JP4666379B2

JP4666379B2 - 偏光多重記録再生システム

Info

Publication number: JP4666379B2
Application number: JP2006165085A
Authority: JP
Inventors: 浩司小野; 喜弘川月
Original assignee: Hyogo Prefectural Government; Nagaoka University of Technology
Current assignee: Hyogo Prefectural Government; Nagaoka University of Technology
Priority date: 2006-03-27
Filing date: 2006-06-14
Publication date: 2011-04-06
Anticipated expiration: 2026-06-14
Also published as: JP2007294067A

Description

本発明は、光照射によって情報を記録し、光によって記録された情報を読み出す、光情報記録・再生システムにおいて、記録材料として、偏光によって分子配向を制御できる高分子材料を用いた偏光多重記録可能なシステムに関するものである。

情報処理技術の進展に伴い、取り扱う情報の量が飛躍的に増大している。光記録分野においては、高密度化への検討が進められている。現在の光記録（ディスク）分野では、プラスチック円盤上に形成された記録媒体にレーザー光を集光し、光吸収に伴う発熱現象を利用して、磁化の反転（光磁気方式）や結晶構造の変換（相変化方式）を行うものである。

これらの光記録方式では、レーザー光線をより小さい領域に絞り込んだ方が、高い記録密度を得ることができるため、なるべく短い波長のレーザー光線を使用する方法で、ＣＤ、ＤＶＤ、次世代ＤＶＤへの高密度化が達成されてきている。

しかしながら、現在提案されている次世代ＤＶＤで使用されているレーザー光源の波長は約405nmであり、これ以上短波長化することは、他の光学部品等の制約から困難が予想され、別のアプローチが必要である。

高密度記録が可能な次世代光記録方式として、ホログラフィを用いる方法が提案されている。ホログラフィ記録方式では、１と０のデジタル情報を光空間変調素子によってページ情報にしたものを光干渉によって記録する。

従来の光ディスクと異なり、ページ記録・再生が可能であるため、高密度であるだけでなく、高速な記録・再生が可能である。

しかしながら、干渉露光系などの複雑な光学系が必要とされる。

また、別のアプローチとして、複数の記録媒体を層状に配し、厚さ方向に多重化し、記録容量を上げる方法が提案されている。

記録は、２光子吸収（用いる波長の半分の波長域の吸収を引き起こす非線形光学効果）を用い、厚さ方向に絞られた位置で選択的に記録を行う。複雑な層構造の光記録層が必要であり、光源や光学系も複雑となるという欠点がある。

さらに別の方法として、感光波長の異なる色素を多層ないしは複合し、多波長の光源を用いて記録する方法も提案されているが、光源が複数必要なことと、読み出しも多波長に対して対応する必要があり、装置が煩雑になる欠点がある。

特願２００５−３１７３５２号

記録・再生に用いる波長を短くし、狭い領域に光波を絞り込み高密度化を図る方向は限界に来ている。また、ホログラフィを用いる方法や多層膜を用いる方法では、現在の光ディスク光学系の延長で高密度化を図ることが困難である。

本発明は、以上のような現状に鑑み、できるだけ現在の光ディスク光学システムの延長上で、記録密度を向上させることが可能な偏光多重記録再生システムを提供するものである。

添付図面を参照して本発明の要旨を説明する。

偏光照射によって分子配向が制御される機能を有する高分子材料と、この高分子材料の同一箇所に偏光方位角を異ならせた直線偏光を夫々１回ずつ照射する手段と、前記高分子材料の分子配向によって形成された光学的異方性を検出する手段とを有し、前記高分子材料として、直線偏光によって軸ないしは方向選択的に光反応し、前記偏光方位角を異ならせた直線偏光の照射によってその都度光反応した部位の配向状態を乱すことなく複数回の軸ないし方向選択的に光反応し得る高分子材料を採用したことを特徴とする偏光多重記録再生システムに係るものである。

また、前記直線偏光を照射する手段として、最初に１回目の直線偏光照射を行い、次に１回目の照射光とは異なる偏光方位角の直線偏光を強度を変調させて照射する手段を採用したことを特徴とする請求項１記載の偏光多重記録再生システムに係るものである。

また、前記分子配向によって形成された光学的異方性を検出する手段として、前記高分子材料にして前記直線偏光が照射されることで情報が記録される記録部を少なくとも一度は透過した直線偏光を、光学的異方性を有する回折素子によって回折させ、この回折光強度を検出することによって、前記記録部を透過した直線偏光の偏光方位角を決定する手段を採用したことを特徴とする請求項１，２のいずれか１項に記載の偏光多重記録再生システムに係るものである。

また、前記高分子材料として、前記直線偏光の照射時ないしは照射後に分子再配向する高分子材料を採用したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の偏光多重記録再生システムに係るものである。

また、前記高分子材料は、少なくとも下式（１）の化学構造を有する成分を含むものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の偏光多重記録再生システムに係るものである。
但し、
ｎ：１〜１２
ｍ：０〜１２
Ｘ：ｎｏｎｅ，−ＣＯＯ−，−ＯＣＯ−，−Ｎ＝Ｎ−，−Ｃ＝Ｃ−または−Ｃ_６Ｈ_４−
Ｗ：シンナモイル基またはその誘導体などの感光性基

本発明は上述のように構成したから、本発明では、光記録密度を向上させるために、記録部の同一箇所に異なる偏光状態の光波を複数回照射し、その照射履歴に応じた光学異方性が誘起される高分子材料及び、それを用いた偏光多重記録再生システムが提供される。

本発明では、請求項１に記載したように、記録を行う光源（光波）の偏光状態を制御し、同一箇所に複数回の照射を行う手段と、偏光照射によって分子配向が制御される機能を有する高分子材料と、分子配向によって形成された光学異方性を検出する手段、を有することで、偏光多重記録再生システムが提供される。例えば直線偏光を用いて記録を行う場合、その偏光方位角を回転させて、おのおのの偏光方位角に応じて異なる情報を重ねがきできれば、記録密度が向上する。本発明では、異なる情報を異なる偏光状態の光波で、偏光照射によって光学的異方性が誘起される高分子材料に記録し、その光学的異方性を検出することによって実現する。

さらに本発明では、直線偏光によって軸ないしは方向選択的に光反応し、偏光軸をかえた複数回の偏光照射によってその都度光反応した部位の配向状態を乱されることなく複数回の軸ないし方向選択的な光反応ができる高分子材料と、それを用いた光多重記録再生システムが提供される。偏光軸を変えた複数回の照射によって配向状態が乱されることなく記録されるため、トータルの配向は、照射された光電界ベクトルの総和として決定される。そのベクトル和で記録された光学的異方性を検出することで、多重に記録された履歴を判別することができる。

さらに、本発明では、請求項２に記載されているように、偏光多重記録方式として、最初に初期化のための光波照射を行い、次に一回目の照射光とは異なる偏光状態の光波を強度を変調させて照射することで、実用性の高い、偏光多重記録システムを形成できる。この記録方式では、例えば最初に直線偏光で前面を露光しておき、次に、直線偏光の偏光方位角を回転させて、強度を変えて記録を行う。記録は、最初の光波の電界ベクトルと次の光波の電界ベクトルの和として記録されるため、強度を変える事によってベクトル総和の方向を変えることができ、偏光多重記録が達成される。この方法によれば、偏光方向を変調して記録する方法に比べて、既存の強度変調方式を使えるため、より実用性が高まる。

さらに、本発明では、請求項３に記載しているように、記録部に分子配向によって形成された光学異方性を検出する手段として、記録部を少なくとも一度は透過した光を、光学的異方性を有する回折素子によって回折させ、その回折光強度を検出することによって、記録部の透過光の偏光状態を決定する方法を用いることで、偏光多重記録再生システムが提供される。偏光多重記録された結果、記録材料中には、多重の履歴に応じた光学的異方性が誘起される。このような部位を少なくとも一度は透過した光波は、光学的異方性に応じて偏光状態に影響を受けるため、その偏光状態を検出することによって、多重化された情報を再生することが可能である。偏光状態を検出する方法としては、グラントムソンプリズムのような検光子を回転させる方法も考えられるが、高速性から光学的異方性を有する偏光回折格子の回折光から決定する方法が有効であり、例えば、特願２００５−３１７３５２に記載の技術を有効に用いることができる。

さらに本発明では、請求項４に記載しているように、上記高分子材料が照射時、ないしは照射後に分子再配向する偏光多重記録可能な高分子材料及びそれを用いた偏光多重記録再生システムが提供される。

さらに本発明では、請求項５に記載しているように、高分子材料が少なくとも上記式（１）の化学構造を含む材料であることで偏光多重記録再生システム用の高分子材料及びそれを用いた偏光多重記録再生システムが提供される。そのような高分子材料として、Macromolecules，Vol.30，No.21，pp.6680-6682(1997)やMacromolecules，Vol.35，No.3，pp.706-713(2002)に掲載されている材料や、感度を用いるレーザーに対して適正にするためにMacromolecules，Vol.38，No.9，pp.3903-3908(2005)に掲載されている材料を用いることができるがこれらに限定されるものではない。

好適と考える本発明の実施形態（発明をどのように実施するか）を、図面に基づいて本発明の作用を示して簡単に説明する。

すでに述べたように、情報技術の進展に伴い、光記録システムの高密度化が必要とされており、従来から行われてきた、短波長化による高密度化が限界に達している。このような状況を打開するために、ホログラフィを応用した技術や記録媒体を多層化する技術が検討されている。これらの技術は、従来の光ディスクを用いた光記録システムの大きな変更が必要であり、実用化の障害となっている。

現状の光ディスクシステム技術の多くの部分を踏襲した上で、記録密度を向上するために、本発明では光波の偏光に着目した。偏光は、光波の電界ベクトルの描く時間的軌跡で定義されており、一般的には図１に示すような楕円状の軌跡を描く。楕円の形状は、光波電界ベクトルの各成分Ｅ_ｘ、Ｅ_ｙの振幅Ａ_ｘ、Ａ_ｙとその位相差によって決まり、楕円の長軸の長さａと短軸の長さｂ及び楕円の方位角αで特徴付けられる。これらの組合せによって、無限の形状の偏光が存在するため、もし各偏光状態に独立に情報を載せてそれを多重に記録・再生できれば、既存の光ディスクシステムに記録光の偏光の制御系と記録媒体からの読み出し光の偏光読み取り系を付けることによって多重化による高密度化が可能になることになる。

このような偏光記録を可能にするためには、各種偏光に応じて光学特性（具体的には光学的異方性）が変化するような材料の開発が必要である。

このようなことが可能な材料として例えば、ネガ型のフォトレジストであるポリビニルシンナメート（PVCi）が知られている。ポリビニルシンナメートフィルムに直線偏光紫外光を照射すると、ケイ皮酸部の-C=C-結合が偏光の電界方向に平行方向となる場合に光を選択的に吸収して２量化し、その部分の屈折率は低下する。このことを利用すれば、光学的異方性を周期的に制御することが可能であるが、誘起される屈折率異方性は0.01以下と非常に小さいため実用性に乏しい。

また、その他の代表的な材料として、アゾベンゼンを含む高分子材料を用いることが検討されている。アゾベンゼン分子は光や熱のような外部からの刺激によってシス体とトランス体の間で異性化反応が起こり、このことを利用して分子配向を制御することができ周期的な分子配向制御も光照射によって行うことが可能である。しかしながら、従来検討されてきた、アゾベンゼン部位が分子配向を生じさせる主要光反応部位となる高分子材料では、光学的異方性の発現性があまり大きくないだけでなく、熱や光などの外場の影響によって特性が変化するため、高い安定性を要求される光記録材料への応用が困難である。

上記の状況を鑑み、本発明では、例えば高分子材料が少なくとも上記式（１）の化学構造を含む材料である光反応性高分子液晶を用いることで、メソゲン配向に伴う大きな屈折率異方性による高機能化と高い耐熱性を発現できることを応用し、本発明に係わる光記録材料を提供する。

光記録の際に照射する光波の偏光を制御する方法としては、本発明においては特に限定するものではないが、液晶素子等の電界制御型位相制御素子を用いることが、高速性や制御性の点から有効である。

偏光多重記録を行う高分子材料としては光学的透明性と充分な分子配向と光学的異方性を発現するものであれば良いが、側鎖ないしは主鎖に少なくとも１種の光反応性のメソゲンを有する高分子液晶を用いることによって、材料の液晶性を利用して、高度に配向した状態を形成でき、大きな光学的異方性を発現することができる。さらに好ましくは、高分子層が側鎖に光架橋性のメソゲンを有する高分子液晶であってそのメソゲン末端に光反応性基を有することによって、架橋構造を取ることによって恒久的な情報記録の際に必要な耐熱性を確保することが可能となる。そのような高分子材料として、Macromolecules，Vol.30，No.21，pp.6680-6682(1997)やMacromolecules，Vol.35，No.3，pp.706-713(2002)に掲載されている材料や、感度を用いるレーザーに対して適正にするためにMacromolecules，Vol.38，No.9，pp.3903-3908(2005)に掲載されている材料を用いることができるがこれらに限定されるものではない。

さらに、偏光多重記録では、多重記録光の電界ベクトルの総和として記録がなされる。

このようなシステムにおいては、多重記録を行う際に、偏光軸をかえた複数回の偏光照射によってその都度光反応した部位の配向状態を乱されることなく複数回の軸ないし方向選択的な光反応ができる高分子材料を用いることが、再生系の簡便化の点から好ましい。

偏光多重記録に用いられる光記録媒体としては、従来の光ディスク同様、透明基板上にトラッキングのための溝を設けた円盤状の形態のものをそのまま用いることができる。再生は、透過型であっても反射型であっても可能であるが、例えば、高分子記録層の上に反射膜を設けて、反射構造とすることによって、トラッキングやフォーカシングのサーボ機構としてすでに確立されている現状の光ディスクの技術をそのまま用いることができる。

また、現在の光磁気ディスクでは、記録膜の保護と記録部のカー効果に伴う信号の増強の目的で、透明誘電体膜と反射膜からなる多層構造を採用しているが、同様の技術を本発明に応用することも有効である。

偏光多重記録された情報の読み出しは、記録部位の分子配向によって誘起された光学的異方性を検出することによって行う。光学的異方性を検出するためには、記録媒体からの信号光の偏光情報を偏光素子を通して、強度情報に変換して読み出す方法や、光干渉を用いる方法などが考えられるが、特願２００５−３１７３５２に記載されている異方性を有する回折格子素子を用いる方法が高速性や簡便さの面で優れている。例えば特願２００５−３１７３５２では、液晶分子配向方向を空間的に変調させることによって偏光依存の回折格子を形成し、偏光検出を簡便かつ高速に行う方法が提案されている。また、用いる光の波長程度以下の周期構造を形成した構造異方性を利用した光学素子によって偏光検出を行う方法も有効である。

光記録媒体を形成する場合には、本発明による高分子材料をフィルム化する必要がある。高分子材料を溶解する溶媒、濃度および溶解方法は特に限定されず、用いる基板や乾燥時間などによって適宜選択される。溶液を均一に塗布する方法としては、スピンコート法、グラビアコート法、コンマコート法などが考えられるが、特に限定されるものではなく、必要とされる面積、基板形状、精度などによって適宜選択される。基板は透明基板であれば特に限定されるものではないが、機能性高分子層の機能を最大限引き出すために、固有複屈折率の小さい透明基板材料が好ましい。このような性質を有する透明基板材料としては、各種ガラス、石英、などの無機材料、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、ノルボルネン系高分子、セルロース系高分子、ポリエステル系高分子、などの有機材料を例示できる。基板の形態は特に限定するものではなく、板状、フィルム状などを目的によって適宜選択できるが、現状の光ディスクシステムとの互換性等を考慮する場合には、円盤状の形状のものを回転させながら書き込みあるいは読み出しをできる構成が好ましい。

さらに、本発明で偏光多重記録が可能な材料としては、光波の偏光によって光学的異方性が誘起できる材料系であれば、候補となりえるが、より好ましくは、Macromolecules，Vol.30，No.21，pp.6680-6682(1997)やMacromolecules，Vol.35，No.3，pp.706-713(2002)に掲載されている材料に加え、感度を用いるレーザーに対して適正にするためにMacromolecules，Vol.38，No.9，pp.3903-3908(2005)に掲載されているようなレーザー光に対し光増感作用できうる高分子材料を使うことが最適である。すなわち、一般に架橋性の光反応基は紫外光に対して感度を有するので、405nm光に対しての感度を付与するために、ベンゾフェノンやニトロフェニルなどの増感基を請求項６に示す材料に複合させるか、ないしはそれらを側鎖に有する成分を共重合させることで用いるレーザーに対して最適な感度を付与することができる。

以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの例によって限定されるものではない。

本発明の具体的な実施例１について図面に基づいて説明する。

下式（２）
の化学構造式を有する光架橋性高分子液晶をクロロホルムに１重量％の濃度で溶解し、石英基板の上にスピンコーターを用いて約０．３μｍの厚みとなるように塗布した。このフィルムに１５mＷの直線偏光４０５nmの半導体レーザーの光によって記録を行った。直線偏光の偏光方向を０度、１５度、５０度に制御し、それぞれを照射するかしないかによって１，０の情報とし、(1，0，0)，(1，1，0)，(0，1，0)，(1，1，1)，(1，0，1)，(0，1，1)，(0，0，1)の７種類の組合せで重ね書きした。偏光多重記録部位の偏光顕微鏡写真を図２に示す。それぞれのスポットは、偏光子を回転させることで明暗が生じ、識別可能であった。

実施例１で用いたＰＬＣと同じフィルムに、先ず４０５ｎｍの直線偏光を夫々３５ｍＪ，７０ｍＪ，１４０ｍＪ，２８０ｍＪで照射（Ａ）したフィルムを作製した。続いて、偏光角度を５０℃回転して種々の強度で夫々最初に照射したピットと同位置に４０５ｎｍの直線偏光を照射（Ｂ）した。このフィルムを１８５℃で１分加熱したときの、最初に照射した直線偏光（Ａ）の光強度と２回目に照射した直線偏光（Ｂ）の光強度の比に対する分子配向回転角を図３に示す。この図３から、最初に照射した直線偏光（Ａ）のエネルギー（光強度）に関わらず、分子配向は最初に照射した直線偏光（Ａ）の光強度と２回目に照射した直線偏光（Ｂ）の光強度の比に応じて変化した。このことは、一回目と二回目に照射する偏光の強度比を変えることによりアナログ多重記録が可能なことを示している。

楕円偏光の電界ベクトルの軌跡である。偏光多重記録を行った記録部の偏光顕微鏡写真である。光強度比に対する分子配向回転角を示すグラフである。

Claims

偏光照射によって分子配向が制御される機能を有する高分子材料と、この高分子材料の同一箇所に偏光方位角を異ならせた直線偏光を夫々１回ずつ照射する手段と、前記高分子材料の分子配向によって形成された光学的異方性を検出する手段とを有し、前記高分子材料として、直線偏光によって軸ないしは方向選択的に光反応し、前記偏光方位角を異ならせた直線偏光の照射によってその都度光反応した部位の配向状態を乱すことなく複数回の軸ないし方向選択的に光反応し得る高分子材料を採用したことを特徴とする偏光多重記録再生システム。
前記直線偏光を照射する手段として、最初に１回目の直線偏光照射を行い、次に１回目の照射光とは異なる偏光方位角の直線偏光を強度を変調させて照射する手段を採用したことを特徴とする請求項１記載の偏光多重記録再生システム。
前記分子配向によって形成された光学的異方性を検出する手段として、前記高分子材料にして前記直線偏光が照射されることで情報が記録される記録部を少なくとも一度は透過した直線偏光を、光学的異方性を有する回折素子によって回折させ、この回折光強度を検出することによって、前記記録部を透過した直線偏光の偏光方位角を決定する手段を採用したことを特徴とする請求項１，２のいずれか１項に記載の偏光多重記録再生システム。
前記高分子材料として、前記直線偏光の照射時ないしは照射後に分子再配向する高分子材料を採用したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の偏光多重記録再生システム。
前記高分子材料は、少なくとも下式（１）の化学構造を有する成分を含むものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の偏光多重記録再生システム。
但し、
ｎ：１〜１２
ｍ：０〜１２
Ｘ：ｎｏｎｅ，−ＣＯＯ−，−ＯＣＯ−，−Ｎ＝Ｎ−，−Ｃ＝Ｃ−または−Ｃ_６Ｈ_４−
Ｗ：シンナモイル基またはその誘導体などの感光性基