(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光データ書込デバイスであって、
フォーマットホログラムという用語を、光学的書込媒体の内部の深さ方向に直交した平面内において実質的に一様に形成された平面状のホログラム格子として定義したときに、フォーマットホログラムが内部に形成されている光学的書込媒体を具備してなり、
該媒体は、前記フォーマットホログラム内の選択された書込位置における局所変性として内部に書き込まれたデータを備えていることを特徴とするデバイス。
【請求項２】
請求項１記載のデバイスにおいて、
前記データは、前記媒体内において複数の深さ位置に書き込まれていることを特徴とするデバイス。
【請求項３】
請求項２記載のデバイスにおいて、
前記フォーマットホログラムは、前記媒体の深さ方向に沿って積層された複数の書込サブ容積を形成し、
各書込サブ容積は、内部に書き込まれた前記データからなる層を有していることを特徴とするデバイス。
【請求項４】
請求項１記載のデバイスにおいて、
前記フォーマットホログラムは、反射型ホログラムであることを特徴とするデバイス。
【請求項５】
請求項１記載のデバイスにおいて、
前記フォーマットホログラムは、基本ホログラムである、すなわち、２つの平面波ビームによって書き込まれたホログラムである、ことを特徴とするデバイス。
【請求項６】
請求項１記載のデバイスにおいて、
前記媒体の深さ方向に沿った前記フォーマットホログラムの変化が、少なくとも２つの空間周波数によって特徴づけられるものであり、
前記媒体は、前記深さ方向に沿って積層された複数の書込サブ容積を備え、
互いに隣接している前記書込サブ容積どうしの間の間隔は、前記２つの空間周波数の差によって決定されていることを特徴とするデバイス。
【請求項７】
請求項１記載のデバイスにおいて、
前記局所変性が、前記フォーマットホログラムの局所的消去であることを特徴とするデバイス。
【請求項８】
請求項１記載のデバイスにおいて、
前記フォーマットホログラムは、位相型ホログラムであることを特徴とするデバイス。
【請求項９】
請求項１記載のデバイスにおいて、
前記光学的書込媒体は、ディスク形状媒体、カートリッジ形状媒体、および、カード形状媒体からなるグループの中から選択されたものであることを特徴とするデバイス。
【請求項１０】
光データ書込デバイスであって、
光学的書込媒体を具備してなり、
フォーマットホログラムという用語を、光学的書込媒体の内部の深さ方向に直交した平面内において実質的に一様に形成された平面状のホログラム格子として定義したときに、該媒体は、反射型フォーマットホログラムと、選択されたデータ書込位置において前記フォーマットホログラムの反射率の微小局所変性領域として書き込まれたデータと、を備えていることを特徴とするデバイス。
【請求項１１】
請求項１０記載のデバイスにおいて、
前記微小局所変性領域は、前記媒体内において複数の深さ位置に配置されていることを特徴とするデバイス。
【請求項１２】
請求項１０記載のデバイスにおいて、
前記微小局所変性領域は、前記媒体内において単一の深さ位置に配置されていることを特徴とするデバイス。
【請求項１３】
請求項１０記載のデバイスにおいて、
前記光学的書込媒体は、ディスク形状媒体、カートリッジ形状媒体、および、カード形状媒体からなるグループの中から選択されたものであることを特徴とするデバイス。
【請求項１４】
光データ書込デバイスであって、
光学的書込媒体を具備してなり、
フォーマットホログラムという用語を、光学的書込媒体の内部の深さ方向に直交した平面内において実質的に一様に形成された平面状のホログラム格子として定義したときに、該媒体は、該媒体の深さ方向に対して垂直な実質的に平板状の周縁部を有した反射型フォーマットホログラムと、前記媒体内の複数の深さ位置における選択されたデータ書込位置において前記フォーマットホログラムの局所的消去として書き込まれたデータと、を備えていることを特徴とするデバイス。
【請求項１５】
請求項１４記載のデバイスにおいて、
前記光学的書込媒体は、ディスク形状媒体、カートリッジ形状媒体、および、カード形状媒体からなるグループの中から選択されたものであることを特徴とするデバイス。
【請求項１６】
光データ書込システムであって、
ａ）フォーマットホログラムという用語を、光学的書込媒体の内部の深さ方向に直交した平面内において実質的に一様に形成された平面状のホログラム格子として定義したときに、フォーマットホログラムが内部に形成されている光学的書込媒体と、
ｂ）該媒体内の複数の選択可能なデータ書込位置に前記フォーマットホログラムの局所変性領域としてデータを書き込みために、前記複数の選択可能なデータ書込位置に書込光ビームを焦点合わせし得るようにして設置された光学系と、
を具備することを特徴とするシステム。
【請求項１７】
請求項１６記載のシステムにおいて、
前記光学的書込媒体は、ディスク形状媒体、カートリッジ形状媒体、および、カード形状媒体からなるグループの中から選択されたものであることを特徴とするシステム。
【請求項１８】
光データ読出システムであって、
ａ）フォーマットホログラムという用語を、光学的書込媒体の内部の深さ方向に直交した平面内において実質的に一様に形成された平面状のホログラム格子として定義したときに、内部に形成されたフォーマットホログラムと、複数の選択可能なデータ書込位置における前記フォーマットホログラムの局所変性領域として内部に書き込まれたデータと、を備えた光学的書込媒体と、
ｂ）前記データを読み出すために、前記選択可能なデータ書込位置に入力光ビームを焦点合わせし得るとともに、当該選択可能なデータ書込位置における前記入力光ビームと前記媒体との相互作用に起因した出力光ビームを捕捉し得るようにして設置された光学系と、
を具備することを特徴とするシステム。
【請求項１９】
請求項１８記載のシステムにおいて、
前記光学的書込媒体は、ディスク形状媒体、カートリッジ形状媒体、および、カード形状媒体からなるグループの中から選択されたものであることを特徴とするシステム。
【請求項２０】
光データ書込システムであって、
ａ）フォーマットホログラムという用語を、光学的書込媒体の内部の深さ方向に直交した平面内において実質的に一様に形成された平面状のホログラム格子として定義したときに、フォーマットホログラムが内部に形成されている光学的書込媒体と、
ｂ）単一の書込光ビームを生成するための光源と、
ｃ）該光源と前記媒体との双方に対して光学的に接続されているとともに、前記フォーマットホログラムの微小局所変性として前記媒体にデジタルデータを書き込むために、前記媒体内の様々な深さ位置における複数の選択可能なデータ書込位置に位置した前記フォーマットホログラム内の前記書込位置に前記単一の書込光ビームを焦点合わせして、前記選択可能なデータ書込位置に前記フォーマットホログラムの前記微小局所変性を形成し得るようにして設置された焦点合わせ調節可能な書込ヘッドと、
を具備することを特徴とするシステム。
【請求項２１】
請求項２０記載のシステムにおいて、
前記微小局所変性が、前記フォーマットホログラムの微小局所消去とされることを特徴とするシステム。
【請求項２２】
請求項２０記載のシステムにおいて、
さらに、前記光源と前記媒体との間の光学経路内に、前記光源の球面収差の深さ依存性を補償するための収差補償器を具備していることを特徴とするシステム。
【請求項２３】
請求項２０記載のシステムにおいて、
前記光学的書込媒体は、ディスク形状媒体、カートリッジ形状媒体、および、カード形状媒体からなるグループの中から選択されたものであることを特徴とするシステム。
【請求項２４】
光デジタルデータ読出システムであって、
ａ）フォーマットホログラムという用語を、光学的書込媒体の内部の深さ方向に直交した平面内において実質的に一様に形成された平面状のホログラム格子として定義したときに、反射型フォーマットホログラムと、内部の様々な深さ位置における複数の選択可能なデータ書込位置において前記フォーマットホログラムの微小局所変性領域として内部に書き込まれたデジタルデータと、を備えた光学的書込媒体と、
ｂ）入力光ビームを生成するための光源と、
ｃ）該光源と前記媒体との双方に対して光学的に接続されているとともに、前記選択可能なデータ書込位置に前記入力光ビームを焦点合わせして、当該選択可能なデータ書込位置における前記入力光ビームと前記媒体との相互作用に起因した出力光ビームを捕捉し得るようにして設置された焦点合わせ調節可能な読出ヘッドと、
ｄ）前記読出ヘッドに対して光学的に接続され、前記出力光ビームを検出して前記デジタルデータの読出を行うための光検出器と、
を具備することを特徴とするシステム。
【請求項２５】
請求項２４記載のシステムにおいて、
前記微小局所変性が、前記フォーマットホログラムの微小局所消去とされることを特徴とするシステム。
【請求項２６】
請求項２４記載のシステムにおいて、
さらに、前記検出器と前記読出ヘッドとの間の光学経路内に、前記出力ビームの球面収差の深さ依存性を動的に補償するための動的収差補償器を具備していることを特徴とするシステム。
【請求項２７】
請求項２４記載のシステムにおいて、
前記光源が、複数の入力光ビームでもって前記媒体内の複数のデータトラックに対して同時にアクセスするために、互いに非コヒーレントな複数の入力光ビームをそれぞれ生成するための複数のレーザーを備えていることを特徴とするシステム。
【請求項２８】
請求項２４記載のシステムにおいて、
前記光学的書込媒体は、ディスク形状媒体、カートリッジ形状媒体、および、カード形状媒体からなるグループの中から選択されたものであることを特徴とするシステム。
【請求項２９】
光データ書込方法であって、
ａ）フォーマットホログラムという用語を、光学的書込媒体の内部の深さ方向に直交した平面内において実質的に一様に形成された平面状のホログラム格子として定義したときに、光学的書込媒体内にフォーマットホログラムを形成し、
ｂ）前記媒体内の様々な深さ位置における複数の選択されたデータ書込位置に前記フォーマットホログラムの局所変性としてデータを書き込むために、前記複数の選択されたデータ書込位置において前記フォーマットホログラムを局所的に変性させる、
ことを特徴とする方法。
【請求項３０】
請求項２９記載の方法において、
前記フォーマットホログラムは、反射型ホログラムであることを特徴とする方法。
【請求項３１】
請求項２９記載の方法において、
前記複数の選択されたデータ書込位置において前記フォーマットホログラムを局所的に変性させるという前記ステップにおいては、前記選択されたデータ書込位置において前記フォーマットホログラムを局所的に消去することを特徴とする方法。
【請求項３２】
請求項２９記載の方法において、
前記光学的書込媒体を、ディスク形状媒体、カートリッジ形状媒体、および、カード形状媒体からなるグループの中から選択することを特徴とする方法。
【請求項３３】
請求項２９記載の方法において、
前記フォーマットホログラムを局所的に変性させるという前記ステップにおいては、前記選択されたデータ書込位置に書込光ビームを焦点合わせすることを特徴とする方法。
【請求項３４】
請求項３３記載の方法において、
さらに、前記選択されたデータ書込位置に入力ビームを焦点合わせし、前記入力ビームと前記媒体内の前記選択されたデータ書込位置との相互作用に起因した出力ビームを検出することによって、前記データを読み出すというステップを具備し、
前記入力ビームの波長を、前記出力ビームの波長とは異なるものとすることを特徴とする方法。
【請求項３５】
光データ読出方法であって、
ａ）フォーマットホログラムという用語を、光学的書込媒体の内部の深さ方向に直交した平面内において実質的に一様に形成された平面状のホログラム格子として定義したときに、内部に形成されたフォーマットホログラムの様々な深さ位置における複数の選択されたデータ書込位置に前記フォーマットホログラムの局所変性領域として内部に書き込まれたデータを備えた光学的書込媒体に対して、前記選択されたデータ書込位置のところに入力ビームを焦点合わせし、
ｂ）前記入力ビームと前記媒体内の前記選択されたデータ書込位置との相互作用に起因した出力ビームを検出することによって、前記データを読み出す、
ことを特徴とする方法。
【請求項３６】
請求項３５記載の方法において、
前記フォーマットホログラムは、前記入力ビームを反射させるような、反射型ホログラムであることを特徴とする方法。
【請求項３７】
請求項３５記載の方法において、
前記局所変性領域が、前記フォーマットホログラムの局所消去領域とされていることを特徴とする方法。
【請求項３８】
請求項３５記載の方法において、
さらに、前記選択されたデータ書込位置に単一の書込ビームを焦点合わせすることによって前記選択されたデータ書込位置において前記フォーマットホログラムを局所的に変性させこれにより前記データを書き込むというステップを具備し、
前記入力ビームの波長を、前記書込ビームの波長とは異なるものとすることを特徴とする方法。
【請求項３９】
請求項３５記載の方法において、
前記光学的書込媒体を、ディスク形状媒体、カートリッジ形状媒体、および、カード形状媒体からなるグループの中から選択することを特徴とする方法。
【請求項４０】
光データ書込デバイスであって、
フォーマットホログラムという用語を、光学的書込媒体の内部の深さ方向に直交した平面内において実質的に一様に形成された平面状のホログラム格子として定義したときに、複数の個別の微小かつ局所的な選択可能なデータ書込位置において既に選択的に変性されたフォーマットホログラムが内部に記録されている光学的書込媒体を具備してなり、
前記選択可能なデータ書込位置の各々が、１つのデータビットに対応していることを特徴とするデバイス。
【請求項４１】
請求項４０記載のデバイスにおいて、
前記フォーマットホログラムが、前記複数の個別の微小かつ局所的な選択可能なデータ書込位置において実質的に消去されていることを特徴とするデバイス。
【請求項４２】
請求項４０記載のデバイスにおいて、
前記選択可能なデータ書込位置が、前記媒体内における複数の深さ位置に配置されていることを特徴とするデバイス。
【請求項４３】
請求項４０記載のデバイスにおいて、
前記媒体が、光学的非線形書込材料を備えていることを特徴とするデバイス。
【請求項４４】
請求項４１記載のデバイスにおいて、
前記選択可能なデータ書込位置が、深さ方向において位置がずらされていることを特徴とするデバイス。
【請求項４５】
請求項４２記載のデバイスにおいて、
前記フォーマットホログラムが、前記媒体の深さ方向に沿って変化しており、この変化は、２つの空間周波数の間の差によって特徴づけられていることを特徴とするデバイス。
【請求項４６】
光データ書込デバイスであって、
フォーマットホログラムという用語を、光学的書込媒体の内部の深さ方向に直交した平面内において実質的に一様に形成された平面状のホログラム格子として定義したときに、容積全体にわたって記録されたフォーマットホログラムからなる周縁部パターンと、内部の複数の個別の選択可能なデータ書込位置において前記周縁部パターンの微小局所変性領域として内部に書き込まれたデータビットと、を備えた光学的書込媒体を具備していることを特徴とするデバイス。
【請求項４７】
請求項４６記載のデバイスにおいて、
前記データビットは、前記媒体内の複数の深さ位置に配置されていることを特徴とするデバイス。
【請求項４８】
請求項４６記載のデバイスにおいて、
前記周縁部パターンは、前記媒体の深さ方向に対して実質的に垂直とされていることを特徴とするデバイス。
【請求項４９】
請求項４６記載のデバイスにおいて、
前記媒体が、光学的非線形書込材料を備えていることを特徴とするデバイス。
【請求項５０】
請求項４６記載のデバイスにおいて、
前記選択可能なデータ書込位置は、深さ方向において位置がずらされていることを特徴とするデバイス。
【請求項５１】
光データ書込デバイスであって、
ａ）フォーマットホログラムという用語を、光学的書込媒体の内部の深さ方向に直交した平面内において実質的に一様に形成された平面状のホログラム格子として定義したときに、光学的書込媒体内にフォーマットホログラムを形成し、
ｂ）前記媒体内の様々な深さ位置における複数の選択されたデータ書込位置に前記フォーマットホログラムの局所変性としてデータを書き込むために、前記複数の選択されたデータ書込位置において前記フォーマットホログラムを局所的に変性させる、
という方法によって形成されたことを特徴とするデバイス。
【請求項５２】
請求項５１記載のデバイスにおいて、
前記フォーマットホログラムは、反射型ホログラムであることを特徴とするデバイス。
【請求項５３】
請求項５１記載のデバイスにおいて、
前記複数の選択されたデータ書込位置において前記フォーマットホログラムを局所的に変性させるという前記ステップにおいては、前記媒体内の様々な深さ位置において前記フォーマットホログラムを局所的に消去することを特徴とするデバイス。
【請求項５４】
光デジタルデータ読出システムであって、
ａ）フォーマットホログラムという用語を、光学的書込媒体の内部の深さ方向に直交した平面内において実質的に一様に形成された平面状のホログラム格子として定義したときに、フォーマットホログラムと、内部の様々な深さ位置における複数の選択されたデータ書込位置において前記フォーマットホログラムの微小局所変性領域として内部に書き込まれたデジタルデータと、を備えた光学的書込媒体と、
ｂ）入力光ビームを生成するための光源と、
ｃ）該光源と前記媒体との双方に対して光学的に接続されているとともに、前記選択されたデータ書込位置に前記入力光ビームを焦点合わせして、前記入力光ビームと前記媒体内の前記選択されたデータ書込位置との相互作用に起因した出力光ビームを捕捉し得るようにして設置された焦点合わせ調節可能な読出ヘッドと、
ｄ）前記読出ヘッドに対して光学的に接続され、前記出力光ビームを検出して前記デジタルデータの読出を行うための、共焦型の深さ選択性光検出器と、
を具備することを特徴とするシステム。
【請求項５５】
請求項５４記載のシステムにおいて、
前記共焦型の深さ選択性光検出器が、前記媒体内の所望深さ位置における前記選択されたデータ書込位置に対して前記検出器が選択的にアクセスすることを可能とする空間的フィルタリング光学系を備えていることを特徴とするシステム。
【請求項５６】
フォーマットホログラムという用語を、光学的書込媒体の内部の深さ方向に直交した平面内において実質的に一様に形成された平面状のホログラム格子として定義したときに、内部にフォーマットホログラムが形成されている光学的書込デバイス内に光データを書き込むための方法であって、
前記媒体内の複数の個別の選択されたデータ書込位置において前記フォーマットホログラムを局所的に変性させ、前記選択されたデータ書込位置における前記フォーマットホログラムの局所的変性としてデータを書き込むことを特徴とする方法。
【請求項５７】
請求項５６記載の方法において、
前記フォーマットホログラムは、反射型ホログラムであることを特徴とする方法。
【請求項５８】
請求項５６記載の方法において、
前記複数の選択されたデータ書込位置において前記フォーマットホログラムを局所的に変性させるという前記ステップにおいては、前記選択されたデータ書込位置において前記フォーマットホログラムを局所的に消去することを特徴とする方法。
【請求項５９】
請求項５６記載の方法において、
前記フォーマットホログラムを変性させるという前記ステップにおいては、前記選択された書込位置にコヒーレント光ビームを焦点合わせすることを特徴とする方法。
【請求項６０】
請求項５６記載の方法において、
前記フォーマットホログラムを変性させるという前記ステップにおいては、前記媒体内の様々な深さ位置において前記フォーマットホログラムを変性させることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、１９９８年１月３０日付けで出願された米国特許出願明細書第０９／０１６，３８２号の優先権を主張するものである。
【０００２】
本発明は、ホログラフィーによるデータ書込に関するものであり、より詳細には、フォーマットホログラム内における微小局所変性としてデータを書き込むためのシステムおよび方法に関するものである。
【０００３】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
従来のホログラフィーによる書込においては、データは、信号ビームと参照ビームとの干渉に起因するホログラムとして、書き込まれる。書込時には、書込媒体上に、参照ビームと信号ビームとの双方が入射される。読出時には、媒体上に、参照ビームだけが入射される。書き込まれたホログラムに対して参照ビームが干渉することにより、ホログラムを書き込むに際して使用された当初の信号ビームに比例したような、再構築された信号ビームが生成される。
【０００４】
従来の容積型ホログラフィー書込に関する情報に関しては、例えば、米国特許明細書第４，９２０，２２０号、第５，４５０，２１８号、および、第５，４４０，６６９号を参照されたい。従来の容積型ホログラフィー書込においては、各ビットは、書込媒体の容積全体にわたって延在するホログラムとして書き込まれる。複数のビットが、ページ内において、あるいは、ビットの２次元配列内において、一緒に符号化されたり復号されたりする。複数のページは、角度技術や波長技術や位相コード技術や関連する多重化技術を使用して容積内に書き込むことができる。各ページは、対応した参照ビームを使用することによって、個別に読み出すことができる。書込手法が並列的であることにより、伝送速度を大きくすることができるとともにアクセス時間を短くすることができる。つまり、１ページあたり１０6 ビットという多数のものを、同時に書き込んだり読み出したりすることができる。
【０００５】
従来のページ単位での容積型ホログラフィー書込においては、一般に、例えば強度や位相の空間的光変調器といったような、複雑で特殊な部材を必要とする。その上、書込媒体の容積全体にわたって参照ビームと信号ビームとが互いにコヒーレントであることを確保するには、一般に、比較的長いコヒーレント長さを有した光源を必要とし、また、比較的安定した機械システムを必要とする。機械的安定性の要求およびコヒーレント長さの要求は、典型的な使用者環境下において簡便に操作し得るような安価で安定で頑丈なホログラフィー書込デバイスの開発を後退させてしまう。
【０００６】
Bjorklund 氏他による米国特許明細書第４，４５８，３４５号においては、伝送空間内における回転ディスク上への信号ビームと参照ビームとの入射を利用した、ビットごとの容積型ホログラフィー書込方法が開示されている。信号ビームおよび参照ビームは、ディスクの同じサイドから入射される。参照ビームと信号ビームとの間の角度は、媒体内での様々な深さにホログラムを書き込むために、変化させることができる。個別の光検出器が使用されて、各深さに書き込まれたデータを読み出すことができる。媒体に対しての光の相互作用は、２つのフォトンによる記録を通して局在化される。
【０００７】
Maillot 氏他による米国特許明細書第５，６５９，５３６号においては、波長多重化によってディスク内の各位置に複数のホログラムが書き込まれるようなシステムが開示されている。各ホログラムは、媒体の深さ全体にわたって広がっている。Strickler 氏他による米国特許明細書第５，２８９，４０７号においては、多層の非ホログラム式の屈折率擾乱光学書込システムが開示されている。複数のビットは、単一レーザービームの焦点位置において高強度によって引き起こされた、光学ポリマーの屈折率の局在擾乱として書き込まれる。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
要点を一般的に表現すれば、本発明は、書込密度が改良されており、また、書込や読出のために使用される光学部材が比較的単純であり安価でありさらに頑丈であるような、複数深さを使用したビットごとの光学的データ書込読出システムおよび方法を提供する。
【０００９】
本発明においては、まず最初に、ホログラフィー書込媒体内にフォーマットホログラムが形成される。そして、データは、フォーマットホログラムの選択的な微小局所変性領域として書き込まれる。変性領域は、媒体内における複数の深さ位置に書き込まれる。よって、複数データ層を使用した書込が得られる。
【００１０】
２つの光ビーム間において互いのコヒーレントな関係を維持する必要のあるフォーマットホログラムの書込は、工場環境内における管理条件下において行うことができる。その後のデータ書込およびデータ読出は、比較的単純かつ頑丈なデバイスであることにより、使用者の環境下において行うことができる。書込および読出は、媒体上に入射する単一の光ビームを使用しかつ単一の光学ヘッドを使用して、行うことができる。
【００１１】
現時点において好ましい実施形態においては、フォーマットホログラムは、媒体容積全体にわたって延在する反射型フォーマットホログラムであり、媒体の深さ方向に対して垂直な実質的に平板状の周縁部を有している。反射型ホログラムであれば、媒体の深さ方向に沿って伝搬する光を反射することができる。反射型ホログラムの部分的なまたは完全な消去を行うことにより、その書込位置における反射率は、ホログラムのうちの周囲本来領域よりも、小さなものとなる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の他の特徴点および利点は、添付図面を参照しつつ本発明の例示としての以下の詳細な説明を勘案することにより、明瞭となるであろう。
【００１３】
図１は、本発明の好ましい実施形態によるもので、書込媒体と、この書込媒体内にフォーマットホログラムを形成するために使用される２つの平面波ビームと、を概略的に示す側面図である。
図２は、本発明による好ましいデータ書込読出システムを概略的に示す斜視図であって、幾何形状と機械的構成部材とを示している。
図３は、本発明による好ましい書込システムにおける光学部材を概略的に示す図である。
図４は、本発明による好ましい読出システムにおける光学部材を概略的に示す図である。
図５は、本発明の好ましい実施形態による、フォーマットホログラムと、フォーマットホログラム内における局所変性領域と、を拡大して示す概略的な側面図である。
図６は、書込媒体を拡大して示す概略的な側面図であって、本発明による、様々な深さにおける書込位置の構成を示している。
図７は、フォーマットホログラムを備えた書込媒体を拡大して示す概略的な側面図であって、フォーマットホログラムの、媒体の深さ方向に沿った変化は、本発明の他の実施形態による、２つの互いに近接した空間周波数によって特徴づけられる。
【００１４】
図１は、ホログラフィー書込媒体２２を概略的に示す側面図である。この書込媒体２２内には、本発明の好ましい実施形態による、実質的に平面状のフォーマットホログラム（ホログラム格子）２７が形成されている。ホログラム２７の周縁部は、符号２８によって示されている。明瞭化のために、周縁部２８どうしの間の間隔は、図１においては、媒体２２の厚さに対して誇張されている。媒体２２は、好ましくは、図示されたものよりも多くの周縁部を備えている。媒体２２は、例えばおおよそ１００〜２００μｍあるいはそれ以下といったような好ましくは数百μｍの程度の厚さとされた光ポリマーからなる構造的に一様な平板層から形成されている。光ポリマーに関する情報に関しては、例えば、Lessard 氏とManivannan氏とが編集したSelected Papers on Photopolymers, SPIE MilestoneSeries, v. MS-114, SPIE Optical Engineering Press, Bellingham,Washington,1995 を参照されたい。媒体２２と光学的に接続された初期化用光学系（図示せず）が、媒体２２の両平面状入射面（上側平面状入射面および下側平面状入射面）５０ａ、５０ｂのそれぞれに入射する２つの平面波光ビーム３１ａ、３１ｂを生成する。入射面５０ａ、５０ｂは、媒体２２の深さ方向２５に対して垂直である。ビーム３１ａ、３１ｂは、同一波長のものとされており、かつ、相互にコヒーレントなものとされている。各ビーム３１ａ、３１ｂは、単一の平面波成分を備えている。平面波３１ａ、３１ｂの干渉により、ホログラム２７が生成される。ホログラム２７は、屈折率の実数成分の周期的変動によって特徴づけられるような好ましくは位相ホログラムである。
【００１５】
ホログラム２７は、好ましくは、基本ホログラムである、すなわち、２つの平面波ビームによって書き込まれたホログラムである。深さ方向２５に沿ったホログラム２７の変動は、単一の空間周波数によって特徴づけることができる。
【００１６】
ホログラム２７の周縁部２８どうしは、互いに平行であって、媒体２２の深さ方向２５に沿って互いに規則的な間隔でもって離間している。ホログラム２７は、深さ方向２５に直交した平面内において媒体２２にわたって実質的に一様であることが好ましい。ホログラム２７は、媒体２２の容積全体にわたって１ステップでもって記録される。
【００１７】
図２は、本発明において現時点にて好ましい光データ書込読出システム２０を概略的に示す斜視図である。ディスク形状の書込デバイス２１は、媒体２２と、媒体２２を機械的に保護するための収容部材と、デバイス２１を取り付けるための部材と、を備えている。ホログラム２７は、媒体２２内に書き込まれ、媒体２２内における熱レベルおよび光レベルに対して感応することがない。デバイス２１は、回転ホルダ２４上に、着脱可能に取り付けられる。回転ホルダ２４は、深さ方向２５に一致する回転軸回りに高速度でもって媒体２２を連続的に回転させる。深さ方向２５に沿って、媒体２２の複数の書込サブ容積が、積層される。各サブ容積は、複数の同中心的データトラック２３を収容している。ある深さレベルにおいて互いに隣接しているデータトラックどうしは、一般に、径方向１５において互いに隔離されており、かつ、あるデータトラックに沿った書込位置どうしは、周方向１７において互いに隔離されている。
【００１８】
ヘッド／アームアセンブリ１０を使用することにより、媒体２２内の所望の書込位置にアクセスすることができる。ヘッド／アームアセンブリ１０と、回転ホルダ２４とは、固定ハウジング（図示せず）に対して連結されている。ヘッド／アームアセンブリ１０は、可動とされたキャリッジアセンブリ１１と、おおよそ径方向に延在した状態で固定された互いに平行なレール１２と、を備えている。キャリッジアセンブリ１１は、レール１２上を移動可能であるように設置されている。キャリッジアセンブリ１１は、媒体２２に対して相対的に、径方向１５に沿ってレール１２上を直線的に移動することができる。キャリッジアセンブリ１１は、媒体２２に対しての、レール１２に沿ったトラッキング位置粗調整を制御するためのボイスコイルアクチュエータを備えている。キャリッジアセンブリ１１は、媒体２２の上側入射面５０ａに対向している。
【００１９】
図３は、本発明による好ましい書込システムにおける光学系２６を概略的に示す図である。光学系２６を使用することにより、書込光ビーム３０ａを生成することができ、書込ビーム３０ａを媒体２２内の所望の書込位置上に導くことができる。光学系２６は、デバイス２１がホルダ２４上に搭載されているときには書込ビーム３０ａが入射面５０ａを通して媒体２２に入射し得るように、ホルダ２４に対して機械的に連結されている。光学系２６は、ビーム３０ａを生成するための光源３４と、この光源３４に対して光学的に接続された焦点合わせ調節可能な書込ヘッド４６と、を備えている。書込ヘッド４６は、ビーム３０ａを、媒体２２内の所望書込位置５２へと導いてこの所望書込位置５２に焦点合わせさせる。
【００２０】
光源３４は、検出可能かつ局所的な態様で、フォーマットホログラム２７を変性させ得るに十分に大きな出力を有したレーザーとされることが好ましい。書込ヘッド４６は、媒体２２を向いた大きな開口数（Ｎ．Ａ．）の対物レンズ４８と、光源３４と対物レンズ４８との間の光学経路内に配置された動的収差補償器３９と、を備えている。対物レンズ４８は、一般に０．２５よりも大きな、とりわけ約０．４よりも大きな、好ましくは約０．５よりも大きな、開口数を有している。大きな開口数の方が、望ましいものである。なぜなら、大きな開口数の対物レンズであると、比較的被写界深度を小さくすることができて、そのため、媒体２２の深さ方向に沿って隣接している書込位置５２どうしの間の間隔を比較的近接させることができるからである。また、大きな開口数であると、ビーム３０ａの焦点におけるスポットサイズを比較的小さくすることができ、したがって、トラック２３どうしの間の間隔を狭めることができる。開口数を約０．５とか約０．６とかよりも大きくしてしまうと、書込や読出に際して必要な光学系の複雑さが実質的に増大したり、機械的構成部材に対する許容誤差が厳しくなったりしてしまうこととなる。
【００２１】
レンズ４８は、２軸アクチュエータ４７上に取り付けられている。２軸アクチュエータ４７は、媒体２２に対してのレンズ４８の焦点合わせとトラッキング位置微調整とを制御する。焦点合わせ用アクチュエータは、様々な深さの層に対するアクセスを粗調整するためと、望ましい深さの層上へのレンズ４８の焦点合わせの維持を微調整するためと、の双方の目的から、媒体２２に対してのレンズ４８の鉛直方向（深さ方向）移動を制御する。トラッキング位置の微調整は、媒体２２の径方向に沿って、すなわちトラック２３を横切って、行われる。
【００２２】
動的収差補償器３９は、媒体２２によってビーム３０ａ、３０ｂに導入された可変球面収差を動的に補償する。各ビームにおける球面収差は、ビームがアクセスを行う深さに依存する。収差補償器は、従来の光学記録の分野において公知である。様々な動的収差補償器は、例えば米国特許明細書第５，２０２，８７５号（Rosen 氏他）に開示されているような、従来のピットベースの書込に関して既に開示されている。収差補償器３９は、簡単化のために対物レンズ４８およびアクチュエータ４７とは個別の部材として図示されているけれども、収差補償器３９は、レンズ４８と一体のものとすることができる。
【００２３】
書込時には、レンズ４８は、ビーム３０ａを、媒体２２内において所望の深さのところに焦点合わせする。ビーム３０ａは、選択された書込位置５２において、ホログラム２７内で選択的な微小局所変性を引き起こす。そのような変性の好ましい特徴点の説明については、図５および図６を参照して後述する。
【００２４】
図４は、本発明による好ましい読出システムにおける光学系１２６を概略的に示している。読出時には、光学系１２６を使用することにより、入射光ビーム１３０ａを生成することができ、入力ビーム１３０ａを媒体２２内の所望書込位置上に導くことができ、媒体２２によって反射された出力ビーム１３０ｂを、検出器５８に向けて導くことができる。入力ビーム１３０ａの強度は、ビーム１３０ａがフォーマットホログラム２７の実質的な消去を引き起こさないよう十分に小さなものとされる。
【００２５】
光学系１２６は、デバイス２１がホルダ２４上に搭載されているときには入力ビーム１３０ａが入射面５０ａを通して媒体２２に入射し得るように、ホルダ２４に対して機械的に連結されている。光学系１２６は、ビーム１３０ａを生成するための光源１３４と、この光源１３４に対して光学的に接続された焦点合わせ調節可能な読出ヘッド１４６と、を備えている。読出ヘッド１４６は、ビーム１３０ａを、媒体２２内の所望書込位置５２へと導いてこの所望書込位置５２に焦点合わせさせ、出力ビーム１３０ｂを捉えて検出器５８へと導く。
【００２６】
光源１３４は、レーザーとされる。読出ヘッド１４６は、媒体２２を向いた大きな開口数（Ｎ．Ａ．）の対物レンズ４８と、光源１３４と対物レンズ４８との間の光学経路内に配置された動的収差補償器３９と、媒体２２に対して光学的に接続された検出器５８と、ビーム１３０ａを媒体２２に向けて導くとともに出力ビーム１３０ｂを検出器５８に向けて導くビーム分離部材３８と、を備えている。ビーム分離部材３８は、ビーム１３０ａと１３０ｂとを分離する。ビーム分離部材３８は、従来より公知のものである。ビーム分離部材３８は、偏光型ビームスプリッタ（ＰＢＳ）５４と、光源１３４と媒体２２との間において両ビーム１３０ａ、１３０ｂの光学経路内に配置された４分の１波長板５６と、を備えている。偏光型ビームスプリッタ５４および４分の１波長板５６は、分離部材における損失を低減するために、単純なビームスプリッタに代えて使用される。
【００２７】
検出器５８は、共焦型の深度選択的な検出器であって、媒体２２内にの所望深さにおける書込位置だけに検出器５８が選択的にアクセスすることを可能とするための空間フィルタ光学系を備えている。空間フィルタ光学系は、周知のものである。空間フィルタ光学系は、好ましくは、アクセスした書込位置から反射された光線だけを検出器５８に向けて導くことを選択的に可能とするために、適切に配置されたピンホールを備えている。ピンホールは、もし遮蔽しなければ検出器５８内へと入射してしまうような、媒体２２の非アクセス領域からの浮遊光を遮蔽する。
【００２８】
読出時には、入射ビーム１３０ａが媒体２２によって反射されて、出力ビーム１３０ｂが生成される。両ビーム１３０ａ、１３０ｂは、実質的に対向式に伝搬し、共に、面５０ａを通って伝搬する。出力ビーム１３０ｂは、レンズ４８によって捕捉されて、光学系１２６によって検出器５８へと導かれる。出力ビーム１３０ｂの強度は、アクセスされた書込位置５２のところにおける、入射ビーム１３０ａと媒体２２との間の相互作用の度合いを代理する。
【００２９】
図５は、書込位置５２における書込ビーム３０ａの焦点位置において書き込まれた、ホログラム２７内における局所変性領域６２を示している。ホログラム２７は、図示の明瞭化のために誇張して図示されている。好ましい実施形態においては、変性領域６２は、数十個の周縁部２８にわたって延在している。周縁部２８は、実質的に平面状のものであって、各位置５２におけるフォーマットホログラム２７の後方反射の方向を局所的に規定する。反射方向は、好ましくは、媒体２２全体を通して同じとされる。
【００３０】
変性領域６２は、ホログラム２７の強度および／または位相の微小局所的変動として認識することができる。変性領域６２は、好ましくは、ホログラム２７の消去領域である。この場合、書込位置５２のところにおける媒体２２の反射率は、ホログラム２７の周囲本来部分の反射率よりも小さいものとなっている。変性領域６２の深さは、関連する屈折率変動が、書込ビーム３０ａの焦点のところにおける変動の所定係数（例えば、２という係数）内となっているような深さとして定義することができる。
【００３１】
変性領域６２は、好ましくは、高開口数光学系の回折限界のところに書き込まれる。変性領域６２は、好ましくは、数十μｍよりも小さいような（例えば、＜５０μｍ）、とりわけ２０μｍよりも小さいような、深さにわたって延在する。変性領域６２の深さは、好ましくは、書込ビーム３０ａのレイリー範囲と同等なものである。変性領域６２は、好ましくは、数μｍよりも小さいような（例えば、＜５μｍ）、とりわけ１〜２μｍといったような、（平面内における）スポットサイズを有している。１μｍという変性領域長さは、数十ｍ／ｓといった中程度の速度に対して、数十ｎｓという読出時間に対応する。スポットサイズは、トラックの幅を特徴づける。スポットサイズは、トラック間間隔の最小値を制限することができ、トラックに沿ったデータ密度を制限することができる。隣接するトラックどうしは、好ましくは、少なくとも変性領域スポットサイズの程度の距離だけ、隔離される。トラックに沿って隣接する変性領域どうしも、また、少なくとも変性領域スポットサイズの程度の距離だけ、隔離される。
【００３２】
書込時には、ビーム３０ａが、書込位置５２のところにおいて高強度でもって焦点合わせされる。局所的な高強度は、書込位置５２のところにおけるホログラム２７の局所的消去を引き起こす。読出時には、ビーム１３０ａが、媒体２２内において、書込位置５２の深さのところに焦点合わせされる。ビーム１３０ａがホログラム２７の本来領域（変性を受けておらず本来の性質のままとされている領域）に焦点合わせされたときには、反射された出力ビーム１３０ｂの強度は、比較的大きい。ビーム１３０ａがホログラム２７の消去領域に焦点合わせされたときには、得られる反射出力ビーム１３０ｂの強度は、比較的小さい。
【００３３】
読出時には、入力ビーム１３０ａは、ホログラム２７に対しての焦点位置においてブラッグ適合される。すなわち、焦点位置における入力ビーム１３０ａの波長が、ホログラム２７の波長に等しいものとされる。当業者には明らかなように、ビーム１３０ａ内におけるすべての実質的なGuoyシフトや、媒体２２内での収縮や、媒体２２内での書込時における背景の屈折率変化は、ホログラム２７に対してのビーム１３０ａのブラッグ適合に際して考慮されている。Guoyシフトに関する情報に関しては、例えば、Siegman, Lasers, University Science Books,  Mill Valley, California, 1986, p. 682-685 を参照されたい。光ポリマー内における収縮および背景屈折率変化は、当該分野において熟知されている。
【００３４】
図６は、媒体２２の側断面図であって、深さ方向における変性領域６２の好ましい相対配置を示している。変性領域６２の複数の平板形状サブ容積６６が、媒体２２の深さに沿って積層されている。隣接しているサブ容積どうしは、変性領域の深さの程度といったようなまたは入力ビーム３０ａの焦点深さの程度といったような、中心間距離だけ隔離されている。変性領域６２の書込時には、書込ビーム３０ａは、サブ容積内のトラック２３に沿って媒体２２がビーム３０ａに対して相対移動したときでも、一定深さのところのサブ容積内に焦点合わせされた状態を維持される。読出時には、媒体２２は、入力ビーム１３０ａに対して一定速度でもって移動する。
【００３５】
媒体２２内において異なる深さのところにおいて互いに異なる（例えば、隣接している）サブ容積に位置した２つの変性領域６２’、６２”について考察する。書込ビーム３０ａが変性領域６２’の位置に焦点合わせされたときには、書込ビーム３０ａのうちの焦点外部分は、ホログラム２７のうちの、変性領域６２”からなる書込位置の周囲領域を照射してこの領域を部分的に消去することができる。変性領域６２’の位置にアクセスするために使用される光のうちの焦点外のものは、変性領域６２”から読み出す際に得られるコントラストを低下させる。媒体２２内の他の深さ位置におけるデータ書込のために、ある深さ位置における光学的性質が劣化してしまうことは、システムの『指定損失』によって決定される。指定損失は、媒体２２の深さ方向に積層し得るデータ層の数を、制限する。指定損失を低減するために、光学的に非線形な書込材料を使用することができる。また、指定損失は、深さ方向において隣接している層どうしにおける各変性領域が鉛直方向において同じ位置に位置しないようにして、鉛直方向において互いに隣接するトラックどうしをずらすことによっても、また、径方向における変性領域どうしをずらすことによっても、低減することができる。
【００３６】
図７は、本発明の代替可能な実施形態における媒体２２の側断面図を示している。媒体２２内に形成されているフォーマットホログラム２７’は、深さ方向２５に沿って積層された複数の個別の書込サブ容積８０を備えている。各書込サブ容積８０は、フォーマットホログラム２７の反射性周縁部の存在によって特徴づけられている。そして、隣接しているサブ容積どうしの間の間隔は、媒体２２内の屈折率の相対変動がないことによって特徴づけられている。深さ方向２５におけるホログラム２７’の変動は、２つの近接した空間周波数によって特徴づけられる。２つの周波数の間の差は、互いに隣接する書込サブ容積８０間の間隔を決定する。フォーマットホログラム２７’は、媒体２２上に入射する、互いに異なる周波数とされた２対のビームの干渉によって形成することができる。各対は、図１に示すようなビーム対に類似のものである。
【００３７】
ある実施形態においては、読出時に使用される入力ビームの波長は、書込ビームの波長とは相異するものであって、フォーマットホログラム上における入力ビームの影響を最小化するように選択される。２つの波長は、書込媒体が読出波長よりも書込波長に対して感光的であるように、選択される。様々な媒体感光性に対応した複数の波長を使用することにより、書込波長におけるフォーマットホログラムの変性を容易なものとすることができるとともに、読出光がフォーマットホログラムを実質的に変性させない（例えば、消去しない）ことを保証することができる。
【００３８】
並列的読出は、近接配置された複数の互いに非コヒーレントなレーザーを備えた光源を使用することによって、行うことができる。これらレーザーは、空間的に隔離された互いに非コヒーレントな入力ビームを生成する。入力ビームは、各入力ビームが、媒体内において隣接している複数のトラックのうちの１つに焦点合わせされるようにして、径方向ライン上に投影される。その後、データ読出のために、複数の個別に配置された検出部材を備えた検出器が使用される。再構築された出力ビームの各々が、各検出部材上に入射する。入力ビームが互いに非コヒーレントであることにより、対応トラックどうしがたとえ近接していたにしても、入力ビームどうしが干渉することはない。
【００３９】
本発明の範囲および精神を逸脱することなく上記実施形態を様々に変更し得ることは、当業者には明らかであろう。書込媒体材料は、光ポリマーである必要はない。例えば、本発明においては、光ポリマーや感光性ガラスや光屈折性材料といったような公知の様々な書込材料を適切に使用することができる。フォーマットホログラムを変性させるためには、書込光ビームと媒体との間において相互作用引き起こし得る様々なメカニズムを適切に使用することができる。例えば、書込光ビームは、媒体構造を物理的に変性させることによって、フォーマットホログラムを選択的に変性させることもできる。変性は、媒体内における最大の光強度（面積あたりのパワー）によって直接的に影響を受ける、あるいは、光ビームの影響（面積あたりのエネルギー）によって直接的に影響を受ける。材料は、ある波長による照光によって感受性を高めることができ、これにより、他の波長の局所光を使用してフォーマットホログラムを選択的に変性させることができる。
【００４０】
フォーマットホログラムは、面内において完全に一様である必要はなく、また、深さ方向変動が完全に規則的である必要もない。フォーマットホログラムは、独立に記録可能でありかつアクセス可能であるような個別の複数のセクターを備えることができる。フォーマットホログラムは、位相ホログラムである必要はなく、吸収ホログラムとすることができる。フォーマットホログラム内における変性領域は、一様な円形スポットである必要はない。ディスクが連続的に回転する際には、連続した変性領域を書き込むことができる。書込ビームの強度は、時間的に変化させることができ、これにより、適切な変調コードに従った、フォーマットホログラム内に微小局所変性として、情報を記録することができる。
【００４１】
デジタルグレースケール書込のためには、複数の強度レベル／位相レベルでもって、変性を行うことができる。アナログ書込のためには、連続したレベルを使用することができる。フォーマットホログラムの消去は、完全な消去とすることも部分的な消去とすることもできる。面内においてもまた深さ方向においても、様々なトラック構成を使用することができる。そのようなトラック構成には、３次元的直交座標配列がある。書込媒体は、ディスク形状である必要はない。ｘ−ｙステージ内においてヘッドを制御することによって、直交座標内にデータを書き込むことができる。ヘッドのための取付構成や駆動構成（例えば、回転／並進、水平および垂直といったような駆動のための構成）としては、様々なものが適切である。書込媒体は、鉛直方向に固定されたヘッドに対して移動することができ、これにより、様々な深さにおいて焦点合わせを行うことができる。書込媒体は、ディスク形状の書込デバイス内に搭載される必要はない。他の様々な書込媒体（例えば、カートリッジ形状のものやカード形状のもの）を、適切に使用することができる。光源としては、例えばダイオードや固体レーザーや他のタイプのレーザーといったような、様々なタイプのレーザーを使用することができる。光源は、レーザーに加えて、非線形周波数コンバータを備えることができる。
【００４２】
よって、本発明の特定の実施形態が例示され説明されているけれども、本発明の精神および範囲を逸脱することなく様々な変更を行い得ることは、明らかであろう。したがって、本発明は、請求範囲およびその均等物によってのみ制限される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の好ましい実施形態によるもので、書込媒体と、この書込媒体内にフォーマットホログラムを形成するために使用される２つの平面波ビームと、を概略的に示す側面図である。
【図２】  本発明による好ましいデータ書込読出システムを概略的に示す斜視図である。
【図３】  本発明による好ましい書込システムにおける光学部材を概略的に示す図である。
【図４】  本発明による好ましい読出システムにおける光学部材を概略的に示す図である。
【図５】  本発明の好ましい実施形態による、フォーマットホログラムと、フォーマットホログラム内における局所変性領域と、を拡大して示す概略的な側面図である。
【図６】  書込媒体を拡大して示す概略的な側面図である。
【図７】  フォーマットホログラムを備えた書込媒体を拡大して示す概略的な側面図である。
【符号の説明】
２０    光データ書込読出システム
２１    書込デバイス
２２    ホログラフィー書込媒体
２７    フォーマットホログラム
２８    周縁部
３０ａ  書込光ビーム
３４    光源
３９    動的収差補償器
４６    焦点合わせ調節可能な書込ヘッド
４８    対物レンズ
５２    所望書込位置
５８    検出器
１３０ａ  入射光ビーム
１３０ｂ  出力光ビーム
１３４    光源
１４６    焦点合わせ調節可能な読出ヘッド
【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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