JP3076083B2 - 光ディスク初期化方法及び光ディスク記録方法 - Google Patents

光ディスク初期化方法及び光ディスク記録方法

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JP3076083B2
JP3076083B2 JP03119542A JP11954291A JP3076083B2 JP 3076083 B2 JP3076083 B2 JP 3076083B2 JP 03119542 A JP03119542 A JP 03119542A JP 11954291 A JP11954291 A JP 11954291A JP 3076083 B2 JP3076083 B2 JP 3076083B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、レーザ光照射により可
逆的な相変化を用いて情報を記録する光ディスクに関す
るものであって、特に、作成された相変化型光ディスク
を使用するに先立ち、記録膜の状態を初期化するための
光ディスク初期化方法並びに初期化装置、及び、レーザ
光の照射方法を変化させ記録・消去する、いわゆる1ビ
ームオーバライト記録方法並びに記録装置に関する。
【0002】
【従来の技術】レーザ光を用いた光ディスク記録方式は
大容量記録が可能であり、非接触で高速アクセスできる
ことから、大容量メモリとして実用化が始まっている。
光ディスクはコンパクトディスクやレーザディスクとし
て知られている再生専用型、ユーザ自身で記録できる追
記型、及びユーザ側で繰り返し記録消去ができる書き替
え型に分類される。追記型・書き替え型の光ディスクは
コンピュータの外部メモリ、あるいは文書・画像ファイ
ルとして使用されようとしている。
【0003】書き替え型光ディスクには、記録膜の相変
化を利用した相変化型光ディスクと垂直磁化膜の磁化方
向の変化を利用した光磁気ディスクがある。このうち、
相変化光ディスクは、外部磁場が不要で、かつ、オーバ
ライトが容易にできることから、今後書き替え型光ディ
スクの主流になることが期待されている。
【0004】従来よりレーザ光照射により結晶−非晶質
間の相変化を起こす記録膜を用いた書き替え可能な、い
わゆる相変化型光ディスクが知られている。相変化型光
ディスクでは記録膜に記録すべき情報に応じた高パワの
レーザ光スポットを照射し、記録膜温度を局部的に上昇
させることにより、結晶−非晶質間の相変化を起こさせ
て記録し、これに伴う光学定数の変化を低パワのレーザ
光によって反射光強度差として読み取ることにより再生
をおこなっている。例えば、結晶化時間が比較的遅い記
録膜を用いた相変化光ディスクでは、ディスクを回転さ
せ、ディスクに形成された記録膜にレーザ光を照射し、
記録膜の温度を融点以上に上昇させ、レーザ光が通過し
た後、急冷することによりその部分を非晶質状態とし、
記録する。消去時には、記録膜温度を結晶化温度以上、
融点以下の結晶化可能温度範囲で結晶化を進行させるた
めに十分な時間保持し、記録膜を結晶化させる。このた
めの方法としては、レーザ光進行方向に長い長円レーザ
光を照射する方法が知られている。既に記録したデータ
を消去しながら新しい情報を記録する2ビームによる疑
似的なオーバライトを行う場合には、消去用の長円レー
ザ光を記録用円形レーザ光に先行させて照射するように
配置する。
【0005】一方、高速結晶化が可能な情報記録膜を用
いたディスクでは、円形に集光した1本のレーザ光を使
う。従来より知られている方法は、レーザ光のパワを2
つのレベル間で変化させることにより、結晶化あるいは
非晶質化をおこなう。すなわち、記録膜の温度を融点以
上に上昇させることが可能なパワのレーザ光を記録膜に
照射することにより、そのほとんどの部分は冷却時に非
晶質状態となり、一方、記録膜温度が結晶化温度以上、
融点以下の温度に達するようなパワのレーザ光が照射さ
れた部分は結晶状態になる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】相変化型ディスクを使
用する場合には、記録消去に先立って、記録膜を初期化
する必要がある。相変化型光ディスクの記録膜には、カ
ルコゲナイド系材料であるGeSbTe系,InSbT
e系,InSe系,InTe系、AsTeGe系,Te
Ox−GeSn系,TeSeSn系,SbSeBi系、
BiSeGe系などが用いられるが、いずれも抵抗加熱
真空蒸着法,電子ビーム真空蒸着法,スパッタリング法
などの成膜法で成膜される。成膜直後の記録膜の状態は
一種の非晶質状態であり、この記録膜に記録をおこなっ
て非晶質の記録部を形成するには、記録膜全体を結晶質
にしておく初期化処理が必要である。
【0007】従来、この初期化処理の手段としては、通
常の光ディスク装置を用いて、ディスクを回転させなが
ら、光ヘッドを用いて、1〜2μm径に集光されたレー
ザ光を光ディスクの記録膜上に照射する方法が採用され
ている。しかしながら、こうした通常の光ヘッドを用い
た初期化の場合、照射レーザ光の強度分布がガウシアン
分布であり強度分布が一様でないために、ディスクのプ
リグループ部を均一に初期化できないという欠点があっ
た。すなわち、照射レーザ光の強度分布を反映して、レ
ーザ光照射中心近傍は結晶化温度以上に昇温されて結晶
化するが、その周囲は昇温が不十分であるために未変化
のままとなってしまうという問題点があった。
【0008】また、他の光ディスク初期化方法として、
数十ミクロン以上のビーム径を持つ高出力レーザ光を光
ディスクに照射する方法も提案されているが、この場
合、ビーム径が大きいために記録膜を結晶化温度以上に
昇温するためにはかなりの高パワが必要となる。そのた
めに、ここに使用できる光源は高出力ガスレーザや高出
力固体レーザとなり、周辺装置が新たに必要となって初
期化装置そのものが大型になってしまうという欠点があ
った。
【0009】こうした初期化方法では、情報記録膜を結
晶化させるために結晶化温度以上には昇温しているが、
記録膜を溶融していない。そのために、形成された初期
化部分と、記録時に記録点の周囲に形成される溶融結晶
化部分(リム)とは、粒径などの結晶状態が異なり、両
者の反射率に差が発生するという欠点があり、オーバラ
イト初期の記録・消去特性変動の原因となっていた。
【0010】高速結晶化が可能な情報記録膜を用いたデ
ィスクでは、初期化完了後に、前述したように円形に集
光した1本のレーザ光を使った1ビームオーバライトに
よる重ね書き、すなわち、情報の書き替えがおこなわれ
る。従来より、レーザ光のパワを2つのレベル間で変化
させることにより、結晶化あるいは非晶質化をおこなわ
れる。記録点は高パワで形成される非晶質領域、消去点
は低パワで形成される結晶領域であるが、一本のレーザ
光のパワレベル変更のみによる記録・消去であること
と、ガウシアン分布を持つ集光レーザ光を用いるため
に、記録膜の温度分布が一様ではない。そのため、特に
消去時の結晶領域形成が均一にはならず、グループ部の
両側に不完全な結晶化領域が生じてしまうという欠点が
あった。これは、オーバライトをおこなったときの消し
残りとなり、消去率の低下と、エラーの増加となってい
た。また、初期化時と同様、消去部分と、記録時に記録
点の周囲に形成される溶融結晶化部分(リム)では、粒
径などの結晶状態が異なり、両者の反射率に差が発生す
るという欠点があり、十分な消去率が得られない原因と
なっていた。
【0011】本発明の目的は上記の欠点を解決し、従来
の光ディスク装置に採用されている回路技術を生かした
簡単な手法で、小形の装置構成で相変化光ディスクの良
好な初期化処理ができる光ディスク初期化方法並びに初
期化装置を提供し、さらには、オーバライトによる情報
記録時の消去率改善とエラー低減をもたらす新規な記録
方法並びに記録装置を提供することにある。
【0012】
【0013】
【0014】
【課題を解決するための手段】 本発明は、 可逆的な相変
化を用い、レーザ光照射による情報記録膜の相状態変化
によって情報を記録し、前記レーザ光の照射方法を変化
させて記録、消去をおこなうオーバーライト相変化型光
ディスクの記録方法であって、凹部と凸部からなる前記
光ディスクプリグルーブ部の凹部あるいは凸部いずれか
に対して、初期化時には連続したパルスレーザ光を照射
することによって、前記情報記録膜を溶融させ、冷却時
に形成される溶融再結晶化領域を連続して形成し、前記
記録時には一定強度のレーザ光を照射して非晶質領域を
形成し、前記消去時には、連続したパルスレーザ光を照
射することによって、前記情報記録膜を溶融させ、冷却
時に形成される溶融再結晶化領域を連続して形成するこ
とを特徴とする。。
【0015】本発明は、可逆的な相変化を用い、レーザ
光照射による情報記録膜の相状態変化によって情報を記
録し、前記レーザ光の照射方法を変化させて記録、消去
をおこなうオーバーライト相変化型光ディスクの記録装
置であって、光ヘッドと、前記光ヘッドに組み込まれた
半導体レーザを駆動する半導体レーザドライブ回路と、
前記光ヘッドに組み込まれた集光レンズを駆動する集
光レンズ用サーボ回路と、 光ディスク回転用モータ
と、前記光ヘッドを前記光ディスクの半径方向に駆動さ
せる光ヘッドポジショナとディスク線速度制御回路と、
記録消去信号に対応してタイミング信号を発生する記録
信号制御回路と再生アンプとを有し、前記半導体レーザ
ドライブ回路には、レーザパワ制御回路とパルス駆動回
路とパルス発信回路が具備され、前記レーザパワ制御回
路は、前記記録信号制御回路から記録タイミング信号が
供給されたときに、前記相変化型光ディスクに一定強度
のレーザ光を照射して非晶質領域を形成させ、前記パル
ス駆動回路は、前記記録信号制御回路から消去タイミン
グ信号が供給されたときに、前記相変化型光ディスク
に、連続したパルスレーザ光を照射させることによっ
て、前記相変化型光ディスクにその記録膜を溶融させ、
冷却時に形成される溶融再結晶化領域を連続して形成す
ことを特徴とする。
【0016】
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。
【0017】図1は本発明にかかる光ディスク初期化方
法を示した図である。図において、ディスクを初期化す
るための集光レーザ光2は、ディスク1のプリグループ
凸部11あるいは凹部12いずれかに照射される。集光
レーザ光2は通常1〜2μm径に絞られて照射される。
また、プリグループ凸部11あるいは凹部12の幅は
0.3〜1.3μmであり、ディスク円周方向にスパイ
ラル上に形成されている。情報の記録用にはこのプリグ
ループのうち幅の広いほうを用いることが多い。たとえ
ば、1.3μm幅のプリグループ凸部11を使用する場
合、1〜2μm径の集光レーザ光2でその領域を初期化
しようとしても、レーザ光の強度分布がガウシアン型で
あるために凸部11全体を一様な結晶状態にすることは
困難である。また、照射レーザ光をディスク半径方向に
サブミクロンのレベルで送りながら初期化する方法もあ
るが、前述したように、融点以下,結晶化温度以上で形
成される初期化部分の結晶粒径は溶融結晶化時に形成さ
れる結晶粒径とは異なるために、両者の反射率に差が発
生し、オーバライト初期の記録・消去特性変動の原因と
なる。本発明では、レーザ光2を連続パルスの形でディ
スクに照射する。この時のレーザ光2のパワレベルは、
ディスクの記録層63がプリグループ凸部11と同等の
幅で溶融するように設定される。一回のパルス照射で
は、ディスク上には図2(a)に示すように円形の溶融
非晶質部分21とその周囲に溶融再結晶化リング22が
形成される。23はレーザ照射前の未変化部分である。
次のレーザ光照射は、レーザ光ビーム中心が溶融再結晶
化リング22の幅相当距離だけ移動したときに実行され
る。こうすることによって、図2(b)に示す溶融非晶
質部分21と溶融再結晶化部分22が形成される。この
タイミングで、図2(c)のように連続的にレーザ光を
パルス状に照射することによって、図2(d)に示すよ
うに連続した溶融再結晶化部分を形成することができ
る。
【0018】本発明に係る光ディスク記録方法は、消去
ビーム照射時に図1と同様の原理に基づく方法が適用さ
れている。本発明では、この消去時に図1と同様の連続
パルスレーザ光を照射する。この時のレーザ光2のパワ
レベルは、ディスクの記録層63がプリグループ凸部1
1と同等の幅で溶融するように設定される。一回のパル
ス照射では、ディスク上には図2(a)に示すように円
形の溶融非晶質部分21とその周囲に溶融再結晶化リン
グ22が形成される。次のレーザ光照射は、レーザ光ビ
ーム中心が溶融再結晶化リング22の幅相当距離だけ移
動したときに実行される。こうすることによって、図2
(b)に示す溶融非晶質部分21と溶融再結晶化部分2
2が形成される。このタイミングで、図2(c)のよう
に連続的にレーザ光をパルス状に照射することによっ
て、図2(d)に示すように連続した溶融再結晶化部
分、すなわち消去部分を形成することができる。
【0019】図3は、記録しようとする情報列、記録時
のレーザ駆動用パルス、及び記録膜に形成されるビット
形状を示した図である。ここでは、図3(a)の情報列
をNRZI変調で記録する。図3(b)はNRZI変調
した信号である。NRZI変調信号の“1”レベルが記
録ビット、“0”レベルが消去部分に相当するので、本
発明の記録方法を用いると、レーザ駆動用パルスは図3
(c)の形に変調されることになる。すなわち、“1”
レベルのときには、溶融非晶質部分が形成できるように
高パワのレーザ光を一定値で照射する。また、“0”レ
ベルのときには、連続パルスレーザ光を照射し、溶融再
結晶化部分を形成する。図3(d)は、このときに形成
されるビット形状を模式的に示したものである。記録領
域には溶融非晶質部分21が、消去領域には溶融再結晶
化部分22がそれぞれ形成される。
【0020】図4は、本発明にかかる初期化装置の構成
を示した図である。この光ディスク初期化装置は、光ヘ
ッド41,半導体レーザドライブ回路42,光ヘッド集
光レンズ駆動用サーボ回路43,光ディスク回転用モー
タ44,光ヘッドポジショナ45,ディスク線速度制御
回路46から成り、図4には光ディスク1が併せて示さ
れている。前記半導体レーザドライブ回路42には、レ
ーザパワ制御回路421とパルス駆動回路422、パル
ス発振回路423が具備されている。初期化しようとす
る光ディスク1の感度と、ディスク線速度制御回路46
によって設定されるレーザ照射時の線速度に応じて、記
録膜を溶融するための照射パワ,パルス幅が設定され、
また、連続して溶融再結晶化部分が形成できるようにパ
ルス間隔が決められる。
【0021】また、図5は、本発明にかかる光ディスク
記録装置の構成を示した図である。この光ディスク記録
装置は光ヘッド41,半導体レーザドライブ回路42,
光ヘッド集光レンズ駆動用サーボ回路43,光ディスク
回転用モータ44,光ヘッドポジショナ45,ディスク
線速度制御回路46,記録信号制御回路48,再生アン
プ49から成り、図5には光ディスク1が併せて示され
ている。半導体レーザドライブ回路42には、レーザパ
ワ制御回路421とパルス駆動回路422とパルス発振
回路423が具備されている。記録信号47は、記録信
号制御回路48にはいる。半導体レーザドライブ回路4
2には、記録信号制御回路48から記録信号47のタイ
ミングに応じて記録タイミング信号481と消去タイミ
ング制御信号482が送られる。タイミング信号481
に対応して、ドライブ回路42から溶融非晶質の記録ビ
ット形成に必要な一定の記録用電流が半導体レーザに供
給される。また、タイミング信号482に対応して、ド
ライブ回路42から連続した溶融再結晶化部分形成に必
要な連続パルス電流が半導体レーザに供給される。記録
信号再生時には、記録膜に変化が起きないように低パワ
の一定強度のレーザ光を照射し、光ヘッドの信号検出器
で受けたディスクからの光量変化を再生アンプ49で増
幅・復調し再生信号491を得る。
【0022】初期化処理の対象となる相変化型光ディス
クは、図6に示すように、円盤状のガラスもしくはプラ
スチックからなる基板61上に第一の誘電体層62,記
録層63,第二の誘電体層64,金属反射層65が順次
形成された構成、あるいは円盤状のガラスもしくはプラ
スチックからなる基板61上に第一の誘電体層62,記
録層63,第二の誘電体層64が順次形成された構成で
ある。ここで、第一の誘電体層62と第二の誘電体層6
4には、SiO2,Si34,AlN,TiO2,SiO
などの材料が用いられる。記録層63としてはカルコゲ
ナイド系材料であるGeSbTe系,InSbTe系,
InSe系,InTe系,AsTeGe系,TeOx−
GeSn系,TeSeSn系,SbSeBi系,BiS
eGe系などが用いられる。金属反射層65にはAl,
Au,Cu,Ag,Tiなどの金属が用いられる。
【0023】次に、プリグループ付きポリカーボネート
基板上にスパッタ法により作成されたGeSbTe記録
膜付き単板の相変化型光ディスク(直径130mm)を
用いて本発明の光ディスク初期化方法の動作を確認し
た。ここで用いた光ディスクは、誘電体層としてSi3
4、金属反射層としてAlが採用されているものであ
る。基板には、あらかじめ1.6μmピッチでプリグル
ープが形成されているが、ここでは、1.0μm幅のプ
リグループ凸部(ランド部)の初期化をおこなった。こ
のディスクを図4に示す構成の初期化装置に装着し、デ
ィスクを11.3m/sの一定線速度で回転させなが
ら、初期化を試みた。光ヘッドのレーザ光源には波長8
30nm,出力40mWの半導体レーザを用いた。ディ
スク面上のレーザスポット径は約1.5μmであった。
ディスク面上でのレーザパワを20mWに設定し、周波
数38MHz,パルス幅15nsの条件で連続パルスを
照射して初期化をおこなった。この処理により、反射光
量は増大した。また、この初期化トラックを透過型電子
顕微鏡を用いて観察したところ、1.0μmのランド部
全体にわたり一様に溶融再結晶化領域が形成されている
ことが確認された。初期化後の繰り返しオーバライトで
は、再生信号C/Nと消去率に変動はみられず、良好な
再生信号C/Nと消去率が得られた。
【0024】つづいて、本発明の記録方法の動作を確認
するために、前述の初期化方法確認に用いたディスクと
同じディスク、すなわち、プリグループ付きポリカーボ
ネート基板上にスパッタ法により作成されたGeSbT
e記録膜付き単板の相変化型光ディスク(直径130m
m)を用いてオーバライト記録をおこなった。基板に
は、あらかじめ1.6μmピッチでプリグループが形成
されているが、ここでは、1.0μm幅のプリグループ
凸部(ランド部)を本発明に係る初期化方法によって初
期化したのち記録した。このディスクを図5に示す構成
のドライブ装置に装着し、ディスクを11.3m/sの
一定線速度で回転させながら、記録を試みた。光ヘッド
のレーザ光源には波長830nm,出力40mWの半導
体レーザを用いた。ディスク面上でのレーザ光スポット
径は約1.5μmであった。記録パワを15mW、消去
条件をピークパワ20mW,周波数38MHz,パルス
幅15nsのパルス駆動とし、2.8MHzと7.4M
Hzの信号をオーバライト記録したところ、48dB以
上のC/Nと40dB以上の消去率が得られた。この方
法により、105回までの繰り返しオーバライトをおこ
なったが、初期の記録消去特性に変動はなく、また10
5回までの特性の劣化はみられなかった。また、この記
録トラックを透過型電子顕微鏡を用いて観察したとこ
ろ、消去領域では1.0μm幅のランド部全体にわたり
一様に溶融結晶化し、記録領域は良好な非晶質ビットが
形成されていることが確認された。
【0025】
【発明の効果】以上説明したように、本発明では、溶融
再結晶化領域を初期化部分としているため、良好でかつ
一様な初期化ができ、初期化後に記録消去特性に変動の
ない記録ができるという利点がある。また、オーバライ
ト記録時には、消去部分が溶融再結晶化部分であるた
め、記録ビットの周囲に形成される溶融再結晶化部分
(リム)と同じ結晶組織になり、消去率の改善が図れ
る。本発明に係る初期化方法および記録方法を適用した
装置では、既存の光ヘッド技術が利用でき、わずかな回
路追加で所望の機能が得られるので、小型の装置構成が
可能という効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にかかる光ディスク初期化方法および記
録方法の基本構成を示す図である。
【図2】本発明にかかる光ディスクの初期化およびオー
バライト時の消去の原理を示す図である。
【図3】本発明のデータ記録方法を示す図である。
【図4】本発明にかかる光ディスク初期化装置の構成を
示した図である。
【図5】本発明にかかる光ディスク記録装置の構成を示
した図である。
【図6】相変化型光ディスクの構成を示す断面図であ
る。
【符号の説明】
1 光ディスク 2 集光レーザ光 11 プリグループ凸部 12 プリグループ凹部 21 溶融非晶質部分 22 溶融再結晶化部分 23 未変化部分 41 光ヘッド 42 半導体レーザドライブ回路 421 レーザパワ制御回路 422 パルス駆動回路 423 パルス発振回路 43 光ヘッド集光レンズ駆動用サーボ回路 44 光ディスク回転用モータ 45 光ヘッドポジショナ 46 ディスク線速度制御回路 47 記録信号 48 記録信号制御回路 481 記録タイミング信号 482 消去タイミング信号 49 再生アンプ 491 再生信号 61 基板 62 第一の誘電体層 63 記録層 64 第二の誘電体層 65 金属反射層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G11B 7/00 - 7/135

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】可逆的な相変化を用い、レーザ光照射によ
    る情報記録膜の相状態変化によって情報を記録し、前記
    レーザ光の照射方法を変化させて記録、消去をおこなう
    オーバーライト相変化型光ディスクの記録方法であっ
    て、 凹部と凸部からなる前記光ディスクプリグルーブ部の凹
    部あるいは凸部いずれかに対して、 初期化時には連続したパルスレーザ光を照射することに
    よって、前記情報記録膜を溶融させ、冷却時に形成され
    る溶融再結晶化領域を連続して形成し、 前記記録時には一定強度のレーザ光を照射して非晶質領
    域を形成し、 前記消去時には、連続したパルスレーザ光を照射するこ
    とによって、前記情報記録膜を溶融させ、冷却時に形成
    される溶融再結晶化領域を連続して形成することを特徴
    とする光ディスク記録方法。
  2. 【請求項2】可逆的な相変化を用い、レーザ光照射によ
    る情報記録膜の相状態変化によって情報を記録し、前記
    レーザ光の照射方法を変化させて記録、消去をおこなう
    オーバーライト相変化型光ディスクの記録装置であっ
    て、 光ヘッドと、 前記光ヘッドに組み込まれた半導体レーザを駆動する半
    導体レーザドライブ回路と、 前記光ヘッドに組み込まれた集光レンズを駆動する集光
    レンズ用サーボ回路と、 光ディスク回転用モータと、前記光ヘッドを前記光ディ
    スクの半径方向に駆動させる光ヘッドポジショナとディ
    スク線速度制御回路と、 記録消去信号に対応してタイミング信号を発生する記録
    信号制御回路と再生アンプとを有し、 前記半導体レーザドライブ回路には、レーザパワ制御回
    路とパルス駆動回路とパルス発信回路が具備され、前記レーザパワ制御回路は、前記記録信号制御回路から
    記録タイミング信号が 供給されたときに、前記相変化型
    光ディスクに一定強度のレーザ光を照射して非晶質領域
    を形成させ、 前記パルス駆動回路は、前記記録信号制御回路から消去
    タイミング信号が供給されたときに、前記相変化型光デ
    ィスクに、連続したパルスレーザ光を照射させることに
    よって、前記相変化型光ディスクにその記録膜を溶融さ
    せ、冷却時に形成される溶融再結晶化領域を連続して形
    成する ことを特徴とする光ディスク記録装置。
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