JP2008209875A - ホログラフィック記録媒体の記録方法及び再生方法 - Google Patents

Abstract

【課題】再生する際に、良好なＳ／Ｎが得られるホログラフィック記録媒体の記 録方法及び再生方法を提供する。
【解決手段】記録信号光をホログラフィック記録層２側から入射し、２状態変化層３を結晶化して高反射率にすると同時に、２状態変化層３で反射されて、ホログラフィック記録層２に入射する反射光と、記録信号光のホログラフィック記録層２に入射する入射光とをホログラフィック記録層２中で干渉させて干渉縞を形成することにより情報を記録する。また、２状態変化層３にレーザ光を照射し、２状態変化層３をアモルファス化して低反射率にし、次に、ホログラフィック記録層２側から再生参照光を入射させ、ホログラフィック記録層２中に形成されている干渉縞からの回折光を再生光として取り出すことにより情報を再生する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ホログラフィ技術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の記録方法及び再生方法に関するものである。

ＣＤやＤＶＤに代表される現行の光記録では、１bit（ビット）ごとに記録媒体に対してピットなどが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、すなわち、光をどれだけ小さく絞れるかによって制限され、光の波長と対物レンズのＮＡによって制限される。
これに対し、ホログラフィー技術を用いた光記録（ホログラフィック記録）では、複数ビットから成るページデータを３次元的に体積ホログラム層に記録する。しかも、それぞれのページデータは、重なり合いながら存在することが可能なため、多重記録が可能である。

このため、ホログラフィック記録では、従来の１bitごと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、従来の方式では、一度に１bitしかデータ転送ができないのに対し、ホログラフィック記録では、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、ホログラフィック記録は様々な分野で実用化に向けた研究開発が精力的に行われている。

また、ホログラフィック記録は通常、情報を有する信号光と、参照光とを、感光性を有するホログラフィック記録媒体に照射し、互いに干渉させて干渉縞を情報として記録する。
しかし、ホログラフィック記録の際に信号光と参照光とが必要で、記録再生装置が大型複雑化する、位置決め精度が厳しく振動に弱い、といった欠点があった。
この欠点を克服するため参照光を用いず、信号光のみでホログラフィック記録が行える記録方法及び記録装置が提案され、その内容が特許文献１に記載されている。

特許文献１には、光源と、この光源から出射される光を記録信号に応じて明暗パターンの記録光に変調して光透過性のホログラム記録媒体に照射する空間光変調器と、ホログラム記録媒体の背面側に配置され、ホログラム記録媒体を透過した記録光を反射し、この反射した反射光と記録光とを干渉させホログラム記録媒体内に干渉縞を生成する反射部材とを有するホログラフィック記録装置が記載されている。

更に、ホログラフィック記録媒体と記録光との相対位置を記録すべき所定の位置に移動し、次に、ホログラフィック記録媒体に記録すべき１ページ分の電気信号を空間光変調器に入力して空間光変調器により光源から出射された光を電気信号に応じて明暗パターンの記録光に変調してホログラフィック記録媒体に照射するとともに、ホログラフィック記録媒体の背面側に配置された反射部材によりホログラフィック記録媒体を透過した記録光の明るい部分をホログラフィック記録媒体側に反射させた反射光と記録光とによる干渉縞をホログラフィック記録媒体に記録し、次に、上記工程を繰り返して記録すべきページ毎に繰り返して行うホログラフィック記録方法が記載されている。
特開２００６−９９８８５号公報

しかしながら、図６に示すように、特許文献１に記載されている方法によって作製されたホログラフィック記録媒体１００のホログラフィック記録層１０１に再生参照光を照射して干渉縞として記録された情報を再生する際、再生参照光は、干渉縞が記録されていないホログラフィック記録層１０１の部分では回折を受けないので、そのまま透過した後、反射部材１０２に到達し、ここで反射されて反射光を生じる。
一方、干渉縞が記録されているホログラフィック記録層１０１の部分では、干渉縞で回折を受けた回折再生光（再生光束）と、回折を受けずにそのまま透過した後、反射部材１０２に到達し、ここで反射された反射光とを生じる。

反射部材１０２の反射面とホログラフィック記録層１０１の面とが平行な場合、入射角と反射角とは等しいので、記録される干渉縞はホログラフィック記録媒体１００の面と平行に形成される。このため、上記した反射光と回折再生光とは、同一方向に出射されるので、情報を再生するための回折再生光に反射光が重畳されることになるため、この反射光がノイズ光となり、Ｓ／Ｎ（ノイズに対する信号比）を悪くするといった問題を生じていた。

この対策として、反射部材１０２の角度を記録時と再生時で異ならせて、上記した反射光と回折再生光の出射方向を異ならせるようにすることが考えられるが、反射部材１０２を回転させたり移動させたりする機構が必要となり、ホログラフィック装置の複雑化を招くといった問題を生じてしまう。
また、このホログラフィック装置の複雑化を解消するために、ホログラフィック記録層１０１中に反射膜を形成することが考えられるが、上記したように、反射部材１０２を反射膜にしたにすぎず、ホログラフィック記録媒体１００の面とが平行になるという上記の問題に立ち返り、良好なＳ／Ｎを得ることはできない。

そこで、本発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、再生する際に、良好なＳ／Ｎが得られるホログラフィック記録媒体の記録方法及び再生方法を提供することを目的とする。

本願発明における第１の発明は、少なくとも、ホログラフィック記録層上に高反射率と低反射率の２状態を取り得る２状態変化層が積層されたか或いは、前記２状態変化層上に前記ホログラフィック記録層が積層されたホログラフィック記録媒体の記録方法において、記録信号光を前記ホログラフィック記録層側から入射し、前記２状態変化層を前記高反射率にすると同時に、前記２状態変化層で反射されて、前記ホログラフィック記録層に入射する反射光と、前記記録信号光の前記ホログラフィック記録層に入射する入射光とを前記ホログラフィック記録層中で干渉させて干渉縞を形成することにより情報を記録することを特徴とするホログラフィック記録媒体の記録方法を提供する。
第２の発明は、少なくとも、情報が干渉縞として形成されているホログラフィック記録層上に高反射率と低反射率の２状態を取り得る２状態変化層が積層されたか或いは、前記２状態変化層上に前記ホログラフィック記録層が積層されたホログラフィック記録媒体の再生方法において、前記２状態変化層を前記低反射率にするステップと、前記ホログラフィック記録層側から再生参照光を入射させ、前記ホログラフィック記録層中に形成されている前記干渉縞からの回折光を再生光として取り出すことにより前記情報を再生するステップと、を有することを特徴とするホログラフィック記録媒体の再生方法を提供する。

本願発明によれば、記録信号光を前記ホログラフィック記録層側から入射し、２状態変化層を高反射率にすると同時に、２状態変化層で反射されて、ホログラフィック記録層に入射する反射光と、記録信号光のホログラフィック記録層に入射する入射光とをホログラフィック記録層中で干渉させて干渉縞を形成することにより情報を記録するので、２状態変化層を低反射率にするステップが不要となり、再生を容易に行うことができる。
また、２状態変化層にレーザ光を照射し、前記２状態変化層を前記低反射率にするステップと、前記ホログラフィック記録層側から再生参照光を入射させ、前記ホログラフィック記録層中に形成されている前記干渉縞からの回折光を再生光として取り出すことにより前記情報を再生するステップと、を有するので、干渉縞が記録されていないホログラム記録媒体の部分を通過して２状態変化層で反射された反射光が干渉縞で回折されて取り出された再生光に重畳されることが低減されるため、良好なＳ／Ｎを有する再生を行うことができる。

以下に本発明の実施の形態に係るホログラフィック記録媒体の記録方法及び再生方法について図１乃至図４を用いて説明する。
図１は、本発明の実施の形態に用いられるホログラフィック記録媒体を示す断面図である。
図２は、本発明の実施の形態に用いられる記録再生装置を示す概略図である。
図３は、本発明の実施の形態に係る記録方法を説明するための図である。
図４は、本発明の実施の形態に係る再生方法を説明するための図である。

本発明の実施の形態に用いられるホログラフィック記録媒体１は、ホログラフィック記録層２上に２状態変化層３を積層したものである。
記録再生レーザ光は、ホログラフィック記録層２側から入射される。

ホログラフィック記録層２は、基板としての機能を兼ね備えるのに十分な厚さと強度を有し、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からなる。このホログラフィック層の材料としては、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がある。
なお、ホログラフィック記録層２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２を用いる場合には、２状態変化層３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、好ましい。
一方、ライトワンスのホログラフィック記録層２を用いる場合には、２状態変化層３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、反射率が高い状態から低い状態へ非可逆で変化する反射率可変層のずれかを使用することも可能である。

２状態変化層３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）との間で可逆的に変化する材料、或いは反射率が高い状態から低い状態へ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３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、反射率が高い状態から低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３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。
２状態変化層３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、これらの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。

２状態変化層３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。

２状態変化層３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。

上記したホログラフィック記録媒体１は、ホログラフィック記録層２を基板としたが、剛性の確保、製造のしやすさ等の理由により、必要に応じて、積層されたホログラフィック記録層２と２状態変化層３の少ないとも一方に基板を設けても良い。
２状態変化層３側に設けられる基板としては、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系などの合金からなる金属材料が用いられる。また、ホログラフィック記録層２側に設けられる基板としては、透明性のガラス系、プラスチック系材料が用いられる。
また、上記した基板は、トラッキングサーボのためのピット溝、アドレス検出等のためのフォーマット信号を有するものでも良く、また、フォーカスサーボやトラッキングサーボ等のサーボ光を反射させるために、基板上に反射層が形成されたものでも良い。この反射層としては、ＡｌやＡｇ若しくはそれらを主成分とする合金薄膜や誘電体が多層された誘電体ミラー等の材料が用いられる。

更に、光学的な特性、記録再生特性、耐環境特性等を改善する目的で、２状態変化層３の少なくとも一方側に誘電体層を設けても良い。
例えば、相変化材料を用いて２状態変化層３を形成した場合、この２状態変化層３の両側に誘電体層を設けることにより、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をより大きくすることができる。

このことは、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３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に材料及び膜厚を選択することにより可能となる。また、２状態変化層３が相変化材料以外の場合でも同様に、２状態変化にともない、光学定数ｎとｋが変化する。つまり、変化前と変化後のｎとｋの値に応じて、適正な膜厚の２状態変化層３の一方側もしくは両側に誘電体層を適正な膜厚で設けることにより、反射率を低い状態から高い状態へ変化させることができる。

誘電体層の材料としては、無機系の透明材料、例えば、Ｚｎ−Ｓ、Ｓｉ−Ｎ、Ｓｉ−Ｏ、Ａｌ−Ｏ、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、有機系透明樹脂の材料としては、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。また、光学特性、記録再生特性、耐環境特性等を改善する目的で、上記材料のうち異なる材料を多層構造としても良い。

ホログラフィック記録媒体１への情報を記録再生する方法について説明する前に、記録再生装置について図２を用いて説明する。
図２に示すように、記録再生装置４は、ページデータが電気信号として入力された記録信号で光を変調して透過又は反射する空間光変調器（ＳＬＭ）５と、ホログラフィック記録媒体１にＳＬＭ５で透過又は反射された変調した光を結像する凸レンズ６とからなる。ページデータは、明“１”と暗“０”からなる２次元の明暗パターンで表される。
凸レンズ６の焦点距離をｆ、ＳＬＭ５と凸レンズ６との間の距離をａ、凸レンズ６とホログラフィック記録媒体１との間の距離をｂとするとき、凸レンズ６とＳＬＭ５とホログラフィック記録媒体１との間の関係は、以下の（１）式を満たすようにする。

次に、ホログラフィック記録媒体１への情報を記録する方法について説明する。
以下では、２状態変化層３は、相変化材料とする。
（２状態変化層の高反射率化ステップ）
２状態変化層３を高反射率状態にするためには、結晶状態にすることが必要である。
ホログラフィック記録媒体１の２状態変化層３にレーザ光を走査して、相変化材料の結晶化温度以上にした後、徐冷することにより、結晶状態化して、高反射率状態にする。
この際、レーザ光は、ホログラフィック記録層２が光反応を生じない波長で行うことが望ましい。

（ホログラフィック記録層への記録ステップ）
図２に示す記録再生装置４に（１）式の関係を満たすように、図３に示すホログラフィック記録媒体１を配置する。
次に、ページデータを入力信号としてＳＬＭ５に供給した状態で、このＳＬＭ５にレーザ光を照射し、反射（或いは透過）させて２次元の明暗パターンからなる記録光束を出射させ、この記録光束を、凸レンズ６を介してホログラフィック記録媒体１に結像する。ＳＬＭ５から出射される記録光束は、記録信号に応じて明るい部分“１”と暗い部分“０”とが分布した光である。

図３に示すように、ホログラフィック記録媒体１では、“１”の部分にのみ、ホログラフィック記録層２に入射する明パターンの記録光束の入射光と、この明パターンの記録光束がホログラフィック記録層２を透過して２状態変化層３で反射された反射光とが干渉して、ホログラフィック記録層２中に情報となる干渉縞として記録される。
ホログラフィック記録層２中で十分な干渉縞が記録されるように、２状態変化層３は、高反射率化されているのである。
図３では、１方向の明暗（“１”、“０”）としか示されていないが、実際には２次元の明暗パターンである。

次に、ホログラフィック記録媒体１への情報を再生する方法について説明する。
（２状態変化層の低反射率化ステップ）
２状態変化層３を低反射率化するためには、アモルファス状態する必要がある。
ホログラフィック記録媒体１の２状態変化層３にレーザ光を走査して、相変化材料の融点温度以上にした後、急冷することにより、アモルファス化して、低反射率状態にする。
この際、レーザ光は、（２状態変化層の高反射率化ステップ）で用いた条件よりも高い光パワー密度で走査させて、急冷状態を実現することが望ましい。

（ホログラフィック記録層からの再生ステップ）
図２に示す記録再生装置４に（１）式を満たすように図４に示すホログラフィック記録媒体１を配置する。
次に、ＳＬＭ５から平行なレーザ光からなる再生参照光を出射させて、凸レンズ６を介してホログラム記録媒体１のホログラフィック記録層２に結像して、明パターンの干渉縞からの回折光を得る。図４に示すように、ホログラフィック記録媒体１の位置では、ブラッグの回折条件と一致して、 “１”の部分に相当する位置に干渉縞が存在するので、回折光が得られる。

この際、干渉縞が存在しないホログラフィック記録層２の部分、即ち“０”の部分に相当する位置を通過して、２状態変化層３で反射された反射光が再びホログラフィック記録層２を通過して、出射する光は、ノイズ光となるが、２状態変化層３が低反射率化されているので、このノイズ光を低減することができる。このため、Ｓ／Ｎ（信号対ノイズ比）の良好な回折光を得ることができる。
この後、回折光をＣＣＤ、ＣＭＯＳセンサに代表されるイメージセンサで電気的に変換することにより再生信号を得ることができる。

以上のように、本発明の実施の形態によれば、ホログラフィック記録層２を再生する際に、２状態変化層３は、低反射率化されているので、干渉縞が存在しないホログラフィック記録層２の部分を通過して、２状態変化層３で反射された反射光が再びホログラフィック記録層２を通過して、出射する光が２状態変化層３で低減されるため、良好なＳ／Ｎが得られる。

なお、本発明の実施の形態では、記録再生するための装置として記録再生装置４を用いたが、図５に示すように、凸レンズ６とホログラフィック記録媒体１との間に凸レンズ７を設けても良い。
この場合、凸レンズ６、７、ＳＬＭ５及びホログラフィック記録媒体１との配置関係は以下のようにすることにより実施の形態と同様な効果が得られる。
即ち、凸レンズ６の焦点距離をｆ、凸レンズ７の焦点距離をｆ１とするとき、凸レンズ６と凸レンズ７との距離をｆ＋ｆ１とし、ＳＬＭ５と凸レンズ６との距離をｆとし、ホログラフィック記録媒体１と凸レンズ７との距離をｆ１となるように配置する。
図５に示す配置においては、ＳＬＭ５の各明“１”から出射された信号光は、ホログラフィック記録媒体１に対して垂直に近い方向で入射されるので、入射光と反射光との干渉領域を広く取ることができるため都合が良い。

更に、（２状態変化層の低反射率化ステップ）を、（ホログラフィック記録層への記録ステップ）で、同時に行うことも可能である。
即ち、記録光束を２状態変化層３に照射する際、低反射率化する状態を実現する条件を選択することによって可能とすることができる。これにより、工程を簡略化できる。
例えば、ホログラフィック記録層２がフォトポリマーの場合ように、ホログラフィック記録終了後に、残留モノマーの重合を完結させる目的で定着露光を行う必要があるときに、走査するレーザ光の波長をホログラフィック記録層２が光反応を生じる波長の光を用いることにより、２状態変化層３を低反射率状態にすることと残留モノマーの重合を完結させることを兼ねて行うことができる。

本発明の実施の形態に用いられるホログラフィック記録媒体を示す断面図である。 本発明の実施の形態に用いられる記録再生装置を示す概略図である。 本発明の実施の形態に係る記録方法を説明するための図である。 本発明の実施の形態に係る再生方法を説明するための図である。 他の記録再生装置を示す概略図である。 従来の記録再生方法を説明するための図である。

符号の説明

１…ホログラフィック記録媒体、２…ホログラフィック記録層、３…２状態変化層、４…記録再生装置、５…空間光変調器、６、７…凸レンズ

Claims (2)

1. 少なくとも、ホログラフィック記録層上に高反射率と低反射率の２状態を取り得る２状態変化層が積層されたか或いは、前記２状態変化層上に前記ホログラフィック記録層が積層されたホログラフィック記録媒体の記録方法において、
   記録信号光を前記ホログラフィック記録層側から入射し、前記２状態変化層を前記高反射率にすると同時に、前記２状態変化層で反射されて、前記ホログラフィック記録層に入射する反射光と、前記記録信号光の前記ホログラフィック記録層に入射する入射光とを前記ホログラフィック記録層中で干渉させて干渉縞を形成することにより情報を記録することを特徴とするホログラフィック記録媒体の記録方法。
2. 少なくとも、情報が干渉縞として形成されているホログラフィック記録層上に高反射率と低反射率の２状態を取り得る２状態変化層が積層されたか或いは、前記２状態変化層上に前記ホログラフィック記録層が積層されたホログラフィック記録媒体の再生方法において、
   前記２状態変化層を前記低反射率にするステップと、
   前記ホログラフィック記録層側から再生参照光を入射させ、前記ホログラフィック記録層中に形成されている前記干渉縞からの回折光を再生光として取り出すことにより前記情報を再生するステップと、
   を有することを特徴とするホログラフィック記録媒体の再生方法。

Images