以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。
(第1の実施形態)
本実施形態では、記録層の厚さまたは基板層の厚さまたはこれらの両方を、ディスクの中心からの距離に応じて半径方向に変化させたホログラム型光記録ディスクについて説明する。
本発明の一実施形態に係るホログラム型光記録ディスクの層構成を図1、図2に示す。本実施形態では、情報光と参照光とを反射層(または反射体も呼ぶ。)で反射させて記録を行うので、ホログラム型光記録ディスクには反射層を有する。透明基板1の一面はサーボ面となっており、この面にはサーボ用のトラック(溝等)が設けられており、その上には反射層2が設けられている。また、透明基板1の反対の面には基板外縁部にガラスからなる環状のスペーサ6a、6bが設けられ、その内側にはフォトポリマーからなるホログラム型光記録層3a、3bが設けられている。この記録層3a、3bに情報光を用いて干渉縞が記録される。ホログラム型光記録層3a、3bの上には保護層4a、4bが設けられている。この保護膜としては透明基板を用いてもよい。保護層4a、4bの役割は記録層3a、3bの保護であり、機械的強度を有することが要求される。さらに、情報光、参照光、サーボ光を透過するとともに、これらの光以外の光で記録層3a、3bに変化を与える波長の光を遮断することも要求される。なお、必要に応じて透明基板1、保護層4a、4bを省略することも可能である。5はディスク中心部に設けられた孔である。
本実施形態における特徴は、記録層3a、3bの厚さをディスクの中心からの距離に応じて半径方向に変化させた点である。本実施形態では、ディスクの半径rに対して反比例するように記録層の膜厚を変化させたものを用いることが特に良い。しかしながら、それを実現するのは、ディスク作製上、困難が伴う場合がある。よって、図1に示したように内周から外周に向かって連続的に膜厚が減少する記録層3aを用いても良いし(例えば、断面が楔状等。)、図2に示したように内周から外周に向かってステップ状に膜厚が減少する記録層3bを用いても良い。
本実施形態において、透明基板1としては、透明ガラス基板、透明プラスチック基板等の透明基板を用いることができる。基板1の厚みは、記録光強度、記録層3a、3bの記録感度、記録層3a、3bの回折効率、記録層3a、3bの光学濃度、記録の多重方法、検出器の感度、レンズの開口数、ディスクの回転速度、記録ヘッドのディスク追従時間等に応じて適宜選択することができる。例えば、開口数0.6のレンズを用いた場合には、200μm〜800μm程度である。透明基板1は、複屈折を持たないことが好ましく、それを達成するために、複数のポリマーの混合物や、添加物を添加したものでもかまわない。
本実施形態における記録層3a、3bは、干渉縞を記録可能なフォトポリマーにより作製することができる。フォトポリマーとは、記録光を照射することにより重合し、それによって干渉縞が記録される。通常、フォトポリマーは、マトリックス材料と重合性モノマーと光重合開始剤とを含有する。さらには、酸発生剤やラジカル発生剤、色素、オリゴマー、あるいは反応抑制剤といった成分を含有することがある。
マトリックス材料としては、例えば、室温でアミンにより硬化する各種エポキシ樹脂、エステル基を有するポロビニルアセテートのような各種ビニルポリマー、ポリカーボネート、ポリアリレート、ノルボルネン系樹脂、ポリメチルメタクリレート、セルロースアセテートブチレート、ポリスチレンメチルメタクリレート等を用いることができる。マトリックス材料の含有量は、全体に対して20〜80wt%程度とすることができる。20wt%より少ないと体積収縮が大きくなり再生信号のSN比が悪くなる場合があり、80wt%より多いとモノマーの含有量が少なく屈折率の変調が十分でなくなる場合がある。
重合性モノマーとしてはアクリレート基が好ましく、イソボルニルアクリレート、フェノキシエチルアクリレート、ジエチルグリコールモノエチルエーテルアクリレート、エチルアクリレート、ビニルベンゾエート、ビニルナフトエートなど塩素化したものや、屈折率差を高めるためにSiを含有する基など各種置換基を付与させたものが挙げられる。重合性モノマーは、単独のものでも2種以上を混合したものでも良い。(トリメチルシリルオキシ)ジメチルシリルプロピルアクリレートや(パーフルオクロへキシル)メチルアクリレートなどである。また、N−ビニルカルバゾールを含有させることがある。モノマーの含有量は、全体に対して5〜50wt%程度とすることができる。5wt%より少ないと屈折率の変調が十分でなくなる場合があり、50wt%より多いと体積収縮が大きくなり再生信号のSN比が悪くなる場合がある。
光重合開始剤は、光を吸収して重合反応を開始させる化合物であり、代表的なものとしては、ビス(2,6−ジフルオロ−3−ピロルフェニル)チタノセンが挙げられる。光開始剤の含有量は、記録光波長、記録層膜厚、光重合開始剤の光吸収量に応じて適宜選択することができ、光反応性モノマー(ラジカル重合性化合物)に対して0.1〜5.0wt%程度とすればよい。0.1wt%より少ないと照射光のほとんどが吸収されず感度が低くなってしまう場合があり、5.0wt%より多いと照射光が媒体の表面近傍で吸収されてしまい干渉縞の記録が媒体の表面近傍に限られてしまうため、回折効率が低くなり最終的には再生信号のSN比が悪くなる場合がある。
酸発生剤としては、例えば、アリールジアゾニウム塩、ジアリールヨードニウム塩、トリアリールスルホニウム塩、トリアリールセレノニウム塩、ジアルキルフェナシルスルホニウム塩、シアルキル―4―ヒドロキシフェニルスルホニウム塩、スルホン酸エステル、鉄アレーン化合物、等を用いることができる。
ラジカル発生剤としては、例えば、芳香族カルボニル化合物、特にα, α-ジメトキシ-α-フェニルアセトフェノン等が挙げられる。色素としては、例えばアジド系化合物、5−ニトロアセナフテン、1,2−ベンズアントラキノン、1-ニトロ-4-アセチルアミノナフタレン、メチレンブルー、サブラニンO、マラカイトグリーン、シアニン染料、ローダミン染料など多数が挙げられる。
オリゴマーとしては、例えばポリマーの主鎖の両端に反応基がついた多官能のアクリレート樹脂、エポキシ樹脂、等を用いることができ、反応抑制剤としては、例えば酸素などのラジカル失活剤、ブチルヒドロキシアニソール、N-tert-butyl-α-phenylnitrone(PBN)
ポリフェノール化合物などラジカル補足剤,tert-butyl hidroperoxideのような過酸化物等が挙げられる。
こうした成分は、光反応性モノマー(ラジカル重合性化合物)に対して0.1wt%程度含有されていれば効果を得ることができる。ただし、過剰に含有されると照射光が媒体の表面近傍で吸収されてしまい干渉縞の記録が媒体の表面近傍に限られてしまうため回折効率が低くなり最終的には再生信号のSN比が悪くなるおそれがあるので、その含有量は5.0wt%程度にとどめておくことが望まれる。
いずれの組成により構成する場合も、記録層3a、3bの膜厚は、透明基板1の厚み、記録光強度、レンズの開口数、記録層3a、3bの記録感度、記録層3a、3bの回折効率、記録層3a、3bの光学濃度、記録の多重方法、検出器の感度、ディスクの回転速度、記録ヘッドのディスク追従時間等に応じて適宜選択することができる。例えば、レンズの開口数0.6、透明基板1の厚み0.6mmの場合には、100μm〜500μm程度である。
また、反射層2としては、例えば動作波長に対して全反射型の薄膜材料を用いるのが良く、400nm〜780nmの波長に対しては、Al合金、Ag合金が好ましく、650nm以上の波長に対しては、これらにAu,Cu合金,TiN等が加わる。反射層厚は全反射となるのが好ましく、50nm以上、好ましくは100nm以上の厚さで形成される。
さらにまた、保護層としてはSiO2などを用いることが可能である
上述したホログラム型光記録媒体を、以下のようなホログラム型光記録再生装置(偏光コリニア方式)を用いて記録再生する。
図4は、上述したホログラム型光記録媒体100を搭載可能なホログラム記録再生装置の全体を示す概略図である。また、図5は、図4のホログラム記録再生装置における制御系の構成を示す概略図である。
図4に示すように、ホログラム記録再生装置200は、反射型の光記録媒体100と、光源15と、旋光用光学素子33と、偏光ビームスプリッタ17と、ビームエキスパンダ34と、透過型空間光変調器19と、偏光ビームスプリッタ20と、電磁シャッタ21と、対物レンズ32と、結像レンズ23と、透過型空間光変調器19と、旋光用光学素子33と、偏光ビームスプリッタ29と、二分割旋光用光学素子30と、ビームスプリッタ31とを備えている。光源15としては、ガスレーザーや半導体レーザー、特に帰還をかけてコヒーレンス長を長くした半導体レーザーが好ましい。
また、図5に示すように、光記録媒体100が取り付けられるスピンドルはスピンドルモータにより回転し、光記録媒体100の回転数を所定の値に保つようにスピンドルモータを制御するスピンドルサーボ回路201が設けられている。また、光記録媒体100に記録されている情報を記録再生するためのピックアップを光記録媒体100の半径方向に移動可能とする駆動装置202が設けられている。
ホログラム記録再生装置200は、さらに、ピックアップの出力信号よりフォーカスエラー信号FE、トラッキングエラー信号TEおよび再生信号RFを検出するための検出回路203と、この検出回路203によって検出されるフォーカスエラー信号FEに基づいて、ピックアップ内のアクチュエーターを駆動して結像レンズ23を光記録媒体100の厚み方向に移動させてフォーカスサーボを行うフォーカスサーボ回路204と、検出回路によって検出されるトラッキングエラー信号TEに基づいてピックアップ内のアクチュエーターを駆動して結像レンズ23を光記録媒体100の半径方向に移動させてトラッキングサーボを行うトラッキングサーボ回路205と、トラッキングエラー信号および後述するコントローラ206からの指令に基づいて駆動装置202を制御してピックアップを光
情報記録媒体の半径方向に移動させるスライドサーボを行うスライドサーボ回路207とを備えている。
ホログラム記録再生装置200は、さらに、ピックアップ内のCCDアレイの出力データをデコードして、光記録媒体100のデータエリアに記録されたデータを再生したり、検出回路203からの再生信号RFより基本クロックを再生したりアドレスを判別したりする信号処理回路208と、ホログラム記録再生装置200の全体を制御するコントローラ206と、このコントローラ206に対して種々の指示を与える操作部(図示せず。)とを具備している。コントローラ206によって、信号処理回路208から出力される基本クロックやアドレス情報が入力されるとともに、ピックアップ、スピンドルサーボ回路201およびスライドサーボ回路207等が制御される。
スピンドルサーボ回路201は、信号処理回路208より出力される基本クロックが入力される。コントローラ206は、CPU(中央処理装置)、ROM(リード・オンリー・メモリ)およびRAM(ランダム・アクセス・メモリ)を有し、CPUが、RAMを作業領域として、ROMに格納されたプログラムを実行することによって、コントローラの機能が実現される。
次に、このホログラム記録再生装置200を用いた記録再生方法について説明する。
まず、再生方法について説明する。光源15から出力された光ビームは、ビームエキスパンダ34によりビーム径を増加させられ、平行光束として旋光用光学素子33に入射する。
旋光用光学素子33は、先の光ビームの偏波面を回転させるか、或いは、先の光ビームを円偏光または楕円偏光とすることにより、偏波面が紙面に平行な偏光成分(以下、P偏光成分という)と偏波面が紙面に垂直な偏光成分(以下、S偏光成分という)を含む光を出射する。旋光用光学素子33としては、例えば、1/2波長板や1/4波長板を使用することができる。
旋光用光学素子33を出射した光ビームのうち、S偏光成分は偏光ビームスプリッタ17により反射され、透過型空間光変調器19に入射する。また、P偏光成分は、偏光ビームスプリッタ17を透過する。このP偏光成分は、参照光として利用される。
透過型空間光変調器19は、例えば透過型液晶表示装置のようにマトリクス状に配列した多数の画素を有している。透過型空間光変調器19は、画素毎に出射する光をP偏光成分とS偏光成分との間で切り替えることができる。このようにして、透過型空間光変調器19は、記録すべき情報に対応する二次元的な偏波面分布が与えられた情報光を出射する。
透過型空間光変調器19から出射された情報光は、次いで、偏光ビームスプリッタ20に入射する。偏光ビームスプリッタ20は、先の情報光のうち、S偏光成分のみを反射し、P偏光成分は透過する。
偏光ビームスプリッタ20により反射されたS偏光成分は、二次元的な強度分布が与えられた情報光として電磁シャッタ21を通過し、偏光ビームスプリッタ29に入射する。この情報光は、偏光ビームスプリッタ29により反射され、二分割旋光用光学素子30に入射する。
二分割旋光用光学素子30は、図中、右側の部分と左側の部分との間で光学特性が互い
に異なっている。具体的には、情報光のうち、例えば、二分割旋光用光学素子30の右側部分に入射した光成分は偏波面を+45°回転させて出射する。また、左側部分に入射した光成分は偏波面を−45°回転させて出射する。
以下、S偏光成分の偏波面を+45°回転させたもの(或いは、P偏光成分の偏波面を−45°回転させたもの)をA偏光成分と呼ぶ。また、S偏光成分の偏波面を−45°回転させたもの(或いは、P偏光成分の偏波面を+45°回転させたもの)をB偏光成分と呼ぶ。なお、二分割旋光用光学素子30の各部分には、例えば、1/2波長板を用いることができる。
二分割旋光用光学素子30を出射したA偏光成分及びB偏光成分は、対物レンズ32により光記録媒体100の反射膜6上に集光される。なお、光記録媒体10は、保護層を対物レンズ32に対向させて配置されている。
他方、偏光ビームスプリッタ17を透過したP偏光成分(参照光)の一部は、ビームスプリッタ31で反射され、偏光ビームスプリッタ29を透過する。偏光ビームスプリッタ29を透過した参照光は、次いで、二分割旋光用光学素子30に入射し、その右側部分に入射した光成分は偏波面を+45°回転させてB偏光成分として出射し、左側部分に入射した光成分は偏波面を−45°回転させてA偏光成分として出射する。その後、それらA偏光成分及びB偏光成分は、対物レンズ32により光記録媒体100の反射膜6上に集光される。
このように、二分割旋光用光学素子30の右側部分からは、A偏光成分である情報光とB偏光成分である参照光とが出射する。他方、二分割旋光用光学素子30の左側部分からは、B偏光成分である情報光とA偏光成分である参照光とが出射する。また、情報光及び参照光は、光記録媒体100の反射膜6上に集光される。
このため、情報光と参照光との干渉は、記録済領域に直接入射した直接光としての情報光と反射膜6で反射された反射光としての参照光との間、及び、直接光としての参照光と反射光としての情報光との間でしか生じない。また、直接光としての情報光と反射光としての情報光との干渉や、直接光としての参照光と反射光としての参照光との干渉は生じない。
したがって、図4に示すホログラム記録再生装置200によれば、記録層140に情報光に対応した光学特性の分布を生じさせることができる。上述した方法により記録した情報は、以下のようにして再生することができる。すなわち、電磁シャッタ21を閉じ照射光のみを先に情報を記録した記録済領域に照射する。これによりP偏光成分である参照光のみが二分割旋光用光学素子30に到達する。
この参照光は、二分割旋光用光学素子30によって、その右側部分に入射した光成分は偏波面を+45°回転させてB偏光成分として出射し、左側部分に入射した光成分は偏波面を−45°回転させてA偏光成分として出射する。その後、それらA偏光成分及びB偏光成分は、対物レンズ32により光記録媒体100の反射膜6上に集光される。
光記録媒体100の記録済領域には、上記の方法により、情報に対応した光学特性分布が形成されている。したがって、光記録媒体100に入射したA偏光成分及びB偏光成分の一部は、記録済領域内に形成された光学特性分布により回折され、再生光として光記録媒体100を出射する。
光記録媒体100を出射した再生光は情報光を再現しており、対物レンズ32により平
行光束とされた後、二分割旋光用光学素子30に到達する。二分割旋光用光学素子30の右側部分に入射したB偏光成分はP偏光成分として出射する。また、二分割旋光用光学素子30の左側部分に入射したA偏光成分はP偏光成分として出射する。このようにして、P偏光成分としての再生光が得られる。
その後、再生光は偏光ビームスプリッタ29を透過する。偏光ビームスプリッタ29を透過した再生光の一部は、次いで、ビームスプリッタ31を透過し、結像レンズ23によりイメージセンサ24上に透過型空間光変調器19の像を再現する形で結像される。このようにして、光記録媒体100に記録された情報を読み出す。
他方、二分割旋光用光学素子30を透過して光記録媒体100に入射したA偏光成分及びB偏光成分の残りは、反射膜6により反射され、光記録媒体100を出射する。この反射光としてのA偏光成分及びB偏光成分は、対物レンズ32により平行光束とされた後、A偏光成分は二分割旋光用光学素子30の右側部分に入射してS偏光成分として出射し、B偏光成分は二分割旋光用光学素子30の左側部分に入射してS偏光成分として出射する。
二分割旋光用光学素子30を出射したS偏光成分は、偏光ビームスプリッタ29により反射されるため、透過型空間光変調器19には到達し得ない。したがって、この記録再生装置1によると、優れた再生SN比を実現できる。
次に、本実施形態のホログラム型光記録媒体を用いることにより得られる効果について、さらに詳細に説明する。
まず、図6に概念的に示したように、情報光(記録光)と参照光とは互いに干渉するので、この時生じる干渉縞を記録層3a、3bに記録する。例えば、図6に示したような球面状の干渉縞である。このような場合、ビームをシフトさせると、次の干渉縞を記録することができる。このときの必要なシフト距離は、ビームの直径よりも小さい。この時シフトさせる必要のある距離は、記録光波長、透明基板1の厚み、記録層3a、3bの膜厚、記録層3a、3bの特性などのパラメータである。典型的な例としては、ビーム径が500μmのとき、10μmシフトさせると記録することができる。よってこのときのトラック方向の多重度は50となる。
図7は、同じ場所に記録し続けたときの回折効率の記録光エネルギー依存性を示す特性図である。本実施形態で用いるのはシフト多重法である。図7では4多重しかしない場合の例で、それぞれのページからの回折効率がほぼ等しくなるように記録光エネルギーを投入して記録を行う。異なる曲線A、B、Cはホログラム型光記録層の膜厚が異なる場合の曲線であり、記録層の膜厚の大小関係はA<B<Cである。図7に示すように、記録層の膜厚が薄くなると少ない記録光エネルギーで回折効率は飽和し、達成できる多重度は低くなる。したがって、図8に示すように、記録層の膜厚が厚いほど、達成可能な多重度は増大する。本実施形態の手法は、記録層のこの特性を利用するものである。
即ち、本実施形態に係るホログラム型光記録ディスクにおいては、図3に示されるようにCAV方式で記録を行った場合でも、記録層3a、3bの厚みがディスクの内側よりも外側で薄いので、単位体積あたりの記録層に照射される光エネルギーの総和がディスクのどの場所でも均一化されるようにすることができる。したがって、CAV方式による多重記録においても、ディスクの外周領域で未反応物が残ってしまうことやディスクの内周領域で記録が不可能となってしまうことを抑制、防止することができ、記録寿命が長いホログラム型光記録ディスクを提供することが可能となる。
また、図9、図10はそれぞれ図1、図2のホログラム型光記録ディスクに対する記録動作を示す断面図である。いずれの図においても、反射層2から記録層3a、3bの最下部までの距離(透明基板1の厚みに相当。)はディスクの中心からの距離によらず一定となっており、記録層3a、3bの上面の位置が変化している。これは、本発明において重要な事項である。すなわち、記録時に常に同じ光エネルギーを記録層3a、3bに投入する場合を考える。情報光(記録光)と参照光は、いずれもレンズによって集光して、反射層2で反射するように光記録ディスクに照射される。よって、光ビームの径は、反射層2に近いほど小さくなる。このとき、反射層2に近いほどパワー密度は大きくなる。よって、記録層3a、3bのうち、最も高いパワー密度の光が照射されるのは、記録層3a、3bの最下部ということになる。記録層の特性は、記録層3a、3bの最下部において効率よく記録が行われるように設計される。よって、記録層3a、3bの最下部での照射パワー密度は、ディスクの中心からの距離によらず一定にすることが重要であり、図9及び図10に示したように反射層2から記録層3a、3bの最下部までの距離をディスクの中心からの距離によらず一定とすることが重要となる。
また、図10に示すようにステップ状に膜厚が減少する記録層3bを用いる場合には、記録層の各領域における光入射面を光入射方向に対して垂直にすることが容易であり、記録位置の精度をより向上させることが可能である。
(第2の実施形態)
本実施形態では、トラックピッチをディスクの中心からの距離に応じて変化させたホログラム型光記録ディスクについて説明する。図11は本実施形態のホログラム型光記録媒体を示す図であり、図11(a)は平面図、図11(b)は図11(a)の線分AA´における断面図である。また、図12はこのホログラム型光記録媒体におけるセクタの構成例を示す概略図である。
図11に示すように、本実施形態のホログラム型光記録媒体も、第1の実施形態と同様に情報光と参照光とを反射層で反射させて記録を行うものである。透明基板1の一面はサーボ面となっており、この面にはサーボ用のトラック(溝等)2a、2b‥が設けられており、当該面には反射層2が設けられている。また、透明基板1の反対の面には基板外縁部にポリカーボネートフィルムからなる環状のスペーサ6cが設けられ、その内側にはフォトポリマーからなるホログラム型光記録層3cが設けられている。この記録層3cに情報光を用いて干渉縞が記録される。ホログラム型光記録層3cの上には保護層4cが設けられている。この保護膜としては透明基板を用いてもよい。保護層4cの役割は記録層3cの保護であり、機械的強度を有することが要求される。さらに、情報光、参照光、サーボ光を透過するとともに、これらの光以外の光で記録層3cに変化を与える波長の光を遮断することも要求される。なお、必要に応じて透明基板1、保護層4cを省略することも可能である。5はディスク中心部に設けられた孔である。
本実施形態における特徴は、サーボ面に設けられたトラック2a、2b‥のピッチがディスクの内側よりも外側で小さくなっている点である。本実施形態では、図11に示したように内周から外周に向かって連続的にトラックピッチが減少するように構成している。特に好ましいのは、図13に示すようにディスクの半径rに対して反比例するようにトラックのピッチを変化させたものである。図13において、横軸は中心からの距離(cm)、縦軸は相対トラックピッチ(ディスクの中心から1cmの周のトラックピッチを1.0とした。)を示す。なお、内周から外周に向かってトラックピッチがステップ状に減少するように構成しても良い。
本実施形態に係るホログラム型光記録ディスクによれば、図3に示されるようにCAV方式で記録を行った場合でも、サーボ面に設けられたトラック2a、2b‥のピッチがデ
ィスクの内側よりも外側で小さくなっているので、単位体積あたりの記録層に照射される光エネルギーの総和がディスクのどの場所でも均一化されるようにすることができる。したがって、CAV方式による多重記録においても、ディスクの外周領域で未反応物が残ってしまうことやディスクの内周領域で記録が不可能となってしまうことを抑制、防止することができ、記録寿命が長いホログラム型光記録ディスクを提供することが可能となる。
また、本実施形態に係るホログラム型光記録ディスクでは、記録層3cの膜厚を一定とすることができるので、記録層3cの各領域における光入射面を光入射方向に対して垂直にすることが容易であり、記録位置の精度をより向上させることが可能である。
以下、実施例および比較例を示して、本発明をさらに詳細に説明する。
(実施例1)
本実施例においては、フォトポリマーを用いて記録層を作製した。文献(M.L.Schilling,et al.Chem.Mater.1999,11,247−254)に基づいて調製したフォトポリマーを用いた。まず、次に示す溶液を調製した。
(溶液)
イソボルニルアクリレートモノマー(IBA) 25wt%
ビニルナフトエートモノマー(VNA) 10wt%
ジ(ウレタンアクリレート)オリゴマー 62.83wt%
ビス(2,4-シクロペンタジエン-1-イル)ビス[2,6-ジフルオロ-3-3(1H-ピロリル)フェニル]チタニウム(光重合開始剤) 2.0wt%
ターシャリブチルヒドロキシパーオキサイド(TBHP) 0.17wt%
こうした原料を褐色瓶に収容し、マグネティックスターラにより攪拌して、溶液を得た。ここで、IBAとVNAは重合性モノマーとして働き、ジ(ウレタンアクリレート)オリゴマーはマトリックスとして働き、TBHPは上記光重合開始剤の分解物の色を消すために加えられるものである。
得られた溶液を用いて、図2に示すホログラム型光記録ディスクを作製する。まず、一方の面(サーボ面)にランドとグルーブを有するポリカーボネート製の透明ディスク基板(プラスチック基板)1(直径12cm、膜厚600μm。)を準備した。トラックピッチは50μmと一定とした。透明ディスク基板1のサーボ面にAgNdCuをスパッタにより堆積して、膜厚200nmの反射層2を形成した。反射層2上にはSiO2製の透明膜基板(膜厚100nm、図示せず。)をスパッタにより作製しても良い。
次に、中心からステップ状に膜厚が変化するポリカーボネート製の透明ディスク基板4b(直径12cm)を作製した。このディスク基板4bの作製にはスタンパによる成型法や金型成型等を用いることができる。ディスク中心から2cmから4cmの領域は膜厚300μm、4cmから8cmは400μm、8cmからディスクの外側までは膜厚500μmである。
次に、上記透明ディスク基板4bのステップ側の面に、ガラスからなる環状のスペーサ6bを設け、ディスク基板4b上のスペーサ6bで囲まれる領域に前述の溶液をキャスティング法により塗布し、記録層となるポリマー膜3bを形成する。さらに、上記透明ディスク基板1の反射層2と反対側の面がポリマー膜3bに対向するように透明ディスク基板1、4bを向かい合わせ、ポリマー膜3bを透明ディスク基板1、4b間に挟み込むようにして両基板を接合して本実施例のホログラム型光記録ディスクを作製した。このとき記録層が接着剤として働く。記録層が固まるまで一昼夜放置した。
なお、記録層としてのポリマー膜3bの片面または両面に、MgF2(弗化マグネシウム)からなる無機中間層を設けることも可能である。その厚みは、例えば0.2μmとすることができる。他にも、例えば、弗化カルシウム、弗化ジルコニウム、弗化パラジウム、弗化バリウム、臭化セシウム、沃化セシウム、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、酸化珪素、酸化チタン、酸化クロム、酸化亜鉛、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化インジウム、酸化錫、酸化テルル、酸化セリウム、酸化ハフニウム、酸化タンタル、窒化硼素、窒化珪素、窒化アルミニウム、窒化ジルコニウム、炭化珪素、硫化亜鉛、チタン酸バリウム、及びダイアモンドなどを挙げることができる。中間層の材料としては、記録光やサーボ光に対する透過率が高く且つ記録層やプラスチック基板と近い屈折率であるものを使用することが望ましい。かかる中間層を設けることにより、記録層と基板間の物質(特に記録層や基板を構成する低分子の有機物質)の移動・拡散を防止することができ、ホログラム型光記録ディスクの経時変化を抑制し長寿命化を図ることが可能である(他の実施例も同様。)。
得られたホログラム型光記録ディスクを、図4、5のホログラム記録再生装置200を用いて評価したところ、当該ホログラム型光記録ディスクの反射層2上に、波長532nmのレーザーをグルーブに沿って、記録層4の基板2側の面での光パワー濃度100mW/cm2で記録を行った。ホログラム型光記録層4の入射面における光ビームの直径は1200μmであり、記録層4の基板2側の面での光ビームの直径は900μmであった。CAV方式で、角度を0.2度ずつシフトさせて、異なる情報をシフト多重で記録した後、レーザーパワーを10分の1に低減して記録された情報を再生した。
その結果、ビットエラーレート10-5以下と高精度で再生することができた。本実施例の光情報記録ディスクには、ディスク全面にわたってCAV方式で同じパワーで記録し、再生することができた。また、六ヶ月後に測定してもビットエラーレートは変化しておらず、記録寿命も優れていた。
(比較例1)
実施例1で用いたステップ状に膜厚が変化する透明ディスク基板4bの代わりに、均一な膜厚600μmの透明ディスク基板を用いた以外は、前述の実施例1と同様の手法により比較例1のホログラム型光記録ディスクを作製した。
得られたホログラム型光記録ディスクを実施例1と同様に図4、5のホログラム記録再生装置200でCAV方式により記録して、評価した。その結果、記録直後でもディスクの外側部のビットエラーレートが低く、10-4であった。さらに一ヶ月放置した後に測定したところ、さらにビットエラーレートが低下していた。
(実施例2)
本実施例においては、実施例1で用いたステップ状に膜厚が変化する透明ディスク基板4bの代わりに、図1に示すように中心部での膜厚が200μmで周辺部での膜厚が500μmとなるように、なだらかに(連続的に)膜厚が変化(増加)している透明ディスク基板4aを用いた。製造方法は実施例1と同様である。
得られたホログラム型光記録ディスクを、図4、5のホログラム記録再生装置200を用いて評価したところ、当該ホログラム型光記録ディスクの反射層2上に、波長532nmのレーザーをグルーブに沿って、記録層4の基板2側の面での光パワー濃度50mW/cm2で記録した。この場合、ホログラム型光記録層4の入射面における光ビームの直径は1200μmであり、記録層4の基板2側の面での光ビームの直径は900μmであった。照射時間は1s/pageとした。CAV方式で、角度を0.2度ずつシフトさせて、異
なる情報をシフト多重で記録した後、レーザーパワーを10分の1に低減して記録された情報を再生した。
その結果、ビットエラーレート10-5以下と高精度で再生することができた。本実施例の光情報記録ディスクは、ディスク全面に渡って同じ記録光パワーで記録した結果、良好に再生できることがわかった。また、1年後に測定してもビットエラーレートは変化しておらず、記録寿命も優れていた。
その結果、ビットエラーレート10-5以下と高精度で再生することができた。
(実施例3)
ジ(ウレタンアクリレート)オリゴマーの配合量を58.83wt%に変更し、第3の重合性モノマーとしてビニルカルバゾールモノマーを4.0wt%加えた以外は、前述の実施例1と同様の溶液を調製した。
得られた溶液を用いて、図11に示すホログラム型光記録ディスクを作製する。まず、一方の面(サーボ面)にランドとグルーブ2a、2bを有するポリカーボネート製の透明ディスク基板(プラスチック基板)1(直径12cm、膜厚600μm。)を準備する。ここで、中心部(ディスク中心から24mm)でのトラックピッチが500μmで周縁部(ディスク中心から57mm)でのトラックピッチが100μmとなるように、なだらかに(連続的に)トラックピッチが変化(減少)している透明ディスク基板1を用いた。このトラックピッチは、ディスクの内側から外側へ、ディスクの中心からの距離に反比例して小さくなっていることが好ましい。サーボ面にAgNdCuをスパッタにより堆積して、膜厚200nmの反射層2を形成した。反射層2上にはSiO2製の透明膜基板(膜厚100nm、図示せず。)をスパッタにより作製しても良い。
次に、上記透明ディスク基板1の反射層2とは反対側に、テフロン(R)シートからなる環状のスペーサ6cを設け、ディスク基板1上のスペーサ6cで囲まれる領域に前述の溶液をキャスティング法により塗布し、記録層となるポリマー膜3cを膜厚220μmで形成する。さらに、厚みが一定(直径12cm、膜厚400μm。)の透明ディスク基板4cを透明ディスク基板1に対向させて、ポリマー膜3cを透明ディスク基板1、4c間に挟み込むようにして両基板を接合して本実施例のホログラム型光記録ディスクを作製した。このとき記録層が接着剤として機能する。一昼夜放置した。
得られたホログラム型光記録ディスクを、図4、5のホログラム記録再生装置200を用いて評価したところ、当該ホログラム型光記録ディスクの反射層2上に、波長405nmのレーザーをグルーブに沿って、記録層4の基板2側の面での光パワー密度20mW/cm2で集光した。この場合、ホログラム型光記録層4の入射面における光ビームの直径は1200μmであり、記録層4の基板2側の面での光ビームの直径は1038μmであった。照射時間は1s/pageとした。CAV方式で、角度を0.1度ずつシフトさせて、異なる情報をシフト多重で記録した後、レーザーパワーを10分の1に低減して記録された情報を再生した。
その結果、RAWビットエラーレート10-5以下と高精度で再生することができた。本実施例の光情報記録ディスクは、20mW/cm2という低パワーでディスク全面にわたって記録できた。また、本実施例のホログラム型光記録ディスクを半年間保管後に同様の測定を行ったところ、RAWビットエラーレートは8.0×10-5であったが、エラー補正を行うことによりほとんど劣化なく再生可能であった。
(実施例4)
本実施例では、以下の方法により、図14に示すホログラム型光記録ディスクを作製した。図14に示すホログラム型光記録ディスクは二光束干渉ホログラフィーに用いられるものである。
まず、ポリ(スチレン−b−メタクリル酸)63.83重量%と、光重合性モノマーとして、イソボルニルアクリレート25.0重量%と、ビニル1−ナフトエート10.0重量%と、光重合開始剤であるビス(2,4−シクロペンタジエン−1−イル)−ビス(2,6−ジフルオロ−3−(1H−ピロール−1−イル)−フェニル)チタニウム1.0重量%と、tert−ブチルヒドロパーオキシド0.17重量%とを混合してフォトポリマーを調製する。tert−ブチルヒドロパーオキシドは、上記光重合開始剤が分解したときの色を消すために加えられるものである。
次に、ポリカーボネートフィルム317a、317bを用意する。ポリカーボネートフィルム317aは、図14に示すように中心部での膜厚が200μmで周辺部での膜厚が500μmとなるように、なだらかに(連続的に)膜厚が変化(増加)している。一方、ポリカーボネートフィルム317bは膜厚が500μmと一定である。なお、ステップ状に膜厚を変化させたポリカーボネートフィルムを用いることも可能であり、これにより内周から外周に向かってステップ状に膜厚が減少する記録層を形成することができる。
次に、ポリカーボネートフィルム317a、317bのそれぞれの一主面上に、スパッタリング法により無機中間層として厚さ0.2μmのMgF2層318a、318bを形成する。その後、ポリカーボネートフィルム317a上にテフロン(R)シートからなる環状のスペーサ321を設け、ポリカーボネートフィルム317a上のスペーサ321で囲まれる領域に上記フォトポリマーを塗布し、記録層となるポリマー膜319を形成する。
次に、ポリカーボネートフィルム317b上の無機中間層318bがポリカーボネートフィルム317a上のポリマー膜319に対向するようにポリカーボネートフィルム317a、317bを向かい合わせ、ポリマー膜319を無機中間層318a、318b間に挟み込むようにして両フィルム317a、317bを接合して本実施例のホログラム型光記録ディスク312を作製する。このとき記録層が接着剤として働く。
このホログラム型光記録ディスク312に対して、以下に示すように記録再生を行う。図14は、二光束干渉ホログラフィーに用いられるホログラム型光記録ディスクと、その近傍における情報光および参照光を示す概略図である。図14に示すようにホログラム型光記録ディスク312に情報光310および参照光311が照射され、これらの光は記録層319中で交差し、干渉によって屈折率変調領域320に透過型ホログラムが形成される。
図15は、ホログラム型光記録再生装置の一例の概略図を示す。図示するホログラム型光記録再生装置は、透過型二光束干渉法を用いたホログラム型光情報記録再生装置である。
光源装置301から照射された光は、ビームエキスパンダー302および旋光用光学素子303を介して偏光ビームスプリッター304に導入される。光源装置301としては、ホログラム記録ディスク312の記録層319中で干渉可能な任意の光を照射する光源を用いることができるが、可干渉性などから直線偏光したレーザーが望ましい。レーザーとしては、具体的には半導体レーザー、He−Neレーザー、アルゴンレーザーおよびYAGレーザーなどが挙げられる。
ビームエキスパンダー302は、光源装置301(例えば、波長532nm、パワー50mWのレーザの光源)から出射された光の偏光方向を整え、旋光用光学素子303はビームエキスパンダー302によって広げられた光を旋光して、S偏光成分とP偏光成分を含む光を生成する。旋光用光学素子303としては、例えば1/2波長板、あるいは1/4波長板などが用いられる。
旋光用光学素子303を透過してきた光のうち、S偏光成分は偏光ビームスプリッター304によって反射され情報光310となり、P偏光成分は偏光ビームスプリッター304を透過して参照光311となる。なお、ホログラム記録ディスク312の記録層319の位置で情報光310と参照光311の強度が等しくなるように、旋光用光学素子303を用いて偏光ビームスプリッター304に入射する旋光方向が調整される。
偏光ビームスプリッター304によって反射された情報光310は、ミラー306で反射された後、電磁シャッター308を通過し、回転ステージ313上に保持されたホログラム型光記録ディスク312の記録層319に照射される。
一方、偏光ビームスプリッター304を透過した参照光311は、旋光用光学素子305によって偏光方向が90度回転してS偏光となり、ミラー307で反射された後、電磁シャッター309を通過する。その後、回転ステージ313上に保持されたホログラム型光記録ディスク312の記録層319内で情報光310と交差するように照射されて、屈折率変調領域320として透過型ホログラムが形成される。
こうして記録された情報を再生する際には、電磁シャッター308を閉じることにより情報光310を遮断し、参照光311のみをホログラム型光記録ディスク312の記録層319内に形成された透過型ホログラム(屈折率変調領域320)に照射する。参照光311の一部はホログラム型光記録ディスク312を透過する際、透過型ホログラムにより回折し、その回折光は光検出器315により検出される。
本実施例のホログラム型光記録ディスク312を図15のホログラム型光記録再生装置に搭載して、情報光(記録光)310を集光してホログラム型光記録ディスク312に照射し、同時に参照光311を照射して干渉縞を記録する。波長532nm、パワー50mWのレーザーを用い、多重は参照光311の角度を変える角度多重方式で行う。回折効率が80%に達するのに要する記録光エネルギーは40mJ/cm2であり、非常に高感度である。
この後、レーザパワーを100分の1に落とし、記録した情報の再生を参照光311により行う。その結果、ビットエラーレート10-6以下と高精度で再生することができる。本実施例の光情報記録ディスクは、ディスク全体を同じ記録光パワーで記録することができる。また、加熱実験をして調べたことろ10年後に相当する条件においてもビットエラーレートは変化しておらず、優れた記録寿命を有する。
なお、本発明は上記実施例に限定されることはなく、例えば、実施例1、2のように情報記録層の膜厚を調整する例と実施例3のようにトラックピッチを調整する例とを組み合わせることが可能である。この場合も、CAV方式による記録において、単位体積あたりの情報記録層に照射される光エネルギーの総和がディスクのどの場所でも均一化されるようにすることができ、記録寿命が長いホログラム型光記録ディスクを提供することが可能となる。
また、上記実施例では、渦巻き状のトラックを有するホログラム型光記録ディスクを示したが、これ以外に例えば同心円状のトラックを有するホログラム型光記録ディスクに対
して本発明を適用することが可能である。
また、情報記録層の膜厚やトラックピッチがステップ状に変化する場合は、所定の単位記録領域毎に、或いは当該単位記録領域がいくつかまとまった記録領域毎に、膜厚やトラックピッチを変化させることも可能である。
その他、本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。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わせにより、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。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。