセスする様子が示されている。
【0029】
図6において、711および712は誘電体膜、735は反射制御膜であり、実施の形態1の場合と同じものである。記録膜721は、光L0に対してほぼ透明であり、屈折率の違いにより情報を記録する記録膜である。また、吸収発熱膜746は光L0に対して半透明な材料からなる。例えば光L0がレーザ波長650mm程度のレーザ光である場合には、吸収発熱膜746としてアモルファスSi薄膜を用いることができる。光L0は吸収発熱膜746により吸収され熱が発生する。この発生した熱は誘電体膜712を介して反射制御膜735を加熱し、高反射部741を形成する。集光された光は記録膜721の屈折率分布による回折で変調されて、次に高反射部741で反射される。この反射光を検出することにより再生信号を検出する。
【0030】
本実施の形態の光記録媒体は、実施の形態1の場合のように記録膜721で熱を発生させるのではなく、別途設けた吸収発熱膜746にて熱を発生させる。このように、光照射によって熱を発生しない材料にて記録膜721を形成する場合であっても、吸収発熱膜746を設けることにより、光効率を向上させるという実施の形態1の場合と同様の効果を実現できる。
【0031】
さらに、この構成は光L0の強度の変化による高反射部741のサイズの変動を抑える効果を有する。以下、この動作原理を説明する。光L0の光量が増加した場合、吸収発熱膜746での発熱量が増加し高反射部741のサイズが大きくなる。ところが高反射部741が増加すると、吸収発熱膜746へ入射する光量が減少することになり、吸収発熱膜746での発熱量も減少する。これにより、高反射部741のサイズも小さくなる。結果として、高反射部741のサイズ変動を抑制することができる。
【0032】
逆に、光L0の光量が減少した場合、吸収発熱膜746での発熱量が減少し高反射部741のサイズが小さくなる。高反射部741が小さくなると、吸収発熱膜746へ入射する光量が増加することになり、吸収発熱膜746での発熱量も増加する。これにより、高反射部741のサイズが大きくなる。結果として高反射部741のサイズ変動を抑制することができる。
【0033】
このように、この光記録媒体においては、光L0の強度によらず、スポットサイズよりも小さな吸収発熱膜746を安定に形成でき、安定した超解像再生が可能となるという効果も実現できる。
【0034】
(実施の形態3)
実施の形態3の光記録媒体は、実施の形態1の光記録媒体の最終記録層754以外の記録層751,752を図7に示す構成に置き換えたものである。なお、図7においては第1記録層751にアクセスする様子が示されている。
【0035】
図7において、711および712は誘電体膜、735は反射制御膜であり、実施の形態1の場合と同じものである。記録膜721は波長λ1の光L1と波長λ2の光L2に対してほぼ透明で、熱により屈折率が変化することを利用して情報を記録する記録膜である。また波長選択吸収膜743は光L2に対して半透明で、光L1に対して透明な材料からなる。例えば光L1の波長λ1が430nm程度、光L2の波長λ2が650nm程度の場合、波長選択吸収膜743をCoO、FeO、CuOを含むSiOにより形成することができる。
【0036】
以下、動作原理を説明する。本実施の形態の光記録媒体に対する情報の記録再生時には、二つの光L1および光L2を同時に照射する。光L2は波長選択吸収膜743により吸収され、熱を発生する。この発生した熱は誘電体膜712を介して反射制御膜735を加熱し、高反射部741を形成する。さらに、熱は記録膜721に伝わり、記録膜721の温度を上昇させる。記録は、記録膜721の温度を記録温度まで上げて記録膜721の屈折率変化を起こすことにより行う。また、再生においては、信号は同時に照射した光L1を用いて検出される。光L1は高反射部741を除く全ての膜に対して透明であるので、目的とする記録層に効率良く集光される。集光された光は記録膜721を透過する際、記録された屈折率分布に応じて散乱量が変化し、結果として反射光量が変調される。この反射光を検出することにより再生信号を検出する。以上の構成により、さらに高効率の信号検出が可能となる。
【0037】
(実施の形態4)
本発明の光記録媒体に情報を記録もしくは再生する光情報処理装置は、第1の放射光源と、第2の放射光源と、前記第1および第2の放射光源からの出射光を前記光記録媒体上へ微小スポットに収束する集光光学系と、前記光記録媒体からの反射光を受けて光電流を出力する光検出器と、前記光記録媒体で反射した第1の放射光源からの出射光である第1出射光のみを前記光検出器へ導くための光学系とを備えており、前記第2の放射光源からの出射光である第2出射光は、前記光記録媒体上の前記第1出射光が集光される位置で、前記第1出射光よりも広いスポットサイズで集光されることが好ましい。この光情報処理装置によれば、本発明の光記録媒体に対する情報の記録再生をより高効率に行うことができるからである。
【0038】
以下に、反射制御膜735,736に光反射部741を形成する際に二つの放射光源を用いる光情報処理装置の一実施形態について説明する。
【0039】
図8には、本実施の形態の光情報処理装置の構成が示されている。第1の半導体レーザ100から出射した波長λ1の光L1は、偏光ビームスプリッタ107および波長選択プリズム108を透過して、コリメートレンズ102により平行光に変換され、1/4波長板115により円偏光に変換される。この光はさらに対物レンズ103により、実施の形態1の光記録媒体と同じ構成の光ディスク105の記録層に集光される(往路)。光ディスク105からの反射光は、対物レンズ103により平行光に変換され、1/4波長板115により往路と90度異なる直線偏光に変換される。この光は波長選択プリズム108を透過し偏光ビームスプリッタ107で反射されホログラム素子170に入射する。この光は、ホログラム素子170により、サーボ信号を取るために波面が変形され光検出器190により検出される。さらに、本光情報処理装置は、波長λ2の光L2を出射する第2の半導体レーザ101を有する。半導体レーザ101から出射した光L2は波長選択プリズム108により反射され、コリメートレンズ102および対物レンズ103により光L1と同じ位置に集光される。
【0040】
図9は、本光情報処理装置を用いた場合の、光ディスク105の記録層(ここでは第1の記録層751)での光L1および光L2の集光状態を示す図である。本光情報処理装置は、光L1の集光スポットサイズに比べ光L2の集光スポットのサイズが大きくなるように構成されている。このような構成は、光L1の波長λ1に比べ光L2の波長λ2を大きくする、あるいは光L2の光軸方向の集光位置をずらす等により実現できる。高反射部741は光L2により形成され、高反射部741が光L1の集光スポットよりも広い範囲に形成される。このため、信号を検出する際に光L1を効率良く反射させることができる。
【0041】
このように、本構成の光情報処理装置を用いて、実施の形態1〜3で示したような本発明の光記録媒体を再生することにより、より高効率の信号検出が可能となる。
【0042】
[産業上の利用可能性]
本発明の光記録媒体および光記記録再生方法によれば、記録および再生時の光効率が向上するので、多層光記録媒体への高効率な記録再生が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1の光記録媒体における第1記録層アクセス時の様子を示す断面図である。
【図2】本発明の実施の形態1の光記録媒体における第2記録層アクセス時の様子を示す断面図である。
【図3】本発明の実施の形態1の光記録媒体における最終記録層アクセス時の様子を示す断面図である。
【図4】本発明の実施の形態1の光記録媒体における記録層アクセス時の様子を示す断面図である。
【図5】光ビーム照射領域に対する記録層の温度分布を示す関係図である。
【図6】本発明の実施の形態2の光記録媒体における記録層アクセス時の様子を示す断面図である。
【図7】本発明の実施の形態3の光記録媒体における記録層アクセス時の様子を示す断面図である。
【図8】本発明の実施の形態4の光情報処理装置の構成を示す説明図である。
【図9】本発明の実施の形態4の光情報処理装置を用いて記録層にアクセスしたときの光記録媒体の様子を示す断面図である。
【図10】従来の多層記録媒体の断面図である。

Claims (10)

  1. 複数の記録層を有する多層の光記録媒体において、
    前記複数の記録層のうち少なくとも一つの記録層は、光入射側から記録膜と可変反射膜とをこの順に有しており、
    前記記録膜は光照射により発熱する材料からなり、
    前記可変反射膜は、膜温度が所定温度未満では光に対して透過性を有し、かつ、膜温度が前記所定温度以上では光に対して反射性を有する材料からなり、光照射時に前記記録膜から発生する熱により加熱されて膜温度が前記所定温度以上となった領域に高反射部が形成されることを特徴とする光記録媒体。
  2. 複数の記録層を有する多層の光記録媒体において、
    前記複数の記録層のうち少なくとも一つの記録層は、光入射側から記録膜と可変反射膜と発熱膜とをこの順に有し、
    前記発熱膜は光照射により発熱し、
    前記可変反射膜は、膜温度が所定温度未満では光に対して透過性を有し、かつ、膜温度が前記所定温度以上では光に対して反射性を有する材料からなり、光照射時に前記発熱膜から発生する熱により加熱されて膜温度が前記所定温度以上となった領域に高反射部が形成されることを特徴とする光記録媒体。
  3. 複数の記録層を有する多層の光記録媒体において、
    前記複数の記録層のうち少なくとも一つの記録層は、光入射側から記録膜と可変反射膜と波長選択発熱膜とをこの順に有しており、
    前記波長選択発熱膜は所定の波長範囲の光の照射により発熱し、
    前記可変反射膜は、膜温度が所定温度未満では光に対して透過性を有し、かつ、膜温度が前記所定温度以上では光に対して反射性を有する材料からなり、光照射時に前記波長選択発熱膜から発生する熱により加熱されて膜温度が前記所定温度以上となった領域に高反射部が形成されることを特徴とする光記録媒体。
  4. 前記可変反射膜は、熱による化学変化で光に対して透過性を有する状態から反射性を有する状態へと変化する請求項1〜3の何れか一項に記載の光記録媒体。
  5. 前記可変反射膜が金属の酸化物からなる請求項4に記載の光記録媒体。
  6. 前記可変反射膜が、銀酸化物、錫酸化物、インジウム酸化物、および亜鉛酸化物のうち少なくとも何れか一つを含む請求項5に記載の光記録媒体。
  7. 前記可変反射膜が、誘電体層により挟まれて配置されている請求項1〜3の何れか一項に記載の光記録媒体。
  8. 前記複数の記録層のうち光照射側から最も離れた位置に配置される記録層は、光入射側から順に、記録膜と、入射光を全反射する全反射膜とを有している請求項1〜3の何れか一項に記載の光記録媒体。
  9. 請求項1〜3の何れか一項に記載の光記録媒体に対して情報を記録再生する方法であって、
    光照射によって発生する熱により、可変反射膜の一部を光に対して透過性を有する状態から反射性を有する状態へと変化させて高反射部を形成し、記録膜に情報を記録再生することを特徴とする光記録再生方法。
  10. 前記可変反射膜において、光照射によって発生する熱により光に対して透過性を有する状態から反射性を有する状態へ変化させた領域が、照射される光のスポットサイズよりも小さい請求項9に記載の光記録再生方法。
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