(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも基板と、その記録面上に形成された反射層と、光情報記録層と、温度変化に伴って複素屈折率が可逆的に変化する超解像層と、保護層を有する光情報記録媒体と、この光情報記録媒体に光情報を記録し、または再生するためのレーザー光を発光し、かつレーザー光の発光パターンを変化させることが可能なレーザー発光制御部と、このレーザー光を上記光情報記録媒体の表面上に集光照射し、光情報記録媒体からの反射光を受光するピックアップと、上記光情報記録媒体を支持し、かつ回転駆動を与えるスピンドル及びスピンドルモーターと、受光した信号を演算する再生信号処理部から構成される光情報記録再生装置であり、
上記レーザー光は、上記レーザー発光制御部によってパルス状態で発光し、上記再生信号処理部はパルス光のパルス発光部分とバイアス発光部分からの再生信号を用いて演算処理した結果を再生信号とし、
上記演算処理は、上記パルス発光部分のｌｏｗ、ｈｉｇｈレベルをそれぞれＶlow(pulse)、Ｖhigh(pulse)とし、パルス照射していない上記バイアス発光部分のｌｏｗ、ｈｉｇｈレベルをそれぞれＶlow(bias)、Ｖhigh(bias)としたときに、Ｖhigh(pulse)とＶhigh(bias)の差分値と、Ｖlow(pulse)とＶlow(bias)の差分値を定数倍した値との差分を求め、
かつ、任意のパルス発光部分からの再生信号に時間的に前後して隣接するバイアス発光部分の再生信号から、前記任意のパルス発光部分の再生信号と同じ時刻におけるバイアス発光部分の再生信号を内挿して求めた後に行うことを特徴とする光情報記録再生装置。
【請求項２】
上記超解像層は、上記パルス発光部分では超解像状態であり、バイアス発光部分では超解像状態でないことを特徴とする請求項１に記載の光情報記録再生装置。
【請求項３】
上記超解像層はＦｅ２Ｏ３、Ｃｏ３Ｏ４、ＮｉＯ、ＣｏＯ、ＺｎＯ、Ｃｒ２Ｏ３、ＺｎＳ−ＺｎＳｅ、ＧａＮ−ＩｎＮ、Ｇａ２Ｏ３を含有することを特徴とする請求項１又は２に記載の光情報記録再生装置。
【請求項４】
上記超解像層はＦｅ２Ｏ３、Ｇａ２Ｏ３を含有することを特徴とする請求項１又は２に記載の光情報記録再生装置。
【請求項５】
上記光情報記録層はＡｇ、Ｉｎ、Ｇｅ、Ｓｂ、Ｔｅから選ばれる少なくとも一つ以上の金属元素から構成される金属薄膜であることを特徴とする請求項１に記載の光情報記録再生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光情報記録再生装置に係り、特に高い超解像効果を有する大容量の光情報記録再生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の光通信を用いた情報化社会の発展により、大容量の情報を高速で通信できる通信システムの構築が必要となっている。このような大容量高速光通信を展開するために必要不可欠な光デバイスとして、大容量の光情報を蓄積するための光情報記録再生装置が挙げられる。さらにテレビ画像などの映像のデジタル化、高精細化などの高画質化に伴い、これらを高画質状態に保ち、かつ長時間記録可能な大容量光情報記録再生装置の開発が急務である。
【０００３】
現在、光情報記録媒体として、片面４．７ＧＢの容量を有するＤＶＤが、コンピューター用途のほか、ビデオなどの大容量動画を扱うための媒体として広く普及している。このＤＶＤは、基板に直接情報が書き込まれた読み出し専用のＲＯＭ（ＤＶＤ−ＲＯＭ）の他、書換え可能な記録再生媒体の実用化が進んでいる。このような光情報記録媒体の高記録密度化を目的とした開発が行われており、情報記録の高密度化を達成する手段として、ＣＤなどに使われていたレーザー（７８０ｎｍ）よりも短波長の６５０ｎｍのレーザー光を用いている。しかし、コンピューターグラフィックスやデジタルハイビジョン映像等の大容量の情報を扱うためには、さらにその４〜５倍の高記録密度化を達成する必要がある。これを達成するために、さらに短波長の青色半導体レーザー（波長４０５ｎｍ）を用いる光ディスクの開発が行われ、片面２３．３ＧＢの光ディスクが実用化されている。
【０００４】
更なる光ディスク大容量化の技術として、多層記録、多値記録、超解像記録方式などの開発が行われている。これらの次世代の大容量化を担う技術として、超解像記録は最も有力な大容量化技術の一つである。
【０００５】
超解像記録方式とは、超解像層によるレーザー集光機能、あるいはマスク機能を用いて照射されるレーザービーム系を小さくして記録面上に照射させる記録方式であり、光ディスクの記録層や保護層、反射層などの多層膜構造中に形成される超解像層の光学定数（屈折率（ｎ）、消衰係数（ｋ））の可逆的な変化によってもたらされる大容量記録方式の一つである。超解像層に読み書き用のレーザーが照射されると、温度の上昇や光によるフォトンの吸収によって励起状態となることにより、レーザーが照射されている間だけ可逆的に屈折率、消衰係数が変化し、レーザーがなくなるとまた元の状態に戻る。光ディスクはレーザー光がディスクに照射され、ディスクで反射されてピックアップに帰ってくる光の光量の大小によって記録部と非記録部を判定し、再生を行うが、この超解像層の可逆的な光学定数の変化により、このピックアップに帰ってくる光の領域を、通常照射されるレーザー光の照射面積よりも小さくすることができる。すなわち、光学的マスク効果により、読み出せる領域を小さくすることにより、分解能を向上させることが可能である。
【０００６】
なお、ここで消衰係数（ｋ）とは材料の光の吸収係数に比例した量であり、吸収係数の大きい材料ほど大きな値になる。また、この屈折率（ｎ）及び吸収係数（ｋ）の２つの定数をまとめて光学定数と呼ぶ。
【０００７】
これまで、この超解像層として、例えば特許文献１記載のように、コバルト酸化物系の薄膜材料などが用いられてきた。この薄膜の大きな屈折率変化や超解像効果により大容量の光ディスクが得られている。
【０００８】
現状の光情報記録再生装置では、光情報の再生の際、連続光（ＣＷ光：Continuous Wave光）、あるいは４００ＭＨｚ程度に高周波重畳された再生用レーザー光を照射している。このため、超解像層の複素屈折率を変化させ、超解像効果が得られるまで再生光のパワーを上昇させると、レーザー光照射によって光情報記録媒体上に熱が蓄積されるため、レーザービームスポット中にブロードな熱分布が広がり、コントラストの高い超解像マスクが形成されないという問題があった。さらに熱の蓄積によって媒体上の薄膜や記録ピットが劣化し、繰り返しの再生動作特性が劣化するという懸念があった。
【０００９】
このような媒体に蓄積できる熱を回避し、なおかつビームスポット内の温度勾配を急激にすることによって超解像効果をより高める方式として、例えば特許文献２にはパルス光による再生方式が記載されている。
【００１０】
【特許文献１】特開平１０−３４０４８２号公報
【特許文献２】特開平１０−４０５４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記特許文献２のようにパルス再生方式を適用する場合、材料の高速応答性が必須となる。また、超解像状態にあるビームスポットは、定常状態のビームスポットと、超解像状態のビームスポットが重ね合わせとなっていることから、定常状態のビームスポットの影響を受け、十分な超解像マスクを得ることが難しかった。
【００１２】
本発明の目的は、高速応答性、熱安定性を具備した超解像薄膜を形成した光情報記録媒体、並びにその媒体を用いて、高い超解像効果を得ることが可能な光情報記録再生装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するため、本発明の光情報記録再生装置は、少なくとも基板と、その記録面上に形成された反射層と、光情報記録層と、温度変化に伴って複素屈折率が可逆的に変化する超解像層と、保護層を有する光情報記録媒体と、この光情報記録媒体に光情報を記録し、または再生するためのレーザー光を発光し、かつレーザー光の発光パターンを変化させることが可能なレーザー発光制御部と、このレーザー光を上記光情報記録媒体表面上に集光照射し、光情報記録媒体からの反射光を受光するピックアップと、上記光情報記録媒体を支持し、かつ回転駆動を与えるスピンドル及びスピンドルモーターと、受光した信号を演算する再生信号処理部から構成される光情報記録再生装置であり、
上記レーザー光は、上記レーザー発光制御部によってパルス状態で発光し、上記再生信号処理部はパルス光のパルス発光部分とバイアス発光部分からの再生信号を取得し、バイアス発光部分の再生信号を参照してパルス発光部分からの再生信号を演算した結果を再生信号とする。
【００１４】
上記の演算処理は、パルス発光部分からの再生信号とバイアス発光部分からの再生信号の定数倍の差分である。また、上記演算処理は、任意のパルス発光部分からの再生信号に時間的に前後して隣接するバイアス発光部分の再生信号から、前記任意のパルス発光部分の再生信号と同じ時刻におけるバイアス発光部分の再生信号を内挿して求めた後に行うことを特徴とする。
【００１５】
上記超解像層は、パルス発光部分では超解像状態であり、バイアス発光部分では超解像状態でない。
【００１６】
ここで、超解像状態とは、超解像層のレーザー照射による温度上昇によって生じる光学定数の変化により、レーザースポットの一部がマスクされ、光学分解能が上昇している状態を指す。また、このような超解像状態でない場合を定常状態と呼ぶ。
【００１７】
また、上記超解像層はＦｅ２Ｏ３、Ｃｏ３Ｏ４、ＮｉＯ、ＣｏＯ、ＺｎＯ、Ｃｒ２Ｏ３、ＺｎＳ−ＺｎＳｅ、ＧａＮ−ＩｎＮ、Ｇａ２Ｏ３を含有し、好ましくは上記超解像層はＦｅ２Ｏ３、Ｇａ２Ｏ３を含有する。さらに上記光情報記録層はＡｇ，Ｉｎ，Ｇｅ，Ｓｂ，Ｔｅから選ばれる少なくとも一つ以上の金属元素から構成される金属薄膜である。
【００１８】
本発明のパルス再生法を用いた光情報記録再生装置は、超解像膜を形成した光情報記録媒体を高効率で再生でき、小さな記録マークに対して高い分解能を持つ光ディスクを作製することができる。従って、その利用可能性は極めて高い。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の光情報記録再生装置は、最短マーク周波数よりも大きい発光周波数のパルス状に整形されたレーザー光を、このパルス幅に追随可能な高速応答性を有する超解像層を有した光情報記録媒体に照射し、かつこのパルス部分とパルス発光していないバイアス発光部分からの光信号を検出し、それらの信号を用いて演算処理した結果を再生信号とするため、コントラストの大きい超解像マスクが形成可能である。これにより、従来に比べて、より高密度な光情報記録再生装置を得ることができる。さらに超解像層、または他の光情報記録媒体を劣化させることなく温度上昇させることができ、従来よりも信頼性の高い光情報記録再生装置が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
超解像層としてＦｅ２Ｏ３、Ｇａ２Ｏ３を含有する光情報記録媒体に対して、パルス幅を３ｎｓ、パルス周期を８ｎｓ、パルス発光部分の発光パワーを６ｍＷ、パルスを照射していないときのバイアス発光部分の発光パワーを０．８ｍＷ未満とし、パルス発光部分からの再生信号とバイアス発光部分からの再生信号の差分を再生信号として用いると、従来の１．５倍を超える記録密度を有する光情報記録装置を得ることができた。
【実施例１】
【００２１】
本発明の光情報記録媒体を記録再生するための光情報記録再生装置を作製した。図１に、作製した光情報記録再生装置のブロック図を示す。図１において、１は光情報記録媒体（以下、光ディスクと記載する）、２はスピンドル、３はスピンドルモーター、４はモータ回路制御手段、５はピックアップ、６は媒体判別手段、７はレーザードライバー、８は再生パワーＤＣアンプ、９は再生ピークパワー決定手段、１０は再生バイアスパワー決定手段、１１は記録パワーＤＣアンプ、１２は記録ピークパワー決定手段、１３は記録ピークパワー比決定手段、１４は消去パワーＤＣアンプ、１５は再生信号検出手段、１６はピークサンプル手段、１７はバイアスサンプル手段、１８は差分再生信号演算手段、１９はアドレス読取手段、２０はクロック同期手段、２１は再生信号復調手段、２２は再生データ送出手段、２３はトラッキング誤差検出手段、２４は情報コントローラ、２５はピックアップ制御回路、２６は記録タイミング補正手段、２７は記録データ変調手段、２８は記録データ受入手段、２９はピックアップ移動ドライバである。
【００２２】
本発明の光情報記録再生装置は、記憶媒体としての光ディスク１の種類を判別する媒体判別手段６を有しており、書換可能型のＲＷ（Re-Writable）、追記型のＷＯ（Write Once）、読取専用のＲＯＭ（Read Only Memory）に分類される。下記に述べるレーザー発光制御系のうち、挿入された光ディスクがＲＯＭディスクの場合は再生系のみ、ＷＯの場合は再生系と記録系、ＲＷの場合は再生系、記録系、消去系が駆動する。光ディスクは、スピンドル２に固定され、モータ回路制御手段４により制御されるスピンドルモーター３の回転軸に、直接または間接に接続された回転機構に一時的に固定される。ピックアップ５内の光源であるレーザーと反射光を検知する検知部により、光ディスクの情報を光信号として読取る。また、ピックアップ内の光源により、光ディスクに情報を記憶する。またピックアップはピックアップ移動ドライバ２９によりトラック方向の位置決めがなされる。
【００２３】
レーザー発光制御部は、再生系、記録系、消去系に分類される。再生系では、本発明のパルス再生を行うため、再生パワーＤＣアンプ８、再生ピークパワー決定手段９、再生バイアスパワー決定手段１０が設けられ、再生光のパルス再生波形が形成され、レーザードライバー７及びピックアップ５に発光パターンが送達され、レーザーをパルス状に発光させる。
【００２４】
記録系では、データ記録の際は、記録データ受入手段２８から記録データが入力され、記録データ変調手段２７でデータ変調され、記録タイミング補正手段２６を介してレーザードライバーに入力され、ピックアップ内の光源を制御する。記録ピークパワー比決定手段１３の出力が記録パワー決定手段１２と記録パワーＤＣアンプ１１、レーザードライバー７を介してピックアップ５に入力され、ピックアップ内の光源を制御する。さらに消去系では、消去パワーＤＣアンプ１４を経由してレーザードライバー７に入力され、ピックアップ内の光源を制御する。
【００２５】
再生時に得られた光信号は、再生信号処理系により処理される。再生信号検出手段１５により検出された光情報はピークサンプル手段１６、バイアスサンプル手段１７によってパルス発光部分とバイアス発光部分が別々にサンプリングされる。そして差分再生信号演算手段１８によって二つの信号の演算処理がなされる。そしてアドレス読取手段１９、クロック同期手段２０を経て、再生信号復調手段２１を介し、再生データ送出手段２２により装置外へ出力される。再生データは、表示装置やスピーカ等の所定の出力手段により出力されるか、または、パーソナルコンピュータなどの情報処理装置により、データ処理が行われる。
【００２６】
光ディスクにより焦点や焦点深度が異なるため、光ディスクの選択に伴いオートフォーカシング機構可能な構造とした。さらに、ディスクに集光機能層が搭載され、トラッキング幅が細くなるのに対応して、トラッキング誤差検出手段２３に高密度記録用のものを別に設け、媒体に合わせたトラッキングができるようにした。このトラッキング誤差検出手段２３の情報は情報コントローラ２４、ピックアップ制御回路２５を介してピックアップに伝達される。また、媒体の反射率差を利用して媒体の種別判別機構を設け、これにより媒体種の違いに合わせてオートでトラッキングできるように設計した。
【００２７】
ピックアップに搭載されるレーザー光源として波長４０５ｎｍのものを用いた。また光ディスクにレーザービームを集光するための対物レンズのＮＡ（Numerical Aparture：開口数）は０．８５のものを用いた。
【００２８】
図１に示す光情報記録再生装置を用いて、本発明の超解像効果を有する光情報記録媒体の特性を評価した。まず、読出し専用のＲＯＭディスクについて評価を行った。作製したＲＯＭ型の光情報記録媒体の断面図を図２に示す。図２において、３１は基板、３２は反射層、３３、３５は保護層、３４は超解像層、３６はカバー層、３７は記録ピットである。本実施例のＲＯＭ型光情報記録媒体では、記録ピット３７が、光情報記録層としての機能を有している。本実施例では、レーザー波長４０５ｎｍ、開口数を０．８５の光学系に適した媒体構造とするため、基板３１として外径１２０ｍｍφ、内径１５ｍｍφ、１．１ｍｍ厚のポリカーボネート基板を用い、カバー層３６として外径１１９．５ｍｍφ、内径２３ｍｍφ、０．１ｍｍのポリカーボネートシートを用いた。このカバー層３６側から再生用レーザーが集光され、再生がなされる。
【００２９】
ＲＯＭディスクは以下の工程によって作製した。まず、フォトレジスト上にレーザー描画装置を用いて一定間隔のマーク・スペースの形成された記録ピットのパターンを形成した。その後Ｎｉ金型にピットパターンを複写し、この金型にポリカーボネートを射出成形することによって基板を形成した。最小ピットサイズは１３９ｎｍであり、ピットの深さは２２ｎｍとした。またトラックピッチは３２０ｎｍとした。
【００３０】
作製したこの基板上に、反射層３２して９５Ａｇ−２．５Ｐｄ−２．５Ｃｕ（ｍｏｌ％）合金反射膜を形成した。膜厚は２０ｎｍとした。成膜は純Ａｒガスを用いてＤＣマグネトロンスパッタリングを用いて行った。保護層３３，３５には、８０ＺｎＳ−２０ＳｉＯ２（ｍｏｌ％）の非晶質膜を用いた。成膜は純Ａｒガスを用いてＲＦスパッタリング法で行った。超解像層３４して、５０Ｆｅ２Ｏ３−５０Ｇａ２Ｏ３（ｍｏｌ％）薄膜を用いた。成膜は９５Ａｒ−５Ｏ２（流量％）ガスを用いてＲＦスパッタリング法にて行った。この超解像層を形成するためのスパッタリングターゲットには、上記と同組成の酸化物ターゲットを用いた。
【００３１】
スパッタリングによる成膜後、カバー層３６を形成した。薄膜を形成した１．１ｍｍ厚の基板上にＵＶ硬化樹脂をスピンコートし、外径１１９．５ｍｍφ、内径２３ｍｍφの円形に切断した０．０８５ｍｍ厚のポリカーボネート製カバー層を貼り合せた。次にこれを真空チャンバー内に導入し、１Ｐａ程度まで真空脱気しながらシートと基板を密着させた。そしてカバー層側からＵＶ光を照射してＵＶ硬化樹脂を硬化させた。このＵＶ硬化樹脂とカバー層の厚さの合計が０．１ｍｍとなるようにＵＶ樹脂の厚さを調整した。
【００３２】
本実施例では、基板３１として厚さ１．１ｍｍのポリカーボネート基板を用いた。この基板１の外径は１２０ｍｍであり、チャックのため内径１５ｍｍの内周穴が形成されている。この基板上に、スペースとの間が一定の周期で形成されたＣＮ比試験用の記録ピット３７が同一トラック上に凹凸によって形成されている。
【００３３】
信号は、クロック信号（１Ｔ＝６９．５ｎｍ）に対して２Ｔ、３Ｔ、……８Ｔの記録信号に相当する記録ピットとスペースが、繰り返し記録されている。同一トラックには一種類の記録信号のみが形成され、トラックごとに異なる信号が記録されている。本検討では、最短マークである２Ｔの信号の記録ピット長を１３９ｎｍとし、最長マークである８Ｔの信号に対する記録ピット長を５５６ｎｍとした。
【００３４】
さらにこの基板１上には、上記の記録ピットが形成されていない鏡面部が、光ディスクと同心円のリング状に形成されている。この鏡面部をミラー面という。このミラー面からの反射光量を実測することで、超解像層３４の非線形性を評価することが可能である。
【００３５】
上記の繰り返し信号の出力をオシロスコープ上で観測し、最長マーク（８Ｔ）からの信号振幅に対する２Ｔや３Ｔなどの微細マークの振幅の比（分解能）が大きいほど、最短マークの分解能が向上したと結論することができる。本発明では最長マークからの振幅比をＩ８ｐｐ、測定するマークｎＴ（ｎ＝２〜７）の振幅比をＩｎｐｐとし、分解能（Ｍｏｄ）を下記の（１）式のように定義した。
【００３６】
【数１】
0004504319.tif 000002
【００３７】
本発明では、図２に示す光情報記録媒体にパルス光を照射して再生を行った。本発明で使用したパルス光の発光パターンを図３に示す。図３において、Ｐｐはパルス発光部分の発光パワー、Ｐｂはバイアス発光部分の発光パワーである。またｔｐはパルス発光部分の発光時間であり、ｔｂはバイアス発光部分の発光時間である。本実施例では、Ｐｐを０．８ｍＷ以上６ｍＷ以下とし、Ｐｂを０．３ｍＷ以上０．８ｍＷ未満とした。このようにすることにより、パルス発光部分は超解像層を超解像状態とし、バイアス発光部分を定常状態に保つことができる。
【００３８】
またｔｐを１〜５ｎｓとし、ｔｂを５〜１３ｎｓとした。また光ディスクの回転の線速度を４．５６ｍ／ｓとした。このため最短マークの２Ｔマークを通過する時間は３０．５ｎｓであり、ｔｐ＝３ｎｓ、ｔｂ＝５ｎｓの場合、約３．８個のパルスでサンプリングが可能である。
【００３９】
一般に、超解像状態のレーザースポットであっても、超解像状態でないときの反射率が０でないため、超解像状態でない信号が超解像状態の信号に加算されている。（２）式のように、パルス発光部分の発光パワーが高く、超解像状態となっているときの出力から、バイアス発光部分の低レーザーパワー時の超解像状態となっていない定常状態のときの出力を演算処理することにより、超解像状態のみの信号出力を得ることが可能となる。
【００４０】
パルス再生法の場合の実効再生パワーＰｒ′は下記の（２）式を用いて求めた。
【００４１】
【数２】
0004504319.tif 000003
【００４２】
上記演算処理の具体例について詳細に述べる。超解像状態のビームスポットは、超解像状態にない線形部分のビームスポットと、超解像状態の非線形なビームスポットの和で形成されていると考えられる。従って、原理的には超解像状態の全体のビームスポットから通常のビームスポット(通常はガウシアン分布)の部分を差し引きすることにより、超解像状態のみの再生信号が得られる。超解像状態を得るために高いパワーの読み出しレーザー光を照射することにより、線形部分のビームスポット強度も上昇することから、超解像状態のビームスポットを適正に見積もるためには超解像状態のビームスポットから線形部分のビームスポットを定数倍して差分をとる方法が、より正確な演算処理となる。
【００４３】
本パルス信号を用いた再生法を用いることにより、超解像状態にない通常のビームスポットを常にサンプリングし、間近の超解像状態のビームスポットに参照することにより、高精度な超解像再生が可能となる。以下、具体的な手法について述べる。
【００４４】
図１４に、パルス再生によって得られる波形の例を示す。ここでは、２Ｔの繰り返し信号を再生した例について述べる。任意の時刻を０とし、任意のパルス発光時刻をｔ１、バイアス発光時刻をｔ２とする。パルス発光周期並びにサンプリング周期をδとする。パルス発光時刻はｔ１、ｔ１＋δ、ｔ１＋２δ、…ｔ１＋Nδ、ｔ１＋(N＋１)δ、…となる。またバイアス発光時刻はｔ１、ｔ１＋δ、ｔ１＋２δ、…ｔ１＋Nδ、ｔ１＋(N＋１)δ、…となり、それぞれの時刻で出力をサンプリングすることによりパルス発光時並びにバイアス発光時の再生信号が得られる。パルス発光時のみ、及びバイアス発光時のみから得られる波形は、図１５（１）図のようになる。パルス発光時の再生信号から得られた波形とバイアス発光時の再生信号から得られた波形は時刻｛（ｔ２＋Nδ）｝−｛ｔ１＋Nδ｝＝ｔ２−ｔ１だけずれている。それぞれの再生信号を形成した後、この時刻ずれを補正した波形を図１５（２）に示す。この二つの波形から、（パルス発光時の再生信号）−ａ(バイアス発光時の再生信号)の演算を施して得られた波形を図１５（３）に示す。ここでaは定数である。この定数は、図１５（３）の出力が最大になるように求めればよく、ディスクの種類、信号の種類、前後の記録マークとスペースの関係などによってそれぞれ異なる。
【００４５】
図１５に示す演算方法では、（１）の波形から（２）の波形を形成する際、バイアス発光時の再生信号が時刻ｔ１＋Ｎδで得られた出力から得られたものでないために信号が不正確になる場合がある。そのような場合には、図１６、図１７に示す演算処理を施す。図１６はｔ１＋Nδにおけるパルス発光時の再生信号近傍の再生信号の模式図である。時刻ｔ１＋Ｎδにおけるバイアス発光時の再生信号を得るため、ｔ１＋Ｎδのパルス発光前後のバイアス発光時の再生信号、すなわち時刻ｔ２＋Nδ、ｔ２＋(Ｎ＋１)δにおけるバイアス発光時の再生信号より内挿して求める。例えば、ｔ２＋Nδのときのバイアス発光時の出力と、ｔ２＋(N＋１)δのときのバイアス発光時の出力の平均値、二乗平均値などを用いることにより、時刻ｔ１＋Nδにおけるバイアス発光時の再生信号が求められる。
【００４６】
図１７（１）に、このようにして求めたバイアス発光時の再生信号と、パルス発光時の再生信号から得られた波形を示す。上記のような時刻補正を行なっているため、図１５に示したような時刻ずれが存在しない。また、このときに得られた二つの波形から、（パルス発光時の再生信号）−a(バイアス発光時の再生信号)の演算を施して得られた波形を図１７（２）に示す。ここでaは定数である。この定数は、図１７（２）の出力が最大になるように求めればよく、ディスクの種類、信号の種類、前後の記録マークとスペースの関係などによってそれぞれ異なる。
【００４７】
以上のように、上記演算処理は、上記パルス発光部分からの再生信号とバイアス発光部分の再生信号の定数倍の差分であり、かつ任意のパルス発光部分からの再生信号に時間的に前後して隣接するバイアス発光部分の再生信号から、前記任意のパルス発光部分の再生信号と同じ時刻におけるバイアス発光部分の再生信号を内挿して求めた後に行うことが好ましい。上記超解像層は、パルス再生発光部分では超解像状態であり、バイアス発光部分では超解像状態でない。
【００４８】
まず、予備検討として、図２に示す膜構成と同様の多層膜をガラス基板上に形成し、温度上昇に伴う反射率変化を求めた。図５に、図２の膜構造を有する多層膜の比反射率変化ΔＲの温度依存性を示す。ΔＲは、各温度における反射率をＲ、３０℃における反射率をＲ０とし、下記の（３）式を用いて計算した。
【００４９】
【数３】
0004504319.tif 000004
【００５０】
図２の膜構成の光ディスク構成を有する膜構造では、３５０℃の加熱では、温度上昇とともに反射率が低下し、ΔＲは−４５．５％となった。
【００５１】
図６に、図２に示した膜構造を有する光ディスクのミラー面上での反射光強度の再生パワー（Ｐｒ）依存性を示す。反射光強度は受光器であるフォトダイオードからの出力（Ｖｏｕｔ（ｍＶ））で示した。また、ディスクの回転線速度を３〜９ｍ／ｓとして測定を行った。
【００５２】
図６において、破線の直線は、各ＰｒにおけるＶｏｕｔが、Ｐｒ＝０．３ｍＷのときのＶｏｕｔに比例すると仮定したときの直線である。いずれの回転速度の場合も、Ｐｒが０．７ｍＷ程度まではほぼ線形にＶｏｕｔが上昇しているが、０．８ｍＷ以上ではＶｏｕｔが線形の直線に対して低下していることが分かる。従って、この光ディスクの膜構成では、Ｐｒ＝０．８ｍＷ以上で超解像状態となっており、Ｐｒが０．８ｍＷより低い場合は定常状態であると判断できる。
【００５３】
回転速度が小さいほどＶｏｕｔの低下の度合いが大きく、特に回転線速度が３ｍ／ｓの場合では、Ｐｒ＝２．０ｍＷのときのＶｏｕｔが線形の場合に仮定される値の約５０％となった。Ｐｒが上昇するほど、また回転線速度が低下するほど単位時間当たりのレーザー光照射量が増加するため光ディスク表面上の温度が上昇すると考えられる。図５に示したように、図２に示した膜構造を有する光ディスクでは温度上昇に伴って反射率が低下することから、レーザー照射による温度上昇によって反射率の低下が生じているものと考えられる。
【００５４】
次に、実際にＲＯＭ型光ディスクを作製し、パルス照射による超解像効果の検討を行った。
【００５５】
図４に、このパルスでｎＴマーク（ｎ＝２〜８）の単一周期のマークを再生したとき、並びに通常のＣＷ光（Continuous Wave）で再生したときの再生信号の模式図を示す。パルス光でｎＴマークを再生した場合、マーク、スペースをそれぞれ通過する際にそれぞれの部位に複数個のパルスが照射される。一方、通常のＣＷ光による再生では、マーク、スペースの反射率の変化に伴って連続的に出力が変化する。
【００５６】
本実施例では、図４に示すように、このパルス再生法ではパルス発光部分のｌｏｗ、ｈｉｇｈレベルをそれぞれＶｌｏｗ（ｐｕｌｓｅ）、Ｖｈｉｇｈ（ｐｕｌｓｅ）とし、パルス照射していないバイアス発光部分のｌｏｗ、ｈｉｇｈレベルをそれぞれＶｌｏｗ（ｂｉａｓ）、Ｖｈｉｇｈ（ｂｉａｓ）として、振幅Ｉｎｐｐを（４）式のように定義した。
【００５７】
【数４】
0004504319.tif 000005
【００５８】
図７に、パルス再生法を用いて測定した２Ｔマークのｒｆ信号波形を示す。横軸は時間であり、縦軸は出力（Ｖｏｕｔ）である。時刻０より、パルス光が照射されており、時刻０以前はＣＷ光による再生波形である。パルス光のピークパワーＰｗを８ｍＷ、ベースパワーＰｂ並びにＣＷ光による再生パワーＰｒを０．８ｍＷとした。この条件では、ＣＷ光による再生波形では２Ｔマークからの再生振幅はほとんど観察されなかったが、パルス再生部では、２Ｔマークの信号振幅が明瞭に観察された。このことから、パルス光照射により、Ｆｅ２Ｏ３−Ｇａ２Ｏ３超解像膜が強く励起されて超解像状態となり、分解能が向上したと考えられる。パルス光の発光時間は約３ｎｓであることから、Ｆｅ２Ｏ３−Ｇａ２Ｏ３超解像膜の応答速度は３ｎｓ以下であり、屈折率変化がパルス光の立ち上がりに追随していることが分かる。
【００５９】
同様に３Ｔ、４Ｔマークについても同様の評価を行った。２Ｔ、３Ｔ、４Ｔ各マークのパルス再生波形から得られた分解能の実効再生パワーＰｒ′依存性を図８に示す。本実施例より（４）式に示す定数ａを２Ｔ、３Ｔ、４Ｔの各マークについて求めたところ、２Ｔでは１．５２、３Ｔでは１．３６、４Ｔでは１．２７で分解能が最大になった。以降の検討では（４）式の定数としてこの値を用いて計算した例について述べる。
【００６０】
２Ｔマークにおいて、Ｐｒ′＝２．０ｍＷのときの分解能はＰｒ′＝１．４ｍＷの場合の約５．８倍であり、ＣＷ光による再生波形よりも大幅に分解能が向上した。また同様に３Ｔマークについては２．５倍の分解能向上が見られた。Ｐｒ′＝２．０ｍＷのときの２Ｔマークの分解能は、Ｐｒ′＝１．２ｍＷの３Ｔマークの分解能とほぼ同程度であった。このことから、線密度方向の分解能は約１．５倍向上したと言うことができる。
【００６１】
一方、４Ｔマークの分解能は、Ｐｒ′の上昇とともに分解能が低下する現象が見られた。この現象を解明するために各マークの長さ（Ｔ）に対して分解能をプロットした。結果を図９に示す。図９において、縦軸は分解能の対数（ｄＢ）であり、横軸はマーク長である。Ｐｒ′が低い場合、分解能はマーク長の低下に伴って単調に減少するが、Ｐｒ′の上昇に伴い、マーク長２４３ｎｍ以下の領域で変調度が増加し、特に２Ｔマークに相当する１３９ｍ近傍の分解能の上昇が非常に顕著であることが分かった。逆にマーク長２４３ｎｍから３８０ｎｍの範囲ではＰｒの上昇に従って分解能が低下する領域が存在することが分かった。
【００６２】
超解像効果によって得られるビームスポットは、超解像状態でない通常のレーザースポットと、超解像状態のレーザースポットの和で与えられる。これらのビームによって得られる再生信号強度の周波数依存性の模式図を図１０に示す。超解像状態のレーザースポットの再生出力は通常のレーザービームよりも出力は小さいが、スポット径が小さくなるために分解能が向上し、高周波側まで出力が高い。従ってカットオフ周波数はｆ０からｆ０′に上昇する。フロントアパーチャー方式では、反射率が低下することによってマスク形成するので、超解像状態のレーザースポットの寄与は負である。従って、超解像状態では、低周波側の出力は通常再生の場合に比べて低下する。
【００６３】
一方、高周波側では、通常のレーザービームからの出力は、カットオフ周波数ｆ０より高周波側では０となるが、超解像スポットによる出力が顕著になり、出力が向上する。この低周波側の出力低下と、高周波側の出力向上の境界がｆｃであると考えられる。
【００６４】
図９に示す実験結果より、このｆｃに相当するマーク長は２４３ｎｍであり、これはレーザービームスポット径の１／２とほぼ等しい大きさである。マークサイズがレーザースポット径の１／２以上の場合、超解像効果がない通常のスポット径でも信号の分離が可能であるため、超解像現象によってレーザースポットが小さくなることによる反射光量の低下が顕著となり、分解能が低下するものと考えられる。一方、通常のスポット系の１／２よりもマークサイズが小さい場合には、スポットの中にマークが２個以上入る。このため、分解能が低下してくるが、超解像効果によってレーザースポットサイズが小さくなり、スポット中のマークが２個以下になるため、分解能が向上すると考えられる。
【００６５】
次に、このようにパルス再生を用いた再生法の方が、ＣＷ再生に比べて高い超解像効果が得られる理由について述べる。図１１に、超解像効果を有する光ディスクをＣＷ光及びパルス光で再生した場合のディスク膜面上の温度プロファイル及びそのときに形成される光学マスクの模式図を示す。図１１上部の温度プロファイルの模式図において、横軸はディスク円周方向の位置であり、縦軸は膜面上の温度である。レーザースポットは図の負側から正側に移動しているが、図に示すように、任意の時間断面を見ると、レーザースポットの光強度分布は、位置ｒ０を中心とするガウシアン分布となる。また温度プロファイルに対応する位置の光学マスクの模式図を図１１下部に示す。この図では、高温になるほど反射率が低下する場合について示す。この図では、レーザービームの後ろ側をマスクし、先頭側の窓が開くマスク形状を有することから、「フロントアパーチャー方式」と呼ぶ。
【００６６】
ＣＷ光を照射した場合、レーザースポットは位置の負方向から正方向に移動しているので、その間の連続的なレーザー光照射によって膜面の温度が上昇し、レーザー光強度の低下に伴って冷却される。そのため、負側に裾を引いた形状となる。この温度分布に従って超解像膜の光学定数が変化し、反射率が低下してレーザースポットの負側の領域をマスクし、実効的なレーザースポット径が小さくなる。
【００６７】
一方、パルスレーザー光を照射する場合には、パルス光の発光周期がパルスの移動時間に比べて十分長ければ、連続的なレーザー光照射がないため、負側への裾引きがＣＷ光に比べて非常に少なくなり、ガウシアン分布に近い温度プロファイルが得られる。また短時間のレーザー光照射のため、試料に与える熱的なダメージが少なく、レーザー光のピーク強度を大きくすることができる。そのため、パルスピーク位置での局所的な温度を高くすることができる。一般的に、超解像材料は高温ほど光学定数変化量が大きいことから、ＣＷ再生時に比べて大きな反射率変化が生じると考えられる。従って、生じるマスク部の反射率を小さくでき、よりコントラストの大きい超解像レーザースポットが形成されると考えられる。
【００６８】
上記は図１５に示す演算手法を用いて行った実施例であるが、同様に図１６、図１７に示す方法を用いて演算処理を行ったところ、図１５に示すのと同様の高い超解像効果が得ることができた。
【実施例２】
【００６９】
次に、記録型ディスクについても同様の検討を行った。作製した記録型光情報記録媒体の断面図を図１２に示す。図１２において、４１は基板、４２は反射層、４３、４５、４８は保護層、４４は超解像層、４６はカバー層、４７は記録層、４９はランド、５０はグルーブである。本実施例の記録型光情報記録媒体では、記録層４７が、光情報記録層としての機能を有する。
【００７０】
本実施例では、レーザー波長４０５ｎｍ、開口数を０．８５の光学系に適した媒体構造とするため、基板４１として外径１２０ｍｍφ、内径１５ｍｍφ、１．１ｍｍ厚のポリカーボネート基板を用い、カバー層４６として外径１１９．５ｍｍφ、内径２３ｍｍφ、０．１ｍｍのポリカーボネートシートを用いた。このカバー層４６側から再生用レーザーが集光され、再生がなされる。
【００７１】
記録型ディスクは以下の工程によって作製した。まず、スパイラル状のランド、グルーブが記録面状に形成されたポリカーボネート基板上に、反射層４２として９５Ａｇ−２．５Ｐｄ−２．５Ｃｕ（ｍｏｌ％）合金反射膜を形成した。膜厚は２００ｎｍとした。成膜は純Ａｒガスを用いて、ＤＣマグネトロンスパッタリングにて行った。保護膜４３，４５には、８０ＺｎＳ−２０ＳｉＯ２（ｍｏｌ％）の非晶質膜を用いた。成膜は純Ａｒガスを用いてＲＦスパッタリング法で行った。また記録層４７にはＧｅＳｂＴｅ系相変化記録膜を用いた。成膜は純Ａｒガスを用いてＲＦスパッタリングによって行った。
【００７２】
この光情報記録層である記録層４７は、本実施例で用いたＧｅＳｂＴｅ系相変化記録膜のほか、ＡｇＩｎＳｂＴｅ系相変化記録膜や、Ａｇ，Ｉｎ，Ｇｅ，Ｓｂ，Ｔｅから選ばれる少なくとも一つ以上の金属元素から構成される金属薄膜であれば、非晶質と結晶質が可逆的に変化する書き換え可能な記録媒体が作製できる。またＣｕを含む合金とＳｉを積層した複層記録膜を用いると、記録レーザー照射により両者が混合してＣｕＳｉ系合金を形成するため、安定した追記型記録媒体が作製できる。
【００７３】
スパッタリングによる成膜後、カバー層４６を形成した。薄膜を形成した１．１ｍｍ厚の基板上にＵＶ硬化樹脂をスピンコートし、外径１１９．５ｍｍφ、内径２３ｍｍφの円形に切断した０．０８５ｍｍ厚のポリカーボネート製カバー層を貼り合せた。次にこれを真空チャンバー内に導入し、１Ｐａ程度まで真空脱気しながらシートと基板を密着させた。そしてカバー層側からＵＶ光を照射してＵＶ硬化樹脂を硬化させた。このＵＶ硬化樹脂とカバー層の厚さの合計が０．１ｍｍとなるようにＵＶ樹脂の厚さを調整した。
【００７４】
本実施例では、基板４１として厚さ１．１ｍｍのポリカーボネート基板を用いた。この基板１の外径は１２０ｍｍであり、チャックのため内径１５ｍｍの内周穴が形成されている。この基板上に、ランド４９とグルーブ５０からなる案内溝がスパイラル状に形成されている。本実施例では、このグルーブ５０の部分にのみ記録を行った。トラックピッチは３２０ｎｍとした。また溝の深さは約２２ｎｍとした。
【００７５】
記録する信号は、クロック信号（１Ｔ＝６９．５ｎｍ）に対して２Ｔ、３Ｔ、……８Ｔの記録信号に相当する記録ピットとスペースの繰り返しとした。同一トラックには一種類の記録信号のみが形成され、トラックごとに異なる信号を記録した。本検討では、最短マークである２Ｔの信号の記録ピット長を１３９ｎｍとし、最長マークである８Ｔの信号に対する記録ピット長を５５６ｎｍとした。
【００７６】
図１３に、記録に用いた記録波形の例を示す。マークを記録するために、複数のパルスを照射して記録する、いわゆるマルチパルス方式によって記録を行った。本実施例では、ｎＴのマークを記録するため、記録パワーＰｗ（ｍＷ）の出力をτｗ秒、及び低出力のＰｒ（ｍＷ）の出力をτｒ秒照射するパルスの対を（ｎ−１）対繰り返して照射し、ひとつの記録マークを形成した。図１３ではこれを、４Ｔマークを形成する場合の例を示してある。この４Ｔをτｍとし、このτｍと同じ時間のτｓの間、Ｐｅ（ｍＷ）のパワーの光を照射し、スペースを記録した。これを同一半径のトラック一周について記録した。そして、本実施例ではＰｗを７．２ｍＷとし、Ｐｒを０．１ｍＷとした。またＰｅは４．０ｍＷとした。
【００７７】
本実施例では、超解像層４４として、表１に示す種々の材料について評価を行った。
【００７８】
【表１】
0004504319.tif 000006
【００７９】
表１に、本実施例で検討した超解像薄膜材料の組成と、８Ｔマークに対する２Ｔマークの分解能のパルス再生法による向上効果について検討を行った。表１では、再生パワー０．５ｍＷのＣＷ光による再生時における分解能と、パルス発光部分の発光パワーを記録時のパワーより低い６ｍＷとし、バイアス発光部分の発光パワーを０．５ｍＷとしてパルス再生したときの分解能、並びに上記のＣＷ再生時の分解能に対するパルス再生時の分解能の比を示す。比較例として、超解像層４４の代わりに非線形性を示さないＳｉＯ２膜を形成した場合についても示す。分解能の定義は（１）式に示したものを用いた。
【００８０】
実施例Ｎｏ．１〜９は、それぞれ超解像層４４としてＦｅ２Ｏ３、ＮｉＯ、ＣｏＯ、Ｃｏ３Ｏ４、ＺｎＯ、７８ＧａＮ−２２ＩｎＮ、５０Ｆｅ２Ｏ３−Ｇａ２Ｏ３、Ｃｒ２Ｏ３、４９ＺｎＳ−５１ＺｎＳｅ、Ｇａ２Ｏ３を形成したものである。いずれの場合もＣＷ再生時に比べてパルス再生時の分解能が非常に大きくなっていた。またパルス再生時とＣＷ再生時の分解能の比は、４．０〜７．０と大きな値となった。中でも５０Ｆｅ２Ｏ３−Ｇａ２Ｏ３薄膜を超解像層として形成した場合には分解能比は７．０と特に大きくなっていた。一方、比較例としてＳｉＯ２を形成した場合には、ＣＷ再生時もパルス再生時もほぼ分解能は変わらず、本件等の場合には若干パルス再生時の分解能が低かった。
【００８１】
以上のように、本発明の超解像薄膜材料を形成した光情報記録媒体に、パルス再生法を用いて再生を行うことにより、高い分解能の光ディスクを得ることができた。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】本発明で作製した光情報記録再生装置のブロック図である。
【図２】本発明で作製したＲＯＭ型光情報記録媒体の断面の概略図である。
【図３】パルス再生の発光パターンの模式図である。
【図４】パルス光並びにＣＷ項による再生パターンを示す図である。
【図５】本発明で作製したＲＯＭ型光ディスクと同じ膜構成の多層膜を加熱したときの反射率変化率ΔＲの温度依存性を示す図である。
【図６】本発明で作製したＲＯＭ型光ディスクのミラー面における反射光強度（Ｖｏｕｔ）の再生パワー依存性を示す図である。
【図７】通常再生部及びパルス再生部の再生出力の生データを示す図である。
【図８】２Ｔ、３Ｔ、４Ｔマークの分解能のＰｒ’に対する変化を示す図である。
【図９】各マークの長さ（Ｔ）に対する分解能の対数をプロットした図である。
【図１０】超解像状態の再生信号強度の周波数依存性を示す模式図である。
【図１１】超解像効果を有する光ディスクをＣＷ光及びパルス光で再生した場合のディスク膜面上の温度プロファイル及びそのときに形成される光学マスクの模式図である。
【図１２】本発明で作製した記録型光情報記録媒体の断面の概略図である。
【図１３】本発明で作製した記録型光情報記録媒体に記録を行うときの記録波形の例を示す図である。
【図１４】パルス再生によって得られる波形の例を示す図である。
【図１５】パルス発光時及びバイアス発光時の波形、補正及び演算を施して得られた波形の例を示す図である。
【図１６】時刻ｔ＋Ｎδのパルス発光時における再生信号近傍の再生信号の模式図である。
【図１７】時刻ｔ＋Ｎδにおけるバイアス発光時の再生信号とパルス発光時の再生信号から得られた波形の例を示す図である。
【符号の説明】
【００８３】
１…光情報記録媒体、２…スピンドル、３…スピンドルモーター、４…モータ回路制御手段、５…ピックアップ、６…媒体判別手段、７…レーザードライバー、８…再生パワーＤＣアンプ、９…再生ピークパワー決定手段、１０…再生バイアスパワー決定手段、１１…記録パワーＤＣアンプ、１２…記録ピークパワー決定手段、１３…記録ピークパワー比決定手段、１４…消去パワーＤＣアンプ、１５…再生信号検出手段、１６…ピークサンプル手段、１７…バイアスサンプル手段、１８…差分再生信号演算手段、１９…アドレス読取手段、２０…クロック同期手段、２１…再生信号復調手段、２２…再生データ送出手段、２３…トラッキング誤差検出手段、２４…情報コントローラ、２５…ピックアップ制御回路、２６…記録タイミング補正手段、２７…記録データ変調手段、２８…記録データ受入手段、２９…ピックアップ移動ドライバ、３１…基板、３２…反射層、３３…保護層、３４…超解像層、３５…保護層、３６…カバー層、３７…記録ピット、４１…基板、４２…反射層、４３…保護層、４４…超解像層、４５…保護層、４６…カバー層、４７…記録層、４８…保護層、４９…ランド、５０…グルーブ。
【図１】
0004504319.tif 000007
【図２】
0004504319.tif 000008
【図３】
0004504319.tif 000009
【図４】
0004504319.tif 000010
【図５】
0004504319.tif 000011
【図６】
0004504319.tif 000012
【図７】
0004504319.tif 000013
【図８】
0004504319.tif 000014
【図９】
0004504319.tif 000015
【図１０】
0004504319.tif 000016
【図１１】
0004504319.tif 000017
【図１２】
0004504319.tif 000018
【図１３】
0004504319.tif 000019
【図１４】
0004504319.tif 000020
【図１５】
0004504319.tif 000021
【図１６】
0004504319.tif 000022
【図１７】
0004504319.tif 000023