JP4095474B2

JP4095474B2 - 光情報記録媒体および情報記録方法

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Publication number: JP4095474B2
Application number: JP2003068365A
Authority: JP
Inventors: 明子平尾; 尚志山田; 一紀松本; 秀之西沢; 勝太郎市原
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2003-03-13
Filing date: 2003-03-13
Publication date: 2008-06-04
Anticipated expiration: 2023-03-13
Also published as: US7626910B2; JP2004280899A; US20040179457A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光情報記録媒体および情報記録方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の光磁気記録や光ディスクなどへの光熱相変化型の記録などの面記録に比べて、はるかに高密度な記録が可能な光記録方法の一つとして、より大容量・高速転送を実現可能なホログラム記録として、ホログラフィックストレージが提案され、開発が盛んに行なわれている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
従来型のホログラフィックストレージの記録方式では、光学系については、光の干渉を安定に記録するために除震を考慮しなければならない。また、高精度なメカニカル部品と位置決め機構が要求され、２光束干渉法であるがゆえに光学系の小型化が困難である。一方、搭載される記録媒体は、オプチカルフラットなディスク基板材料が要求され、記録媒体にアドレス等の概念がなく書き換え可能なシステムとしては未完成である。しかも、既存の光ディスクとの互換性がないことといった問題が挙げられる。
【０００４】
こうした問題点を解決する新しい記録方式として、偏光コリニア方式が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この方式においては、裏面に反射層を有する光記録媒体が用いられ、記録層には、参照光と情報光とが光路上に同軸に入射される。このため、情報の入力と出力とが同軸かつ同方向になり、機械的な制御が容易である。また、光記録媒体にプリフォーマットされた情報をもとにトラッキング・サーボをかけてアドレス情報を読むので、ランダムアクセスが可能となる。
【０００５】
偏光コリニア方式に従来からの光記録媒体を用いた場合には、効率よく格子が記録されないために再生光強度が低く、十分に高いＳＮ比も得られない。記録媒体の性能を生かして、より低パワーのレーザーを用いて記録し、再生時に強い再生光を高いＳＮ比で得るためには、記録光のエネルギー密度を考慮した媒体設計が求められるものの、こうした記録媒体は未だ得られていない。
【０００６】
【非特許文献１】
Ｈ．Ｊ．Ｃｏｕｆａｌ：ＨｏｌｏｇｒａｐｈｉｃＤａｔａＳｔｏｒａｇｅ（Ｓｐｒｉｎｇｅｒ，Ｂｅｒｌｉｎ，２０００）ｐ．３０２
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−１２３９４９号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、光エネルギーを有効活用し低パワーレーザーによる記録が可能な光情報記録媒体および情報記録方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の一態様にかかる光情報記録媒体は、対向する第１および第２の面を有する透明基板と、
前記透明基板の前記第１の面に配置され、前記透明基板側とは反対側の入射面側から記録光および参照光を入射してホログラムが記録されるフォトポリマーを含む記録層と、
前記透明基板の前記第２の面に配置された反射層とを具備し、
前記記録層の前記記録光に対する光学濃度は、前記入射面側において前記透明基板側より大きいことを特徴とする。
【００１０】
本発明の一態様にかかる情報記録方法は、前述の光情報記録媒体にレンズを介して記録光および参照光を照射し、前記記録層にホログラムを記録する方法であって、前記記録層中の深さｚにおける光学濃度Ｓ（ｚ）は、下記数式（１）で表わされる範囲内であることを特徴とする。
【００１１】
【数３】

【００１２】
（Ｓ₀は記録層の入射面（ｚ＝０）における光学濃度、ｎ₁は前記記録層の屈折率、Ａはレンズの開口数、ｒ₀は前記記録層の入射面における記録光のスポット半径（μｍ）、ｚは前記記録層の入射面からの距離（μｍ）である。）
本発明の他の態様にかかる情報記録方法は、前述の光情報記録媒体にレンズを介して記録光および参照光を照射し、前記記録層にホログラムを記録する方法であって、
前記光情報記録媒体は、トラックを規定するグルーブを前記透明基板の前記第２の面に有し、前記記録層中の所定の位置における光学濃度Ｓ（ｒ，ｚ）は、下記数式（２）で表わされる範囲内であることを特徴とする
【数４】

【００１３】
（Ｓ₀は前記記録層の入射面（ｚ＝０）におけるビームスポット中心（ｒ＝０）の光学濃度、ｎ₁は前記記録層の屈折率、Ａはレンズの開口数、ｒは記録光ビームの中心からの距離（μｍ）、ｒ₀は前記記録層の入射面における記録光のスポット半径（μｍ）、ｚは記録層の入射面からの距離（μｍ）である。）
なお、本発明において、スポット半径とは光強度がビーム軸上の値の１／ｅ²（ｅは自然対数の底）になるビームの半径である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を説明する。
【００１５】
本発明者らは、鋭意検討した結果、従来の偏光コリニア方式において効率よく記録が行なわれないのは、次のような理由によるものと考えた。
【００１６】
従来の光記録媒体の記録層には、フォトポリマー、フォトリフラクティブポリマー、フォトリフラクティブ結晶、フォトクロミック膜など様々なものが用いられている。いずれの媒体においても、記録層の深さ方向における記録光に対する光学濃度は均一であった。偏光コリニア方式では、ホログラムが記録される記録層中の領域が円錐状になるので、記録光エネルギー密度は入射側から反射層側に向けて徐々に増大することになる。したがって、記録される屈折率変調の強度もまた、入射側から反射層側に向かって徐々に増大する。これは、光学濃度が一定の記録層では感度も一定であり、記録光エネルギー密度に応じた記録が行なわれるためである。このような記録が行なわれる場合には、光の利用効率が悪いため高パワーのレーザーを光源として用いなければならなかった。
【００１７】
そこで、記録層の深さ方向における記録光エネルギー密度を考慮して次のような知見を得、本発明を成すにいたった。
【００１８】
記録層の上方に屈折率の異なる膜または空間といった領域が存在し、記録層において記録光が吸収されないと仮定すると、記録光の光強度Ｉは、記録層内の深さｚ（μｍ）におけるビームの断面積に逆比例する。開口数Ａのレンズを用いて記録層に記録光を入射した場合、記録層中における光強度Ｉは、下記数式（３）で表わされる。
【００１９】
【数５】

【００２０】
（ここで、Ｉ₀は記録層の入射面（ｚ＝０）における光強度、ｎ₁は記録層の屈折率、ｒ₀は記録層の入射面における記録光のスポット半径（μｍ）である。）
ここでは、光は記録層で吸収されないことを仮定している。多重記録を行なわない場合、記録層中の光学濃度は、この光強度分布の逆数となることが理想的ということになる。
【００２１】
よって最適な記録層の光学濃度は下記数式（４）で表わされる。
【００２２】
【数６】

【００２３】
実際には記録層内でシフト多重が生じるので、それをも考慮した光学濃度に設定する必要がある。記録領域を媒体の面方向にシフトさせながら記録を行なう場合、ビームの直径をシフト距離で除した数だけ多重することになる。記録光はレンズで絞って記録層に入射させるので、記録層上部の記録光ビーム径は記録層下部のそれよりも大きい。したがって、記録層上部の多重度は下部よりも大きくなる。
【００２４】
これを考慮すると、記録層上部における光学濃度は、前記数式（４）よりも緩やかに変化することが好ましい。例えば、記録層下面（基板側面）におけるビームの半径が記録層上面（入射面）におけるビーム半径の０．７倍の場合には、記録層下面の多重度は上面の多重度の１／２となる。これを加味すると、記録層下部の光学濃度は、光ビームの強度分布の逆数として計算される値の２倍であることが好ましい。
【００２５】
実験の結果、記録層の深さｚ（μｍ）における光学濃度Ｓ（ｚ）を、下記数式（１）の範囲で変化させることによって、低パワーのレーザーでの記録が可能になることが結論づけられた。
【００２６】
【数７】

【００２７】
（Ｓ₀は記録層の入射面（ｚ＝０）における光学濃度、ｎ₁は前記記録層の屈折率、Ａはレンズの開口数、ｒ₀は前記記録層の入射面における記録光のスポット半径（μｍ）、ｚは前記記録層の入射面からの距離（μｍ）である。）
トラックを規定するためのグルーブを有する基板が用いられる場合には、記録層中の光学濃度は、深さ方向のみならず面内でも記録に適切な分布を有する必要がある。記録層における光学濃度は、入射面からの深さｚ（μｍ）と、記録光ビームの中心からの距離ｒ（μｍ）との関数として以下のように表わされる。
【００２８】
【数８】

【００２９】
（上記数式（２）中、Ｓ₀は記録層の入射面（ｚ＝０）におけるビームスポット中心（ｒ＝０）の光学濃度、ｎ₁は記録層の屈折率，Ａはレンズの開口数、ｒは記録光ビームの中心からの距離（μｍ）、ｒ₀は記録層の入射面における記録光のスポット半径（μｍ）、ｚは記録層の入射面からの距離（μｍ）である。）
上述したように本発明の実施形態においては、記録層の記録光に対する光学濃度は、入射面側から透明基板側に向けて減少しているので、光エネルギーを有効活用して、低パワーレーザーによる記録が可能となった。
【００３０】
本発明の実施形態において、基板としては、透明ガラス基板、透明プラスチック基板等の透明基板が用いられる。基板の厚みは、記録光強度、記録層感度、記録層回折効率、多重方法、検出器感度、レンズの開口数等に応じて適宜選択することができる。例えば、開口数０．６のレンズを用いた場合には、２００〜８００μｍ程度である。
【００３１】
本発明の実施形態にかかる光情報記録媒体における記録層は、干渉縞を記録可能な任意の材料系により作製することができる。例えば、フォトリフティブ効果を示す無機結晶であるＬｉＮｂＯ₃，ＬｉＴａＯ₃，ＢａＴｉＯ₃，Ｂａ_1-xＣａ_xＴｉＯ₃，ＫＮｂＯ₃，ＫＴａ_1-xＮｂ_xＯ₃（ＫＴＮ），Ｂａ₂ＮａＮｂ₅Ｏ₁₂，Ｓｒ_1-xＢａ_xＮｂ₂Ｏ₆（ＳＢＮ），Ｂｉ₁₂ＴｉＯ₂０（ＢＴＯ），Ｂｉ₁₂ＳｉＯ₂０（ＢＳＯ），Ｂｉ₁₂ＧｅＯ₂０（ＢＧＯ），ＧａＡｓ，およびＩｎＰなどが挙げられる。さらにはフォトリフラクティブポリマーでもよい。また、液晶ドープ型フォトリフラクティブ媒体は、フォトポリマー、フォトクロミック材料、あるいはフォトアドレッサブル材料を用いて作製することもできる。
【００３２】
フォトリフラクティブポリマーを用いる場合は、成分である電荷輸送材、電荷発生材、非線形光学材料を含有する溶液の溶媒を蒸発させることによって、本発明の実施形態にかかる光情報記録媒体を作製することができる。各成分は、フォトリフラクティブ効果を示すものであるならば、分子およびポリマーのいずれを用いても構わない。また、溶媒を用いないで、例えば、混合物を加熱した状態から急冷させて作製することもできる。
【００３３】
電荷発生材は記録光を吸収して電荷を発生するため、記録光を吸収する必要がある。しかしながら、記録光に対する光学濃度が非常に高い電荷発生材を用いた場合には、記録層内部の電荷発生材まで記録光が到達しないおそれがある。したがって記録層としたときの光学密度（ｃｍ^-1）が１０^-6から１０の範囲であることが好ましい。
【００３４】
電荷発生材としては、例えば金属フタロシアニン、無金属フタロシアニン、またそれらの誘導体等のフタロシアニン色素／顔料、ナフタロシアニン色素／顔料、モノアゾ、ジスアゾ、トリスアゾなどのアゾ系色素／顔料、ペリレン系染顔料、インジゴ系染顔料、キナクリドン系染顔料、アントラキノン、アントアントロン等の多環キノン系染顔料、シアニン系染顔料、例えばＴＴＦ−ＴＣＮＱで代表されるような電子受容性物質と電子供与性物質からなる電荷移動錯体、アズレニウム塩、Ｃ₆₀、Ｃ₇₀で代表されるフラーレンならびにその誘導体であるメタノフラーレンなどが挙げられる。
【００３５】
電荷輸送材は、ホールまたはエレクトロンを輸送する電荷輸送能を有する材料であり、分子単独でもポリマーであっても、さらには他のポリマーとの共重合体でもよい。電荷輸送材としては、例えばインドール、カルバゾール、オキサゾール、インオキサゾール、チアゾール、イミダゾール、ピラゾール、オキサアジアゾール、ピラゾリン、チアチアゾール、トリアゾールなどの含窒素環式化合物、またはその誘導体、またはこれらを主鎖または側鎖に有する化合物、ヒドラゾン化合物、トリフェニルアミン類、トリフェニルメタン類、ブタジエン類、スチルベン類、アントラキノンジフェノキノン等のキノン化合物またはその誘導体、またはこれらを主鎖または側鎖に有する化合物、Ｃ₆₀、Ｃ₇₀等のフラーレンならびにその誘導体が挙げられる。さらに、ポリアセチレン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアニリン等のπ共役系高分子やオリゴマー、またはポリシラン、ポリゲルマン等のσ共役系高分子やオリゴマー、アントラセン、ピレン、フェナントレン、コロネンなどの多環芳香族化合物等を用いることもできる。
【００３６】
あるいは、フォトポリマーを用いて記録層を作製してもよい。フォトポリマーとは、記録光を照射することにより重合し、それによって干渉縞が記録される。通常、フォトポリマーは、マトリックス材料とモノマーと光開始剤とを含有する。さらには、酸発生剤やラジカル発生剤、色素、オリゴマー、あるいは反応抑制剤といった成分を含有することがある。
【００３７】
マトリックス材料としては、例えばエステル基を有するポロビニルアセテートのような各種ビニルポリマー、ポリカーボネート、ポリアリレート、ノルボルネン系樹脂、ポリメチルメタクリレート、セルロースアセテートブチレート、ポリスチレンメチルメタクリレート等を用いることができる。マトリックス材料の含有量は、全体に対して２０〜８０ｗｔ％程度とすることができる。
【００３８】
モノマーとしてはアクリレート基が好ましく、イソボルニルアクリレート、フェノキシエチルアクリレート、ジエチルグリコールモノエチルエーテルアクリレート、エチルアクリレート、ビニルベンゾエート、ビニルナフトエートなど塩素化したものや、屈折率差を高めるためにＳｉを含有する基など各種置換基を付与させたものが挙げられる。モノマーは、単独でも２種以上を混合して用いてもよい。（トリメチルシリルオキシ）ジメチルシリルプロピルアクリレートや（ペルフルオクロケキシル）メチルアクリレートなどである。また、Ｎ−ビニルカルバゾールを含有させることがある。モノマーの含有量は、全体に対して5〜50ｗｔ％程度とすることができる。
【００３９】
光開始剤は、光を吸収して重合反応を開始させる化合物であり、代表的なものとしては、ビス（２，６−ジフルオロ−３−ピロルフェニル）チタノセンが挙げられる。光開始剤の含有量は、記録光波長、記録層膜厚、光開始剤の光吸収量に応じて適宜選択することができ、０．１〜５．０ｗｔ％程度とすればよい。
【００４０】
酸発生剤としては、例えば、アリールジゾニウム塩、ジアリールヨードニウム塩、トリアリールスルホニウム塩、トリアリールセレノニウム塩、ジアルキルフェナシルスルホニウム塩、シアルキル−４−ヒドロキシフェニルスルホニウム塩、スルホン酸エステル、および鉄アレーン化合物等を用いることができる。ラジカル発生剤としては、例えば、芳香族カルボニル化合物、特にα, α-ジメトキシ-α-フェニルアセトフェノン等が挙げられる。色素としては、例えば、アジド系化合物、５−ニトロアセナフテン、１，２−ベンズアンスラキノン、１−ニトロ−４−アセチルアミノナフタレン、メチレンブルー、サブラニンＯ、マラカイトグリーン、シアニン染料、およびローダミン染料など多数が挙げられる。オリゴマーとしては、例えば、ポリマーの主鎖の両端に反応基がついた多官能のアクリレート樹脂、エポキシ樹脂等を用いることができ、反応抑制剤としては、例えば、酸素などのラジカル失活剤、ブチルヒドロキシアニソール、Ｎ−ｔｅｒｔ−ｂｕｔｙｌ−α−ｐｈｅｎｙｌｎｉｔｒｏｎｅ（ＰＢＮ）、ポリフェノール化合物などラジカル補足剤、およびｔｅｒｔ−ｂｕｔｙｌｈｉｄｒｏｐｅｒｏｘｉｄｅのような過酸化物等が挙げられる。
【００４１】
こうした成分は、全体に対して０．１ｗｔ％程度含有されていれば効果を得ることができる。ただし、過剰に含有されると感度が低下するおそれがあるので、その含有量は０．１ｗｔ％程度にとどめておくことが望まれる。
【００４２】
いずれの組成により構成する場合も、記録層の膜厚は、基板の厚み、レンズの開口数、記録層の感度、記録層の回折効率、記録層の光学濃度、記録の多重方法、および検出器の感度等に応じて適宜選択することができる。例えば、レンズの開口数０．６、基板の厚み０．６ｍｍの場合には、１００〜５００μｍ程度である。
【００４３】
次に、図１を参照して、偏光コリニア方式でのホログラム記録について説明する。
【００４４】
光情報記録媒体１０においては、透明基板１１の入射側およびこれに対向する側に、記録層１２および反射層１３がそれぞれ形成されている。透明基板１１および記録層１２としては、上述したようなものが用いられる。反射層１３は、例えば、動作波長に対して全反射型の薄膜材料を用いるのが良く、４００ｎｍ〜７８０ｎｍの波長に対しては、Ａｌ合金、Ａｇ合金が好ましく、６５０ｎｍ以上の波長に対しては、これらにＡｕ，Ｃｕ合金，ＴｉＮ等が加わる。反射層厚は全反射となるのが好ましく、５０ｎｍ以上好ましくは１００ｎｍ以上の厚さで形成される。図示するように、記録光１８は、空間光変調器１７を介して、参照光１９は直接、光路上に同軸に入射される。偏光ビームスプリッタ１６、ジャイレータ１５およびレンズ１４を用いて、記録光１８と参照光１９とを記録層１２中で干渉させることによりホログラムを形成する。反射層１３で反射された光が、再生光として検出される。
【００４５】
光情報記録媒体１０には、図２に示したように円錐状の光を輪切りにしたようなプロファイルの光が照射されることになる。記録光を反射層１３上で集光させて反射させると、記録層１２の最上面（入射面）における記録光スポットの直径ｄ₁は、記録層１２の最下面（基板側面）における記録光スポットの直径ｄ₂とは異なる。なお、記録層１２中のｄ_Lは格子間隔を表わしている。透明基板１１の厚みが６００μｍであり、記録層１２の厚みが２００μｍの場合には、入射面における記録光スポットの直径ｄ₁は１２００μｍとなり、基板側面での記録光スポットの直径ｄ₂は９００μｍとなる。したがって、基板側面における光エネルギー密度は、入射面の約１．８倍になる。このとき、シフト間隔（ｄ_s）１０μｍでシフト多重を行なうとすると、記録層１２の基板側面では、記録光ビームの中心部が照射される部分は、９０の多重が行なわれることになる、
一方、記録層１２の入射面で記録光ビームの中心部が照射される部分は、１２０の多重が行なわれる。このとき、光記録媒体に吸収されるフォトンを無視して照射されるフォトン数を比較すると、記録層の基板側面には入射面の約１．３５倍のフォトン数が照射されることになる。
【００４６】
通常、光記録媒体の記録層における光学濃度はリニアであり、最大変化しうる屈折率変調も材料に応じて決定されるので、最大限に記録媒体のポテンシャルを生かすために、通常スケジュール記録が行なわれる。上述したように、記録層の入射面の光学濃度を基板側面の光学濃度よりも１．３５倍程度高くすることによって、照射されるフォトン数の差異を有効利用することができる。
【００４７】
トラックを規定するためのグルーブを有する基板が用いられる場合には、記録層の深さ方向のみならず、面内における光学濃度も考慮しなければならない。すなわち、この場合には、反射層からの距離が同一の部分についても考慮される。円形の記録光ビームが光記録媒体上を走査するときを考えると、記録光の中心が照射されるグルーブの上部では、ビームの直径に相当する距離を光ビームが移動する時間、記録光が照射される。一方、周辺部での記録光照射時間は短くなる。上述したような条件の場合、記録層の入射面においては、光ビームの中心が照射される部分では１２０の多重が行なわれるが、ビームの中心から４２μｍ離れた部分では８４程度の多重が行なわれることになる。
【００４８】
深さ方向で光学濃度が異なる記録層は、例えば、光学濃度の低い膜から高い膜を、透明基板上に順次積層することにより形成することができる。積層に当たっては、ウエットおよびドライのいずれの手法を採用してもよい。なお、光学濃度は、電荷発生剤の含有量を変更することによって制御することができる。したがって、すでに説明したような関係となるように、電荷発生剤の含有量を制御して、光学濃度の異なる積層膜を形成すればよい。電荷発生剤の含有量が多いほど、光学濃度は高くなる。フォトポリマーが用いられる場合には、光開始剤の含有量を制御して光学濃度の異なる積層膜を形成すればよい。光開始剤の含有量が多いほど、光学濃度は高くなる。
【００４９】
あるいは、光学濃度を低下させる波長の光を基板側から照射して、基板側の光学濃度を低くしてもよい。光学濃度を低下させる波長は、記録層の感度のスペクトルに応じて選択することができる。例えば、青色に感度を有するフォトポリマーの場合には、波長３８０ｎｍ程度の紫外線を用いることができる。
【００５０】
さらに、光入射側から増感剤を含浸させることによって、光入射側の光学濃度を高くすることも可能である。増感剤としては、例えば、上述した増感色素や光重合開始剤等を用いることができる。
【００５１】
また、膜の同じ深さにおいて光ビームの照射条件に応じて光学濃度を変化させた媒体は、次のような手法により作製することができる。例えば、光学濃度を低下させたい領域に、上述したような光学濃度を低下させる波長の光を照射することによって作製することができる。あるいは、光学濃度を高めたい部分に、上述したような増感剤を選択的に含浸させてもよい。
【００５２】
本発明の実施形態にかかる光情報記録媒体には、ホログラフィック記録方法により情報が記録される。ホログラフィック記録においては、２つの光の一方に情報を付加させて記録光とし、これともう一方の光（参照光）との間に生じる干渉縞を記録する。このため、２つの光間に光路差を生じる。コヒーレンス長の短い光の場合には干渉縞を生じないため、光路差より長いコヒーレンス長を持つレーザーが好ましい。通常コンピュータ用の端末やビデオ編集、またはデータベース用メモリ等への応用を考えると、装置内部での光路差は１ｃｍ以上程度と考えられる。このため、ガスレーザーや半導体レーザー、特に帰還をかけてコヒーレンス長を長くした半導体レーザーが、光源として好ましく用いられる。
【００５３】
【実施例】
以下、実施例および比較例を示して、本発明をさらに詳細に説明する。
【００５４】
（実施例１）
以下に示す処方で各成分をトルエンに溶解して、３種類のトルエン溶液を調整した。
【００５５】
（溶液Ａ）
電荷発生材：ジエチル-1,2-メタノ(60)-フラーレン-61,61-ジカルボキシレート０．２ｗｔ％
電荷輸送材：N,N'-ジフェニル-N,N'-(2-ナフチル)-(1,1'-フェニル)-4,4"-ジアミン３０．０ｗｔ％
トラップ材：N,N'-ジフェニル-N,N'-(2-ナフチル)-(p-ターフェニル)-4,4"-ジアミン１０．０ｗｔ％
非線形光学材料：[[4-(ジメチルアミノ)フェニル]-メチレン]-2-メチル-4-ニトロベンゼンアミン４０．０ｗｔ％
ポリスチレン１９．８ｗｔ％
（溶液Ｂ）
電荷発生材の配合量を０．１５ｗｔ％に減量し、ポリスチレンの配合量を１９．８５ｗｔ％に増量した以外は、前述の溶液Ａと同様の処方により調製した。
【００５６】
（溶液Ｃ）
電荷発生材の配合量を０．１ｗｔ％に減量し、ポリスチレンの配合量を１９．９ｗｔ％に増量した以外は、前述の溶液Ａと同様の処方により調製した。
【００５７】
溶液Ａ，ＢおよびＣは、電荷発生剤の含有量が異なっているので、これらの溶液を用いることによって光学濃度の異なる樹脂層を作製することができる。電荷発生剤の含有量は、溶液Ａ中で最も多く、溶液Ｃ中で最も少ないので、溶液Ａを用いて形成される樹脂層の光学濃度が最も高く、溶液Ｃを用いて形成される樹脂層の光学濃度は、最も低くなる。
【００５８】
得られた溶液を用いて、図３に示すような光情報記録媒体を作製した。
【００５９】
まず、一方の面にグルーブを有する透明基板１１（ポリカーボネート製、膜厚６００μｍ）のグルーブ側の面に、ＡｇＮｄＣｕをスパッタリングにより堆積して、膜厚２００ｎｍの反射膜１３を形成した。反射膜１３上には、透明膜２１（ＳｉＯ₂製、膜厚１００ｎｍ）を、スパッタリングにより作製した。
【００６０】
透明基板１１上には、前述の溶液Ｃをキャスティングし、乾燥機を用いて７０℃で１時間乾燥させて第１の樹脂層１２ａを形成した。次に、溶液Ｂをキャスティングし、同様に７０℃で１時間乾燥させて、第２の樹脂層１２ｂを形成した。さらに、その上に溶液Ａをキャスティングし、同様に７０℃で１時間、次いで１００℃で１０時間乾燥させて、第３の樹脂層１２ｃを形成した。
【００６１】
こうして、第１の樹脂層１２ａ，第２の樹脂層１２ｂおよび第３の樹脂層１２ｃを光学濃度の低い順に積層してなる膜厚２００μｍの記録層１２が透明基板１１上に形成された。
【００６２】
その後、１２０℃に加熱した状態で膜厚１００μｍのポリカーボネート製保護層２２を上部から加熱圧着させて、光情報記録媒体１０を得た。
【００６３】
断面をＳＥＭにより観察したところ、第１の樹脂層１２ａの厚さは６０μｍ、第２の樹脂層１２ｂの厚さは７０μｍ、第３の樹脂層１２ｃの厚さは７０μｍであった。
【００６４】
一方、前述の溶液Ｃ，Ｂ，およびＡを単独で用いて、第１、第２および第３の樹脂層をそれぞれ形成し、吸収を測定することにより光学濃度を調べた。その結果、溶液Ｃから作製した第１の樹脂層の波長５３２ｎｍの光に対する光学濃度をαとしたとき、第２の樹脂層の光学濃度は１．５α、第３の樹脂層の光学濃度は２αであった。また、第１、第２および第３の樹脂層の屈折率は１．５０であった。
【００６５】
記録層１２を構成する３つの樹脂層１２ａ，１２ｂおよび１２ｃの膜厚と、前述の光学濃度とに基づいて、本実施例で作製された光情報記録媒体における記録層１２の光学濃度を、図４のグラフにプロットした。
【００６６】
さらに、前述の数式（１）に基づいて、記録層の入射面から深さｚ（μｍ）における光学濃度Ｓ（ｚ）を算出し、これを規格化して（Ｓ（ｚ）／Ｓ（０））を曲線Ｓとして図４に併せて示した。なお、レンズの開口数（Ａ）は後述する装置で用いた０．６とした。記録層の入射面でのビーム半径（ｒ₀）は６００μｍとした。図４のグラフには、（Ｓ（ｚ）／Ｓ（０））の０．５倍および２倍を、それぞれ曲線Ｓ_0.5およびＳ₂として示してある。記録層の光学濃度は、前記数式（１）で表わされる範囲内であった。
【００６７】
得られた光情報記録媒体を、以下のような装置を用いて評価した。
【００６８】
図５には、用いた光情報記録再生装置の構成を示す。この光情報記録再生装置３０は、光情報記録媒体１０が取り付けられるスピンドル４１と、このスピンドル４１を回転させるスピンドルモータ４２と、光情報記録媒体１０の回転数を所定の値に保つようにスピンドルモータ４２を制御するスピンドルサーボ回路４３とを備えている。光情報記録再生装置３０は、さらに、光情報記録媒体１０に対して情報光と記録用参照光とを照射して情報を記録するとともに、光情報記録媒体１０に対して再生用参照光を照射し、再生光を検出して、光情報記録媒体に記録されている情報を再生するためのピックアップ３１と、このピックアップ３１を光情報記録媒体１０の半径方向に移動可能とする駆動装置４４とを具備している。
【００６９】
光情報記録再生装置３０は、さらに、ピックアップ３１の出力信号よりフォーカスエラー信号ＦＥ、トラッキングエラー信号ＴＥおよび再生信号ＲＦを検出するための検出回路４５と、この検出回路４５によって検出されるフォーカスエラー信号ＦＥに基づいて、ピックアップ３１内のアクチュエーターを駆動して対物レンズを光情報記録媒体１０の厚み方向に移動させてフォーカスサーボを行なうフォーカスサーボ回路４６と、検出回路４５によって検出されるトラッキングエラー信号ＴＥに基づいてピックアップ３１内のアクチュエーターを駆動して対物レンズを光情報記録媒体１０の半径方向に移動させてトラッキングサーボを行なうトラッキングサーボ回路４７と、トラッキングエラー信号および後述するコントローラからの指令に基づいて駆動装置４４を制御してピックアップ３１を光情報記録媒体１０の半径方向に移動させるスライドサーボを行なうスライドサーボ回路４８とを備えている。
【００７０】
光情報記録再生装置３０は、さらに、ピックアップ３１内のＣＣＤアレイの出力データをデコードして、光情報記録媒体１０のデータエリアに記録されたデータを再生したり、検出回路４５からの再生信号ＲＦより基本クロックを再生したりアドレスを判別したりする信号処理回路４９と、光情報記録再生装置３０の全体を制御するコントローラ５０と、このコントローラ５０に対して種々の指示を与える操作部５１とを具備している。コントローラ５０によって、信号処理回路４９から出力される基本クロックやアドレス情報が入力されるとともに、ピックアップ３１、スピンドルサーボ回路４３およびスライドサーボ回路４８等が制御される。
【００７１】
スピンドルサーボ回路４３は、信号処理回路４９より出力される基本クロックが入力される。コントローラ５０は、ＣＰＵ（中央処理装置）、ＲＯＭ（リード・オンリー・メモリ）およびＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）を有し、ＣＰＵが、ＲＡＭを作業領域として、ＲＯＭに格納されたプログラムを実行することによって、コントローラ５０の機能が実現される。
【００７２】
ピックアップ３１では図１に示したように、記録光１８と参照光１９とが集光されて照射される。ここでは、波長５３２ｎｍパワー５０ｍＷのレーザーを光源として用いた。偏光ビームスプリッタ１６とジャイレータ１５との導入によって、記録層１２に入射した記録光１８と、記録層を通過し反射層１３で反射された参照光１９とが干渉する。これと同時に、記録層１２に入射した参照光と、記録層を通過し反射層１３で反射された記録光とが干渉する。
【００７３】
レーザーを集光したところ、記録層１２の入射面における光ビームの直径は１２００μｍであり、記録層の基板側面での光ビームの直径は９００μｍであった。５μｍずつシフトさせて、異なる情報をシフト多重で記録した後、レーザーパワーを１０分の１に低減して記録を再生した。
【００７４】
その結果、ビットエラーレート１０^-5以下と高精度で再生することができた。このことから、本実施例の光情報記録媒体は、５ｍＷという低パワーのレーザーで記録できたことがわかった。
【００７５】
（比較例１）
溶液Ｃのみを用いて膜厚２００μｍの記録層１２を形成した以外は、前述の実施例１と同様の手法により比較例１の光情報記録媒体を作製した。
【００７６】
得られた光情報記録媒体を前述と同様の光記録装置で評価したところ、出力５０ｍＷのレーザーを用いた場合には、再生可能な記録をするのに３倍の時間が必要とされた。そこで、１５０ｍＷのレーザーを用いて記録した後、再生を試みた。０．５ｍＷの低パワーレーザーを照射しても再生することができず、パワーを１．５ｍＷに高めることにより再生は可能となった。しかしながら、この場合のビットエラーレートは１０^-3と低い値であった。
【００７７】
（実施例２）
本実施例においては、フォトポリマーを用いて記録層を作製した。文献（Ｍ．Ｌ．Ｓｃｈｉｌｌｉｎｇ，ｅｔａｌ．Ｃｈｅｍ．Ｍａｔｅｒ．１９９９，１１，２４７−２５４）に基づいて調製したフォトポリマーを用いた。まず、次に示す溶液Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇを調製した。
【００７８】
(溶液Ｄ)
イソボルニルアクリレートモノマー（ＩＢＡ）２５ｗｔ％
ビニルナフトエートモノマー（ＶＮＡ）１０ｗｔ％
ジ（ウレタンアクリレート）オリゴマー６２．８３ｗｔ％
ビス(2,4-シクロペンタジエン-1-イル)ビス[2,6-ジフルオロ-3-3(1H-ピロリル)フェニル]チタニウム（光開始剤）２．０ｗｔ％
ターシャリブチルヒドロキシパーオキサイド(TBHP) ０．１７ｗｔ％
こうした原料を褐色瓶に収容し、マグネティックスターラにより攪拌して、溶液Ｄを得た。
【００７９】
（溶液Ｅ）
オリゴマーの配合量を６３．３３ｗｔ％に増量し、（光開始剤）の配合量を１．５ｗｔ％に減量した以外は、前述の溶液Ｄと同様の処方により調製した。
【００８０】
（原溶液Ｆ）
オリゴマーの配合量を６３．６３ｗｔ％に増量し、（光開始剤）の配合量を１．２ｗｔ％に減量した以外は、前述の溶液Ｄと同様の処方により調製した。
【００８１】
（溶液Ｇ）
オリゴマーの配合量を６４．０３ｗｔ％に増量し、（光開始剤）の配合量を０．８ｗｔ％に減量した以外は、前述の溶液Ｄと同様の処方により調製した。
【００８２】
溶液Ｄ，Ｅ，ＦおよびＤは、光開始剤の含有量が異なっているので、これらの溶液を用いることによって光学濃度の異なる樹脂層を作製することができる。光開始剤の含有量は、溶液Ｄ中で最も多く、溶液Ｇ中で最も少ないので、溶液Ｄを用いて形成される樹脂層の光学濃度が最も高く、溶液Ｇを用いて形成される樹脂層の光学濃度は、最も低くなる。
【００８３】
得られた溶液を用いて、以下のような手法により光情報記録媒体を作製した。
【００８４】
まず、透明ガラス板（膜厚６００μｍ）上に溶液Ｇをキャスティングし、２時間暗中に放置して、第１の樹脂層を形成した。ここで用いた透明ガラス基板の裏面には、プリグルーブが形成されており、Ａｕからなる膜厚２００nｍの反射膜が設けられている。
【００８５】
第１の樹脂層の上には、溶液Ｆおよび溶液Ｅを用いて、前述と同様の条件により第２および第３の樹脂層を順次形成した。さらに、第３の樹脂層の上には溶液Ｄをキャスティングし、厚み０．５ｍｍの透明石英基板を載置して一昼夜放置し、第４の樹脂層を形成した。
【００８６】
こうして、第１の樹脂層、第２の樹脂層、第３の樹脂層および第４の樹脂層を光学濃度の低い順に積層してなる膜厚４００μｍの記録層が透明ガラス基板上に形成された。断面をＳＥＭで観察したところ、各層の厚みはそれぞれ１００μｍであった。
【００８７】
一方、前述の溶液Ｇ、Ｆ、Ｅ、およびＤを単独で用いて、第１、第２、第３および第４の樹脂層をそれぞれ形成し、吸収を測定することにより光学濃度を調べた。その結果、溶液Ｄから作製した第４の樹脂層の波長５３２ｎｍの光に対する光学濃度をαとしたとき、第３の樹脂層の光学濃度は０．７５α、第２の樹脂層の光学濃度は０．６α、第１の樹脂層の光学濃度は０．４αであった。また屈折率はいずれも１．５０であった。
【００８８】
記録層を構成する４つの樹脂層の膜厚と、前述の光学濃度とに基づいて、本実施例で作製された光情報記録媒体における記録層の光学濃度を、図６のグラフにプロットした。
【００８９】
さらに、前述の数式（１）に基づいて、記録層の入射面から深さｚ（μｍ）における光学濃度Ｓ（ｚ）を算出し、これを規格化して（Ｓ（ｚ）／Ｓ（０））を曲線Ｓとして図６に併せて示した。なお、レンズの開口数（Ａ）は後述する装置で用いた０．６とした。記録層の入射面でのビーム半径（ｒ₀）は６００μｍとした。図６のグラフには、（Ｓ（ｚ）／Ｓ（０））の０．５倍および２倍を、それぞれ曲線Ｓ_0.5およびＳ₂として示してある。記録層の光学濃度は、前記数式（１）で表わされる範囲内であった。
【００９０】
得られた光情報記録媒体を、前述と同様の装置を用いて評価した。
【００９１】
レーザーを集光したところ、記録層１２の入射面における光ビームの直径は１２００μｍであり、記録層の基板側面での光ビームの直径は９００μｍであった。１０μｍずつシフトさせて異なる情報をシフト多重で記録した後、レーザーパワーを１０分の１に低減して記録を再生した。
【００９２】
その結果、ビットエラーレート１０^-5以下と高精度で再生することができた。このことから、本実施例の光情報記録媒体は、１２ｍＷという低パワーのレーザーで記録できたことがわかった。
【００９３】
（比較例２）
溶液Ｆのみを用いて膜厚４００μｍの記録層１２を形成した以外は、前述の実施例２と同様の手法により比較例２の光情報記録媒体を作製した。
【００９４】
得られた光情報記録媒体を前述と同様の光記録装置で評価したところ、出力５０ｍＷのレーザーを用いた場合には、再生可能な記録をするのに５倍の時間が必要とされた。そこで、１５０ｍＷのレーザーを用いて記録した後、再生を試みた。０．５ｍＷの低パワーレーザーを照射しても再生することができず、パワーを１．５ｍＷに高めることにより再生は可能となった。しかしながら、この場合のビットエラーレートは３×１０^-3と低い値であった。
【００９５】
（実施例３）
オリゴマーの配合量を５７．８３ｗｔ％に変更し、モノマー成分としてのＮ−ビニルピロリジノン（ＮＶＰ）を５．０ｗｔ％加えた以外は、前述の溶液Ｄと同様の処方により溶液Ｈを調製した。得られた溶液を用いて、以下のように光情報記録媒体を作製した。
【００９６】
溶液Ｈには光開始剤により重合されるモノマーＮＶＰが配合されており、記録層に波長４０５ｎｍの光を照射することによって、光学濃度に傾斜を設けることができる。
【００９７】
まず、一方の面にグルーブを有する透明プラスチック基板（膜厚１．０ｍｍ）のグルーブ側の面に、ＡｇＮｄＣｕをスパッタリングにより堆積して、膜厚２００μｍの反射膜を形成した。反射膜上には、透明基板（ＪＳＲＡｒｔｏｎ製、膜厚５００μｍ）を、熱圧着により接着した。
【００９８】
透明プラスチック基板の表面端部には、スペーサとしてのテフロンシート（膜厚２００μｍ）を配置して、その内部に前述の原料を垂らした。さらにその上に、保護膜としての透明プラスチック板（膜厚１．０ｍｍ）を載せてクリップで固定した後、一昼夜放置した。その結果、厚み４００μｍの記録層を有する光情報記録媒体が形成された。
【００９９】
次に、波長４０５ｎｍのＬＥＤを記録層表面から照射した。光パワー濃度は２ｍＷ／ｃｍ²とし、照射時間は５秒間とした。これによって、光開始剤を反応させて、照射側の光学濃度が高くなるよう、記録層内の光学濃度に傾斜を設けた。
【０１００】
一方、光学濃度を調べるために、原料Ｈを用いて厚み100μｍのフィルムを別途４枚作製した。
【０１０１】
得られた４枚のフィルムを積層し、さらにその上に前述と同様の透明プラスチック板を設けた状態で、記録層と同様の条件で光照射を行なった。その結果、最下層にあるフィルムの光学濃度をαとしたとき、その上層のフィルムの光学濃度は、１．５α、２．０α、および３αと順に増加していた。また、屈折率はいずれも１．５０であった。
【０１０２】
本実施例で作製された光情報記録媒体における記録層の光学濃度を、図７のグラフにプロットした。
【０１０３】
さらに、前述の数式（１）に基づいて、記録層の入射面から深さｚ（μｍ）における光学濃度Ｓ（ｚ）を算出し、これを規格化して（Ｓ（ｚ）／Ｓ（０））を曲線Ｓとして図７に併せて示した。なお、レンズの開口数（Ａ）は後述する装置で用いた０．６とした。記録層の入射面でのビーム半径（ｒ₀）は８００μｍとした。図７のグラフには、（Ｓ（ｚ）／Ｓ（０））の０．５倍および２倍を、それぞれ曲線Ｓ_0.5およびＳ₂として示してある。記録層の光学濃度は、前記数式（１）で表わされる範囲内であった。
【０１０４】
得られた光情報記録媒体を、前述と同様の装置を用いて評価した。ただし、ここでは、波長５３２ｎｍパワー１０ｍＷのレーザーを用いた。
【０１０５】
レーザーを集光したところ、記録層の入射面における光ビームの直径は１６００μｍであり、記録層の基板側面での光ビームの直径は１２５０μｍであった。１０μｍずつシフトさせて異なる情報をシフト多重で記録した後、レーザーパワーを５分の１に低減して記録を再生した。
【０１０６】
その結果、ビットエラーレート１０^-5以下と高精度で再生することができた。このことから、本実施例の光情報記録媒体は、１０ｍＷという低パワーのレーザーで記録できたことがわかった。
【０１０７】
（比較例３）
光開始剤の含有量を半減し、その分だけオリゴマーを増量した原料を用い、青色の光を照射しない以外は前述の実施例３と同様の手法により膜厚４００μｍの記録層を形成して、本比較例の光情報記録媒体を作製した。
【０１０８】
得られた光情報記録媒体を前述と同様の光記録装置で評価したところ、出力１０ｍＷのレーザーを用いた場合には、再生可能な記録をするのに３倍の時間が必要とされた。そこで、１５０ｍＷのレーザーを用いて記録した後、再生を試みた。０．５ｍＷの低パワーレーザーを照射して再生することができず、パワーを１．５ｍＷに高めることにより再生は可能となった。しかしながら、この場合のビットエラーレートは３×１０^-3と低い値であった。
【０１０９】
（実施例４）
オリゴマーの配合量を５８．８３ｗｔ％に変更し、モノマーとしての（ＮＶＰ）を５．０ｗｔ％加えた以外は、前述の溶液Ｆと同様の処方により溶液Ｉを調製した。得られた溶液を用いて、前述の実施例３と同様の手法により、膜厚２２０μｍの記録層を形成した。
【０１１０】
次に、波長４０５ｎｍのＬＥＤを記録時のビームとほぼ同様のプロファイルになるように光学系を選びグルーブに沿って照射した。この際、光パワー濃度は２０ｍＷ／ｃｍ²とし、照射時間は１０ｓ／ｃｍとした。光照射により光開始剤が反応して、記録層中の光学濃度はビームの強度プロファイルの逆数になった。
【０１１１】
記録層の光学濃度は、前記数式（２）で表わされる範囲内であった。具体的には、記録層の深さｚ（１００μｍ）、記録光ビームの中心からの距離ｒ（１００μｍ）における光学濃度は、Ｓ₀の光学濃度の０．９５であった。なお、ここでは、レンズの開口数（Ａ）は後述する装置で用いた０．５とした。記録層上面でのビーム半径（ｒ₀）は６００μｍとした。
【０１１２】
得られた光情報記録媒体を、前述と同様の装置を用いて評価した。ここでは、波長５３２ｎｍパワー５０ｍＷのレーザーを用いた。
【０１１３】
レーザーを集光したところ、記録層の入射面における光ビームの直径は１２００μｍであり、記録層の基板側面での光ビームの直径は１０３８μｍであった。１０μｍずつシフトさせて異なる情報をシフト多重で記録した後、レーザーパワーを１０分の１に低減して記録を再生した。
【０１１４】
その結果、ビットエラーレート１０^-5以下と高精度で再生することができた。この結果から、本実施例の光情報記録媒体は、５０ｍＷという比較的低パワーのレーザーで記録できたことがわかった。
【０１１５】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、光エネルギーを有効活用し低パワーレーザーによる記録が可能な光情報記録媒体および情報記録方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】偏光コリニア方式におけるピックアップ部の概念図。
【図２】本発明の実施形態にかかる光情報記録媒体に記録光を照射した際の概念図。
【図３】本発明の一実施形態にかかる光情報記録媒体の断面図。
【図４】実施例１の光情報記録媒体における記録層の光学濃度の深さ方向分布を表わすグラフ図。
【図５】本発明の一実施形態にかかる光情報記録媒体を搭載する光記録装置の概念図。
【図６】実施例２の光情報記録媒体における記録層の光学濃度の深さ方向分布を表わすグラフ図。
【図７】実施例３の光情報記録媒体における記録層の光学濃度の深さ方向分布を表わすグラフ図。
【符号の説明】
１０…光情報記録媒体，１１…透明基板，１２…記録層，１３…反射層，１４…レンズ，１５…ジャイレータ，１６…偏光ビームスプリッタ，１７…空間光変調器，１８…記録膜，１９…参照光，２１…透明基板，２２…保護層，３０…光情報記録再生装置，３１…ピックアップ，４１…スピンドル，４２…スピンドルモータ，４３…スピンドルサーボ回路，４４…駆動装置，４５…検出回路，４６…フォーカスサーボ回路，４７…トラッキングサーボ回路，４８…スライドサーボ回路，４９…信号処理回路，５０…コントローラ，５１…操作部。

Claims

対向する第１および第２の面を有する透明基板と、
前記透明基板の前記第１の面に配置され、前記透明基板側とは反対側の入射面側から記録光および参照光を入射してホログラムが記録されるフォトポリマーを含む記録層と、
前記透明基板の前記第２の面に配置された反射層とを具備し、
前記記録層の前記記録光に対する光学濃度は、前記入射面側において前記透明基板側より大きいことを特徴とする光情報記録媒体。
請求項１に記載の光情報記録媒体にレンズを介して記録光および参照光を照射し、前記記録層にホログラムを記録する方法であって、前記記録層中の深さｚにおける光学濃度Ｓ（ｚ）は、下記数式（１）で表わされる範囲内であることを特徴とする情報記録方法。

（Ｓ₀は記録層の入射面（ｚ＝０）における光学濃度、ｎ₁は前記記録層の屈折率、Ａはレンズの開口数、ｒ₀は前記記録層の入射面における記録光のスポット半径（μｍ）、ｚは前記記録層の入射面からの距離（μｍ）である。）
請求項１に記載の光情報記録媒体にレンズを介して記録光および参照光を照射し、前記記録層にホログラムを記録する方法であって、
前記光情報記録媒体は、トラックを規定するグルーブを前記透明基板の前記第２の面に有し、前記記録層中の所定の位置における光学濃度Ｓ（ｒ，ｚ）は、下記数式（２）で表わされる範囲内であることを特徴とする情報記録方法。

（Ｓ₀は前記記録層の入射面（ｚ＝０）におけるビームスポット中心（ｒ＝０）の光学濃度、ｎ₁は前記記録層の屈折率、Ａはレンズの開口数、ｒは記録光ビームの中心からの距離（μｍ）、ｒ₀は前記記録層の入射面における記録光のスポット半径（μｍ）、ｚは記録層の入射面からの距離（μｍ）である。）