(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
単一のパルスの半値全幅が８２０ｐｓ以下の緩和振動パルスを出力する光源と、
前記光源を駆動する駆動手段と、
前記光源からの出射光を記録媒体の記録層に集光し、前記記録媒体の記録層で反射された反射光を捕捉する対物レンズと、
前記光源と前記対物レンズとの間に配置され、入射した光を分配する分配手段と、
前記分配手段を介して前記記録媒体の記録層で反射された反射光を受光する光検出手段と、
前記光源の共振器長は６５６０μｍ以下である光記録ヘッド装置であって、
前記緩和振動の１周期分以上３周期分以下のパルス列から構成される一個の記録パルスにより、前記記録媒体の記録層を融点以上に上昇させ、単一のマークを記録する光記録ヘッド装置。
【請求項２】
単一のパルスの半値全幅が３１０ｐｓ以下の緩和振動パルスを出力する光源と、
前記光源を駆動する駆動手段と、
前記光源からの出射光を記録媒体の記録層に集光し、前記記録媒体の記録層で反射された反射光を捕捉する対物レンズと、
前記光源と前記対物レンズとの間に配置され、入射した光を分配する分配手段と、
前記分配手段を介して前記記録媒体の記録層で反射された反射光を受光する光検出手段と、
前記光源の共振器長は２４８０μｍ以下である光記録ヘッド装置であって、
前記緩和振動の１周期分以上３周期分以下のパルス列から構成される一個の記録パルスにより、前記記録媒体の記録層を融点以上に上昇させ、単一のマークを記録する光記録ヘッド装置。
【請求項３】
前記緩和振動パルスの単一のパルスの半値全幅は５０ｐｓ以上である請求項１または請求項２記載の光記録ヘッド装置。
【請求項４】
単一のパルスの半値全幅が８２０ｐｓ以下の緩和振動パルスを出力する光源と、前記光源を駆動する駆動手段と、前記光源からの出射光を記録媒体の記録層に集光し、前記記録媒体の記録層で反射された反射光を捕捉する対物レンズと、前記光源と前記対物レンズとの間に配置され、入射した光を分配する分配手段と、前記分配手段を介して前記記録媒体の記録層で反射された反射光を受光する光検出手段と、を備えた光記録ヘッド装置と、  前記光検出手段から出力された信号に基づいて、再生信号を演算する演算手段と、
前記駆動手段と前記演算手段とを制御する制御手段と、を備え、
前記光源の共振器長は６５６０μｍ以下である光記録装置であって、
前記緩和振動の１周期分以上３周期分以下のパルス列から構成される一個の記録パルスにより、前記記録媒体の記録層を融点以上に上昇させ、単一のマークを記録する光記録装置。
【請求項５】
単一のパルスの半値全幅が３１０ｐｓ以下の緩和振動パルスを出力する光源と、前記光源を駆動する駆動手段と、前記光源からの出射光を記録媒体の記録層に集光し、前記記録媒体の記録層で反射された反射光を捕捉する対物レンズと、前記光源と前記対物レンズとの間に配置され、入射した光を分配する分配手段と、前記分配手段を介して前記記録媒体の記録層で反射された反射光を受光する光検出手段と、を備えた光記録ヘッド装置と、  前記光検出手段から出力された信号に基づいて、再生信号を演算する演算手段と、
前記駆動手段と前記演算手段とを制御する制御手段と、を備え、
前記光源の共振器長は２４８０μｍ以下である光記録装置であって、
前記緩和振動の１周期分以上３周期分以下のパルス列から構成される一個の記録パルスにより、前記記録媒体の記録層を融点以上に上昇させ、単一のマークを記録する光記録装置。
【請求項６】
前記緩和振動パルスの単一のパルスの半値全幅は５０ｐｓ以上である請求項４または請求項５記載の光記録装置。
【請求項７】
共振器長が６５６０μｍ以下である光源を有する光記録装置による記録方法であって、
光源の閾値電流よりも低いレベルに設定された駆動電流を生成する生成ステップと、
前記駆動電流を前記光源に入力して前記光源を駆動する駆動ステップと、
前記駆動電流を所定時間ピーク電流レベルまで引き上げて、前記光源に単一のパルスの半値全幅が８２０ｐｓ以下の緩和振動パルスを出力させる出力ステップと、を備えた記録方法であって、
前記出力ステップは、前記光源に緩和振動の１周期分以上３周期分以下のパルス列から構成される一個の記録パルスを出力させて前記記録媒体の記録層を融点以上に上昇させ、単一のマークを記録する記録方法。
【請求項８】
共振器長が２４８０μｍ以下である光源を有する光記録装置による記録方法であって、
光源の閾値電流よりも低いレベルに設定された駆動電流を生成する生成ステップと、
前記駆動電流を前記光源に入力して前記光源を駆動する駆動ステップと、
前記駆動電流を所定時間ピーク電流レベルまで引き上げて、前記光源に単一のパルスの半値全幅が３１０ｐｓ以下の緩和振動パルスを出力させる出力ステップと、を備えた記録方法であって、
前記出力ステップは、前記光源に緩和振動の１周期分以上３周期分以下のパルス列から構成される一個の記録パルスを出力させて前記記録媒体の記録層を融点以上に上昇させ、単一のマークを記録する記録方法。
【請求項９】
前記出力ステップで前記光源から出力される前記緩和振動パルスの単一のパルスの半値全幅は５０ｐｓ以上である請求項７または請求項８記載の記録方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光記録ヘッド装置、光記録装置、および記録方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、デジタル映像を蓄積する光ディスクとして、ＤＶＤ(デジタル多用途ディスク)があり、主に映画コンテンツの蓄積・配布（デジタル作品出版物）として全世界で幅広く使われている。また、上記ＤＶＤ（既存ＤＶＤと称する）に比べて、さらに大容量のディスクが実現されている。
【０００３】
光ディスクにおいて、大容量化と共に、高転送レートに対する要求は強く、ＨＤ  ＤＶＤ−ＲやＨＤ  ＤＶＤ−ＲＷでも、標準の１倍速（線速度６．６１ｍ／ｓ）に対して、２倍速の規格が既に発行されている。今後も、４倍速や８倍速といった高倍速化が期待されている。
【０００４】
光ディスクへデータを記録する際に、レーザ光源に所望のピークパワーを得るためのピーク電流を一定時間印加すると、レーザ光源の出射光強度はピーク電流が印可されるとともに、記録パワーまで強度が引き上げられる。レーザ光源の出射光強度が記録パワーまで引き上げられた際に、定常の記録パワーに安定するまでに、強度が瞬間的に上昇して低下する。これは、レーザ光源の緩和振動によるものであり、通常の記録パルス生成においては、この緩和振動がなるべく小さくなるように制御される。
【０００５】
従来、上記の緩和振動を利用して光ディスクにマーク列を記録するレーザ駆動方法およびこれを用いた光ディスク装置が記載されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−１２３９６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記の特許文献１に記載された記録方法は、通常の記録パルスと緩和振動との両者を利用して光ディスクにマーク列を記録するものであって、緩和振動の周期については、およそ２ＧＨｚから４ＧＨｚであるとの記載があるのみで、レーザ光源の物理的仕様との関係は言及されていない。
【０００７】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであって、レーザ光源の緩和振動を用いてビット列に応じたデータマーク列を記録する情報記録装置について、光源のレーザに必要とされる物理的条件（光共振器長）を決定し、高速記録を実現する光記録ヘッド装置、光記録装置、および、記録方法を提供すること目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１態様に係る光記録ヘッド装置は、単一のパルスの半値全幅が８２０ｐｓ以下の緩和振動パルスを出力する光源と、前記光源を駆動する駆動手段と、前記光源からの出射光を記録媒体の記録層に集光し、前記記録媒体の記録層で反射された反射光を捕捉する対物レンズと、前記光源と前記対物レンズとの間に配置され、入射した光を分配する分配手段と、前記分配手段を介して前記記録媒体の記録層で反射された反射光を受光する光検出手段と、前記光源の共振器長は６５６０μｍ以下である光記録ヘッド装置であって、前記緩和振動の１周期分以上３周期分以下のパルス列から構成される一個の記録パルスにより、前記記録媒体の記録層を融点以上に上昇させ、単一のマークを記録する光記録ヘッド装置である。
【０００９】
本発明の第２態様に係る光記録装置は、単一のパルスの半値全幅が８２０ｐｓ以下の緩和振動パルスを出力する光源と、前記光源を駆動する駆動手段と、前記光源からの出射光を記録媒体の記録層に集光し、前記記録媒体の記録層で反射された反射光を捕捉する対物レンズと、前記光源と前記対物レンズとの間に配置され、入射した光を分配する分配手段と、前記分配手段を介して前記記録媒体の記録層で反射された反射光を受光する光検出手段と、を備えた光記録ヘッド装置と、前記光検出手段から出力された信号に基づいて、再生信号を演算する演算手段と、前記駆動手段と前記演算手段とを制御する制御手段と、を備え、前記光源の共振器長は６５６０μｍ以下である光記録装置であって、前記緩和振動の１周期分以上３周期分以下のパルス列から構成される一個の記録パルスにより、前記記録媒体の記録層を融点以上に上昇させ、単一のマークを記録する光記録装置である。
【００１０】
本発明の第３態様に係る記録方法は、共振器長が６５６０μｍ以下である光源を有する光記録装置による記録方法であって、光源の閾値電流よりも低いレベルに設定された駆動電流を生成する生成ステップと、前記駆動電流を前記光源に入力して前記光源を駆動する駆動ステップと、前記駆動電流を所定時間ピーク電流レベルまで引き上げて、前記光源に単一のパルスの半値全幅が８２０ｐｓ以下の緩和振動パルスを出力させる出力ステップと、を備えた記録方法であって、前記出力ステップは、前記光源に緩和振動の１周期分以上３周期分以下のパルス列から構成される一個の記録パルスを出力させて前記記録媒体の記録層を融点以上に上昇させ、単一のマークを記録する記録方法である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、レーザ光源の緩和振動を用いてビット列に応じたデータマーク列を記録する情報記録装置について、光源のレーザに必要とされる物理的条件（光共振器長）を決定し、高速記録を実現する光記録ヘッド装置、光記録装置、および、記録方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に、本発明の一実施形態に係る光記録装置について図面を参照して説明する。本発明の一実施形態に係る光記録装置の構成例を図１に示す。本実施形態に係る光記録装置では、光源には短波長の半導体レーザ２０が用いられる。その出射光の波長は、例えば４００ｎｍ〜４１０ｎｍの範囲の紫色波長帯のものである。
【００１３】
半導体レーザ光源２０からの出射光１００は、コリメートレンズ２１により平行光となり偏光ビームスプリッタ２２、λ／４板２３を透過する。そして、対物レンズ２４に入射する。その後、光ディスク１の基板を透過し、目的とする情報記録層に集光される。光ディスク１の情報記録層による反射光１０１は、再び光ディスク１のカバー層４を透過し、対物レンズ２４、λ／４板２３を透過し、偏光ビームスプリッタ２２で反射された後、集光レンズ２５を透過して光検出器２６に入射する。
【００１４】
光検出器２６の受光部は通常複数に分割されており、それぞれの受光部から光強度に応じた電流を出力する。出力された電流は、図示しないＩ／Ｖアンプにより電圧に変換された後、演算回路２７により、ユーザデータ情報を再生するＨＦ信号及び光ディスク１上の光源によるビームスポット位置を制御するためのフォーカス誤差信号及びトラック誤差信号などに演算処理される。演算回路２７は、コントローラＣＴＲによって制御される。
【００１５】
対物レンズ２４はアクチュエータ２８にて上下方向、ディスクラジアル方向に駆動可能であり、サーボドライバＳＤによって光ディスク１上の情報トラックに追従するように制御される。光ディスク１は情報の書き込みが可能な記録形ディスクであり、半導体レーザ２０の出射光１００により情報が記録される。半導体レーザ２０は半導体レーザ駆動回路２９により、出射光１００の光量が制御可能であり、光ディスク１への情報記録時には半導体レーザ２０の緩和振動パルスが出射されるように制御される。半導体レーザ駆動回路２９はコントローラＣＴＲによって制御される。光ディスク１への情報記録時の記録パルスについては後に詳しく述べる。
【００１６】
次に図２に本実施形態に係る光記録装置にて使用する光ディスク１の断面図の例を示す。ポリカーボネートから成る基板１１上に誘電体から成る保護層１２を介して例えば相変化記録膜である記録層１３が形成される。その上にはさらに誘電体から成る保護層１２が形成され、さらにその上に導電性の反射層１４が形成される。さらに、この上には接着層１５を挟んで、ポリカーホネートからなる別の基板１１が形成されている。
【００１７】
全体の構造から言うと、光ディスク１は、少なくとも一方の基板上に記録膜を含む情報記録層が形成されたディスクを２枚反対向きに貼り合わせたものである。１つの基板の厚さは例えば約０．６ｍｍで、光ディスク１全体の厚さは約１．２ｍｍである。
【００１８】
なお、この実施形態では、情報記録層が４層から成る光ディスクの例を示したが、記録層１３の上下に界面層を設けるなど、５層以上からなる情報記録層を持つ光ディスクにも本発明は適用可能である。また、この実施形態では情報記録層が１層の場合を示したが、本発明は２層以上の情報記録層を持つ光ディスクにも適用可能である。さらに、本実施形態では、円盤状の光ディスクを記録媒体として用いているが、たとえばカード状の記録媒体でも、本発明は適用可能である。
【００１９】
図３は本実施形態に係る光記録装置における光源に用いる半導体レーザ２０の例である。図３に図示されているのは、半導体レーザの発光体となる半導体チップ部のみであり、通常はこのチップ部がヒートシンクとなる金属ブロックに固定され、さらに基材およびガラス窓付キャップ等により構成される。
【００２０】
ここでは、レーザ発光に直接関係する半導体チップ部のみを用いて説明する。半導体レーザチップは一例として厚さ（図の面内上下方向）が０．１５ｍｍ、長さ（図中Ｌ）が０．５ｍｍ、横幅（図中奥行き方向）が０．２ｍｍ程度の微小ブロックである。レーザチップの上端３１および下端３２はそれぞれ電極であり、上端３１が−（マイナス）電極、下端３２が＋（プラス）電極である。
【００２１】
レーザ光を発光するのは中央の活性層３３であり、これを挟んで上下に上側クラッド層３４および下側クラッド層３５が形成されている。上側クラッド層３４は電子が多数存在するｎ型クラッド層、下側クラッド層３５は正孔が多数存在するｐ型クラッド層である。
【００２２】
電極３２と電極３１間に電極３２から電極３１に対して順方向に電圧を印可する、すなわち、電極３２から電極３１に向かって電流を流すと、活性層３３内で励起した多数の正孔と電子が再結合し、その際に失うエネルギーに相当する光を放出することになる。上側クラッド層３４および下側クラッド層３５の屈折率は活性層３３の屈折率に対して低くなるよう材料選択されており（一例として５％低下）、活性層３３にて発生した光は上下のクラッド層３４、３５との境界を反射しながら活性層３３内を図中左右に進行する光波となる。
【００２３】
図中左右の端面は鏡面Ｍとなっており、活性層３３はそれ自体で光共振器を形成するものとなる。活性層３３内を左右に進行し、かつ左右両端の鏡面にて反射した光波は活性層３３内で増幅され、最終的にレーザ光として図の右端（および左端）から放出される。この際、半導体レーザ２０の共振器長とは図中の左右方向の長さＬである。
【００２４】
半導体レーザ２０は半導体レーザ（ＬＤ： Laser Diode）駆動回路２９により生成される駆動電流によって、出射波形が制御される。ＬＤ駆動回路２９の駆動電流により、光ディスク１の記録に用いる記録パルスを生成する様子を図４Ａ乃至図４Ｄを用いて説明する。
【００２５】
図４A、および図４Bが通常のＬＤ駆動電流とＬＤ出射波形を表し、図４C、および図４Dが緩和振動パルスを生成する際のＬＤ駆動電流とＬＤ出射波形を表す。駆動電流は、図４A、および図４Cに示すバイアス電流Ｉｂｉとピーク電流Ｉｐｅの２レベルに制御されている。なお、バイアス電流がさらに２つのレベル、あるいは、３つのレベルに細分化されて制御される場合もあるがここでは、説明の簡易化のため、バイアス電流Ｉｂｉとピーク電流Ｉｐｅがそれぞれ１レベルずつの場合を用いて説明する。
【００２６】
通常の記録パルス生成の場合、ＬＤ駆動回路２９は、図４Aに示すように、半導体レーザ２０がレーザ発振を開始する閾値電流Ｉｔｈよりもやや高いレベルに設定されたバイアス電流Ｉｂｉをまず生成し、半導体レーザ２０を駆動する。その後、時刻Ａにて、所望のピークパワーを得るためのピーク電流Ｉｐｅが印可され、一定時間、ピーク電流Ｉｐｅが印可されたのち、時刻Ｂにて再度、バイアス電流Ｉｂｉへと引き下げられる。このときの、半導体レーザ２０の出射光強度の時間変化を図４Bに示す。
【００２７】
図４Ｂに示すように、バイアス電流Ｉｂｉにより駆動されている時刻Ａまでは出射光強度は光ディスク１へデータ記録が不可能な極く低いパワーであるが、ピーク電流Ｉｐｅが印可されるとともに、記録パワーまで強度が引き上げられ、時刻Ｂにて駆動電流がバイアス電流Ｉｂｉレベルまで引き下げられるまでこのレベルを維持する。時刻Ｂ以降は出射光強度は再び低パワーとなる。こうして時刻ＡからＢまでの期間に記録パルスが出射されるように半導体レーザ２０は制御されることとなる。
【００２８】
より詳細に出射光強度を観測すると、時刻Ａにおいて強度が記録パワーまで引き上げられた際に、定常の記録パワーに安定するまでに、強度が瞬間的に上昇して低下する様子が伺える（図中の破線円部分）。これが、半導体レーザ２０の緩和振動によるものであり、通常の記録パルス生成においては、この緩和振動がなるべく小さくなるように制御を行なう。
【００２９】
緩和振動とは、このように半導体レーザにおいて、駆動電流があるレベルから、閾値電流を大きく超える一定のレベルまで急激に上昇した際に生ずる、過渡的な振動現象である。緩和振動は、振動を繰り返す毎に小さくなり、やがて振動は収まる。
【００３０】
本実施形態に係る光記録装置においては、この緩和振動を積極的に記録に利用するものである。緩和振動を記録パルスとして用いる場合には、図４Cに示すように、ＬＤ駆動回路２９は半導体レーザ２０の閾値電流Ｉｔｈより低いレベルに設定されたバイアス電流Ｉｂｉをまず生成し、半導体レーザ２０を駆動する。
【００３１】
その後、時刻Ａにて、通常の記録パルス生成よりも、早い立ち上がり時間で、急激に駆動電流をピーク電流レベルＩｐｅまで引き上げ、通常の記録パルス生成よりも短い時間ののち、時刻Ｃにて再度、バイアス電流Ｉｂｉへと引き下げられる。このときの、半導体レーザ２０の出射光強度の時間変化を図４Dに示す。
【００３２】
図４Ｄに示すように、閾値電流Ｉｔｈより低いバイアス電流Ｉｂｉにより駆動されている時刻Ａまでは、半導体レーザ２０はレーザ発振を開始しておらず、無視レベル程度の発光ダイオードとしての光出射がある程度である。その後、時刻Ａにて急激な電流印可に伴い、緩和振動が開始され、出射光強度は急激に上昇する。その後、印可電流が再度閾値電流以下に戻される時刻Ｃまでの間、緩和振動による光出射が持続する。この例の場合、緩和振動の２周期目のパルスが生成されたタイミングで時刻Ｃに到達し、記録パルス生成が終了している。
【００３３】
このように、緩和振動によるパルスは、通常の記録パルスに比べて、非常に短い時間で出射光強度が上昇し、半導体レーザの構造によって決まる一定の周期で出射光強度が低下するという特徴を持っている。したがって、緩和振動によるパルスを記録パルスに用いることにより、通常の記録パルスでは得られない、短い立ち上がり・立下り時間を持ち、かつ強いピーク強度を持った短パルスを得ることが可能となるのである。
【００３４】
一般的に知られた関係として、ＬＤの共振器長Ｌと緩和振動周期Ｔには以下の関係がある。
【００３５】
Ｔ  ＝  ｋ・｛２  ｎＬ  ／ｃ｝  …（１）
ここで、ｋは定数、ｎは半導体レーザの活性層の屈折率、ｃは光速（３．０×１０８  （ｍ／ｓ））である。したがって、ＬＤ共振器長Ｌと緩和振動周期Ｔ、ひいては、緩和振動パルス幅は、比例関係にあることが分かる。
【００３６】
このことから、緩和振動パルス幅を長くしたい場合は、ＬＤ共振器長Ｌを長く、緩和振動パルス幅を短くしたい場合には、ＬＤ共振器長Ｌを短くすればよいことになる。すなわち、緩和振動パルス幅はＬＤ共振器長Ｌによって制御可能であると言える。
【００３７】
図５は、共振器長Ｌが６５０μｍの半導体レーザによる緩和振動波形の計測結果である。緩和振動パルス幅は半値全幅でおよそ８１ｐｓであることが分かる。上述の式（１）から、ＬＤの共振器長Ｌと緩和振動パルス幅は比例関係にあることが判っていることから、半導体レーザの共振器長Ｌと得られる緩和振動パルス幅（ＦＷＨＭ）Ｗｒの変換式として以下の関係が得られる。
【００３８】
Ｗｒ  （ｐｓ）  ＝  Ｌ  （μｍ）  ／  ８．０  （μｍ／ｐｓ）…（２）
次に、本実施形態に係る光記録装置における光記録媒体へのデータの記録について述べる。光ディスク１は例えば、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＨＤ  ＤＶＤ−ＲＷ、ＨＤ  ＤＶＤ−ＲＡＭといった書換え形ディスクであり、記録層に相変化材料を用いている。相変化形光ディスクでは、データビットの記録と消去とは記録層に集光されるパルス状のレーザ光の強度を制御することによって行なわれる。
【００３９】
記録は、記録層の結晶状態に初期化された領域にアモルファスのマークを形成することを意味する。アモルファスマークは、相変化材料が溶融し、直後に急冷されることにより形成される。このためには、比較的短くて高いパワーのパルス状レーザ光を相変化記録層に集光し、局所的な温度を相変化材料の融点Ｔｍを超える温度にまで上昇させて、局所的な溶融を生じさせる必要がある。その後、記録パルスが途切れると溶融した局所領域は急激に冷やされ、溶融−急冷過程を経た固体のアモルファスマークが形成される。
【００４０】
一方、記録されたデータビットの消去は、アモルファスマークを再結晶化することにより行なわれる。結晶化は、今度は局所的なアニーリングにより実現される。記録層にレーザ光を集光し、記録パワーよりやや低いレベルに制御することで、相変化記録層の局所的な温度を結晶化温度Ｔｇ以上にまで上昇させるとともに、融点Ｔｍよりは低い温度に保つ。
【００４１】
このとき、一定の時間に渡り、局所的な温度を結晶化温度Ｔｇと融点Ｔｍとの間に保つことで、アモルファスマークを結晶状態に相変化させることが出来る。こうして記録マークの消去が可能となるのである。
【００４２】
なお、このとき結晶化するのに要求される、結晶化温度Ｔｇと融点Ｔｍとの間に保つべき時間を結晶化時間と呼ぶ。記録されたデータビットの再生には、記録層を相変化させない程度に低いパワー、すなわち再生パワーのＤＣレーザ光を情報記録層に照射する。
【００４３】
本実施形態に係る光記録装置では、データビットの記録に用いる記録パルスを緩和振動パルスのような短パルスとすることを特徴としている。従来の記録パルスによって形成されたアモルファスマークは上述のように相変化材料の溶融−急冷過程を経て形成される際、図６Aに示すようにアモルファスマークの周縁部に再結晶化の環状領域（再結晶化リング）を生ずる。
【００４４】
これは、アモルファスマークの周縁部で一旦溶融された領域が冷却過程で結晶化温度Ｔｇと融点Ｔｍとの間の温度領域を結晶化時間以上経ることで、再結晶化されたものである。これは、アモルファスマークのサイズを結果的に小さくする効果（セルフシャープニング効果）があるものの、マーク周縁部での再生信号のジッタ（ゆらぎ）や、トラック上の前後のマーク同士の熱的干渉や、隣接トラックに形成されたマークの部分的消去（クロスイレーズ）を引き起こす場合がある。
【００４５】
一方、本実施形態に係る光記録装置の緩和振動パルスのような短パルスにより形成されたアモルファスマークは図６Bのように、アモルファスマークの周縁部に再結晶化リングを生じない。これは、短パルスにより短時間に高いパワーのレーザ光を照射することで、レーザ光照射直後に相変化層を溶融させ、溶融領域が熱伝導により周縁部に有意に広がる前に照射を終了させることにより、レーザ光照射直後の溶融部のみをアモルファスマーク化することによるものである。
【００４６】
このように、短パルスによる再結晶化リングを生じないアモルファスマークでは、マーク周縁部のジッタが低減することや、トラック上の前後のマーク同士の熱的干渉によるマーク変形やエッジシフトや、隣接トラックに形成されたマークのクロスイレーズが生じないといった利点がある。
【００４７】
勿論、短パルスによる記録には上記のような記録マークの質的向上といった利点があると共に、短時間にマークを記録出来ることから、高転送レート記録に適しているという利点があることは言うまでもない。
【００４８】
光ディスクにおいて、大容量化と共に、高転送レートに対する要求は強く、ＨＤ  ＤＶＤ−ＲやＨＤ  ＤＶＤ−ＲＷでも、標準の１倍速（線速度  ６．６１ｍ／ｓ）に対して、２倍速の規格が既に発行されている。今後も、４倍速や８倍速といった高倍速化が期待されている状況である。
【００４９】
高転送レートを達成するためには、記録マークを高速に、すなわち短時間に記録する必要がある。相変化形ディスクでは、これはとりもなおさずアモルファスマークを短パルスにより記録することを意味する。例えば、ＨＤ  ＤＶＤでは、８倍速になるとチャネルクロックレートは、５１８．４Ｍｂｐｓとなり、１チャネルビットに相当する時間は１．９２９ｎｓとなる。
【００５０】
本実施形態に係る光記録装置で言う短パルス記録に要求されるパルス幅は、アモルファスマーク形成時に再結晶化リングを生じないようなパルス幅である。アモルファスマーク形成時に再結晶化リングとなる領域は、上述のようにアモルファスマーク周縁部で一旦溶融された、すなわち、相変化材料の融点を超えた、領域である。このとき、融点をわずかに超えた領域のみが、再結晶化される。
【００５１】
なぜなら、融点を大きく超えた温度まで昇温された領域は、温度低下の勾配が大きく、比較的急峻に冷却されるため、アモルファス化されるからである。これは、温度勾配δＴ／δｘ  と、熱流量密度  ｑ（Ｗ／ｍ２）との良く知られた関係（フーリエの熱伝導則）ｑ＝Ｋ・δＴ／δｘ  から分かるように、温度勾配が大きいほど、温度が高い領域から低い領域への熱流量が大きくなるからである。ここでＫ（Ｗ／ｍ・Ｋ）は熱伝導率、ｘは温度差を持った界面での熱伝導の方向（界面の法線ベクトル方向）の距離である。
【００５２】
短パルス記録の場合、レーザ光照射直後に光スポット中央部が融点を超えるように、高いパワーのレーザ光を照射する。図７は、記録トラック上の温度分布を説明する図であり、上段が記録パルス照射直後のトラック上の融点超過領域、中段が記録パルス終了時の融点超過領域、下段が中段のＡ−Ａ’断面での温度分布を表している。
【００５３】
図７Aが短パルス記録の場合、図７Bが従来の記録パルスによる記録の場合を表している。なお、本来は、記録ビームスポット（図７Aで破線で表した領域）は、パルス照射中に図の上下方向に移動するが、この例では説明の簡易化のため、移動しないものとした。
【００５４】
いずれの記録パルスの場合も、パルス照射直後からパルスが終了するまでの間に、光スポット中央の融点を超えた領域は、伝熱により拡大する。しかし、短パルスの場合は、パルス照射時間が短いため、ほとんど拡大しない。
【００５５】
短パルス記録の場合、パルス終了時の光スポット中央を含む断面における温度分布は、光ビーム照射直後とほぼ同一のガウス分布形状となっており、融点以上と融点以下の境界前後では急峻な温度勾配となっている。このため、再結晶化する領域、すなわち融点をわずかに超える範囲の領域（図中、融点Ｔｍと温度Ｔｍ２との間の温度を持つ領域）は、平面方向にはほとんど広がりを持っていない。したがって、伝熱による光スポット中央の融点以上の領域の拡大が無視できる程度の時間でレーザパワーが０となれば、再結晶化リングはごく狭い領域に限られることとなる。
【００５６】
一方、従来の記録パルスによるマーク形成の場合、比較的低いパワーを長時間照射するため、光スポット中央の融点を超える領域は徐々に拡大していく（図７B上段から中段）。この際、光スポット中央を含む断面における温度分布はもはやガウス分布ではなく、よりなだらかな温度勾配を有する形状となる（図７B下段）。
【００５７】
このため、再結晶化する領域は、平面方向に比較的大きな広がりを持つこととなる。図７B中段の破線は再結晶化限界を示しており、この破線の内部がアモルファスマークとなる領域である。このように、従来の記録パルスでは、マーク形成時に大きな再結晶化リングを伴うこととなる。
【００５８】
この再結晶化リングの平面方向の幅は、パルス照射時間における融点領域の平面方向の拡散距離とほぼ同様になると考えられる。一般的な相変化材料として、熱伝導率Ｋ＝０．００５  Ｊ／ｃｍ／ｓ／℃、  比熱  Ｃ＝１．５  Ｊ／ｃｍ３／℃、とすると、パルス照射時間内における熱拡散距離を推定することが出来る。即ち、時間ｔの間に、熱は距離Ｌ  ＝  （Ｋｔ／Ｃ）1/2だけ拡散すると考えられる。
【００５９】
一方、短パルス記録に要求されるパルス照射時間の上限は、この再結晶化リングの平面方向の幅が実用上問題無い程度に小さいことから定められる。
【００６０】
図9は、ＨＤ  ＤＶＤ−ＲＷの再生信号のアシンメトリと最短マーク(２Ｔ；Ｔはチャネルビット長 = ０．１０２μｍ)のマーク長変動量(負符号はマークが短くなる方向)との関係を示した図である。アシンメトリとは、再生信号中に含まれる最疎信号（１１Ｔ）と最密信号（２Ｔ）のそれぞれの信号中心レベルの差を最疎信号振幅で除したものである。
【００６１】
アシンメトリの絶対値が大きいと、再生信号データのエラー率が大きくなることが判っており、ＨＤ  ＤＶＤ−ＲＷでは、アシンメトリの限界値は±０．１０である。図９から読み取れるように、最短マークのマーク長が変動する(この場合、マーク長が短くなる)とアシンメトリが負方向に増大し、マーク長が０．３２５Ｔ変動する(短くなる)とアシンメトリの下限である−０．１０に達してしまう。１Ｔ(チャネルビット長)は０．１０２μｍであるため、この０．３２５Ｔの変動は、３３nmの変動に相当する。
【００６２】
短パルス記録では、再結晶化リングが実用上問題無いレベルまでしか生じないと仮定していることから再結晶化リングによるマーク長の変動は最大でもこの３３nm以下であることが要求される。
【００６３】
なお、再結晶化リングによるマーク長短縮は、マークの前後方向に均等に生ずると考えてよいから、再結晶化リングの幅は、１６．５nm以下であることが要求されると言い換えられる。熱拡散距離１６．５nmに相当するパルス照射時間は上述の関係から０．８２ｎｓとなることから、これが短パルス記録に要求される上限のパルス幅と言える。
【００６４】
既に述べたように、半導体レーザの共振器長Ｌと得られる緩和振動パルス幅Ｗｒの関係
として式（２）が得られていることから、短パルス記録には、８２０ｐｓ以下のパルス幅
を用いること、すなわち、共振器長６５６０μｍ以下の半導体レーザを用いる必要がある
ことが分かった。
【００６５】
なお、上述の条件は、マーク長短縮が再結晶化リング形成によってのみ生ずる場合の例である。実際には、再結晶化リング形成というディスク記録膜要因の他に、マーク長変動を生ずる要因として、ＬＤ駆動回路が発生する駆動パルス幅の電気的変動、および、ディスク移動速度の変動(ディスク回転モータの回転速度変動)が考えられる。これら３要素が均等な変動要素であると考え、その自乗和平方根による変動が上述のアシンメトリ絶対値限界値である０．１０に相当するような事態を考えると、再結晶化リング形成によってのみ生ずるマーク長変動の条件は上述の例よりも厳しい条件となる。３要素の自乗和平方根が０．１０に相当するには、１変動要素による変動は、（（０．１２）／３)１/２ = ０．０６となる。図９より絶対値０．０６のアシンメトリ変動が生ずるマーク長変動は−０．２Ｔである。したがって、マーク長変動は、ＨＤ  ＤＶＤ−ＲＷの最短マーク長２Ｔ＝０．２０４μｍの１０％以下、すなわち、一方向で、１０．２ｎｍ以下の範囲に限られることが望ましいと言える。一方向で１０．２nm以下のマーク長短縮に限られるためには、上述の熱拡散距離とパルス照射時間の関係から、パルス照射時間は０．３１ｎｓとなる。すなわち、このパルス照射時間にて、短パルス記録を行なうことが望ましいことになる。
【００６６】
この場合、既に述べたように、半導体レーザの共振器長Ｌと得られる緩和振動パルス幅Ｗｒの関係として式（２）が得られていることから、短パルス記録には、３１０ｐｓ以下のパルス幅を用いること、すなわち、共振器長２４８０μｍ以下の半導体レーザを用いる必要があることが分かった。
【００６７】
一方、再結晶化リングを縮小する観点から言えば、パルス照射時間は短いほど良いことになるが、現実には相変化材料を融点以上に昇温するためのエネルギーを与えるのが困難になる。すなわち極めて高いパワーを短時間に照射する必要が生じる。したがって、現実的にはパルス照射時間は５０ｐｓ程度以上は必要と考えてよい。これは、式（２）の関係を用いると、共振器長４００μｍ以上の半導体レーザが必要となることに相当する。
【００６８】
式（２）から分かるように、緩和振動パルスを光ディスク１への情報記録に用いるとき、光記録装置に用いる半導体レーザ２０の共振器長が決まると、緩和振動パルス幅が一意に決まることになる。上述したように、パルス幅が短い場合には、高いパワーを照射することで相変化材料を融点以上に昇温することになるが、半導体レーザ２０の最高パワーで照射しても融点以上に達しない場合もある。このような場合には、緩和振動パルスを複数回照射することが有用である。
【００６９】
図８は、緩和振動パルスが３回発生するように、半導体レーザ２０の駆動パルスを制御した場合の、光パルス波形である。緩和振動パルスを３回発生させることでパルスによる照射エネルギー（図中のパルスによる時間積分値）が増加することで、相変化材料を融点以上に上昇させることが可能となる。しかし、図からわかるように、１回目の緩和振動パルスに比べて、２回目、３回目のパルス強度が徐々に低下する。このため、これ以上の複数回のパルスの照射は、余り有効でない。
【００７０】
このように、半導体レーザ２０の緩和振動パルスを用いて光記録媒体にデータを記録する光記録装置では、レーザの共振器長に応じて、緩和振動パルスのパルス数を加減することが必要となる。また、半導体レーザの定格出力が低いレーザを用いる場合にも、複数回の緩和振動パルスを用いることは有用である。
【００７１】
なお、この発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。例えば、上述の実施例では、相変化材料を用いた書換え形光ディスクを例に用いたが、これは例えば１回記録形（追記形）の光ディスクであっても、本発明は適用可能である。
【００７２】
また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の一実施形態に係る光記録装置の構成例を概略的に示す図。
【図２】本発明の一実施形態にて使用する光ディスクの断面図の一例を示す図。
【図３】本発明の一実施形態に係る光記録装置における光源に用いる半導体レーザの一例を示す図。
【図４Ａ】通常の記録を行う際の半導体レーザの駆動電流の波形の一例を示す図。
【図４Ｂ】通常の記録を行う際の半導体レーザの出射波形の一例を示す図。
【図４Ｃ】緩和振動パルスを生成する際の半導体レーザの駆動電流の波形の一例を示す図。
【図４Ｄ】緩和振動パルスを生成する際の半導体レーザの出射波形の一例を表す図。
【図５】共振器長が６５０μｍの半導体レーザによる緩和振動波形の計測結果の一例を示す図。
【図６Ａ】従来の記録パルスにより形成されたアモルファスマークについて説明するための図。
【図６Ｂ】短パルスにより形成されたアモルファスマークについて説明するための図。
【図７Ａ】短パルス記録の場合の記録トラック上の温度分布の一例を説明するための図。
【図７Ｂ】従来の記録パルスによる記録の場合の記録トラック上の温度分布の一例を説明するための図。
【図８】緩和振動パルスが３回発生するように、半導体レーザの駆動パルスを制御した場合の光パルス波形の一例を示す図。
【図９】再結晶化リングの許容範囲の一例について説明するための図。
【符号の説明】
【００７４】
Ｉｂｉ…バイアス電流、Ｉｐｅ…ピーク電流、Ｉｔｈ…閾値電流、Ｌ…共振器長、１…光ディスク（記録媒体）、２０…半導体レーザ光源、２１…コリメートレンズ、２４…対物レンズ、２６…光検出器、２７…演算回路、２９…半導体レーザ駆動回路
【図１】
0004377944.tif 000002
【図２】
0004377944.tif 000003
【図３】
0004377944.tif 000004
【図４Ａ】
0004377944.tif 000005
【図４Ｂ】
0004377944.tif 000006
【図４Ｃ】
0004377944.tif 000007
【図４Ｄ】
0004377944.tif 000008
【図５】
0004377944.tif 000009
【図６Ａ】
0004377944.tif 000010
【図６Ｂ】
0004377944.tif 000011
【図７Ａ】
0004377944.tif 000012
【図７Ｂ】
0004377944.tif 000013
【図８】
0004377944.tif 000014
【図９】
0004377944.tif 000015