(57)【要約】【課題】均一な反射率を有する光記録媒体を実現するために、光記録媒体の情報記録層に反射型ホログラムを形成するホログラム形成方法を提供する。【解決手段】反射型ホログラム記録光学系１００において、波長λ（ｎｍ）、対物レンズ９９Ａ、９９Ｂの開口数をＮＡ、光記録媒体１０の平均屈折率をｎ、厚さをＤ（μｍ）としたときに、    ４λｎ／（ＮＡ）2＜Ｄの条件を満たすレーザ光を対物レンズ９９Ａにより集光し、対向する対物レンズ９９Ｂにより集光されたレーザ光と光記録媒体１０内で干渉させ、光記録媒体１０とレーザ光の光束を相対的に移動させて反射型ホログラムを形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光記録媒体の情報記録層に反射型ホログラムを形成するホログラム形成方法であって、
波長をλ（ｎｍ）、対物レンズの開口数をＮＡ、前記光記録媒体の平均屈折率をｎ、厚さをＤ（μｍ）としたときに、
４λｎ／（ＮＡ）2＜Ｄ
の条件を満たすレーザ光を用いて前記対物レンズにより集光し、対向する同様の条件を満たすレーザ光とを前記光記録媒体内で干渉させ、前記光記録媒体と前記レーザ光の光束を相対的に移動させて反射型ホログラムを形成するホログラム形成方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記レーザ光は、前記情報記録層の膜厚をｄ（μｍ）としたときに、
ｄ／２≦４λｎ／（ＮＡ）2
の条件を満たすようにされていることを特徴とするホログラム形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、光記録媒体の情報記録層に反射型ホログラムを形成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、反射型ホログラムによるフォーマットホログラムが内部に形成されているホログラフィ書込み用記録媒体であって、フォーマットホログラム内に局所変性として内部に書き込まれたデータを備えたデバイスが開示されている。
【０００３】
この特許文献１には、記録媒体の容積全体にわたって延在する反射型フォーマットホログラムが、記録媒体の深さ方向に対して垂直な、実質的に平板状の周縁部を有し、対向する２つの平面波により形成することが記載されている。しかしながら、平面波の大きさ、形状等に関する記載は無い。
【０００４】
非特許文献１には、フォーマットホログラムを形成するサーボライタの一例が記載されており、対向するマクロな平面波同士の干渉を用いることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２００２−５０２０５７号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ｒ．Ｒ．ＭcＬeod，et．al．，Ａpplied  Ｏptics，Vol.４７，Ｎo．14，2696（2008）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
マクロな平面波同士の干渉で反射型ホログラムを形成し、集光したレーザ光によりホログラムからの反射光を検出すると、検出箇所による反射光の変動が大きいことが分かった。
【０００８】
また、光記録媒体の表面、あるいは、記録層とカバー層との界面、記録層と基板との界面等にうねりがある場合、光記録媒体内へ入射した平面波が屈折、散乱され、それぞれが、例えば図６に示されるように種々のホログラムを形成してしまうことが、このような、場所による反射光の変動を引き起こす原因であることが分かった。
【０００９】
このような反射光の変動の大きい反射型ホログラムに、レーザ光を集光して変性記録を行なうと、ホログラム自体の振動と変性記録による変動の区別が付かなくなり、光記録媒体の記録再生が実質的に困難となる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明は、従来の問題点に鑑みてなされたものであって、均一な反射率を有する反射型ホログラム記録媒体を実現するために、光記録媒体の情報記録層に反射型ホログラムを形成するホログラム形成方法を提供することを目的とする。
【００１１】
即ち、以下の実施例により上記課題を解決することができる。
【００１２】
（１）光記録媒体の情報記録層に反射型ホログラムを形成するホログラム形成方法であって、波長をλ（ｎｍ）、対物レンズの開口数をＮＡ、前記光記録媒体の平均屈折率をｎ、厚さをＤ（μｍ）としたときに、
４λｎ／（ＮＡ）2＜Ｄ
の条件を満たすレーザ光を用いて前記対物レンズにより集光し、対向する同様の条件を満たすレーザ光とを前記光記録媒体内で干渉させ、前記光記録媒体と前記レーザ光の光束を相対的に移動させて反射型ホログラムを形成するホログラム形成方法。
【００１３】
（２）前記レーザ光は、前記情報記録層の膜厚をｄ（μｍ）としたときに、
ｄ／２≦４λｎ／（ＮＡ）2
の条件を満たすようにされていることを特徴とする（１）に記載のホログラム形成方法。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のホログラム形成方法によれば、集光したレーザ光によって反射型ホログラムが形成され、均一な反射率を有する反射型ホログラム記録媒体を実現できるため、良好な記録再生が可能となり、高密度記録を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施例に係るホログラム形成方法を用いてフォーマット信号形成を行うための反射型ホログラム記録光学系を模式的に示すブロック図
【図２】本発明の実施例に係るホログラム形成方法を用いて形成されたフォーマット信号の再生を行うための反射型ホログラム再生光学系を模式的に示すブロック図
【図３】本発明の実施例に係るホログラム形成方法を用いて反射型ホログラムを形成する際の光記録媒体及びレーザ光を模式的に示す断面図
【図４】本発明の実施例に係るホログラム形成方法を用いて反射型ホログラムを形成する際のレーザ光を示す模式図
【図５】本発明の実施例に係るホログラム形成方法を用いて変性記録を行うための反射型ホログラム変性記録光学系を模式的に示すブロック図
【図６】比較例に係るホログラム形成方法を用いて反射型ホログラムを形成する際のレーザ光を示す模式図
【図７】比較例に係るホログラム形成方法を用いてフォーマット信号形成を行うための反射型ホログラム記録光学系を模式的に示すブロック図
【図８】比較例に係るホログラム形成方法を用いて形成されたフォーマット信号の再生を行うための反射型ホログラム再生光学系を模式的に示すブロック図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図１を参照して、本発明の実施形態に係る、均一な反射型ホログラムを形成するために有用な反射型ホログラム記録光学系１００について説明する。
【００１７】
図１に示されるように、外部共振器ＬＤ（以下、ＥＣＬＤという、波長４０５ｎｍ）８２から出射された、ビーム断面が楕円形状のレーザ光は、アナモリフィックプリズム８３を通して略円形状にビーム整形され、アイソレータ８４を通る。アイソレータ８４は、反射光がＥＣＬＤ８２に戻り、レーザ発振が不安定になることを防ぐために設けられている。
【００１８】
アイソレータ８４を通過したレーザ光は、シャッター８５及び、レンズ対８６Ａ、８６Ｂとピンホール８６Ｃの組合せからなる空間フィルタ８６によりビームプロファイルを改良されると共に、ビーム径を拡げられ、約１０φの平行光となる。
【００１９】
平行光は、ミラー８７により反射された後、１／２波長板（以下、ＨＷＰという）８８により、偏光方向がＰ偏光となる。Ｐ偏光はビームスプリッタ（以下、ＢＳという）８９により２光束に分割される。
【００２０】
２光束のＰ偏光は、それぞれ、ミラー９１Ａ、９１Ｂで反射された後、偏光ビームスプリッタ（以下、ＰＢＳという）９６Ａ、９６Ｂを通過し、１／４波長板（以下、ＱＷＰという）９７Ａ、９７Ｂにて円偏光となり、アパーチャ９３Ａ、９３Ｂで約４φのビーム径に絞られ、対物レンズ９９Ａ、９９Ｂで集光され、サンプルホルダ９０にセットされた光記録媒体１０中に焦点を結ぶように調整されている。２光束の円偏光は、光記録媒体１０中でお互いに干渉することで反射型ホログラムを形成するようにされている。
【００２１】
反射型ホログラムを再生する際は、図２に示す反射型ホログラム再生光学系１２０を用いる。これは、図１の反射型ホログラム記録光学系１００において、ＢＳ８９で分割した２光束のうち、１光束を遮断する遮蔽板９８を加え、１光束のみを使用した光学系である。他の構成は反射型ホログラム記録光学系１００の構成と同一であるので、同一構成部分には図１と同一符号を付することにより説明を省略するものとする。
【００２２】
ＢＳ８９を通過したＰ偏光は、ミラー９１Ｂで反射し、ＰＢＳ９６Ｂを通過し、ＱＷＰ９７Ｂで円偏光となり、アパーチャ９３Ｂで約４φのビーム径に絞られた後、対物レンズ９９Ｂでサンプルホルダ９０にセットされた光記録媒体１０中に集光される。集光された円偏光は、光記録媒体１０中の反射型ホログラムによって回折され、透過光と反射光に分離される。
【００２３】
透過光は、対物レンズ９９Ａで平行光となり、アパーチャ９３Ａを通過し、ＱＷＰ９７ＡでＳ偏光となり、ＰＢＳ９６Ａで反射して検出器９５Ａへ導かれる。
【００２４】
反射光も同様に、対物レンズ９９Ｂで平行光となり、アパーチャ９３Ｂを通過し、ＱＷＰ９７ＢでＳ偏光となり、ＰＢＳ９６Ｂで反射して検出器９５Ｂへ導かれる。
【００２５】
透過光と反射光の総量に対する反射光強度を計算することで、形成した反射型ホログラムの回折効率を求めることができる。
【００２６】
光記録媒体１０は、基板３２と、情報記録層３４と、カバー層３６とをこの順で積層して構成され、情報記録層３４は、光記録媒体１０の深さ方向に等しい厚さの第１記録領域３４Ａ（基板３２側）と第２記録領域３４Ｂ（カバー層３６側）とを重ねた厚さで、厚さ方向に連続的に形成されている。なお、実際には、第１及び第２記録領域３４Ａ、３４Ｂ間の境界面はない。
【００２７】
図３では、光記録媒体１０と、対物レンズ９９Ａにより集光された、後述する一定の条件を満たすレーザ光と、対物レンズ９９Ｂにより集光された、対向する同様の条件を満たすレーザ光とを光記録媒体１０内で干渉して得られるレーザ光の光束２４とを相対的に移動させて干渉縞（反射型ホログラム）２２を第２記録領域３４Ｂに形成している。図中の一点鎖線は記録膜（情報記録層３４）の深さ方向の中間線であり、Ｄは光記録媒体１０の全厚を、ｄは記録膜の厚さを、Ｌは集光領域の深さを表す。
【００２８】
対物レンズによる集光の有無で比較した、反射型ホログラム形成を行う際のレーザ光を図４及び図６に示す。図中の実線の矢印は可干渉光１２を、破線の矢印は非可干渉光１４を、中心の楕円はホログラム形成領域１６を示す。
【００２９】
図４は、対物レンズによる集光を行った場合に情報記録層３４（ここでは第１及び第２
情報記録層３４Ａ、３４Ｂの一方を情報記録層３４として示している）へ反射型ホログラム形成を行う際のレーザ光を表している。これに対して、図６に示されるように、対物レンズを使用しない平面波同士の反射型ホログラム形成時には、界面のうねり１８Ａ、１８Ｂにより入射光の光軸が曲げられ、それぞれの相対するレーザ光の光束同士が、それぞれの干渉縞２２を形成することから、光記録媒体１０内には一様なホログラムが形成されない。
【００３０】
界面のうねりは、対向する入射光がホログラムを形成する前に通過する界面であれば、どのような界面のうねりでも、形成する干渉縞に対して影響を及ぼす。即ち、仮にレーザ光のスポット径を、うねりの周期より小さくしても、うねりの傾きによって入射光が屈折されるため、形成する干渉縞に対して影響を及ぼすこととなる。
【００３１】
特に、大きな影響を及ぼす界面は、屈折率差の大きい媒質間の界面である。従って、記録媒体の空気と接する界面である、基板及びカバー層の表面のうねりが大きな影響を及ぼす。
【００３２】
対物レンズによる集光した光同士による反射型ホログラム形成時には、界面のうねりの影響で光路が曲げられた光は集光することができない。従って、集光し対向した光によって形成される反射型ホログラムは一様なホログラムとなる。
【００３３】
この場合、集光し平面波となった領域が、基板表面からカバー層の表面までの厚さよりも狭い必要がある。平面波領域が、基板表面からカバー層表面までの厚さよりも広いと、記録媒体と空気が接する界面で平面波が入射することとなり、平面波同士の干渉縞形成と変わらなくなり、一様なホログラムを形成することができない。
【００３４】
平面波となる干渉領域（集光領域）の深さＬ（μｍ）及び集光領域の幅ｗ（μｍ）は、波長λ（ｎｍ）と対物レンズの開口数ＮＡと、光記録媒体の平均屈折率ｎで決定され、次式で表わされる。
Ｌ＝４λｎ／ＮＡ２                          …（１）
ｗ＝λ／ＮＡ                               …（２）
【００３５】
従って、基板表面からカバー層表面までの厚さ、即ち、光記録媒体の全厚Ｄ（μｍ）は、集光領域の深さＬより大きいこと、即ち次式を満たす必要がある。
Ｌ＝４λｎ／（ＮＡ）２＜Ｄ
【００３６】
ここで、光記録媒体の平均屈折率とは、集光領域の平均屈折率を意味する。例えば、集光領域が、基板１、記録膜、基板２から構成されている場合、屈折率をそれぞれｎｓ１、ｎｒ、ｎｓ２、膜厚をそれぞれ、ｄｓ１、ｄｒ、ｄｓ２とすると、媒体平均屈折率ｎは次式で表される。
ｎ＝（ｎｓ１ｄｓ１＋ｎｒｄｒ＋ｎｓ２ｄｓ２）／（ｄｓ１＋ｄｒ＋ｄｓ２）
【００３７】
フォーマットは、光記録媒体の深さ方向に一括で形成することが最も好ましいが、複数の記録領域に順次形成する場合は、記録領域数が少ない方が好ましい。記録領域数を増やすと、反射型ホログラムを形成する工程が増え、コストアップにつながり、また、フォトポリマーの重合反応で干渉縞を形成する場合は、ホログラムを形成しない領域も露光され、重合反応が生じるため、ホログラムの形成効率が悪くなってしまうからである。従って、記録膜の厚さをｄ（μｍ）とすると、記録領域数は、２分割以下にすることが好ましく
ｄ／２≦Ｌ＝４λｎ／（ＮＡ）２
を満たすことが好ましい。なお、図３においては、ｄ／２＝Ｌ＝４λｎ／（ＮＡ）２とされている。
【実施例１】
【００３８】
ホログラムを形成したディスク状の光記録媒体１０を次のように作製した。
【００３９】
（媒体作製）
テトラブトキシチタン（Ｔｉ（ＯＢｕ）４、高純度化学製）７．３ｇと、２−エチルペンタン−２，４−ジオール（東京化成製）５．０４ｇとをｎ−ブタノール溶媒２ｍｌ中で室温にて混合し、１０分間攪拌した。このときのモル比は、Ｔｉ（ＯＢｕ）４：２−メチルペンタン−２，４−ジオール＝１：２であった。
【００４０】
この反応液に、ジフエニルジメトキシシラン（ＰＨ２Ｓｉ（ＯＭｅ）２  信越化学製）５．２ｇを加え、金属アルコキシド溶液とした。このときのモル比は、Ｔｉ：Ｓｉ＝１：１であった。
【００４１】
次に、水０．４ｍｌ、２Ｎ塩酸水溶液０．１６ｍｌ、及び溶媒エタノール２ｍｌからなる溶液を、金属アルコキシド溶液に攪拌しながら室温で滴下し、３０分攪拌を続け、加水分解反応及び縮合反応を行ない、ゾル溶液を得た。
【００４２】
光重合性化合物として、ポリエチレングリコールモノアクリレート（共栄社化学製：１３０Ａ）１００重量部に、光重合開始剤としてＩＲＧ−９０７（チバ・スペシャリティ・ケミカルズ製）３重量部と、光増感剤として２，４−ジエチル−ＱＨ−チオキ酸、−９−オン０．３重量部とを加え、光重合性化合物を含む混合物とした。
【００４３】
不揮発分としてのマトリックス材料の割合が７５重量部、光重合性化合物の割合が２５重量部、即ち、マトリックス材料：光重合性化合物＝４：１となるように、ゾル溶液と光重合性化合物の混合物とを室温にて混合し、遮光した状態で、更に１時間ゾル−ゲル反応を十分に進行させ、ホログラム記録材料溶液を得た。
【００４４】
得られた溶液を遮光状態で８０℃で加熱濃縮し、塗布用の溶液とした。この塗布用溶液を遮光状態のままガラス基板上へスピンコータで塗布後、内部を８０℃にしたオーブンで２０時間乾燥して記録膜厚２０μｍの光記録媒体を得た。
【００４５】
この光記録媒体上にＵＶ硬化樹脂をスピンコート法で塗布した。膜厚は、表面から記録層までの距離が８７．５μｍになるように調整した。
【００４６】
このようにして作製した光記録媒体１０に、図１に示す反射型ホログラム記録光学系１００を用いて、フォーマット記録を行なった。
【００４７】
光記録媒体１０中に焦点を結ぶ対物レンズ９９Ａ、９９Ｂは、ＮＡ換算で０．１の平凸レンズを用い、平面波となる干渉領域は（１）、（２）式より、λ＝４０５ｎｍ、ＮＡ＝０．１、光記録媒体１０の屈折率ｎ＝１．６２から、
幅  ｗ＝４μｍ、深さ  Ｌ＝２６０μｍ
と見積もった。
【００４８】
光記録媒体１０を、回転ステージ上に設置し、回転移動した状態で、１周の反射型ホログラムを形成した。
【００４９】
図２に示す反射型ホログラム再生光学系１２０のサンプルホルダ９０に記録済みの光記録媒体１０をセットして、反射型ホログラムの再生を行なったところ、一様な２０％の反射率を観測した。従って、光記録媒体１０は、正常にフォーマットされていることが分かった。
【００５０】
（ホログラムの微小領域再生）
反射型ホログラムの微小領域再生を行なうために、図５で示す光学系を構築した。波長４０５ｎｍのブルーレーザ（ＰＬＤ）１０２から出射した発散光は、コリメータレンズ（ＣＬ）１０４により平行光となり、ＨＷＰ１０６によりＰ偏光となる。Ｐ偏光は、ＰＢＳ１０８を通過し、ＱＷＰ１１０により円偏光となり、対物レンズ１１２により光記録媒体１０中に集光される。
【００５１】
集光された円偏光の集束光は、フォーカス点近傍で平行光となり、この平行光は、光記録媒体１０中に形成された反射型ホログラムと干渉し、反射光（回折光）を生成する。
【００５２】
反射光はＱＷＰ１１０を再度通過し、Ｓ偏光となり、ＰＢＳ１０８で９０°方向に反射し、レンズ１１４で集光され、ピンホール１１６を通過した後、検出器１１８で検出される。
【００５３】
構築した光学系での平面波となる干渉領域は、λ＝４０５ｎｍ、ＮＡ＝０．８５、媒体の屈折率ｎ＝１．６２より、
幅    ｗ＝０．４８μｍ
深さ  Ｌ＝３．６μｍ
と見積もることができ、この領域の反射型ホログラムからの反射光が検出された。
【００５４】
検出器１１８の直前に設けているピンホール１１６は、反射型ホログラムからの反射光以外の迷光を遮断するためのものである。
【００５５】
反射型ホログラムを形成した光記録媒体１０を上記光学系へ設置し、停止した状態で、青色レーザを照射した。使用した対物レンズ１１２は、光記録媒体１０の表面から８７．５μｍの位置で球面収差が小さくなるものを用いた。記録した深さ位置は、光記録媒体１０の表面から８７．５μｍの記録層のある位置とした。
【００５６】
図５の反射型ホログラム変性記録光学系１４０を用いて、ホログラムの微小領域再生を行なったところ、反射率変動の小さい良好な反射信号が得られた。即ち、光記録媒体１０は、均一な反射率を有する反射型ホログラム記録媒体であることが分かった。
【００５７】
［比較例１］
（反射型ホログラム記録）
実施例１と同様にディスク状の光記録媒体２０を作製し、この光記録媒体２０に、以下の方法で反射型ホログラムを形成した。反射型ホログラムを形成するにあたり、図７、８に示す光学系を構築した。
【００５８】
反射型ホログラムは、図７に示す反射型ホログラム記録光学系１６０により形成した。この反射型ホログラム記録光学系１６０は、図１に示される反射型ホログラム記録光学系１００から、対物レンズ９９Ａ、９９Ｂを除外したものと同等である。他の構成は、反射型ホログラム記録光学系１００と同一であるので、図１と同一符号を付することにより説明を省略するものとする。アパーチャ９３Ａ、９３Ｂまでの光路は、反射型ホログラム記録光学系１００と同様である。
【００５９】
２光束のＰ偏光は、それぞれ、アパーチャ９３Ａ、９３Ｂで約４φのビーム径に絞られ、光記録媒体２０内に相互に反対方向から入射して互いに干渉する。
【００６０】
サンプルホルダ９０に光記録媒体２０をセットして、ここで、２光束のＰ偏光を干渉させて、反射型ホログラムの形成を行なった。
【００６１】
記録時のレーザパワーは、それぞれ６００μＷであり、６０秒の露光を行なった。その後、中心波長４００ｎｍのＬＥＤを用い、ポストキュアを行ない、記録材料の重合反応を完了させた。
【００６２】
（反射型ホログラムの再生）
再生は、図８に示す反射型ホログラム再生光学系１８０により行なった。この反射型ホログラム再生光学系１８０は、図２に示される反射型ホログラム再生光学系１２０から、対物レンズ９９Ａ、９９Ｂを除外したものと同等である。他の構成は、反射型ホログラム再生光学系１２０と同一であるので、図２と同一符号を付することにより説明を省略するものとする。アパーチャ９３Ａ、９３Ｂまでの光路は、反射型ホログラム再生光学系１２０と同様である。
【００６３】
円偏光は、アパーチャ９３Ａ、９３Ｂで約４φのビーム径に絞られ、反射型ホログラムの形成された光記録媒体２０へ照射されるようにされている。照射光は、光記録媒体２０の法線方向から入射するようにされ、反射型ホログラムにより、反射光と透過光へ分離される。反射光、透過光共に、ＱＷＰ９７Ｂ、９７Ａを再度通過することで、Ｓ偏光となる。Ｓ偏光ビームは、ＰＢＳ９６Ｂ、９６Ａにより全て９０°方向へ反射される。反射光、透過光は、光検出器９５Ｂ、９５Ａによりそれぞれ強度を検出される。反射光と透過光の和に対する、反射光の比を算出することで形成された反射型ホログラムの反射率（回折効率）が求まる。
【００６４】
図８に示す光学系のサンプルホルダに記録済みの光記録媒体２０をセットして、反射型ホログラムの再生を行なったところ、一様な２０％の反射率を観測した。従って、光記録媒体２０は、正常にフォーマットされていることが分かった。
【００６５】
次に、光記録媒体２０を回転させて、照射した位置を中心に反射率の変動を観測した。数μｍ〜数十μｍ周期の大きな反射率変動が観測された。即ち、光記録媒体２０は、検出箇所による反射光の変動が大きい反射型ホログラム記録媒体であることが分かった。
【００６６】
なお、実施例では光記録媒体１０の情報記録層を深さ方向に仮想的に２分割してそれぞれ干渉縞を形成したが、本発明は、情報記録層の分割数に限られず、また、情報記録層を仮想的に分割しない光記録媒体、及び複数の情報記録層を有する光記録媒体にも適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明は、ホログラム光記録媒体等の光記録媒体に反射型ホログラムを形成する際に利用することができる。
【符号の説明】
【００６８】
１０…光記録媒体
９９Ａ、９９Ｂ、１１２…対物レンズ
１００、１６０…反射型ホログラム記録光学系
１２０、１８０…反射型ホログラム再生光学系
１４０…反射型ホログラム変性記録光学系
【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】
2011014200.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【図８】
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