JP2658404B2 - 光学情報の記録装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、レーザー光線等を用いて高速かつ高密度に
光学的な情報を記録再生する光ディスクを中心とした光
学情報記録部材への信号の記録方法および記録装置に関
するものである。

従来の技術 レーザー光線を利用して高密度な情報の再生あるいは
記録を行なう技術は公知であり、主に光ディスクとして
実用化されている。光ディスクは再生専用型、追記型、
書き換え型に大別することができる。再生専用型には音
楽情報を記録したコンパクト・ディスク（以下CDと記
す）、あるいは画像情報を記録したレーザー・ビデオ・
ディスク（以下LVDと記す）等がある。これらは光ディ
スク上にあらかじめ信号が記録してあり、ユーザーは音
楽や映像の情報を再生することはできるが、信号を記録
することはできない。また、追記型および消去型は基板
上に記録膜として金属薄膜、Te合金、有機薄膜、強磁性
薄膜等を設け、レーザー光線の照射により記録膜になん
らかの変化を生じさせて信号を記録するものであり、こ
れらの方法はレーザー等の照射による記録媒体の昇温を
利用するため、ヒートモード記録と呼ばれる。ヒートモ
ード記録の有する問題点の一つとして、記録マーク形状
が前後対称でなく涙滴状に歪むという問題点がある。こ
れは第９図の（ａ）のような信号波形で記録した場合、
記録膜の到達温度が予熱効果で（ｂ）のように先端で低
く終端に近づくにつれて高くなる。結果として、（ｃ）
のような涙滴状の記録マークとなる。この記録マークの
歪みは再生波形歪みにつながり、ジッタ増大の原因とな
る。これを改良する方法として、記録パルスの先端のパ
ワーを終端より強くする方法（特開昭58−182144号公
報、特開昭61−144735号公報、特開昭61−280028号公
報、特開昭62−281124号公報）や一つの記録パルスを複
数のパルスに分割して照射する方法（特開昭58−182134
号公報、特開昭63−160017号公報、特開昭63−214922号
公報、特開昭63−263632号公報、特開昭63−266633号公
報、特開昭64−46231号公報）が提案されている。

発明が解決しようとする課題 上記の従来技術は記録マークが涙滴状になるのを低減
する効果はあるものの、それぞれ課題を有していた。記
録パルスの先端のパワーを終端より強くする方法は、記
録中にレーザーパワーを正確に制御しながら変化させた
め、これは高度はパワー制御機構が必要であるという問
題点を有していた。これに対し、一つの記録パルスを複
数のパルスに分割して照射する方法は、記録中にレーザ
ーパワーを変化させる必要がないと言う点で優れている
ものの、従来例ではそれぞれ課題を有していた。特開昭
58−182134号公報は第10図（ａ）のようにそれぞれの記
録パルスを、短パルスを等間隔で並べたパルス列に変換
して記録する方法を提案している。これはそれ以前の信
号波形で直接変調する方法に比べれば、（ｃ）のように
記録マークの形状歪みは小さくなるものの、充分ではな
かった。原因は記録膜の到達温度が（ｂ）のようにな
り、余熱による温度上昇がまだかなり大きいためと考え
られる。特開昭63−160017号公報は、第11図（ｂ）のよ
うにそれぞれの記録パルスを複数のパルスに分割して、
さらに必要に応じて先頭のパルスのパルス幅を後続のパ
ルス幅より大きくするという提案がされている。これに
よれば（ｃ）のように記録マーク長を記録信号のパルス
幅と同じにできるという長所はあるものの、１）記録パ
ルスのパルス幅によって記録パルスの分割の仕方が異な
るため、各記録パルスのそれぞれに対して適応した分割
パルスを発生する必要があり記録装置が非常に複雑にな
る、２）記録パルスの分割の仕方がパルス幅によって異
なるため、記録マークの歪み方が複雑になり、再生時の
エラー発生の原因となるという問題点がある。なおこの
問題点は特開昭63−264632号公報で提案されている、記
録マーク長が長い場合にはレーザー光を終端直前で分割
された２パルスとして照射するという方法でも同様であ
る。

特開昭63−214922号公報は第12図（ａ）のような信号
波形を（ｂ）のように長い記録マークを形成する場合に
は長パルスとその後に続く短パルス列のレーザー光を照
射する方法を提案している。これは記録マークの終端部
を大きくしないことには効果があるものの、長パルスで
照射される部分と短パルス列で照射される部分で昇温過
程が大きく異なるため、（ｃ）のようにその中間部に記
録マークの新たな歪みを生じる場合があった。特開昭63
−266633号公報は第13図の（ａ）のような信号波形を
（ｂ）のように、記録マークを先端と終端のパルス幅を
広くした３つ以上のパルス列に変換することを提案して
いる。しかしながらこの方法は、１）終端でパルス幅が
広くなるため（ｃ）のように記録マークの形状も終端で
大きくなる場合がある、２）各記録パルスのそれぞれに
対して終端のパルス幅を広くした分割パルスを発生する
には複雑な記録装置を必要とする。特開昭64−46231号
公報は第14図（ａ）のような信号波形を（ｂ）のように
パルス間隔が徐々に広くなる（あるいはパルス幅が徐々
に狭くなる）パルス列にして、記録膜の到達温度を制御
している。この方法は（ｃ）のように記録マークの前後
の対称性を高めるためには優れた方法であるが、長さの
異なる信号波形にそれぞれ最適パルス列を対応させる必
要があり、記録装置が非常に複雑になるという課題を有
している。

課題を解決するための手段 上記課題を解決するため、光ディスク上に記録マーク
長および記録マーク間隔を変化させて記録マークのエッ
ジ位置によりデジタル情報を記録する場合に、一つの記
録マークを形成するための記録波形を複数のパルスから
なる記録パルス列で構成し、前記記録パルス列の先頭の
二つのパルスのうちの少なくとも一方のパルス幅をその
後に続く後続パルス列中の各パルスのパルス幅より大き
くかつ記憶されるマーク長に関係なく一定とし、前記後
続パルス列中の各パルスのパルス幅とパルス周期はそれ
ぞれ等しく、かつ長さがｎ番目の記録マークを形成する
場合の前記後続パルス中のパルス数はna＋ｂ個（a,bは
定数であり、ａは正の整数、ｂは整数）とする記録方法
を実現するものであり、一つの記録マークを形成するた
めの、複数のパルスからなる記録パルス列を発生する手
段として、入力信号の最長のパルス幅に対応する前記記
録パルス列のパターンをあらかじめ設定しておくパター
ン設定器と、それ以下のパルス幅に対応する記録パルス
列のパターンは前記パターン設定器の設定パターンの先
頭から必要な長さを切り出して入力信号パルスをパルス
列化する変調器と、前記変調器からのパルス列化された
信号によりレーザーを発光させて信号を記録する手段と
を有する光学情報の記録装置により行なう。

作用 以上のように、先頭付近のパルス幅が広いために記録
膜の到達温度が先端でも充分高く記録マークの涙滴状の
歪みを低減することができる。そして本発明による光学
情報の記録装置は、あらかじめ設定した一つの信号パタ
ーンから必要な全ての信号パターンを作り出すため、上
記記録方法を非常に簡単な構成で実現するものである。

実施例 以下本発明を図面を参照しながら詳細に説明する。本
発明による光学情報の記録方法の最大の特徴は、第１図
（ａ）の様に長さが例えば3Tから11Tまで離散的に変化
するデジタル信号を（ｂ）のように整形してレーザー光
を変調し、光ディスク上に信号を記録することにある。
最初にレーザー光を第１図（ｂ）のように変調する理由
について述べる。ヒートモード記録で第９図（ａ）のよ
うな信号を記録する場合、信号波形で直接レーザー光を
変調すると（ｃ）のような記録マークの歪みを生ずるた
め、前述のように様々な記録方式が提案されてきた。こ
れらの方法はレーザー光の照射部分の熱を制御し記録マ
ークの全体の到達温度を一定にするための手段を提案す
るものであり、記録マークが終端ほど太くなり涙滴状に
なる現象を防ごうとしている。しかし実際には、１）記
録マークが涙滴状になるのを防ぐ効果が小さい、２）記
録装置が複雑になる、３）記録マークが涙滴状になるの
は防げるが新たな歪みが発生する、等の問題があった。
そこで発明者らは、記録マークの歪みを低減し、かつ装
置構成を複雑にしない方法について詳細に検討した。そ
の結果記録マークの涙滴状の歪みを防ぐためには、１）
一つの記録マークを形成するための信号パルスを複数の
パルスからなるパルス列状に変調し、２）そのパルス列
の先頭あるいは２番目のパルス幅をその後に続くパルス
よりも広めて最適化するのが効果的であることが分かっ
た。次に簡単な装置構成で実現するためには、３）記録
パワーは一定に保ち、到達温度の制御はパルス幅を変化
させて行なう、４）信号パルスをパルス列化する場合、
信号パルスのパルス幅とパルス列に含まれるパルス数が
一定の関係を保つようにする。例えば信号パルスのパル
ス幅が一つ長くなったら、パルス列に含まれる短パルス
数を一つ増やす、５）追加する短パルスのパルス幅は常
に一定とすることが必要である。以上の１）〜５）を満
たす記録方法として例えば第１図（ｂ）のような変調方
法を提案する。つまり先端のパルスだけが後続のパルス
よりパルス幅が狭いパルス列とし、かつ後続のパルスは
すべてパルス幅が等しく、入力信号のパルス幅がＴだけ
長くなるにつれてパルスを一つ追加し、さらに後続のパ
ルスの繰り返し周期はＴとする。このような変調方法
は、後に詳述するような本発明の光学情報の記録装置に
より容易に実現でき、しかも記録マークの涙滴状の歪み
を大きく低減することができる。次に本発明による光学
情報の記録装置について説明する。第２図にそのブロッ
ク図を示す。本装置の最大の特徴は、最長の信号パルス
に対応する変調パターンをあらかじめ設定しておき、そ
れより短い信号パルスに対してはその変調パルスに対し
てはその変調パターンの先頭から必要な長さのパルス列
を切り出してくるところにある。記録する信号s1は信号
発生器１から最初に変調器２に入力される。この信号は
パルス幅変調（PWM）されたデジタル信号であり、従来
は一般的にこの信号そのものでレーザーを駆動し記録し
ていた。しかし本発明における変調器は入力信号をその
パルス幅に対応したパルス列に更に変調するものであ
る。変調方法は、入力信号s1に含まれる最長のパルス幅
のパルスに対応するパルス列からなる変換パターンをパ
ターン設定器３にあらかじめ設定しておく。そして入力
信号s1のパルス幅を検知し、その長さに応じてパターン
設定器の設定パターンの先頭から必要な長さを切り出し
てパルス列を発生して変調器から出力し、レーザー駆動
回路４により光学ヘッド５に組み込まれた半導体レーザ
ーを発光させて光ディスク７上に収光して信号を記録す
る。したがって入力信号に含まれる異なるパルス幅のパ
ルスに対して、一つのパターンを設定しておくだけです
べてのパターンをパルス列化することができる。さらに
設定するパターンの形状を、再生波形歪みが最小になる
ように最適化することも容易にできる。なお信号発生器
からの入力信号のエッジ位置がパルス列に変調されるこ
とによって変動しないように、入力信号の発生器、変調
器、パターン設定器を同一のクロックC1（入力信号のク
ロックの整数倍の周波数のクロックが良い）で同期させ
て記録信号のジッタを抑えるのがよい。また変調器の具
体的構成を第３図に示す。立ち上がり検出器８は入力信
号s1のパルスの立ち上がりのエッジ位置を検出し、パタ
ーン発生器10に起動信号を送る。パターン発生器はこの
起動信号によりパターン設定器３に設定されたパルス列
状のパターンを呼び出した後、先頭から１ステップづつ
変調信号として送出を開始する。その後、立ち下がり検
出器９により入力信号のパルスの立ち下がりのエッジを
検出し、停止信号をパターン発生器に送る。パターン発
生器はこの停止信号により設定パターン、つまり変調信
号の発送を中止し、次の入力信号パルスを待つ。したが
って入力パルス幅に応じた長さのパルス状変調信号s4が
パターン発生器から常に送出される。この場合立ち上が
り検出器、立ち下がり検出器、パターン発生器はすべて
クロックC1に同期して作動するため、記録する変調信号
のジッタを抑えることができる。本発明はレーザー光等
の照射による昇温で記録膜に光学的に検出可能ななんら
かの変化を生じさせて信号を記録する、いわゆるヒート
モード記録の光ディスク全般に採用できる。光ディスク
基板としてはポリメチルメタアクリーレート（PMMA）、
ポリカーボネイト（PC）やガラス等が使用できる。また
記録膜は追記型、書き換え型のどちらでもよい。追記型
としては例えば記録膜として金属薄膜、Te合金、有機薄
膜等を設け、レーザー光照射により穴をあけて信号を記
録する穴開け型や、Te合金等のアモルファス薄膜を設
け、レーザー光照射により結晶化させて記録する相変化
型がある。また書き換え型としては、記録膜としてTe合
金等を設けそのアモルファスと結晶の可逆的状態変化を
利用する相変化型や、強磁性体薄膜を用いてその磁化の
方向を制御して信号を記録する光磁気型がある。次に本
発明の具体的実施例を記す。

（実施例１） 第４図に本実施例に用いた回路のブロック図を示す。
入力信号としては音楽再生用のCDに用いられているEFM
（８−14変調）信号を使用した。EFMは3Tから11Tまでの
パルス幅の異なる９種類のパルスにより構成されたPWM
信号である。ここでＴはクロックの周期であり、Ｔ＝23
0nsecである。変調されたパルス列信号は第２図と同様
にレーザー駆動回路に入力され、光学ヘッドを介して光
ディスクに信号が書き込まれる。光ディスクは書き換え
可能な相変化型を用いた。光ディスク基板はあらかじめ
信号記録トラックの形成してある５″のPC基板を使用し
た。記録膜はTeSeGeSb系材料で、膜厚は1000Åとした。
また基板の保護のために記録膜の上下にZns層が設けて
ある。信号の記録と消去は記録膜のアモルファス状態と
結晶状態にそれぞれ対応するものであり、信号記録トラ
ックをあらかじめ結晶化（消去）しておき、その上にレ
ーザー光照射によりアモルファス化して信号を記録し
た。また光ディスクと収束させたレーザー光の記録スポ
ットの相対速度は1.25m/secとした。記録された信号の
評価方法としては、再生した信号のジッタを測定するこ
とによりおこなった。ジッタは、再生波形のゼロクロス
を判定レベルとして、あるゼロクロスから次のゼロクロ
スまでの時間をパルス幅の異なる９種類のパルスごとに
繰り返し測定し、その標準偏差をもって定義した。ここ
で第４図の回路の動作原理を第５図のタイミング図を参
照しながら説明する。この回路は、最長のパルス幅11T
に対応し44の領域からなるパルス列をあらかじめパター
ン設定器に設定しておき、入力される3Tから11Tのパル
スのパルス幅に対応して、設定されたパターンの先頭か
ら必要な長さのパルス列を作り出しレーザー駆動回路へ
送出するものである。つまり、EFM信号s5のクロック周
期Ｔを４分割したT/4がこの回路系のクロックc2であ
る。なお第５図のタイミング図は4Tのパルスをパルス列
化する場合について示している。まずEFM信号s5が入力
されるとデータフリップフロップのDFF11とDFF12および
NAND15により起動信号s9が作られ、パラレルイン／シリ
アルアウトシフトレジスタ:PS/SR17が始動する。PS/SR1
7はパターン設定器18から設定パターンを呼び出し、ク
ロックc2に同期して１ステップづつ送り出す。パターン
の設定方法としては、最長のパルス幅11Tに対応する44
ステップのそれぞれに対してスイッチSW1〜SW44を設け
ることにより行ない、そのため各スイッチのオン・オフ
により任意パターンの設定が可能である。次にDFF11,DF
F12,NAND16により停止信号s10が作られるが、4Tのパル
スの場合16番目のクロックに同期した停止信号s10が出
力される。この停止信号によりPS/SR17からの17ステッ
プ以降の出力は停止し、結局s12は第５図のようなパル
ス列となる。なおDFF13はパルス列とクロックを再び同
期させてジッタを低減させた後、パルス列をレーザー駆
動回路に入力するものである。このようにし3T〜11Tの
すべてのパルスを設定パターンの形状でパルス列化する
ことができる。この装置により、設定パターンとして第
１図の11Tの場合の変調波形（ｂ）を用い、EFM信号をこ
のパターンにしたがってパルス列化しレーザを変調して
信号を記録した後、再生して再生信号のジッタを測定し
た。第６図に記録パワー（光ディスクの盤面上での値）
とジッタの関係を示す。第６図には、EFM信号で直接レ
ーザーを変調して信号を記録するという従来一般に行な
われていた方法により記録した場合のジッタの測定結果
を比較のために示した。第６図から明らかなように、本
発明による記録方法および記録装置によれば、記録マー
クの波形歪みが小さくなるため再生波形のジッタも小さ
くなり、したがって再生信号のエラーレートを低減でき
る共に記録密度の向上が図れる。なお第４図ではパター
ン設定はスイッチSW1〜SW44のオン・オフにより行なっ
たが、パターン設定器をあらかじめ設定パターンを記録
したROM（再生専用メモリ）としてもよい。ROMを使用す
ればこの回路は遅延素子等を含んでいないため、集積化
することができ、装置の小型化が可能となる。

（実施例２） 次に実施例１で示した装置を用いて、パターン設定器
に設定する波形を種々変化させて、最適なパターンを求
めた。入力信号、光ディスク、光ディスクと記録スポッ
トの相対速度、ジッタの測定方法は実施例１と同じであ
る。設定したパターンの形状を第７図に、またそれぞれ
の波形で記録した後再生した信号において測定したジッ
タの値を第１表に示す。ジッタは記録パワーを変化させ
たときの最小値であり、その時の記録パワーも第１表に
示す。

第１表から分かるようにパターン（ｈ），（ｋ），
（ｌ）を除いてはジッタは100nsec以下と小さくなって
いる。パターン（ｈ），（ｋ）と（ｌ）は本発明に対す
る比較例である。パターン（ｌ）はEFM信号そのもので
レーザーを駆動する方法と等価であり大きなジッタを示
している。またパターン（ｋ）は、パルス幅の等しい短
パルスを等間隔で並べたパルス列で記録するものであ
り、パターン（ｌ）の場合よりは改善されているものの
大きなジッタを持つ。パターン（ｈ）においてもジッタ
が大きくなっている。これは先頭のパルス幅の大きなパ
ルスを３つにしたために先頭部分において温度が急激に
立ち上がっていないためと考えられる。いずれにして
も、請求項１に記載の条件を満たせばジッタを小さく抑
えられることが分かる。第７図と第１表から、ジッタの
非常に小さくなるパターンは（ａ），（ｆ），（ｇ），
（ｊ）であることが分かる。これらの特徴は、先頭もし
くは２番目のパルス幅を大きくし、その後に続く後続パ
ルスは同じパルス幅とパルス間隔であり、かつ記録マー
ク長が一つ長くなればパルスが一つ追加されるように後
続パルスの周期はＴとなっていることである。特に先頭
から２番目のパルス幅を大きくした（ｆ）と（ｇ）にお
いて最も小さなジッタが得られた。なお、（ａ），
（ｆ），（ｇ），（ｊ）の各パターンは請求項１におい
て（ａ），（ｊ）:a＝1,b＝0,（ｆ），（ｇ）:a＝1,b＝
−１の場合である。またパターン（ａ），（ｂ），
（ｃ）の場合の記録パワーの比較から分かるように後続
パルスのパルス幅（すなわちレーザー光の照射時間）が
短くなると大きな記録パワーが必要になる。現在安価で
容易に入手できる半導体レーザーのパワーは光ディスク
の盤面上で10mW程度以下であることを考えると、パルス
幅はT/2以上の方が良い。

（実施例３） さらに実施例１及び２と同じ装置で、パターン設定部
に実施例２の（ｇ）および（ｄ）のパターンを設定し、
光ディスクと記録スポットの相対速度を変化させながら
ジッタの値を求めた。入力信号、光ディスク、ジッタの
測定方法は実施例１と同じである。再生した信号におい
て測定したジッタの値と相対速度の関係を第８図に示
す。ジッタは記録パワーを変化させて最小値を求め、そ
の値を記した。パターン（ｇ），（ｄ）共に相対速度が
速いところでジッタが増大した。ジッタの増大はパター
ン（ｄ）より（ｇ）の方が相対速度の遅いところでおき
ており、その点は後続パルスの繰り返し周期τ〔パター
ン（ｇ）ではＴ＝230nsec、（ｄ）ではT/2＝115nsec〕
がλ/L（λはレーザーの波長で本実施例では0.83μｍ、
Ｌは相対速度）より大きくなるあたりと一致する。これ
はレーザー光を間欠的に照射することによる記録マーク
に生じる歪みが、レーザー光の波長オーダーの大きさと
なり光学的に再生されるため、結果として再生波形の歪
みを生じジッタが増加するものと考えられる。したがっ
て τ≦λ/L τ：誤続パルスの繰り返し周期 λ：レーザーの波長 L:光ディスクと記録スポットの相対速度 を満たすように後続パルスの繰り返し周期を設定した方
が良い。

発明の効果 本発明の光学情報の記録装置によれば、非常に簡単な
装置構成により形状歪みが小さくしたがってジッタの小
さくなる記録マークを形成することができる。これは光
ディスクのエラーレートの低減につながり、しいては光
ディスクの記録容量の拡大をはかることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による光学情報の記録方法の１例を示す
波形図、第２図は本発明による光学情報の記録装置の概
略を示すブロック図、第３図は第２図における変調器の
具体的一例を示すブロック図、第４図は本発明による光
学情報の記録装置の具体的一例を示す回路図、第５図は
第４図における信号の流れを示すタイミング図、第６図
はジッタと記録パワーの関係を示す図、第７図は設定パ
ターンを示す波形図、第８図はジッタと相対速度の関係
を示す図、第９図〜第14図は従来例による記録方法を説
明するための記録波形図および記録マークの形状図であ
る。 １……信号発生器、２……変調器、３……パターン設定
器、４……レーザー駆動回路、５……光学ヘッド、６…
…スピンドルモータ、７……光ディスク、11、12、13…
…データフリップフロップ、14……インバーター、15、
16……NAND回路、17……パラレルシリアルシフトレジス
タ、18……パターン設定器。

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】レーザー光線等の照射によって光学情報記
   録媒体上に記録マークを形成して情報を記録するに際し
   て、記録マーク長および記録マーク間隔を変化させて記
   録マークのエッジ位置によりデジタル情報を記録する光
   学情報の記録装置において、一つの記録マークの形成は
   入力パルスを複数のパルスからなる記録パルス列に変換
   後レーザー光線等を光学情報記録媒体上に照射すること
   で行なうものであって、前記記録パルス列を発生する手
   段として、入力信号の最長のパルス幅に対応する前記記
   録パルス列のパターンをあらかじめ設定しておくパター
   ン設定器と、それ以下のパルス幅に対応する記録パルス
   列のパターンは前記パターン設定器の設定パターンの先
   頭から必要な長さを切り出して入力信号パルスをパルス
   列化する変調器と、前記変調器からのパルス列化された
   信号によりレーザーを発光させて信号を記録する手段と
   を有することを特徴とする光学情報の記録装置。
2. 【請求項２】入力信号パルスの立ち上がりを検出して前
   記設定パターンの発生を開始し、立ち下がりを検出して
   前記設定パターンの発生を終了させることにより、入力
   信号の各パルス幅に応じた長さのパルス列を発生させ
   て、入力信号パルスをパルス列化することを特徴とする
   請求項１記載の光学情報の記録装置。
3. 【請求項３】入力信号の発生器、前記変調器、および前
   記パターン発生器は同一のクロック信号により作動を制
   御されることを特徴とする請求項１記載の光学情報の記
   録装置。