(57)【要約】【課題】フレネル反射率を減少させる１つまたは複数の構造表面を有するホログラフィックデータ記憶媒体を提供する。【解決手段】反射を最小限にする構造は、媒体に入射する照明のスペクトルバンド幅、角バンド幅、および、偏光などの媒体（１０）を使用するホログラフィック光学システム井の動作特性で低反射率を提供するサブ波長構造のグレーティングパターンを表す。接着増進が、媒体（１０）の感光材料（１２）と、この感光材料に隣接する基板材料（１１）との間の接合表面に沿うような媒体（１０）の内側表面に沿った構造によって提供される。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
媒体が、感光材料に隣接するか、または、感光材料を封入する１つまたは複数の基板を有するとき、ホログラフィックデータを記憶する前記感光材料、および、前記媒体の外側に沿った、または、前記媒体内の１つまたは複数の表面を有するホログラフィックデータ記憶のための前記媒体であって、前記媒体が、前記感光材料に隣接するか、または、前記感光材料を封入する１つまたは複数の前記基板を有するとき、前記媒体に入射する照明からの反射を最小限にすること、または、前記感光材料と１つまたは複数の前記基板の間の接着性を高めることのうち少なくとも一方が可能な前記媒体の１つまたは複数の前記表面に沿ったパターンを提供する構造を備える媒体。
【請求項２】
反射を最小限にする前記構造が、前記媒体に入射する前記照明の特性によるサブ波長構造のグレーティングパターンを表す請求項１に記載のホログラフィック媒体。
【請求項３】
前記特性が、少なくとも、波長または前記媒体に入射する前記照明の波長を含む請求項２に記載のホログラフィック媒体。
【請求項４】
前記特性が、波長、スペクトルバンド幅、角バンド幅、および、前記媒体に入射する照明の偏光のうちの１つまたは複数を含む請求項２に記載のホログラフィック媒体。
【請求項５】
前記構造がグレーティングパターンを表す請求項１に記載のホログラフィック媒体。
【請求項６】
前記構造が、正弦波状、三角形状、階段状、蛾の目状、ピラミッド状、薄板状、または二元側面と同じであるか、または類似して形成される請求項１に記載のホログラフィック媒体。
【請求項７】
前記構造が、一次元、二次元、または、三次元である請求項１に記載のホログラフィック媒体。
【請求項８】
前記構造の前記パターンが、少なくとも１つの次元で周期的である請求項１に記載のホログラフィック媒体。
【請求項９】
前記構造の前記パターンが、少なくとも１つの次元でランダムである請求項１に記載のホログラフィック媒体。
【請求項１０】
反射を最小限にするための前記構造を有する前記１つまたは複数の表面が、前記構造に対向する材料または気体から実質的に異なる屈折率を有する材料内で形成される請求項１に記載のホログラフィック媒体。
【請求項１１】
前記媒体の外側に沿った前記表面の少なくとも１つを提供する前記媒体内にあり、かつ、前記表面が、反射を最小限にする前記構造を有する１つまたは複数の基板上の材料をさらに含む請求項１に記載のホログラフィック媒体。
【請求項１２】
前記構造を有する前記表面の少なくとも１つが、前記感光材料の前記表面に備えられた請求項１に記載のホログラフィック媒体。
【請求項１３】
１つまたは複数の前記基板があるとき、前記構造が、少なくとも前記基板のうちの１つの前記表面に備えられた請求項１に記載のホログラフィック媒体。
【請求項１４】
前記反射が、３０〜６０度の入射角のｓ−偏光で照明するための前記構造によって最小限になる請求項１に記載のホログラフィック媒体。
【請求項１５】
前記反射が、ｓ−偏光で照明するための前記構造によって最小限になり、０．５％未満の反射率を達成する請求項１に記載のホログラフィック媒体。
【請求項１６】
前記構造を有する１つまたは複数の表面が、前記構造を形成するように成形することが可能な材料でできている請求項１に記載のホログラフィック媒体。
【請求項１７】
前記材料がポリカーボネートである請求項１６に記載のホログラフィック媒体。
【請求項１８】
各々が隣接する関係の表面を有する２つ以上の材料を含み、前記材料のうちの少なくとも一方の前記表面が、前記隣接する関係で他方の前記材料の前記表面に対する接着性を増進させる構造を有するホログラフィックデータを記憶するホログラフィック媒体。
【請求項１９】
前記構造が、反射防止特性を有する請求項１８に記載のホログラフィック媒体。
【請求項２０】
前記構造が、正弦波状、三角形状、階段状、ピラミッド状、蛾の目状、薄板状、ランダム、または、二元構造のうちの少なくとも１つと同じ、または、類似している請求項１８に記載のホログラフィック媒体。
【請求項２１】
前記構造が、一次元、二次元、または、三次元である請求項１８に記載のホログラフィック媒体。
【請求項２２】
前記構造が、グレーティングを表す請求項１８に記載のホログラフィック媒体。
【請求項２３】
反射防止特性、または、隣接する材料に対する向上した接着性のうちの少なくとも一方を有する１つまたは複数の構造された表面を有するホログラフィックデータを記憶するホログラフィック媒体を提供する方法であって、
ホログラフィックデータを記録することが可能な感光材料を設けるステップと、
前記感光材料の片側に基板を設けるステップと、
前記表面に入射する照明からの反射を最小限にすること、または、前記表面が、前記媒体内のもう１つの表面に隣接するときの接着性を向上させることのうち、少なくとも一方のために、前記基板、または、前記感光材料うちのどちらか一方またはその両方の少なくとも１つの表面に沿った構造を形成するステップを含む方法。
【請求項２４】
光学データ記憶システムにより操作されるとき、ホログラフィックデータ記憶媒体に入射する照明からの反射を最小限にするための方法であって、前記媒体が、前記光学データ記憶システムにより操作されるときに発生するフレネル反射を最小限にするグレーティングパターンを有する前記媒体の上、または、その中の少なくとも１つの表面を設けるステップを含む方法。
【請求項２５】
前記媒体が、前記光学データ記憶システムにより操作されるときに発生するフレネル反射を最小限にするグレーティングパターンを有する前記媒体の上、または、その中の少なくとも１つの表面を含む光学データ記憶システム内で使用するための媒体。
【請求項２６】
前記構造が、正弦波状、三角形状、階段状、蛾の目状、ピラミッド状、薄板状、ランダム、または、二元側面のうちの１つと同じに、または、類似して形成される請求項２５に記載の媒体。
【請求項２７】
前記構造が、一次元、二次元、または、三次元である請求項２５に記載の媒体。
【請求項２８】
前記グレーティングパターンが、少なくとも前記媒体内の表面にあり、前記媒体内の材料間の接着性を増進させる請求項２５に記載の媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、１つまたは複数の構造された表面を有するホログラフィックデータ記憶媒体に関し、さらに詳細には、媒体がホログラフィックデータ記憶システム内で操作される際の反射の抑制、ホログラフィック媒体内における隣接する物質の表面接着力の強化、または、反射の抑制および接着性の強化の両方のうちのひとつのための構造を備える１つまたは複数の表面を有するホログラフィックデータ記憶媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
ホログラフィックデータ記憶システム（ＨＤＳＳ）において、参照光および物体光は、ホログラフィック記録に適した媒体上で合致する。発生した干渉縞内での最大縞可視度には、これら２つの光線が、好ましくは、実質的に互いに並行する偏光ベクトルを有する。ほとんどのＨＤＳＳでは、この条件は、偏光ベクトルはホログラフィック媒体により定められた入射面に直交し、ＴＥ−偏光していることが必要である。ホログラフィック媒体の単一位置に複数の共通位置のホログラフィックページを記録するために、角度、ペリストロフィック、シフト、および／または、スペックルを含む様々な技術を用いて多重化する。通常、ＨＤＳＳでは、高開口数レンズが、物体光に対し達成可能な記憶容量を最大限にするために使用され、それゆえに、参照光に対し高入射角が必要である。ページベースの光学システム（例えば、画素の１次元（１−Ｄ）または２次元（２−Ｄ）のアレイを含む空間光変調器および検出器を使用するホログラフィック光学システム）には、ＤＶＤおよびＣＤ装置の場合などのビットベースのシステム（サブミクロン）と比較して、ホログラフィック媒体上に比較的大きな光学領域（数百ミクロン）を有する。したがって、ＤＶＤおよびＣＤ媒体に記録が行われるエネルギー密度は、ページベースのＨＤＳＳの媒体でのエネルギー密度と比較して、同じパワーレーザでは著しく高い。ＤＶＤおよびＣＤなどの記録可能な材料の場合、それ未満では記録が不可能であり、それ以上では記録が可能な温度しきい値がある。したがって、ＤＶＤまたはＣＤ装置内の散乱光（ＤＶＤまたはＣＤの光学システムの一次集束スポットと比較して著しく低い強度である）は、ＤＶＤまたはＣＤの位相変化材料内での誤りビットは記録できない。しかしながら、ホログラフィック媒体には、光重合可能な反応物質を有する材料などは、光開始プロセスによって、このような非線形なやり方では作用しない。それゆえ、ホログラフィック記録プロセス中の散乱光または迷光に対して非常に敏感である。このような反射された散乱光または迷光は、意図された露光領域の外部のホログラフィック媒体を望ましくなく露出する可能性があり、それによって、ホログラフィック媒体の記録可能なダイナミックレンジの一部を使い果たす。この問題は、角度多重化ＨＤＳＳの場合のように、記憶面に沿ったホログラフィック媒体１０の断面図を表す図１に示されている。ホログラフィック媒体１０は、市販されているホログラフィックの光重合可能な材料の場合のように、感光材料１２を挟む２枚の基板１１から構成されている。物体光１３および参考光１４は、感光材料内で干渉し、ハッシュマークによって表された領域１６にホログラムを記録する。しかしながら、多数の参照光の光線Ｎは、また、基板と空気との境界面でも反射し、このため、この光線に含まれた光１５（破線で表されるように複数回反射する）による図１に描かれた反射は、意図された露光領域１６の外部の追加の感光材料を露出することになる。このような反射をフレネル反射と称する。
【０００３】
フレネル反射を抑制するための従来の方法は、薄膜コーティングの使用により行われる。反射防止（ＡＲ）コーティングは、通常積層であり、一般的な材料の境界面、入射角、偏光、および、スペクトルバンド幅に対して設計され得る。ホログラフィック材料を含有するホログラフィック媒体の少なくとも１面、好ましくは２面の外部表面１７は、ＡＲコーティングされている。例えば、このようなＡＲコーティングされたホログラフィック媒体は、Ｍａｙｎａｒｄ，ＭＡ，Ｕ．Ｓ．Ａ．のＡｐｒｉｌｉｓ，Ｉｎｃ．により販売されており、２００３年８月１４日公開の米国公開特許出願第２００３／０１５１８１４号がホログラフィック媒体上のＡＲコーティングの使用を説明している。迷光または散乱光を減少させるために有効ではあるが、接着性および塗布される媒体表面との熱膨張の不適合の問題がある薄膜の多層化プロセスを必要とする。さらに、媒体のこのような基板がポリカーボネートなどのプラスチックからできている場合、ＡＲコーティングは塗布するのが難しい。そのため、薄膜コーティングの使用に代わるものが望まれている。
【０００４】
サブ波長構造（ＳＷＳ）表面は、反射防止のために設計され、本明細書では反射防止構造（ＡＲＳ）表面と称する。通常、ＡＲＳ表面は、インピーダンスが、一方が固体で、もう一方が気体、液体、または固体である２つの媒体と適合する表面レリーフグレーティングを含む。サブ波長期周期パターンを備えた表面（エッチング、エンボス加工、または、その他の技術のいずれかにより）を構成することによって、屈設率分布を合成できるため表面反射が最小限になる。適切に設計されると、これらの構造は、大きなスペクトルバンド幅および視野上で機能することができる。異物を基板表面に加えないので、接着および熱膨張の不適合などの薄膜技術において一般に遭遇する問題は、これらの構成表面の設計においては存在しない。
【０００５】
比較的新しい技術ではあるが、ＡＲＳ表面は、特定の夜に飛ぶ蛾の角膜上で見つけることができる。Ｃ．Ｇ．Ｂｅｒｎｈａｒｄの“Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ  ａｎｄ  ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ  ａｄａｐｔａｔｉｏｎ  ｉｎ  ａ  ｖｉｓｕａｌ  ｓｙｓｔｅｍ”，Ｅｎｄｅａｖｏｒ  ２６，７９−８４（１９６７）を参照のこと。蛾の角膜のサブ波長構造は表面反射を減少させるが、もしなければ、捕食者に対する蛾の位置を露呈させる。スペクトルの可視または近赤外部においての応用に対するＡＲＳ表面の研究では、蛾の目の表面を複製してきた。Ｐ．Ｂ．ＣｌａｐｈａｍとＭ．Ｃ．Ｈｕｔｌｅｙの“Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ  ｏｆ  ｌｅｎｓ  ｒｅｆｌｅｘｉｏｎ  ｂｙ  ｔｈｅ‘ｍｏｔｈ  ｅｙｅ’ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ”，Ｎａｔｕｒｅ（Ｌｏｎｄｏｎ）２４４、２８１−２８２（１９７３），Ｍ．Ｃ．Ｈｕｔｌｅｙの“Ｃｏｈｅｒｅｎｔ  ｐｈｔｏｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ”，Ｏｐｔ．Ｅｎｇ．１５，１９０−１９６（１９７６）、および、Ｓ．Ｊ．ＷｉｌｓｏｎとＭ．Ｃ．Ｈｕｔｌｅｙの“Ｔｈｅ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ  ｏｆ‘ｍｏｔｈ  ｅｙｅ’ａｎｔｉｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ  ｓｕｒｆａｃｅｓ”，Ｏｐｔ．Ａｃｔａ  ２９，９９３−１００９（１９８２）を参照のこと。これらの蛾の目構造は、ほぼ正弦波形の二次元構造のアレイである。蛾の目のＡＲＳ表面以外のものも研究されてきている。Ｍ．Ｇ．ＭｏｈａｒａｍとＴ．Ｋ．Ｇａｙｌｏｒｄの“Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ  ａｎａｌｙｓｉｓ  ｏｆ  ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｓｕｒｆａｃｅ−ｒｅｌｉｅｆ  ｇｒａｔｉｎｇｓ”，Ｊ．Ｏｐｔ．Ｓｏｃ．Ａｍ．７２，１３８５−１３９２（１９８２），Ｙ．Ｏｎｏ、Ｙ．Ｋｉｍｕｒａ、Ｙ．Ｏｈｔａ、Ｎ．Ｎｉｓｈｉｄａの“Ａｎｔｉｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ  ｅｆｆｅｃｔ  ｉｎ  ｕｌｔｒａｈｉｇｈ  ｓｐａｔｉａｌ−ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ  ｒｅｌｉｅｆ  ｇｒａｔｉｎｇｓ”，Ａｐｐｌ．Ｏｐｔ．２６，１１４２−１１４６（１９８７）、１９９１年４月１６日発行の米国特許第５，００７，７０８号、および、Ｄ．Ｈ．ＲａｇｕｉｎとＧ．Ｍ．Ｍｏｒｒｉｓの“Ａｎｔｉｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ  ｓｕｒｆａｃｅｓ  ｆｏｒ  ｔｈｅ  ｉｎｆｒａｒｅｄ  ｓｐｅｃｔｒａｌ  ｒｅｇｉｏｎ”，Ａｐｐｌ．Ｏｐｔ．３２、１１５４−１１６７（１９９２）を参照のこと。米国特許第５，００７，７０８号において、記載されたＡＲＳ表面は、二元のまたは階段状の側面を有するものに限られる。ＡＲＳ表面は、上記文献により提案されてきたが、それらは、本発明に述べられているような表面側面を備えるホログラフィックデータ記憶媒体と一体化されていなかった。
【０００６】
図２は、電子ディスプレイ上のウィンドウまたはスクリーンに使用するＢｅｄｆｏｒｄ，ＭＡのＯｐｔｉｃａｌ  Ｓｗｉｔｃｈ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎによって製造された蛾の目構造の反射率を示す。この構造は、２６０ｎｍのグレーティング周期を有し、ＢＫ７基板の両面の屈折率整合ポリマに複製（注型硬化）されていた。この図は、５３２ｎｍのダブル−ＹＡＧレーザのＴＥおよびＴＭ偏光の両方に対する入射角（ＡＯＩ）の関数として基板の測定された両面反射率を示す。この反射率は、非常に低く、この特定の蛾の目のデザインに対しては、約５４度までのＴＥ偏光に対して、０．５％未満に減少させることができる。
【０００７】
すべてのホログラフィック媒体が、複数の異質の材料から構成されているのではないが、図１に示されるように、ホログラフィックデータ記憶用に市販されている現在のフォトポリマは、Ｌｏｎｇｍｏｕｎｔ，ＣＯ，Ｕ．Ｓ．Ａ．のＩｎＰｈａｓｅ  Ｔｅｃｈｏｎｏｌｏｇｉｅｓ、および、Ｍａｙｎａｒｄ，ＭＡ，Ｕ．Ｓ．Ａ．のＡｐｒｉｌｉｓ，Ｉｎｃ．により販売されているように、ガラスまたはプラスチックである２枚の基板の間にフォトポリマを挟む必要がある。いくつかの異なる材料がホログラフィック媒体に含有されているため、ホログラフィック媒体からなる様々な材料の境界面（外側と内側の両方）で、フレネル反射率を抑制する手段を有することに加えて、材料が互いに十分に接着し合うことが必要である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の特徴は、フレネル反射率を減少させる１つまたは複数の構造表面を有する改良されたホログラフィックデータ記憶媒体を提供することである。
本発明の他の特徴は、媒体に含有される隣接する材料の接着性を向上させる１つまたは複数の構造表面を有する改良されたホログラフィックデータ記憶媒体を提供することである。
【０００９】
簡単に説明すると、本発明を具体的に示したホログラフィックデータ記憶媒体は、表面の入射照明からの反射を最小限にするか、媒体内の表面間の接着性を向上させるかのうちの一方のため、または、反射を最小限にし、接着性を向上させるために、１つまたは複数の外側または内側の表面を有する。これら構造は、一次元、二次元、三次元の正弦波状、正弦波状、三角形状、蛾の目状、階段状、ピラミッド状、薄板状、あるいは二元構造または、それらの組み合わせ、あるいは、それらに類似する構造のグレーティングパターンを表し得る。このようなホログラフィック媒体は、このような媒体の読み込み、および、書き込みをするための光学を有するホログラフィックデータ記憶システムに使用することができる。
【００１０】
本発明の媒体は、ホログラフ的に記録可能な感光材料（例えば、フォトポリマ）を有する。この媒体の場合、感光材料が、この感光材料に隣接する、または感光材料を封入する２枚の基板（例えば、ポリカーボネートまたは他の重合体などのガラスまたはプラスチック）の間に位置する。このような媒体の１つの実施形態において、構造が１枚または両方の基板の外側の表面上に備えられている。このような媒体のもう１つの実施形態において、構造が１枚または両方の基板の外側の表面に用いられたもう一方の材料の外側の表面に備えられている。
【００１１】
例えば、ＬｉＮｂＯ３のような光屈折結晶などの基板の間での封入を必要としない感光材料を有する媒体の場合、他の実施形態における媒体は、その１面または複数の面に沿って感光材料の表面に直接パターンを形成された構造を有することができる。この媒体のさらにもう１つの実施形態において、構造が、基板の１方または両方の外側の表面に沿ったように、また、このような基板に対向する感光材料の１方または両方の表面に沿ったように、媒体の外側および内側の両方の上に備えられている。表面上への構造のパターン形成は、エッチング、モールディングによるものであってよいが、好ましくは、この構造は、複製などの低コストの方法によって得られる。
【００１２】
反射を減少させるこの構造表面は、本明細書において反射防止構造（ＡＲＳ）表面と称する。ＡＲＳ表面のこのような構造は、この媒体を用いるＨＤＳＳの動作波長、または、スペクトルバンド幅において低い反射率を有するサブ波長構造のグレーティングパターンを提供し、かつ、角バンド幅（すなわち、入射角の範囲）、および、偏光（例えば、Ｓ、ＴＥ、または、ＴＭ偏光）などのＨＤＳＳの他の動作特性において低い反射率を有する可能性もある。角度多重化のＨＤＳＳには、優先的には、このような構造が、高い入射角（例えば、３０度から７０度）およびＴＥ偏光に対する反射を抑制する。構造は、周期的、非周期的、またはランダムであってよい。これらの構造は、例えば、同じ構造、または、異なる周期性の領域および／またはランダム性の度合いを有する異なる構造（例えば、正弦波状、三角形状、蛾の目状、階段状、ピラミッド状、薄板状、あるいは二元構造、または、それらに類似する構造）の組み合わせを含んでよい。
【００１３】
このような構造表面は、また、ホログラフィック媒体内に必要とされ得る２つ以上の異質の材料間の接着増進のために拡大された表面領域を提供することができる。前述した基板による封入を必要とするホログラフィックデータ記憶が可能な感光材料の前述の場合には、封入する表面は、基板と感光材料の間の接着性を増進させるため、構造を備えてパターン形成される。互いに接着し合う２つの材料の屈折率が、それらの間の境界において低い反射率であるように十分に類似するのであれば、表面の接着性を増進させるために用いられる表面構造の側面は、複数の形であってよい。例えば、この表面は、周期的またはランダム、１次元または２次元、あるいは、それらの組み合わせであってよい。表面が、優先的にはサブ波長特性を有するＡＲＳ構造を必要としない場合、指数の適合が非常に近い時（例えば、指数差Δｎが０．０６以内）の接着性に対する表面は、ホログラフィック媒体上の動作の波長よりもはっきりと感知できるほど大きいという特徴があってよい。
【００１４】
接着されなくてはならず、また、屈折率がはっきり感知できるほど違う２つ以上の材料を含むホログラフィック媒体の場合には、これら２以上の材料を接着するための表面のための構造は、また、媒体を使用するＨＤＳＳが境界をさらすであろうスペクトルバンド幅、角バンド幅、および、偏光のための材料の間の境界でのフレネル反射の抑制を提供することができる。
本発明の前述の特徴および利点は、添付の図面に係わる以下の説明を読むことからより明白になるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図３〜６を参照すると、本発明の異なる実施形態が、構造をホログラフィックデータ記憶媒体の表面に適用するために示されている。これらの図面、および、ＡＲＳ構造を備えた表面を示す他の以下の図面には、前記構造の尺度が、図示するために誇張されている。このような構造表面を備えるホログラフィック媒体は、ホログラフィックデータ記憶システム（ＨＤＳＳ）に用いることができる。例えば、このようなＨＤＳＳが、米国特許第５，６２１，５４９号に示されている。このＡＲＳ表面は、ディスク、カード、クーポン、または、他の媒体の形、あるいは、ボリューム形式に入れることができるホログラフィック媒体に適用可能である。従って、これらの図は、媒体の一方の側面に沿った断面図のみを図示する。媒体の構造表面は、一次元または二次元であり、三次元に沿った表面の中に深さを有する。ＡＲＳ表面を表す構造表面は、反射防止の光学的性質を有するサブ波長表面を有する。このようなＡＲＳ表面は、ＡＲＳ表面が媒体の外側表面であるときの気体（または空気）、または、媒体内の内側表面の固体などのもう１つの表面を形成される材料をインピーダンス整合する表面レリーフグレーティングを現す。サブ波長の周期的パターン（エッチング、エンボス加工、または、他の技術の何れかによって）を備えた表面を構成することによって、有効な屈折率分布が合成されて、表面反射が最小減になる。ＡＲＳ表面は、ホログラフィックデータを記憶する媒体を使用するＨＤＳＳの動作光学パラメータに従って用いる媒体用に最適化される。このような光学パラメータは、例えば、動作波長（スペクトルバンド幅）、入射角の範囲（角バンド幅）、および、ＨＤＳＳの物体光および参照光などによる入射光線の偏光を含む。波長および入射角の範囲のこのような動作パラメータに基づいて、ＡＲＳ構造は、大きいスペクトルバンド幅および視野で動作可能である。
【００１６】
図３は、ＡＲＳ表面３０がホログラフィック媒体１０の外側表面に付けられて、媒体の感光材料１２に隣接するか、または感光材料１２を封入する基板１１の上部に配置されるホログラフィック媒体１０の第１の実施形態を示す。基板１１は、ガラス、または、ポリカーボネートまたは他のポリマー材料などのプラスチックであってよい。例えば、基板が厚さ０．６ｎｍ、感光材料が厚さ０．５ｎｍであってよい。このＡＲＳ表面３０は、基板１１とは異なる物質３１から作られているが、優先的には、その表面で反射を最小限にするためにほぼ整合する屈設率を有する。
【００１７】
ＡＲＳ表面の構造は、図４および５に示すように他の外側表面上にあってよい。図４は、ホログラフィック媒体１０の第２の実施形態を示し、ＡＲＳ表面３０が、この媒体の感光材料１２に隣接する基板１１の中に直接用いられている。図５は、ＡＲＳ表面が、感光材料１２の中に直接用いられて（または、パターン形成されて）いるホログラフィック媒体１０の第３の実施形態を示す。例えば、Ｐｏｌｉｇｈｔ（Ｐｏｌｉｇｈｔ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  Ｌｔｄ．，Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ，Ｅｎｇｌａｎｄ）により開発されたような成形可能なカルコゲニド物質が、ＡＲＳ表面を形成するこの実施形態に用いてよい。また、Ａｉｔｋｅｎらの２００４年４月２９日発行の米国特許出願第２００４／００７９１１４号、または、“Ｌｏｗ−Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｇｌａｓｓ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ”と題する、２００２年１０月２９日出願の米国特許出願第１０／２８３，４０２号を参照のこと。別の例において、ホログラフィック記録に適したＬｉＮｂＯ３または他の感光材料は、フォトリソグラフィおよびエッチングプロセスによって、ＡＲＳ表面を備えてパターン形成され得る。しかしながら、ＡＲＳ表面を伴ってパターン形成されることが可能な他のフォトポリマ材料を用いてもよい。図３〜５の媒体１０のＡＲＳ表面３０は、ＨＤＳＳの動作波長より小さい横寸法Λと、一般に、深さｄがより小さいまたは入射波長程度である構造を有することによって達成し得る。
【００１８】
ＡＲＳ構造は、ホログラフィック媒体１０の外側表面と内側表面の両方に用いられ得る。例えば、図６が、ホログラフィック媒体１０の第４の実施形態を示し、ＡＲＳ表面が基板１１の外側表面６０上に設けられ、かつ、もう１つのＡＲＳ表面がこの媒体の感光材料１２の内側表面６１上に設けられている。外側表面６０のＡＲＳの特性のグレーティング周期Λ１および深さｄ１が、内側表面６１のＡＲＳの特性のそれら（それぞれ、Λ２および深ｄ２）と一致する必要はない。図６のＡＲＳ表面は、ＨＤＳＳの動作波長よりも小さい縦寸法Λ１とΛ２、および、一般的に入射波長より小さいか入射波長程度である深さｄの構造を有することにより達成できる。
【００１９】
第４の実施形態のホログラフィック媒体１０の説明するための例として、媒体がホログラフィック記録に適した感光材料を有し、別の材料で封入されている場合を考える。感光材料の屈折率がそれを封入する材料と異なる場合、光線がこの境界から外れて反射することになる。このような反射を抑制するために、この第４の実施形態は、１つまたは複数の内側表面（２つの物質間の境界など）がホログラフィック媒体の内側の反射を抑制するＡＲＳを備えてパターン形成されている場合を対象とする。
【００２０】
図３〜６において、ホログラフィック媒体の一方の側面のみが示され、これらの側面は、本質的に平面として示される。本発明は、ホログラフィック媒体のこのような平面の実施形態に限られるものではなく、立方体、球体、および、円筒形などの他の形式に適用される。さらに、ホログラフィック媒体の他の側面のうちのいずれかの上には、第１番目の側面のＡＲＳ表面と同じ、または、異なる構造を持ち得るもう１つのＡＲＳ表面（または、非ＡＲＳ表面）がある。
【００２１】
ＡＲＳ表面のほぼ正弦波の断面を有する構造が、図３〜６に示されているが、このような構造は、実際には形が正弦波ではない正弦波様の構造であってよく、あるいは、正弦波または正弦波様以外の周期的な側面の構造であってよい。例えば、ＡＲＳ表面は、図７Ａに示されるような三角形状、図７Ｂに示されるような階段状、図７Ｃで示されるようなピラミッド状、または、薄板状の側面を有する構造を有することができる。同様に、実際には三角形状、階段状、ピラミッド状、または、薄板状ではない類似の構造が使用され得る。さらに、階段状構造の段は同等の段の大きさを有するように図７Ｂに示されているが、異なる段の大きさを有してよい。例えば、これらの側面は、１−Ｄ（例えば、図７Ａ）または２−Ｄ（例えば、図７Ｃ）の規則的な側面、あるいは、ＨＤＳＳの動作波長でＡＲ特性を呈する１−Ｄまたは２−Ｄ、あるいは、擬似ランダムな側面でよい。これらの側面は、１−Ｄまたは２−Ｄとして説明されているが、３−Ｄの側面を提供する深さを有する。また、単一材料１１が、感光材料１２とＡＲＳ表面３１を含む材料を分離しているとして図示してあるが、任意の数の材料が、ＡＲＳ表面を有することができるこれら２つを分離できる。２−Ｄ構造には、特徴寸法（周期）Λ１およびΛ２は、各寸法において同じ、または、異なっていてよい。
【００２２】
媒体１０のＡＲＳ表面を製造する異なる方法を用いることができ、それらすべては、適切な材料にパターン形成された表面を最初に製造することが必要である。基板材料が選択され、前記材料を備えた基板が得られると、このような基板の表面は、フォトレジストで基板をコーティングし、次に、フォトレジスト層にパターン形成するためにフォトリソグラフィ、ホログラフィ、レーザ書き込み、または、電子ビームリソグラフィを行うことを含む工程を用いてパターン形成され得る。例えば、このような工程が、Ｈ．Ｐ．ＨｅｒｚｉｇによるＭｉｃｒｏ−Ｏｐｔｉｃｓ：Ｅｌｅｍｅｎｔｓ，Ｓｙｓｔｅｍｓ，ａｎｄ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，ｅｄ．（Ｔａｙｌｏｒ＆Ｆｒａｎｃｉｓ，Ｉｎｃ．Ｂｒｉｓｔｏｌ，ＰＡ，１９９７）に記載されている。フォトレジストは、水性のケミカルエッチング、または、イオンミリング、反応イオンエッチング、化学的に補助されたイオンビームエッチング、または、反応イオンビームエッチングなどのドライエッチングのようなエッチング法によって、下にある基板の中にエッチング転写することができる。残留フォトレジストが、表面から除去され、最終構造を達成するために必要であれば、追加のフォトレジストおよびエッチング工程が実施され得る。エッチングを施された構造は、最初に選択された基板材料が感光材料または感光材料を封入する基板材料の１つである場合、最終製品となり得る。好ましい実施形態は、必要なホログラフィック媒体の部分の上に必要な表面を複製する金型を形成するのに必要な工程の一部としてエッチングを施された材料を使用することである。例えば、エッチングを施された基板は、直接金型として使用されるか、または、エッチング施された基板は、ニッケルエレクトロフォーミングによって金型を形成するために使用され得る。金型工具がエレクトロフォーミング工程によって製造される場合、このような工具は、また、フォトレジストパターンから直接製造され、前述のエッチング工程を回避できる。適切な金型が作られると、その表面は、成形工程中、剥離剤として働く化学物質、または、材料で処理され得る。成形される材料によって、最終的なＡＲＳ表面を作るために用いることができる複製技術は、例として、ホットエンボス加工、射出成形、圧縮成形、圧縮射出成形、および、注型硬化を含む。複製された材料（例えば、高分子材料）は、また、エッチングマスクとしてもう１つの基板上のＡＲＳ表面を伴って使用してよい。複製された表面は、次に、エッチングによって下にある表面の中に転写され得る。
【００２３】
ＡＲＳ表面は、パターン形成されるか、または、エッチングを施されてよいが、ＡＲＳ表面を製造するための好ましい方法は、低コストの複製方法により、特に、高分子フィルムが、ホログラフィックの媒体の１つまたは複数の外側表面上に反射防止特性を呈する必要な構造を注型される、注型硬化の方法により高分子材料を使用してなされる。高分子材料は、その境界面で最小限の反射になるように、好ましくは理想的には、その上に高分子材料が複製される材料に指数整合させる。１つまたは複数の外側表面に沿った媒体１０の構造表面を形成する他の方法は、直接成形（例として、ホットエンボス加工、射出成形、または、圧縮射出成形）によるものでよい。
【００２４】
ホログラフィック媒体の１つまたは複数の外側表面が高分子表面であるとき、この表面は、必要なＡＲＳ表面を伴って成形され得る。ポリカーボネート（ＰＣ）は、ＰＣディスクが、ＣＤおよびＤＶＤ用に１年に大量に何億製造され、かつ、これらの記憶デバイス用に必要とされる穴と溝の構造を備えてすでに成形されているので、適切な高分子材料の一例である。ＰＣディスク、クーポン、または、ＨＤＳＳに適した他の形の媒体が、ＡＲＳ表面を備えて成形され得る。また入手可能で、かつ、基板用に使用され得る他の適切な高分子材料は、例示目的であってこれに限るものではないが、Ｚｅｏｎ  Ｚｅｏｎｕｒ  １０２０ＲまたはＴｉｃｏｎａ  Ｔｏｐａｓ  ５０１３などの環状オレフィン共重合体、Ａｃｒｙｌｉｃ  ＶＯＤ（Ａｔｏｆｉｎａ，現在はＡｒｋｅｍａ  Ｇｒｏｕｐと称する、Ｆｒａｎｃｅ）などのアクリル酸塩、および、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）などのメタクリル酸塩が挙げられる。記録媒体として光重合可能な材料を使用するホログラフィックディスク媒体には、媒体の境界となる基板は、ＰＣまたは成形されたＡＲＳ表面を備えた他の適切な高分子基板でよい。このことは、表面用のＡＲコーティングが、別々の工程を必要としなく、ディスク自体が成形されると達成できるという点で特に好都合である。また、薄膜を使用するＡＲコーティングは、プラスチックがガラスや他の基板材料よりも被膜が難しいので、ＰＣまたは他の高分子基板材料上の広い角度の範囲に渡って機能する必要がある場合、問題となる傾向がある。
【００２５】
前の段落で説明された方法とプロセスは、ホログラフィックデータ記憶用途の様々なＡＲＳ表面を製造するために使用可能である。例えば、ＡＲＳ表面は、図３、４、および６のホログラフィック媒体１０のポリカーボネートまたは他の適した高分子材料に直接成形されるか、または、図５および６のホログラフィックデータ記憶に適したＬｉＮｂＯ３または他の感光（光屈折率）材料の表面上にパターン形成されるか、または、ホログラフィックデータ記憶に使用されているカルコゲナイドガラス基板の表面上に成形されてよい。前の段落で説明された方法とプロセスは、様々な表面レリーフ構造を得るために使用され得る。
【００２６】
図８Ａ〜８Ｃは、異なる側面を有する他のＡＲＳ表面を示す。図８Ａは、複数の構造タイプの集まりを含むＡＲＳ表面を図示する。図示されるように、表面は、周期的な２組の周期的構造、周期Λ３および深さｄ３での１つの三角形状の表面構造８０、および、周期Λ４および深さｄ４での１つの階段状の表面構造８１の表面を含む。図示した表面は、説明するための例であり、一般に、複数の周期的構造が作られ、表面全体に渡って１または複数の次元で、周期的構造の組み合わせが発生し得る。例えば、ｘとｙが表面に沿った直交軸である場合、側面は、ｘまたはｙ軸に沿って、または、ｘとｙ軸両方に沿って、あるいは、表面に沿って３方向に周期的でよい六角形アレイ構造内のような、もう１つの軸との組み合わせにおいて、周期的であってよい。図８Ｂは、複数の特性が周期性の１領域内に現れるＡＲＳ表面８２を図示する。図示されるように、周期性Λ４の１領域内に４つの構造がある。二次元において、周期性の領域が構成され、複数の特性がその中にある。図８Ｃは、ＡＲＳ表面を図示し、表面は不規則構造を有する。構造の不規則性が、レーザスペクッルのホログラフィック記録、または、複数構成要素材料から１つまたは複数の構成要素に選択的にエッチングを施すエッチングプロセスなどの様々なプロセスによって達成され得る。好ましくは、不規則構造は、不規則構造からの散乱が最小限になるように、ＨＤＳＳ操作の波長よりも短い表面の不規則性の相関長を有する。
【００２７】
図９は、ホログラフィック媒体の材料８１の１つにパターン形成された２−Ｄの２元ＡＲＳ側面の例を示す。ＡＲＳが、それぞれｘおよびｙ方向においてΛｘおよびΛｙの周期性を有する二元特性８０を有する。
ＡＲＳ表面は、
【００２８】
【数１】
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に従って、ゼロ次以外のホログラフィック媒体での次数が伝搬しない構造のグレーティング周期を優先的に設定することにより設計されており、式中、λが自由空間波長、Λがグレーティング周期、ｎｉおよびｎｔがそれぞれ、入射媒体および透過媒体の屈折率であり、θｉが、２つの材料の間の垂直な境界の表面に対して測定された入射媒体の入射角である。ＨＤＳＳがＴＥおよびＴＭ偏光の両方に対する低い反射率が必要な場合、例えばクロスグレーティングおよび蛾の目構造の２−Ｄ側面を有するＡＲＳ表面が、優先される。二元構造を備えるＡＲＳの特定な場合には、
【００２９】
【数２】
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のシードの深さｄを使用し、Ｍ．Ｇ．ＭｏｈａｒａｍおよびＴ．Ｋ．Ｇａｙｌｏｒｄの“Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ  ａｎａｌｙｓｉｓ  ｏｆ  ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｓｕｒｆａｃｅ−ｒｅｌｉｅｆ  ｇｒａｔｉｎｇｓ”，Ｊ．Ｏｐｔ．Ｓｏｃ．Ａｍ．７２，１３８５−１３９２（１９８２）において説明されるような、ベクトル回折の設計を始める。側面から見て連続的である２Ｄ側面には、Ｅ．Ｂ．Ｇｒａｎｎ，Ｍ．Ｇ．Ｍｏｈａｒａｍ、および、Ｄ．Ａ．Ｐｏｍｍｅｔの、“Ｏｐｔｉｍａｌ  ｄｅｓｉｇｎ  ｆｏｒ  ａｎｔｉｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ  ｔａｐｅｒｅｄ  ｔｗｏ−ｄｉｍｅｎｔｉｏｎａｌ  ｓｕｂｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  ｇｒａｔｉｎｇ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ”，Ｊ．Ｏｐｔ．Ｓｏｃ．Ａｍ．Ａ  １２（２），３３３−３３９（１９９５）を参照のこと。
【００３０】
ＡＲＳ表面の例として、５３２ｎｍで動作するＨＤＳＳを考慮する。このＨＤＳＳが、ホログラフィック材料を挟む２枚のポリカーボネート（ｎ＝１．５９）基板で構成されているホログラフィック媒体を用いて操作することも考慮する。さらに、ＴＥおよびＴＭ偏光が法線入射から約５０°の大気中での入射角まで抑制される、空気対ポリカーボネート反射を有する二元の２−Ｄ  ＡＲＳ表面が、望まれていることを考慮する。ベクトル回折モデルを使用し、Λｘ＝Λｙ＝０．２００μｍ、ｄ＝０．１２７μｍ、および、ａｘ／Λｘ＝ａｙ／Λｙ＝５０％のＡＲＳ表面側面のパラメータに対する図１０に図示された大気中での反射率性能対入射角（ＡＯＩ）を得る。例えば図９で示されるように、式中、ΛｘおよびΛｙが、それぞれｘおよびｙ次元のグレーティング周期であり、ａｘおよびａｙが、それぞれｘおよびｙ次元における各構造の振幅（または、幅）であり、かつ、ｄは、構造の深さである。例えば、このようなＡＲＳ表面が、表面自体が成形されるとき、直接ポリカーボネート表面の中に成形され得る。相対的に、大気中に露出したポリカーボネートの反射率は、法線入射で５．２％の反射率から６０°で２０．７％の反射率のＴＥ偏光を反射する。
【００３１】
ホログラフィック媒体を備える２つ以上の材料の間の接着を増加させる用途の構造表面の場合には、図７Ａ〜Ｃ、図８Ａ〜Ｃ、および図９で示された任意の構造を用いることができる。これらの構造の任意のものは、１−Ｄ、２−Ｄ、周期的、および／または、ランダムであり、パターン形成を施されていない表面よりも大きな領域を有する。従って、２つの材料の間の境界面の表面領域を大きくすることによって、前記２つの材料の間の接着性を高める。例えばそのような接着増進構造は、感光材料１２と、この感光材料に隣接する基板１１の間の接合表面（例えば、図６の面６１）に沿っていても良い。この２つの材料が、同等（例えば、０．０６以内）の屈折率を有する場合、接着増進に必要な表面構造が、サブ波長特性を必要としないが、その代わりに、ＨＤＳＳの動作波長よりも著しく大きい特性である可能性があり、従って、製造しやすくなる。接着性の良さを必要とし、かつ、フレネル反射を抑制するいくつかの手段を必要とする十分な違いの屈折率を有するホログラフィック媒体内の２つの材料の場合には、図３〜９で説明されているＡＲＳ表面は、フレネル反射の抑制と接着増進の二重目的を果たす。
【００３２】
前述の表面構造および製造方法は、ＡＲの用途、および／または、接着増進の用途に対して設計され得る構造の例であり、表面が、適用波長程度またはそれより小さい構造を備えてパターン形成され得る方法である。構造表面を製造する他の方法は、構造表面が適用される材料、ＨＤＳＳの動作パラメータに従った構造に関する詳細、または、このような構造の環境の必要条件（例えば、温度感覚）に基づき使用され得る。従って、異なる表面レリーフ構造が、ＡＲ特性を呈し、かつ／または、接着を増進するように設計され得る。
【００３３】
ＡＲＳ表面が、媒体上のＡＲコーティングの使用に対する代替手段として説明されているが、このような構造表面が反射率を減少させるためのＡＲＳ表面を備えた、または、備えていない媒体の内側表面に沿って使用される場合、ＡＲコーティングは、媒体上に適用されても良い。
【００３４】
以上の説明から、１つまたは複数の構造表面を有するホログラフィックデータ記憶媒体、および、このような媒体を提供する方法が提供されることが明らかになるであろう。概して、図示された説明は、例示目的であって、本発明の範囲を限定するものではない。本発明の範囲内のこのような変形、変更、および、追加は、当業者には、確実に明白であろう。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】媒体内のスプリアス反射が媒体内の対象となっている領域の外側の材料を露出することができることを示すホログラフィック記録面に沿った先行技術のホログラフィックデータ記憶媒体の断面図である。
【図２】ＢＫ７基板の両側上に屈折率整合ポリマに複製されたグレーティング周期２６０ｎｍの蛾の目構造の反射率対入射角（ＡＯＩ）のグラフである。
【図３】ＡＲＳ表面を備える外側表面を有する本発明の第１の実施形態のホログラフィック媒体の一方の側面の断面図であり、このようなパターンを形成された外側表面が、媒体の感光材料を封入する基板と異なる媒体の材料に沿っている。
【図４】ＡＲＳ表面を備えるパターンを形成された外側表面を有する本発明の第２の実施形態のホログラフィック媒体の一方のもう１つの側面の断面図であり、このようなパターンを形成された外側表面が、媒体の感光材料と隣接する基板である媒体の材料に沿っている。
【図５】ＡＲＳ表面を備えるパターンを形成された外側表面を有する本発明の第３の実施形態のホログラフィック媒体の一方のもう１つの側面の断面図であり、このようなパターンを形成された外側表面が、媒体の感光材料内に直接ある。
【図６】ＡＲＳ表面を備える、それぞれがパターンを形成された内側表面および外側表面を有する本発明の第４の実施形態のホログラフィック媒体の一方のもう１つの断面図である。
【図７Ａ】図３〜６の実施形態のホログラフィック媒体内に用いられ得る三角形の構造のパターンを形成されたＡＲＳ表面の例である。
【図７Ｂ】図３〜６の実施形態のホログラフィック媒体内に用いられ得る階段状の構造のパターンを形成されたＡＲＳ表面の例である。
【図７Ｃ】図３〜６の実施形態のホログラフィック媒体内に用いられ得るピラミッド状の構造のパターンを形成されたＡＲＳ表面の例である。
【図８Ａ】図３〜６の実施形態のホログラフィック媒体内に用いられ得る複数の直列の周期的に構造された表面を含むＡＲＳ表面の他の例である。
【図８Ｂ】図３〜６の実施形態のホログラフィック媒体内に用いられ得る構造の周期性が多数の表面レリーフ特性に及ぶ表面を含むＡＲＳ表面の他の例である。
【図８Ｃ】図３〜６の実施形態のホログラフィック媒体内に用いられ得るランダムな構造を含む表面を含むＡＲＳ表面の他の例である。
【図９】図３〜６の実施形態のホログラフィック媒体内に用いられ得る二元的特性の周期的な２次元アレイを含む構造を有するＡＲＳ表面の例である。
【図１０】図９に示されるような、２次元の二元ＡＲＳ表面の５３２ｎｍずれた波長におけるＴＥおよびＴＭ偏光された照明の反射率対入射角（ＡＯＩ）のグラフである。
【図１】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９】
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【図２】
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【図６】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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