(57)【要約】【課題】従来の相変化記録では結晶化速度を向上させることによって高速記録を実現してきたが、その方法では再生光耐性、データの保存寿命が問題となる。また、レーザの立上り・立下り時間が無視できなくなり、レーザパルスの品質が低下する。そのことにより、記録ストラテジーが困難となり、かつ再結晶化が起こり、マーク品質が低下する。【解決手段】レーザから出射された光を、適切なパワー比を有する２つのビームに分割し、媒体上の同一トラック上に照射する。先行するスポットは消去用とし、記録パルスと同パターンに変調されるが、消去用スポットの変調パターンのうち、高いパワー部分における照射によって記録膜温度が融点以上となり、かつ中間パワー部分で結晶化領域に入るようなパワーに設定する。パワー分割に液晶回折格子を用い、パワー分割比を可変・制御することを可能とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
相変化膜からなる記録層を備えた情報記録媒体に対し、光を照射して情報を記録する情報記録装置において、
光源と、
前記光源から出射された偏光方向が同じレーザを２つのビームに分割する分割手段と、
前記分割手段は、分割するレーザのパワー比を制御するレーザパワー比制御手段を備え、
前記２つのビームは、それぞれ少なくとも前記記録層の温度が融点以上となる第１のパワーと、前記記録層の温度が原子の結合エネルギー以上で融点未満となる第２のパワーを有していることを特徴とする情報記録装置。
【請求項２】
請求項１記載の情報記録装置において、前記２つのビームは、前記情報記録媒体上の同一トラック上に照射され、先行するビームは消去用ビームであり、後方のビームは記録用ビームであることを特徴とする情報記録装置。
【請求項３】
請求項１記載の情報記録装置において、前記記録用ビームのパワーは、前記消去用ビームのパワーよりも大きいことを特徴とする情報記録装置。
【請求項４】
請求項１記載の情報記録装置において、前記分割手段は、回折格子であり、前記２つのビームの距離は、前記回折格子のピッチ、前記２つのビームのパワー比は、前記回折格子の溝の幅及びピッチで制御されていることを特徴とする情報記録装置。
【請求項５】
請求項１記載の情報記録装置において、前記分割手段は、液晶回折格子であり、前記レーザパワー比制御手段は、前記液晶回折格子に印可する電圧により、前記パワー比を制御することを特徴とする情報記録装置。
【請求項６】
請求項１記載の情報記録装置において、前記パワー比は、前記情報記録媒体に記録された情報、又は、試験記録による最小ジッタ条件に基づいて設定されていることを特徴とする情報記録装置。
【請求項７】
請求項５記載の情報記録装置において、前記パワー比は、前記情報記録媒体の異なるディスク半径の領域に応じて設定されていることを特徴とする情報記録装置。
【請求項８】
相変化膜からなる記録層を備えた情報記録媒体に対し、光を照射して情報を記録再生する情報記録再生装置において、
光源と、
前記光源から出射された偏光方向が同じレーザを２つのビームに分割する分割手段と、
前記分割手段は、分割するレーザのパワー比を制御するレーザパワー比制御手段を備え、
前記２つのビームは、それぞれ少なくとも前記記録層の温度が融点以上となる第１のパワーと、前記記録層を結晶化するパワーを有し、
前記情報記録媒体からの前記２つのビームによる反射光を検出する光検出手段と、
前記光検出手段により得られた２つのビームによる反射光を、信号に変換して加算する信号加算手段を有することを特徴とする情報記録再生装置。
【請求項９】
請求項８に記載の情報記録再生装置において、再生時には前記パワー比は１：１であることを特徴とする情報記録再生装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光によって情報を記録及び／又は再生する光情報記録装置、特に光ディスク装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ディスクの分野においては、その大きな課題として、▲１▼高密度化、▲２▼高速度化、が挙げられる。このうち高速度化に関しては、例えば大容量サーバシステムのストレージシステムを光ディスクに置き換えた場合に、高速記録が要求される。また、インターネットを通してのデータのダウンロード等にも、高速記録が望まれる。
一方、現在書換え可能な光ディスクとして、ＤＶＤ−ＲＡＭ等の相変化光ディスクが用いられている。この技術では、記録膜の原子配列が結晶／アモルファスになるように制御することにより、データを記録する。その記録方法は、以下の通りである。初期化された結晶状態に、パワーが変調されたレーザ光を照射する。そのレーザパルスは、記録パワー、ボトムパワー、消去パワーから成り、これによって、記録による再結晶化を抑制し、かつレーザパワー投入前に既に記録されているマークを消去しながら新しいデータの記録を行う。これを「ダイレクトオーバーライト」と呼ぶ。
書換え可能な媒体において高速記録或いは高速オーバーライトを行う際、その高線速でアモルファスマークが消去される必要がある。そのためには、結晶化速度を速くする必要がある。光源レーザ光波長４０５ｎｍ、対物レンズ開口数（ＮＡ）０．８５の光学系で、１２０Ｍｂｐｓに相当する高速記録を行った例が、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ＳＰＩＥ  Ｖｏｌ．  ４３４２，  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｄａｔａ  Ｓｔｏｒａｇｅ  ２００１，  ７６頁〜８７頁  （２００１）  に記載されている。ここでは、共晶系組成であるＳｂ７０Ｔｅ３０にＧｅとＳｂを加えた材料を記録膜としている。Ｓｂは結晶化速度が速く、Ｓｂ量を多くすると記録膜の結晶化速度は速くなり、高速オーバーライトが可能となる。
またこの例では、記録する際のレーザ出射パターンを工夫している。通常相変化記録においては、図４（ａ）に示すように、記録時にレーザを、上レベル（記録パワーＰｗ）、中間レベル（消去レベルＰｅ）、及び下レベル（ボトムパワーＰｂ）のレベルに変調し、１つのパルスにおいてＰｗとＰｂの時間の和が１Ｔｗ（Ｔｗ；ウィンドウ幅）となるようにし、そのパターンを繰り返して記録する。この記録パルスをマルチパルスと呼ぶ。この方法においては、ｎＴｗ（ｎ；正の整数）の長さのマークを（ｎ−１）個、或いは（ｎ−２）個のマルチパルスで記録する。例えば最短マークが３ＴｗであるＤＶＤ−ＲＡＭでは、３Ｔｗマークを１つのパルスで記録するため、ｎＴｗマークは（ｎ−２）個のマルチパルスで記録する。また最短マーク長が２Ｔｗの場合には、２Ｔｗマークを１つのパルスで記録するため、ｎＴｗマークを（ｎ−１）個のマルチパルスで記録する。一方、光ディスク装置の光源である半導体レーザにおいては、そのレーザ出射の際の立上り・立下り時間は有限の値を持ち、その時間は典型的には２ｎｓ前後である。よって４ｎｓ以下のパルスは、図４（ｂ）のように三角波となり、Ｐｗレベルまでレーザは出射せず、記録膜に与えるエネルギーが不足し、マークが十分に記録されず、記録マーク品質の低下が起こる。このため上記文献においては、図４（ｃ）のように、マルチパルスの周期を２Ｔｗとすることにより、レーザパルスをＰｗレベルまで出射させ、マークを記録している。
媒体の結晶化速度が向上できずにダイレクトオーバーライトが困難である場合には、消去を２回行う方法が、特開昭６０−１８５２３２、特開平１−１８４６３１、特開平２−０２７５２５において述べられている。特開昭６０−１８５２３２には、偏光方向が異なり、互いに独立に駆動可能な２つのレーザ光を発振し、２つのレーザ光を分離するビームスプリッタを備え、２つのレーザ光の一方を記録再生用、他方を消去用として用いる情報再生装置について記載がある。また、特開平１−１８４６３１には、単一のビームスポットからのエネルギービーム照射で、最初の照射で記録膜を均一な状態にすることにより、既存の情報を消去し（ディスクの１回転目）、第２回目の照射でエネルギービームのパワーを高いパワーレベルと中間のパワーレベルとの間で変化させることにより情報の記録を行う（ディスクの２回転目）ことが記載されている。また、特開平２−０２７５２５には、第１の照射により、既存の情報を消去しながら新しい情報の書き換えを行い、第２の照射により、Ｃ／Ｎを向上させながらベリファイも同時に行うことが記載されている。
２スポット方式と呼ばれる方法では、独立な２つのレーザから出射されたレーザ光を媒体の同一トラックの異なる場所に照射し、その一方を消去用、他方を記録再生用に用いることにより、消去を確実に行う。先行するスポットはレーザ光を例えばＤＣ出射し、消去を行う。後行スポットは通常の相変化記録における記録パワーと同様の変調をする。先行スポットは、記録膜を融解し、アモルファス化してもよい。即ちトラック上に均一なアモルファスの帯が作製される。これをここでは、ＤＣ光でアモルファスの帯を記録するという意味で、ＤＣライトと呼ぶ。記録膜が融解すると、過去に記録されたアモルファスのマークは十分消去される。ＤＣライトされたアモルファス上に、記録パワーＰｗ、記録膜を結晶化する中間パワーＰｅ、及びボトムパワーＰｂを有する記録スポットが通過することにより、マーク部はアモルファス化、スペース部は中間パワーＰｅによって結晶化されるため、通常の相変化記録と同様の記録パターンが形成される。
【特許文献１】特開昭６０−１８５２３２
【特許文献２】特開平１−１８４６３１
【特許文献３】特開平２−０２７５２５
【発明が解決しようとする課題】
記録膜の結晶化速度を速くすると、一般的には室温等の低温領域においても結晶化速度が速くなる。よって、室温の熱や、再生光パワーＰｒを媒体が吸収することによって発生する熱によって、記録したアモルファスマークが結晶化し、マークが消える。即ち、再生光耐性やデータ保存寿命が低下する。ＧｅＳｂＴｅからなる記録膜において、レーザ光波長４０５ｎｍ、対物レンズの開口数（ＮＡ）０．８５の光学系を用いて、Ｐｒ＝０．３ｍＷでマークのキャリアレベルが１ｄＢ低下するまでの時間ｔ（−１ｄＢ）を測定した結果を図５に示す。図５はＳｂ含有量を関数として示してある。この測定方法は、Ｐｒを例えば０．５〜０．７ｍＷに設定し、時間経過ｔと振幅の低下ＤＶの関係を測定する。この測定を幾つかのＰｒで行い、反応速度論の
ｖ  ＝  ｖ０  ｅｘｐ（−Ｅａ／ｋＴ）      （１）
（ｖ；反応速度、Ｅａ；活性化エネルギー、ｋ；Ｂｏｌｔｚｍａｎｎ定数、Ｔ；温度）
のアナロジーから
ＤＶ＝  Ａ  ｅｘｐ［−Ｂ／（Ｐｒ・ｔ）］  （Ａ、Ｂ：定数）    （２）
として測定時間ｔとＤＶの関係から（２）式のＡとＢを求め、その結果からＰｒが０．３ｍＷの時、ＤＶが１ｄＢ低下する時間ｔ（−１ｄＢ）を算出した。レーザ光はｇａｕｓｓｉａｎ分布を持ち、かつ熱は時々刻々移動するので、必ずしも温度ＴとＰｒは比例しないが、ここでは近似的に比例すると仮定した。図５から、Ｓｂ量が多くなると急激に再生光耐性が低下することがわかる。特にＳｂ含有量８６原子％においては、数秒である。
図５のデータから、ディスクが室温に置かれた場合のデータの保存寿命を見積もる。再生光をディスクに照射することにより、ディスクの記録膜の温度が１００℃程度に上昇する。ここでは簡単に、以下のようなモデルで考える。再生光のスポットの直径は、約０．４５μｍである。今、ディスクの一点に注目し、スポットが通過する間のみ温度が１００℃となり、それ以外の時間では温度は十分に低く、結晶化は起こらないと仮定する。再生光耐性は、式（１）のように、温度の指数関数で決定されるから、室温を２５℃として計算すると、Ｓｂ含有量が８０％のディスクで、室温において振幅が１ｄＢ低下する時間は、１年以下となる。よって、記録したマークは、１年を経ると結晶化が進み、記録データの再生が不可能となる。
また、Ｓｂ量が８０％程度になると、書換劣化が著しく起こる。図６に、Ｓｂ含有量が８０％の記録膜を有するディスクに線速１５ｍ／ｓでマークを記録した場合の書換回数とマークの変調度の関係を示す。書換回数１０回から変調度が低下し、２００回では全くマークは記録できない。この状態でディスク線速を速くして記録すると、わずかに相変化マークが記録される。このことから、書換により、結晶化速度が変化していることが推測される。この現象のメカニズムは、記録膜内でＳｂが相分離していることによると考えられる。ＧｅＳｂＴｅでは、Ｓｂ含有量が約７０％の組成が共晶組成に近く、安定である。そこにＳｂを加えると、それぞれ安定である共晶組成ＧｅＳｂＴｅとＳｂが分離することが考えられる。その方が熱力学的に安定であるからである。このことにより、結晶化特性が書換によって変化する。よって、Ｓｂ量を増やすことによって結晶化速度を向上させる方法には、高速化の方法としては限界がある。
更に、高速記録においては、記録制御が困難となる。従来技術の項において、マルチパルスの周期を２Ｔｗとする例について述べたが、この方法では例えば３Ｔｗマークと４Ｔｗマークのマルチパルスの個数を１個だけ違えるという方法は使えない。何故なら４Ｔｗマークの記録パルスからパルスを１個少なくすると、２Ｔｗマークの記録パターンとなるからである。よってその場合、ｎＴｗマークの記録パターンは、ｎが偶数の時と奇数の時とで別に作製する必要がある。更に高速化すると、Ｔｗが２ｎｓ以下となり、その場合にはマルチパルスの周期を、例えば４Ｔｗ程度にする必要がある。その場合は更に複雑に分けて記録パルスを検討する必要がある。かつ、この場合にはマルチパルスの周期が２Ｔｗよりも大きくなるため、最短マーク長が２Ｔｗであるフォーマットにおいては、２Ｔｗマークの記録制御が非常に困難となる。
また、従来技術では記録パルスの品質の低下を、図４（ｃ）のように２Ｔｗ周期のパルスにすることによって回避したが、レーザの出射パワーの立上り・立下りの際に記録膜の結晶化が促進され、マーク記録における再結晶化が大きくなり、ジッタの悪化を招く。
また従来の２スポット方式では、１つの光ディスクドライブに２つのレーザ、そのための光学素子とそのアラインメント、及び各レーザの制御回路が必要であり、そのためドライブコストが向上する。また部品や回路が多くなるため、光ヘッドの小型化も困難となる。特開昭６０−１８５２３２の発明では、互いに独立に駆動可能な半導体レーザのアレイを用い、異なる偏光面でレーザ発振させることにより、装置の小型化を図っている。しかし、この発明においては、２つの半導体レーザの偏光面を正確に９０°としないと、一方のレーザビームによって作られる光スポットに、他方のビームのパワーが漏れ込み、２つのスポットが互いに独立ではなくなる。２つのレーザ光の偏光面に対する要求仕様はディスクの特性に依存するが、この要求仕様によっては光源である半導体レーザアレイが非常に高価になる。また、この発明においては、２つのレーザビームを別な対物レンズを通してディスクに照射させるため、それぞれのビームに対するオートフォーカスサーボ、トラッキングサーボを別々に設ける必要がある。よって、レーザドライバ、サーボ機構を２つ設ける必要があり、ドライブ価格が高価となる。特開平１−１８４６３１、２−２７５２５には、同一トラックに２回レーザを照射し、一度目を消去、二度目を記録とすることにより、消去比の向上を図っているが、この方法では記録に２倍の時間を要し、高速記録のニーズに応えることができない。
【０００３】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、光ディスク記録装置において、光源から出射された偏光方向が同じレーザを２つのビームに分けて、一方を消去用スポット、他方を記録用スポットとする。そして、それら２つのビームは、それぞれ記録層の温度が融点以上となるパワーと、記録層の温度が原子の結合エネルギー以上で融点未満となる結晶化温度領域のパワーを有している。
図１に本発明の説明図を示す。図１（ａ）において、レーザ１０１から出射された直線偏光レーザ光は、コリメートレンズ１０２を通過し、レーザビーム分割機構１０３にて、適切なパワー分割比で２つに分割される。２つのレーザビームはλ／４板１０５にて円偏光となり、ミラー１０６、対物レンズ１０７を経てディスク１０８に入射される。この際、２つのレーザビームは、図１（ｂ）のようにディスク１０８の同一トラック上に照射される。ディスク１０８からの反射光は上記の逆の通路を辿り、λ／４板１０５にて、出射時とは９０°異なる偏光面を有する直線偏光となり、偏光ビームスプリッタ１０４にてその通路を曲げられ、オートフォーカスサーボ系、トラッキングサーボ系、及び再生信号系の光検出器に入射される。
ディスク１０８上での両レーザビームの位置関係を図１（ｂ）に示す。上記２つのスポットは、一方は記録用スポット１１０、他方は消去用スポット１１１であり、同一トラック１０９上を進行方向１１２の方向に進む。よって、消去用スポット１１１が記録用スホ゜ット１１０に先行する。トラック上には既に記録されている旧記録マーク１１３が存在する。この上に新記録マーク１１６をオーバーライトする場合を考える。
今、ディスク１０８はある線速で回転しており、その状態でディスク１０８にマークを記録するが、この線速は、このディスク１０８の記録膜の結晶化速度よりも速いとする。すると消去用スポット１１１が旧記録マーク上を通過した場合、このマークは図１（ｂ）の１１４の部分のみ結晶化され、消え残り１１５が発生することが考えられる。このことを、上記のレーザビーム分割機構１０３におけるパワー分割比を制御することによって解決する。
図２に両スポットのパワー変調の様子とオーバーライトのメカニズムを記す。両スポットは同じレーザ１０１から出射され、レーザビーム分割機構１０３にて所定のパワー分割比にて分割されるので、図２（ａ）のように、パワーの異なる同一パターンの変調をする。この時、消去スポット照射により、記録膜の温度が、中間パワー部分Ａでは記録膜の結晶化が促進されるような、記録膜の温度が原子の結合エネルギー以上融点未満となる結晶化温度領域、高い部分Ｂにおいては融点以上となるようにパワーを設定する。また記録用スポットは、中間パワー部分Ｃは結晶化温度領域、高いパワー部分Ｄにおいては融点以上となるようにする。図２（ａ）の記録パルスは図４に示したようなマルチパルスにはなっていないが、これについては後述する。
両スポットは同じパターンで変調されるが、図１（ｂ）に記したように、両スポットは異なる場所に照射されるため、ディスクのある一点に注目した場合、両スポットによって照射されるパワーは、以下の４つの場合に分けられる。
Ａ→Ｃ；  消去用スポットのＡの部分２０２がスポット進行方向２０３の方向に走査されるが、マークは結晶化領域２０４の部分のみ結晶化され、消え残りが生じる。しかし次の記録用光スポットのＣの部分２０５で結晶化が促進されるため、消え残りマークは消去される。
Ａ→Ｄ；  ▲１▼の時と同様、消え残りが生じるが、その上を記録スポットのＤ部分２０６が通過するため、マークが記録され、消え残りマークは消去される。
Ｂ→Ｃ；  消去光スポットのＢ部分２０７が、スポットの中心付近を溶解しながら走査する。その場合、マークはその中心部分が融解されるので、トラック周辺にも熱が伝導し、マークは完全に消去される。しかし線速は結晶化速度よりも速いため、融解部分２０８が再結晶化する前にスポット２０７が通過して温度が低下するため、ＤＣライトされたアモルファス２０９が形成される。しかしその後、記録スポットのＣ部分２１０が通過することにより、アモルファス２０９は結晶化される。
Ｂ→Ｄ；  ▲３▼と同様、アモルファス２０９が形成されるが、記録スポットＤ部分２１１によって、その上にマークが記録されるため、アモルファス２０９は消去される。
上記▲１▼〜▲４▼の全ての場合において、マークは十分に消去され、オーバーライトが可能となる。かつ、上記のことを適切なパワー分割比で行うと、消え残りマークとＤＣライトされたアモルファスの面積をほぼ同じとすることができる。この状態は、一度目のＤＣ照射によってアモルファス化した状態とほぼ同じ状態である。よって上記の方法を用いれば、二度のレーザ照射で消去・記録を行うことによる効果と同程度の効果を、１レーザで得ることができる。
レーザビームの最適分割比は、媒体の結晶化特性及び記録感度に依存する。
上記に説明したメカニズムより、両スポットのパワー分割比は、消去スポットのパワーの方が低いことが望ましいことがわかる。何故ならば、図２（ａ）のパワーＢによって残るアモルファスの幅は、記録パワーＤによって記録されるアモルファスマークの幅よりも小さいことが望ましいからである。もしもパワーＢによって残るアモルファスが、記録されるアモルファスマークよりも大きな幅を持った場合、そのアモルファスをパワーＣで消去することが不可能となる。
レーザビーム分割機構１０３について述べる。ビームを分割するには、回折格子を用いるのが簡便と思われる。この場合、通常の回折格子を用いると、１次回折光がメインビームに対して対称に発生するため、少なくとも３ビームが生成される。図３（ａ）のように、左右非対称な回折格子を用いれば、作製されるビームを２つにすることが可能となる。２ビームの距離は回折格子のピッチ、パワー分割比は回折格子の溝の幅及びピッチで制御することができる。今、回折格子の溝幅をａ、ピッチをｄ、溝の数をＮ、光の波長をλ、観測点のｘ座標（ここではディスクのトラックの位置）をＸ、回折格子と観測面（ここではディスク）の距離をＲとすると、Ｘでの回折光の強度Ｉ（Ｘ）は、よく知られているように、
【０００４】
【数１】
2004171636.tif 000003
と書くことができる。ただし、Ａは定数である。上記の関数ｕ、ＵはＸに対して振動し、その振る舞いはａ、ｄに依存する。Ｘ＝０の光を０次回折光、その次に強度の強い光を１次回折光と呼ぶ。上式より、ａ、ｄによって、０次回折光と１次回折光の強度を制御することができることがわかる。２次以上の回折光も存在するが、これは０次、１次回折光に比較して強度が非常に弱いので、殆ど無視できる。
図３（ａ）は鋸刃のような回折格子を記したが、これに擬似した、（ｂ）のような階段状の回折格子を用いても同じ効果が得られる。これらのことは、例えば、Ｂｏｒｎａｎｄ  Ｗｏｌｆ著、Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ  ｏｆ  Ｏｐｔｉｃｓ，  ｓｉｘｔｈ  ｅｄｉｔｉｏｎ，  ４０７〜４１２頁（１９８０）に記載されている。
更に、図３（ｃ）のように、液晶回折格子を用いることもできる。液晶回折格子を光ディスク装置に応用した例は、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ＳＰＩＥ  Ｖｏｌ．  ４３４２，  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｄａｔａ  Ｓｔｏｒａｇｅ  ２００１，  ２２〜２５頁（２００１）に報告されている。この方法では、レーザビームの中心部分と周辺部分の位相を液晶回折格子によって調節することにより、基板厚ムラ等によって発生する球面収差量を補正する。この場合、液晶の配向を電圧で制御し、液晶の向いた方向と同じ方向の偏光が入射された場合にのみ、実効的な屈折率が加わり、位相を変えることができる。
本発明では、液晶分子の配向が連続的或いは階段的に、かつ周期的に配列するような液晶回折格子を用いる。このような回折格子は、例えば図３（ｃ）の３０１〜３０４のような電極に液晶分子３０５が挟まれているような構造によって実現される。図３（ｃ）の上下の電極間の電圧によって、液晶分子の配向が決定される。電極３０１〜３０４に電圧を印加しない場合は、液晶分子は図の縦方向に配向しないので、光は回折せずに直進する。今、電極に電圧を印加して、図３（ｃ）のような液晶分子の配向を作製したとする。ここで図に対して縦方向の直線偏光レーザ光が入射されると、液晶が縦方向に向いている場所のみの実効的な屈折率が変化し、電圧が印加されていない場所での屈折率は元のままであるので、回折格子と同じ効果を有し、回折光を生ずる。
このような液晶分子の配向は、次のような方法で実現される。例えば、電極３０１に５Ｖ、３０２に１Ｖ、３０３に−３Ｖ、３０４に−１Ｖ印加したと仮定すると、上下の電圧は、以下の５つの領域に分けて考えられる。
【０００５】
３０１と３０３の間；  ８Ｖ、    ▲２▼  ３０１と３０４の間；  ６Ｖ、    ▲３▼  ３０２と３０３の間；４Ｖ、
３０２と３０４の間；  ２Ｖ、    ▲５▼  上下に電極がない領域；０Ｖ
このように、階段的に電圧を空間変調することができ、よって図３（ｃ）のように液晶分子を周期的に配向させることができる。更に、各電極に印加する電圧を例えば小さくすると、液晶分子が縦方向に配向する力が弱くなるため、縦方向の実効的な屈折率変化が小さくなり、回折効率が低下する、即ち、分割されたビームのパワーが小さくなる。このように、電極に印加する電圧によって、分割した２つのビームのパワー比を制御することができる。
電極３０１〜３０４は、例えば図３（ｄ）（ｅ）のように作製すれば実現される。これらの図は、電極の一部を上から見た図である。各電極は、図の上下方向に周期的に作製されている。図のように作製すれば、各電極に独立な電圧を容易に印加することができる。
液晶回折格子を用いた場合、記録時のパワー分割比は、媒体出荷時に予め媒体上に推奨記録パワー、及び推奨パワー分割比を記録しておき、媒体をドライブに挿入した時にそのデータを読み出し、そのパワー分割比を用いることが可能である。或いは、媒体をドライブに挿入した時、又はデータの記録前に、ディスク上のある部分で、記録パワー、消去レベル、及びパワー分割比をパラメータとして試験記録を行い、例えばそのオーバーライトジッタが最小となる条件を見つけて設定することも可能である。又は、上記２方法を両方用い、推奨パワー分割比から、例えば±２０％の範囲でパワー分割比を変え、その中でオーバーライトジッタが最小となる条件を見つける方法も可能である。推奨パワー分割比は、ディスクの特性に依存するが、例えば３：２が最適に近い分割比であるディスクを用いた場合、１５：８〜６：５の範囲で最適分割比を求める。
本発明は、線速が結晶化速度よりも速い場合に用いることを可能とする。このことは記録における再結晶化を抑制することができることを意味する。よって、従来用いていたマルチパルス記録方式とは異なり、例えば単一パルスで、高品質なマークを記録することが可能となる。単一パルスにすることにより、レーザドライバシステムの簡便化を図ることができ、更に、図４（ｃ）で述べたような、レーザの立上り・立下り時間による記録マークの品質低下を回避することができる。この理由から、図２（ａ）に記した記録パルスは単一パルスとした。図４のように記録パルスをボトムパワーまで下げると、先行する消去スポットのパワーレベルもボトムパワーまで下がるが、それでも上記▲１▼〜▲４▼のメカニズムは適切な条件下で成立する。消去過程において、その前後のパワーの投入によって発生した熱が伝導するからである。その条件は、レーザビーム分割機構１０３におけるパワー分割比を制御することによって最適化される。
上記のような単一パルスで記録を行うことが可能であると、マーク長さに対して記録パルスの長さをアナログ的に調節することができ、記録制御が容易となる。またボトムパワーが不必要となるので、ドライブのレーザドライバが簡便となる。また、再結晶化が抑制されたことにより、レーザの立上り・立下りにおける再結晶化が減少し、レーザ品質に依存しない記録が可能となる。このことはドライブ製造における歩留まりの向上を可能とする。これらのことにより、ドライブの低価格化が可能となる。
あるディスクを幾つか異なる線速で記録する場合、記録ストラテジー、記録パワー、及び２スポットのパワー分割比を各線速で最適化すれば、異なる線速においてもオーバーライトが可能となる。即ち、上記の液晶回折格子を用いれば、同一ディスクを異なる線速でオーバーライトすることができるので、従来の簡便な構造を有するディスクでＣＡＶ記録が可能となる。
これまで述べてきたことは、２スポットを記録・消去に用いる場合であった。ここでは２スポットを再生に用いる場合について述べる。再生信号におけるノイズは、アンプノイズ、レーザノイズ、媒体ノイズと分けることができる。このうち、アンプノイズとレーザノイズは周波数依存性が小さい、いわゆるホワイトノイズである。今、信号に存在するノイズがホワイトノイズのみであったと仮定すると、２回再生した信号を加算するとホワイトノイズはランダムであるため、√２倍となるが、信号成分は２倍となる。よって信号対ノイズ比（Ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−ｎｏｉｓｅ  Ｒａｔｉｏ；ＳＮＲ）は√２倍となる。
本発明で作製した２つのスポットによって独立に得られた信号を加算すると、上記の効果を得ることができる。この場合、ディスク上での２つのスポットの位置は異なるので、加算する前に信号のタイミングを合わせる必要がある。このことは、例えば先行する消去スポットによって得られた信号を、（２スポットの距離）÷（ディスク線速）の時間だけ遅延させることによって実現される。或いは、ディスク上のクロックパターンから信号のタイミングを計算し、その結果を用いてタイミングを合わせることも可能である。また、本方法では、再生時の２ビームのパワー分割比を１：１とするのが望ましい。
再生信号のノイズは実際には媒体ノイズを含んでいる。媒体ノイズはホワイトノイズとは異なり、場所に依存する成分である。よって２つの再生信号を加算した場合、媒体ノイズは２倍となるので、この方法によって得られるＳＮＲは実際には√２倍よりも小さくなるが、本方法によってＳＮＲは確実に向上する。
【０００６】
【発明の実施の形態】
第１形態
本発明の第１形態について述べる。第１形態におけるディスクドライブ装置の説明図を図７（ａ）に示す。レーザ７０１として、ここでは波長４００ｎｍの青紫色レーザを用いた。レーザ７０１より出射された直線偏光レーザ光は、コリメートレンズ７０２で平行光となり、図３（ｂ）に示した形をした階段回折格子７０３において２つのビームに分割される。ここでは記録用と消去用のパワー分割比が３：２、ディスク上での２つのビームの距離が１０μｍとなるような回折格子を用いた。レーザ光はλ／４板７０５で円偏光になり、ミラー７０６、対物レンズ７０７を経てディスク７０８に入射される。ここで対物レンズ７０７の開口数を０．８５とした。ディスク７０８からの反射光はλ／４板７０５で、入射光とは偏光面が９０°異なる直線偏光となり、偏光ビームスプリッタ７０４において光路を曲げられる。レーザ光はハーフミラー７０９にて分割され、一方はオートフォーカス（ＡＦ）系光検出器、他方はミラー７１０を経て再生信号及びトラッキングサーボ系光検出器へ入射される。ＡＦ系光検出器において検出された信号７１３、及びトラッキングサーボ系信号７１２はアクチュエータ７１４へ送られ、レンズ位置を制御する。
用いたディスクの構造を図７（ｂ）に示す。基板７２０は、１．１ｍｍ厚のポリカーボネート基板であり、トラックピッチ０．３２μｍ、深さ約２０ｎｍの溝が形成されている。基板７２０に、反射膜であるＡｇ合金７２１、保護膜ＳｉＯ２  ７２２、保護膜（ＺｎＳ）８０（ＳｉＯ２）２０７２３、記録膜ＧｅＳｂＴｅ  ７２４、保護膜（ＺｎＳ）８０（ＳｉＯ２）２０  ７２５をスパッタによって製膜し、０．１ｍｍポリカーボネートシート７２７をＵＶ樹脂７２６によって貼りつけた。ＵＶ樹脂の厚さは、２±１μｍである。また記録膜におけるＳｂ含有量は７６％とした。このディスクにマークを記録した。記録条件は、線速以外は、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ＳＰＩＥ  ４３４２，  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｄａｔａ  Ｓｔｏｒａｇｅ  ２００１，  １６８〜１７７頁（２００１）に記載されている２５ＧＢ条件で行った。即ち、最短マーク２Ｔｗ、最長マーク８Ｔｗ、２Ｔｗマーク長０．１４９μｍである。この条件で、ディスク内の全データとユーザデータの比（データ効率）を約８２％と仮定すると、直径１２０ｍｍのディスクで２５ＧＢの記録容量が可能となる。この文献においては、ディスク線速を４．９２ｍ／ｓ、データ転送レートを３６Ｍｂｐｓとしているが、記録時にはその１０倍の４９．２ｍ／ｓとした。ただし、再生時にはディスク線速を４．９２ｍ／ｓとした。
このディスクを、従来の方法でオーバーライトしたところ、線速２０ｍ／ｓにおいてジッタが７．１％となった。それ以上の線速ではマークの消え残りが生じ、初回記録は可能であったが、オーバーライト後のジッタは測定不可能であった。
次に本発明の方法でオーバーライトを試みた。記録パルスは、マルチパルスを用いず、単一パルスとした。ｎＴｗ（ｎ；正の整数）の長さのマークを記録するパルスは、（ｎ−０．５）Ｔｗの長さとし、ボトムパワーは用いなかった。記録パルスにおける記録パワーＰｗは６ｍＷ、消去レベルＰｅは２．４ｍＷとした。記録スポットと消去スポットのパワー分割比は、予めディスクを測定し、３：２が最適であったので、３：２とした。よって、消去スポットにおける高パワーレベルは約４．０ｍＷ、中間レベルは１．６ｍＷである。
この条件で記録を行ったところ、得られたジッタ−値は、初回記録で６．２％、オーバーライト後は、１０回後６．８％、１００回後６．７％、１０００回後７．２％、５０００回後７．９％であった。これにより、３６０Ｍｂｐｓの記録速度が可能となる。
第２形態
本発明の第２形態の説明図を図８に示す。第１形態と異なる点は、回折格子７０３の代わりに図３（ｃ）に記載した液晶回折格子８０３を用いた点、及び再生信号を液晶回折格子制御系８１５に入力し、液晶回折格子に印加する電圧を制御する点である。本ドライブでは、ディスクを挿入し、そのディスクが書換型ディスクであることをドライブが認識した時点で、ディスクの所定の場所に、液晶回折格子に印加する電圧、記録パワー、消去レベルを変えて試験記録を行い、オーバーライトジッタが最も小さくなるように上記のパラメータを設定する。
ディスク及び記録再生条件は、第１形態において述べたものと同じものを用いた。得られたジッタは、初回記録６．２％、オーバーライト後は、１０回後６．２％、１００回後６．２％、１０００回後６．５％、５０００回後７．５％であった。
第３形態
本発明の第３形態の説明図を図９に示す。第２形態と異なるのは、２スポット両方を再生に用いている点である。記録時における液晶回折格子印加電圧及びレーザパワーは、第２形態と同様に決定する。再生時には、液晶回折格子に印加する電圧を制御し、２つのスポットのパワー分割比を１：１とする。
ここで用いた媒体の構造は第２形態のそれと同じであるが、ここで用いた媒体のトラック溝は、例えば特開平１０−０９１９６７に記載されているようなウォブル溝となっている。ここではウォブル周期よりクロック信号を作製し、その信号とデータ信号からタイミングを測定する。２つのスポットによって得られた信号から、各々の信号のタイミングを測定し、それに応じて消去スポットによって得られた信号をタイミング回路９１５によって遅延させて、２つの信号を加算する。図には示さなかったが、２つの信号は加算前にデジタル化した。
第２形態において用いた記録条件でマークを記録した。再生は第１、２形態のそれと同様、線速４．９２ｍ／ｓで行った。得られたジッタは、初回記録で５．７％、１０回オーバーライト後５．２％、１００回後５．２％、１０００回後５．４％、５０００回後６．３％であった。第４形態
本発明の第４形態の説明図を図１０に示す。第３形態と異なるのは、高帯域低ノイズアンプ１０１７を用いた点である。このアンプの仕様については、例えばＴｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｄｉｇｅｓｔ  ｏｆ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｄａｔａ  Ｓｔｏｒａｇｅ  Ｔｏｐｉｃａｌ  Ｍｅｅｔｉｎｇ  ２０００，  ＰＤ８  （２０００）  に記載されている。
ディスク及び記録条件については、第３形態と同じものを用いた。ここでは再生も記録と同じく、４９．２ｍ／ｓで行った。得られたジッタは、初回記録８．３％、オーバーライト後は、１０回後７．６％、１００回後７．６％、１０００回後８．０％、５０００回後９．２％であった。ここで得られたジッタ値が第２形態のそれに比べて若干大きいのは、ここでは再生時のディスク線速を第２形態のそれに比べて速くしており、よって再生信号の周波数帯域が広いため、より多くのシステムノイズを検出しているからである。しかし上記のようにここでは低ノイズアンプを用いたため、ディスク線速を高速にした場合のジッタ上昇が、この程度に抑制されている。
また、このドライブで、図７（ｂ）と同じ構造であるが、記録膜におけるＳｂ含有量が７０％、７３％、７６％の３枚のディスクに記録・再生することを試みた。この場合、ディスクの記録再生の線速は、Ｓｂ含有量が７０％、７３％、７６％の夫々のディスクで、１２．５ｍ／ｓ、２５ｍ／ｓ、４３ｍ／ｓとした。記録パルスは単一パルスとした。
上記のディスクの１０００回オーバーライト後のジッタを測定した。その結果を図１１に示す。ここでは比較のために、ビームパワー分割比を３：２に固定した場合について測定した結果も示す。図１１より、パワー分割比を最適化することにより、異なる結晶化特性を有するディスクで実用的なジッタ値が得られることがわかる。図１１において、Ｓｂ含有量が多くなるにつれてジッタ値が大きくなっている理由は、ディスク線速を速くしており、上記と同様、より多くのシステムノイズを検出しているからである。
第５形態
第５形態において用いた装置構成及びディスクは第４形態のそれと同じであるが、ディスク回転数を一定としたまま、異なるディスク半径において記録を行った。これは、ＣＡＶ（Ｃｏｎｓｔａｎｔ  Ａｎｇｕｌａｒ  Ｖｅｌｏｃｉｔｙ）方式に対応する。ディスクは第４形態で用いたディスクのうち、Ｓｂ含有量が７６％のものを用いた。ディスク回転数は８０００ｒｐｍとした。ディスクを、半径２５〜３０ｍｍ、３０〜３５ｍｍ、３５〜４０ｍｍ、４０〜４５ｍｍ、４５〜５０ｍｍ、５０〜５５ｍｍ、５５〜５８ｍｍの７領域に分け、それぞれの領域において記録パワー、記録パルス、及びパワー分割比は、第４形態の時と同様に、ドライブが試験記録をすることによって最適化する。第１〜４形態においては、記録パルスは単一パルスとしたが、内径の低線速における領域での記録の際の再結晶化を抑制するために、ここではマルチパルス方式を含めてドライブが記録パルスの最適化を行う。その結果、ディスク半径２５〜３０ｍｍでは、従来技術において述べた、記録パワーとボトムパワーの出射時間の和が４Ｔｗである記録パルスが最適であったが、３０ｍｍよりも外周では単一パルスで記録することができた。上記７領域でのオーバーライト１０００回後のジッタを、夫々の領域でパワー分割比を最適化した場合と、３：２に固定した場合について測定した結果を図１２に示す。パワー分割比を夫々の領域において最適化した場合には、ジッタは８．２％以下となったが、３：２に固定すると、特にディスク半径５０ｍｍよりも外周において、オーバーライトジッタが悪化する。これはオーバーライト前の記録マークが十分消去されていないことによる。ディスク半径５０ｍｍよりも外周において、十分にマークを消去した後にオーバーライトすると、８％以下のジッタが得られた。よってＣＡＶ記録を行うには、パワー分割比の最適化が必要であることがわかる。
第６形態
本発明第６形態におけるドライブ装置の構成及びディスク構造は第５形態で用いたものと同じであるが、ディスクを初期化せず、スパッタしたままの状態（アズデポ（ａｓ−ｄｅｐｏｓｉｔｅｄ）膜）のディスクを用いた。アズデポ状態はアモルファスである。初回記録の際には、ディスクは全面アモルファスであるが、先行する消去用スポットがディスクの初期化を行う。消去用スポットが通過する時、そのスポットのパワーレベルが記録膜を結晶化する中間レベルにある場合、アズデポ膜中に存在する結晶核から結晶化が促進され、記録膜中一部はアモルファスの状態で残るが、一部は結晶化される。また、消去用スポットによって記録膜が融解した場合、融解した領域の周辺部分一部と融解した後にゆっくりと冷却される部分が結晶化し、その他の部分はアモルファスのまま残る。よって、未初期化ディスク上を消去スポットが通過した状態は、初期化ディスクを消去スポットが通過した後の状態とほぼ同じ状態であり、ディスクを初期化しなくとも、その後の記録特性は初期化ディスクのそれとほぼ同じである。
ここでは記録再生条件を第４形態のそれと同じものとした。未初期化ディスクへの初回記録後のジッタは８．４％、オーバーライト後は第４形態のそれと全く同じ値のジッタが得られた。
【０００７】
【発明の効果】
本発明は、書換型相変化ディスクにおいて、線速が結晶化速度よりも速い場合に高速オーバーライトを可能とするので、再生光耐性、保存寿命、書換回数を確保したまま、簡便な記録ストラテジーで超高速オーバーライトを可能とするドライブを安価に提供する。また、レーザの立上り・立下り時間の記録に対する影響が減少するため、ドライブの歩留まりが向上する。本発明は、従来の簡単な構造の相変化ディスクを用いて、ＣＡＶ記録を可能とする。また、２スポットで別々に得られた信号の和を取ることにより、信号雑音比を向上させることができる。更に、記録前のディスクの初期化工程を省くことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の説明図。（ａ）光学系の説明図、（ｂ）媒体上の光スポットの位置の説明図。
【図２】本発明におけるレーザの動作と記録膜の物理的変化の説明図。（ａ）各スポットのレーザの変調の説明図、（ｂ）（ａ）のレーザ照射時の記録膜の変化の説明図。
【図３】本発明におけるレーザビーム分割機構の例。（ａ）鋸刃型回折格子、（ｂ）階段型回折格子、（ｃ）液晶回折格子、（ｄ）（ｃ）における電極３０１、３０２を上面から見た図、（ｅ）（ｃ）における電極３０３、３０４を上面から見た図。
【図４】従来技術における相変化記録の記録ストラテジーの例。（ａ）低線速時、（ｂ）高線速時、（ｃ）高線速において、記録パワーとボトムパワーの出射時間の和を２Ｔｗとした例。
【図５】高速記録対応相変化記録膜におけるＳｂ含有量と再生光耐性の関係。横軸は記録膜中のＳｂ含有率、縦軸は、連続再生において、マークのキャリアレベルが１ｄＢ低下するまでの時間を示している。
【図６】Ｓｂ含有率が８０％である記録膜を有するディスクにマークをオーバーライトした際の変調度の書換回数依存性。
【図７】本発明の実施形態第１形態の説明図。（ａ）光ヘッドの説明図、（ｂ）ディスクの構造。
【図８】本発明の実施形態第２形態における光ヘッドの説明図。
【図９】本発明の実施形態第３形態における光ヘッドの説明図。
【図１０】本発明の実施形態第４形態における光ヘッドの説明図。
【図１１】本発明の実施形態第４形態における、異なる結晶化特性を有するディスクにおける１０００回オーバーライト後のジッタ値。ビームパワー分割比を最適化した場合と、３：２に固定した場合についての測定結果。
【図１２】本発明の実施形態第５形態のＣＡＶ記録において、各ディスク半径位置でパワー分割比を最適化した場合と、パワー分割比を３：２に固定した場合の１０００回オーバーライト後のジッタ。
【符号の説明】
１０１：レーザ、１０２：レンズ、１０３：レーザビーム分割機構、１０４：偏光ビームスプリッタ、１０５：λ／４板、１０６：ミラー、１０７：対物レンズ、１０８：ディスク、１０９：トラック、１１０：記録用スポット、１１１：消去用スポット、１１２：スポット進行方向、１１３：旧記録マーク、１１４：マークの消去された部分、１１５：消え残りマーク、１１６：新記録マーク、
２０１：トラック、２０２：消去光スポットのＡ部分、２０３：スポット進行方向、２０４：結晶化領域、２０５：記録光スポットのＣ部分、２０６：記録光スポットのＤ部分、２０７：消去光スポットのＢ部分、２０８：溶融領域、２０９：アモルファス、２１０：記録光スポットのＣ部分、２１１：記録光スポットのＤ部分、
３０１：電極１、３０２：電極２、３０３：電極３、３０４：電極４、３０５：液晶分子、
７０１：レーザ、７０２：レンズ、７０３：回折格子、７０４：偏光ビームスプリッタ、７０５：λ／４板、７０６：ミラー、７０７：対物レンズ、７０８：ディスク、７０９：ハーフミラー、７１０：ミラー、７１１：再生信号、７１２：トラッキングサーボ信号、７１３：オートフォーカスサーボ信号、７１４：アクチュエータ、７２０：１．１ｍｍポリカーボネート基板、７２１：Ａｇ合金、７２３：ＳｉＯ２、７２４：（ＺｎＳ）８０  （ＳｉＯ２）  ２０、７２４：ＧｅＳｂ７６Ｔｅ、７２５：（ＺｎＳ）８０  （ＳｉＯ２）  ２０、７２６：ＵＶ樹脂、７２７：０．１ｍｍポリカーボネートシート、
８０１：レーザ、８０２：レンズ、８０３：液晶回折格子、８０４：偏光ビームスプリッタ、８０５：λ／４板、８０６：ミラー、８０７：対物レンズ、８０８：ディスク、８０９：ハーフミラー、８１０：ミラー、８１１：再生信号、８１２：トラッキングサーボ信号、８１３：オートフォーカスサーボ信号、８１４：アクチュエータ、８１５：液晶回折格子制御系、
９０１：レーザ、９０２：レンズ、９０３：液晶回折格子、９０４：偏光ビームスプリッタ、９０５：λ／４板、９０６：ミラー、９０７：対物レンズ、９０８：ディスク、９０９：ハーフミラー、９１０：ミラー、９１１：再生信号、９１２：トラッキングサーボ信号、９１３：オートフォーカスサーボ信号、９１４：アクチュエータ、９１５：タイミング回路、９１６：液晶回折格子制御系、
１００１：レーザ、１００２：レンズ、１００３：液晶回折格子、１００４：偏光ビームスプリッタ、１００５：λ／４板、１００６：ミラー、１００７：対物レンズ、１００８：ディスク、１００９：ハーフミラー、１０１０：ミラー、１０１１：再生信号、１０１２：トラッキングサーボ信号、１０１３：オートフォーカスサーボ信号、１０１４：アクチュエータ、１０１５：タイミング回路、１０１６：液晶回折格子制御系、１０１７：高帯域低ノイズアンプ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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