JP2008116896A - ホログラフィック記録媒体、ホログラフィック記録媒体の記録方法、再生方法、記録装置及び再生装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】多重記録できる回数を増大させ、S/Nの良好なホログラフィック記録媒体を提供する。
【解決手段】ホログラフィック記録媒体1は、記録光L1,L2により情報が記録されるホログラフィック記録層7と、ホログラフィック記録層7から記録光L1,L2が射出される側に2状態変化層5を備える。2状態変化層5は、光によって第1の状態の反射率から第1の状態より反射率が高い第2の状態の反射率へと可逆的にあるいは非可逆的に変化することのできる材料によって形成されている。
【選択図】図1
【解決手段】ホログラフィック記録媒体1は、記録光L1,L2により情報が記録されるホログラフィック記録層7と、ホログラフィック記録層7から記録光L1,L2が射出される側に2状態変化層5を備える。2状態変化層5は、光によって第1の状態の反射率から第1の状態より反射率が高い第2の状態の反射率へと可逆的にあるいは非可逆的に変化することのできる材料によって形成されている。
【選択図】図1
Description
本発明は、ホログラフィを利用して情報を記録再生するホログラフィック記録媒体、その記録方法、再生方法、記録装置及び再生装置に関する。
ホログラフィック記録媒体への情報の記録は、イメージ情報(画像)に基づく記録信号光と、記録参照光とを記録層に照射して、イメージ情報を干渉縞として記録層に記録することにより行われる。ホログラフィック記録媒体からの情報の再生は、イメージ情報が記録された記録層に再生参照光を照射して、イメージ情報を読み出すことによって行われる。
ホログラフィック記録は、イメージ情報を1ページとして、ページ単位で一括記録再生でき、かつ、記録層の同一箇所に複数ページを多重記録できることから、従来のCD、DVD、ブルーレイディスクで用いられるビット・バイ・ビットの記録方式に替わる、高速かつ大容量の光記録方式として期待される技術である。
ホログラフィック記録は、イメージ情報を1ページとして、ページ単位で一括記録再生でき、かつ、記録層の同一箇所に複数ページを多重記録できることから、従来のCD、DVD、ブルーレイディスクで用いられるビット・バイ・ビットの記録方式に替わる、高速かつ大容量の光記録方式として期待される技術である。
ホログラフィック記録媒体には大別して、反射層を設けずに光を透過させて記録再生を行う透過型媒体と、反射層を設けて反射光を利用して記録再生を行う反射型媒体とに分類される。
また透過型媒体においては、記録媒体の面に対して同一側から記録信号光と記録参照光とを照射して記録を行い、再生参照光を記録した位置に照射してホログラムによる回折光を透過させて再生を行う方法(ホログラムの分類上は透過型ホログラム)と、記録媒体の面に対して互いに異なる側から記録信号光と記録参照光とをそれぞれ照射して記録を行い、再生参照光を記録位置に照射してホログラムによる回折光を反射させて再生を行う方法(ホログラムの分類上は反射型ホログラム)とがある。
また透過型媒体においては、記録媒体の面に対して同一側から記録信号光と記録参照光とを照射して記録を行い、再生参照光を記録した位置に照射してホログラムによる回折光を透過させて再生を行う方法(ホログラムの分類上は透過型ホログラム)と、記録媒体の面に対して互いに異なる側から記録信号光と記録参照光とをそれぞれ照射して記録を行い、再生参照光を記録位置に照射してホログラムによる回折光を反射させて再生を行う方法(ホログラムの分類上は反射型ホログラム)とがある。
透過型ホログラムにおいて、記録時に記録信号光と記録参照光とを照射した面と反対側の面から再生参照光を照射し、再生光を位相共役光として出射させる方法を位相共役再生という。位相共役再生は、レンズ系の収差に代表される光学系に起因する歪の多くが再生時にキャンセルされるため、S/Nが良好で歪の少ないイメージ情報を再生できる有効な再生方法である。
ただし透過型媒体においては、透過型ホログラム、反射型ホログラムいずれの場合も、媒体の記録面に対して両側に記録再生光学系が必要なため、記録再生装置が大型化する。
ただし透過型媒体においては、透過型ホログラム、反射型ホログラムいずれの場合も、媒体の記録面に対して両側に記録再生光学系が必要なため、記録再生装置が大型化する。
一方、反射型媒体においては、記録再生光学系が媒体の記録面に対して片側にあれば十分であるため、記録再生装置を小型化できる。従って、ホログラフィック記録を光ディスクへ応用する場合には反射型媒体を用いることが有利である。更に、光ディスクへの応用のためには、トラッキングサーボやフォーカスサーボをとる必要があり、トラッキングサーボやフォーカスサーボに用いるサーボ光を検出するためにも反射型媒体の方が有利である。
しかしながら反射型媒体の場合、記録または再生時に反射光の影響でノイズ光が発生する場合があり、ノイズ光対策が反射型媒体における課題の一つとなっている。
しかしながら反射型媒体の場合、記録または再生時に反射光の影響でノイズ光が発生する場合があり、ノイズ光対策が反射型媒体における課題の一つとなっている。
上記したような課題を解決するためのホログラフィック記録媒体が、特許文献1に記載されている。
特許文献1には、円板状の透明基板上に偏光変更層と、ホログラフィック記録層と反射膜と基板(保護層)とが順次積層されたホログラフィック記録媒体が記載されている。この記録媒体にホログラフィック記録を行う際、偏光変更層の作用により、入射光と、反射膜で反射された反射光とは偏光が90°異なり、振動方向が90°異なるため干渉することなく、不必要な干渉縞の発生が低減できる。更に不必要な回折格子の形成も低減されるため、再生時におけるS/N比の劣化を防ぐことができる。同様のホログラフィック記録媒体が特許文献2及び非特許文献1にも記載されている。
特開2004−185707号公報
特開2005−215456号公報
Ernest Chuang、外3名,「Consumer Holographic ROM Reader with Mastering and Replication Technology」,2006 IEEE,p.224−226
特許文献1には、円板状の透明基板上に偏光変更層と、ホログラフィック記録層と反射膜と基板(保護層)とが順次積層されたホログラフィック記録媒体が記載されている。この記録媒体にホログラフィック記録を行う際、偏光変更層の作用により、入射光と、反射膜で反射された反射光とは偏光が90°異なり、振動方向が90°異なるため干渉することなく、不必要な干渉縞の発生が低減できる。更に不必要な回折格子の形成も低減されるため、再生時におけるS/N比の劣化を防ぐことができる。同様のホログラフィック記録媒体が特許文献2及び非特許文献1にも記載されている。
ところで、特許文献1に示されるホログラフィック記録媒体に記録する際においても、記録信号光及び記録参照光は、反射膜によって反射し、それぞれの反射光はホログラフィック記録層を通過する。
このため、ホログラフィック記録層は、透明基板側から入射した記録信号光及び記録参照光により露光されるだけでなく、反射層で反射され再び入射する記録信号光及び記録参照光によっても露光される。従ってホログラフィック記録層は、不必要に露光されてしまうため、多重記録を行う場合に多重度記録できる回数(ダイナミックレンジ)を多くすることが困難であった。
このため、ホログラフィック記録層は、透明基板側から入射した記録信号光及び記録参照光により露光されるだけでなく、反射層で反射され再び入射する記録信号光及び記録参照光によっても露光される。従ってホログラフィック記録層は、不必要に露光されてしまうため、多重記録を行う場合に多重度記録できる回数(ダイナミックレンジ)を多くすることが困難であった。
また、記録の際の記録信号光と記録参照光の各反射光は、同一の偏光、言い換えると同一の振動方向を有するので、ホログラフィック記録層中に不必要な干渉縞を生じる。これによって不必要な回折格子が形成され、情報の再生の場合にノイズの原因となり、ホログラフィック記録層に記録した情報から得られるS/N比を悪くしてしまう。
そこで本発明はこのような課題をふまえて提案されるものであって、多重度記録できる回数を増大させ、S/Nの良好なホログラフィック記録媒体、その記録方法、再生方法、記録装置及び再生装置を提供することを目的とする。
そこで本発明はこのような課題をふまえて提案されるものであって、多重度記録できる回数を増大させ、S/Nの良好なホログラフィック記録媒体、その記録方法、再生方法、記録装置及び再生装置を提供することを目的とする。
上記した課題を解決するために本発明は、次の(a)〜(n)を提供するものである。
(a)入射される記録光L1、L2を用いてホログラフィにより情報を記録するホログラフィック記録層7と、前記記録光が前記ホログラフィック記録層から射出する側に設けられ、光によって第1の状態の反射率から前記第1の状態より反射率が高い第2の状態の反射率へと可逆的にあるいは非可逆的に変化する材料により形成されている2状態変化層5とを備えることを特徴とするホログラフィック記録媒体1、9。
(b)前記ホログラフィック記録層と前記2状態変化層との間に、誘電体層6を備えることを特徴とする(a)記載のホログラフィック記録媒体。
(c)前記記録光が前記2状態変化層から射出する側に設けられ、記録または再生を制御するためのフォーマット信号が記録されている基板21を備えることを特徴とする(a)または(b)記載のホログラフィック記録媒体。
(d)前記2状態変化層は、相変化材料と無機材料と有機色素材料とのいずれかにより形成されていることを特徴とする(a)ないし(c)のいずれか一項に記載のホログラフィック記録媒体。
(e)ホログラフィック記録媒体1、9に情報を記録する記録方法において、前記ホログラフィック記録媒体は、入射される記録光L1、L2を用いてホログラフィにより情報を記録するホログラフィック記録層7と、前記記録光が前記ホログラフィック記録層から射出する側に設けられ、光によって第1の状態の反射率から前記第1の状態より反射率が高い第2の状態の反射率へと可逆的にあるいは非可逆的に変化する材料により形成されている2状態変化層5とを備えるホログラフィック記録媒体であり、前記2状態変化層を前記第1の状態の反射率に設定する反射率設定ステップと、前記ホログラフィック記録層に前記記録光を用いて情報を記録する記録ステップとを有することを特徴とする記録方法。
(f)前記記録ステップは、前記記録光として、情報を有する第1の光L1と、前記第1の光と共に前記情報を前記ホログラフィック記録層に記録するための第2の光L2とを用いることを特徴とする(e)記載の記録方法。
(g)前記第1の光を前記ホログラフィック記録媒体における前記記録光の入射面の法線Lnに対して第1の角度で入射させ、前記第2の光を前記法線に対して前記第1の角度と同じまたは異なる第2の角度で入射させることを特徴とする(f)記載の記録方法。
(h)前記第1の角度は前記法線に対して0度であることを特徴とする(g)記載の記録方法。
(i)前記反射率設定ステップは、前記2状態変化層の反射率を前記第1の状態とするための設定光L3を用いて前記2状態変化層の反射率を設定することを特徴とする(e)ないし(h)のいずれか一項に記載の記録方法。
(j)ホログラフィック記録媒体1、9より情報を再生する再生方法において、前記ホログラフィック記録媒体は、入射される記録光L1、L2を用いてホログラフィにより情報を記録するホログラフィック記録層7と、前記記録光が前記ホログラフィック記録層から射出する側に設けられ、光によって第1の状態の反射率から前記第1の状態より反射率が高い第2の状態の反射率へと可逆的にあるいは非可逆的に変化する材料により形成されている2状態変化層5とを備えるホログラフィック記録媒体であり、前記2状態変化層を前記第2の状態の反射率に設定する反射率設定ステップと、前記ホログラフィック記録層から情報を再生するための光L4を用いて情報を再生する再生ステップとを有することを特徴とする再生方法。
(k)前記反射率設定ステップは、前記2状態変化層の反射率を前記第1の状態から前記第2の状態へと変化させるための設定光L3を用いて前記2状態変化層の反射率を設定することを特徴とする(j)記載の再生方法。
(l)前記反射率設定ステップは、情報を有する第1の光L1または、前記第1の光と共に前記情報を前記ホログラフィック記録層に記録するための第2の光L2を用いて前記2状態変化層の反射率を設定することを特徴とする(j)記載の再生方法。
(m)ホログラフィック記録媒体1、9に情報を記録する記録装置において、前記ホログラフィック記録媒体は、入射される記録光L1、L2を用いてホログラフィにより情報を記録するホログラフィック記録層7と、前記記録光が前記ホログラフィック記録層から射出する側に設けられ、光によって第1の状態の反射率から前記第1の状態より反射率が高い第2の状態の反射率へと可逆的にあるいは非可逆的に変化する材料により形成されている2状態変化層5とを備えるホログラフィック記録媒体であり、前記記録光の一部として前記情報を有する第1の光L1を発生させる第2の光発生器31と、前記第1の光と共に前記記録光の他の一部として前記情報を前記ホログラフィック記録層に記録するための第2の光L2を発生させる第3の光発生器32と、前記2状態変化層を前記第1の状態の反射率に設定する第3の光L3を発生させる第3の光発生器33とを備えることを特徴とする記録装置。
(n)ホログラフィック記録媒体1、9より情報を再生する再生装置において、前記ホログラフィック記録媒体は、入射される記録光L1、L2を用いてホログラフィにより情報を記録するホログラフィック記録層7と、前記記録光が前記ホログラフィック記録層から射出する側に設けられ、光によって第1の状態の反射率から前記第1の状態より反射率が高い第2の状態の反射率へと可逆的にあるいは非可逆的に変化する材料により形成されている2状態変化層5とを備えるホログラフィック記録媒体であり、前記2状態変化層を前記第2の状態の反射率に設定する設定光L3を発生させる第1の光発生器33と、前記ホログラフィック記録層に記録された情報を再生するための光L4を発生させる第2の光発生器34とを備えることを特徴とする再生装置。
(a)入射される記録光L1、L2を用いてホログラフィにより情報を記録するホログラフィック記録層7と、前記記録光が前記ホログラフィック記録層から射出する側に設けられ、光によって第1の状態の反射率から前記第1の状態より反射率が高い第2の状態の反射率へと可逆的にあるいは非可逆的に変化する材料により形成されている2状態変化層5とを備えることを特徴とするホログラフィック記録媒体1、9。
(b)前記ホログラフィック記録層と前記2状態変化層との間に、誘電体層6を備えることを特徴とする(a)記載のホログラフィック記録媒体。
(c)前記記録光が前記2状態変化層から射出する側に設けられ、記録または再生を制御するためのフォーマット信号が記録されている基板21を備えることを特徴とする(a)または(b)記載のホログラフィック記録媒体。
(d)前記2状態変化層は、相変化材料と無機材料と有機色素材料とのいずれかにより形成されていることを特徴とする(a)ないし(c)のいずれか一項に記載のホログラフィック記録媒体。
(e)ホログラフィック記録媒体1、9に情報を記録する記録方法において、前記ホログラフィック記録媒体は、入射される記録光L1、L2を用いてホログラフィにより情報を記録するホログラフィック記録層7と、前記記録光が前記ホログラフィック記録層から射出する側に設けられ、光によって第1の状態の反射率から前記第1の状態より反射率が高い第2の状態の反射率へと可逆的にあるいは非可逆的に変化する材料により形成されている2状態変化層5とを備えるホログラフィック記録媒体であり、前記2状態変化層を前記第1の状態の反射率に設定する反射率設定ステップと、前記ホログラフィック記録層に前記記録光を用いて情報を記録する記録ステップとを有することを特徴とする記録方法。
(f)前記記録ステップは、前記記録光として、情報を有する第1の光L1と、前記第1の光と共に前記情報を前記ホログラフィック記録層に記録するための第2の光L2とを用いることを特徴とする(e)記載の記録方法。
(g)前記第1の光を前記ホログラフィック記録媒体における前記記録光の入射面の法線Lnに対して第1の角度で入射させ、前記第2の光を前記法線に対して前記第1の角度と同じまたは異なる第2の角度で入射させることを特徴とする(f)記載の記録方法。
(h)前記第1の角度は前記法線に対して0度であることを特徴とする(g)記載の記録方法。
(i)前記反射率設定ステップは、前記2状態変化層の反射率を前記第1の状態とするための設定光L3を用いて前記2状態変化層の反射率を設定することを特徴とする(e)ないし(h)のいずれか一項に記載の記録方法。
(j)ホログラフィック記録媒体1、9より情報を再生する再生方法において、前記ホログラフィック記録媒体は、入射される記録光L1、L2を用いてホログラフィにより情報を記録するホログラフィック記録層7と、前記記録光が前記ホログラフィック記録層から射出する側に設けられ、光によって第1の状態の反射率から前記第1の状態より反射率が高い第2の状態の反射率へと可逆的にあるいは非可逆的に変化する材料により形成されている2状態変化層5とを備えるホログラフィック記録媒体であり、前記2状態変化層を前記第2の状態の反射率に設定する反射率設定ステップと、前記ホログラフィック記録層から情報を再生するための光L4を用いて情報を再生する再生ステップとを有することを特徴とする再生方法。
(k)前記反射率設定ステップは、前記2状態変化層の反射率を前記第1の状態から前記第2の状態へと変化させるための設定光L3を用いて前記2状態変化層の反射率を設定することを特徴とする(j)記載の再生方法。
(l)前記反射率設定ステップは、情報を有する第1の光L1または、前記第1の光と共に前記情報を前記ホログラフィック記録層に記録するための第2の光L2を用いて前記2状態変化層の反射率を設定することを特徴とする(j)記載の再生方法。
(m)ホログラフィック記録媒体1、9に情報を記録する記録装置において、前記ホログラフィック記録媒体は、入射される記録光L1、L2を用いてホログラフィにより情報を記録するホログラフィック記録層7と、前記記録光が前記ホログラフィック記録層から射出する側に設けられ、光によって第1の状態の反射率から前記第1の状態より反射率が高い第2の状態の反射率へと可逆的にあるいは非可逆的に変化する材料により形成されている2状態変化層5とを備えるホログラフィック記録媒体であり、前記記録光の一部として前記情報を有する第1の光L1を発生させる第2の光発生器31と、前記第1の光と共に前記記録光の他の一部として前記情報を前記ホログラフィック記録層に記録するための第2の光L2を発生させる第3の光発生器32と、前記2状態変化層を前記第1の状態の反射率に設定する第3の光L3を発生させる第3の光発生器33とを備えることを特徴とする記録装置。
(n)ホログラフィック記録媒体1、9より情報を再生する再生装置において、前記ホログラフィック記録媒体は、入射される記録光L1、L2を用いてホログラフィにより情報を記録するホログラフィック記録層7と、前記記録光が前記ホログラフィック記録層から射出する側に設けられ、光によって第1の状態の反射率から前記第1の状態より反射率が高い第2の状態の反射率へと可逆的にあるいは非可逆的に変化する材料により形成されている2状態変化層5とを備えるホログラフィック記録媒体であり、前記2状態変化層を前記第2の状態の反射率に設定する設定光L3を発生させる第1の光発生器33と、前記ホログラフィック記録層に記録された情報を再生するための光L4を発生させる第2の光発生器34とを備えることを特徴とする再生装置。
本発明によれば、多重記録する回数を増大させることができ、かつ再生した際に良好なS/N(信号/ノイズ)を有する再生を行うことができる。
図1は、本発明の一実施形態であるホログラフィック記録媒体1の断面図を示す図である。図1に示すようにホログラフィック記録媒体1は、基板2上に反射層3と、第1誘電体層4と、2状態変化層5と、第2誘電体層6と、ホログラフィック記録層7と、透明基板8とが順次積層された構成を有する。
後述する記録信号光L1、記録参照光L2、再生参照光L3等は、透明基板8側から入射される。
後述する記録信号光L1、記録参照光L2、再生参照光L3等は、透明基板8側から入射される。
基板2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もしくはNi系、Ag系、Al系などの合金からなる金属材料からなる。基板2の形状は、カード状でも円板(ディスク)状でもよい。ディスク状の場合には、記録または再生を制御するためのフォーマット信号が凹凸形状で記録されていることが好ましい。
反射層3は、AlやAgもしくはこれらを主成分とする合金薄膜や、誘電体が多層に積層された誘電体ミラー等の材料からなる。
反射層3は、AlやAgもしくはこれらを主成分とする合金薄膜や、誘電体が多層に積層された誘電体ミラー等の材料からなる。
第1誘電体層4、第2誘電体層6の材料としては、無機系の透明材料、例えば、Zn−S、Si−N、Si−O、Al−O、In−O、Zn−O、Sn−O、Ga−N、B−N、Al−N、及びこれらの混合物、例えば、ZnS−SiO2、In2O3−SnO2、In2O3−ZnOなどが好ましい。あるいは、有機系透明樹脂、例えばポリオレフィン系樹脂、石油樹脂などを用いることもできる。
誘電体層の層数は、光学特性、記録再生特性、耐環境特性等を向上させるよう適宜設定すればよい。所望の特性を示すように、上記した材料のなかから異なる材料を用いて各層を形成し、組み合わせればよい。
誘電体層の層数は、光学特性、記録再生特性、耐環境特性等を向上させるよう適宜設定すればよい。所望の特性を示すように、上記した材料のなかから異なる材料を用いて各層を形成し、組み合わせればよい。
2状態変化層5は、所定の波長を有する光に対して反射率が低い状態と高い状態(2状態)とを取り得て、光によって反射率の低い状態から高い状態へと可逆的にあるいは非可逆的に変化する材料により形成されている。すなわち2状態変化層5は、2状態の間で可逆的に変化する反射率可変層、もしくは、反射率が低い状態から高い状態へ非可逆で変化する反射率可変層である。
2状態変化層5の材料は、反射率が照射光量や温度変化によって変化する、相変化材料と無機材料と有機色素材料のいずれかである。これらの材料のうち光に対して、反射率が低い状態においては4〜5%の反射率を有し、高い状態においては少なくとも10%以上の反射率を有する材料が好ましい。相変化材料は、反射率が熱により可逆的に変化可能であり、無機材料あるいは有機色素材料は反射率は熱により非可逆で変化する。
2状態変化層5の材料は、反射率が照射光量や温度変化によって変化する、相変化材料と無機材料と有機色素材料のいずれかである。これらの材料のうち光に対して、反射率が低い状態においては4〜5%の反射率を有し、高い状態においては少なくとも10%以上の反射率を有する材料が好ましい。相変化材料は、反射率が熱により可逆的に変化可能であり、無機材料あるいは有機色素材料は反射率は熱により非可逆で変化する。
2状態変化層5に相変化材料を用いる場合には、アモルファス状態と結晶状態の2状態を有し、結晶状態の反射率がアモルファス状態の反射率より高い相変化材料が好ましい。例えば、Se、Te等のカルコゲン元素を含む化合物であるSb−Te、Ge−Sb−Te、Ag−In−Sb−Te等、またはこれら化合物をベースに他の添加元素を含有させた材料、Te−O−Pdに代表されるTeを含有する酸化物等である。
また相変化材料は、組成によって共晶系と化合物系とに結晶状態における構造上分類されるが、いずれも使用することができる。
また相変化材料は、組成によって共晶系と化合物系とに結晶状態における構造上分類されるが、いずれも使用することができる。
2状態変化層5に非可逆で反射率が変化する無機材料を用いる場合には、無機材料として、Ag−O等の酸化物材料、Si−Cu合金、Ge−Bi−N等が用いられる。
Ag−O等の酸化物材料が用いられる場合には、光の照射により物理的な変形を生じることによって高反射率状態とすることができる。Si−Cu合金が用いられる場合は、Si層とCu合金層とを積層させたものを低反射率状態とし、光の照射によってSi層とCu合金層とをSi−Cu合金化することで高反射率状態とすることができる。Ge−Bi−Nが用いられる場合は、Bi−NとGe−Nとを混在させた状態を低反射率状態とし、光の照射によってN(窒素)を分解し、窒素ガスの微細な空隙が分散することで高反射率状態とすることができる。
Ag−O等の酸化物材料が用いられる場合には、光の照射により物理的な変形を生じることによって高反射率状態とすることができる。Si−Cu合金が用いられる場合は、Si層とCu合金層とを積層させたものを低反射率状態とし、光の照射によってSi層とCu合金層とをSi−Cu合金化することで高反射率状態とすることができる。Ge−Bi−Nが用いられる場合は、Bi−NとGe−Nとを混在させた状態を低反射率状態とし、光の照射によってN(窒素)を分解し、窒素ガスの微細な空隙が分散することで高反射率状態とすることができる。
2状態変化層5に非可逆で反射率が変化する有機色素材料を用いる場合には、有機色素材料として、光の照射により屈折率が変化するシアニン色素、フタロシアニン色素、アゾ色素等が用いられる。
相変化材料を用いて2状態変化層5を形成した場合、相変化材料のアモルファス状態と結晶状態における反射率の差がより大きくなるよう、第1誘電体層4、2状態変化層5及び第2誘電体層6の各材料及び各膜厚を適宜設定することが好ましい。アモルファス状態と結晶状態とにおいて異なる2状態変化層5の屈折率nと消衰係数kと、各誘電体層に用いた材料の屈折率nと消衰係数kとが相互作用し、アモルファス状態と結晶状態との反射率の差が大きくなるような材料を及び膜厚をそれぞれ選択する。
有機色素材料を用いる場合、第1誘電体層4を設けない媒体構成としてもよい。その際には、2状態変化層5の反射率が低い状態と高い状態との反射率の差が大きくなるように、第2誘電体層6と2状態変化層5の各材料の屈折率と各膜厚とを調整すればよい。
有機色素材料を用いる場合、第1誘電体層4を設けない媒体構成としてもよい。その際には、2状態変化層5の反射率が低い状態と高い状態との反射率の差が大きくなるように、第2誘電体層6と2状態変化層5の各材料の屈折率と各膜厚とを調整すればよい。
ホログラフィック記録層7は、後述する記録信号光と記録参照光とが互いに弱め合う部分と強め合う部分とで屈折率、反射率、吸収率等の光学定数が変調される材料を用いて形成する。例えば、フォトポリマー、カルコゲナイト化合物、色素、色素を添加したサーモプラスチック、フォトリフラクティブ結晶等の材料である。
なお、ホログラフィック記録層7は、書き換え可能なタイプと、1回のみ書き込み可能なライトワンスのタイプに大別される。
なお、ホログラフィック記録層7は、書き換え可能なタイプと、1回のみ書き込み可能なライトワンスのタイプに大別される。
書き換え可能なホログラフィック記録層7を用いる場合には、2状態変化層5として反射率が低い状態と高い状態との間で可逆的に変化する反射率可変層を用いることが、書き換え可能なホログラフィック記録媒体を実現するのに好ましい。
一方、ライトワンスのホログラフィック記録層7を用いる場合には、2状態変化層5は、反射率が低い状態と高い状態との間で可逆的に変化する反射率可変層、もしくは、反射率が低い状態から高い状態へと非可逆で変化する反射率可変層のいずれを使用することも可能である。
一方、ライトワンスのホログラフィック記録層7を用いる場合には、2状態変化層5は、反射率が低い状態と高い状態との間で可逆的に変化する反射率可変層、もしくは、反射率が低い状態から高い状態へと非可逆で変化する反射率可変層のいずれを使用することも可能である。
ここで、ホログラフィック記録層7が、基板としての機能を兼ね備えるに十分な厚みと強度を有するもの、例えば、既述した材料のうちフォトポリマーや色素添加のサーモプラスチック、フォトリフラクティブ結晶等であれば、ホログラフィック記録媒体1の構成を基板2を備えない構成としてもよい。この場合、ホログラフィック記録層7上に上記したような誘電体層、2状態変化層5及び反射層等を適宜形成すればよい。
以上のように構成されたホログラフィック記録媒体1に対して情報を記録する方法について説明する。
図2は、ホログラフィック記録媒体1への記録方法を模式的に示す図である。図2に示すように、ホログラフィック記録媒体1に対して透明基板8側から、情報が変調信号により変調された記録信号光L1を入射角θSで照射する。同時に、記録信号光L1と共に情報をホログラフィック記録層7に記録するための記録参照光L2を入射角θRで照射する。入射角度θSとθRは、ホログラフィック記録媒体1における光の入射面の法線Lnからの傾斜角度であり、これらは同じでも異なっていてもよい。記録信号光L1と記録参照光L2とはホログラフィック記録層7に情報を後述する干渉縞71を形成して記録するための記録光であり、記録信号光L1は光発生器31より、記録参照光L2は光発生器32より発生させる。
このように照射した記録信号光L1と記録参照光L2とをホログラフィック記録層7において干渉させ、ホログラフィック記録層7中に干渉縞71を生じさせて情報を記録する。本実施形態では記録信号光L1と記録参照光L2とは、405nm、514.5nmあるいは532nmいずれかの波長を有するレーザ光を用いる。
図2は、ホログラフィック記録媒体1への記録方法を模式的に示す図である。図2に示すように、ホログラフィック記録媒体1に対して透明基板8側から、情報が変調信号により変調された記録信号光L1を入射角θSで照射する。同時に、記録信号光L1と共に情報をホログラフィック記録層7に記録するための記録参照光L2を入射角θRで照射する。入射角度θSとθRは、ホログラフィック記録媒体1における光の入射面の法線Lnからの傾斜角度であり、これらは同じでも異なっていてもよい。記録信号光L1と記録参照光L2とはホログラフィック記録層7に情報を後述する干渉縞71を形成して記録するための記録光であり、記録信号光L1は光発生器31より、記録参照光L2は光発生器32より発生させる。
このように照射した記録信号光L1と記録参照光L2とをホログラフィック記録層7において干渉させ、ホログラフィック記録層7中に干渉縞71を生じさせて情報を記録する。本実施形態では記録信号光L1と記録参照光L2とは、405nm、514.5nmあるいは532nmいずれかの波長を有するレーザ光を用いる。
ホログラフィック記録層7に情報を記録する際、2状態変化層5は、記録信号光L1及び記録参照光L2に対して反射率の低い状態に設定している。2状態変化層5の反射率は、ホログラフィック記録媒体1の出荷段階で予め低い状態に設定してもよいし、記録の前に2状態変化層5の反射率を低い状態に設定してもよい。
これは、2状態変化層5で反射された記録信号光L1と記録参照光L2とが再度ホログラフィック記録層7に入射して不必要な干渉縞71を形成することを防止し、かつ反射された光によるホログラフィック記録層7の不必要な露光を低下させるためである。こうすることで、ホログラフィック記録層7において同じ箇所に繰り返し記録(多重記録)できる回数(記録多重度)の低下を防ぐことができる。
これは、2状態変化層5で反射された記録信号光L1と記録参照光L2とが再度ホログラフィック記録層7に入射して不必要な干渉縞71を形成することを防止し、かつ反射された光によるホログラフィック記録層7の不必要な露光を低下させるためである。こうすることで、ホログラフィック記録層7において同じ箇所に繰り返し記録(多重記録)できる回数(記録多重度)の低下を防ぐことができる。
ここで、2状態変化層5の反射率の設定を、記録信号光L1及び記録参照光L2に対して反射率が低い状態から、後述する再生参照光L4に対して反射率が高い状態へと変化(移行)させる反射率設定工程について説明する。ホログラフィック記録層7から情報を再生する際、2状態変化層5の反射率が再生参照光L4に対して高い状態に設定されていると良好な再生が行える。2状態変化層5に相変化材料を用いた場合、アモルファス状態が反射率の低い状態であり、結晶状態が反射率の高い状態である。
2状態変化層5の反射率状態の設定を低い状態から高い状態へと変更するには、ホログラフィック記録層7に記録を終えた後、図2に示すように透明基板8側から2状態変化層5の材料に適した条件のレーザ光(設定光)L3を所望の領域に照射して行う。設定光L3は光発生器33より発生させる。上記したように、本実施形態で2状態変化層5に用いた材料はいずれも、熱を加えられ温度が上昇することで反射率が変化する。2状態変化層5に相変化材料を用いた場合には、結晶化温度以上に昇温するよう設定光L3を照射した後冷却し、反射率の状態を移行させる。なお、既述した2状態変化層5の反射率を低い状態へと設定変更する場合も、設定光L3を用いて変更すればよい。
設定光L3は、用いる材料にあわせて以下の(1)〜(4)に示す条件を適宜組み合わせて照射すればよい。(1)波長:300nm〜1500nm、パワー:200mW〜2000mW。(2)レーザ光L3のビームスポット径:0.3μm〜100μm。(3)ホログラフィック記録媒体1に対する相対速度(走査速度):3m/秒〜50m/秒。(4)トラック送りピッチ:3μm〜50μm。ホログラフィック記録媒体1がディスク形状である場合には、ホログラフィック記録媒体1を載置部Tに載置して(3)の条件を満たすように回転させながら、設定光L3の照射を行う。
2状態変化層5の反射率状態の設定を低い状態から高い状態へと変更するには、ホログラフィック記録層7に記録を終えた後、図2に示すように透明基板8側から2状態変化層5の材料に適した条件のレーザ光(設定光)L3を所望の領域に照射して行う。設定光L3は光発生器33より発生させる。上記したように、本実施形態で2状態変化層5に用いた材料はいずれも、熱を加えられ温度が上昇することで反射率が変化する。2状態変化層5に相変化材料を用いた場合には、結晶化温度以上に昇温するよう設定光L3を照射した後冷却し、反射率の状態を移行させる。なお、既述した2状態変化層5の反射率を低い状態へと設定変更する場合も、設定光L3を用いて変更すればよい。
設定光L3は、用いる材料にあわせて以下の(1)〜(4)に示す条件を適宜組み合わせて照射すればよい。(1)波長:300nm〜1500nm、パワー:200mW〜2000mW。(2)レーザ光L3のビームスポット径:0.3μm〜100μm。(3)ホログラフィック記録媒体1に対する相対速度(走査速度):3m/秒〜50m/秒。(4)トラック送りピッチ:3μm〜50μm。ホログラフィック記録媒体1がディスク形状である場合には、ホログラフィック記録媒体1を載置部Tに載置して(3)の条件を満たすように回転させながら、設定光L3の照射を行う。
次に、ホログラフィック記録媒体1から情報を再生する方法について説明する。図3は、ホログラフィック記録媒体1の再生方法を模式的に示す図である。ホログラフィック記録層7から情報を再生する際、2状態変化層5は既述したように光発生器34より発生させる再生参照光L4に対して反射率の高い状態に設定している。
図3に示すように、ホログラフィック記録媒体1の透明基板8側から、干渉縞71より情報を再生するための光である再生参照光L4を、法線Lnに対して入射角θRで照射する。すなわち再生参照光L4を、記録の際に記録参照光L2を入射させた角度θRと同じ角度である傾斜角度θRで入射させる。入射した再生参照光L4は、ホログラフィック記録層7に情報として記録されている干渉縞71で回折され、2状態変化層5で反射されて射出角−θSの方向に再生光L5として射出され取り出される。取り出した再生光L5に対して、光電変換を行い信号処理を行うことで、ホログラフィック記録層7に記録されている情報が再生される。
本実施形態では再生参照光L4は、記録信号光L1と記録参照光L2と同じ波長を有する。光の強度(レーザーパワー)は、記録信号光L1及び記録参照光L2の強度が再生参照光L4の強度より大きくてもよいし、同じでもよい。
図3に示すように、ホログラフィック記録媒体1の透明基板8側から、干渉縞71より情報を再生するための光である再生参照光L4を、法線Lnに対して入射角θRで照射する。すなわち再生参照光L4を、記録の際に記録参照光L2を入射させた角度θRと同じ角度である傾斜角度θRで入射させる。入射した再生参照光L4は、ホログラフィック記録層7に情報として記録されている干渉縞71で回折され、2状態変化層5で反射されて射出角−θSの方向に再生光L5として射出され取り出される。取り出した再生光L5に対して、光電変換を行い信号処理を行うことで、ホログラフィック記録層7に記録されている情報が再生される。
本実施形態では再生参照光L4は、記録信号光L1と記録参照光L2と同じ波長を有する。光の強度(レーザーパワー)は、記録信号光L1及び記録参照光L2の強度が再生参照光L4の強度より大きくてもよいし、同じでもよい。
図4にホログラフィック記録媒体1の他の再生方法を模式的に示す。図4に示すように再生参照光L4を、図2に示した記録参照光L2の入射角θRと法線Lnに対して対称な、−θRを有する角度(方向)からホログラフィック記録層7に対して照射する。この場合、2状態変化層5で反射された再生参照光L4は、位相共役参照光L6となる。再生参照光L4(位相共役参照光L6)はホログラフィック記録層7で回折され、再生光L5は法線Lnに対して角度θSの方向に射出される。
位相共役参照光L6となるような角度で再生参照光L4をホログラフィック記録層7に対して入射させると、再生光L5は、記録信号光L1の入射角θSと同一の角度θSで射出される。このため、記録時と再生時とで光学系を共有でき、記録再生装置を小型化できる。更に記録光学系、例えば集光レンズに収差があっても大部分が再生時に打ち消され、画像歪み、ノイズの少ない再生画像が得られ、S/N(信号/ノイズ)の良好な再生ができる。
位相共役参照光L6となるような角度で再生参照光L4をホログラフィック記録層7に対して入射させると、再生光L5は、記録信号光L1の入射角θSと同一の角度θSで射出される。このため、記録時と再生時とで光学系を共有でき、記録再生装置を小型化できる。更に記録光学系、例えば集光レンズに収差があっても大部分が再生時に打ち消され、画像歪み、ノイズの少ない再生画像が得られ、S/N(信号/ノイズ)の良好な再生ができる。
図2に示した記録方法において、記録信号光L1の入射角θSを法線Lnに対して0度、つまり記録信号光L1をホログラフィック記録層7に対して垂直に入射させて記録を行うと、再生光L5も法線Lnに対して射出角θSが0度(垂直方向)で射出される。従って、記録と再生の際に用いる光学系を共用しやすくなり、更に簡略な光学系で精度の高い記録再生を行うことができる。
また図2では、記録信号光L1と記録参照光L2とをそれぞれ異なる入射角θS、θRでホログラフィック記録層7に照射したが、記録信号光L1と記録参照光L2とが同軸上にあるレーザ光を照射してもよい。このとき、入射角θSとθRとは同じ角度である。レーザ光は、記録信号光L1の一部と記録参照光L2の一部とがホログラフィック記録層7において干渉するよう、対物レンズで集光され照射される。このレーザ光を用いた記録再生においても、本実施形態のホログラフィック記録媒体1は上記同様に、記録多重度が大きく、かつS/Nが良好となる。
また図2では、記録信号光L1と記録参照光L2とをそれぞれ異なる入射角θS、θRでホログラフィック記録層7に照射したが、記録信号光L1と記録参照光L2とが同軸上にあるレーザ光を照射してもよい。このとき、入射角θSとθRとは同じ角度である。レーザ光は、記録信号光L1の一部と記録参照光L2の一部とがホログラフィック記録層7において干渉するよう、対物レンズで集光され照射される。このレーザ光を用いた記録再生においても、本実施形態のホログラフィック記録媒体1は上記同様に、記録多重度が大きく、かつS/Nが良好となる。
良好な記録再生を行うためには、記録時の2状態変化層5の反射率が5%以下と低く、かつ変調度は50%以上であることが要求される。
変調度Rは、アモルファス状態での2状態変化層5の反射率(記録時の反射率)をRa、結晶状態での2状態変化層5の反射率(再生時の反射率)をRcとするとき(Rc−Ra)/Rcで求める。
本実施形態のホログラフィック記録媒体1において、2状態変化層5を結晶化させる前(アモルファス状態)の反射率Ra、結晶化後の反射率Rc及び結晶化後の変調度Rについて、第1誘電体層4、2状態変化層5及び第2誘電体層6の厚さをパラメータとして調べた。
変調度Rは、アモルファス状態での2状態変化層5の反射率(記録時の反射率)をRa、結晶状態での2状態変化層5の反射率(再生時の反射率)をRcとするとき(Rc−Ra)/Rcで求める。
本実施形態のホログラフィック記録媒体1において、2状態変化層5を結晶化させる前(アモルファス状態)の反射率Ra、結晶化後の反射率Rc及び結晶化後の変調度Rについて、第1誘電体層4、2状態変化層5及び第2誘電体層6の厚さをパラメータとして調べた。
ホログラフィック記録媒体1は次のように作製した。硼珪酸ガラスを用いて形成した厚さ0.6mmの基板2上に、反射層3をAgを用いて厚さ200nmで形成した。反射層3上に、第1誘電体層4をZnS−SiO2を用いて厚さ7nm、2状態変化層5を相変化材料であるGe−Sb−Teを用いて厚さ13.5nm、第2誘電体層6をZnS−SiO2を用いて厚さ50nmとしてこの順に積層した。続けて第2誘電体層6上に、ホログラフィック記録層7をフォトポリマーを用いて厚さ0.2mm、透明基板8を硼珪酸ガラスを用いて厚さ0.4mmとしてこの順に積層し、ホログラフィック記録媒体1とした。
なお、第1誘電体層4と第2誘電体層6の屈折率nは2.1、消衰係数kは0、2状態変化層5の反射率が低い状態(アモルファス状態)における屈折率nは3.91、消衰係数kは2.53、2状態変化層5の反射率が高い状態(結晶状態)における屈折率nは2.68、消衰係数kは5.00、反射層3の屈折率nは0.07、消衰係数kは4.1である。
なお、第1誘電体層4と第2誘電体層6の屈折率nは2.1、消衰係数kは0、2状態変化層5の反射率が低い状態(アモルファス状態)における屈折率nは3.91、消衰係数kは2.53、2状態変化層5の反射率が高い状態(結晶状態)における屈折率nは2.68、消衰係数kは5.00、反射層3の屈折率nは0.07、消衰係数kは4.1である。
図5は、2状態変化層5の反射率Ra、Rc及び変調度Rの波長依存性を示す図である。縦軸は、反射率Ra、Rc及び変調度R(%)、横軸は、レーザ光の波長(nm)を示す。
図5に示すように、波長が360nm以上のレーザ光に対する2状態変化層5の結晶化後の変調度Rは50%以上となり、アモルファス状態と結晶状態間(2状態間)での反射率の差が大きく好ましい。更に、波長が480nm〜800nmのレーザ光に対する2状態変化層5の結晶化後の変調度Rは80%以上となり、2状態間での反射率の差が更に大きく好ましい。
図5に示すように、波長が360nm以上のレーザ光に対する2状態変化層5の結晶化後の変調度Rは50%以上となり、アモルファス状態と結晶状態間(2状態間)での反射率の差が大きく好ましい。更に、波長が480nm〜800nmのレーザ光に対する2状態変化層5の結晶化後の変調度Rは80%以上となり、2状態間での反射率の差が更に大きく好ましい。
更に、第1誘電体層4の厚さを1nm〜30nm、2状態変化層5の厚さを1nm〜50nm及び第2誘電体層6の厚さを10nm〜200nmの範囲でそれぞれ変化させて、同様に2状態変化層5の反射率及び変調度を調べた。
第1誘電体層4の厚さが3nm〜30nm、2状態変化層5の厚さが5nm〜40nm、第2誘電体層6の厚さが20nm〜200nmであるとき、480nm〜800nmの波長における反射率は、図5と同様な傾向を示し、変調度Rは50%以上あり良好な結果を得られた。
例えば532nmの波長を有するレーザ光を用いた場合、第1誘電体層4の膜厚が3nm〜30nm、2状態変化層5の膜厚が5nm〜40nm、第2誘電体層6の膜厚が10nm〜200nmにおいて、50%以上の変調度Rが得られた。
第1誘電体層4の厚さが3nm〜30nm、2状態変化層5の厚さが5nm〜40nm、第2誘電体層6の厚さが20nm〜200nmであるとき、480nm〜800nmの波長における反射率は、図5と同様な傾向を示し、変調度Rは50%以上あり良好な結果を得られた。
例えば532nmの波長を有するレーザ光を用いた場合、第1誘電体層4の膜厚が3nm〜30nm、2状態変化層5の膜厚が5nm〜40nm、第2誘電体層6の膜厚が10nm〜200nmにおいて、50%以上の変調度Rが得られた。
次に、上記で作製した本実施形態のホログラフィック記録媒体1のホログラフィック記録層7に対して、記録信号光L1の法線Lnに対する入射角度θSを0度(垂直入射)とし、記録参照光L2(平行光)の法線Lnに対する入射角度θRを変化させて多重記録した。その後、ホログラフィック記録層7から射出される再生光L5の強度について調べた。再生光L5は垂直方向に射出される。ここで2状態変化層5のアモルファス状態から結晶状態への移行は、波長810nmを有する500mW〜900mWのレーザ光L3を、ビームスポット径2μm〜5μm、レーザ走査速度5m/秒、トラック送りピッチ6μm〜20μmの条件で照射して行った。
比較のために、2状態変化層5の代わりにAl層を用いた以外は全て上記と同じ条件で比較用ホログラフィック記録媒体を作製し、同様に記録を行った後の再生光の強度も調べた。比較用のホログラフィック記録媒体は、反射層3を厚さ200nm、Al層を厚さ200nmで形成し、第1誘電体層4、第2誘電体層6は設けない構成とした。
ホログラフィック記録層7への記録は17回(記録多重度17)行った。本実施形態では、波長532nmのレーザ光を用い、記録信号光L1のレーザパワーは0.5mW/cm2、記録参照光L2のレーザパワーは5mW/cm2で2秒間照射して、情報を記録した。
比較のために、2状態変化層5の代わりにAl層を用いた以外は全て上記と同じ条件で比較用ホログラフィック記録媒体を作製し、同様に記録を行った後の再生光の強度も調べた。比較用のホログラフィック記録媒体は、反射層3を厚さ200nm、Al層を厚さ200nmで形成し、第1誘電体層4、第2誘電体層6は設けない構成とした。
ホログラフィック記録層7への記録は17回(記録多重度17)行った。本実施形態では、波長532nmのレーザ光を用い、記録信号光L1のレーザパワーは0.5mW/cm2、記録参照光L2のレーザパワーは5mW/cm2で2秒間照射して、情報を記録した。
調べた結果を図6及び図7に示す。
図6は、規格化再生光強度と記録多重度との関係を示す図である。縦軸は規格化再生光強度、横軸は記録多重度を示す。規格化再生光強度は、本実施形態及び比較用のホログラフィック記録媒体より得られた各再生光において最大の光強度を1として再生光の強さを正規化(規格化)したものである。
図7は、CNRと照射積算量との関係を示す図である。縦軸はCNRを、横軸は照射積算量を示す。CNR[dB]は後述する(1)式で定義され、図6に示す各記録多重度における再生光(回折光)強度の極大値の値をC、極小値をバックグラウンドのノイズレベルNとする。例えば2状態変化層5を用いた場合の再生光強度において記録多重度1回目の極大値CはC1、極小値NはN1とN2との平均値((N1+N2)/2)、同様に2回目の極大値CはC2、極小値NはN2とN3との平均値である。CNRが大きいほどホログラフィック記録媒体は良好に情報が再生されるといえる。照射積算量[mJ/cm2]は、ホログラフィック記録媒体に記録する毎に照射される記録信号光L1及び記録参照光L2の照射量を積算したものである。
CNR=10log10(C/N)…(1)
図6は、規格化再生光強度と記録多重度との関係を示す図である。縦軸は規格化再生光強度、横軸は記録多重度を示す。規格化再生光強度は、本実施形態及び比較用のホログラフィック記録媒体より得られた各再生光において最大の光強度を1として再生光の強さを正規化(規格化)したものである。
図7は、CNRと照射積算量との関係を示す図である。縦軸はCNRを、横軸は照射積算量を示す。CNR[dB]は後述する(1)式で定義され、図6に示す各記録多重度における再生光(回折光)強度の極大値の値をC、極小値をバックグラウンドのノイズレベルNとする。例えば2状態変化層5を用いた場合の再生光強度において記録多重度1回目の極大値CはC1、極小値NはN1とN2との平均値((N1+N2)/2)、同様に2回目の極大値CはC2、極小値NはN2とN3との平均値である。CNRが大きいほどホログラフィック記録媒体は良好に情報が再生されるといえる。照射積算量[mJ/cm2]は、ホログラフィック記録媒体に記録する毎に照射される記録信号光L1及び記録参照光L2の照射量を積算したものである。
CNR=10log10(C/N)…(1)
図6に示すように、相変化材料を用いた2状態変化層5を有する本実施形態のホログラフィック記録媒体1の場合には、記録多重度が増すにつれて再生光強度が徐々に小さくなるが、各記録多重度においては、単一でシャープな波形の再生光が得られる。一方、2状態変化層5の代わりにAl層を用いた比較用ホログラフィック記録媒体の場合には、各記録多重度における再生光の波形は、記録多重度が増すにつれて、複数のピークを有するようになる。
2状態変化層5を用いた場合には、繰り返し記録しても良好な再生光が得られるのに対して、2状態変化層5の代わりにAl層を用いた場合には、繰り返し記録するとノイズが重畳した再生光になることが判明した。
2状態変化層5を用いた場合には、繰り返し記録しても良好な再生光が得られるのに対して、2状態変化層5の代わりにAl層を用いた場合には、繰り返し記録するとノイズが重畳した再生光になることが判明した。
これはホログラフィック記録層7への記録の際に、2状態変化層5は所定の波長に対して反射率の低い状態にあるので、反射された記録信号光L1及び記録参照光L2が再びホログラフィック記録層7に入射して形成される不必要な干渉縞71の形成が低減されるため、再生の際に不必要な干渉縞71からの反射光の影響が少ないことによると考えられる。一方、Al層は反射率が高いので、記録信号光L1及び記録参照光L2がAl層で反射されホログラフィック記録層7に再入射して不必要な干渉縞71が多く形成されるため、再生の際に不必要な干渉縞71からの反射光の影響が大きいことによると考えられる。
図7では、良好な再生が行えるCNRの下限値を5dBとし、各ホログラフィック記録媒体への照射積算量を比較した。相変化材料を用いた2状態変化層5を有するホログラフィック記録媒体1であれば、記録信号光L1及び記録参照光L2の照射積算量が800mJ/cm2となるまで繰り返し記録できる。一方で、2状態変化層5の代わりにAl層を用いた場合には、照射積算量が300mJ/cm2までしか記録を繰り返すことができない。
以上より、2状態変化層5を用いると、Al層を用いた場合より記録信号光L1及び記録参照光L2の照射積算量が2倍以上となっても良好に再生できることがわかる。従って、2状態変化層5を用いたときの記録多重度は、Al層を用いた場合の2倍程度となるといえる。再生光も十分な強度で得られる。これは、記録時に2状態変化層5の反射率を光に対して低い状態としているので、反射光によるホログラフィック記録層7の露光が低く抑えられるためである。
以上より、2状態変化層5を用いると、Al層を用いた場合より記録信号光L1及び記録参照光L2の照射積算量が2倍以上となっても良好に再生できることがわかる。従って、2状態変化層5を用いたときの記録多重度は、Al層を用いた場合の2倍程度となるといえる。再生光も十分な強度で得られる。これは、記録時に2状態変化層5の反射率を光に対して低い状態としているので、反射光によるホログラフィック記録層7の露光が低く抑えられるためである。
次に、記録信号光L1の法線Lnに対する入射角度θSを0度(垂直入射)とし、記録参照光L2の法線Lnに対する入射角度θRを変化させてホログラフィック記録層7に照射し、2−4変調した1ページデータ当たり22.5キロビットの記録信号を7多重記録した。その後、再生参照光L4を法線Lnに対して入射角−θRから照射して(図4に示した位相共役参照光となる)再生を行い、S/Nについて調べた。
再生光L5により再生された画像における各記録ビットに対応した位置の信号強度を、256階調の信号レベルに振り分けた。振り分けた記録ビットを更に、“0”か“1”かで振り分けてそれぞれのヒストグラムを作成した。このときの“0”の平均値及び分散をそれぞれμ0、σ0 2とし、“1”の平均値及び分散をそれぞれμ1、σ1 2とするとき、再生光のS/Nは下記(2)式で表される。(2)式に示すように、再生光のS/Nは、“0”と“1”の分布の山が離れているほど、また分布のバラツキが少ないほど低ノイズであることを示す。
S/N=(μ1−μ0)/(σ1 2+σ0 2)1/2…(2)
再生光L5により再生された画像における各記録ビットに対応した位置の信号強度を、256階調の信号レベルに振り分けた。振り分けた記録ビットを更に、“0”か“1”かで振り分けてそれぞれのヒストグラムを作成した。このときの“0”の平均値及び分散をそれぞれμ0、σ0 2とし、“1”の平均値及び分散をそれぞれμ1、σ1 2とするとき、再生光のS/Nは下記(2)式で表される。(2)式に示すように、再生光のS/Nは、“0”と“1”の分布の山が離れているほど、また分布のバラツキが少ないほど低ノイズであることを示す。
S/N=(μ1−μ0)/(σ1 2+σ0 2)1/2…(2)
図8は本実施形態のホログラフィック記録媒体1及び比較用ホログラフィック記録媒体を再生した各画像を示し、(A)は、2状態変化層5を有する本実施形態のホログラフィック記録媒体1、(B)は、2状態変化層5の代わりにAl層を用いた比較用ホログラフィック記録媒体である。図8より、2状態変化層5を用いた方がAl層を用いた場合よりも、0を示す暗部と1を示す明部とが明瞭な画像が得られ、低ノイズであることがわかる。更にS/Nも良好である。
また本実施形態においては、記録信号光L1の法線Lnに対する入射角度θSを0度(垂直入射)とした。このため、記録信号光L1の入射角と再生光L5の出射角とが同じ角度となり、簡単な光学系で記録再生を行うことができる。更に、再生のときに位相共役参照光を用いたことにより、画像歪の少ない再生画像を得ることができる。
2状態変化層5に無機材料や有機色素材料を用いた場合も、上記した相変化材料を用いたホログラフィック記録媒体1と同様に良好な記録再生が行える。
また本実施形態においては、記録信号光L1の法線Lnに対する入射角度θSを0度(垂直入射)とした。このため、記録信号光L1の入射角と再生光L5の出射角とが同じ角度となり、簡単な光学系で記録再生を行うことができる。更に、再生のときに位相共役参照光を用いたことにより、画像歪の少ない再生画像を得ることができる。
2状態変化層5に無機材料や有機色素材料を用いた場合も、上記した相変化材料を用いたホログラフィック記録媒体1と同様に良好な記録再生が行える。
本実施形態のホログラフィック記録媒体1において、ホログラフィック記録層7への記録の際には、2状態変化層5の所定の波長を有する光に対する反射率を低く設定しているので、2状態変化層5から反射されてホログラフィック記録層7に再入射して不必要な干渉縞71の生成による不必要な回折格子の形成を防止でき、そのため多重記録度を大きくできる。更に、ホログラフィック記録層7に入射する記録信号光L1と記録参照光L2との干渉だけによる情報としての干渉縞71を形成できるため、良好な記録を行うことができる。
また、上記したような干渉縞71がホログラフィック記録層7に記録されているため、再生参照光L4を用いたホログラフィック記録層7の再生の際に、良好なS/Nを得ることができる。
また、上記したような干渉縞71がホログラフィック記録層7に記録されているため、再生参照光L4を用いたホログラフィック記録層7の再生の際に、良好なS/Nを得ることができる。
<第2実施形態>
次に、本発明の第2実施形態のホログラフィック記録媒体9について図9を用いて説明する。
図9に示すホログラフィック記録媒体9は、基板21は円板状であり記録または再生を制御するためのフォーマット信号が凹凸形状で記録されている。ここでフォーマット信号は、トラッキング信号やアドレス信号、記録再生制御信号等である。基板21上に形成されている層の構成は、ホログラフィック記録媒体1における反射層3と第1誘電体層4との間に、反射層3側から順番に平滑層10と反射層11とを積層したものであり、それ以外の層構成は同じである。
フォーマット信号を読み取るためのサーボ光L7はサーボ光発生器37より発生し、ホログラフィック記録媒体9に対して透明基板8側から照射される。他の記録及び再生に用いる光については、既述したホログラフィック記録媒体1と同様に透明基板8側から照射される。
次に、本発明の第2実施形態のホログラフィック記録媒体9について図9を用いて説明する。
図9に示すホログラフィック記録媒体9は、基板21は円板状であり記録または再生を制御するためのフォーマット信号が凹凸形状で記録されている。ここでフォーマット信号は、トラッキング信号やアドレス信号、記録再生制御信号等である。基板21上に形成されている層の構成は、ホログラフィック記録媒体1における反射層3と第1誘電体層4との間に、反射層3側から順番に平滑層10と反射層11とを積層したものであり、それ以外の層構成は同じである。
フォーマット信号を読み取るためのサーボ光L7はサーボ光発生器37より発生し、ホログラフィック記録媒体9に対して透明基板8側から照射される。他の記録及び再生に用いる光については、既述したホログラフィック記録媒体1と同様に透明基板8側から照射される。
平滑層10の材料としては、初期状態で流動性があり、熱、光、紫外線あるいは酸化作用によって硬化でき、サーボ光L7が透過するような光学特性を有するエポキシ樹脂系等の材料が用いられる。
反射層11は、サーボ光L7が透過し、ホログラフィック記録層7の記録信号光L1、記録参照光L2及び再生参照光L4を反射する特性を有する材料を用いて形成する。例えば、アモルファスカーボン、DLC(ダイヤモンドライクカーボン)、これらにHあるいはNを含有させたもの、Si、SiHx及びSiNx等が用いられる。
また反射層11は、Nb2O5、Ta2O5、ZnS−SiO2、Si3N4、TiO2等の屈折率の高い材料を用いた層と、MgF2、SiO2等の屈折率の小さい材料とを用いた層とを、それぞれ所定の厚さで積層してダイクロイックミラーの機能を有する層としてもよい。
ダイクロイックミラーの機能を有する反射層11とした場合には、サーボ光L7とホログラフィック記録層7の記録再生光を確実に分離できる利点を有する。
また反射層11は、Nb2O5、Ta2O5、ZnS−SiO2、Si3N4、TiO2等の屈折率の高い材料を用いた層と、MgF2、SiO2等の屈折率の小さい材料とを用いた層とを、それぞれ所定の厚さで積層してダイクロイックミラーの機能を有する層としてもよい。
ダイクロイックミラーの機能を有する反射層11とした場合には、サーボ光L7とホログラフィック記録層7の記録再生光を確実に分離できる利点を有する。
反射層3と第1誘電体層4との間に、平滑層10と反射層11とを形成することで、フォーマット信号が読み出しやすくなる。ホログラフィック記録媒体9の層構成は、ホログラフィック記録媒体9をディスク形状とする際に好ましい。
ホログラフィック記録媒体9の記録再生方法は、既述したホログラフィック記録媒体1の記録再生方法と同様であるので、その説明を省略する。
ホログラフィック記録媒体9を用いても、既述したようなホログラフィック記録媒体1と同様に良好な記録再生が行える。
ホログラフィック記録媒体9の記録再生方法は、既述したホログラフィック記録媒体1の記録再生方法と同様であるので、その説明を省略する。
ホログラフィック記録媒体9を用いても、既述したようなホログラフィック記録媒体1と同様に良好な記録再生が行える。
<第3実施形態>
以上の第1実施形態及び第2実施形態では、ホログラフィック記録層7に干渉縞71として情報を記録した後、ホログラフィック記録層7より情報を再生する際の前工程として、2状態変化層5を再生参照光L4に対して反射率の低い状態から高い状態へと変化させるための反射率設定工程(以下、設定工程)を設けた。設定工程では、2状態変化層5を反射率の高い状態へ変化させるための設定光L3を照射し、2状態変化層5の反射率を設定する。本発明の各実施形態では2状態変化層5に相変化材料を用いたので、設定工程ではアモルファス状態から結晶状態へと変化させた。
しかしながら、ホログラフィック記録層7に干渉縞71を形成する際に、図10に示すように記録信号光L1あるいは記録参照光L2を2状態変化層5に達するまで照射し、設定工程を同時に行っても良い。すなわち記録信号光L1もしくは記録参照光L2を2状態変化層5に集光させ、ホログラフィック記録層7に記録すると同時に、2状態変化層5が反射率が高い状態に変化する温度以上となるように温度を上昇させる。
2状態変化層5の材料のうち、カルコゲン元素を含む相変化材料は、温度が上昇した後の冷却過程で結晶化する。従ってカルコゲン元素を含む相変化材料を用いると、ホログラフィック記録層7への記録が完了し2状態変化層5が結晶化するまで時間があるため、記録の最中に反射率が変化することがなく、良好に記録でき好ましい。
以上の第1実施形態及び第2実施形態では、ホログラフィック記録層7に干渉縞71として情報を記録した後、ホログラフィック記録層7より情報を再生する際の前工程として、2状態変化層5を再生参照光L4に対して反射率の低い状態から高い状態へと変化させるための反射率設定工程(以下、設定工程)を設けた。設定工程では、2状態変化層5を反射率の高い状態へ変化させるための設定光L3を照射し、2状態変化層5の反射率を設定する。本発明の各実施形態では2状態変化層5に相変化材料を用いたので、設定工程ではアモルファス状態から結晶状態へと変化させた。
しかしながら、ホログラフィック記録層7に干渉縞71を形成する際に、図10に示すように記録信号光L1あるいは記録参照光L2を2状態変化層5に達するまで照射し、設定工程を同時に行っても良い。すなわち記録信号光L1もしくは記録参照光L2を2状態変化層5に集光させ、ホログラフィック記録層7に記録すると同時に、2状態変化層5が反射率が高い状態に変化する温度以上となるように温度を上昇させる。
2状態変化層5の材料のうち、カルコゲン元素を含む相変化材料は、温度が上昇した後の冷却過程で結晶化する。従ってカルコゲン元素を含む相変化材料を用いると、ホログラフィック記録層7への記録が完了し2状態変化層5が結晶化するまで時間があるため、記録の最中に反射率が変化することがなく、良好に記録でき好ましい。
ここでホログラフィック記録層7の材料として、光で反応する(フォトンモード)材料を用いると、本実施形態において2状態変化層5に用いる温度により反応する(ヒートモード)材料より反応が速い。従って、2状態変化層5が変化する前にホログラフィック記録を完了させることができ、反射光の影響が少ない状態でホログラフィック記録が行えるので好ましい。
このようにすることにより、再生に先立って2状態変化層5を再生参照光L4に対して反射率の高い状態にする設定工程が不必要となり、設定光L3の光発生器33を設ける必要がないため記録再生装置を簡略化できる。
このようにすることにより、再生に先立って2状態変化層5を再生参照光L4に対して反射率の高い状態にする設定工程が不必要となり、設定光L3の光発生器33を設ける必要がないため記録再生装置を簡略化できる。
また、ホログラフィック記録層7をフォトポリマーで形成した場合、記録後にモノマーの重合を完結させるためにホログラフィック記録層7を全面にわたって定着露光する必要がある。この場合に2状態変化層5を相変化材料で形成すると、上記した設定工程も必要となる。ここで、設定工程に用いる光の波長をホログラフィック記録層7におけるモノマーが感光する波長に一致させれば、2状態変化層5を結晶状態に変化させる処理とモノマーの定着露光とを同時に行うことができ記録再生装置を簡略化できる。
1 ホログラフィック記録媒体
5 2状態変化層
6 第2誘電体層(誘電体層)
7 ホログラフィック記録層
5 2状態変化層
6 第2誘電体層(誘電体層)
7 ホログラフィック記録層
Claims (14)
- 入射される記録光を用いてホログラフィにより情報を記録するホログラフィック記録層と、
前記記録光が前記ホログラフィック記録層から射出する側に設けられ、光によって第1の状態の反射率から前記第1の状態より反射率が高い第2の状態の反射率へと可逆的にあるいは非可逆的に変化する材料により形成されている2状態変化層と
を備えることを特徴とするホログラフィック記録媒体。 - 前記ホログラフィック記録層と前記2状態変化層との間に、誘電体層を備えることを特徴とする請求項1記載のホログラフィック記録媒体。
- 前記記録光が前記2状態変化層から射出する側に設けられ、記録または再生を制御するためのフォーマット信号が記録されている基板を備えることを特徴とする請求項1または2記載のホログラフィック記録媒体。
- 前記2状態変化層は、相変化材料と無機材料と有機色素材料とのいずれかにより形成されていることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか一項に記載のホログラフィック記録媒体。
- ホログラフィック記録媒体に情報を記録する記録方法において、
前記ホログラフィック記録媒体は、入射される記録光を用いてホログラフィにより情報を記録するホログラフィック記録層と、前記記録光が前記ホログラフィック記録層から射出する側に設けられ、光によって第1の状態の反射率から前記第1の状態より反射率が高い第2の状態の反射率へと可逆的にあるいは非可逆的に変化する材料により形成されている2状態変化層とを備えるホログラフィック記録媒体であり、
前記2状態変化層を前記第1の状態の反射率に設定する反射率設定ステップと、
前記ホログラフィック記録層に前記記録光を用いて情報を記録する記録ステップと
を有することを特徴とする記録方法。 - 前記記録ステップは、前記記録光として、情報を有する第1の光と、前記第1の光と共に前記情報を前記ホログラフィック記録層に記録するための第2の光とを用いることを特徴とする請求項5記載の記録方法。
- 前記第1の光を前記ホログラフィック記録媒体における前記記録光の入射面の法線に対して第1の角度で入射させ、前記第2の光を前記法線に対して前記第1の角度と同じまたは異なる第2の角度で入射させることを特徴とする請求項6記載の記録方法。
- 前記第1の角度は前記法線に対して0度であることを特徴とする請求項7記載の記録方法。
- 前記反射率設定ステップは、前記2状態変化層の反射率を前記第1の状態とするための設定光を用いて前記2状態変化層の反射率を設定することを特徴とする請求項5ないし8のいずれか一項に記載の記録方法。
- ホログラフィック記録媒体より情報を再生する再生方法において、
前記ホログラフィック記録媒体は、入射される記録光を用いてホログラフィにより情報を記録するホログラフィック記録層と、前記記録光が前記ホログラフィック記録層から射出する側に設けられ、光によって第1の状態の反射率から前記第1の状態より反射率が高い第2の状態の反射率へと可逆的にあるいは非可逆的に変化する材料により形成されている2状態変化層とを備えるホログラフィック記録媒体であり、
前記2状態変化層を前記第2の状態の反射率に設定する反射率設定ステップと、
前記ホログラフィック記録層から情報を再生するための光を用いて情報を再生する再生ステップと
を有することを特徴とする再生方法。 - 前記反射率設定ステップは、前記2状態変化層の反射率を前記第1の状態から前記第2の状態へと変化させるための設定光を用いて前記2状態変化層の反射率を設定することを特徴とする請求項10記載の再生方法。
- 前記反射率設定ステップは、情報を有する第1の光または、前記第1の光と共に前記情報を前記ホログラフィック記録層に記録するための第2の光を用いて前記2状態変化層の反射率を設定することを特徴とする請求項10記載の再生方法。
- ホログラフィック記録媒体に情報を記録する記録装置において、
前記ホログラフィック記録媒体は、入射される記録光を用いてホログラフィにより情報を記録するホログラフィック記録層と、前記記録光が前記ホログラフィック記録層から射出する側に設けられ、光によって第1の状態の反射率から前記第1の状態より反射率が高い第2の状態の反射率へと可逆的にあるいは非可逆的に変化する材料により形成されている2状態変化層とを備えるホログラフィック記録媒体であり、
前記記録光の一部として前記情報を有する第1の光を発生させる第1の光発生器と、
前記第1の光と共に前記記録光の他の一部として前記情報を前記ホログラフィック記録層に記録するための第2の光を発生させる第2の光発生器と、
前記2状態変化層を前記第1の状態の反射率に設定する第3の光を発生させる第3の光発生器と、
を備えることを特徴とする記録装置。 - ホログラフィック記録媒体より情報を再生する再生装置において、
前記ホログラフィック記録媒体は、入射される記録光を用いてホログラフィにより情報を記録するホログラフィック記録層と、前記記録光が前記ホログラフィック記録層から射出する側に設けられ、光によって第1の状態の反射率から前記第1の状態より反射率が高い第2の状態の反射率へと可逆的にあるいは非可逆的に変化する材料により形成されている2状態変化層とを備えるホログラフィック記録媒体であり、
前記2状態変化層を前記第2の状態の反射率に設定する設定光を発生させる第1の光発生器と、
前記ホログラフィック記録層に記録された情報を再生するための光を発生させる第2の光発生器と
を備えることを特徴とする再生装置。
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