JP4700881B2 - 情報をホログラフィック媒体に記録するための方法及びシステム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明の目的は、データをホログラフィで記録するための方法である。この方法では、データを含むホログラムを物体ビームと参照ビームとの間の干渉として導波路層に記録する。物体ビームがホログラムの平面に対して本質的に垂直であるのに対し、参照ビームは導波路に結合される。更に、本方法を実施するための装置が提案される。この装置は、導波路ホログラフィック層を持つデータ記憶媒体と、ホログラムの書き込み及び読み取りを行うための光学システムとを含む。光学システムは、物体ビーム及び参照ビームを発生するための手段を含み、物体ビーム及び参照ビームを記憶媒体上で結像する。
【０００２】
【従来の技術】
テープで実現された記憶システムは、記憶容量が莫大であるという点で他のデータ記憶システムから突出している。このようなシステムは、データをテラバイトのオーダーで記憶するために使用されてきた。この大きな記憶容量は、部分的には記憶密度によって、及び部分的には記憶テープの長さによってもたらされる。テープの相対的空間必要条件は小さい。これは、テープを巻いて非常に小さな容積にすることができるためである。テープの欠点は、ランダムアクセス時間が非常に長いということである。
【０００３】
データ記憶が記憶媒体の平面で行われるばかりでなく、深さ方向でも行われる（いわゆる３Ｄ記憶即ち三次元記憶）場合、ランダムアクセス時間を短くでき、又は同じランダムアクセス時間で容量を増大できる。光学的データ記憶は、３Ｄ記憶について幾つかの可能性を提供する。一つの可能な方法は、多層ＣＤ−ｓ又はＤＶＤで使用された解決策である。この場合、データ記憶平面は数十μｍ離間されている。適用された光学システムは大きな開口数を有し、深さ解像度が約１μｍであり、正確に焦合するサーボシステムにより、互いの下に配置された層を選択的に読み取ることができる。
【０００４】
ホログラフィックデータ記憶領域から別の解決策が周知である。この場合、データは厚いホログラム（ブラッグのホログラム）として記憶される。ここで、「深さアドレス指定」、即ち記録されたホログラムの同じ物理的容積への分離は、ブラッグの条件で行うことができる。これは、角度、波長、変位、等の合成として知られている。研究室の実験的ホログラフィック記憶システムでは、主に記憶媒体として主に結晶（鉄をドーピングしたＬｉＮｂＯ３ ）を使用する。これは、製造技術の配慮のため、用途が限られており、テープ記憶システムでは全く使用できない。この目的について、ポリマータイプの材料だけが可能である。
【０００５】
ポリマーをベースとした材料は、通常は、比較的容易に大量生産され、基材に容易に固定される。周知の光学記憶材料はいわゆる側鎖ポリマーであり、ホログラムでの使用が周知である。これらのポリマーの別の重要な特性は、露光後処理、例えば、現像後、熱的又は電気的定着プロセスが不要であるということである。このことは、全ての実際のデータ記憶技術で非常に重要である。
【０００６】
いわゆる側鎖ポリマーは、データを光学的に記憶する目的に非常に適しているということが経験的にわかっている。薄い偏光ホログラムを側鎖ポリマーに理論的には１００％の効率で記録できる。しかしながら、空間的（立体的）記憶に適したブラッグのホログラムを記録するためには、少なくとも２９μｍ乃至５０μｍの厚さのホログラフィック記憶材料が必要とされる。このような厚さのポリマー材料には大きな変形が加わる（温度変化、機械的衝撃、湿度、等による）。ホログラフィック記憶層が変形すると、ホログラムの格子が変形し、これにより回折効率が低下する。層の厚さが増大し、格子の変形がこれに伴って特定の閾値を越えて増大すると、厚いホログラムは劣化し、最後には読めなくなる。反対に、薄いホログラムはホログラフィック格子の変形に対する感受性が遙かに低い。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、多数のホログラムをデータ記憶媒体の同じ単位領域内に記録できる構造を提供し、上述の問題点を少なくとも部分的になくすことである。本発明によれば、薄いポリマー記憶材料の場合に深さ方向でデータを記憶できるデータ記憶構造が提案される。提案された解決策は、薄いホログラムの利点（格子変形に対する感受性が低い）を厚いホログラムの利点（立体的であり、深さ方向で記憶し、データ密度が大きい）と組み合わせる。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の方法によれば、データを含むホログラムを導波路層に又はその近傍に物体ビームと参照ビームとの間の干渉として記録する。この場合、物体ビームはホログラムの平面に対して本質的に垂直であり、参照ビームは導波路に結合される。本発明によれば、ホログラムは多数の導波路層を含む層構造に形成され、参照ビームを層構造の単一の導波路層内に選択的に結合するための結合手段が提供される。
【０００９】
本方法の好ましい実施例では、回折格子を結合手段として使用する。有利には、ピッチ及び／又はプロファイルが異なる回折格子を異なる導波路層で使用し、参照ビームを異なる入射角で結合手段即ち回折格子に投射する。
【００１０】
選択的に、配向が異なる回折格子を異なる層で使用できる。この場合、参照ビームを異なる方向から結合手段に投射し、データ記憶媒体の平面上に投射された異なる方向の射影もまた異なる。
【００１１】
本発明は、更に、データをホログラフィで記録するための装置又はシステムに関する。このシステムは、導波路ホログラフィック記憶層を持つデータ記憶媒体、及びホログラムの書き込み及び読み取りを行うための光学システムを含む。光学システムは、物体ビーム及び参照ビームを発生するための手段を含み、物体ビーム及び参照ビームを記憶媒体上に結像する。本発明よれば、本装置は、多数の導波路ホログラフィック記憶層を記憶媒体に含み、更に、参照ビームを層構造の単一の導波路層内に選択的に結合するための手段を含む。
【００１２】
好ましい実施例では、光学システムは参照ビームを結合手段に異なる入射角から投射するための手段を含む。この場合、結合手段は、ピッチ及び／又はプロファイルが異なる回折格子が異なる層に設けられているのが特に有利である。
【００１３】
別の好ましい実施例では、光学システムは、参照ビームを結合手段に異なる方向から投射するための手段を含み、データ記憶媒体の平面でのこれらの異なる方向の射影もまた互いに異なっている、即ちデータ記憶媒体の平面に進入する方向の成分は、その平面で異なる方向に向くのである。この構成について、結合手段は、配向が異なる回折格子を異なる層に有することが提案されている。
【００１４】
別の特に好ましい実施例では、テープをデータ記憶媒体として使用することが予測される。走行しているテープの滑らかな読み取りを容易にするため、特に好ましい実施例では、光学システムは回転シリンダに位置決めされ、この場合、シリンダがテープを案内する。テープ上のデータを連続的に読み取るため、有利な実施例では、多数の光学システムがシリンダ内に設けられている。
【００１５】
本発明は、更に、本発明の光学システムで使用される導波路構造に関する。
本発明を添付図面を参照して以下に詳細に説明する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
多層ホログラム構造の主要な機構を図１のＡに示す。システムの基本的エレメントは、いわゆる導波路ホログラムである。これは、本質的には、ホログラムを導波路層３に記録するということを意味する。導波路層３は、厚さが約０．５μｍ乃至２μｍの感光性記憶材料でできており、二つのスペーサ層４間に挟まれている。これらのスペーサ層４の厚さは、約５μｍ乃至１０μｍであり、屈折率が導波路層３よりも小さい。システムは、通常Δｎで表される屈折率の差が０．０１乃至０．００１程度である場合に良好に作動する。１０乃至３０程度の導波路層及びスペーサ層が互いに重ねられるけれども、図示を簡単にするため、図１には３つの導波路層３しか示してない。導波路層３は、図１では、二つのスペーサ層４によって離間されている。層構造の外面、即ち頂部導波路層３は保護層７によって覆ってあり、底部導波路層３の下にはミラー８が設けられている。層構造全体は基材１０によって機械的に支持されている。
【００１７】
ホログラムを導波路層３に記録するために共通の物体ビーム５を使用する。この物体ビーム５は、空間変調した光線ビームをフーリエ変換した画像である。変調は、空間光モジュレータ（ＳＬＭ）６によって行われる。物体ビーム５は、ビームスプリッター９を通り、導波路層３及びスペーサ層４を含む層システムに垂直に進入する。層システムは、フーリエ平面に又は少なくともその近傍に置かれる。全ての層について同じ物体ビームを使用する。換言すると、物体ビーム５は全ての導波路層３、即ち全ての感光層を通過する。
【００１８】
参照ビーム１１は、層システムの導波路層３の一つの内部を進行する被嚮導平面波である。本発明の基本的概念の一つは、参照ビーム１１を個々の導波路層３内に選択的に結合するための結合手段を設けるということである。本発明によれば、一つの好ましい実施例では、これは、適切に形成された回折格子１２によって、参照ビーム１１を、選択された導波路層３内に結合することによって行われる。導波路層３の回折格子１２は互いの下にあり、これらの回折格子は、全て、周期（ピッチ）が異なる。即ち、回折格子の二つのライン間の距離が異なる。互いに上下に配置されたホログラム１３の選択又はアドレス指定は、参照ビーム１１について基材の平面に対する異なる入射角αを選択することによって行われる。入射角αは、下文において、参照角とも呼ぶ。所与の周期の回折格子１２には所与の参照角が付けてあり、これにより導波路層に効率的に結合し、効果的嚮導平面波を形成する。他の導波路層３に結合されるエネルギは、数桁損失する。
【００１９】
導波路層３は、単モード導波路又は多モード導波路であるのがよく、全てが同じ厚さでもよいし、厚さが僅かに異なっていてもよい。厚さが等しい単モード導波路層の場合には、各導波路層について異なる周期（ピッチ）及び／又は異なる輪郭の回折格子が設けられる。厚さが僅かに異なる多モード導波路層の場合には、結合回折格子１２の周期は同じであってもよく、この場合、対物レンズ１７によって参照ビーム１１の適正な入射角αを選択することによって、所与の導波路層３が選択され又はアドレス指定され、参照ビームは導波路層に結像される。このシステムにより、回折格子の製造を容易にできるが、回折格子１２の輪郭を所与の結合方向について最適化できない。これにより、結合効率が低下する。
【００２０】
参照ビーム１１の入射角αは、幾つかの方法によって変化させることができる。第１の方法は、対物レンズ１７が機械的に位置決めされた光学システムを使用することが考えられる。対物レンズには、必要な光出力が光ファイバ束によって案内される。別の方法は、本発明の装置で使用された光学システムが、入射角αが異なる参照ビーム１１に対して別の対物レンズ１７を持つということであり、必要な光出力は、共通のコヒーレント光源から全ての対物レンズ１７に結合できる。この場合、使用されなかった対物レンズ１７を通過する光線ビームは、被制御光学スイッチ（図示せず）によって切られる。
【００２１】
結合回折格子１２を製造するための最も簡単な方法は、適当な回折格子形材にプレス又は圧延を加えてスペーサ層４又は導波路層３にすることによって行うことができる。このプロセスは、保安用ホログラムの製造技術と非常に類似している。大量に製造する場合、回折格子１２の製造を価格的に非常に効果的に行うことができる。
【００２２】
記録中、データ記憶媒体の平面Ｓに対して垂直に進入する物体ビーム５と側方から導波路層３内に案内される参照ビーム１１との間の干渉パターンとしてホログラム１３を感光性導波路層３に形成する。光の強さにより、感光性記憶材料の透過性又は屈折率を変化させる。第１の場合では、いわゆる振幅ホログラムを説明したが、第２の場合では、いわゆる位相ホログラムを記録する。光線ビームにより生じる屈折率又は透過性の変化もまた光線ビームの偏光状態に依存する場合には、いわゆる偏光ホログラムを記憶媒体に記録できる。導波路層３が光の偏光に対して感受性の材料で形成されている場合には、物体ビーム５及び参照ビーム１１は、互いに垂直な二つの偏光ビームによって構成される。
【００２３】
導波路ホログラム１３を記録する上で様々なポリマーが特に適している。ポリマーの利点は、これらのポリマーが、多くの他のホログラフィック記憶材料と異なり、現像、定着、熱又は電気による記録といった種類の後処理をホログラム１３の露光後に行うことを必要としないということである。ポリマーは、対費用効果に優れた方法で大量に製造できる。様々な種類のポリマーを層システムの形成に適合させることは比較的容易な仕事である（例えば、基材１０、スペーサ層４、導波路層（記憶層）３、及び保護層７は、全て、種類が異なるポリマーで形成できる）。いわゆる側鎖ポリマー材料又は液晶ポリマー材料が偏光導波路ホログラムの記録に特に適している。
【００２４】
書き込み中、物体ビーム５が全ての導波路層３を通って進行するため、物体ビームは、更に、実際には参照ビーム１１が結合されていないこれらの層を同様に変化させる。消去可能で再書き込み可能なホログラフィック記憶材料では、物体ビーム５は、参照ビーム１１によりアドレス指定が瞬間的にされなかった層の以前に記憶されたホログラムを僅かに消去してしまう。この効果は、ホログラムを合成した場合に被る効果と同じである。
【００２５】
合成ホログラム（ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｄ ｈｏｌｏｇｒａｍｓ）について、前に記録されたホログラムが消去されないようにするための様々な露光技術が開発されてきた。これらの技術は、多くの場合、比較的以前に記録されたホログラムの過露光に基づいており、比較的新たなホログラム記録に要するエネルギは連続的に減少する。これは、消去効果が徐々に小さくなるためである。最終的には、全てのホログラムが記録されたとき、これらの全てのホログラムは回折効率がほぼ等しい。ホログラフィック材料の種類、露光方法及び回折効率の許容幅（変化）に応じて、合成ホログラムの数は数十乃至数千であるのがよい。多層構造に本発明に従って記録された導波路ホログラム１３の場合には、本質的には、同じファクタが有用な層数を制限し、即ち、合成ホログラムを記録する場合の消去効果を制限する。導波路層３の許容可能な最大数、即ち層構造の同じ領域に記録される合成ホログラムの数は、適用された記憶材料の特性に合わせて調節された特別の露光方法を適用することによって最適化できる。上文中で教示した側鎖ポリマーの場合には、現在の技術レベルでは、約５層乃至１０層を互いに重ねるのがよい。
【００２６】
本発明の方法で記録したデータの読み取り中、適切に差し向けられた参照ビーム１１により結合回折格子１２が照射される。導波路層３内の被嚮導参照ビーム１１は、記憶された導波路ホログラム１３上で回折し、書き込み工程中に使用された物体ビーム５と同じ特性を持つ光線ビームを発生する、即ち回折した参照ビーム１１は、ＳＬＭ６が発生した光強さ分布のフーリエ変換を再度発生する。層構造の下のミラー８は、再発生されたフーリエ変換を、書き込み工程で使用されたのと同じ対物レンズ１４に反射する。読み取り画像をビームスプリッター９によって検出器マトリックス１５に結合する。これは、代表的には、記録プロセスで使用されたのと同じビームスプリッターである。
【００２７】
図１のＢに示す他の可能な実施例では、層システムの下にミラー８が設けられておらず、基材１０が透明である。回折された読み取りビーム２６、即ちＳＬＭを通過した光線ビームの再構成されたフーリエ変換が透明な基材１０を通過し、別のフーリエ対物レンズ２７によって変換されて戻され、読み取りビーム２６を基材１０の他方の側部に位置決めされた検出器マトリックス１５に結像する。
【００２８】
ここに説明する透過モード及び図１のＡで説明した反射モードの両方で、層システムは僅かに異なる態様で実現される。この変更した層構造を図２のＡ及びＢに示す。図２のＡに示す装置は、ミラー層８を持つ基材を有し、これに対し図２のＢの装置は透明な基材を持つ装置であり、読み取り検出器１５が入射物体ビーム反対側に設けられている。この場合、導波路層２３は、光に対する感受性がない材料で形成されている。ホログラムは、導波路層２３と直接隣接した感光層２４に記録される。換言すると、この場合、データを含むホログラムは、導波路層に直接記録されるのでなく、その近傍にだけに記録されるのである。感光層２４は、導波路層２３の両側に設けられているのがよく、又は図２のＡ及びＢに示すように片側だけに設けられていてもよい。上述のように、参照ビーム１１は、本質的に導波路層２３内を進行する。しかしながら、導波路層２３の近傍には、指数関数的に減少する電磁場が形成され、これは、エヴァネッセント波とも呼ばれる。このエヴァネッセント波２５は、導波路層２３の直ぐ側方に配置された薄い感光層２４内に、加えられた波長の桁数で所定距離に亘って延びる。換言すると、エヴァネッセント波２５は、実際の記憶材料即ち感光層２４に進入するのである。これと同時に、物体ビーム５が、上文中に説明した場合と同様に、層に対して垂直に進行する。アドレス指定された導波路層２３から感光層２４内に延びる物体ビーム５とエヴァネッセント波２５との間の干渉パターンは、感光層２４にホログラムを記録する。選択された記憶材料に応じて、ホログラムは、振幅ホログラム、位相ホログラム、又は偏光ホログラムである。
【００２９】
ホログラムをエヴァネッセント波２５の原理を使用して参照ビーム１１で記録する場合、層システムは、二つ又は三つの異なる材料で形成される。三つの異なる材料の場合には、導波路層２３は屈折率が最大であり、厚さが１μｍ乃至２μｍである。感光記憶層２４は厚さが１μｍ乃至２μｍであり、スペーサ層４の厚さは約１０μｍである。後者の二つの層の屈折率は、導波路層２３の屈折率よりも小さい。この層構造には、層（導波路層、スペーサ層、記憶層）の重要な特性及び材料定数を別々に最適化できるという利点がある。
【００３０】
本発明による方法の実際の実現を図３及び図４を参照して例示する。図３は、テープに基づく光学記憶システムの記憶媒体の構造、即ち光学テープ３０の構造を示し、図４は図３に示すテープ３０へのデータの書き込み及びこれからのデータの読み取りに適した装置を示す。
【００３１】
本発明が示唆する多層導波路ホログラムは記憶容量が大きい光学テープ記憶システムに特に適している。可能な実施例では、各層内のホログラム１３は、テープ３０の長さに沿って延びる多数のライン３１で互いに並んで位置決めされている、即ちテープ３０の幅の中に互いに平行な幾つかのラインがある。一例として、図３に二つのライン３１を示す。ホログラム１３が幾つかのライン３１をなして位置決めされている場合には、書き込み／読み取りヘッド３３の数は、ライン３１の数と同じであるのがよい。この場合、書き込み／読み取りヘッド３３を互いに対してテープ３０の長さに沿ってシフトできる。
【００３２】
フーリエ平面がＸ−Ｙ方向での変位（ホログラム１３の平面での変位）に対して理論的に不変であることを考えると、適当な結像特性を持つ光学システムでは書き込み／読み取りヘッド３３の光軸を実際に読み取られるホログラム１３の理論的中央に対してシフトさせることができ、距離はホログラムの大きさの約十分の一（ホログラムの平面内でのその大きさ、即ちその幅又は長さの十分の一）と対応する。このことは、本発明が提案するホログラフィックデータ記憶システムが製造及び位置決めについて特別の許容差を必要とせず、そうでない場合にライン３１を正確にトラッキングするのに必要な複雑なサーボシステムを必要としないということをこれが意味するため、重要である。読み取り中、テープ３０を各ホログラム１３について停止させる必要はなく、テープ３０は書き込み／読み取りヘッド３３に対して連続的に移動できる。
【００３３】
別の可能な実施例では、単一の書き込み／読み取りヘッド３３が幾つかのライン３１を読み取る。この場合、書き込み／読み取りヘッド３３には、テープ３０の長さ方向に対して垂直に移動するための位置決め手段が設けられていなければならない。
【００３４】
個々のホログラム１３は、上から見た場合に互いに完全に重なるように位置決めされる。ホログラムが完全に重なっている場合には、読み取り中及び書き込み中の両方でテープ３０を書き込み／読み取りヘッド３３に対して停止させなければならない。しかしながら、別の方法では、少なくとも読み取り中にテープ３０を連続的に移動することもできる。読み取りは、短いレーザーパルスで行われ、読み取られるべきホログラム１３が正確に書き込み／読み取りヘッド３３の光軸にある場合に開始される。互いの上又は下にあるホログラム１３は、図３からわかるように、テープ３０の長さ方向で互いに対して僅かにシフトされている。シフト量は、読み取り時間（即ち読み取りパルスの持続時間）中のテープの移動距離に等しい。この方法では、次の画像を読み取るとき、次のホログラム１３が光学システムの視野の中に位置決めされる。
【００３５】
この装置でも、書き込み／読み取りヘッド３３及びテープ３０は、書き込み中に互いに対して停止していなければならない。この装置は、読み取り中にテープが連続的に移動でき、突然の停止も大きな加速もなく、テープに作用する全体としての機械的応力が比較的小さいという利点を提供する。書き込みが読み取りよりも時間がかかるプロセスであるため、機械的応力は既に小さい。
【００３６】
本発明によれば、書き込み速度を大幅に高めるための別の装置が提案される。これは、書き込み中にテープ３０を停止させる必要がない光学システムによって行われる。この提案された実施例は、連続的移動によりテープ３０に重大な摩耗が加わることがないため、有利である。この目的のため、書き込み／読み取りヘッド３３及び書き込みが行われるテープの領域は書き込みプロセス中、互いに対して静止していなければならない。一つの可能な解決策は、書き込み／読み取りヘッド３３を回転ドラム即ちシリンダ３４内に取り付けることである。この装置を図４に概略に示す。テープ３０はシリンダ３４の周囲をスリップすることなく案内される。シリンダ３４の壁は、書き込み／読み取りヘッド３３の対物レンズの下が透明である。対物レンズを離れる物体ビーム及び別体の参照光学装置を離れる参照ビームがテープ３０に進入する。テープは、対物レンズに対して静止している（実際には、これらは一緒に回転する）。その結果、物体ビーム及び参照ビームは、明瞭で良好に画成された歪みのない干渉パターンを発生し、記憶されたホログラムを良好に読み取ることができる。
【００３７】
図３でわかるように、テープ３０上で互いに重なったホログラム１３の一方の半部について、結合回折格子１２は右側から割当てられるのに対し、他方の半部は左側から割当てられる。この方法では、良好な結合効率で互いから独立してアドレス指定できるホログラム１３の数は異なる結合回折格子１２の数の二倍である。このことは、参照ビームについての進入角間隔が限定されているものと仮定した場合、参照ビームの選択性が良好であるということを意味し、換言すると、選択された導波路内に結合された強さと隣接した導波路内に結合された強さとの間の比（即ち、散乱効果による「寄生」強さ）が良好であるということを意味する。換言すると、互いに重なったホログラム間のクロストークが少ない。
【００３８】
本発明の原理を適用した、テープをベースとした光学記憶システムは、かなりのデータ記憶容量を提供する。比較的簡単な光学装置及び現存の記憶材料（例えば上述の側鎖ポリマー）により、約１．５ｂｉｔ／μｍ²のデータ密度を実現できることが実験的により分かった。既製の入手可能なＳＬＭ（例えば、ピクセル数が３２０×２４０又は５１２×５１２）では、ホログラムの大きさは数十ｍｍである。実際には、４列の結合回折格子を２ｍｍ幅の光学テープ上に配置する。テープの全幅について計算すると、全データ密度は約１ｂｉｔ／μｍ²である。換言すると、１ｍｍの長さのテープの場合、容量は約２０００×１０００＝２００Ｋバイトである。１０層が互いに重なっていると仮定すると、理論的記憶容量は２Ｍバイト／ｍｍテープである。長さが３０ｍのテープの容量は約６０Ｇバイトである。この理論値はいわゆる原容量であるということに着目しなければならない。通常のデータコード化アルゴリズム及びデータ編成方法（ファイル及びディレクトリ構造）を用いると仮定した場合、使用容量は、実際には、必要なエラーコーディング、制御ビット、等により原容量の５０％乃至６０％に減少される。
【００３９】
最後に、カード又はディスクを使用する光学記憶システムを図５及び図６を参照して説明する。
多層導波路ホログラムは、テープを用いた記憶システムの他に、他の周知の記憶システム、例えばカードやディスクを用いた記憶システムにも同様に適用できる。導波路構造の主要パラメータは、本質的には、図１又は図２に示すのと同じである。データ記憶媒体間の相違は、ホログラム１３及び結合回折格子１２の相対的構成である。図３に示す構成は、テープに記憶する場合に最適である。ディスクデータ記憶装置では、ホログラム１３は、通常の方法で円をなして又は螺旋状に配置される。読み取り光学装置の適正な位置決め（トラッキング）は、周知のオプトエレクトロニカル及びオプトメカニカルサーボシステムによって行われる。このシステムはここには説明しないが、当該技術分野で周知である。
【００４０】
カード型データ記憶媒体又はその等価物、即ち本質的に定置の記憶媒体を持つデータ記憶システムについて、別の回折格子ホログラム装置を提案する。このようなデータ記憶カードでは、記憶媒体は光学テープよりも遙かにゆっくりとした速度で移動する。その結果、読み取り速度（データ移送速度）が低い。これは、記憶されたデータの種類（個人データ、銀行預金口座、個人の医療情報、等）のため、通常はカード記憶媒体から大量のデータを読み取る必要がないことにより、緩和される。異なる層のホログラムが互いに正確に重なって位置決めされており、テープシステムの場合のようにずれていない場合、データ移送速度を高めることができる。カードアクチュエータ機構の位置決め作動後、入射角即ち参照ビームの方向を迅速に変化させることにより、任意の層の選択されたホログラムに到達できる。読み取り速度は、読み取り用電子装置の性能によって制限される。従って、迅速ＣＣＤ又はＣＭＯＳ光検出器を用いた読み取り用光学装置及び電子装置を使用するのが好ましい。
【００４１】
カード型記憶媒体の可能な実施例について、互いに重なったホログラム４３を結合回折格子４２が取り囲んでいる（図５及び図６参照）。この場合、異なる層と組み合わせられた結合回折格子４２が互いに対して所定角度で位置決めされている。このことは、全ての回折格子４２が同じプロファイル及び同じ周期性を持つということを意味する。この実施例はそれ自体簡単であり、回折格子の製造を遙かに安価なものとする。選択された層へのアドレス指定は、参照ビーム４１をホログラム４３の平面に対して垂直な軸線を中心として回転させ、ホログラム４３の共通の中心を通過させることによって行われ、この際、参照ビーム４１は所与の入射角βでホログラム４３に進入する。この垂直回転軸線は、実際には、物体ビーム４５の光軸と一致する（特に図６を参照されたい）。換言すると、所与の傾斜角βの参照ビーム４１をフーリエ対物レンズ１４の光軸を中心として回転させるのである。この方法では、参照ビーム４１は一度に一つの回折格子４２だけと一致し、従って、一つの層だけに良好な効率で結合される。これと同時に、基材１０の平面上に投射される異なる結合回折格子４２と関連した異なる参照ビーム４１の方向の射影は異なる。図６を参照されたい。基材１０の平面はカード４６それ自体の平面と本質的に一致する。換言すると、方向が異なる回折格子４２は選択的結合手段として作用し、適正な方向の参照ビーム４１と協働する。
【００４２】
積み重ねられたホログラムを、二種類の繰り返し層だけを持つエヴァネッセント参照ビーム１１を使用して記録することもできる。このような導波路構造を図７に示す。記憶及び読み取りを行うための光学システムは、図１のＡ及び図２のＡに示すのと同じである。選択的結合手段即ち回折格子１２が各導波路層２３毎に更に設けられている。しかしながら、この場合、別体の感光層２４及びスペーサ層４が導波路構造に設けられておらず、これらの二つの層の代わりに１０μｍの適当な厚さを持つ単一の感光性スペーサ層２９が設けられている。換言すると、このシステムは、スペーサ層自体がホログラムの記憶に適した導波路構造と考えることができる。ここでは、参照ビーム１１は、僅か１μｍ乃至２μｍの厚さの非感光性材料製の導波路層２３内を進行する。指数関数をなして減衰するエヴァネッセント波２５のため、厚い感光性スペーサ層２９のホログラムは、導波路層２３の直ぐ近傍にだけ形成される。記憶材料が十分に厚い場合には、層間の結合が生じない。
【００４３】
図７の導波路構造は、記録に使用される積み重ね層と基材１０との間にミラー８を更に含む。しかしながら、ミラー層８がなく基材１０が透明な図７の導波路構造を使用することも考えられる。この場合、記憶及び読み取りを行うための光学システムは、図１のＢ及び図２のＢに示すのと同様に変更できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 Ａは、多層ホログラフィックデータ記憶原理及び多層記憶媒体を示す断面図であり、Ｂは、図Ａに示す光学セットアップの変形例を示す断面図である。
【図２】 Ａは、図１のＡに示す構成の変形例の断面図であり、Ｂは、図２のＡに示す光学セットアップの変形例の断面図である。
【図３】 図１の記憶媒体の概略平面図である。
【図４】 図１及び図２の記憶媒体で使用された読み取り−書き込み光学システムの原理の概略図である。
【図５】 本発明のデータ記憶装置の別の実施例の作動原理を示す図である。
【図６】 図４の光学セットアップのエレメントの空間的装置を示す斜視図である。
【図７】 図２のＡに示す光学セットアップの別の変形例の断面図である。
【符号の説明】
３ 導波路層
４ スペーサ層
５ 物体ビーム
６ 空間光モジュレータ
７ 保護層
８ ミラー
９ ビームスプリッター

Claims (14)

1. 多数の導波路層とこれらの導波路層を離間するスペーサ層とを含み、スペーサ層の屈折率が導波路層の屈折率よりも小さい導波路層構造にホログラムを記録するための方法であって、ホログラムは、
   導波路層構造の平面に対して本質的に垂直な物体ビームと、
   導波路に結合された参照ビームとの間の干渉として導波路層に又は導波路層の近傍に記録され、
   参照ビームを導波路層構造の一つの導波路層に選択的に結合するため、回折格子を各導波路層に組み合わせる工程を含む、方法において、
   ピッチ及び／又はプロファイル及び／又は方向が異なる回折格子を、異なる導波路層で使用する工程、及び
   異なる入射角及び／又は異なる方向で参照ビームを回折格子に投射する工程であって、データ記憶媒体の平面でのこれらの異なる方向の射影もまた互いに異なる、工程を更に含む、方法
2. ホログラムを記録するための装置であって、
   多数の導波路層及びこれらの導波路層を離間するスペーサ層を含み、スペーサ層の屈折率が導波路層の屈折率よりも小さい導波路層構造を持つデータ記録媒体、
   物体ビーム及び参照ビームを発生するための手段を含む、ホログラムの書き込み及び読み取りを行うための光学システムであって、物体ビーム及び参照ビームを記憶媒体上に結像するための手段を更に含む、光学システム、及び
   参照ビームを層構造の単一の導波路層に選択的に結合するため、各導波路層と組み合わせられた回折格子を含む、装置において、
   −ピッチ及び／又はプロファイル及び／又は方向が異なる回折格子が異なる導波路層に設けられ、
   −光学システムは、参照ビームを回折格子に異なる入射角から、及び／又は異なる方向から投射するための手段を含み、前記データ記憶媒体の平面でのこれらの異なる方向の射影もまた互いに異なる、ことを特徴とする装置。
3. 請求項２に記載の装置において、テープをデータ記憶媒体として含む、装置。
4. 請求項３に記載の装置において、光学システムは、テープを案内する回転シリンダ内に位置決めされる、装置。
5. 請求項４に記載の装置において、シリンダ内に多数の光学システムが設けられる、装置。
6. 請求項２又は３に記載の装置において、カードをデータ記憶媒体として含む、装置。
7. 請求項６に記載の装置において、光学システムはホログラフィック記憶層の平面に対して垂直な軸線を中心として参照ビームを回転するようになっている、装置。
8. 感光性ホログラフィック記憶層を含む導波路層構造であって、前記層構造は、
   基材、
   多数の導波路層、及びこれらの導波路層を離間する導波路層の屈折率よりも屈折率が小さいスペーサ層、
   参照ビームを導波路層構造の単一の導波路層に選択的に結合するための、各導波路層と結合した回折格子を更に含む、導波路層構造において、
   方向及び／又はピッチ及び／又はプロファイルが異なる回折格子が異なる導波路層に設けられている、ことを特徴とする導波路層構造。
9. 請求項８に記載の導波路構造において、基材及びこの基材と隣接した導波路層との間にミラー層が設けられている、導波路構造。
10. 請求項８又は９に記載の導波路構造において、透明な基材を含む、導波路構造。
11. 請求項８、９、又は１０に記載の導波路構造において、ホログラフィック記憶層は導波路層である、導波路構造。
12. 請求項８、９、又は１０に記載の導波路構造において、少なくとも一つの別体のホログラフィック記憶層を各導波路層と隣接して有する、導波路構造。
13. 請求項８、９、又は１０に記載の導波路構造において、ホログラフィック記憶層はスペーサ層である、導波路構造。
14. 請求項８乃至１３のうちのいずれか一項に記載の導波路構造において、保護層が層構造の外面に設けられている、導波路構造。

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