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JP2009076153A - 超解像再生を行うための光記録媒体及びその光記録再生方法 - Google Patents

超解像再生を行うための光記録媒体及びその光記録再生方法 Download PDF

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JP2009076153A JP2007245487A JP2007245487A JP2009076153A JP 2009076153 A JP2009076153 A JP 2009076153A JP 2007245487 A JP2007245487 A JP 2007245487A JP 2007245487 A JP2007245487 A JP 2007245487A JP 2009076153 A JP2009076153 A JP 2009076153A
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Abstract

【課題】超解像再生を行う記録可能な光記録媒体について、媒体の容量を減らさずに、超解像再生に関わる信号処理を直接かつ容易に行う。
【解決手段】本発明は、溝付き基板上に記録層及び信号再生機能層が積層された超解像再生を行う。マークポジション方式で記録されたマーク長が、使用する光学系における解像限界以下の一つの長さであり、かつ、基板溝のランドとグルーブの両方に記録マークが形成されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、記録マークにレーザ光を照射することにより、情報を再生する光記録媒体、特に解像限界以下の記録マークを再生するための付加構造を有する光記録媒体に関する。
例えばデジタルビデオディスクやブルーレイディスクなどの光記録媒体は、レーザ光波長λと対物レンズの開口数NAから成る再生光学系において、記録マークとそれに隣接する未記録スペースの長さが同じである記録マーク列について、再生可能な記録マークの長さは、解像限界（λ/4NA）以上となる。このような光記録媒体において、解像限界以下の長さの記録マークを再生する方法として、光記録媒体にレーザ光スポットを小さくする機能を有する信号再生機能層を付加し、媒体内で実質的にNAを高める技術が検討されている。
超解像再生を行うことにより、媒体接線方向の記録密度を2〜4倍に高めることができるため、光記録媒体の1記録層あたりの容量も少なくとも2〜4倍にすることが可能となる。例えば図１に示すように、超解像再生時はレーザ光スポット内に、超解像再生を行うためのスポット部分と、それ以外の周辺部分とが存在する。解像限界以下の記録マークについては、超解像スポット部分でのみ再生されるが、解像限界以上の記録マークについては、超解像スポット部分と周辺部分との両方でそれぞれ再生されることとなる。
レーザ光スポット内の2つの部分で再生となれば、各部分が同軸上に存在しない限り位相差が発生する上、2つの再生信号が重畳した状態で再生波形等は観測されることとなる。つまり2つを適切に分離処理することが別に必要となる。この分離は実際容易でないため、例えば特許文献1では、周辺部分からの再生信号は観測されないような膜構造を設計している。また非特許文献1では、記録内容と再生波形との相関を学習させる方法で、分離の問題を回避している。
しかしながら、前者は再生専用型に対してであり、記録型（追記型及び書き換え型）でこれを実現する記録材料は報告されていない。後者は、学習が前提であるため、試しの記録及び試しの再生を行うプロセスを新たに追加する必要がある。このように超解像再生を行うことで光記録媒体の容量は原理的に増やせるものの、観測される再生信号波形に対する直接的な取り扱いが十分できていない問題があり、このことが超解像再生を行う記録可能な光記録媒体が実用化に至っていない理由の一つとなっている。
ところで、光磁気記録では、超解像再生を行う記録可能な媒体が既に市販化されている。これはその再生原理上、図１の周辺部分からの再生信号は観測されない特徴があり、上記分離の問題がない。
超解像再生を行う記録可能な光記録媒体は、例えば非特許文献2、特許文献2、特許文献3に記載されているように、溝付き基板上に形成した、信号再生機能層、記録層、保護層、反射層などから構成される。再生のためのレーザ光照射により、例えば信号再生機能層の温度が上がった結果、図１のレーザ光スポット内に、超解像再生を可能にする超解像スポット部分が出現する。超解像スポット部分は、例えば信号再生機能層の温度上昇箇所における融解や相転移などの変化によって形成され、周辺部分と光学定数が異なる。
解像限界以下の長さの記録マークは、超解像スポット部分のみで再生され、周辺部分からは再生されない。つまり、記録マークの長さを全て解像限界以下とすれば、スポット数は実効的に1つとなり、2スポットあるときに再生信号処理が複雑となる問題は発生しない。但し、マークエッジと呼ばれる方式では、最短記録マークの長さは、最長記録マークの長さの数分の1（例えば、9分の2）である。超解像再生を行う光記録媒体において、解像限界の数分の1の長さを、実用上十分な性能で再生することは難しい。
一方、マークポジションと呼ばれる方式であれば、記録マークの長さは単一であるため、これを解像限界以下に設定すれば良い。しかしながら、容量はマークエッジ方式の1.78分の1となるため、超解像再生を行う利点は小さくなる。
溝付き基板（図２参照）の凹凸（以下、ランドとグルーブ）のどちらか一方に、マークを記録することが多いが、ランドとグルーブの両方にマークを記録すれば（以下、ランド＆グルーブ記録）、容量を2倍にすることができる。この場合、記録マーク列間距離（以下、トラックピッチ）が狭まるため、隣接する記録マーク列からの再生信号の重畳（以下、クロストーク）が大きくなる問題がある。例えばHD DVD-RAMと呼ばれる規格では、ランド＆グルーブ記録を行っているが、トラックピッチは、例えばHD DVD-RW規格におけるグルーブのみに記録する場合の半分とはなっていない。つまり容量は2倍とはならない。
特開平5-258345号公報 特開2004-087073号公報 特開2007-48344号公報 Japanese Journal of Applied Physics, 46 (2007)p. 3878-3881. Applied Physics Letters, 73(1998) p. 2078-2080. Japanese Journal of Applied Physics, 44 (2005)p. 3631-3633.
本発明の目的は、超解像再生を行う記録可能な光記録媒体について、媒体の容量を減らさずに、超解像再生に関わる信号処理を直接かつ容易に行うことができる媒体及びその方法を提供することである。
本発明の光記録媒体及びその光記録再生方法は、溝付き基板上に記録層及び信号再生機能層が積層された構造において、超解像再生を行うものである。マークポジション方式で記録されたマーク長が、使用する光学系における解像限界以下の一つの長さであり、かつ、基板溝のランドとグルーブの両方に記録マークが形成されている。
記録層は、一度だけ記録をすることができる。溝付き基板の溝周期は、使用する光学系の回折限界以上である。信号再生機能層は、Sb又はTeを含有する。
また、溝付き基板上の記録層及び信号再生機能層からなる部分が、偶数個積み重ねられ、該基板溝はスパイラル状と逆スパイラル状となったものが同数形成された構造において、信号の記録は、該基板溝のランドとグルーブのどちらか一方について、該スパイラル状溝と該逆スパイラル状溝からなる一対を連続して使用することができる。
本発明においては、まず解像限界以下の長さの記録マークのみを使用することで、超解像再生以外の再生信号成分を取り除き、再生信号処理を超解像再生分だけで行えるようにした。またこれにより得た記録マーク列間方向への超解像効果をもとに、ランド＆グルーブ記録を行い、媒体の容量を減らさない効果を得た。その結果として、超解像再生光記録媒体の実用化が可能になる媒体とその方法を提供することができる。
図３に、本発明による手段の概略をまとめた。超解像再生、ランド＆グルーブ記録、マークポジション方式を適切に用いることで、それぞれの短所を克服、課題を解決することができる。結果として、容量は減らないことに加え、解像限界以下のみとなった記録マークを超解像再生することにより、再生信号処理を直接かつ容易に行うことができる。これにより、超解像再生本来の特徴である、微小記録マークの再生により大容量化を果たした光記録媒体が、実用可能となる。
上述したように、ランド＆グルーブ記録は、容量を2倍にすることができるものの、記録マーク列間距離（トラックピッチ）が狭まるため、隣接する記録マーク列からの再生信号の重畳（クロストーク）が大きくなる問題がある。また、マークポジション方式は、記録マークの長さは単一であるため、これを解像限界以下に設定すれば、再生信号分離処理が不要となるが、容量はマークエッジ方式の1.78分の1となるため、超解像再生を行う利点は小さくなる。
一方、解像限界以下の長さの記録マークを超解像再生する場合は、記録マーク列間方向（媒体半径方向）にも超解像効果があるので、クロストークは小さくなる利点がある。このため、トラックピッチは従来よりも狭めることができ、ランド＆グルーブ記録を採用することが可能になる。これによって、容量は2倍にすることができる。
つまり、超解像再生を行う記録可能な光記録媒体において、マークポジション方式とランド＆グルーブ記録を合わせて用いると、容量は、マークエッジ方式でランドもしくはグルーブに記録する場合に比べ、約1.12倍にすることができる。よってこのような媒体及び方法では、マークポジション方式を用いることによって容量が小さくなる問題は解消する。
図４に、本発明による再生時の媒体の様子を表した模式図を示す。１はレーザ光スポット、２は超解像スポット部分、３は周辺部分、１２は記録マークを示している。超解像スポット部分２の中にある記録マークのみ再生することができ、隣接する記録マーク列を含む周辺部分３の中にある記録マークは再生されない。なお、本願明細書では、マークポジション方式における記録マーク長は単一としているが、解像限界以下の長さの範囲で複数としても、同等の効果が得られることは言うまでもない。
ランド１０とグルーブ１１の両方を用いることで、レーザ光をランドグルーブ間で頻繁にトラック移動させる必要が生じるが、光記録媒体で超解像再生時にこれを実用上十分に行うことを可能にするために、ランド１０とグルーブ１１のうち、どちらか一方をできるだけ長く使用することで移動の頻度を減らし、問題の発生を抑制することができる。
溝付き基板上に少なくとも信号再生機能層と記録層を含む媒体を、例えば2個（以下、L0層及びL1層）、間隔調整のためのスペーサ層等を介し、積み重ねることとし、基板の溝を一方はスパイラル状、他方は逆スパイラル状に形成しておく。媒体の内周もしくは外周部から、連続して記録を行う場合、ランド（またはグルーブ）のみを使用し、L0層、L1層の順に使うと、レーザ光はスパイラル及び逆スパイラルを走査した後、元の半径位置に戻ってくることとなる。ここで始めてグルーブ（またはランド）へとトラック移動を行い、L0層、L1層の順に使うと、全てのトラックが使用できることとなる。この間のトラック移動は1回（層間の移動は3回）である。この方法では、記録を伴わずに行う、レーザ光の半径方向への位置移動が基本的にないため、連続記録に適する。上記L0層及びL1層で一対とし、これを複数設けても良い。その場合、L0層及びL1層は必ずしも隣接させる必要はなく、またランドとグルーブを必ずしも交互に使用する必要はない。
図２は、本願発明を実施するための、超解像再生を行う記録可能な光記録媒体の構成例を示している。溝付き基板、信号再生機能層、記録層、保護層、拡散防止層、反射層から構成される。
溝付き基板の材料は特に限定されず、ガラス、プラスチック、樹脂などが使用できる。レーザ光による記録及び再生を、基板を通して行わない場合は、基板はレーザ光に対して光学的に不透明であっても良い。
溝付き基板の溝周期（グルーブからグルーブまでの距離）は、レーザ光がランド上及びグルーブ上を走査する必要があることから、使用する光学系の回折限界（λ/2NA）以上であることが望ましい。
図１の超解像スポット部分は、トラック接線方向と記録マーク列間方向（媒体半径方向）とで長さはほぼ変わらないため、両方向ともほぼ同じ超解像再生性能が得られる。例えば非特許文献3では、トラック接線方向に並ぶλ/10NA以下の記録マークについて、搬送波対雑音比（Carrier to Noise Ratio、以下CNR）が40dBという良好な結果が得られている。つまりグルーブピッチは、少なくともλ/2.5NAまで短くできると見込まれるが、上述の回折限界の方が先に限界となるため、実際の下限はλ/2NAとなる。ランドのグルーブに対する高さは、λ/6n〜λ/8n（nは基板の屈折率）の範囲にあることが望ましい。
溝付き基板のランド幅とグルーブ幅は、それぞれにマークを記録することから、同程度とすることが好ましい。但し、ランドとグルーブにおける、記録及び再生に関する特性の差異を解消する目的で、幅比を調整しても良い。
図２の溝付き基板から上の部分について基本的には、超解像再生のための信号再生機能層と記録層があれば良い。
信号再生機能層の材料は、超解像再生のためのレーザ光照射時に、レーザ光スポット内の一部分について、光学定数が可逆的に変化するものであれば良い。実際に得られる超解像再生特性から、Sb又はTe（本願明細書においては、Sb、Te又は（Sb及びTe）を意味する）を含むことが好ましく、具体的には、Sb-Te、Ge-Te、Ge-Sb-Te、Zn-Sb等が挙げられる。またこれらにAg、In、Ge等が不純物として含まれていても良い。
記録層の材料は、記録のためのレーザ光照射によってその光学定数が変化し、かつ、超解像再生のためのレーザ光照射時に記録層に形成された記録が消失しない材料であれば良い。
保護層は、溝付き基板、信号再生機能層、記録層、をそれぞれ分離し保護するために用いる。拡散防止層は、例えば信号再生機能層と保護層の間で拡散が起きるのを防ぐ目的で用いる。反射層は、媒体からの反射率の調整の他、熱伝導率の高い金属を用いることにより、媒体内の温度分布を制御する。保護層、拡散防止層、反射層とも、各用途の必要に応じて導入すれば良い。
図２に示すように、溝付き基板上に、(ZnS)85(SiO2)15（つまり、ZnS-SiO2のZnS：SiO2が85mol%：15mol%）から成る保護層を70nm、酸化白金（PtOx）とSiO2の混合物から成る記録層を4nm、(ZnS)85(SiO2)15から成る保護層を55nm、窒化ゲルマニウム（Ge-N）から成る拡散防止層を5nm、Sb75Te25から成る信号再生機能層を15nm、Ge-Nから成る拡散防止層を5nm、(ZnS)85(SiO2)15から成る保護層を15nm、Ag98Pd1Cu1合金から成る反射層を40nm、順に形成している。
溝付き基板は、ポリカーボネート製で、溝周期が680nm（ランド幅とグルーブ幅は同じ340nm）、ランドのグルーブに対する高さが39nmの仕様のものを用いている。
作製した光記録媒体の特性評価には、λ=405nm、NA=0.65の光学系から成る光記録媒体評価装置（パルステック工業株式会社製、DDU-1000）を使用している。媒体回転の線速は、記録時及び再生時とも、2.2m/sにおいて行った。記録時に照射するパルスレーザ光（周波数f）のデューティ比は50％である。
このように形成された光記録媒体に対し、ランドは解像限界以下の100nmマークを10.5mW、グルーブは解像限界以下の105nmマークを9.5mW、のレーザ光パワーでそれぞれ記録した。記録は、PtOxとSiO2の混合物のうち主に、PtOxが白金と酸素に熱分解することで生じる媒体内での変形によって成され、この記録は一度だけ行うことが可能である。
ランドには記録し、隣接するグルーブには記録しない場合、再生のためのレーザ光パワーを同ランド上で4.0mW照射したところ、図５に示すように、CNRが38dBの超解像再生が可能であった（図中a）。
グルーブには記録し、隣接するランドには記録しない場合、再生のためのレーザ光パワーを同グルーブ上で4.0mW照射したところ、図５に示すように、CNRが42dBの超解像再生が可能であった（図中b）。
次にランドに隣接する2つのグルーブに記録した後、これに挟まれたランドに記録し、同ランド上で再生のためのレーザ光パワーを4.0mW照射したところ、図６に示すように、ランド（f=11MHz）のCNRは35dBであり、隣接するグルーブ（f=10.5MHz）からのCNRは2dBであった。
＜比較例1＞
光記録媒体、光記録媒体評価装置、線速条件、デューティ比条件は、実施例２と同じである。ランドは解像限界以上の400nmマークを7.0mW、グルーブは解像限界以上の490nmマークを6.7mW、のレーザ光パワーでそれぞれ記録した。
ランドには記録し、隣接するグルーブには記録しない場合、再生のためのレーザ光パワーが同ランド上で0.5mWのとき、CNRは53dBであった。グルーブには記録し、隣接するランドには記録しない場合、再生のためのレーザ光パワーが同グルーブ上で0.5mWのとき、CNRは46dBであった。
次にランドに隣接する2つのグルーブに記録した後、これに挟まれたランドに記録し、同ランド上で再生のためのレーザ光パワーが0.5mWのとき、図７に示すように、ランド（f=2.75MHz）のCNRは42dBであり、隣接するグルーブ（f=2.25MHz）からのCNRは41dBであった。
実施例２の超解像再生のみを行う場合では、隣接する記録マーク列からのCNRはほぼ観測されず、クロストークの問題はないが、比較例１の通常再生を行う場合は、隣接する記録マーク列からのCNRは大きく、クロストークの問題がある。つまり、超解像再生のみを行うこととすれば、トラックピッチを狭めることができ、例えば、溝周期を増やさずとも、ランド＆グルーブ記録が行えるようになる。
図２を参考に、溝付き基板上に、(ZnS)85(SiO2)15から成る保護層を70nm、PtOxから成る記録層を4nm、(ZnS)85(SiO2)15から成る保護層を60nm、Sb75Te25から成る信号再生機能層を20nm、(ZnS)85(SiO2)15から成る保護層を20nm、Ag98Pd1Cu1合金から成る反射層を40nm、順に形成している。
溝付き基板及び光記録媒体評価装置は、実施例２と同じである。記録時及び再生時の線速は、3.0m/sである。
このように形成された光記録媒体に対し、グルーブは式１、ランドは式２で表されるようなマークポジション方式の記録を行った。式中のTは長さ50nmであり、添字sは未記録スペース、添字mは記録マークを表す。
式１及び式２にある解像限界以下100nmマーク（2Tm）の記録は、9.3mW及び10.3mWのレーザ光パワーでそれぞれ行った。グルーブには記録し、隣接するランドには記録しない場合、再生のためのレーザ光を同グルーブ上で4.0mW照射したところ、図８aに示すように、式1を再現する再生波形が観測された。
ランドには記録し、隣接するグルーブには記録しない場合、再生のためのレーザ光パワーを同ランド上で4.0mW照射したところ、図８bに示すように、式２を再現する再生波形が観測された。
次にランドに隣接する2つのグルーブに記録した後、これに挟まれたランドに記録し、同ランド上で再生のためのレーザ光パワーを4.0mW照射したところ、図８cに示すように、式２を再現する再生波形が観測された。
図８cの再生波形は、図８bとほぼ同じであり、図８aの波形は重畳していない。つまり、解像限界以下の長さの記録マークを使うマークポジション方式では、ランド＆グルーブ記録を行っても、実際クロストークはほとんどない。
超解像再生を行うときのレーザ光スポットの状態例である。 超解像再生を行うための光記録媒体の構成例である。 本発明による手段の概略を説明するための図である。 本発明による手段を行ったときの、再生時の媒体の状態例である。 ランドとグルーブに隣接して記録しない場合の、ａ）ランドとｂ）グルーブそれぞれにおける超解像再生特性を示す図である。 ランドとグルーブに隣接して記録した場合に、ランド上で超解像再生したときの搬送波対雑音比（CNR）を測定した図である。 ランドとグルーブに隣接して記録した場合に、ランド上で通常再生したときの搬送波対雑音比（CNR）を測定した図である。 ａ）は、ランドとグルーブに隣接して記録しない場合に、グルーブにマークポジション記録を行い、超解像再生したときの再生波形である。ｂ）は、ランドとグルーブに隣接して記録しない場合に、ランドにマークポジション記録を行い、超解像再生したときの再生波形である。ｃ）は、ランドとグルーブに隣接してマークポジション記録をした場合に、ランド上で超解像再生したときの再生波形である。
符号の説明
1 レーザ光スポット
2 超解像スポット部分
3 周辺部分
4 溝付き基板
5 保護層
6 記録層
7 拡散防止層
8 信号再生機能層
9 反射層
10 ランド
11 グルーブ
12 記録マーク

Claims (10)

  1. 溝付き基板上に記録層及び信号再生機能層が積層された超解像再生を行うための光記録媒体において、
    マークポジション方式で記録されたマーク長が、使用する光学系における解像限界以下の一つの長さであり、
    前記基板溝のランドとグルーブの両方に記録マークが形成されていることを特徴とする、超解像再生を行うための光記録媒体。
  2. 前記記録層は、一度だけ記録が可能である請求項１に記載された超解像再生を行うための光記録媒体。
  3. 前記溝付き基板の溝周期は、使用する光学系の回折限界以上である請求項1又は２に記載された超解像再生を行うための光記録媒体。
  4. 前記信号再生機能層は、Sb又はTeを含有する請求項１〜３のいずれかに記載された超解像再生を行うための光記録媒体。
  5. 前記溝付き基板上の記録層及び信号再生機能層からなる部分が、偶数個積み重ねられ、該基板溝はスパイラル状と逆スパイラル状となったものが同数形成された構造において、信号の記録は、該基板溝のランドとグルーブのどちらか一方について、該スパイラル状溝と該逆スパイラル状溝からなる一対を連続して使用する請求項１〜４のいずれかに記載された超解像再生を行うための光記録媒体。
  6. 溝付き基板上に記録層及び信号再生機能層が積層された超解像再生を行うための光記録媒体の光記録再生方法において、
    マークポジション方式で記録されたマーク長が、使用する光学系における解像限界以下の一つの長さであり、
    前記基板溝のランドとグルーブの両方に記録マークが形成されていることを特徴とする、超解像再生を行うための光記録再生方法。
  7. 前記記録層は、一度だけ記録が可能である請求項６に記載された超解像再生を行うための光記録再生方法。
  8. 前記溝付き基板の溝周期は、使用する光学系の回折限界以上である請求項６又は７に記載された超解像再生を行うための光記録再生方法。
  9. 前記信号再生機能層は、Sb又はTeを含有する請求項６〜８のいずれかに記載された超解像再生を行うための光記録再生方法。
  10. 前記溝付き基板上の記録層及び信号再生機能層からなる部分が、偶数個積み重ねられ、該基板溝はスパイラル状と逆スパイラル状となったものが同数形成された構造において、信号の記録は、該基板溝のランドとグルーブのどちらか一方について、該スパイラル状溝と該逆スパイラル状溝からなる一対を連続して使用する請求項６〜９のいずれかに記載された超解像再生を行うための光記録再生方法。
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