JPH02302932A - 光記録再生方式 - Google Patents

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〕 この発明は、書き換え型光記録媒体にレーザービームを
微小スポットに集束して信号の記録、再生、または書き
換えを行う方法に関する。

〔従来の技術〕

近年、情報記録の高密度化、大容量化（・こ対する要求
が高まり、国内外でその研究開発が盛んに行われている
が　、Ｊ二＜に半導体レーザーを光源として用いる記録
媒体としての光ディスクは従来の磁気配録媒体に比べて
およそ１０〜１００倍の記録密度を有し、しかも記録、
再生ヘッドと記録媒体とが非接触状態で情報の記録、再
生ができるために、記録媒体の損傷も少なく長寿命であ
るなどの特徴があることから膨大な情報量全記録、再生
する高密度、大容量の記録方式として有望である。

この光ディスクは用途に応じて再生専用型、追記、書換
え型の６種類に大別することができる。

再生専用型は情報の読み出しのみが可能な再生専用ディ
スクであシ、追記型は必要に応じて情報を記録し再生す
ることはできるが、記録した情報の消去は不可能なもの
である。これに対して書換え型は情報の記録、再生とさ
らに記録済みの情報を消去して書換えることが可能であ
シ、コンピュータ用のデータファイルとしての利用が望
まれ最も期待の太きいものでちる。

書換え型のディスクについては、光磁気方式と相変化方
式の２つの記録方式の開発が進められているが、いずれ
の方式も記録材料や書込み機構などの点でなお改良の余
地が残されている。これらのうち、相変仕方式は一般に
レーザー光をディスクの記録面に集光して加熱し、レー
ザー光のパルス出力とパルス幅とを制御することによっ
て生ずる記録材料の相変化、すなわち結晶状態から非晶
質状態への移行などを起こさせ、それぞれの状態におけ
る反射率の違いで情報の記録と消去を行うものである。

この相変化方式の光ディスクの構造については、通常多
くのトラッキング溝を設けた例えばポリカーボネートな
どの透明な基板表面に硫化亜鉛（ＺｎＳ　）等のセラミ
ック層よりなる保護層を形成し、その上に光記録層を設
け、さらにその上にセラミック等よりなる保護層と有機
系の表面保物層を順次堆積した構造としである。また、
保護層と有機系表面保護層の間にアルミニウム（ＡＩ）
等の反射、冷却層をもうける事も行われている。反射、
冷却層はレーザー光を反射して光の利用効率を上げると
同時に結晶状態から非結晶状態への変化の際に溶融状態
からの冷却速度を上げ、　るためのものであ勺、この際
セラミック層は断熱６一 層として作用する。媒体の特性確保のためには、この断
熱層の厚さを最適値にする事が肝要である。

レーザー光は基板の光記録層を有する側と反対の面から
入射させるのが普通である。通常の光ディスクでは、初
期状態では光記録材料を結晶状態とし、情報記録時には
これに記録レーザー光を照射して照射部全溶融した後、
急冷して非結晶状態の記録スポットを形成する。消去時
には、この非結晶状態の記録スポラトラレーザーにより
アニールして結晶状態へ戻す。また、再生時には記録ス
ポットの非結晶状態に変化を与えないよう記録レーザー
光より弱い強度の再生レーザー光を照射し、結晶状態と
非結晶状態とで異なるレーザー光の反射率を光検出素子
で検出して信号の再生が行れる。

信号の記録時には光記録層全その融点温度以上に昇温じ
て非結晶状態の記録スポット’に形成するために、記録
レーザー光は大きなエネルギーを必要とする。そこで一
般には出力数十ｍＷの半導体レーザーが用いられる。こ
の種の半導体レーザーとして現在実用されているものは
波長約８３０ｎｍの長波長大出力の半導体レーザーであ
シ、その出力レーザービームを光学系によって集束して
得られる記録レーザースポットの照射強度の分布および
これによって加熱される光記録層の温度分布は、第６図
に曲線１００で光の強度分布を９曲線２゜Ｏで温度分布
を示すように、集光部の中心（図では横軸の０位置）Ｋ
ピーク値を有するガウス形の連続的分布を示すが、温度
分布の光記録層の面方向の広がりは、記録スポット外周
部の熱拡散が中央部のそれよ勺大きいために、記録レー
ザースポーツトの広が９に比べて小さくなシ、曲線２０
０は曲線１００に比べて尖った特性を示す〇このような
照射強度の分布を示すレーザー光の集光限界（最小スポ
ット直径）ＸＦｉ一般に、レーザー光の波長をλ、レー
ザー光集光用の対物レンズの開口比をＡとすると次式で
表わされる。

Ｘ＝λ／Ａ　　　　・・・・・・・・・・・・・・・・
（１）すなわち、図中鎖線２０１を光記録層への書き込
みレベルとすると、記録スポットの最小径Ｘ。

は、記録レーザー光の波長λＴｈ８３Ｑｎｍ、対物レン
ズの開口比Ａ’ｋ　Ｏ，５５とするとＸｏ　＝　１　、
５μｍが下限値となる。ただし、記録スポットの直径Φ
０は前述の冷却効果によってＸＯより小さく、はぼ１μ
ｍ程度とすることができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

光ディスクに記録された情報を読み出す再生操作は、長
波長大出力の半導体レーザーの出力を光記録層の融点レ
ベルより充分低くなるよう絞９、弱いレベルの再生レー
ザースポラトラ照射し、非結晶状態の記録スポットから
の反射光を検出することによって行われるが、従来方法
では１つの大出力半導体レーザーを用いて再生を行うた
めに、レーザー光の波長は記録レーザースポットと同じ
８３Ｑｎｍであり、ソ（７）集光限界ＸＯけ１　、５　
ｔｔｍが下限となる。

第７図は従来の再生状況を示す説明図であシ、一定速度
（例えば１８００回転／分）で回転する光ディスクの情
報トラック８０上に相互に１μｍの間隔を保ってΦｏ＝
１μｍで記録された記録スポット８１を、Ｘｏ＝１．５
μｍの再生レーザースポット９１を照射してその反射光
を検出し、電気信号に変換された再生信号３００を得よ
うとする状態を示す。この場合、再生レーザースポット
９１が同時に二つの記録スポット８１にまたがって照射
する時点が生ずるために、再生信号３００の信号対ノイ
ズ比（以下ＣＮ比とよぶ）が低下するという問題が発生
する。また、ＣＮ比の低下を防ぐためには記録スポット
８１相互の間隔全１．５８ｍ以上に広げる必要があり、
これが原因で情報トラック８０の記録密度および再生時
の転送速度が制約されるという問題が発生する。さらに
、隣接する情報トラック８０間での信号の混入（クロス
トークノイズとよぶ）を抑制するためには溝ピッチも１
゜５μｍ以上（従来の規格では１．６μｍ）にする必要
があり、光ディスクとしての面内記録密度が制約される
という問題も発生する。

この発明の目的は、再生レーザービームの集光限界を小
さくすることによｆｉ、ＣＮ比および配録密度を高める
ことＫある。

〔課題全解決するための手段〕

上記課題を解決するために、この発明によれば、光記録
媒体に微小スポットに集束された記録レーザー光を照射
し可逆性を有する光学的変化に基づいて信号を記録し、
この光学的変化部分に前記記録レーザー光より弱い再生
レーザー光を照射し前記光学的変化を検出して信号の再
生を行う方式であって、前記再生レーザー光の波長を前
記記録レーザー光の波長より短かくして信号の再生を行
うこととする。

〔作用〕

上記手段は、照射エネルギー１ｍＷ程度を光学系を介し
て出力できる小出力牛導体レーザーとしては波長６００
　ｎｍオーダの短波長小出力の半導体レーザーが実用化
されつつあシ、長波長レーザーに非線形効果を利用した
第２高調波発生素子を組み合わせた場合には波長４００
ｎｍ　　オーダの再生レーザー光を得ることも可能であ
ることに着目して構成した方法であシ、再生レーザー光
の波長全短縮したことにより、再生レーザー光の集光限
界を１゜２μｍ以下０゜７６μｍ程度にまで縮小できる
ので、ＣＮ比を低下させることなく記録スポット相互の
間隔および情報トラック相互の間隔を縮小することが可
能とな夛、光ディスクの記録密度および信号転送速度を
大幅に改善することができる。

〔実施例〕 以下この発明を実施例に基づいて説明する。

第１図はこの発明の実施例方法を説明するための装置の
概略構成図、第２図は実施例方法の原理的説明図である
。図において、１は光記録媒体としての光ディスクであ
シ、ポリカーボネート製の透明なディスク基板１Ａの一
方の面側に硫化亜鉛（ＺｎＳ　）からなるセラミック保
護層ＩＢ、ゲルマニウム（Ｇｅ２）とアンチモン（Ｓｂ
２）トテルル（Ｔｅ、　）　（Ｄ化合物（Ｇｅ、　５ｋ
）ｚ　ＴｅＢ　）からなる光記録層Ｉ　Ｃ、ＺｎＳセラ
ミック保護層１Ｄ、アルミニウム反射層１Ｅ、およびＵ
Ｖ樹脂系保護層１Ｆの順にスパッタ膜が形成される。一
定速度（１８００回転毎分）で回転する光ディスク１の
ディスク基板１Ａ側には間隙全保持して記録消去光学ヘ
ッド２および再生光学ヘッド６が配される。記録消去光
学ヘッド２は波長８３０　ｎｍのレーザー光を発する長
波長大出力の半導体レーザー光源と、このレーザー光を
集束して光ディスク１の情報トラックに投射する投射光
学系を備え、記録レーザースポット９０として出力１５
ｍＷのレーザー光を光記録層１Ｃに与える。また、再生
光学ヘッド６は波長６７０　ｎｍのレーザー光を発する
短波長小出力の半導体レーザー光源およびその投射光学
系と、反射光を検出して電気信号に変換して再生信号を
出力する元検出部とを備え、レーザー出力１　ｍＷの再
生レーザースポット９１を光記録層１Ｃに投射する。

このように構成された光ディスクおよび光学ヘッドを用
いて情報の記録を行なった場合第２図に示すように、記
録ヘッド２から出射される記録レーザースポットの照射
光量の分布は曲線１００に示すように、光記録層１Ｃを
その融点温度に昇温するに要する書き込みレベル２０１
で集束限度ＸＯが１゜５μｍであるのに対し、再生ヘッ
ド６から出射される再生レーザースポット９１の照射光
量の分布は曲線１２０に示すように、必要な再生信号を
得るに必要な再生レベル２２０において集束限界Ｘ１　
が１．２μｍに縮小される。

そこで、光ディスク１を各層ＩＢ、１０．ＩＤオヨびＩ
Ｅそれぞれの厚みＴｈ１２０ｎｍ、　６Ｑｎｍ＋　１７
０　ｎｍ　、　　および１１００ｎとし、かつ間隔１゜
６μｍで情報トラックを形成した直径１３０ｍｍのディ
スクとし、これ’Ｔｈ１８００回転毎分で回転しつつ、
記録消去ヘッド２から直径１．５μｍに集束された１５
ｍＷの記録レーザースポット９０を照射して周波数４．
６ＭＨｚのパルス信号を光記録層１ｃに書き込んだ。つ
いで、再生ヘッド３から直径１．２μｍＫ集束サレタ１
　ｍＷ　、　６７０ｎｍの再生レーザースポット９１を
照射して再生を行なったところ、再生信号としてＣＮ比
で４７ｄＢというデータが得られた。同様にして再生ヘ
ッドから′　１．５μｍに集束された波長８３０ｎｍの
従来の再生レーザースポット（第２図に曲線１０２で照
射光量分布を示す）′ｆｒ：照射してＣＮ比を求めた結
果３３ｄＢというデータが得られ、またＣＮ比として実
用上必要な４５ｄＢを得るためには記録パルス信号の周
波数を６．７ＭＨ２以下に下げる必要があることが明ら
かになった。この結果から、波長８３０ｎｍのレーザー
光で記録した信号を６７０ｎｍに短縮した再生レーザー
光を用いて信号の読み出しを行うことにより、信号周波
数いいかえれは信号の転送速度と、ツＣディスクへの信
号の記録密度とを従来の１．２倍に高めることができる
。

次に、上述の光ディスク１の情報トラックの間隔を１．
４μｍに縮めて上述と同様に記録された信号を波長６７
０ｎｍ、ｉｍＷの再生レーザースポット９１全照射して
読み出した。その結果、得られた再生信号のＣＮ比は４
６ｄＢであった。′また、トラック間のクロストークノ
イズは再生信号に対して一３０ｄＢであった。同様に、
波長８３０ｎｍのレーザー光で再生した場合のＣＮ比は
３　ＱｄＢ。

クロストークノイズは−ｉ　８ｄＢであった。クロスト
ークノイズは実用上−２５ｄＢ以下であることが・望ま
れるものであシ、実施例方法においてはトラック間隔を
１．４μｍに短縮しても要求水準に余裕をもって適合す
る性能が得られることがわかる。

このように、この実施例方法においては記録密度を従来
方法の約１゜４倍に高めることができる。

次に、この発明の実施例方法を可能にする光学ヘッドの
具体的構成音、記録消去ヘッドと再生ヘッドを一体化し
た場合について記録、再生方法と表もに説明する。

第３図はこの発明の異なる実施例方法を示す光学ヘッド
の概略構成図であり、長波長半導体レーザー１１の出射
レーザービーム（波長８３０ｎｍ）は、偏光ビームスプ
リッタ１３で反射され、偏光ビームスプリッタ１５を透
過し、開口比Ａが０゜５５程度の対物レンズ１６で集光
限界ＺＯが１゜５μｍの記録レーザースポット９０に集
束されて光ディスク１の情報トラック８０上に投射され
、非結晶状態に変化した直径１μｍ程度の記録スポット
８１を形成する。また、短波長半導体レーザー１２の出
射レーザービーム（波長６７０ｎｍ）は偏光ビームスプ
リッタ１６で反対物レンズ側に反射され、ミラー１４で
反射される際偏光面が９０°　回転し、偏光ビームスプ
リッタ１６および１５′！ｉｌ−透過し、対物レンズ１
６で集光限界Ｚがほぼ１．２μｍの再生レーザースポッ
ト９２に集束されて記録スポット８１に投射される。記
録スポット８１の反射光は対物レンズ１６で平行光線と
なシ、偏光ビームスプリッタ１５で反射され、光検出器
１７で再生信号に変換される。この実施例においては記
録消去光学ヘッドと再生光学ヘッドが一体化され、光学
系の構成が簡素化されるとともに、前述の実施例と同様
に、４６ｄＢ以上のＣＮ比と、−２５ｄＢ以上のクロス
トークノイズレベルと、従来の１゜２倍の転送速度、お
よび従来の１゜２倍から１゜４倍の記録密度が得られる
。

第４図はこの発明の他の実施例を示す光学ヘッドの概略
構成図であり、長波長半導体レーザー１１を２箇所に設
け、一方の半導体レーザーの波長８３０　ｎｍの出射ビ
ームを非線形効果を利用した第２高調波発生素子２１に
よって波長４１５ｎｍの短波長レーザー光に変換し、ビ
ーム整形器２２全通して偏光ビームスプリッタ１３．ミ
ラー１４．偏光ビームスプリッタ１５．対物レンズ１６
等からなる投射光学系を介して光ディスク１に再生レー
ザースポット９３として投射するようにした点が前述の
各実施例方法と異なっておシ、波長λが４１５ｎｍに短
縮されることにより、（１１式によって求まる集光限界
は０．７６μｍとなシ、転送速度を従来方法の２倍に２
面内記録密度を従来方法の４倍にすることができる。

第５図は異なる他の実施例方法を示す光学ヘッドの構成
図であシ、１個の長波長大出力半導体レーザー光源１１
の出射レーザー光をビーム切換器３１によって記録・消
去用の光路と再生用の光路とに切シ換え、記録または消
去時にはミラー３２によって投射光学系の偏光ビームス
プリッタ１６に入射させ、再生時には第２高調波発生素
子２１で波長が３３　Ｑ　ｎｍから４１５ｎｍに短縮さ
れたレーザー光をビーム整形器２２およびミラー３６を
介して投射光学系の偏光ビームスプリッタ１３に記録時
とは逆向きに入射させるようにした点が゛前述の実施例
方法と異なっている。ビーム切換器６１としては、通常
用いられる音響口１？格子等を用いる方法や、ミラーの
機械的回転を利用する方法等の適用が可能であり、長波
長大出力半導体レーザー光源１個を用いて再生時の集光
限界Ｘ’ｋＯ０７６μｍに縮小することができる。　　
−〔発明の効果〕 この発明は前述のように、再生時のレーザー光の波長を
記録時のそれより短かくするよう構成した。その結果、
光ディスクの光記録層をその融点温度に加熱して情報の
書き込みまたは消去するのに必要とする大容量半導体レ
ーザーを、再生時にはその出力を絞って弱い再生レーザ
ースポラトラ形成するように構成した従来方法では、大
容量半導体レーザーの出力レーザー光の波長が８３０ｎ
ｍと長く、シたがってその集束限界が１．５μｍと大き
いのに対し、再生専用の小容量半導体レーザーを設ける
か、あるいは第２高調波発生素子を用いることによって
波長６７０ｎｍあるいは４１５ｎｍのレーザー光が得ら
れ、集束限界を１．２μｍあるいは０．７６μｍにまで
縮小することが可能となり、これに基づいて光ディスク
の面内記録密度を従来の１．４倍または４倍程度に向上
できるとともに、記録でれた信号の転送速度を従来の１
．２倍または２倍に向上することができる。また、従来
と同じ書き換え型光ディスクを用いてその記録密度およ
び転送速度を改善できるので、例えばコンピュータの記
録容量の増大や高連化に貢献できる利点が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例方法を説明するための装置の
概略構成図、第２図は実施例方法の原理的説明図、第６
図は異なる実施例方法を示す光学ヘッドの概略構成図、
第４図は他の実施例方法を示す光学ヘッドの構成図、第
５図は異なる他の実施例方法を示す光学ヘッドの概略構
成図、第６図は従来方法を示す記録レーザー光の照射強
度および記録層温度の分布図、第７図は従来の再生方法
の説明図である。 １・・・光記録媒体（光ディスクン、２・・・記録・消
去光学ヘッド（長波長大出力半導体レーザーを含む）、
６・・・再生光学ヘッド（短波長小出力半導体レーザー
を含む）、１１・・・長波長半導体レーザー、１２・・
・短波長半導体レーザー、１３．１５・・・偏光ビーム
スプリッタ、１４．３２．３３・・・ミラー、１６・・
・対物レンズ、１７・・・光検出器、２１・・・第２高
調波発生素子、２２・・・ビーム整形器、３１・・・ビ
ーム切換器、８０・・・情報トラック、８１・・・記録
スポット、９０・・・記録レーザースボッ）、９１゜９
２．９３・・・再生レーザースポット、ＸＯ・・・記録
レーザースポットの径、Ｘｌ・・・　再生レーザースポ
ットの径。 □°”・、１ 代理人弁理士　山　口　　巌　　″・　　１、′Ｉ ・・ミノ ？Ｌ戸・ ←塚尋延Ｃ飯緯妃酬 坪量Δ小−輔６叛罠稲趣 紀琳敞岬６甥剣

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）光記録媒体に微小スポットに集束された記録レーザ
   ー光を照射し可逆性を有する光学的変化に基づいて信号
   を記録し、この光学的変化部分に前記記録レーザー光よ
   り弱い再生レーザー光を照射し前記光学的変化を検出し
   て信号の再生を行う方式であって、前記再生レーザー光
   の波長を前記記録レーザー光の波長より短かくして信号
   の再生を行うことを特徴とする光記録再生方式。