(57)【要約】【課題】  経時劣化が少なく耐久性の高いホログラム記録媒体を提供する。【解決手段】  ホログラム記録媒体は、可干渉性の光ビームの照射により情報の記録又は再生が行われるホログラム記録媒体であって、各々が光ビームの光学干渉パターンを回折格子として内部に保存する感光材料からなりかつ規則的に並列された複数の感光部と、感光部間に位置しかつ感光部を互いに区切る非感光部とからなるホログラム記録層を有する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
可干渉性の光ビームの照射により情報の記録又は再生が行われるホログラム記録媒体であって、各々が前記光ビームの光学干渉パターンを回折格子として内部に保存する感光材料からなりかつ規則的に並列された複数の感光部と、前記感光部間に位置しかつ前記感光部を互いに区切る非感光部とからなるホログラム記録層を有することを特徴とするホログラム記録媒体。
【請求項２】
前記感光部は、前記光ビームの横断面面積以下の横断面面積を有する膜厚方向に伸長する柱形状の領域であることを特徴とする請求項１記載のホログラム記録媒体。
【請求項３】
前記感光部は、対物レンズから集光される光ビームを追従させるための各々が離れて交わることなく延在するトラックとして並列されたことを特徴とする請求項１〜２のいずれかに記載のホログラム記録媒体。
【請求項４】
前記トラックは螺旋状もしくは螺旋弧状又は同心円状に形成されていることを特徴とする請求項３記載のホログラム記録媒体。
【請求項５】
前記トラックは平行に形成されていることを特徴とする請求項３記載のホログラム記録媒体。
【請求項６】
前記感光部は、互いに一定間隔で離間して一様に敷き詰められていることを特徴とする請求項１〜２のいずれかに記載のホログラム記録媒体。
【請求項７】
前記ホログラム記録層の光入射側の反対側に積層された反射層を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のホログラム記録媒体。
【請求項８】
前記ホログラム記録層の光入射側に積層されかつ照射光の強度に感応して照射部位に透明部が発現するマスク層を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のホログラム記録媒体。
【請求項９】
前記マスク層の前記透明部は非光照射時の透過率より高い特性値の透過率を有することを特徴とする請求項請求項８記載のホログラム記録媒体。
【請求項１０】
可干渉性の参照光ビームを記録情報に応じて空間的に変調して信号光ビームを生成し、前記信号光ビーム及び参照光ビームを前記ホログラム記録層に照射して、情報の記録又は再生が行われるホログラム記録方法であって、前記ホログラム記録層を、前記複数の感光部と前記感光部間に位置しかつ前記感光部を互いに区切る非感光部とに分け、前記感光部ごとに前記信号光ビーム及び参照光ビームが干渉する部位に光干渉パターンによる回折格子の領域を形成することを特徴とするホログラム記録方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は可干渉性の光ビームの照射により情報の記録又は再生が行われるホログラム記録媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
ホログラムの原理を利用したデジタル情報記録システムとして、体積ホログラフィック記録システムが知られている。このシステムの特徴は、記録情報をフォトリフラクティブ材料などの感光材料からなる記録媒体に屈折率の変化として記録することである。
【０００３】
従来のホログラム記録再生方法の1つにフーリエ変換を用いて記録再生する方法がある。
【０００４】
図１に示すように、従来の４ｆ系ホログラム記録再生装置において、レーザ光源ＬＥＤから発せられたレーザ光ビーム１２の参照光ビームは、ビームスプリッタ１３において光１２ａ、１２ｂとに分割される。光１２ａは、ビームエキスパンダＢＸでビーム径を拡大されて、平行光として、透過型のＴＦＴ液晶表示装置（ＬＣＤ）のパネルなどの空間光変調器ＳＬＭに照射される。空間光変調器ＳＬＭは、エンコーダで信号変換された記録すべき情報を電気信号として受け取って、２次元データすなわち平面上に明暗の２次元ドットパターンなどの記録情報を形成する。光１２ａは、空間光変調器ＳＬＭを透過すると、光変調されて、データ信号成分を含む信号光ビームとなる。ドットパターン信号成分を含んだ信号光ビーム１２ａは、その焦点距離ｆだけ離しておいたフーリエ変換レンズ１６を通過してドットパターン信号成分がフーリエ変換されて、記録媒体１０内に集光される。一方、ビームスプリッタ１３において分割された参照光ビーム１２ｂは、参照光としてミラー１８、１９によって記録媒体１０内に導かれて、信号光ビーム１２ａの光路と記録媒体１０の内部で交差し干渉して光干渉パターンを形成し、光干渉パターン全体を屈折率の変化などの回折格子として記録する。
【０００５】
このように、コヒーレントな平行光で照明されたドットパターンデータからの回折光をフーリエ変換レンズで結像し、その焦点面すなわちフーリエ面上の分布に直してフーリエ変換の結果の分布をコヒーレントな参照光と干渉させてその干渉縞を焦点近傍の記録媒体に記録する。１ページ目の記録が終了したら、回動ミラー１９を所定量回転し、かつ、その位置を所定量平行移動させ記録媒体１０に対する参照光ビーム１２ｂの入射角度を変化させ、２ページ目を同じ手順で記録する。このように逐次記録を行うことにより角度多重記録を行う。
【０００６】
一方で、再生時には逆フーリエ変換を行いドットパターン像を再生する。情報再生においては、一般的に、図１に示すように、例えば、空間光変調器ＳＬＭによって信号光ビーム１２ａの光路を遮断して、参照光ビーム１２ｂのみを記録媒体１０へ照射する。再生時には、再生するページを記録した時の参照光と同じ入射角度になるように、ミラーの位置と角度をミラーの回動と直線移動を組み合わせで変化させ制御する。参照光ビーム１２ｂが照射された記録媒体１０の信号光ビーム１２ａの入射側の反対側には、記録された信号光を再現した再生波が現れる。この再生波を逆フーリエ変換レンズ１６ａに導いて、逆フーリエ変換するとドットパターン信号を再現することができる。さらに、このドットパターン信号を焦点距離位置の像検出センサ２０によって受光して、電気的なデジタルデータ信号に再変換した後、デコーダ２６に送ると、元のデータが再生される。
【０００７】
さらに、従来技術として、物体光（信号光）と参照光を別光路で分離し、再度、光路を合流させて、物体光を光束外周部、参照光を光束中央部分に配置するとともに、物体光と参照光を互いに回転方向の異なる円偏光として記録媒体上に同軸で集光させ、その２光束を薄膜偏光ホログラム記録媒体にて干渉させるものがある（特許文献１参照）。
【０００８】
また、参照光を射出する参照光光学系とは記録媒体を挟んで、反対側に空間光変調器を含む信号光光学系を設置して、参照光及び信号光を、情報記録層に対して互いに反対の面側より同軸的にかつ同じ位置で最も小径となるように収束させながら照射して、記録媒体内に体積的にホログラム記録する技術も知られている（特許文献２参照）。
【特許文献１】ＷＯ  ０２／０５２７０  Ａ１公報
【特許文献２】特開２００２−１２３９４８公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、ホログラム記録工程中において、照射光により生じた反応が非照射部分にまで拡散進行するためにホログラム記録媒体の光ビーム通過体積よりも大きい体積にまでその感光材料の光反応が進行してしまい、記録部位の再度の感光による経時劣化や、高密度記録化への妨げになっている。そのため従来から再生信号の読み取り性能が劣化してしまう問題がある。
【００１０】
そこで、本発明の解決しようとする課題には、経時劣化が少なく耐久性の高いホログラム記録媒体及び記録方法を提供することが例として挙げられる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１記載のホログラム記録媒体は、可干渉性の光ビームの照射により情報の記録又は再生が行われるホログラム記録媒体であって、各々が前記光ビームの光学干渉パターンを回折格子として内部に保存する感光材料からなりかつ規則的に並列された複数の感光部と、前記感光部間に位置しかつ前記感光部を互いに区切る非感光部とからなるホログラム記録層を有することを特徴とする。
【００１２】
請求項１０記載のホログラム記録方法は、可干渉性の参照光ビームを記録情報に応じて空間的に変調して信号光ビームを生成し、前記信号光ビーム及び参照光ビームを前記ホログラム記録層に照射して、情報の記録又は再生が行われるホログラム記録方法であって、前記ホログラム記録層を、前記複数の感光部と前記感光部間に位置しかつ前記感光部を互いに区切る非感光部とに分け、前記感光部ごとに前記信号光ビーム及び参照光ビームが干渉する部位に光干渉パターンによる回折格子の領域を形成することを特徴とする。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態を添付図面を参照しつつ説明する。
【００１４】
図２は、本実施形態の一例である光照射により情報の記録又は再生が行われるホログラム記録媒体２の断面図を示す。
【００１５】
ホログラム記録媒体２は、光照射側の反対側から、基板３上に順に積層されたホログラム記録層７及び保護層８を含む。ホログラム記録層７は、各々が感光材料からなりかつ規則的に並列された複数の感光部７ａと、感光部間に位置しかつ感光部７ａを互いに区切る非感光部７ｂとからなる。同軸に照射された参照光及び信号光による光学干渉パターンは、各感光部７ａ内部にホログラムＨＧ（回折格子）として体積的に保存される。すなわち、ホログラム記録層７を複数の感光部７ａとそれら間に位置しかつ感光部７ａを互いに区切る非感光部７ｂとに分けたホログラム記録方法においては、感光部７ａごとに信号光及び参照光が干渉する部位に光干渉パターンによる回折格子の領域を形成する。
【００１６】
基板３はガラスの他、ＰＥＳ、ＰＣなどのプラスティック基板や、ガラスとプラスティックの貼り合わせ基板でもよく、また基板表面にアルカリバリア膜や、ガスバリア膜がコートされてもよい。プラスティック基板としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン−２，６−ナフタレート、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェノキシエーテル、ポリアリレート、フッ素樹脂、ポリプロピレンなどのフィルムが適用できる。
【００１７】
感光部７ａは、光ビームの横断面面積以下の横断面面積を有する膜厚方向に伸長する柱形状の領域、例えば円形断面形状の円柱である。ホログラム記録層７は光透過性の感光材料からなる。この光透過性感光材料は、例えば、有機材料ではＰＶＫ（ポリビニルカルバゾール）／ＴＮＦ（トリニトロフルオレノン）などを含む電荷移動錯体系有機感光材料（有色のものも含む）などがる。この光透過性感光材料は、光伝導性と電気光学効果（印加電場の１次項に比例した屈折率変化を示す）とを持ち、ドナー準位とアクセプター準位がバンドギャップの深いレベルに存在するような材料いわゆるフォトリフラクティブ材料や、ホールバーニング材料、フォトクロミック材料などが用いられる。すなわち、この感光材料は有機物、無機物を問わず、光強度分布を保存できる可逆的に書き換え可能な材料が用いられる。また、無機材料のフォトリフラクティブ材料には、半導体材料では、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ、ＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮ量子井戸など、誘電体材料ではＬｉＮｂＯ3などがある。
【００１８】
柱形状感光部７ａを区切る非感光部７ｂは光反応の進行を阻害する隔壁として機能する。非感光部７ｂは基板３と同様の材料から選択でき、同一でも互いに異なっていてもよい。また、非感光部７ｂは感光部７ａの材料から光照射により化学的に変成して隔壁となる有機材料からも構成できる。
【００１９】
保護層８も基板３と同様の材料から選択できるが、形成された感光部７ａを覆うように、窒化シリコンなどの窒化物の無機系、ポリマー系などによる膜封止をおこなってもよい。例えば、窒化酸化シリコンなどの窒化酸化物、酸化シリコンや酸化アルミニウムなどの酸化物などからなる無機物封止膜による封止や、その他に、高分子及び無機膜の多層封止でもよい。
【００２０】
感光部７ａは、対物レンズＯＢから集光される光ビームを追従させるための各々が離れて交わることなく延在するトラックとして並列されている。例えば、図３に示すように、感光部７ａは、トラックＴのｘ方向ピッチＰｘ（すなわちトラックＴの伸長方向（ｙ方向）に垂直な方向）は所定距離として設定される。また、感光部７ａは、その記録順序方向のｙ方向に規則的に並列された配置間隔（ｙ方向のピッチＰｙ）に設定する。記録時において、ホログラム記録媒体２に集光された光スポットを、感光部７ａに対してｙ方向に間隔Ｐｙだけ相対的に移動させ、光スポットを感光部７ａに一致させる。そのため、参照光及び信号光とは異なる波長のサーボ光によって、ホログラム記録を行うためのホログラム記録媒体２上の位置決め（フォーカスサーボ、ｘ、ｙ方向サーボ）を採用できる。図４に示す基板３が円板の場合、トラックＴは基板の中心に関してその上に螺旋状又は同心円状、或いは複数の分断された螺旋弧状に形成され得る。
【００２１】
また、上記実施形態においては、記録媒体として図４に示すようなディスク形状のホログラム記録媒体２を例に説明したが、他に、例えば、図５に示すようなプラスチックなどからなる矩形状平行平板の光カード形状のホログラム記録媒体２であってもよい。かかる光カードにおいても、トラックは基板の例えば重心に関してその上に螺旋状もしくは螺旋弧状又は同心円状に形成されもよいし、トラックが基板上に平行に形成されていてもよい。
【００２２】
他の実施形態において、感光部７ａは、互いに一定間隔で離間して一様に敷き詰められてもよい。例えば、感光部７ａは、図６に示すようにｘｙ方向ピッチＰｘ，Ｐｙが互いに等しくなるように、或いは、図７に示すように細密充填となる隣接するものがすべて等距離となるように、或いは、断面形状が円形の円柱の他に図８に示すように正六角形断面の柱状体となるように、或いは、図９に示すように正方形などの矩形断面の柱状体となるように、構成できる。
【００２３】
さらに他の実施形態において、ホログラム記録媒体２において、ホログラム記録層７の光入射側の反対側に積層された反射層を配置することができる。図１０は、本実施形態の例えばディスク形状のホログラム記録媒体２の断面図を示す。
【００２４】
ホログラム記録媒体２は、光照射側の反対側から、基板３上その膜厚方向に積層された、反射層５、分離層６、ホログラム記録層７、及び保護層８からなる。なお、反射層５とホログラム記録層７とが分離層６を介して積層された構造の他に、分離層を省略することもできる。また、基板３のホログラム記録層７が積層された反対側に反射層５が積層され、基板が分離層として機能するように、ホログラム記録層７と反射層５の間に基板３を配置することもできる。さらに、ホログラム記録媒体２は、ホログラム記録層７と反射層５とが一体化して結合して構成される他に、ホログラム記録層７と反射層５とが別体化して、反射層５を記録装置側に設けてもよい。
【００２５】
反射層５上にはトラック（図示せず）などが転写されてもよく、トラックは光ビームのサーボ制御を行うため設けられる。可干渉性光ビームがホログラム記録層７を通過し、その入射側と反対側に焦点を結ぶように集光され、反射層５は光ビームのビームウエストの位置又は近傍（光軸上）に位置する。サーボ制御は、サーボ光ビームを反射層５上のトラックに光スポットとして集光させ、その反射光を光検出器へ導く対物レンズを含む光学系などを備えたピックアップを用いて、検出された信号に応じて対物レンズをアクチュエータで駆動することにより、行うことができる。対物レンズＯＢから照射される光ビームは、そのビームウエストの位置に反射層５が位置するときに合焦となるように、使用される。グルーブなどのトラックの幅は、光スポットからの反射光を受光する光検出器の出力、例えばプッシュプル信号に応じて適宜設定される。
【００２６】
さらに他の実施形態において、図１１に示すように、ホログラム記録層７の光入射側に積層されかつ照射光の強度に感応して照射部位に透明部ＰＨが発現するマスク層Ｍを設けることができる。マスク層Ｍにより更に狭いピッチで感光部７ａを並列することができる。すなわちマスク層Ｍは超解像膜として機能する。
【００２７】
マスク層Ｍは、可干渉性の入射光ビームの強度に依存して少なくとも透過率の値が変化し、非光照射時の透過率より高い特性値の透過率を有する第２感光材料からなる。すなわち、使用する第２感光材料には、例えば、ＺｎＯやＳｂなどの無機材料や、光強度に依存して開閉環状態をとるジアリールエテン誘導体などの有機逆フォトクロミック材料などがある。逆フォトクロミック材料は、通常（非照射又は所定光強度未満の照射時）は不透明だが、照射光ビーム（強度が強い中心部分）の吸収により不安定な透明状態へ変化し、光ビームの強度が弱くなれば元の不透明な状態に戻る。その他に第２感光材料にはサーモクロミック材料がり、これは通常（非照射又は所定光強度未満の照射時）は不透明だが、光ビーム中心の温度が高く、一定の温度を越えた領域だけが透明になり、温度が下がれば元の不透明状態に戻る。
【００２８】
本実施形態では、図１１に示すように、略共軸に照射される参照光及び信号光はマスク層Ｍに集光され、マスク層Ｍに透明部ＰＨを形成し、参照光及び信号光による光学干渉パターンは、ホログラム記録層内部にホログラムＨＧ（回折格子）として体積的に保存される。
【００２９】
一般に、入射光スポットにおいてパワー密度がガウス分布になり、光スポットは中心部分ほど透過パワー密度が高くなり、周辺部分ほど透過パワー密度が低くなり、その分布が急峻に低くなる。図１２（ａ）及び（ｂ）に、参照光照射前後の入射光光強度の分布とマスク層Ｍの透過率の変化を規格化して示すとともに、マスク層Ｍの状態を示す。これから分かるように、入射光スポットの光強度曲線半値幅および入射光スポット径は、透過光スポット径より大きくなり、スポット微小化の効果が得られる。このスポット微小化を効率よく行うためには、入射光スポットのピークパワー密度値を透過パワー特性曲線としきい値ＴＨ（飽和した透過パワー特性）の交点での入射パワー密度値に合せるように、設定すればよい。
【００３０】
図１２から分かるように、参照光照射前では、マスク層Ｍは一様に低い透過率を有している。参照光の照射により、参照光中心部及びその近傍で所定しきい値ＴＨより強い強度の光照射を受けた部分では、透過率が上がり透明部ＰＨが発現する。
【００３１】
この実施形態では、非照射時の透過率が照射時の透過率より高い特性値を有する第２感光材料をマスク層Ｍに用いているが、光透過性の第２感光材料であって、非照射時と比較して照射時の反射率及び吸収率の少なくとも１つが急速に低下する材料も使用できることは明らかである。
【００３２】
これらのディスク形状のホログラム記録媒体２は、以下のように作製される。まず、図１３（Ａ）に示すように、電子ビーム露光を用いた原盤のカッティング装置を用いて、所定信号に対応するトラックに沿った所定の凹凸パターンを原盤に記録する。該パターンの原盤への記録は、装置において、原盤の記録面を回転させつつ、電子ビームを照射するヘッダに対して原盤を適宜半径方向に送ることにより、照射電子ビームスポットがほぼ等間隔のピッチで螺旋状又は同心円状のトラック軌跡を描くように制御し、その軌跡上において、記録原盤の回転速度及び情報内容に応じてレーザ光をオン／オフさせることにより原盤上にピット又はグルーブの潜像を記録する。電子ビーム露光により直径が数ｎｍ〜数百ｎｍの一様な径の所定ピッチで並んだピット列が形成できる。
【００３３】
次に、図１３（Ｂ）に示すように、現像後の記録された原盤から電鋳などによりディスクスタンパを形成し、該ディスクスタンパを用いてホリカーボネートを加熱プレス加工または射出成形して基板３を作製する（図１３（Ｃ））。そして、スピンコータで、該パターンが原盤から転写された記録面上に所定の液状の感光性材料組成物を塗布し、振り切り、複数のピット凹部に充填し（図１３（Ｄ））、平坦化し、固定する。その後、図１３（Ｅ）に示すように、感光部７ａ上に保護層８などを成膜してホログラム記録媒体が得られる。感光性材料組成物は、モノマーとして、ジフェニールフルオレン骨格を有するジアクリルモノマー（ＦＤＡ）、ポリマーとして、ジアリルフタレートプレポリマー（ＤＡＰＰ）、可塑剤として、ジエチルセバケート（ＤＥＳ）、光重合開始剤として、ベンゾフェノン骨格を有する光開始剤（ＢＴＴＢ）、増感色素として、シアニン系色素（ＣＹ）、メロシアニン（ＭＲ）系色素などで組成されている。また、電子ビーム露光により基板上にアドレスやトラック溝の潜像も形成できる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】従来のホログラム記録再生システムを示す概略構成図である。
【図２】本発明による実施形態のホログラム記録媒体を示す概略拡大部分断面図である。
【図３】本発明による実施形態のホログラム記録媒体を示す概略拡大部分平面図である。
【図４】本発明による実施形態のホログラム記録媒体を示す斜視図である。
【図５】本発明による他の実施形態のホログラム記録媒体を示す斜視図である。
【図６】本発明による他の実施形態のホログラム記録媒体を示す概略拡大部分平面図である。
【図７】本発明による他の実施形態のホログラム記録媒体を示す概略拡大部分平面図である。
【図８】本発明による他の実施形態のホログラム記録媒体を示す概略拡大部分平面図である。
【図９】本発明による他の実施形態のホログラム記録媒体を示す概略拡大部分平面図である。
【図１０】本発明による他の実施形態のホログラム記録媒体を示す概略拡大部分断面図である。
【図１１】本発明による他の実施形態のホログラム記録媒体を示す概略拡大部分断面図である。
【図１２】本発明による他の実施形態のホログラム記録媒体におけるマスク層への光照射前後の状態を説明する平面図並びに及びマスク層特性を示すグラフである。
【図１３】本発明による他の実施形態のホログラム記録媒体の製造工程を説明する基板の概略拡大部分断面図である。
【符号の説明】
【００３５】
２  ホログラム記録媒体
３  基板
５  反射層
６  分離層
７  ホログラム記録層
７ａ  感光部
７ｂ  非感光部
８  保護層
１５  ビームスプリッタ
２０  像検出センサ
２５  エンコーダ
２６  デコーダ
３２  コントローラ
１６ａ，１６  レンズ
Ｍ  マスク層
ＰＨ  透明部
ＬＥＤ  光源
ＳＨｓ  シャッタ
ＢＸ  ビームエキスパンダ
ＳＬＭ  空間光変調器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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