JP5048050B2 - 光学データ記憶のための感光材料の前露光および硬化 - Google Patents

Description

本発明は、光学データ記憶、特にホログラフィックデータ記憶のための感光材料の前露光および硬化を実行する方法、およびその方法を使用して光学記憶媒体に書き込むための装置に関する。

光学記憶媒体の容量を増加するための１つの概念は、ホログラフィックデータ記憶を使用することである。この場合、ホログラフィック記憶媒体の全ての容積（ｖｏｌｕｍｅ）が、情報を記憶するために使用され、従来の光学記憶媒体のようにほんの２、３の層が使用されるのではない。ホログラフィックデータ記憶において、デジタルデータは２つのコヒーレントレーザビームの重ね合せにより生成される干渉パターンを記録することにより記憶され、１つのビームは空間光変調器により変調され、データページの形態で記録される情報を伝送する。

ホログラフィックデータ記憶のために、また他の形態の光学データ記憶のためにも、フォトポリマーのような感光材料が、光学データ記録のために使用される。これらの材料は、物質に局所的に吸収された合計光エネルギーに従って、特定の物理的特性、例えば屈折率を変化させる。これらの変化は、材料内にデータを記録することを許容する。いくつかの材料では、データが効率的に記録されることを可能とする前に、材料を前露光することを必要とし、また、データを記録した後に再び材料を露光することを必要とする。この最後の露光または後ろの露光は、硬化またはフラッド硬化としても知られている。前露光は、材料の感度を増加するのに必要であり、高いデータ記録レートを達成するために必要である。硬化は、記録後に未処理の材料の全てを処理するのに必要であり、すなわち、記録データが固定され、材料への追加データの記録が防止される。前露光および硬化は、材料の少しの検出可能なデータ構造をも導かないことが望ましい。前露光の目的は、データを記憶する前に材料の感度を増加させることである。硬化の目的は、データを記録した後に、材料の感度を低下させることである。前露光と硬化の両方のためには、データを記録するか、またはデータが記録された感光材料の容積が、結果として生じる物理特性の変化がデータ記録品質を乱すことがないように、光に露光される必要がある。通常、これは、材料を、例えばＬＥＤアレイにより発光されたインコヒーレント光に露光することにより達成される。このように、物理的特性の均一な変化は、記録容積を全体に獲得される。インコヒーレント光源を使用することにより、例えば干渉効果に起因する材料の不均一な露光が避けられる。

例えば、特許文献１および特許文献２は、ホログラフィックデータ記憶のために使用される感光材料の硬化の方法が開示される。両方の場合において、特別なインコヒーレント光源が、硬化のために使用される。

上記文献において、レーザダイオードのようなコヒーレント光源が、光学データ記録のために使用される。追加のインコヒーレント光源が、硬化のために使用される。これは、２つの異なる光源が光学データ記憶システムで必要であることを意味する。従って、光源をコントロールするために、２本の少なくとも部分的に別々の光路と２つの別々の電子ドライバーも必要である。これは光学システムを複雑にし、そのコストを上昇させる。

特許文献３は、光学記憶媒体の前露光および／または硬化の方法が開示され、ここでは、光学記憶媒体の前露光および／または硬化がコヒーレント光線により照射されることが記載される。前露光および／または硬化のために、光ビームのコヒーレンスは、鏡を動かすことにより破壊される。

米国特許第４７９９７４６号明細書 米国特許第４６８７７２０号明細書 欧州特許第０４１５２３０号明細書

本発明の目的は、光学記憶媒体の前露光および／または硬化の簡略化された方法を提案することである。

本発明によれば、この目的はコヒーレント光ビームにより照射される光学記憶媒体の前露光および／または硬化の方法により達成される。前露光および／または硬化は、コヒーレント光ビームがデータパターンを伝送する１以上の露光ステップにおいて実行され、記録データパターンの回折効率がデータをノイズと区別するにはあまりに低いように、露光ステップごとに露光線量は最小量より小さい。コヒーレント光ビームは、別の用途として、データ記録のために使用される光源により、有利に発せられる。

このアイデアは、インコヒーレント光源を不要とすること、およびコヒーレント光源、好ましくはデータ記録のために使用される光源、のみにより、前露光および／または硬化／後露光を実現することである。前露光および／または硬化は、検出可能なデータが記録されないように実行される。同時に、材料の結果として生じる物理的特性の分布は、インコヒーレント光源の照射で獲得される分布に相当する。これは光学データ記憶システムを単純化し、そのコストを下げている。さらに、硬化は光学記憶媒体の特定のエリアにデータを書いた後に、局所的に簡単になされることができる。本発明は、これらの記憶媒体のために使用される多くのフォトポリマーが前露光または硬化を必要とするため、特にホログラフィック記憶媒体に好適である。

１連の異なる十分に選択されたコヒーレント照射ステップは、１以上のインコヒーレント露光ステップの代わりに感光材料に適用される。それぞれの露光は、適用される強度および／または位相分布により実現される。それぞれの露光ステップのための露光線量は、合計露光強度と露光時間の積として定義され、最小線量より小さく選択される。この場合読み出しの間、記録されたデータパターンの回折効率は、再構成されたデータパターンにおいてデータをノイズと区別するのに十分ではない。好ましくは、後続の露光ステップのデータパターンは、ランダムパターンである。これは、異なる分布の相関関係を最小にすることを許容する。

有利には、後続する露光ステップは、一定の露光強度で、しかし異なる露光時間で、または、一定の露光時間で、しかし異なる露光強度で実行される。これはフォトポリマーの非一定の感度を考慮する考慮することを許容し、一般に材料が以前に露光した合計線量に依存する。露光時間または露光強度を変化させることにより露光線量を調節することにより、結果として生じる回折効率は最小値以下のままとし、その結果、検出可能なデータは記録されない。

有利には、光学記憶媒体に書き込む装置は、本発明による方法を実行するための手段を有する。これらの手段は、ランダムデータパターン発生器および／または前露光および／または硬化の間、露光時間および／または露光強度を調節するためのコントローラを具備する。そのような装置は、追加のインコヒーレント光源を必要とすることなしに、前露光および／または硬化を実現することを許容する。これは、大いに光学セットアップを単純化する。

より良い理解のために、本発明は、ここで、図面を参照してに以下の説明で更に詳細に説明される。典型的な実施形態において、本発明はホログラフィック記憶媒体に適用される。本発明が、本発明の範囲から逸脱することなく、他の形式の光学記憶媒体にも適用でき、特定の特徴が便宜上結合され、および／または修正されることもできることが理解される。

ホログラフィックデータにおいて、記憶デジタルデータは、２つのコヒーレントレーザビームの重ね合せにより生成される干渉パターンを記録することにより記憶される。ホログラフィック記憶システムにおいて使用されるホログラフィックピックアップ１の典型的なセットアップが、図１に示される。例えばレーザダイオード２のようなコヒーレント光源は、光ビーム３を発し、それは、平行レンズ４で平行にされる。変調器１４は、レーザダイオード２に接続している可能性があり、その機能は図５を参照して後に説明される。光ビーム３は、次いで２つの別々の光ビーム７、８に分割される。例えば、光ビーム３の分割は、第１のビームスプリッタ５を使用して達成される。しかし、この目的のために他の光学部品を使用することも同様に可能である。空間光変調器（ＳＬＭ）６は、２つの光ビームの１つを、２次元データパターンを刻み込むための、いわゆる「物体ビーム」７に変調する。物体ビーム７ともう１つの光ビーム、いわゆる「参照ビーム」８、の両方は、対物レンズ９により、例えばホログラフィックディスクのようなホログラフィック記憶媒体１０に焦束される。物体ビーム７と参照ビーム８の交差において、ホログラフィック記憶媒体１０の感光層で記録される干渉パターンが現れる。光路は、さらに位相変調器１５または拡散器１６を具備できる。これらの要素は、図５を参照して後に説明される。

記憶されたデータは、記録されたホログラムを参照ビーム８のみで照射することにより、ホログラフィック記憶媒体１０から検索される。参照ビーム８は、ホログラム構造により回析され、基の物体ビーム７のコピーである、再構成された物体ビーム１１を生成する。この再構成された物体ビーム１１は、対物レンズ９で平行にされ、例えばＣＣＤアレイのような第２のビームスプリッタ１２により２次元アレイ検出器１３に向けられる。アレイ検出器１３は、記録データの再構成を許容する。

データパターンの明るいピクセルを暗いピクセルと区別可能とするために、検出器１３の明るいピクセルの信号対雑音比ＳＮＲは、最小値を上回らなければならない。これは、信号対雑音比が最小値を下回るときに、記録データが雑音と区別できないため、データを検出することができないことを意味する。このように、データは、読み出しの間、信号対雑音比が最小値を上回るような方法で記録されなければならない。上記の典型的なホログラフィック記憶装置において、これは十分に多くの露光線量でホログラムを記録することにより達成される。１つのホログラムの回折効率は、記録露光のために正常な線量を選択することによりコントロールされることができる。フォトポリマーの非一定感度のために、一般に所望の回折効率を達成する線量は、材料が以前に露光した合計線量に依存する。この特定の機能を知ることにより、線量は記録されたデータが読まれるかどうかをコントロールするために調節される。

図２〜図４に基づいて、本発明の第１の態様が、ここで説明される。図２において、感光材料は、１つの露光ステップ３０において、データページ２０を伝送するコヒーレント光ビームで照射される。この１つの露光ステップ３０の間の露光線量は、合計露光強度と露光時間の積として定義され、最小線量Ｄ＿ｍｉｎより小さく選択される。この場合、読み出しの間、記録されたホログラムの回折効率は、再構成されたデータページ２１においてデータをノイズと区別するにはあまりに低い。

上記の発見は、例えばフォトポリマーのような感光材料の前露光および／または硬化のためにここで使用されることが可能である。１回の露光ステップは、前露光または硬化ために所望の合計露光線量を達成するために、何度か繰り返される。それぞれの露光は、コヒーレント露光波の適切な強度および／または位相分布により実現される。異なる分布のセットは、コヒーレント露光の合計が材料の物理的特性の変化についてインコヒーレント露光とほぼ同じになるように選択される。これは、異なる分布の相関関係を最小にすることにより好ましくは達成される。例えば、ランダムなパターンは、低い相関関係を有し、従ってこのアプリケーションに適している。

前露光、データ記録、および硬化のための第１の典型的な露光スケジュールは、図３に示される。上のグラフは材料の感度を示し、それは後続する露光により影響される。その下のグラフは、時間に対する露光強度を示し、すなわち、グラフの中の長方形が露光線量の量を示す。また、その下に典型的なデータパターンが示される。前露光および硬化の間、ランダムパターンが使用され、一方で記録の間、通常のデータパターンが使用される。さらに下のグラフは、それぞれの露光ステップの間、記録されるデータパターンの回折効率を示す。ホログラム番号は、前露光と硬化の間、ホログラフィック記憶媒体の特定の位置での露光ステップの番号を示す。上記番号は、データ記録の間、ホログラフィック記憶媒体の特定の位置に多重されたホログラムの番号を示す。この露光スケジュールによれば、前露光および硬化の間、コヒーレント光ビームの一定の露光強度が使用される。露光線量は、個別のホログラムの露光時間を変化させることによりコントロールされる。前露光と硬化の間、露光時間は、結果として生じる回折効率が最小値ｅｔａ＿ｍｉｎの下のままであるように選択され、その結果、検出可能データが記録されない。前露光の間、材料の感度が増加するので、後続する露光ステップの露光時間は回折効率を最小値以下に維持するために減少される。反対に、硬化の間、材料の感度は減少される。それゆえ、最小値以下のままで回折効率を維持する間、後続する露光ステップの露光時間は増加される。実際のデータ記録の間、より大きな露光時間が使用される。この場合、結果として生じる回折効率は、最小値ｅｔａ＿ｍｉｎを上回る。

前露光、データ記録、および硬化のための第２の典型的な露光スケジュールは、図４に示される。この露光スケジュールによれば、前露光および硬化の間、コヒーレント光ビームの一定の露光時間が使用される。露光線量は、個別のホログラムの露光強度を変化することによりコントロールされる。前露光および硬化の間、露光強度は、結果として生じる回折効率が最小値ｅｔａ＿ｍｉｎの下のままであるように選択され、その結果、検出可能データが記録されない。図３の例との類似点として、この場合、前露光の間、後続する露光ステップの露光強度は、回折効率を最小値以下に維持するために減少され、一方で硬化の間、後続する露光ステップの露光強度が増加される。実際のデータ記録の間、より大きな露光強度が使用される。この場合、結果として生じる回折効率は、最小値ｅｔａ＿ｍｉｎを上回る。もちろん、前露光および硬化の間、露光時間と露光強度を変化することも同様に可能である。

両方の典型的な露光スケジュールにおいて、前露光および／または硬化の間、一連のランダム分布を使用する露光の合計は、容積内の、例えば屈折率のような物理的特性のほとんど均一な変化を引き起こす。これは、記録容積の感度の均一な変化を導く。

図５のフローチャートに図式的に記載される公知の解決方法によれば、前露光および／または硬化の間、感光材料がインコヒーレント光ビームで照射され（ステップ４２）、それはコヒーレント光ビームのコヒーレンスを破壊する（ステップ４１）ことにより獲得され、コヒーレント光ビームは、多の用途として、記録のために使用されるレーザダイオードにより発せられる（ステップ４０）。一時的コヒーレンスの減少およびさらに破壊のために、レーザダイオードがステップ４０で生成するコヒーレント光ビームは、高周波変調器１４により変調される。いくつかの解決方法が、空間コヒーレンスを減少するか、または破壊するために存在する。第１の解決方法によれば、光学記憶媒体１０に対する対物レンズ９の位置および／または傾きは、アクチュエータにより調節される。これは、より均一な強度分布を導き、さらなるハードウェアも必要としない。別の解決方法は、参照ビーム８と信号ビーム７との間で光路差を調整することである。この目的のために、位相変調器１５が、光ビーム７、８のうちの１つに取り入れられる。また別の解決方法は、位相回転プレート、すなわち拡散器１６を光路に取り入れることである。全ての解決方法は、どんな残りのコヒーレンス効果でも平均化する。

更なる解決方法は、ホログラフィック記憶媒体に特別なエリアを設けることであり、それは少なくともコヒーレント光ビーム７、８の空間コヒーレンスを破壊する。そのようなホログラフィック記憶媒体１０の典型的な横断面が、図６に示される。また、前露光または硬化の間のコヒーレントビーム７、８の伝播も示される。ビーム７、８は、カバー層１４、ホログラフィック記憶材料層１５、及びスペーサー層１６中を進む。ホログラフィック記憶媒体１０は、さらに、反射層１７と基板１８とを有する。コヒーレント光ビーム７、８の光軸は、光ビーム７、８が特別なエリア１９以外の反射層１７に当たらないような方法で選択される。コヒーレントビーム７、８の焦点は、好ましくは、特別なエリア１９に位置される。これは、特別なエリア１９をとても小さく維持することを許容する。エリア１９は、少なくともコヒーレント光ビーム７、８の空間コヒーレンスを破壊する。これは、例えば、特別なエリア１９を起伏の多い反射するエリアとして実現することにより達成される。参照ビーム８は、前露光および硬化のために使用されるとき、好ましくは、ホログラフィック記憶媒体１０に対して斜めに照射される。この場合、ホログラムの記憶の間、拡散した反射された参照ビーム８は、後続するホログラムのために使用される隣接するホログラフィック記憶材料の前露光を実行する。

ホログラフィック記憶システムで使用されるホログラフィックピックアップを示す構成図である。 ホログラフィック記憶媒体を照射するための１回の露光ステップを示す図である。 前露光、データ記録、および硬化の第１の露光スケジュールを示す図である。 前露光、データ記録、および硬化の第２の露光スケジュールを示す図である。 先行技術による前露光および／または硬化の方法を示す図である。 コヒーレント光ビームの空間コヒーレンスを破壊する特別なエリアを有するホログラフィック記憶媒体の典型的な横断面を示す図である。

Claims (4)

1. 光学記憶媒体の前露光および／または硬化の方法であって、前記前露光および／または硬化のために、光学記憶媒体がコヒーレント光ビームにより照射される方法において、
   前記前露光および／または硬化は、前記コヒーレント光ビームが前記ビーム断面に渡り空間強度および／または位相分布を伝送する２以上の露光ステップにおいて実行され、異なる露光ステップの前記空間強度および／または位相分布は低い相関関係を有し、記録されたデータパターンの回折効率がデータをノイズと区別するにはあまりにも低くなるように、前記露光ステップのそれぞれの露光線量が最小線量より小さく、後続する露光ステップは、一定の露光強度で、しかし異なる露光時間で、または、一定の露光時間で、しかし異なる露光強度で実行されることを特徴とする、前記方法。
2. 前記コヒーレント光ビームは、他の用途として、データ記録のために使用される光源により発せられる、請求項１に記載の方法。
3. 前記光学記憶媒体は、ホログラフィック記憶媒体である、請求項１または２に記載の方法。
4. 光学記憶媒体の前露光および／または硬化のための請求項１乃至３のいずれか１項に記載の方法を実行するように適用されることを特徴とする光学記憶媒体に書き込むための装置。

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