JP2010176765A

JP2010176765A - 光記録媒体における多層反射型ホログラムの形成方法

Info

Publication number: JP2010176765A
Application number: JP2009019985A
Authority: JP
Inventors: Jiro Yoshinari; 次郎吉成; Atsuko Kosuda; 小須田　　敦子; Naoki Hayashida; 直樹林田; Motohiro Inoue; 素宏井上
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2009-01-30
Filing date: 2009-01-30
Publication date: 2010-08-12
Also published as: US8310745B2; US20100195177A1

Abstract

【課題】簡単な手順で、光記録媒体におけるホログラム材料層に、多層反射型ホログラム層を形成する方法を提供する。
【解決手段】干渉可能な２光束の偏光レーザビームを一対として、相互に不干渉な２対の偏光レーザビームを用い、第１対の偏光レーザビームを、ホログラム材料層に相互に反対方向から、ホログラム材料層を中心として対称となる入射角で入射させ、又、第２対は第１対と異なる入射角で入射させて、その干渉パターンからホログラム材料層の深さ方向に変調された多層反射型ホログラム層を有する情報記録層を形成する。
【選択図】図１

Description

この発明は、光記録媒体に、ホログラフィを利用して情報を記録する情報記録層となる多層反射型ホログラムを形成する方法に関する。

特許文献１には、記録媒体にフォーマットホログラム（反射型ホログラム）を形成した後に、該フォーマットホログラムを局所的に変性することによって、反射率を変化させてビットバイビット記録をするデータ書き込みのシステム及び方法が開示されている。

又、特許文献２には、上記のような、フォーマットホログラムを局所的に変性することによって情報を記録する記録媒体に、ホログラム層とは別にデディケイテッドサーボ層を設け、このサーボ層によりサーボをとることが開示されている。

更に、非特許文献１には、上記のように、デディケイテッドサーボ層でサーボをとりながら、情報を再生すると、光ヘッドの、チルトに対してマージンが小さくなり、良好な再生が困難になることが開示されている。

又、この非特許文献１には、マイクロホログラムとしてホログラム記録層を設け、このマイクロホログラムそのものを直接トラッキングサーボすることによって、チルトに対してマージンのあるトラッキングサーボ特性を得ることもできると開示されている。

特表２００２−５０２０５７号公報ＵＳ６，５７４，３７４Ｂ１

Ｍiyamoto，et．al．，Ｔech．Ｄigest of ＩＳＯＭ／ＯＤＳ２００８，ＭＢ０４

上記のように、フォーマットホログラムを用いた光記録媒体の再生時に、デディケイテッドサーボを用いて再生することは、チルトマージンが狭いために良好な情報再生を実現するには困難を伴う。

一方、マイクロホログラム表面に直接トラッキングサーボ（ダイレクトサーボ）する場合は、チルトマージンが広がるが、フォーマットホログラム層が複数の場合に、各層にサーボマークを形成するには膨大な時間が必要であり、光記録媒体の製造コストが大幅に増大してしまうという問題点がある。

一方、光記録媒体の記録容量を増大するために、反射型ホログラム層を多層に形成することが提案されているが、このような多層のホログラム層にダイレクトサーボをかけるためには、ホログラムを空間的深さ方向に変調し、記録光／再生光のフォーカスサーボをとる必要がある。

ホログラムを空間的に変調するには、情報記録層を、ホログラム層とスペーサ層が相互に積層された構成とするか、あるいは、均一な情報記録層にホログラムを変調して記録するかが考えられるが、ホログラム層とスペーサ層を順次積層していくと、積層工程が必要となり、光記録媒体の製造コストを増大させてしまうという問題点がある。

又、ホログラムを変調して記録する方法としては、互いに対向したレーザビームをホログラム材料中で干渉させることによって、局所的な反射型ホログラムを順次形成させていくことになるが、この方法では、１回で形成される干渉縞（反射型ホログラム）の領域が小さいために、光記録媒体全体にホログラムを形成するには多大な時間が必要となり、又、干渉縞が形成される領域以外も露光されてしまうためにホログラムの形成効率が低いという問題点がある。

この発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、光記録媒体において、低コストで、ダイレクトサーボによる情報再生を実現することができる多層反射型ホログラムの形成方法を提供することを課題とする。

本発明者は、光記録媒体に、４光束のレーザビームを２光束づつ２対として用いて、深さ方向に変調された多層反射型ホログラム層を形成できることを見出した。また、このように多層反射型ホログラム層を形成した光記録媒体への情報記録時に、反射型ホログラム層とは別個に設けられたサーボ層によってトラッキングサーボを行なって、データ情報とトラッキング情報とを同一の反射型ホログラム層に記録し、再生時には、多層反射型ホログラム層に形成したトラッキング情報を用いて情報再生をすることによって、低コストでチルトマージンが広い良好な特性が得られることを見出した。

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。

（１）ホログラム材料層に２光束のレーザビームを照射して、その干渉パターンにより反射型ホログラム層を形成する光記録媒体における多層反射型ホログラム形成方法であって、干渉可能な２光束の偏光レーザビームを一対として、相互に不干渉な２対を用い、各対における前記偏光レーザビームを、それぞれ前記ホログラム材料層に相互に反対方向から、前記ホログラム材料層を中心として厚さ方向に対称となる入射角、且つ、各対相互では異なる入射角で入射させて、その干渉パターンから前記ホログラム材料層の深さ方向に変調された多層反射型ホログラム層を形成することを特徴とする光記録媒体における多層反射型ホログラムの形成方法。

（２）前記ホログラム材料層に、同一のレーザビームから分離した一対のｐ偏光レーザビーム又は一対のｓ偏光レーザビームからなる第１の対を相互に反対方向から、前記ホログラム材料層を中心として厚さ方向に対称となる入射角で入射して、該ホログラム材料層中で干渉させ、前記レーザビームから分離した他の対のｓ偏光ビーム又はｐ偏光ビームを前記ホログラム材料層に相互に反対方向から、且つ、同一方向に入射する前記第１の対の前記ｐ偏光ビーム又はｓ偏光ビームに対して角度θをなして入射して干渉させて、多層反射型ホログラム層を形成することを特徴とする（１）に記載の光記録媒体における多層反射型ホログラムの形成方法。

本発明に係る多層反射型ホログラム形成方法によれば、低コストで、且つ簡単に、ホログラム材料層の深さ方向に変調された多層反射型ホログラム層を形成することができる。

本発明の実施例１に係る多層反射型ホログラム層形成方法を実施するための、反射型ホログラム形成光学系を示すブロック図図１の反射型ホログラム形成光学系により多層反射型ホログラム層が形成された光記録媒体の概略を模式的に示す断面図図１に示される反射型ホログラム形成光学系により、形成された反射型ホログラムにおける深さ方向の変調を確認するためのホログラム測定光学系を示すブロック図同ホログラム形成光学系によって反射型ホログラムの深さ方向の空間変調ピッチを形成する際の、空間ピッチ変調を説明するためのベクトル図同反射型ホログラムにおけるホログラム強度を、媒体深さとの関係において示す強度分布図反射型ホログラム層での、反射率と深さとの関係である反射率の深さ依存性を示すグラフ

以下本発明の実施例を、図面を参照して説明する。

この実施例は、図１に示される反射型ホログラム形成光学系１０によってホログラム材料に複数の反射型ホログラム層を形成して、多層反射型ホログラム層を有する光記録媒体１２（図２参照）とするものであり、これは図３に示される反射型ホログラム測定光学系３０によってホログラム反射率（回折効率）を確認される。

この実施例に係る光記録媒体１２は、ホログラム材料層に、形成される反射型ホログラムの深さ方向の空間変調ピッチを調整し、複数の反射型ホログラム層１２Ｈを深さ方向に形成してなる情報記録層１２Ｆを有している。なお、複数の反射型ホログラム層の形成前の情報記録層をホログラム材料層と称する。

まず、図１を参照して本発明に係る多層反射型ホログラム形成方法を実施するための反射型ホログラム形成光学系１０について説明する。

この反射型ホログラム形成光学系１０は、レーザビームを出射する外部共振型ＬＤ（以下ＥＣＬＤ）１３と、このＥＣＬＤ１３から出射されたレーザビームを略円形にビーム整形するアナモリフィックプリズム１４と、光アイソレータ１５と、光シャッター１６と、光シャッター１６を通過したレーザビームのビームプロファイルを改良するための、レンズ対１７Ａ、１７Ｂ、その間のピンホール１７Ｃからなる空間フィルタ１７と、ミラー１８と、このミラー１８によって反射されたレーザビームの位相をシフトする１／２波長板１９と、このレーザビームを２光束に分割するビームスプリッタ２０とを有している。ここで、１／２波長板１９は、これを透過するレーザビームが４５°偏光（ｓ偏光とｐ偏光の中間）となるようにセットされている。

又、反射型ホログラム形成光学系１０は、ビームスプリッタ２０を透過したレーザビームが、ミラー２１Ａにおいて反射された後に、偏光ビームスプリッタ２２Ａにより透過光（ｐ偏光）と反射光（ｓ偏光）とに分離され、ｐ偏光ビームは、ミラー２４Ａにより９０°反射されて、アパーチャ２６Ａでビーム径が４ｍｍに削られ、ｓ偏光ビームは、アパーチャ２８Ａで約４ｍｍのビーム径に絞られて、サンプルホルダー２９にセットされた、ホログラムが形成されていない未露光の光記録媒体１２（以下サンプル１２と称する）に図１において上方から入射するようにされている。ここで、ｐ偏光ビームはサンプル１２の上面に対して垂直に入射し、ｓ偏光ビームはｐ偏光ビームと角度θで交差するようにされている。

ビームスプリッタ２０で反射されたレーザビームは、ミラー２１Ｂで反射された後、偏光ビームスプリッタ２２Ｂでｐ偏光及びｓ偏光に分離され、ｐ偏光ビームはアパーチャ２６Ｂを通って、又、ｓ偏光ビームはアパーチャ２８Ｂを通って、それぞれサンプル１２に下方から入射するようにされている。ここで、ｐ偏光ビームはサンプル１２の下面に対して垂直に入射し、ｓ偏光ビームはｐ偏光ビームと角度θで交差するようにされている。

実施例１では、ホログラム記録材料を次のように作成した。

有機金属微粒子材料の合成；
テトラ−ｎ−ブトキシチタン、Ｔｉ（ＯＣ_４Ｈ_９）_４；（株）高純度化学研究所製）３．６５ｇと、２−エチル−１．３−へキサンジオール（東京化学工業（株）製）３．１ｇとを、ｎ−ブタノール溶媒１ｍｌ中で室温にて混合し、１０分間攪拌した。Ｔｉ（ＯＣ_４Ｈ_９）４／２−エチル−１．３−へキサンニオール＝１／２（モル比）の反応液に、ジフェニルジメトキシシラン（信越化学工業（株）製、ＬＳ−５３００）２．６ｇを加え、金属アルコキシド溶液とした。Ｔｉ／Ｓｉ＝１／２（モル比）である。

水０．２ｍｌ、２Ｎ塩酸水溶液０．０８ｍｌ、及び、ブタノール溶媒１ｍｌからなる溶液を、前記金属アイコキシド溶液に攪拌しながら、室温で滴下し、１時間攪拌を続けて加水分解反応及び縮合反応を行なった。これによって、ゲル溶液を得た。

光重合性モノマー；
光重合性化合物として、ポリエチレングリコールジアクリルレート（東亜合成（株）製、アロニックスＭ−２４５）１００重量部に、光重合開始剤としてイルガキュア９０７（チバ・スペシャルティ・ケミカルズ（株）製）３重量部と、光増感剤としてチオキサンテン−９−オン０．２重量部とを加え、光重合性化合物を含む混合物とした。

ホログラム記録材料溶液；
有機金属マトリックス材料（不揮発分としての）の割合が８０重量部、光重合性化合物の割合が２０重量部となるように、前記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、加水分解及び縮合反応を十分に進行させて、ホログラム記録材料溶液を得た。

ホログラム基板の構成；
直径１２０ｍｍ、厚さ１ｍｍのガラスディスク基板１２Ａ上に、２Ｐ工法により、トラックピッチ０．７４μｍのグルーブ１２Ｂを形成して、ホログラム媒体を作成した。この上に、スパッタリングにより、ダイクロイック膜１２Ｃを成膜して、サンプル１２とした。

ダイクロイック膜１２Ｃは、窒化ケイ素８０ｎｍ／酸化ケイ素１１０ｎｍ／窒化ケイ素８０ｎｍ／酸化ケイ素１１０ｎｍ／窒化ケイ素８０ｎｍで積層した。このダイクロイック膜１２Ｃの分光特性は、赤色光（波長６５０ｎｍ）に対して反射率６０％、及び、青色光（波長４０５ｎｍ）に対して反射率７％が測定された。

このダイクロイック膜１２Ｃの特性は、前記ホログラム媒体を積層した場合には、光学シミュレーションによると、赤色光に対して反射率５０％、青色光に対して反射率０．５％となる。即ち、ダイクロイック膜１２Ｃで赤色光は５０％反射するが青色光では殆ど反射しないことから、反射型ホログラムを反射型ホログラム形成光学系１０によって形成できることが分かる。

光記録媒体の構成；
上記の、グルーブ１２Ｂを形成し、ダイクロイック膜１２Ｃを成膜してなるガラスディスク基板１２Ａに、厚み４５０μｍのガラス基板１２ＥをＵＶ接着剤（接着層１２Ｄ）を用いて貼り合わせ、上記ホログラム記録材料溶液をスピンコート法により塗布して、８０℃で２４時間乾燥し溶媒を揮発させて、乾燥膜厚２０μｍのホログラム記録材料層を得た。

この上に、厚さ１００μｍのポリカーボネートシートからなるカバー層１２Ｇで被覆し、反射型ホログラム層の形成前の光記録媒体（サンプル）を得た。

反射型ホログラム層の形成；
図１に示される反射型ホログラム形成光学系１０におけるサンプルホルダー２９に上記サンプル１２をセットして、反射型ホログラムの形成を行なう。

反射型ホログラム形成光学系１０において、ＥＣＬＤ１３は、波長４０５ｎｍのレーザビームを出射し、空間フィルタ１７において、レーザビームはビームプロファイルが改良されると共にビーム径が約１０ｍｍに拡大される。レーザビームはミラー１８によって反射され、１／２波長板１９において４５°偏光ビームとされ、次いでビームスプリッタ２０により透過光及び反射光の２つの光束に分離される。

この反射型ホログラム形成光学系１０においては、ビームスプリッタ２０で分離された２つの４５°偏光ビームが、それぞれ更に偏光ビームスプリッタ２２Ａ、２２Ｂにより、ｐ偏光ビーム及びｓ偏光ビームに分離されて、４光束となり、光記録媒体１２に対して上下から同時に入射されてホログラムを形成することになる。

このとき、サンプルホルダー２９内の光記録媒体１２に法線方向（厚さ方向又は深さ方向）から入射するレーザビームをｐ偏光ビーム、これに対して角度θを形成するように入射するレーザビームをｓ偏光ビームとすると、角度θにより反射型ホログラムの深さ方向の空間変調ピッチを形成することができる。

次に、反射型ホログラムの深さ方向の空間ピッチについて説明する。

図４は、反射型ホログラム形成部の入射レーザビームのベクトルの関係を示したものであり、ｋｓ１、ｋｒ１は媒体法線方向に入射するｐ偏光の光ベクトル、ｋｓ２、ｋｒ２は交差角θで入射するｓ偏光の光ベクトルをそれぞれ表わす。

ここで、ｐ偏光とｓ偏光は相互に干渉しないために、干渉縞ベクトルは、ｐ偏光同士及びｓ偏光同士が干渉ベクトルの和となることとなる。一般に、次の（１）式〜（５）式によって表わされる。

ここで、（５）式におけるＩｚは、ホログラム強度、ａ_１、ａ_２は、ｐ波、ｓ波の強度比、λは入射するレーザビームの波長、ｚは干渉縞の深さをそれぞれ示す。

上記（１）式〜（５）式において、レーザビームの波長λ＝４０５ｎｍ、θ＝２０°、ｐ波及びｓ波の強度比を１：１とすると、（５）式からは、図５に示されるような干渉縞の深さ分布が得られ、反射型ホログラム層１２Ｈの空間変調ピッチが約３．５μｍとなることが分かる。

反射型ホログラム形成光学系１０のサンプルホルダー２９に上記サンプル１２をセットして、反射型ホログラムを形成した。

ここでは、θ＝６°に設定し、ホログラム形成用のレーザパワーは、ｓ波とｐ波の強度比を１：１とし、情報記録層前面上でそれぞれ３００μＷで、６０秒間の露光をした。反射型ホログラム層１２Ｈの変調ピッチは、上記（１）〜（５）式での計算上６μｍとした。その後に、中心波長４００ｎｍのＬＥＤ光を照射して、ポストキュアを行ない、ホログラム材料の重合反応を完了させて、光記録媒体１２を完成した。

次に、図３に示される、光記録媒体１２のための反射型ホログラム測定光学系３０について説明する。

この反射型ホログラム測定光学系３０は、波長４０５ｎｍのブルーレーザを出射するレーザダイオード３２と、前記反射型ホログラムが形成された光記録媒体１２との間に、コリメータレンズ３３、１／２波長板３４、偏光ビームスプリッタ３５、１／４波長板３６、リレーレンズ３７、対物レンズ３８をこの順で配置すると共に、光記録媒体１２で反射され、偏光ビームスプリッタ３５に戻り、ここで反射された偏光ビームを集光させる集光レンズ４０、集光レンズ４０からの光ビームの直径を０．２ｍｍに絞るピンホール４２、及び、該ビーム径が絞られたレーザビームを受光する光検出器４４、を備えて構成されている。

リレーレンズ３７は、集光レンズ３７Ａ及びシフトレンズ３７Ｂとから構成され、集光レンズ３７Ａに対してシフトレンズ３７Ｂを光軸上で移動させることによって、対物レンズ３８の、光記録媒体１２におけるフォーカス位置を厚さ方向（深さ方向）に移動させるものである。

この反射型ホログラム測定光学系３０において、前記レーザダイオード３２から出射した拡散光であるレーザビームは、コリメータレンズ３３により平行光とされ、更に１／２波長板３４によりｐ偏光とされる。

このｐ偏光であるレーザビームは、偏光ビームスプリッタ３５を通過し、１／４波長板３６によって円偏光にされ、リレーレンズ３７を介して対物レンズ３８により、光記録媒体１２中に集光される。その集束光は、フォーカス点近傍で平行光となり、光記録媒体１２中に形成された反射型ホログラムと干渉して、反射光（回折光）を生成する。

この反射光は、対物レンズ３８、リレーレンズ３７、１／４波長板３６を前記と逆方向に通過し、ｓ偏光となって、偏光ビームスプリッタ３５において９０°反射され、集光レンズ４０に集光されてから、ピンホール４２を通過してビーム径が絞られてから、光検出器４４において検出される。

ここで、光記録媒体１２中で、入射レーザビームがフォーカス点近傍で平行光となる領域は、波長λ、対物レンズの開口数ＮＡ、ホログラム媒体の屈折率ｎから、集光幅ｗ＝λ／ＮＡ、集光深さＬ＝４λｎ／ＮＡ^２で表わされる。

反射型ホログラム形成光学系１０においては、λ＝４０５ｎｍ、ＮＡ＝０．８５、ホログラム媒体の屈折率ｎ＝１．６２としたとき、集光幅はｗ＝０．４８μｍ、集光深さはＬ＝３．６μｍとなり、この領域の反射型ホログラム層からの反射光が検出可能である。

又、光検出器４４の直前に設けられたピンホール４２は、フォーカス位置にある反射型ホログラム層以外からの反射光（迷光）を遮断するためであり、リレーレンズ３７のシフトレンズ３７Ｂを動かすことによってフォーカス点を移動させ、前記集光幅ｗ＝０．４８μｍ、集光深さＬ＝３．６μｍの領域からの反射光を検出することができる。

ここで、対物レンズ３８のフォーカスの中心点をポリカーボネート（カバー層１２Ｇ）と情報記録層との界面から、ガラス基板１２Ｅ方向へ移動した時のフォーカス位置と反射型ホログラム層１２Ｈからの反射率の深さ依存性の測定結果を図６に示す。

図６からは、反射率が、深さ方向８μｍ程度離れた２箇所で極大値を示すことが観測され、この結果、約８μｍピッチで変調された反射型ホログラム層１２Ｈが形成されていることを確認できた。

この反射型ホログラム層を有する光記録媒体１２へのデータ信号及びサーボ信号の記録及び再生を、光記録媒体再生装置によって行なったところ、良好な再生信号が得られた。

本発明は、簡単な構成で、ホログラム材料層に、深さ方向に変調された多層反射型ホログラム層を形成することができる。

１０…反射型ホログラム形成光学系
１２…光記録媒体
１２Ａ…ガラスディスク基板
１２Ｂ…グルーブ
１２Ｃ…ダイクロイック膜
１２Ｅ…ガラス基板
１２Ｆ…情報記録層
１２Ｇ…カバー層
１２Ｈ…反射型ホログラム層
１３…外部共振型ＬＤ（ＥＣＬＤ）
３０…反射型ホログラム測定光学系
４４…光検出器

Claims

ホログラム材料層に２光束のレーザビームを照射して、その干渉パターンにより反射型ホログラム層を形成する光記録媒体における多層反射型ホログラム形成方法であって、
干渉可能な２光束の偏光レーザビームを一対として、相互に不干渉な２対を用い、各対における前記偏光レーザビームを、それぞれ前記ホログラム材料層に相互に反対方向から、前記ホログラム材料層を中心として厚さ方向に対称となる入射角、且つ、各対相互では異なる入射角で入射させて、その干渉パターンから前記ホログラム材料層の深さ方向に変調された多層反射型ホログラム層を形成することを特徴とする光記録媒体における多層反射型ホログラムの形成方法。
請求項１において、
前記ホログラム材料層に、同一のレーザビームから分離した一対のｐ偏光レーザビーム又は一対のｓ偏光レーザビームからなる第１の対を相互に反対方向から、前記ホログラム材料層を中心として厚さ方向に対称となる入射角で入射して、該ホログラム材料層中で干渉させ、前記レーザビームから分離した他の対のｓ偏光ビーム又はｐ偏光ビームを前記ホログラム材料層に相互に反対方向から、且つ、同一方向に入射する前記第１の対の前記ｐ偏光ビーム又はｓ偏光ビームに対して角度θをなして入射して干渉させて、多層反射型ホログラム層を形成することを特徴とする光記録媒体における多層反射型ホログラムの形成方法。