(57)【要約】  本発明は光学媒体においてホログラムを生成する装置および方法に関し、特にこの光学媒体にデータを記憶する装置および方法に関する。本方法ではホログラムが光学媒体にレーザー光を用いて生成され、このレーザー光はフリーランニング半導体レーザーから発生されたレーザー光から生成され、光学的媒体に照射される。また代わりの方法としてこのレーザー光が対向して、光学的媒体に少なくとも一部分が空間的に重なるように進行する。本発明では、ホログラムの生成は高いコントラストを持つ安価な部品を利用して行われ、反射ユニット（１５）は、記録媒体（１０）でのレーザー光の焦点と、光軸の領域における反射ユニット（１５）の反射面との間の光学的行路長（Δｘ）が条件、Δｘ＝０．５＊Δｓ＊ａを満たすように調整される。ａは１またはこれより大きい自然数、そしてΔｓは半導体レーザー（１６）の発生するレーザー光の隣り合う干渉中心の間隔である。
2010517201.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
記録媒体（１０）にホログラムを生成する装置であって、
半導体レーザー（１６）と、
前記記録媒体（１０）への記録手段と、
前記半導体レーザー（１６）から生成されたレーザー光を前記記録媒体（１０）に集束する手段と、
反射面を持つ反射ユニット（１５）であって、この反射ユニットは、前記記録媒体（１０）を通過する前記半導体レーザー（１６）のレーザー光を、少なくとも部分的に前記記録媒体（１０）に戻して集束するように構成されている反射ユニットとを備え、
前記反射ユニット（１５）は以下の条件
2010517201.tif 000008
を満たし、ここで、Ｐ１は前記半導体レーザー（１６）の前記記録媒体における焦点であり、Ｐ２は前記反射ユニット（１５）の反射面と前記半導体レーザー（１６）のレーザー光により規定される光軸（ｚ）との交点であり、ｎ（ｚ）は前記ポイントＰ１とＰ２の前記光軸（ｚ）に沿った媒体の屈折率であり、ａは１またはこれより大きい自然数であり、Δｓは前記半導体レーザー（１６）から生成されたレーザー光の隣り合う干渉中心間の距離であることを特徴とする装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置において、
前記半導体レーザー（１６）は３００ｎｍと４３０ｎｍの間の中心波長を持つレーザーダイオードであることを特徴とする装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の装置において、
前記反射ユニット（１５）は、前記レーザー光の前記記録媒体（１０）における前記焦点と前記反射ユニット（１５）の前記反射面の間の光学的行路長（Δｘ）が、前記光軸の領域で以下の条件
Δｘ＝０．５＊Δｓ＊ａ±１５０μｍ
を満たし、ここで、ａは１またはこれより大きい自然数であり、Δｓは前記半導体レーザー（１６）から生成されたレーザー光の隣り合う干渉中心（Koharenzzentren）の間の距離であるように構成されていることを特徴とする装置。
【請求項４】
請求項２または３に記載の装置において、
前記レーザーダイオードは第１反射面（Frontfacette）と第２反射面（Endfacette）を持つファブリペロ−共振器を備え、ここで隣り合う干渉中心の間の距離は以下の条件
Δｓ＝ｒ±１５０μｍ
を満たし、ここで、ｒは前記レーザーダイオードの前記内部共振器の第１反射面と第２反射面の間の距離であることを特徴とする装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の装置において、
この装置は前記半導体レーザー（１６）のための外部共振器を備えていないことを特徴とする装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかに記載の装置において、
前記半導体レーザー（１６）のレーザー光の可干渉距離が１０ｍｍより小さいことを特徴とする装置。
【請求項７】
請求項６に記載の装置において、
前記半導体レーザー（１６）のレーザー光の可干渉距離が１ｍｍより小さいことを特徴とする装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれかに記載の装置において、
前記半導体レーザー（１６）から生成されたレーザー光の隣り合う干渉中心の間の距離を維持するための手段を備えることを特徴とする装置。
【請求項９】
請求項８に記載の装置において、
前記隣り合う干渉中心の間の距離を維持するための手段は、前記半導体レーザー（１６）に印加される電流の安定化制御の手段および／または前記半導体レーザー（１６）の温度の安定化制御の手段により形成されることを特徴とする装置。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれかに記載の装置において、
前記集束手段は少なくとも１つの非球面レンズ（１１）を備えることを特徴とする装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の装置において、
前記集束手段は非球面レンズ（１１）とメニスカスレンズ（１３）とを備えることを特徴とする装置。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれかに記載の装置において、
前記反射ユニット（１５）は少なくとも１つの非球面レンズ（１２）と１つの平面鏡とを備えることを特徴とする装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の装置において、
前記反射ユニット（１５）は非球面レンズ（１２）とメニスカスレンズ（１４）と平面鏡とを備えることを特徴とする装置。
【請求項１４】
請求項１から１３のいずれかに記載の装置において、
前記記録媒体（１０）は、平行平板のプレート（ディスク）で構成され、電磁波の照射により屈折率が変化する材質を備えることを特徴とする装置。
【請求項１５】
請求項１から１１と１４のいずれかに記載の装置において、
前記反射ユニット（１５）は曲面鏡により構成されていることを特徴とする装置。
【請求項１６】
請求項１から１５のいずれかに記載の装置において、
前記反射ユニット（１５）の反射面と前記記録媒体（１０）の間の距離が固定されていることを特徴とする装置。
【請求項１７】
記録媒体（１０）にホログラムを生成する装置であって、
半導体レーザー（１６）と、
前記記録媒体（１０）への記録手段であって、
前記半導体レーザー（１６）のレーザー光から少なくとも２つの分割光を生成し、これに続いてこの分割光を光学的行路長差（Δｚ）で重ね合わせる手段（８０、８１、８２）と、
前記記録媒体（１０）に前記の重ね合わされた分割光を集束する手段と、
反射面を持つ反射ユニット（１５）であって、前記記録媒体（１０）を通過した分割光の少なくとも一部を前記記録媒体（１０）に戻して集束する反射ユニットと、を備える記録手段とを備え、
前記反射ユニットは、以下の条件（ｉ）または（ｉｉ）の内１つを満たすように調整され、
2010517201.tif 000009
ここで、Ｐ１は前記半導体レーザー（１６）のレーザー光の前記記録媒体（１０）での焦点の位置、Ｐ２は反射ユニット（１５）の前記反射面と前記半導体レーザー（１６）のレーザー光により規定される光軸（ｚ）との交点、ｎ（ｚ）は光軸に沿ってポイントＰ１とＰ２の間の媒体の屈折率、Δｚは前記の少なくとも２つの分割光の間の前記光学的行路長差、ａは０またはこれより大きい自然数、そしてΔｓは前記半導体レーザー（１６）から発生されたレーザー光の隣り合う干渉中心（Kohahrenzzentren）の間隔であることを特徴とする装置。
【請求項１８】
請求項１７に記載の装置において、
前記半導体レーザー（１６）のレーザー光から少なくとも２つの分割光を生成し、これに続いてこの分割光を光学的行路長差（Δｚ）で重ね合わせる前記手段（８０、８１、８２）は、２つのビームスプリッター（８０、８１）と１つの偏向プリズムから構成されていることを特徴とする装置。
【請求項１９】
請求項１７または１８のいずれかに記載の装置において、
前記半導体レーザー（１６）は３００ｎｍと４３０ｎｍの間の中心波長を持つレーザーダイオードであることを特徴とする装置。
【請求項２０】
請求項１７から１９のいずれかに記載の装置において、
前記反射ユニット（１５）は、前記記録媒体（１０）での前記レーザー光の焦点と、光軸の領域における前記反射ユニット（１５）の前記反射面との間の光学的行路長（Δｘ）が次の条件
Δｘ＝０．５＊Δｓ＊ａ＋Δｚ±１５０μｍ
を満たし、ここで、Δｚは前記の少なくとも２つの分割光の間の前記光学的行路長差、ａは０またはこれより大きい自然数、そしてΔｓは前記半導体レーザー（１６）から発生されたレーザー光の隣り合う干渉中心（Kohahrenzzentren）の間隔である、ことを特徴とする装置。
【請求項２１】
請求項１８から２０のいずれかに記載の装置において、
前記レーザーダイオードは第１反射面（Frontfacette）と第２反射面（Endfacette）を持つファブリペロ−共振器を備え、ここで隣り合う干渉中心の間の距離は以下の条件
Δｓ＝ｒ±１５０μｍ
を満たし、ここで、ｒは前記レーザーダイオードの前記内部共振器の第１反射面と第２反射面の間の距離であることを特徴とする装置。
【請求項２２】
請求項１７から１９のいずれかに記載の装置において、
前記半導体レーザー（１６）用の外部の共振器を備えないことを特徴とする装置。
【請求項２３】
請求項１７から２２のいずれかに記載の装置において、
前記半導体レーザー（１６）のレーザー光の可干渉距離が１０ｍｍより小さいことを特徴とする装置。
【請求項２４】
請求項１７から２３のいずれかに記載の装置において、
前記半導体レーザー（１６）のレーザー光の可干渉距離が１ｍｍより小さいことを特徴とする装置。
【請求項２５】
請求項１７から２４のいずれかに記載の装置において、
前記半導体レーザー（１６）から生成されたレーザー光の隣り合う干渉中心の間の距離を維持するための手段を備えることを特徴とする装置。
【請求項２６】
請求項１７から２５のいずれかに記載の装置において、
前記の隣り合う干渉中心の間の距離を維持するための手段は、前記半導体レーザー（１６）に印加される電流の安定化制御の手段および／または前記半導体レーザー（１６）の温度の安定化制御の手段から形成されることを特徴とする装置。
【請求項２７】
請求項１７から２６のいずれかに記載の装置において、
前記集束手段は少なくとも１つの非球面レンズ（１１）を備えることを特徴とする装置。
【請求項２８】
請求項２７に記載の装置において、
前記集束手段は非球面レンズ（１１）とメニスカスレンズ（１３）とを備えることを特徴とする装置。
【請求項２９】
請求項１７から２８のいずれかに記載の装置において、
前記反射ユニット（１５）は少なくとも１つの非球面レンズ（１２）と１つの平面鏡とを備えることを特徴とする装置。
【請求項３０】
請求項２９に記載の装置において、
前記反射ユニット（１５）は非球面レンズ（１２）とメニスカスレンズ（１４）と平面鏡とを備えることを特徴とする装置。
【請求項３１】
請求項１７から３０のいずれかに記載の装置において、
前記記録媒体（１０）は、平行平板のプレート（ディスク）で構成され、電磁波の照射により屈折率が変化する材質を備えることを特徴とする装置。
【請求項３２】
請求項１７から２８と３１のいずれかに記載の装置において、
前記反射ユニット（１５）は曲面鏡により構成されていることを特徴とする装置。
【請求項３３】
請求項１７から３２のいずれかに記載の装置において、
前記反射ユニット（１５）の反射面と前記記録媒体（１０）の間の距離が固定されていることを特徴とする装置。
【請求項３４】
記録媒体（１０）にホログラムを生成する方法であって、
半導体レーザー（１６）を準備する工程と、
電磁波の照射により屈折率が変化する記録層を持つ媒体（１０）を準備する工程と、
前記半導体レーザー（１６）の電磁波を集束し、逆方向からの前記半導体レーザー（１６）の電磁波を重ね合わせ、この逆方向での重ね合わさせにより記録層において干渉パターンを生成し、干渉領域での焦点で非干渉領域でより大きな屈折率変化を生じるようにし、そしてこの屈折率の変化により異なる屈折率の多数の層を持つホログラムが生成される工程と、
ここで前記記録層（１０）に集束された前記半導体レーザー（１６）の光は反射ユニット（１５）の手段によりそれ自身の方向に反射され、干渉パターン生成のため、対向して重ね合わされる工程、から成り、
前記反射ユニット（１５）は以下の条件
2010517201.tif 000010
を満たすように調整され、ここでＰ１は前記半導体レーザー（１６）のレーザー光の前記記録媒体（１０）での焦点の位置、Ｐ２は前記反射ユニット（１５）の反射面と前記半導体レーザー（１６）のレーザー光により規定される光軸との交点（ｚ）、ｎ（ｚ）は光軸に沿っての、すなわち前記半導体レーザー（１６）の光の経路の経路で焦点から反射面までの、ポイントＰ１とＰ２の間の媒体の屈折率であり、ａは０またはこれより大きい自然数、そしてΔｓは前記半導体レーザー（１６）から発生されたレーザー光の隣り合う干渉中心（Kohahrenzzentren）の間隔である、ことを特徴とする方法。
【請求項３５】
記録媒体（１０）にホログラムを生成する方法であって、
半導体レーザー（１６）を準備する工程と、
前記半導体レーザー（１６）のレーザー光を、少なくとも１つの第１の分割光と１つの第２の分割光に分割する工程と、
これに続いて前記第１の分割光と前記第２の分割光を重ね合わせるが、これらの分割光は分割後、重ね合わせる前までに、光学的行路長差（Δｚ）に対応した遅延となるように引き回される工程と、
電磁波の照射により屈折率が変化する記録層を持つ前記記録媒体（１０）を準備する工程と、
前記半導体レーザー（１６）の重ね合わされた分割光を集束し、これと対向する重ね合わされた分割光を重ね合わせ、この対向する重ね合わされた分割光の重ね合わせにより記録層において干渉パターンを生成し、干渉領域での焦点で非干渉領域でより大きな屈折率変化を生じるようにし、そしてこの屈折率の変化により異なる屈折率の多数の層を持つホログラムが生成される工程と、
ここで前記記録層（１０）に集束された前記半導体レーザー（１６）の光は反射ユニット（１５）の手段によりそれ自身の方向に反射され、干渉パターン生成のため、対向して重ね合わされる工程とから成り、
前記反射ユニット（１５）は、以下の条件（ｉ）または（ｉｉ）の内１つを満たすように調整され、
2010517201.tif 000011
ここで、Ｐ１は前記半導体レーザー（１６）のレーザー光の前記記録媒体（１０）での焦点の位置、Ｐ２は前記反射ユニット（１５）の反射面と前記半導体レーザー（１６）のレーザー光により規定される光軸との交点（ｚ）、ｎ（ｚ）は光軸（ｚ）に沿ってポイントＰ１とＰ２の間の媒体の屈折率、Δｚは少なくとも２つの分割光の間の光学的行路長差、ａは１またはこれより大きい自然数、そしてΔｓは前記半導体レーザー（１６）の発生するレーザー光の隣り合う干渉中心（Kohahrenzzentren）の間隔であることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光学媒体においてホログラムを生成する装置および方法に関し、特にこの光学媒体にデータを記憶する装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＤドライブおよびＤＶＤドライブの形態による光学的記憶装置は、数年前より民生電子分野におけるデータ保存、データ交換、および様々なマルチメディアでの利用の世界的標準となっている。これらの全ての分野においては記憶容量への要求が常に増加すると同時に保存されたデータのセキュリティに対する要求が高くなっている。
【０００３】
大容量記憶装置としての光学記録装置の成功は、まずドライブ装置およびデータ記録媒体として小型であること、および最終価格が低いことによる。ＤＶＤドライブ装置は極めて効率的な光学的装置であり、大量生産により安価に生産できる部品で組み立てられている。記録媒体でのデータの書き込みと読み出しは集束レーザービームにより非接触で行われる。
【０００４】
現状では、２つの異なる光学式ディスク記憶装置が着脱可能な光学式記憶装置の新しい標準の候補となっている。ＨＤ−ＤＶＤならびにブルーレイは、書き込みおよび読み出しに使う変調可能な光源として、４０５ｎｍの青色ダイオードに変更することにより恩恵を受けている。短波長化は光学的分解能の改善に寄与し、新しいディスク記録装置の記録密度は１５Ｇバイト（ＨＤ−ＤＶＤ）から、高屈折率対物レンズを用いてディスクに焦点を合わせる（ＢｌｕＲａｙ）ことにより２５Ｇバイトに達する。データ容量の増加のため、多くの独立した記録層が互いに重ねられて設けられているが、これは赤色レーザーＤＶＤ世代で既に応用され、９Ｇバイトの総容量に到達していた。この技術は良好な読み出し信号を得るために、各々の層ができる限り多くの光を反射しなければならないという制約がある。しかしながらこれと同時に、読出し／書込みレーザー光の十分な量が更に深い層まで届くように、高い透過率も要求されている。このため、各々の記録層での吸収は、書込みプロセスで吸収されるレーザー光で記録層が十分熱的に変化されるような、最小限の量でなければならない。これらの相反する要求により、現実のＨＤ−ＤＶＤ装置においては３層の記録層による４５Ｇバイトの総記録容量となり、ブルーレイディスクにおいては２層の記録層による５０Ｇバイトの総記録容量となった。
【０００５】
第４世代の光学式データ記録装置はホログラム体積記録装置に決定されるであろう。近年の記録材としての感光性樹脂の著しい改良はホログラムデータ記録装置の飛躍的な技術革新を可能とした。これにより、今後いくつかの競合する装置が技術的に十分実現された領域に入ってくるであろう。一般的に最近の１５年での光学式記録装置の開発で、新しい標準が成功するための基本的な要素は、先行装置に対する下位互換であった。この理由から、今日では全てのＤＶＤプレーヤはＣＤと同様の形態で動作し、ＨＤ−ＤＶＤとＢｌｕ−Ｒａｙ装置においてもまたＤＶＤやＣＤが使用できるようになっている。
【０００６】
この第４世代の光学式記録装置においては、マイクロホログラム記録装置のようなビット単位の考えは現存するシステムに技術的に非常に近いので、例えばページ単位のホログラム記録装置のような装置に対して、上記より明らかな利点を有することを意味する。このページ単位ホログラム記録装置技術はごく簡単な構造の装置で実現され、かつ従来のフォーマットを代替するものではない。
【０００７】
ホログラム記録装置は一般的に２つの互いに可干渉（coharent）なレーザー光の重ね合わせに基づいており、これらのレーザー光はしばしば信号光および基準光と呼ばれる。この２つのレーザー光の干渉により３次元で変調された強度分布が、透明な記録媒体（多くの場合、感光性樹脂である）に、局所的な光学的特性の変化により書き込まれる。このように生成された体積格子（Volumengitter）に元々の２つの書き込み光の内の１つ（基準光）を照射すると、この照射光の格子での回折により、これに対応した他の光（信号光）が再生される。記録された情報は信号光の強度プロファイルを変調したもの（これはＣＣＤ検出器で評価（ページ単位記録）される）、かまたは、単にアドレス指定した場所に格子が存在するかどうか（ビット単位記録）である。
【０００８】
信号光の再生は、物理的には体積格子における基準光のブラッグ回折により説明される。ブラッグ条件を満たすということは、読取り光が、もともと書込みに用いられた基準光と同じ波長、方向および集束状態であることを意味する。他の条件では、照射された光量に対する読出された光の比率の基準となる、回折効率が急激にゼロに低下し、記録媒体は再び透明になる。
【０００９】
この原理により、ホログラム多重化を利用することで、体積記録装置の記録密度を高めることが可能となる。ここでは多くの体積格子が、異なる信号光と基準光を用いて、相互作用なしに、同じ空間位置に書き込まれる。個々の格子のアドレス指定は、書込みに用いられた基準光に対応する基準光を用いて行われ、この格子に属する信号光のみが再生される。多重化の方法には種々あるが、例えば２つの書込光の波長の変更、角度の変更、または基準光の位相の変更、または、集束書込光の記録材料での書込の深さ方向の焦点位置の変更で多重化が行われる。
【００１０】
マイクロホログラム記録は上記で説明したディスク記録装置と極めて良く似た方式で実現される。データは、例えば４０５ｎｍの波長のレーザー光を光学的限界まで集束して、回転するディスクの同心円上のトラックにビット単位で書き込まれる。ディスク上の特定の位置のアドレス指定はサーボトラッキング機構を利用して行われ、ＤＶＤ装置に使用されているものと全く良く似たものである。書込みでのデータストリームは、ＤＶＤの符号化方式であるＥＦＭ／ＥＦＭ＋と互換性のある符号化方式に対応するように、使用されるレーザー光を高周波変調したものに変換する。この方法では、レーザーはほぼ同じ時間間隔でｏｎ／ｏｆｆされて、レーザー出力が平均的に一定の値となるように設計されている。バイナリーの１は反射率の高い領域と低い領域の間での遷移で表わされる。２つの遷移間の最小の長さが例えば３つの０ビットとなる符号化方式により、レーザーの切り替え動作回数が最小化される。個々のビットの長さは、ディスクの回転速度と、レーザーが切り替えできる最小時間単位である時間サイクルにより決まり、赤色ＤＶＤでの１３３ｎｍの場合と同様である。
【００１１】
標準的なシステムとの大きな違いはデジタルデータの表現にあり、この記録媒体ではピットとランドの構造の代わりに微小な反射格子が用いられる。これらのいわゆるマイクロホログラムは対向する２つの集束したレーザー光の感光性樹脂での重ね合わせによる干渉から生じる。図１は書込み位置での従来の光学的構造を示す。レーザーダイオード５から記録媒体１に照射された集束レーザー光２は記録媒体１（感光樹脂）を通過して反射ユニット３に到達する。この反射ユニットでは、反射されたレーザー光４の焦点が照射されたレーザー光２の焦点と正確に重なるように反射される。これにより、２つのレーザー光２、４の干渉から感光樹脂においてマイクロホログラムが形成されるが、照射された集束レーザー光２の時間的干渉のため、可干渉距離は記録媒体と反射ユニット３の間隔の２倍、２・Δｘとなる。従来の装置においてはΔｘ  ≧１０ｍｍの間隔が用いられている。これに対応して、用いられているレーザーの可干渉距離について厳しい条件が要求される。
【００１２】
ホログラム記録は用いられるレーザー装置の安定性とレーザー光の品質に関して非常に厳しい条件を要求する。特に、１つの書込みサイクルの間はモード遷移が抑制されなければならず、レーザー光の可干渉距離は、レーザー光が信号光と基準光に分割されたところからの、これらの２つの光の行路差より大きくなければならない。このため、通常、外部キャビティダイオードレーザーや安定化ガスレーザーのような、複雑で高価なレーザー装置がホログラムに用いられる。外部キャビティダイオードレーザーは外部のモード選択により、数百メートルの可干渉距離を持つシングルモード動作が可能である。このようなレーザーはその大きさと複雑さのため、コンパクトな記録装置に使用するには向いていない。
【００１３】
ドイツ特許公開公報１０１３４７６９Ａ１号より、３次元の線状格子（Streifengitter）マイクロホログラム記録装置が知られている。この公知の記録装置は、データをビット単位で３次元の線状の反射格子として、感光層における書込みおよび感光層からの読出しをダイナミックに行うことを可能としている。格子形成は強度に集束されたレーザー光を用いたホログラムにより、サブミクロン領域に限定されたあらゆる空間方向で行われる。書込みはレーザー光を記録層に集束し、反射ユニットにより、入射する光と反射された光が互いに対向する方向から正確に重なり合うように結像され、これらの光のビームウエスト（Strahlentaille、ビームくびれ）が記録層の特定の深さで同じ場所となるように行われる。記録動作に際しては、記録層は光軸に対し垂直に移動する。これから、書込み時間に相当した様々の長さの線状のマイクロ格子が生成される。読出し信号はブラッグ条件での回折により生成される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明の目的は光学媒体にホログラムを生成するための装置と方法を提供することであり、これにより安価な部品を用いて高いコントラストのホログラムが生成できるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記の課題は本発明において、独立請求項１と７に記載される装置ならびに独立項３４と３５に記載される方法によって解決される。本発明の好ましい実施形態は従属項に記載されている。
【００１６】
本発明は、フリーランニング半導体レーザーから発生されるレーザー光をホログラムの書込みに使用するという着想に基づいている。このフリーランニング半導体レーザーとしてはフリーランニングレーザーダイオードを用いている。フリーランニングとは、ここでは、半導体レーザーによるレーザー光の発生が、外部の共振器を用いないで行われることを意味する。すなわち、外部の共振器なしでホログラム書込みに用いることができる。ここで提示する方法と装置は、特別な安定化やモード選択を用いないフリーランニング半導体レーザーを使用することを想定している。ここでは最先端技術でよく使われる複雑なレーザー装置の使用は断念する。これにより労力とコストを削減できる。このフリーランニング半導体レーザーにより発生されるレーザー光の可干渉距離は通常ほんの数百μｍである。
【００１７】
本発明による装置は半導体レーザーと記録媒体への記録手段を備える。この記録手段は、半導体レーザーにより発生されたレーザー光を記録媒体に集束する手段と反射面を持つ反射ユニットである。この反射面は、記録媒体を透過した半導体レーザーのレーザー光の少なくとも一部を記録媒体に向けて反射し、集束する。この時、反射ユニットは次式を満たすように設定されている。
2010517201.tif 000003
ここでＰ１は半導体レーザーのレーザー光の記録媒体における焦点位置であり、Ｐ２は反射ユニットの反射面と半導体レーザーのレーザー光によって規定される光軸とが交わる点である。ｎ（ｚ）はＰ１点とＰ２点の間で光軸に沿った媒体の屈折率である。ａは１またはこれより大きい自然数で、Δｓは半導体レーザーが発生したレーザー光の隣り合う干渉中心（Kohahrenzzentren）の間隔である。半導体レーザーはファブリペロー共振器を備えたレーザーダイオードであることが望ましい。
【００１８】
±１５０μｍの値は、反射ユニットの焦点と反射表面の距離が干渉のコントラストが最大になるところに厳密に一致するように調整する必要が無く、この関係がある許容誤差内であることが要求されていることを意味している。この許容誤差はゼロであることが好ましいが、本発明においては、反射ユニットの焦点と反射表面の距離を、
2010517201.tif 000004
と、この許容誤差の条件とに従って、局所的に高い干渉となるような範囲で調整することで十分である。記録媒体での半導体レーザーのレーザー光の焦点Ｐ１と反射ユニットの反射面の交点Ｐ２の光学的距離もまた±５００μｍの許容誤差であるが、好ましくは±１５０μｍ、更に好ましくは±５０μｍ、更に好ましくは±１０μｍ、更に好ましくは±０μｍである。これに対応して、上記の式で、Δｓを好ましくは（±１５０μｍの代わりに）±５００μｍ、更に好ましくは±５０μｍ、更に好ましくは±１０μｍ、更に好ましくは±０μｍで置き換える。
【００１９】
本発明の着想は、安価な半導体レーザーでの干渉特性を、生成された干渉パターンとこれにより生成されるホログラムが出来る限り高いコントラストを示すようにして、集束光とこれと逆方向から重ねあわされる光との行路差に合わせるようにすることである。言い換えれば、集束光とこれと逆方向から重ねあわされる光との行路差（あるいは反射ユニットの反射面と記録媒体での焦点の間隔）が、フリーランニング半導体レーザーが発生したレーザー光の干渉中心（Kohahrenzzentren）の間隔Δｓの範囲で選択されるということである。
【００２０】
可干渉距離とは、レーザー光の伝搬方向に沿って、最初に干渉が消失する最短距離と理解される。これに対応する可干渉時間は、レーザーから放出された光のスペクトルバンド幅の逆数に相当する。レーザーダイオードは、連続スペクトルではなく、一定のモード間隔で離散したモードでレーザー光を射出するので、共振器の長さの整数倍の間隔で、可干渉領域（干渉中心、Kohahrenzzentren）が存在し、これらは各々実質的に同じ幅である。間隔が大きくなるとそれらのコントラストは低下する。これは個々のモードは有限なバンド幅を持っているためである。レーザーダイオード（ファブリペロー共振器付き）から放出される光は、周期的なコヒーレンス関数（基本コヒーレンス、Grundkohahrenzとも称する）となり、周期的に現れて、空間的に限られた領域で高い干渉性を示す。本発明は比較的可干渉距離が小さく、高い干渉性の領域が周期的に現れるレーザー光源に関わる。周期的に現れる干渉性の高い領域は、この周期間の干渉性の少ない（または干渉性のない）領域に比べ、少なくとも２倍（好ましくは最低５倍）の強度（Kontrast）をもつことが望ましい。
【００２１】
記録媒体は好ましくは、ディスクまたはプレート（Platte）であり、このプレートは２つの基板（好ましい厚さは０．１ｍｍから２ｍｍである）の間に感光性の層（好ましくは感光樹脂）が配されており、この感光層の屈折率は電磁波の照射により変動する。レーザー光の集束手段は１つまたはこれ以上の多数のレンズによって構成されていることが望ましい。反射ユニットは、好ましくは、１つまたはこれ以上の複数のレンズと平面鏡の組み合わせで構成されている。代わりとして、反射ユニットは曲面鏡から構成されてもよい。反射ユニットの機能は、半導体レーザーの（焦点を通過した後での）発散光を再び元に反射し、光が自身の対向する光と共に再び記録媒体に集束することである。反射ユニットが複数の反射面を含む場合（例えば再帰反射器の場合）、ポイントＰ２は反射ユニットの反射面と半導体レーザーのレーザー光により規定される光軸の交わる点であり、ここで光の方向反転が起こると理解される。原理的には、再帰反射器のすべての面の光軸（レーザー光）との交点は同じである。複数の反射面がレーザー光の方向反転を行うように反射ユニットが構成されている場合、ポイントＰ２は反射ユニットの反射面と半導体レーザーの規定する光軸の交わる点と理解されるが、この反射面の光路における最後の面として構成されているものが交点Ｐ２となる。ｎ（ｚ）はポイントＰ１とＰ２の間で光の経路に沿って最後の方向反転を行う面までの媒体の屈折率となる。
【００２２】
好ましくは、半導体レーザーは中心波長が３００ｎｍと４３０ｎｍの間（更に好ましくは３８０ｎｍと４３０ｎｍの間）のレーザーダイオードである。使用されるフリーランニング半導体レーザーは、好ましくはフリーランニングレーザーダイオードであり、青から紫のスペクトル範囲の波長のものである。ここで、ＤＶＤドライブ装置用に大量に生産される、安価で高性能なダイオードレーザーと同じコンパクトなダイオードレーザーを、ホログラムの書込みに利用することができる。更に本方法の有利な点として、フリーランニング型半導体レーザーは直接変調できることであり、ＤＶＤ技術の高性能で完璧な符号化アルゴリズムおよび信号処理技術を、ホログラムに直接実装できることである。データ符号化用として、また信号処理用として、ＤＶＤドライブ装置の高集積化され、小型化された半導体部品を流用できる。直接的かつ改造することなしにデータ蓄積装置に利用できることで、技術的かつ費用的な開発の負担を大幅に減らすことが可能である。
【００２３】
反射ユニットにおいては、記録媒体でのレーザー光の焦点と、光軸の領域における反射ユニットの反射面との間の光学的行路長がつぎの条件、Δｘ＝０．５＊Δｓ＊ａを満たすことが好ましい。ここでａは１かまたはこれより大きい自然数であり、Δｓは半導体レーザーの発生したレーザー光の隣り合う干渉中心（Kohahrenzzentren）の間隔である。レーザーダイオードは内部に共振器（ファブリペロー共振器）として第１反射面（Frontfacette）と第２反射面（Endfacette）を持ち、レーザー光の隣り合う干渉中心（Kohahrenzzentren）の間隔がつぎの条件、Δｓ＝ｒを満たすことが好ましい。ここでｒはレーザーダイオードの内部共振器の第１反射面（Frontfacette）と第２反射面（Endfacette）の間隔である。
【００２４】
好ましくは、本装置では半導体レーザー用の外部の共振器を持たない。好ましくは、半導体レーザーの可干渉距離は５００μｍより小さく、５００μｍと５μｍの間であることが好ましい（更に好ましくは５００μｍと５０μｍの間である）。これはしかし、周期的に現れる高い干渉性領域の間隔が可干渉距離より大きい間隔であるということを除外するものではない。本発明では、この周期的に現れる高い干渉性領域が、記録媒体での半導体レーザーのレーザー光の焦点位置と、反射ユニットの反射面の交点との間の光学的行路長の調整に用いられる。周期的に現れる干渉可能な窓の幅は、好ましくは１００−３００μｍである。
【００２５】
好ましくは、本装置は、半導体レーザーの発生するレーザー光の隣り合う干渉中心（Kohahrenzzentren）の間隔を維持する手段を持つ。この隣り合う干渉中心の間隔を維持する手段により、集束光とこれと逆方向から重ねあわされる光との行路差（これは反射ユニットの反射面とこの反射面の記録媒体での焦点との距離である。）は確実に一定に保たれることができ、コントラストの劣化を被ることがない。この隣り合う干渉中心間の間隔を維持する手段は、好ましくは、半導体レーザーに印加された電流の安定化制御の手段および／または半導体レーザーの温度の安定化制御の手段により構成される。代わりの好ましい手段は、隣り合う干渉中心間の間隔を維持する手段で、行路差、すなわち焦点と反射器の距離、を維持する手段である。
【００２６】
好ましくは、集束手段は１個の非球面レンズを備える。好ましくは、集束手段は１個の非球面レンズと１個のメニスカスレンズを備える。好ましくは、反射ユニットは少なくとも１個の非球面レンズと１個の平面鏡を備える。好ましくは、反射ユニットは１個の非球面レンズと１個のメニスカスレンズと１個の平面鏡を備える。これに代えて、反射ユニットは曲面鏡から形成される。
【００２７】
記録媒体は、平行平板のプレート（ディスク）で構成され、電磁波の照射により屈折率が変化する材質であることが好ましい。反射ユニットの反射面と記録媒体の距離は固定されている、すなわち時間的に不変であることが好ましい。本発明の１つの他の実施形態では、反射ユニットの反射面と記録媒体の距離、および同様に、半導体レーザーの発生するレーザー光の隣り合う干渉中心（Kohahrenzzentren）の間隔（Δｓ）が、上記の関係を互いに維持して変化する。このような場合、隣り合う干渉中心の間隔（Δｓ）を決定し、反射ユニットの反射面と記録媒体の距離を対応してその都度調整（再調整）することになる。
【００２８】
この本発明の他の変形実施形態によれば、照射されたレーザー光はまず分割され、１つの分割光は遅延されて（光学的な行路長差Δｚに対応）、これに続いて２つの分割光は同一線上で（伝播する同じ光軸に沿って）重ね合わされる。これにより反射ユニットは、以下の条件（ｉ）または（ｉｉ）の内１つを満たすように調整される。
2010517201.tif 000005
ここでＰ１は半導体レーザーのレーザー光の記録媒体での焦点の位置、Ｐ２は反射ユニットの反射面と半導体レーザーのレーザー光により規定される光軸との交点、ｎ（ｚ）は光軸に沿ってポイントＰ１とＰ２の間の媒体の屈折率、Δｚは少なくとも２つの分割光の間の行路長差、ａは０またはこれより大きい自然数、そしてΔｓは半導体レーザーから発生されたレーザー光の隣り合う干渉中心（Kohahrenzzentren）の間隔である。
式（ｉ）では、パラメータａは好ましくは０と１０の間（特に好ましくは０または１）である。２つの分割光は同じ強度もしくはほぼ同一の強度であることが望ましい。
【００２９】
式（ｉｉ）では、パラメータａは好ましくは１と１０の間（特に好ましくは１または２）である。２つの分割光は同じ強度もしくはほぼ同一の強度であることが望ましい。
【００３０】
本発明のアイデアは、隣り合う干渉中心の間隔だけに上記の行路差を当てはめるのでなく、隣り合う干渉中心の間隔と同様に、２つの分割光の間にもたらされた遅延（光学的行路長差Δｚ）にも上記の行路差を当てはめることである。これにより、遅延された分割光と遅延されていない分割光（条件（ｉｉ））とが、または各々の分割光（条件（ｉ））とそれ自身とができるだけ高いコントラストで干渉することが可能となる。
【００３１】
半導体レーザーのレーザー光から少なくとも２つの分割光を生成し、これに続いて光学的行路長差（Δｚ）でこれらの分割光を重ね合わせる手段は、好ましくは２つのビームスプリッターと１つの偏向プリズムで構成される。
【００３２】
反射ユニットは以下のように調整されることが好ましい。レーザー光の記録媒体での焦点と反射ユニットの反射面とが光軸上において、Δｘ＝０．５＊Δｓ＊ａ＋Δｚの条件を満たすように調整される。ここでΔｚは少なくとも２つの分割光の間の光学的行路長差、ａは１かこれより大きい自然数、そしてΔｓは半導体レーザーの発生するレーザー光の隣り合う干渉中心（Kohahrenzzentren）の間隔である。
【００３３】
本発明に基づく、記録媒体でのホログラムの生成方法は以下のステップより成る。半導体レーザーを準備し、電磁波の照射により屈折率が変化する記録層を持つ記録媒体を準備する。半導体レーザーの電磁波を集束し、これと対向する半導体レーザーの電磁波を重ね合わせ、この対向する重ね合わせにより記録層において干渉パターンを生成し、干渉領域での焦点で非干渉領域でより大きな屈折率変化を生じるようにする。そしてこの屈折率の変化により異なる屈折率の多数の層を持つホログラムが生成される。ここで記録層に集束された半導体レーザーの光は反射ユニット手段によりそれ自身の方向に反射され、干渉パターン生成のため、対向して重ね合わされる。ここで反射ユニットは以下の条件
2010517201.tif 000006
を満たすように調整される。ここでＰ１は半導体レーザーのレーザー光の記録媒体での焦点の位置、Ｐ２は反射ユニットの反射面と半導体レーザーのレーザー光により規定される光軸との交点、ｎ（ｚ）は光軸に沿っての、すなわち半導体レーザーの光の経路の経路で焦点から反射面まででの、ポイントＰ１とＰ２の間の媒体の屈折率である。ａは１またはこれより大きい自然数、そしてΔｓは半導体レーザーから発生されたレーザー光の隣り合う干渉中心（Kohahrenzzentren）の間隔である。
【００３４】
本発明の他の変形実施形態によれば、記録層でホログラム生成を行う本発明の方法は以下のステップから成る。半導体レーザーを準備し、半導体レーザーの光を、少なくとも１つの第１の分割光と１つの第２の分割光に分割する。これに続いて第１の分割光と第２の分割光を重ね合わせるが、これらの分割光は分割後、重ね合わせる前までに、光学的行路長差に対応した遅延となるように引き回される。電磁波の照射により屈折率が変化する記録層を持つ記録媒体を準備する。半導体レーザーの重ね合わされた分割光を集束し、これと対向する重ね合わされた分割光を重ね合わせ、この対向する重ね合わされた分割光の重ね合わせにより記録層において干渉パターンを生成し、干渉領域では焦点で非干渉領域でより大きな屈折率変化を生じるようにする。そしてこの屈折率の変化により多数の層が異なる屈折率となるホログラムを生成する。ここで記録層に集束された半導体レーザーの光は反射ユニットの手段によりそれ自身の方向に反射され、干渉パターン生成のため、対向して重ね合わされる。ここで反射ユニットは、以下の条件（ｉ）または（ｉｉ）の内１つを満たすように調整される。
2010517201.tif 000007
ここでＰ１は半導体レーザーのレーザー光の記録媒体での焦点の位置、Ｐ２は反射ユニットの反射面と半導体レーザーのレーザー光により規定される光軸との交点、ｎ（ｚ）は光軸に沿ってポイントＰ１とＰ２の間の媒体の屈折率、Δｚは少なくとも２つの分割光の間の行路長差、ａは１またはこれより大きい自然数、そしてΔｓは半導体レーザーの発生するレーザー光の隣り合う干渉中心（Kohahrenzzentren）の間隔である。
【００３５】
用いられるレーザー光の可干渉距離はホログラム層の厚さ（光軸に沿ったホログラム領域（Ausdehnung））より大きいことが好ましい。（ホログラム層の厚さは、Hologramtiefeの訳）
【００３６】
好ましくは反射ユニットは、パラメータａが１と１０の間（特に好ましくは１と５の間）の値となるように調整される。
【００３７】
複数のホログラムが可干渉のレーザー光により生成され、光学媒体の中に重ねられる。本発明は、書込み光と読出し光が光学媒体の同じ側に照射される透過型ホログラムの生成においても、また書込み光と読出し光が光学媒体の別々の側に照射される反射型ホログラムの生成においても適用できる。
【００３８】
本発明による他の好ましい実施形態では、ホログラムがマイクロホログラムとして生成される。このマイクロホログラムではレーザー光は光学媒体に集束される。マイクロホログラムの形成は前空間方向であるがサブミクロン領域に限られている。
【００３９】
本発明の適宜構成では、ホログラムを用いて、ビット単位でのデータを記録することができる。簡単な符号化方法として、ホログラムは個別ビットを表現する。すなわちバイナリ１とバイナリ０である。１つの効果的な符号化方法としては、データ内容を、記録媒体の移動方向に沿って可変長のマイクロホログラムをダイナミックに生成することにより、符号化することである。また本発明の効果的な実施形態として、複数のホログラムをデータ記録用に複数の層で生成することもできる。
【００４０】
本発明の有利な実施形態では、書込みシステムを用いてレーザー光を光学媒体に照射することができる。この書込みシステムは、２つの書込み光学系と反射器を備える。２つの書込み光学系の間に光学媒体が配置される。２つの光学系はそれぞれ、選択は任意であるがここでは１つの非球面レンズを備え、また１つのメニスカスレンズを備える。このメニスカスレンズは、それぞれ記録媒体から見て書込み光学系の後ろ側に配置されている。反射器は実質的に平面の反射面を備え、入射したレーザー光を記録媒体に向け反射して戻すように最も遠い位置に設けられる。この書込みシステムで、記録媒体でのレーザー光の重ね合わせ領域と反射面の間の距離ｘは、フリーランニング半導体レーザーから発生されるレーザー光の干渉中心（Kohahrenzzentren）間の距離Δｓの半分の整数倍となるように、調整され、ｘ＝ｎ（Δｓ／２）、ｎは整数の場合、を満たすようにされる。
【００４１】
本発明の更なる実施形態では、反射面と反射面に対向する書込み光学系の間の距離が固定されていてもよい。
【００４２】
本発明の好ましい実施形態は以下の工程を持つ。
−フリーランニング半導体レーザーから発生されたレーザー光が、記録媒体に到達する前にビームスプリッターで、２つのレーザー光に分割され、
−２つのレーザー光から、遅延されないレーザー光と遅延されたレーザー光を生成し、ここで２つのレーザー分割光の内１つのレーザー分割光はもう片方のレーザー分割光に対し時間的に遅延され、そして、
−遅延されないレーザー光と遅延されたレーザー光を、書込みシステムを用いて記録媒体に照射し、ここで書込みシステムにより、遅延されないレーザー光から、遅延されない信号光と遅延されない基準光を生成し、同様に遅延されたレーザー光から、遅延された信号光と遅延された基準光を生成し、これらは互いに光学媒体で重ね合わされ、またここで少なくとも部分的に干渉して光学媒体に照射される。
【００４３】
ホログラムの書込み位置には、適切な遅延の調整により、干渉可能な分割光がもたらされる。用いられるレーザー光の周期的に繰り返す干渉中心（Kohahrenzzentren）をレーザー光の焦点と一致させることにより、上記のレーザー光が可干渉に重ね合わされ、高いコントラストを持ったホログラムが生成される。
【００４４】
前記の実施形態は様々の異なる形態で、フリーランニング半導体レーザーに拘わらず、可干渉距離が光軸に沿ったホログラムの厚さ（Ausdehnung）より長いものであれば、他の輝度が高く、可干渉距離の短い光源を用いることができる。
【００４５】
本発明に基づく適宜構成で、２つのレーザー分割光が約５０：５０の強度比となるように生成することができる。
【００４６】
以下に、媒体の光学的な活性部位にホログラムを生成するための、本装置の有利な実施形態を詳細に説明する。
【００４７】
本発明の有利な実施形態では、書込みシステムは集束装置を備え、この集束装置は対向する可干渉のレーザー光を光学的媒体に集束する。
【００４８】
本発明の更なる実施形態では、好ましくは制御装置を追加する。この制御装置はフリーランニング半導体レーザーから発生されるレーザー光の干渉パラメータを一定に保つために、これに合わせてフリーランニング半導体レーザーの定常的な制御のための動作パラメータを調整するように、構成される。
【００４９】
本発明の有利な実施形態では、書込みシステムは、２つの書込み光学系と反射器を備える。２つの書込み光学系の間に光学媒体が配置される。２つの光学系はそれぞれ、選択は任意であるがここでは１つの非球面レンズを備え、また１つのメニスカスレンズを備える。このメニスカスレンズは、それぞれ記録媒体から見て書込み光学系の後ろ側に配置されている。反射器は実質的に平面の反射面を備え、入射したレーザー光を記録媒体に向け反射して戻すように最も遠い位置に設けられる。この書込みシステムで、記録媒体でのレーザー光の重ね合わせ領域と反射面の間の距離ｘは、フリーランニング半導体レーザーから発生されるレーザー光の干渉中心（Kohahrenzzentren）間の距離Δｓの半分の整数倍となるように、調整され、ｘ＝ｎ（Δｓ／２）、ｎは整数の場合、を満たすようにされる。
【００５０】
本発明による更なる実施形態では、反射面と反射面に対向する書込み光学系の間の距離が一定となるよう調整される。
【００５１】
本発明による更なる実施形態では、好ましくは以下の特徴を有する。
−ビームスプリッターは、これがフリーランニング半導体レーザーから発生されたレーザー光を、記録媒体に到達する前に、２つのレーザー光に分割するように、構成されている。
−光学的遅延装置は、これが２つのレーザー光から、遅延されないレーザー光と遅延されたレーザー光を生成し、ここで２つのレーザー分割光の内１つのレーザー分割光はもう片方のレーザー分割光に対し遅延経路に沿って時間的に遅延されるように、構成されている。
【００５２】
ホログラムを生成する本装置は、好ましくは光学的記録媒体でのデータの書込み／読出しにおける、データ書込みのためのデータ書込み／データ読出し装置に利用される。また、本装置をデータ記録装置の書込み／読出しヘッドに利用することは、本装置のもたらす有利な利用方法の１つである。
【発明を実施するための形態】
【００５３】
−本発明の好ましい実施形態の説明−
以下に本発明の好ましい実施例を用いて、図を参照し、本発明の詳細な説明を行う。ここで示す図は以下の通り。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】図１は、従来技術による、記録媒体においてホログラムを生成する書込みシステムの概略図である。
【図２】図２は、４０５ｎｍの中心波長を持つマルチモードレーザーのモード発振プロファイルを示す。
【図３】図３は、共振器において隣り合う縦方向波（定在波場）が重ね合わせされて強度が一定となる場合の図である。
【図４】図４は、長さ３．２ｍｍの共振器での複数の隣接するモードの変調部分を示す。
【図５】図５は、単一モードのスペクトル幅を示す。
【図６】図６は、フリーランニング半導体レーザーの干渉の様子で、干渉中心部がΔｓの間隔であることを示す。
【図７】図７は、マイクロホログラムを書き込む書込みシステムの概略図である。
【図８】図８は、ビームスプリッターと光学的遅延行路の構成を示す概略図である。
【００５５】
以下に本発明の好ましい実施形態を図１から８を参照して詳細に説明する。これらの実施形態においてはフリーランニング半導体レーザーが共通して使用され、特にフリーランニングレーザーダイオードが１つまたは複数のホログラムの書込みに使用される。
【００５６】
半導体レーザーに好ましいレーザーダイオードを用いた場合のスペクトルとして、中心波長が４０５ｎｍのマルチモードレーザーダイオードのモードプロファイルの例を図２に示す。このスペクトルは通常１から２ｎｍの幅を持ち、最大でも数百μｍと比較的短い可干渉距離を示す。レーザーダイオードの共振器長が１ｍｍ以下と短い場合は、ゲインプロファイルの幅は１０−３から１０−２ｎｍの小さな線幅を持った、僅か１０から２０の独立したモードがレーザーダイオードのレーザー光放出の動作に寄与する。
【００５７】
図３は共振器での隣り合う縦方向波（定在波場）の重ね合わせを図示したものである。図４は３．２ｍｍの長さの共振器における複数の隣接するモードの変調部分を示したものである。外側の領域のみで干渉可能であることが示されている。
【００５８】
複数の単一モードを、これらの線幅を取りあえず無視して重ね合わせると、レーザー共振器の内部か、またはホログラムシステムの書込み領域において、全ての単一モードの定在波場の振幅を足し合わせることになる。これが図３に示されている。図３では既に、共振器内部で複数の単一モードの振幅が足しあわされて、中間的な、また空間的に一定でない強度になっていることを示している。干渉は存在しない。外側の領域のみで単一モードの定在波場の位相がほぼ同じとなり、結局空間的には一様な領域であるが強度の高い領域と上記のような強度の低い領域が生じることになる。
【００５９】
図４は長さ１．６ｍｍの共振器における４０５ｎｍの中心波長の隣接する１１本のモードの重ね合わせである。定在波の個々の振幅はもはや分解することはできない。グラフに示された包絡線はこのように規定された光の干渉を直接再現している。これはすなわち干渉構造であり、強度の総計の変調部分である。このグラフは、レーザー共振器からの最初の数百μｍの間で干渉が生じ（グラフ左側）、ここでは３．２ｍｍの共振器の長さ毎に（グラフ右側）周期的に繰り返すことを示している。このようにしてレーザー干渉の振舞いはこの間隔の全ての倍数で調整される。
【００６０】
ここで単一モードの各々の実際の線幅を考慮すると、図５に示すような干渉の振舞いとなる。定在波の包絡線はレーザーダイオードの全てのモードの放出プロファイルスペクトルをフーリエ変換したものである。干渉は、レーザーの２つの分割光の間の行路差が距離Δｓ＝３．２ｍｍの倍数である場合に生じる。単一モードの有限な線幅は、行路長差ａ・Δｓが大きいと、干渉が減少するように作用する。
【００６１】
図５は単一モードのスペクトル幅を示す。図６は２つの重ね合わされる分割光の間の行路長差Δｘの場合の干渉の振舞いを示す。
【００６２】
この振舞いは三洋電気製のマルチモードレーザーダイオードにマイケルソン干渉計を用いて測定した結果である。ここでΔｓ＝２ｍｍ、また可干渉距離は１５０μｍであり、最大行路長差は２０ｃｍである。この範囲で周期的に現れる干渉を高いコントラストで観測することができた。
【００６３】
記録材における焦点位置から反射器までのレーザー光の光学的行路の２倍、２・Δｘは、反射器の位置を変えることにより、レーザー光の干渉の周期Δｓのできる限り小さな倍数となるように正確に調整される。これは図７のマイクロホログラムを書き込む書込みシステムの概略図に示されている。ホログラム、すなわち反射格子を、記録媒体１０にレーザーダイオード１６で書き込む書込みシステムは、レーザー光の記録媒体１０への集束のための２つの非球面レンズ１１、１２、２つの外側のメニスカスレンズ１３、１４、および鏡を用いた反射器１５を備える。
【００６４】
反射器１５の位置は、記録媒体１０での結像を実質的に変えることなく、数ｃｍの範囲で任意に変えることができる。これは光が平行光線の束で反射器１５に照射されるからである。鏡１５と光の焦点（記録媒体１０内で）の間の距離は干渉の周期Δｓの半分の倍数に一回調整される。この干渉周期Δｓはレーザーダイオード１６の特性である。好ましくは、レーザーダイオード１６の駆動のためのパラメータは、干渉周期Δｓが一定となるように制御される。これにより間隔Δｘもまた一定に維持される。
【００６５】
データを記録媒体１０の多層で記録することはホログラム記録の概念の一部分である。これには、本実施形態では、２００から３００μｍの厚さで透明な感光性樹脂材料が用いられている。記録は多層で、好ましくは１００層まで行うことが可能である。信号光と基準光の焦点を用いての記録媒体１０の所定の深さのアドレシングは感光性樹脂材料に近接する非球面レンズ１１、１２の軸方向の調整により行われる。同様に調整される外側のメニスカスレンズ１３、１４は、ここでは記録媒体１０の平面の周辺で生ずる球面収差の補正のために追加で用いられる。書き込み対物レンズとして働く非球面レンズ１１、１２が距離Δａだけ移動すると、書き込み場所での一定の干渉条件を補償するため、反射器１５はその分位置移動されなければならない。これに対応して、光学系と反射器１５を戴置したアクチュエータ（図示せず）からなる書込みユニットは、後ろ側の非球面レンズ１２と反射器１５の間隔ｍが常に一定となるように設計されている。
【００６６】
書き込み場所での干渉条件を最適化する間隔ｍはホログラムシステムに対して１回事前調整される。このため、このシステムにソフトウェアによるアルゴリズムが実装される。このアルゴリズムは、例えば新しいデータ記録媒体を挿入する度に、後で使用されない領域にマイクロ反射格子を書込み、またすぐ読み出して、マイクロ反射格子の反射率が最大となるように、間隔ｍを調整する。
【００６７】
前記のシステムは、レーザーダイオードとして好適に用いられるフリーランニング半導体レーザー（図示せず）から発生されるレーザー光での、時間依存の定数である干渉中心（Kohahrenzzentren）間の距離Δｓを利用している。この時間的振舞いΔｓ（ｔ）∝ｎ（ｔ）・Ｌ（ｔ）は共振器の屈折率ｎと長さＬに直接依存している。これに対応して、動作パラメータの電流Ｉと温度Ｔは、適切な電子回路と温度センサを用いて一定の値となるように継続的に制御される。
【００６８】
本発明の更なる実施形態においては、ホログラム記録装置用にフリーランニング半導体レーザーを利用することは、書き込みに用いられたレーザー光の遅延行路の使用による書き込み領域での行路長差の補正に基づいている。本実施形態の種々の構成での実施で、半導体レーザーの代わりに使用されるものとしては、十分高い輝度と短い可干渉距離の他の光源で、この可干渉距離が書き込む光軸方向のホログラムの厚さより大きいものであればよい。
【００６９】
図８はビームスプリッターおよび光学的遅延行路の構成の概略図を示す。
【００７０】
数百μｍの可干渉距離を持つフリーランニングレーザーダイオードの光は、書き込み領域までの光路において、すなわち記録媒体に到達までに、２つの５０：５０のビームスプリッター８０、８１を用いて分割され、再度一緒になる。外側に高い反射率の反射面を持つプリズム８２は調整可能な軸上に戴置され、直進する光軸との行路差を任意に、Δｚ＝ａ＊Δｓ（ａ＝０、１、２、…）と調整できる。プリズム８２と２つのビームスプリッター８０、８１は、２つの光が一緒になった後、再度正確に重ね合わされるように構成されている。
【００７１】
２つのレーザー光を一緒にする際に、直進する光Ａとプリズム８２を通過した光Ｂはそれぞれ全強度の５０％を失う。このようにして新しく生成された光８３は２つの分割光ＡとＢから成り、ＢはＡに対して距離Δｚだけ遅延されている。書き込み領域（図示せず）では反射により、基準光（Ａ＋Ｂ）から信号光（Ａ’＋Ｂ’）が生成される。書込みシステムとしては、図１に概略を示すような構成を利用することができる。記録媒体での信号光と基準光の重ね合わせは、４組の光のペア（Ａ、Ａ’）、（Ａ、Ｂ’）、（Ｂ、Ａ’）、（Ｂ、Ｂ’）の重ね合わせと見做すことができ、この中で、先行する遅延行路により（Ｂ、Ａ’）だけが干渉可能である。この変調された強度の部分に、どこでも一定の強度をもつ他の３つの光のペアが、記録媒体で加算されるので、十分な干渉性を持った１つの光源を用いる場合に比べて、干渉パターンは弱められる。
【００７２】
この理由から、この方法では感光性の記録材料を使用することが望ましく、この記録材料は化学反応が起こる露光閾値を有している。この場合、記録材料での均一な基礎強度（Grundintensitat）は、変調された部分が正確に露光の閾値を超えるようにして、材料の変化が可能となるように調整される。基本的にこのような材料の利用はこの記録方法において他の点からみても有利である、というのは上記の２番目の方法は適当な感光性材料が入手できるかどうかということに依存しているからである。
【００７３】
またこの代替方法ではシステムは事前に１回調整されなければならない。このため、上記のアルゴリズムと同様に、種々のプリズム距離Δｚでマイクロ格子を記録媒体に書き込み、また読み出すことを事前に行うことになる。これよりプリズムは格子の回折効率が増加する方向で最良の書き込み結果を得るように調整される。
【００７４】
ここで記載した実施形態は他のホログラム記録システムにも適用できる。特にページ単位記録で、特別な書込み装置で信号光と基準光の間の行路長差を避けることができない、あるいは行路長差が実用的でない場合に向いている。しかし、このためには、使用可能な局所的な干渉がこの方法の適用に十分である、すなわち局所的に干渉する基準光と信号光の部分の行路長差がレーザー光源の可干渉距離より大きくあってならないという前提がある。これはしかしながら、殆どすべてのホログラム書き込み装置において成り立つので、ここで説明された２つの方法は両方とも適用することができる。
【００７５】
更に、干渉計における適用が考えられる。丁度２つの干渉する光の行路長差が大きく、例えば費用、場所、エネルギー効率（電池またはバッテリー動作の機器）のために、安価で小さい、消費電力の少ないレーザーダイオードが使用されなければならない場合である。
【００７６】
ここで記載した請求項と図で開示された本発明の特徴は、本発明の実施のために、種々の実施形態で示されているように、単独でもまた任意に組み合わせられてもよい。
【符号の説明】
【００７７】
１    記録媒体
２    入射レーザー光
３    反射ユニット
４    戻りレーザー光
５    半導体レーザー
１０  記録媒体
１１  非球面レンズ
１２  非球面レンズ
１３  メニスカスレンズ
１４  メニスカスレンズ
１５  反射ユニット
１６  半導体レーザー／レーザーダイオード
８０  ビームスプリッター
８１  ビームスプリッター
８２  プリズム
８３  遅延されていない分割光と遅延された分割光からなる書込み光
ｚ    光軸
Ｐ１  焦点
Ｐ２  反射ユニットの反射面
【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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【図８】
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【国際調査報告】
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