JP2005078691A - ホログラフィック記録媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】 記録容量の大容量化とサーボの安定化とを同時に達成することが可能
なホログラフィック記録媒体を提供する。
【解決手段】 互いに波長の異なるサーボ用レーザ光及びホログラム記録用レー
ザ光を用いて、情報が記録されるホログラフィック記録媒体１０において、表面
にサーボ動作用基準信号が凹凸１２Ａ形状で形成されている基板１２上に分離層
１４と、ホログラム記録層１６とが順次形成され、ホログラム記録層１６上方か
らサーボ用レーザ光及びホログラム記録用レーザ光を照射した際、分離層１４は
、ホログラム記録用レーザ光をその表面で反射させ、サーボ用レーザ光を透過さ
せた後、基板１２の凹凸１２Ａ形状で反射させてサーボ動作用基準信号を検出さ
せ、ホログラム記録層１６は、サーボ用レーザ光と透過させ、ホログラム記録用
レーザ光によりホログラム記録させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ホログラフィー技術を利用して情報の記録再生を行うことが可能な
ホログラフィック記録媒体に関する。

ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ）やＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔ
ｉｌｅ Ｄｉｓｃ）に代表される現行の光記録媒体は、一般に１ビット毎に記録
媒体に対して平面的に記録される。この方式による記録密度は、光の回折限界、
つまり、光をどれだけ小さく絞ることができるか、という点によって制限を受け
る。これに対し、ホログラフィー技術を用いた記録媒体では複数ビットから成る
ページデータを立体的な体積ホログラム層に記録するようになっている。しかも
、それぞれのページデータは重り合いながら存在が可能なため、多重記録が可能
である。

このため、ホログラフィー技術を使用した記録媒体、すなわちホログラフィッ
ク記録媒体では、従来の１ビット毎の記録方式に対して、飛躍的に高密度、大容
量な記録が可能である。また、従来方式では、一度に１ビットしかデータ転送が
できないのに対し、ホログラフィー方式では、一度に複数ビットから成る１ペー
ジ分のデータを読み書きできるため、データ転送速度も大幅に向上する。このた
め、ホログラフィー技術を使用した光記録技術は各所で実用化に向けた研究開発
が精力的に行われている。

ホログラフィー技術を利用した記録方式では、ページデータを有する信号光と
、同じ波長を有する参照光とを記録媒体に照射し、上記両光から形成される干渉
縞が信号情報として記録媒体に記録される。この干渉縞を記録情報とするため、
記録中は信号光、参照光、記録媒体の位置関係は、振動などの原因によって光の
波長のオーダでずれることは許されない。また再生時において、所望のページに
アクセスするためには、記録したときと同じ場所に正確に参照光を照射する必要
がある。このため、記録媒体面には位置を特定するための何らかのアドレス情報
、フォーマット信号が必要となる。このフォーマット信号の形成方法には、量産
性、コストの面から、成型によって基板に凹凸を設ける方法がある。

一方、ホログラフィック記録方式の振動に対する弱さを克服するために、信号
光と参照光とを光学系の同軸に配置することによって、振動に対しても位置関係
がずれないように工夫した方式が提案されている（特許文献１）。ここで用いら
れるホログラフィック記録媒体の構成の一例を図４に示す。
図４は従来のホログラフィック記録媒体の一例を示す拡大断面図である。図４
に示すように基板２の表面には凹凸２Ａによるフォーマット信号が所定の間隔を
隔てて間欠的に形成されており、このフォーマット信号の形成された信号面側に
反射層４及びホログラム記録層６が順次形成される。上記フォーマット信号が形
成されるエリアがサーボ用エリア８Ａとなり、隣接するサーボ用エリア８Ａ間が
、情報信号の記録を行う信号記録用エリア８Ｂとなる。

ここでホログラフィック記録方式において、記録時に干渉縞を形成し、再生時
に参照光を照射して所望の回折光を得るためには、ホログラフィック記録媒体の
背面（図４中ではホログラム記録層６の表面）の反射面が平滑である必要がある
。すなわち、フォーマット信号の凹凸２Ａがある部分にホログラム記録をしよう
とすると、この凹凸２Ａが影響して、乱反射、散乱などを起こし、適正なホログ
ラム記録が為されなくなる。つまり、基板２にフォーマット信号が形成された凹
凸２Ａのあるサーボ用エリア８Ａには、情報信号を記録することができず、記録
信号用エリア８Ｂとサーボ用エリア８Ａとはオーバーラップさせず、図４に示す
ように分けることが行われていた。

特開平１１−３１１９３８号公報

しかしながら、図４に示す構造のように、信号記録用エリア８Ｂとフォーマッ
ト信号を記録したサーボ用エリア８Ａとを分離させると、サーボ用エリア８Ａは
信号記録用エリアとして使用できないため、情報信号を記録できるエリアが減少
してしまい、大容量高密度の記録が行えなくなる、という問題があった。
更には逆に、サーボ用エリア８Ａは信号記録用エリア８Ｂ上には設けられない
ため、記録再生に必要な各種フォーマット信号は、間欠的にしか設けられないこ
とになり、この結果、安定したサーボが得られ難くなる、という問題があった。
特にホログラフィック記録再生においては、記録時と再生時とで光照射の位置を
厳密に一致させる必要があり、僅かなトラッキングのずれ、或いはアドレスのず
れが再生時のＳ／Ｎを大きく劣化させてしまう。すなわち、記録用エリア８Ｂと
サーボ用エリア８Ａとを分離させた場合には、大容量化とサーボの安定化とはト
レードオフの関係にあり、両者を同時に満足させることはできない、という問題
があった。
本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案された
ものである。本発明の目的は、記録容量の大容量化とサーボの安定化とを同時に
達成することが可能なホログラフィック記録媒体を提供することにある。

請求項１に係る発明は、互いに波長の異なるサーボ用レーザ光及びホログラム
記録用レーザ光を用いて、情報が記録されるホログラフィック記録媒体において
、表面にサーボ動作用基準信号が凹凸形状で形成されている基板上に分離層と、
ホログラム記録層と、が順次形成され、前記ホログラム記録層上方から前記サー
ボ用レーザ光及び前記ホログラム記録用レーザ光を照射した際、前記分離層は、
前記ホログラム記録用レーザ光をその表面で反射させ、前記サーボ用レーザ光を
透過させた後、前記基板の凹凸形状で反射させて前記サーボ動作用基準信号を検
出させ、前記ホログラム記録層は、前記サーボ用レーザ光と透過させ、前記ホロ
グラム記録用レーザ光によりホログラム記録させることを特徴とするホログラフ
ィック記録媒体である。

本発明のホログラフィック記録媒体によれば、情報信号を記録するエリアを大
きくとれるので、高記録密度化及び大容量化が可能になるばかりか、記録媒体の
全面に亘ってフォーマット信号（サーボ動作用基準信号）を形成しているので、
フォーマット信号（サーボ動作用基準信号）が間欠的ではなく連続的に得られる
ことになり、従って高精度で安定したサーボ動作を行うことができる。

以下に、本は発明に係るホログラフィック記録媒体の一実施例を添付図面に基
づいて詳述する。
図１は本発明に係るホログラフィック記録媒体の第１実施例を示す部分拡大断
面図、図２は本発明の第２実施例を示す部分拡大断面図、図３はホログラフィッ
ク記録媒体の記録再生装置の光学系を示す模式図である。
本発明は、図１及び図２に示すように、互いに波長の異なるサーボ用レーザ光
及びホログラム記録用レーザ光を用いて、情報が記録されるホログラフィック記
録媒体１０において、表面にサーボ動作用基準信号が凹凸１２Ａ形状で形成され
ている基板１２上に分離層１４と、ホログラム記録層１６と、が順次形成され、
前記ホログラム記録層１６上方から前記サーボ用レーザ光及び前記ホログラム記
録用レーザ光を照射した際、前記分離層１４は、前記ホログラム記録用レーザ光
をその表面で反射させ、前記サーボ用レーザ光を透過させた後、前記基板１２の
凹凸１２Ａ形状で反射させて前記サーボ動作用基準信号を検出させ、前記ホログ
ラム記録層１６は、前記サーボ用レーザ光と透過させ、前記ホログラム記録用レ
ーザ光によりホログラム記録させるようになっている。

詳しくは、このホログラフィック記録媒体１０は、表面に凹凸１２Ａよりなる
フォーマット信号、すなわちサーボ動作用基準信号が記録された例えば円板状の
基板１２を有している。そして、この基板１２上に、上記フォーマット信号が記
録された記録面側に、少なくとも、上記フォーマット信号を検出するためのサー
ボ用レーザ光は透過してホログラム記録用レーザ光は反射し、且つ上記凹凸１２
Ａの影響を受けない程度に表面が平滑な分離層１４と、ホログラム記録が可能な
ホログラム記録層１６とがこの順序で上記基板１２側から設けられる。

また必要に応じて、上記基板１２の凹凸１２Ａが記録された記録面にはレーザ
光を反射する反射膜１８が全面に亘って形成される。ここで図２に示す第２実施
例の場合には、上記分離層１４は、上記凹凸１２Ａの影響を受けない程度に表面
が平滑になされた平滑層１４Ａと、上記サーボ用レーザ光を透過して上記ホログ
ラム記録用レーザ光は反射する選択層１４Ｂとの積層構造よりなり、上記平滑層
１４Ａが上記基板１２に近い側に配置され、上記選択層１４Ｂが上記基板１２か
ら遠い側に配置されている。尚、レーザ光は図中上方側、すなわちホログラム記
録層１６側から照射される。

次に、上記各構成要素の役割等について説明する。
まず、上記基板１２は、この上面に設ける各層を支持する役割を有すると共に
、凹凸１２Ａから成るフォーマット信号が形成されたものである。この基板１２
の材質としては、ガラス系、ポリカーボネートに代表されるプラスチック系、若
しくはＮｉ系、Ａｇ系、Ａｌ系などの合金から成る金属系を用いることができる
。上記反射膜１８は、上記フォーマット信号を検出するためのサーボ用レーザ光
を反射させるために、特にガラスやプラスチックなどの反射率が低い基板１２を
用いた場合にこの反射膜１８を設ける。従って、基板１２が例えば金属系で反射
率が十分に高い場合にはこの反射膜１８を省略することもできる。この反射膜１
８の材質としては、例えばＡｇ系若しくはＡｌ系の合金を用いることができ、表
面は基板１２の凹凸１２Ａが反映されている。

上記分離層１４は、サーボ用レーザ光は透過して、ホログラム記録用レーザ光
は反射し、且つフォーマット信号の凹凸１２Ａの影響を受けない程度に表面が平
滑な層である。このような機能を有する層であれば、単独の分離層を用いること
ができる（図１に示す場合）。また、この分離層１４として表面が平滑になる平
滑層１４Ａと、サーボ用レーザ光は透過してホログラム記録用レーザ光は反射す
る選択層１４Ｂとを積層したものを設けることも可能である（図２に示す場合）
。この場合、図２に示されるように、基板１２に近い側に平滑層１４Ａを設け、
遠い側に選択層１４Ｂを設ける。ホログラム記録は、信号光と参照光とを干渉さ
せ、その干渉縞をホログラム記録層１６に記録することにより行われる。ここで
言うホログラム記録用レーザ光とは、信号光と参照光の両方を指す。以下に、上
記平滑層１４Ａと上記選択層１４Ｂについて更に説明を加える。

上記平滑層１４Ａとしては例えば初期状態で流動性があり、熱、光、紫外線、
或いは酸化作用によって硬化し、且つ硬化後においてサーボ用レーザ光がほぼ透
過するような光学特性を有する樹脂系材料を用いる。この樹脂系材料を、流動性
を有する間に塗布し、塗布面を上にして水平に所定の時間保ちつつ硬化させる。
つまり樹脂の持つ流動的な性質と重力との作用を利用して平滑な表面を得ること
ができる。この樹脂層の必要な厚さは、樹脂が硬化した後の表面が、ホログラム
記録を行うのに支障のない程度に平坦になる範囲で選べば良い。塗布する樹脂層
が薄過ぎると、樹脂層の表面にはフォーマット信号の凹凸１２が反映して凹凸が
残ってしまい、ホログラム記録の際に、表面に残ったこの凹凸が影響して、乱反
射、散乱などを起してしまい、適正なホログラム記録が為されない。つまり樹脂
層の必要な厚さは、塗布してから硬化中の流動度（粘度）とフォーマット信号の
凹凸１２Ａの深さとの兼ね合いで決定されるが、凹凸１２Ａの溝を基準にして凹
凸１２Ａの深さのおよそ２倍以上であることが望ましい。またそのときの樹脂の
粘度は、１ｃＰから１００００ｃＰの範囲であることが望ましい。

上記選択層１４Ｂの具体例としては、サーボ用レーザ光と記録再生を行うホロ
グラム記録用レーザ光との波長を異ならせた場合、サーボ用レーザ光の波長λ１
はほぼ透過し、ホログラム記録用レーザ光の波長λ２はほぼ反射するダイクロイ
ックミラーの機能を持ったものが挙げられる。このような機能を有する選択層１
４Ｂは、屈折率が比較的大きい材料、例えばＮｂ２ Ｏ５ 、Ｔａ２ Ｏ５、ＺｎＳ−
ＳｉＯ２ 、Ｓｉ３ Ｎ４、ＴｉＯ２ などと、屈折率が比較的小さい材料、例えばＭ
ｇＦ２ 、ＳｉＯ２ などとを所定の膜厚で積層することにより得られる。

上記ホログラム記録層１６は、信号光と参照光とを干渉させて干渉縞として記
録し得るものである。具体的にはフォトポリマー系、フォトリフラクティブ結晶
系、カルコゲナイトガラス系等の材料から成る。上記干渉縞の種類としては、明
暗の分布から成る振幅変調型、屈折率の変化から成る位相変調型がある。また信
号光と参照光とを干渉させる方法としては、それぞれの光を別の角度からホログ
ラム記録層１６の同一部分に照射させる方法があるが、先の特許文献１で示され
るように、両光を同軸上に配置して偏光を操作し、一方の入射光と他方の反射光
とを効率良く干渉させてホログラム記録を行う方法を採用すると特に有効である
。

以上が本発明のホログラフィック記録媒体において最低限必要な層の構成であ
るが、必要に応じてホログラム記録層１６の上にホログラム記録層１６を保護す
るための保護層及び最表面に反射防止膜を設けることもできる。
以上のように構成されたホログラフィック記録媒体によれば、フォーマット信
号の凹凸１２Ａが形成されたエリアであっても、記録再生時に用いるホログラム
記録用レーザ光は分離層１４で反射されるので、フォーマット信号の凹凸１２Ａ
の影響を受けることはなく、情報の記録エリアとして使用することができ、この
結果、大容量化が可能となる。また、フォーマット信号の凹凸１２Ａも情報の記
録エリアを考慮することなく、記録媒体の全面に亘って設けることが可能であり
、従って、サーボ用のフォーマット信号は間欠的でなく、連続的に得られるので
、高精度で安定したサーボ動作、すなわちトラッキング動作やフォーカシング動
作を行うことができる。

次に、図３を参照して上記したホログラフィック記録媒体１０の記録再生装置
の光学系について説明する。
図３において、ＬＤ１はホログラム記録再生時にホログラム記録用レーザ光を
出力するホログラム用半導体レーザ素子であり、このレーザ光の波長は例えば５
３０ｎｍである。ＬＤ２はトラッキング操作やフォーカシング操作などのサーボ
動作を行うためのサーボ用レーザ光を出力するサーボ用半導体レーザ素子であり
、このレーザ光の波長は例えば６８０ｎｍである。Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４は凸
レンズ、Ｐは偏光板、Ｍ１、Ｍ２はミラー、ＰＢＳ１、ＰＢＳ２は偏光ビームス
プリッタ、ＳＬＭは液晶等を用いた空間光変調器、Ｇは旋光板、１０は上述のよ
うに形成されたホログラフィック記録媒体であり、図３に向かって右側がホログ
ラム記録層１６側、左側が基板１２側である。

まず、ホログラム記録時のレーザ光の経路について説明する。半導体レーザ素
子ＬＤ１から発生したレーザ光は凸レンズＬ１を通って平行光となり、偏光ビー
ムスプリッタＰＢＳ１によって偏光方向が互いに９０度ずれた２つの光として２
方向に分けられる。この内の一方の光は空間光変調器ＳＬＭを通る。このとき空
間変調器ＳＬＭには記録されるべき１ページ分のデジタル情報が記録信号として
入力されており、空間光変調器ＳＬＭを通過した光は、記録信号に応じた２次元
の明暗パターンから成る信号光Ｓ１として変換される。そしてミラーＭ１で反射
された後、他方の偏光ビームスプリッタＰＢＳ２を通過する。

一方、偏光ビームスプリッタＰＢＳ１によって分けられた他方の光は、参照光
Ｓ２として作用させるものであり、ミラーＭ２で反射し、凸レンズＬ３を通過し
た後、偏光ビームスプリッタＰＢＳ２で反射され、信号光と合成される。凸レン
ズＬ３は、信号光と参照光の焦点位置を光の進行方向に対してずらす目的で挿入
されている。このとき、合成された信号光と参照光とは、各偏光ビームスプリッ
タＰＢＳ１、ＰＢＳ２の作用によって偏光面が９０度ずれているので互いに干渉
し合うことはない。上述のように合成された光は、旋光板Ｇ及び凸レンズＬ４を
通過して本発明のホログラフィック記録媒体１０に達する。このとき旋光板Ｇは
、例えば上半分と下半分とに分割されており、例えば上半分を通過した光は右４
５度、下半分を通過した光は左４５度に偏光面が回転するようになっている。

ここでホログラフィック記録媒体１０の断面の構造は、例えば図２に示す構造
になっており、選択層１４Ｂはホログラム記録用レーザ光である５３０ｎｍの波
長の光に対する反射率が８０％以上、サーボ用レーザ光である６８０ｎｍの波長
の光に対する透過率が８０％以上の特性を有する。また信号光と参照光との合成
光の波長は５３０ｎｍであるので、選択層１４Ｂで８０％以上が反射する。この
とき合成光は旋光板Ｇを通過しているので、ホログラフィック記録媒体１０へ入
射した参照光と、選択層１４Ｂで反射した信号光とが選択的に干渉を起こし、ホ
ログラム記録層１６にホログラム記録がなされる。

次に、サーボ用レーザ光の経路について説明する。他方の半導体レーザ素子Ｌ
Ｄ２から発生したレーザ光は凸レンズＬ２、偏光板Ｐを通って偏光ビームスプリ
ッタＰＢＳ１に達する。このとき、この偏光ビームスプリッタＰＢＳ１でほぼ全
反射するように、偏光板Ｐの方向を合わせておく。偏光ビームスプリッタＰＢＳ
１で反射したサーボ用レーザ光は更にミラーＭ２で反射し、凸レンズＬ３を通っ
て他方の偏光ビームスプリッタＰＢＳ２で反射し、旋光板Ｇ、凸レンズＬ４を通
ってホログラフィック記録媒体１０に達する。このときサーボ用レーザ光の波長
は６８０ｎｍであるので、ホログラフィック記録媒体１０の内部で選択層１４Ｂ
は８０％以上の透過率で透過し、フォーマット信号の刻まれた反射膜１８まで達
して反射する。このとき、サーボ用レーザ光が反射膜１８の位置で焦点を結ぶよ
うに凸レンズＬ２を調整する。上記反射膜１８で反射した以降の光路は図に示し
ていないが、これを光センサまで導いてサーボ信号、すなわちトラッキング信号
やフォーカス信号を得て、この信号に基づいて対物レンズである凸レンズＬ４の
トラッキング制御、フォーカシング制御を行う。

次に、ホログラム記録層１６に記録した情報信号を再生する方法について説明
する。情報信号を再生するには、記録したときに用いた参照光のみを記録したと
きと同じ条件でホログラフィック記録媒体１０に照射する。このホログラフィッ
ク記録媒体１０には記録された情報信号に応じた干渉縞が記録されているので、
参照光を照射することによって記録光と同じ回折光が得られる。これを、記録し
たときと同様の方法で旋光板Ｇを作用させ、参照光と得られた回折光とが干渉し
合わないように干渉光を光検出器に導く。この光検出器は図示していないが、Ｃ
ＣＤアレイや撮像素子などを用いることができ、電気信号に変換することで、記
録信号と同じ信号を再現することができる。尚、上記光学系は単に一例を示した
に過ぎず、これに限定されないのは勿論である。

本発明に係るホログラフィック記録媒体の第１実施例を示す部分拡大断面図である。 本発明の第２実施例を示す部分拡大断面図である。 ホログラフィック記録媒体の記録再生装置の光学系を示す模式図である。 従来のホログラフィック記録媒体の一例を示す拡大断面図である。

符号の説明

１０…ホログラフィック記録媒体、１２…基板、１２Ａ…凹凸、１４…分離層
、１４Ａ…平滑層、１４Ｂ…選択層、１６…ホログラム記録層、１８…反射膜。

Claims (1)

1. 互いに波長の異なるサーボ用レーザ光及びホログラム記録用レー
   ザ光を用いて、情報が記録されるホログラフィック記録媒体において、
   表面にサーボ動作用基準信号が凹凸形状で形成されている基板上に分離層と、
   ホログラム記録層と、が順次形成され、
   前記ホログラム記録層上方から前記サーボ用レーザ光及び前記ホログラム記録
   用レーザ光を照射した際、
   前記分離層は、前記ホログラム記録用レーザ光をその表面で反射させ、前記サ
   ーボ用レーザ光を透過させた後、前記基板の凹凸形状で反射させて前記サーボ動
   作用基準信号を検出させ、
   前記ホログラム記録層は、前記サーボ用レーザ光と透過させ、前記ホログラム
   記録用レーザ光によりホログラム記録させることを特徴とするホログラフィック
   記録媒体。
   
   

Images