(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）第１のレーザービームを第１の角度でホログラフィ媒体に照射するステップと、
（ｂ）第２のレーザービームを前記第１の角度とは異なる第２の角度で前記ホログラフィ媒体に照射するステップと、
（ｃ）前記ホログラフィ媒体を前記第１と第２のレーザービームに対して回転させるステップと、を含む光学データをホログラム形式で記憶する方法であって、
前記ホログラフィ媒体は各々が縁部と中心部とを有する２枚の透明板の間に含まれる感光性のポリマーであり、該媒体は、
ｉ．内縁部と外縁部とを有する金属箔を各々の板に取り付け、
ii．金属箔の外縁部が板から延出するように、前記板の各々の縁部に前記金属箔の内縁部を取り付け、
iii．間にスペースを置いて前記板を位置合わせし、
iv．前記スペースに前記感光性ポリマーを充填し、
ｖ．前記板上の金属箔の外縁部を互いに結合することによって、前記板を互いに密封することによって作製される、光学データをホログラム形式で記憶する方法。
【請求項２】
各々が縁部と中心部とを有する２枚の透明板の間に含まれる感光性ポリマーであるホログラフィ媒体を作製する方法であって、
ａ．各々の板に内縁部と外縁部とを有する金属箔を取り付けるステップと、
ｂ．金属箔の外縁部が板から延出するように、前記板の各々の縁部に前記金属箔の内縁部を取り付けるステップと、
ｃ．間にスペースを置いて前記板を位置合わせするステップと、
ｄ．前記スペースに前記感光性ポリマーを充填するステップと、
ｅ．前記板上の金属箔の外縁部を互いに結合することによって、前記板を互いに密封するステップとを含み、前記板は、機械的圧着により接合される方法。
【請求項３】
ホログラフィ媒体であって、
ａ．各々が縁部と中心部とを有する一対の透明板と、
ｂ．外縁部と内縁部とを有する金属箔とを備え、該内縁部は、金属箔の外縁部が板から延出するように各々の板の縁部に取り付けられ、該金属箔は、各々の板に取り付けられ、該ホログラフィ媒体は、さらに、
ｃ．前記板を間にスペースを置いて位置合わせする手段と、
ｄ．前記スペースを充填する感光性ポリマーと、
ｅ．前記板上の金属箔の外縁部を互いに結合し、前記板を互いに密封する密封手段と、
を備えているホログラフィ媒体。
【請求項４】
前記金属箔は、ガラス遷移温度が１００℃以上の接着性ポリマーを使用して、前記板に取り付けられる請求項３記載のホログラフィ媒体。
【請求項５】
前記金属箔は、はんだを使用して前記板に取り付けられる請求項３に記載のホログラフィ媒体。
【請求項６】
前記板上の金属箔の外縁部は、ガラス遷移温度が１００℃以上の接着性ポリマーを使用して互いに結合される請求項３に記載のホログラフィ媒体。
【請求項７】
前記板上の金属箔の外縁部は、はんだを使用して互いに結合される請求項３に記載のホログラフィ媒体。
【請求項８】
前記金属箔はＡｌ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｔａ、ＴｉおよびＰｔからなる群から選択される金属を含む請求項３に記載のホログラフィ媒体。
【請求項９】
前記板はガラスである請求項３に記載のホログラフィ媒体。
【請求項１０】
前記板は機械的圧着を使用して互いに結合される請求項３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は性能と保存寿命を高めるためのホログラフィ媒体をパッケージする技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
情報の記憶に関する有望な新分野は、ホログラムの形式で記憶される光学データを利用するものである。ホログラムとは大量のディジタル・データを記憶するために利用できる三次元画像である。開発中のホログラフィ記憶システムは、μｍ2当たり数十または数百データビットの記憶密度を可能にする。
【０００３】
ニオブ酸リチウムは光学記憶媒体として鋭意研究されてきており、データの書込み、読出し、消去、および再書込みが可能であるという利点をもたらしている。しかし、ニオブ酸リチウムのような無機の結晶材料は大容量のデータバンクを作成するのに最適なものではない。更に、この媒体は揮発性の傾向、すなわち読出すとデータが劣化する傾向がある。これらの材料を非揮発性にする方法は開発されているが、それには記憶媒体の加熱、または極めて高い書込みフラックスが必要であり、そのいずれもこの材料の有用性を制限している。
【０００４】
読出し専用記憶装置の用途でより有望であるのは、モノマーおよびフォトイニシエータを含むポリマー・マトリクス材料である。放射によってポリマー体の屈折率の局部的な変化を誘発する重合が生ずる。このアプローチによってマトリクス材料と感光性材料用に別個の化学薬品を使用することが可能になる。マトリクスは機械的安定性、および熱安定性および保存寿命のために、別個に設計することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
高密度の光学記憶媒体の有望な候補は、Ｍｅｒｃａｐｔｏ−Ｅｐｏｘｙ−Ｂｒｏｍｏ−Ｓｔｙｒｅｎｅ（ＭＥＢＳ）である。本明細書で参照として、援用される米国特許出願第０９／０４６８２２号を参照されたい。しかし、研究の結果、この材料は光学記憶媒体として極めて有効であり、有用ではあるが、例えば湿気のようなコントロールされていない環境では保存寿命が限定されることが判明している。このポリマーは一般のポリマーとは異なり、保管中に湿気を吸収する傾向があり、それによって材料は膨脹し、空間的に不均一に屈折率が変化する。この材料は一般的にはガラス板の間に配置されるので、ポリマーの不均一な膨脹や屈折率の変化によって、記憶媒体の光学的な品質が損なわれる。光学的記憶に有用である別のポリマー材料も保管寿命を制限する大気状態に敏感である。従って、これらのポリマー記憶材料を上記の用途にとって効果的なものにするには、その保存寿命を改善する技術を開発する必要がある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らはポリマーのホログラフィ記憶媒体の保管寿命を改善する技術を開発した。一般的には厚みが５０−２０００μｍであるプレポリマー材料がベースになるガラス板に被覆され、対向するガラス板で封入される。次に、プレポリマーは現場で光学的に平坦な構造で重合され、記録媒体のマトリクスが形成される。これは熱、または光化学的に重合を開始することができる。封入および重合の前に、各ガラス板には板の周囲に延在し、これに密封される可撓性の縁部タブが備えられる。プレポリマーはガラス板の間で調合される。タブは適当な接着材またはボンドで互いに密封され、または互いに機械的に圧着して、防湿性のパッケージが製造される。このアプローチはポリマー内への湿気の侵入を遅らせるだけではなく、使用環境での温度偏倚中のポリマーおよびシーラントの熱膨脹の相違による応力に起因するガラス基板の歪みをも防止する。この技術の重要な利点は、それによって比較的高温、すなわちポリマー媒体にとって有害となる可能性がある温度を利用して、ガラス板にタブを取り付けること、およびタブを互いに密封することの双方が可能になることにある。この密封技術は更に、マトリクス材料の重合によって誘発される収縮にも適応する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
光学的な品質はデータを記録し、読出すためのホログラフィ媒体の適性を査定する上で重要なパラメータである。記録媒体は、複合部品の光路内の構成部品の１つであり、その光路を介し、大容量のデータ・ページが写像され、また多数のホログラムが高い忠実度で読出されるため、サンプルが大きい領域に亘って光学的に平坦であることが重要である（λ／４／ｃｍ、但しλは記録用レーザーの波長、例えば、５３２ｎｍである）。光学的品質はＺＹＧＯ  ＧＰＩＸＰHR干渉計を使用して特徴付けすることができる。Ｓｔｒｅｈｌ（ポイント拡散関数）と、サンプルの中心の直径４ｃｍの領域での二乗平均波長との比率をＱと定義する。ディジタル式ホログラフィ記録用には、Ｑ＞１の光学的品質が合格であるものと考えられる。ｍｅｒｃａｐｔｏ−ｅｐｏｘｙ−ｂｒｏｍｏｓｔｙｒｅｎｅ（ＭＥＢＳ）の化学式から新たに調製されたサンプルのＱの値は標準的には高い（＞２）。これらのサンプルは、マトリクスの硬化中に外部の板の光学的な平坦さの調整が可能な装置内で製造される。例えば米国特許第５，９３２，０４５号を参照されたい。ＭＥＢＳサンプルはコントロールされない周囲条件では老化するので、光学的な品質は劣化する。サンプルの製造から１日後には顕著な還元が認められ、２週間後にはＱの値は（Ｑ＝５−６の平均値から）ゼロにまで低下する。ＭＥＢＳサンプルの歪みは、干渉計では、サンプルの縁部から中心部へと移動する同心円として観察される。最初はこの歪みは標準的にＱが測定される領域の外側にある。老化が継続すると、このような縁部の歪みはサンプルの中心領域へと延び、サンプルの厚さと屈折率の変化を示す。
【０００８】
マトリクス部品の幾つかの周知の湿気脆弱性に基づいて、ＭＥＢＳサンプルの老化に対する湿度の影響が判定された。新規に製造されたサンプルはコントロールされた異なる３つの湿度環境で保存され、時間の経過ごとの光学的品質（Ｑ）が監視された。相対湿度（ＲＨ）が９５％の環境で２週間後、光学的品質は完全に劣化し、（標準的な周囲条件に最も近い）５３％ＲＨでは、Ｑの値は７４％低かった。比較すると、０−４％のＲＨで老化したサンプルでは、Ｑの値は２８％低かった。この実証は、ポリマーのホログラフィ記憶媒体の光学的品質を維持するには、湿度のコントロールが主要な要因であることを示している。
【０００９】
ポリマーのホログラフィ記憶媒体の湿気の問題を克服するために、本発明に基づいて、ポリマー材料は密封されたガラス板内にパッケージされる。効率を高めるため、シーラントは防湿性のものでなければならない。この要求基準はシーラントの選択肢を限定する。例えば室温のような比較的低温で硬化する従来のポリマー・シーラントは標準的にはこの用途には受け入れられない程度に湿気を透過する。好適なシーラントは、例えばはんだのように比較的高温で適用され、または硬化するものである。しかし、パッケージ作業でこのような温度を利用すると、ポリマー記録媒体が損傷する危険がある。ほとんどのポリマー材料の橋かけ結合は熱によって促進される。ポリマー記憶媒体の周囲の縁部を密封するために加熱すると、ポリマーの橋かけ結合が不均一になり、湿気に誘発されるものと同じ応力と、局部的な屈折率の変化が生ずる。
【００１０】
これに対して、ガラス板は本明細書では好適な封入手段として記述されており、当業者には高品質の、すなわち複屈折がないプラスチック板を使用してもよいことが分かる。
【００１１】
本発明の方法では加熱密封材料を使用できるが、ポリマーの局部的な加熱による悪影響は回避される。この方法では、可撓性の金属箔がガラス板の内縁部に沿った周囲に取り付けられる。これはポリマー材料をガラス板に塗布する前に行われるので、接着剤の選択はポリマーの熱脆弱性によっては制限されない。この用途のための好適な接着剤はガラス遷移温度が比較的高いもの、すなわちＴg ＞１００℃のものである。
【００１２】
ポリマー記憶媒体を封入するために使用されるガラス板は正方形または長方形といった四辺形でも、またはディスク形でもよい。縁部の密封に使用される金属箔は額縁形であり、またはディスク形の媒体の場合は、円形構造であり、中心部に透明なフィールドを残して連続的な縁部の密封を形成する。
【００１３】
図１を参照すると、間にポリマー製のホログラフィ記憶媒体１３を挟んでガラス板１１および１２が示されている。
【００１４】
ガラス板１１と１２には、接着剤１６でガラス板に取り付けられた縁部タブ１５が備えられている。縁部タブ１５は好適には金属箔である。金属箔はガラス板１１と１２の各々の全周囲に張り付けられている。箔は図１の１６で示すように、接着剤の連続する縁部ビードを使用して板に取り付けられる。ガラス板の間の空間にポリマー製のホログラフィ媒体１３を充填した後、箔は図示のように互いに曲折され、接着剤１８で密封される。金属箔をガラスに取り付けるには特殊なはんだが使用される。周知のとおり、それには、最初にガラスによく接着する材料でガラスを蒸着により金属被覆する必要がある。
【００１５】
密封されたポリマーのホログラフィ媒体を製造する方法の例を、方法のステップを表した図２−７に関連して説明する。図２を参照すると、接着剤の縁部ビード２２を備えた１枚の光学ガラス板２１が示されている。本発明のポリマー製のホログラフィ記憶媒体を封入するために使用されるガラス板は、好適には５０−２０００μｍの厚さに媒体をコントロールする前述の装置内に装着される。板の適切な厚みは０．５から２．０ｍｍである。ガラス材料は従来の材料である。一例として、コーニング社から市販されている液晶表示ガラスがこの発明で使用するのに適している。あるいは、透明プラスチック板を使用してもよい。
【００１６】
ガラス板はこの説明では図３のように正方形であるものとして図示されているが、例えば長方形またはディスク形のようなどのような形状でもよい。接着剤の連続ビード、および“額縁”形は図３の平面図に明確に示されている。本明細書および添付の特許請求の範囲では、“額縁”という用語を最も分かりやすい用語として用いているが、“額縁”形とは取り囲む境界として定義されている。接着剤２２は、好適にはガラス遷移温度が１００℃以上のエポキシでよい。適当なエポキシ材料の例には、イミダゾーレ成分と橋かけ結合されたビスフェノールＡのジグリシジル・エーテルがある。これらの材料は公知であり、市販されている。エポキシ材料は板とエポキシのビードを好適には１２５℃以上の温度まで加熱することによって熱硬化される。比較的高温での硬化を採用することによってシーラントの有効性が高まる。加熱は従来形のホットプレートまたは炉を使用して行うことができる。産出量がより多い製造環境では、急激な焼なまし装置、またはレーザー加熱装置を使用することができる。連続的な接着剤ビードを周囲に幅約３−５ｍｍ、厚さ５０−１００μｍに保つことが有利である。一般に、これは硬化中に加圧することによって達成される。
【００１７】
あるいは、周囲のタブを適宜に金属被覆されたガラス板に結合するための接着剤として従来形のはんだを使用することもできる。有用なはんだ材料を下記の表に示す。
【００１８】
【表１】
0003645480.tif 000002
【００１９】
図４を参照すると、密封タブ３１は次に、接着剤メーカーの指定の用途指示に従ってガラス板２１の周囲に接着される。タブ３１は好適には銅の箔のような金属箔である。その他の防水性材料を使用してもよい。ほとんどの場合はタブ材料は不透明であるので、図５に示すように、密封箔３１はポリマー記憶媒体に光学的にアクセスできるように額縁の形状に形成される。タブ３１は、後述するように接合される板上のタブを互いに適宜折り曲げ、密封できるような距離だけガラス板２１の縁部から延出している。一例として、タブは０．５−２０ｍｍの距離だけ板の縁部から延出している。
【００２０】
箔は比較的容易に曲折、または折り曲げられるような薄さのものとする。銅またはアルミニウム箔の場合は、厚みは１０−５０μｍであることが適当である。その他の箔の材料としてＴａ、Ｔｉ、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｇ等のような材料を使用することもできる。接着剤としてはんだを使用する場合は、はんだは金属箔３１とガラス板２１との間を連続的に密封するために従来の方法でリフローされる。接着剤としてはんだを使用する場合は、金属箔は好適には銅である。
【００２１】
前述のように縁部タブ６５を取り付けた２枚のガラス板６１と６２は、（本明細書で参照として援用されている）米国特許出願第０８／８６７，５６３号に記載されているように、マトリクスの硬化中にサンプルの光学的な平坦さを調整できる装置内に配置される。板が装置に装着され、真空を利用して外側の光学的な平面と適応するようにされる。注入器またはその他のアプリケータを使用して所望の化学式のプレポリマーが板６２に塗布される。次に、該装置によって板６１と６２の内表面の間の間隔が所望のプレポリマーの厚さまで調整される。板６１と６２の外表面が互いに平行になるように装置を最初に位置合わせした後、プレポリマー材料が硬化されて、書込みモノマーおよびフォトイニシェータを含むポリマー・マトリクスが形成される。マトリクスの粘性が調整状態を維持するのに十分になるまで、硬化プロセス中に外表面の光学的な平行さが周期的に調整される。ガラス板間の間隔は５０−２０００μｍの範囲内でよい。必要ならばアセンブリの周囲に配置された個々のスペーサ、または連続するスペーサを使用してもよいが、記載している技術を採用すれば通常は機械的スペーサは必要ない。板の間の空隙を充填するためには多様なアプローチを採用できる。プレポリマーの粘性に応じて、板を互いに位置合わせする前に板の一方、または双方にプレポリマーを被覆することができる。
【００２２】
感光性のポリマー材料はこの分野では公知である多様な選択肢から選択してもよく、また、このような用途のために新たな材料を開発してもよい。適切な選択は前述したようにｍｅｒｃａｐｔｏ−ｅｐｏｘｙ−ｂｒｏｍｏｓｔｙｒｅｎ（ＭＥＢＳ）である。フォトイニシェータも多様な公知の材料から選択できる。適切な選択は、チバ特殊化学（Ciba Special Chemicals）から市販されているｂｉｓ（η．５−２，４−シクロペンダジエン−１−ｙｌ）ｂｉｓ｛２，６−ジフルオロ−３−（１Ｈピロリー）フェニール｝チタン（ｌｒｇａｇｃｕｒｅ−７８４、構造１）である。次にプレポリマーが加熱硬化される。ＭＥＢＳの場合は、室温で６０−１２０分放置しておくことが硬化のためには適切である。
【００２３】
図７に示すように、タブ６５は曲折、または折り曲げられ、または機械的に圧着されて連続的な継目が形成される。継目は接着剤７１によって密封される。接着剤および密封技術は箔のタブを板に固着するために使用される技術と同じものでよい。好適な技術はタブを互いにはんだ付けして連続的なハーメチック・シールを形成することである。あるいは、抵抗溶接または機械的な圧着を利用して密封してもよい。これらの技術は集約的に箔のタブをハーメチック・シールで結合するものとして特徴付けられる。ガラス板に密封式に結合された金属箔のタブはアセンブリの縁部の基本的な密封を行う。折り曲げた金属タブを結合する技術は比較的簡単である。図ではタブは結合のために互いに突合わされるものとして示されている。タブを互いに折り重ねてから、結合してもよい。
【００２４】
アセンブリを最終的に密封するための継目がポリマー記憶材料から偏倚されている図７に示した構成によって、熱を利用してポリマー材料に損傷を及ぼさずに継目を密封できることが当業者には理解されよう。更に、金属箔のタブは、箔のタブの外縁部を曲折、または互いに折り曲げることができるのに充分に柔軟であることも理解されよう。この柔軟性は更に、一方の板の他方に対する相対的な移動に起因するアセンブリ内の応力を軽減することにも役立つ。応力は取り扱いの結果、または熱膨脹作用によって発生することがある。金属箔は機械的歪みに適応するので、シーラント自体には機械的な応力はかからない。
【００２５】
板の外側表面に、反射防止塗装を使用することが有利でありうる。
【００２６】
書込み以前のホログラフィ媒体の保存寿命は湿気の浸透に対する密封の抵抗によって定められる。密封の有効性は干渉計を使用して、密封されたサンプルの光学的品質、すなわちＱを時間の関数として監視することによって判定される。計器としてはＺｙｇｏ社製の市販の計器が使用された。新たに製造されたサンプルは標準的にはポリマー・フィルムで被われている領域全体に亘って光学的に平坦である。密封によって湿気が良好に遮断されると、時間を経てもサンプルの縁部には光学的な歪みは生じない。湿気の侵入は計器での屈折率および／または光路の長さの変化として明らかになる。
【００２７】
前述の方法に従って製造されたポリマー記録媒体のホログラフィ性能が、材料中の複数のホログラムを記録することによって評価された。５３２ｎｍで平面波光源を産出するために、ダイオード−ポンプされ、周波数増倍されたＮｄ：ＹＡＧレーザー（コヒレントＤＰＳＳ−５３２−４００）が空間的に濾波され、照準が合わせられた。その後、光ビームは、干渉計の２つのアームの間で分離し、２つのアームは記録媒体において空間的に重なった。各ビーム内の光線の出力は２ｍＷであり、ビーム径は４ｍｍであり、２つのアームが（空中で測定して）４４°の角度で交差した。記録アームに対してサンプルを回転させ、かつサンプルの異なる角位置でホログラムを記録することによって、所定の容積の各サンプルに複数のホログラムが書込まれた。ほとんどのサンプルでは、サンプルを２°ずつ角度を大きくして回転させることによって２５のホログラムが記録された。
【００２８】
２５のホログラムの各々の記録時間は、ホログラムがほぼ等しい量の光線を回折し、かつ所定容積内の材料の屈折率のコントラストが充分に明らかになるように最適化された。２５のホログラムが記録された後、暗反応が発生可能であるように、サンプルは２０分間暗室に配置された。次にサンプルは２０−３０分間キセノン・アーク灯からの濾波された可視光線（４５０ｎｍ＜λ＜６５０ｎｍ）を用いてフラッド硬化された。この露曝後のフラッド硬化は残りの光能動種があればこれを消費し、記録されたホログラムを永久的なものにした。
【００２９】
サンプルの屈折率コントラストを測定するため、記録された各々のホログラムの回折効率が測定された。サンプルが各々の記録位置を経て回転される際、記録のために使用されたビームの１つから回折した光線の強度が測定され、サンプル上の入射光線の強度との比率が算定された。記録された全てのホログラムの回折効率から材料のＭ／＃が計算された。Ｍ／＃は全てのホログラムの回折効率の平方根の合計である。
【００３０】
本発明に基づいて密封されなかったホログラフィ媒体は時間と共に劣化することが認められた。ハーメチック・シールの後、本発明に基づいて有効な保存寿命が著しく改善された。
【００３１】
当業者には本発明の様々な補足的な修正が可能であろう。本明細書の特定の教示の変化すべては、当分野を発展させてきた原理およびその等価の内容に基本的に準拠しているかぎり、前述の、特許請求がなされる本発明の範囲内にあるものと当然ながら見なされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のポリマー製光学的記憶媒体の概略図である。
【図２】図１に示した記憶媒体の製造方法のステップを示す図である。
【図３】図１に示した記憶媒体の製造方法のステップを示す図である。
【図４】図１に示した記憶媒体の製造方法のステップを示す図である。
【図５】図１に示した記憶媒体の製造方法のステップを示す図である。
【図６】図１に示した記憶媒体の製造方法のステップを示す図である。
【図７】図１に示した記憶媒体の製造方法のステップを示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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