JP2006040379A - 記録再生装置および記録再生方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 多層化と信頼性を両立してコントラストの高い記録ビットの書き込みおよび再生を行える記録再生装置を提供する。
【解決手段】 多層記録媒体中の記録材料に多光子吸収過程により記録を行う記録再生装置において、記録光の干渉パターンを生じさせることにより、前記多層記録媒体中の記録マークに微細構造を導入した構成となっている。
【選択図】 図１

Description

この発明は、多層記録媒体中の記録材料に多光子吸収過程により記録を行う記録再生装置に関し、特に、多層化と信頼性を両立してコントラストの高い記録ビットの書き込みおよび再生を行える記録再生装置に関するものである。

近年の光ディスクの大容量化は、主に記録波長の短波長化と対物レンズの高ＮＡ化による最短記録波長の改善による記録面密度の向上により成し遂げられてきた。これに対し、光の透過性を利用して、記録媒体全体を有効利用して大容量記録を成し遂げようとする試みは、ホログラムメモリーに端を発し、ビット記録よる３次元光記録へと続いてきた。
またビット記録による３次元光記録は、現用の記録層が１層の光記録に比較し、深さ方向に多層化した分だけ大容量化が可能であり、現状の１００倍を越える大容量記録の実現が期待されている。
深さ方向に多重に記録するには、基本的に同一の性質を持った多重化された記録層の意図した層にのみ書き込んだり、読み出したりすることが必要となる。従って、何らかの非線形性を導入し選択性を付与することが必要となる。この非線形性を付与する方法のひとつとして、２光子吸収反応を利用した書き込みがあげられる。通常の吸収過程は、吸収帯のエネルギーに対応した１光子吸収過程であるが、この半分のエネルギーを持つ光子２つを同時に吸収する２光子吸収過程によっても同様の反応を起こすことが可能である。
この２光子吸収過程の特徴は、吸収量が光強度（エネルギー密度）の２乗に比例することであり、この結果として、光のエネルギー密度が高まる書き込み光の焦点近傍でのみ吸収が起こる。この記録方法では、記録により生じる屈折率変化を、反射型共焦点顕微鏡により読み出している。読み出しのコントラストは記録材料の屈折率変化の大きさに依存するが、屈折率変化が大きすぎると書きこみ後の媒体内での散乱の影響を受ける（例えば、非特許文献１参照）。
前記の技術がバルクメディアに対しＸＹＺの３軸ステージにより記録しているのに対し、記録層とスペーサー層を交互に積相したパイ型メディアへの記録技術が提案されている。この技術のメリットは、記録層が記録感度を持たないスペーサー層で隔てられることにより、深さ方向の記録間隔を狭めることが可能となるばかりでなく、記録ビットの空間的な広がりを制限することにより、ビットの持つ空間周波数を広げることが可能となり、再生コントラストがあがることがあげられている（例えば、非特許文献２参照）。
A.Toriumi et.al.,Opt.Lett.23,1924(1998) 第６２回応用物理学会学術講演会（秋季）講演予稿集12p-B-8,12p-B-9,(2001)

しかしながら、上記従来技術には、以下のような問題点があった。
３次元多層記録を実現するに当たって、深さ方向に記録された情報を読み取る際の各層での反射率は，従来のＣＤ／ＤＶＤ系の光記録方式のような数十％の反射率を維持することはできない。例えば、１００層の記録層を持つとすれば、各層の反射率は１％以下であることが必要とされる。
すなわち、信頼性の高い記録再生を実現するためには、コントラストの高い記録ビットを書く必要があるが、この場合はビットによる散乱の影響が無視できなくなり多層化度が犠牲になる。また、記録メディアの構造の工夫によりコントラストを上げる場合にも、向上には限界があると共に、層間の精度によりコントラストに影響が出るためコストの高いメディアとなる。
そこで、本発明は、上記従来の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、多層化と信頼性を両立してコントラストの高い記録ビットの書き込みおよび再生を行える記録再生装置および記録再生方法を提供することである。

上述の目的を達成するために、請求項１記載の発明は、多層記録媒体中の記録材料に多光子吸収過程により記録を行う記録再生装置において、記録光の干渉パターンを生じさせることにより、前記多層記録媒体中の記録マークに微細構造を導入したことを特徴とする。
また、請求項２記載の発明は、請求項１の記録再生装置において、前記記録光の一部の位相を変更することにより焦点近傍で記録光の干渉パターンを生じさせることを特徴とする。
また、請求項３記載の発明は、請求項２の記録再生装置において、前記記録光の光軸に対称な位置の位相を変更することを特徴とする。
また、請求項４記載の発明は、請求項１、２又は３の記録再生装置において、前記記録光に輪体照明を用いたことを特徴とする。
また、請求項５記載の発明は、請求項１、２、３又は４の記録再生装置において、再生光にも輪体照明を用いたことを特徴とする。
また、請求項６記載の発明は、多層記録媒体中の記録材料に多光子吸収過程により記録を行う記録再生方法において、前記多層記録媒体中の記録マークに微細構造を導入するため記録光の干渉パターンを生じさせるステップを具備したことを特徴とする。

第１の発明によれば、多層記録媒体中の記録材料に多光子吸収過程により記録を行う記録再生装置において、記録光の干渉パターンを生じさせることにより、多層記録媒体中の記録マークに微細構造を導入したので、マークの微細構造の精度が、記録波長および光学系の設定により決まり、記録媒体の機械的構造によりマークの形状を制限する場合に比べより均一な形状が得られる。また、機械的構造に比べ、微細な構造が記録可能であるので、高コントラストなムラの無い記録マークが得られる。
第２の発明によれば、記録光の一部の位相を変更することにより焦点近傍で記録光の干渉パターンを生じさせているので、反射光との定在波により干渉を生じさせる必要が無く、バルクメディアにおいても任意の位置に書きこむことが可能となる。
第３の発明によれば、光軸に対称な位置の位相を変更しているので、効果的に干渉を生じさせることが可能となり、結果としてコントラストの高い記録マークの書きこみが可能となる。
第４の発明によれば、記録光に輪体照明を用いているので、交叉角の異なる（干渉ピッチの異なる）記録光影響が少ない高コントラストな干渉マークを書きこむことが可能となる。結果として、信頼性の高い記録再生システムが実現可能となる。
第５の発明によれば、再生にも輪体照明を用いたので、周辺光により書き込まれた干渉パターンを効果的に読み取ることができ、結果として高コントラストな再生が可能となる。
第６の発明によれば、多層記録媒体中の記録材料に多光子吸収過程により記録を行う記録再生方法において、記録光の干渉パターンを生じさせることにより、多層記録媒体中の記録マークに微細構造を導入したので、マークの微細構造の精度が、記録波長および光学系の設定により決まり、記録媒体の機械的構造によりマークの形状を制限する場合に比べより均一な形状が得られる。また、機械的構造に比べ、微細な構造が記録可能であるので、高コントラストなムラの無い記録マークが得られる。

以下に添付の図を参照してこの発明の実施形態を詳細に説明する。
（実施例）
図１は、本発明による記録再生装置の要部に関する一実施形態の概略構成図である。
図１に示すように、この記録再生装置は、ＸＹＺステージによりメディアを駆動し、任意の位置に３次元記録する記録再生装置であり、多層記録媒体中の記録材料に多光子吸収過程により記録を行うようになっている。
まず、その記録系（書き込み系）について説明すると、記録光源には、フェムト秒レーザー１を用い、フェムト秒レーザー１からのレーザー光に対し、ビームエキスパンダー３を用いビーム径を広げ、輪体絞り５を用いて中心の光束をカットする。中心の光束をカットされたレーザー光は、光軸に対称に位相が１／２波長ずれるよう設計された位相板７で、位相の１／２波長異なる２つの光束に分離後、ハーフミラー９、無偏向キューブミラー１１を通過し、対物レンズ１３で多層記録媒体１５の任意の位置に集光記録する。
記録媒体１５は、アクリル樹脂中にジアリールエテンを記録色素として分散したものを用い、記録マークは、光軸方向に伸びているが、位相の異なる２つの光束の干渉により生じる明暗を反映した屈折率変化の回折パターンの集まりより構成されている。
次に、再生系（読み出し系）について説明すると、再生光源は、ＣＷ光により再生するために半導体レーザー１７を用い、半導体レーザー１７よりのレーザー光は、カップリングレンズ１９により平行光にされた後、輪体絞り２１を用いて中心部の光束がカットされ、その後、ハーフミラー９により光路を変えた後、無偏向キューブミラー１１を通過し、対物レンズ１３で記録媒体１５へ集光される。
そして、記録媒体１５の記録マークにより変調された反射光は、対物レンズ１３により平行光に戻され、無偏向キューブミラー１１により集光レンズ２３に導かれる。集光レンズ２３で集光された反射光は、ピンホール２５により、集光点以外からの反射散乱光をカットされ、リレーレンズ２７により検出器２９上に集光され、記録マークの有無が検出される。そして、ＸＹＺステージにより記録媒体１５をスキャンすることにより、記録マークの全面読み取りを行う。
以上のように、光束の一部に位相差を設けることにより、干渉パターンをもつ記録マークを記録再生する記録システムが完成される。すなわち、ここでは、記録光の干渉パターンを生じさせることにより記録マークに微細構造を導入している。

次に、図２を参照して、光束の一部に位相差を設けることにより干渉パターンを生じる原理について説明する。図２は、書き込み光の光束の一部に位相差を設けた場合の集光部での光束の角度関係を示した図である。
図２において、３１、３３、３５は、それぞれ光軸中心から周辺の光束を表しており、７は、光束の一部に位相差を設けるために挿入した位相板を示している。
ここでは、対物レンズ１３により集光された各光束は、点４０で収束するが、その際の交叉角は、周辺の光束ほど大きく、周期の短い干渉パターンを生じる。すなわち、周辺光ほどコントラストの高いマークを書くポテンシャルを持っていることが判る。
すなわち、これまでは、記録層を物理的に制限することにより、記録ビットの空間周波数の広がりを得る方法が開示されていたが、本発明のように記録光に干渉パターンを生じさせると、１光子吸収により書きこむ場合には、記録光のパスに沿って、記録光の強弱に応じたパターンが記録層中に書きこまれる。これに対し、２光子吸収は、光の強度の２乗に比例して吸収反応が起こるため、光の強弱に対し敏感に反応する。すなわち、２光子吸収は、集光スポット近傍で、かつ、干渉パターンの明部にのみ起こる。従って、２光子吸収により記録された干渉パターンは、記録光の干渉パターンの明暗を増幅した形で記録され、かつ、パターンの周期は記録光の波長と光学配置により決定されるため、高コントラストかつ高精度なパターンの記録マークが得られる。
従って、この記録マークを再生した場合、記録マークの微細構造を反映した空間周波数の広がりによりコントラストの高い再生が可能となる。また、記録再生を同一の波長と対物レンズで行えば、多重反射によるコントラストの増強効果も得ることができる。

この実施形態によれば、多層記録媒体中の記録材料に多光子吸収過程により記録を行う多層記録方法において、記録光の干渉パターンを生じさせることにより、多層記録媒体中の記録マークに微細構造を導入したので、マークの微細構造の精度が、記録波長および光学系の設定により決まり、記録媒体の機械的構造によりマークの形状を制限する場合に比べより均一な形状が得られる。また、機械的構造に比べ、微細な構造が記録可能であるので、高コントラストなムラの無い記録マークが得られる。
なお、ここでは、記録光の一部の位相を変更することにより焦点近傍で記録光の干渉パターンを生じさせている。
一般に、光路中の一部の光の位相を変えても、進行波であるために干渉は起こらない。しかし、今日の光記録のように大きな開口比の対物レンズにより集光した場合には、集光点付近において大きな交叉角度を持った光束が存在し、これらの光束の間に位相差が存在すれば干渉が生じる。前項で述べたように、２光子吸収は、光の強度の２乗に比例して吸収が起こるため、干渉により生じた明暗は増強されて記録される。また、２光子吸収記録は、大きな光強度を要するため、可干渉の高いフェムト秒を用いており、適切な位相差を設けることにより干渉パターンを書きこむことが可能となる。
この実施形態によれば、記録光の一部の位相を変更することにより焦点近傍で記録光の干渉パターンを生じさせているので、反射光との定在波により干渉を生じさせる必要が無く、バルクメディアにおいても任意の位置に書きこむことが可能となる。

また、ここでは、光軸に対称な位置の位相を変更させている。
干渉パターンのコントラストを上げるためには、交叉角を大きく取ることが必要である。集光により交叉角を得ようとした場合、最も交叉角の大きな光束は光軸に対称な位置にある光束である。従って、光軸に対称の位相を変えることによりコントラストの高い記録が可能となる。
この実施形態によれば、光軸に対称な位置の位相を変更しているので、効果的に干渉を生じさせることが可能となり、結果としてコントラストの高い記録マークの書きこみが可能となる。
また、ここでは、記録光に輪体照明を用いている。
記録光強度分布は、一般にガウス分布のような、光軸中心がもっとも強く周辺ほど弱い釣鐘型の分布を持っている。従って、周辺の書きこみ光は大きな交叉角を持ちコントラストの高い回折パターンを生じるが、光軸に近づくに従って交叉角が小さくなり、回折パターンの周期が長く不明瞭となる。しかも、光量は、光軸に近づくほど大きいため、書きこまれるパターンのコントラストの低下を招く。記録光に輪体照明を用いれば、焦点付近の光束は、周辺光のみとなり、交叉角の大きな光でできたコントラストの高いパターンのみが記録され、結果としてコントラストの高い記録マークが得られる。従って、このマークは高い再生のコントラストを得ることができる。
この実施形態によれば、記録光に輪体照明を用いているので、交叉角の異なる（干渉ピッチの異なる）記録光影響が少ない高コントラストな干渉マークを書きこむことが可能となる。結果として、信頼性の高い記録再生システムが実現可能となる。
なお、再生光にも輪体照明を用いても良い。
この実施形態によれば、再生にも輪体照明を用いたので、周辺光により書き込まれた干渉パターンを効果的に読み取ることができ、結果として高コントラストな再生が可能となる。
なお、上記発明の構成は、本発明の構成の一例に過ぎず、前記構成に限るものではない。

本発明による記録再生装置の要部に関する一実施形態の概略構成図である。 書き込み光の光束の一部に位相差を設けた場合の集光部での光束の角度関係を示した図である。

符号の説明

１…フェムト秒レーザー、３…ビームエキスパンダー、７…位相板、９…ハーフミラー、１１…無偏向キューブミラー、１３…対物レンズ、１５…記録媒体、１７…半導体レーザー、１９…カップリングレンズ、２１…輪体絞り、２３…集光レンズ、２５…ピンホール、２７…リレーレンズ、２９…検出器、３１、３３、３５…光束、４０…点

Claims (6)

1. 多層記録媒体中の記録材料に多光子吸収過程により記録を行う記録再生装置であって、記録光の干渉パターンを生じさせることにより、前記多層記録媒体中の記録マークに微細構造を導入したことを特徴とする記録再生装置。
2. 請求項１の記録再生装置において、前記記録光の一部の位相を変更することにより焦点近傍で記録光の干渉パターンを生じさせることを特徴とする記録再生装置。
3. 請求項２の記録再生装置において、前記記録光の光軸に対称な位置の位相を変更することを特徴とする記録再生装置。
4. 請求項１、２又は３の記録再生装置において、前記記録光に輪体照明を用いたことを特徴とする記録再生装置。
5. 請求項１、２、３又は４の記録再生装置において、再生光に輪体照明を用いたことを特徴とする記録再生装置。
6. 多層記録媒体中の記録材料に多光子吸収過程により記録を行う記録再生方法であって、前記多層記録媒体中の記録マークに微細構造を導入するため記録光の干渉パターンを生じさせるステップを具備したことを特徴とする記録再生方法。

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