(57)【要約】      （修正有）【課題】構成が簡単で高速に記録再生できるホログラフィック装置を提供する。【解決手段】記録すべきデータでの空間変調によってエンコードされた物体ビーム２を生成するための手段と、データの多重化をもたらすべく所定の設定に従って空間的に変調された参照ビーム１を生成するための手段とを備えており、前記参照ビームを生成するための手段が、参照ビームに異なる変調の設定をそれぞれ導入する一連の回折光学素子が備えられている光学記録媒体１１Ｂを有しているホログラフィック記録装置。同じ種類の光学記録媒体１１Ａを使用して、読み出しビーム１ｂを生成して空間的に変調する記録されたデータを読み出すための装置。第１のホログラフィック記録媒体９Ａを第２のホログラフィック媒体９Ｂへと複製するための装置Ｒであって、上述の読み出し装置を上述の記録装置に組み合わせて有している装置Ｒ。【選択図】図１１ｂ
2009110638.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のデータ記録領域（５）を備えているホログラフィック記録媒体（９）にデータを記録するための装置（Ｅ）であって、
・相互にコヒーレントである参照ビームと呼ばれる第１の光ビーム（１）および物体ビームと呼ばれる第２の光ビーム（２）を生成するための手段（Ｓ）と、
・前記物体ビームを空間的に変調して、記録すべきデータのブロックを表わしている変調を導入するための手段（６）と、
・異なる変調の設定をそれぞれ導入する一連の回折光学素子（１２）が備えられている光学記録媒体（１１）と、前記回折光学素子を参照ビーム（１）の経路へと順次にもたらすべく前記光学記録媒体を変位させるための第１のアクチュエータとを備えており、前記参照ビーム（１）を所定の方法で空間的に変調する手段（１１）と、
・空間的に変調された物体ビームおよび参照ビームを、前記ホログラフィック記録媒体（９）のデータ記録領域（５）に重ね合わせ、得られる干渉像（４）を前記ホログラフィック記録媒体（９）のデータ記録領域（５）に記録するための光学系（１３、１３’、１４、１６、１８）と、
・物体ビームおよび参照ビームを空間的に変調するための前記手段（１１）に同期し、前記データ記録領域を前記ビームの重ね合わせおよび干渉の領域へと順次にもたらす第２のアクチュエータと
を備えており、
前記物体ビームおよび参照ビームを空間的に変調するための前記手段（６、１１）が、参照ビームの異なる変調の設定にそれぞれ関連付けられている複数のデータブロックを、多重化させて前記データ記録領域（５）に記録するように同期させられ、
前記ホログラフィック記録媒体（９Ａ）が、軸（Ｚ’）を中心として回転の様相で動かすことができ、かつ当該軸に垂直に平行移動の様相で動かすことができるディスクであり、前記データ記録領域（５）が、中心が前記軸に一致する複数の円形の同心またはらせんのトラック（５０、５１、５２）にて配置されている、装置。
【請求項２】
前記光学記録媒体（１１Ａ）が、軸（Ｚ）を中心として回転の様相で動かすことができるディスクであり、中心が前記軸に一致する複数の同心の円形のトラック（１２０、１２１、１２２）を備えており、当該トラックのそれぞれが、１つの同じ一連の回折光学素子（１２）を含んでおり、
当該装置が、
・複数の物体ビーム（２）を生成して空間的に変調するための手段（Ｌ）と、
・それぞれ光学記録媒体（１１Ａ、１１Ｂ）のトラック（１２０、１２１、１２２）のうちの１つを横切って空間的に変調されるように案内される同数の参照ビーム（１）を生成するための手段（Ｓ）と、
・それぞれの物体ビームを、前記ホログラフィック記録媒体（９Ａ）の異なるトラック（５０、５１、５２）に属するデータ記録領域（５）において参照ビームと重ね合わせ、得られる干渉像（４）を該データ記録領域（５）に記録するための複数の光学系（１３）と、をさらに備えることで、
ホログラフィック記録媒体の複数のトラック（５０、５１、５２）について前記データの記録を並列に実行する、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記参照ビーム（１）の変調を導入する回折光学素子（１２）のそれぞれが、前記記録領域（５）において前記データブロックの角度多重化を生み出すために、異なる角度（α、ψ）によって前記ビーム（１）を偏向させるための回折格子（１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ）である、請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記参照ビーム（１）の変調を導入する回折光学素子（１２Ｄ、１２Ｅ、１２Ｆ）のそれぞれが、前記記録領域において前記データブロックの位相および／または振幅多重化を生み出すために、前記ビームの伝搬方向を実質的に変えることなく、互いに実質的に直交する設定である複素振幅の変調を前記ビームに導入するように構成されている、請求項１から３のいずれかに記載の装置。
【請求項５】
前記物体ビームおよび参照ビームが、前記回折光学素子の変わり目においてオフとなるよう、前記光学記録媒体（１１）の変位に同期させられたパルス状のビームである、請求項１から４のいずれかに記載の装置。
【請求項６】
前記光学記録媒体（１１）が、軸（Ｚ）を中心にして回転の様相で動かすことができるディスクであり、前記回折光学素子（１２）が、前記軸を中心にして環状に配置されている請求項１から５のいずれかに記載の装置。
【請求項７】
前記光学記録媒体（１１）が、物体ビームの空間変調の手段を該光学記録媒体（１１）の回転運動に同期させるための構造化の処置（２２）を備えている、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記回折光学素子（１２Ｇ）によって導入される変調の設定が、光学記録媒体の回転の方向の一次元である、請求項６または７に記載の装置。
【請求項９】
前記回折光学素子（１２）のそれぞれが、複数の連続するセクション（１２１、１２２、１２３、１２４）へとさらに分割されており、当該セクションの向きが、前記光学記録媒体の回転の影響を相殺するように変化している、請求項６または７に記載の装置。
【請求項１０】
前記物体ビームおよび参照ビームが、前記ホログラフィック記録媒体へと、前記ホログラフィック記録媒体の１つの同じ面に入射する請求項１から９のいずれかに記載の装置。
【請求項１１】
前記物体ビームおよび参照ビームが、前記ホログラフィック記録媒体へと、前記ホログラフィック記録媒体の２つの反対向きの面に入射する請求項１から９のいずれかに記載の装置。
【請求項１２】
前記ホログラフィック記録媒体（９）および前記回折光学素子を保持している光学記録媒体（１１）が、実質的に同一の熱膨張係数を呈する請求項１から１１のいずれかに記載の装置。
【請求項１３】
前記回折光学素子を保持している前記光学記録媒体（１１）が、成型法によるプラスチック材料（２９）にて製造されている請求項１から１２のいずれかに記載の装置。
【請求項１４】
複数のデータ記録領域（５）を備えているホログラフィック記録媒体に記録されたデータを読み出すための装置（Ｌ）であって、
・読み出しビーム（１ｂ）と呼ばれるコヒーレントな光ビームを生成するための手段（Ｓ）と、
・前記読み出しビームを所定のやり方で空間的に変調する手段（１１）と、
・空間的に変調された読み出しビームを前記ホログラフィック記録媒体（９）のデータ記録領域（５）へと導き、該領域によって回折させられた光を集める光学系（１８、１９）と、
・読み出しビーム（１ｂ）を空間的に変調する前記手段（１１）に同期し、前記領域を前記ビームの経路へと順次にもたらす第２のアクチュエータと、
を備えており、
前記読み出しビームを空間的に変調する前記手段（１１）が、前記データ記録領域（５）に記録された複数のデータブロックであって、当該データブロックを逆多重化すべく、それぞれが読み出しビーム（１ｂ）の異なる変調の設定を使用して読み出される複数のデータブロックを読み出すように構成されており、
前記読み出しビームを空間的に変調する前記手段が、前記異なる変調の設定の１つをそれぞれ導入する一連の回折光学素子（１２）が備えられている光学記録媒体（１１）と、前記回折光学素子を前記読み出しビームの経路へと順次にもたらすべく前記光学記録媒体を変位させるための第１のアクチュエータと、を備えており、
前記ホログラフィック記録媒体（９）が、軸（Ｚ’）を中心として回転の様相で動かすことができ、かつ当該軸に垂直に平行移動の様相で動かすことができるディスクであり、前記データ記録領域（５）が、中心が前記軸（Ｚ’）に一致する複数の円形の同心またはらせんのトラック（５０、５１、５２）にて配置されている、装置。
【請求項１５】
前記光学記録媒体（１１Ｂ）が、軸（Ｚ）を中心として回転の様相で動かすことができるディスクであり、中心が前記軸に一致する複数の同心の円形のトラック（１２０、１２１、１２２）を備えており、当該トラックのそれぞれが、１つの同じ一連の回折光学素子（１２）を含んでおり、
当該装置が、
・それぞれ光学記録媒体（１１Ｂ）のトラック（１２０、１２１、１２２）のうちの１つを横切って空間的に変調されるように案内される複数の読み出しビーム（１）を生成するための手段（Ｓ）と、
・空間的に変調されたそれぞれの読み出しビームを、前記ホログラフィック記録媒体（９Ｂ）の異なるトラック（５０、５１、５２）に属するデータ記録領域（５）へと案内し、各領域によって回折させられた光を収集するための複数の光学系（１９）と
をさらに備えることで、
ホログラフィック記録媒体の複数のトラックについて前記データの読み出しを並列に実行する、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
読み出しビームの変調を導入する回折光学素子のそれぞれが、前記記録領域（５）上に角度多重化されたデータブロックの逆多重化をもたらすために、異なる角度で前記ビームを偏向させる回折格子（１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ）である、請求項１４または１５に記載の装置。
【請求項１７】
読み出しビーム（１ｂ）の変調を導入する回折光学素子（１２Ｄ、１２Ｅ、１２Ｆ）のそれぞれが、前記記録領域（５）上に位相および／または振幅多重化されたデータブロックを逆多重化するために、前記ビームの伝搬の方向を実質的に変えることなく、互いに実質的に直交する設定である複素振幅の変調を前記ビームに導入するように構成されている、請求項１４または１５に記載の装置。
【請求項１８】
前記光学記録媒体が、軸（Ｚ）を中心にして回転の様相で動かすことができるディスク（１１）であり、前記回折光学素子（１２）が、前記軸を中心にして環状に配置されている、請求項１４から１７のいずれかに記載の装置。
【請求項１９】
前記回折光学素子によって導入される変調の設定が、光学記録媒体の回転の方向の一次元である、請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
前記回折光学素子（１２）のそれぞれが、複数の連続するセクション（１２１、１２２、１２３、１２４）へとさらに分割されており、該セクションの向きが、前記光学記録媒体の回転の影響を相殺するように変化している、請求項１８に記載の装置。
【請求項２１】
前記読み出しビーム（１ｂ）が、前記回折光学素子の変わり目においてオフとなるよう、前記光学記録媒体（１１）の変位に同期させられたパルス状のビームである請求項１４から２０のいずれかに記載の装置。
【請求項２２】
前記読み出しビーム（１ｂ）が、前記または各データ記録領域（５）によって前方に回折させられる、請求項１４から２１のいずれかに記載の装置。
【請求項２３】
前記読み出しビーム（１ｂ）が、前記または各データ記録領域（５）によって後方に回折させられる、請求項１４から２２のいずれかに記載の装置。
【請求項２４】
前記ホログラフィック記録媒体（９）および前記回折光学素子（１２）を保持している光学記録媒体（１１）が、実質的に同一の熱膨張係数を呈する、請求項１４から２３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２５】
前記回折光学素子を保持している前記光学記録媒体（１１）が、成型法によるプラスチック材料（２９）にて製造されている、請求項１４から２４のいずれかに記載の装置。
【請求項２６】
前記または各データ記録領域（５）によって回折させられた前記または各読み出しビーム（１ｂ）からの光を検出するための少なくとも１つのマトリクス検出器（２０、２０’）、をさらに備えている、請求項１４から２５のいずれかに記載の装置。
【請求項２７】
前記光学記録媒体（１１）が、マトリクス検出器（２０、２０’）を該光学記録媒体（１１）の回転運動に同期させるための構造化の処置（２２）を備えている請求項１９に従属するときの請求項２６に記載の装置。
【請求項２８】
第１のホログラフィック記録媒体（９Ａ）を第２のホログラフィック媒体（９Ｂ）へと複製するための装置（Ｒ）であって、
前記第２のホログラフィック媒体（９Ｂ）へとデータを記録するための請求項１から１３のいずれかに記載の装置（Ｅ）を備えており、
当該装置（Ｅ）において、物体ビームを生成して空間的に変調する手段が、前記第１のホログラフィック記録媒体（９Ａ）を読み出すための請求項１４から２７のいずれかに記載の装置（Ｌ）を含んでいる、装置（Ｒ）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ホログラフィック記録媒体へとデータを記録するための装置、および該データを読み出すための装置に関する。さらに、本発明は、ホログラフィックデータ記録媒体を複製するための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ホログラフィックメモリが、次世代の大容量記録媒体を形成する可能性を秘めるものとして、真剣に検討されている。実際、ホログラフィックメモリは、いくつかの重要な利点を提供する。
・第１に、データの記録が、従来からの光ディスク記録媒体（ＣＤ、ＤＶＤ、ＨＤ‐ＤＶＤ、およびＢｌｕＲａｙ）のように表面においてのみ行われるのではなく、体積にて行われるため、記録密度がきわめて高い。さらに、多重化技術が、１つの同じホログラフィック体積中に複数のデータブロックを記録すること、およびそれらを個々に読み出すことを可能にする。したがって、ホログラフィック式の光ディスクは、近い将来には、２層式のＢｌｕＲａｙディスクの５０Ｇｂ（ギガバイト）に対し、１０００Ｇｂを超える容量を達成できると考えられる。
・次に、データの読み出し速度がきわめて高い。実際、従来からの光学記録媒体の場合には、データが、ディスクの表面上で光のスポットを移動させることによって、ビットごとに読み出される。ホログラフィックメモリの場合には、体積読み取りによって、同時に取得することができるデータのブロックまたは「ページ」をエンコードしてなる一連の波面が生成される。予想される読み取り速度は、ＢｌｕＲａｙフォーマットの７２Ｍｂｉｔ／ｓ（メガビット／秒）に比べ、１０００Ｍｂｉｔ／ｓ程度である。
【０００３】
ホログラフィックデータ記録技術の概要を、この分野における主要な製造業者のサイト（ｗｗｗ．ａｐｒｉｌｉｓｉｎｃ．ｃｏｍおよびｗｗｗ．ｉｎｐｈａｓｅ‐ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ．ｃｏｍなどに見つけることができる）。
【０００４】
原則として、ホログラムを生成するためには、物体ビームおよび参照ビームと呼ばれる相互にコヒーレントな（同じレーザ源から導出される）２つの光ビームが、感光材料の内部で重ね合わせられる。ビームが重なり合うとき、干渉像またはパターンが生成され、感光体積内に保存される。ホログラムを読み出すためには、ホログラムを参照ビーム（または、その共益複素）と同一な読み出しビームで照射する必要がある。この読み出しビームのホログラムによる回折が、物体ビームの復元を生成する。
【０００５】
ホログラフィの理論は、Ｊ．Ｗ．Ｇｏｏｄｍａｎによる書籍「Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｔｏ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｏｐｔｉｃｓ（第１版、ＭｃＧｒａｗ‐Ｈｉｌｌ  Ｂｏｏｋ  Ｃｏｍｐａｎｙ）」のチャプター８に説明されている。
【０００６】
情報をホログラムに記録するためには、その情報を物体ビームの（位相および／または振幅変調の）空間変調のかたちに符号化し、次いで既知の特性を有する参照ビームを使用すれば充分である。物体ビームを再生することで、符号化されたすべてのデータを同時に読み出すことができることを、理解できるであろう。
【０００７】
物体ビームの空間変調は、それ自身は公知のやり方で、液晶を備える空間光変調器（ＳＬＭ）（この形式のＳＬＭについての言及を、製造業者であるＤｉｓｐｌａｙＴｅｃｈのウェブサイト「ｗｗｗ．ｄｉｓｐｌａｙｔｅｃｈ．ｃｏｍ」に見つけることができる）、あるいはマイクロミラーを備えるＳＬＭ（例えば、Ｔｅｘａｓ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓが開発したＤＬＰ  ｍｉｃｒｏ‐ｍｉｒｒｏｒ  ｍａｔｒｉｘ：ｗｗｗ．ｄｌｐ．ｃｏｍ）によって生成することができる。
【０００８】
高い記録密度が、多重化技法のおかげで達成される。実際に、１つの同じ感光体積に、異なる物体ビームおよび参照ビームによって記録される複数の別個のホログラムを重ね合わせることができる。この感光体積が、ホログラムの記録に使用された参照ビームのうちの１つと同一な読み出しビームによって照射されるとき、対応する物体ビームのみが再生される（ただし、残りのホログラムによって引き起こされるバックグラウンドノイズによって影響されている）。この特徴ゆえ、ホログラフィックメモリは、このような高い記録密度を達成することができる。
【０００９】
いくつかのホログラフィック多重化技術が、従来技術から知られている。とりわけ、位相コーディングおよび角度コーディングが注目される。
【００１０】
位相コーディング技法は、例えば、Ｓ．Ｙａｓｕｄａらによる記事「Ｃｏａｘｉａｌ  ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ  ｄａｔａ  ｓｔｏｒａｇｅ  ｗｉｔｈｏｕｔ  ｒｅｃｏｒｄｉｎｇ  ｔｈｅ  ｄｃ  ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ」（Ｏｐｔ．Ｌｅｔｔ．２００６  ３１（１７）  ｐｐ  ２６０７〜２６０９）に記載されており、あるいは参考文献、すなわちＺ  Ｋａｒｐａｔｉらの「Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ  ｏｆ  ｃｏａｘｉａｌ  ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ  ｓｔｏｒａｇｅ  ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔｓ  ｆｒｏｍ  ｔｈｅ  Ｍ  ｎｕｍｂｅｒ  ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ  ｐｏｉｎｔ  ｏｆ  ｖｉｅｗ」（Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ  Ｐｈｙｓ  ４６（２００７）３８４５〜３８４９）にも記載されている。位相コーディング技法は、互いに実質的に直交する変調の設定に従って空間的に位相変調された参照ビーム（したがって、読み出しビーム）を使用することからなる。
【００１１】
位相コーディングの直交性が、参照ビームによって符号化されたホログラムと、この同じ参照ビームに対応する読み出しビームのその他のホログラムによる回折との間の読み出しクロストークの回避を可能にする。参照ビームｍの位相成分を指して［ψ１ｍ、ψ２ｍ、ψ３ｍ、・・・  ψｎｍ］（ψ＝０またはπ）を使用すると、直交の条件を、Ｃ．Ｄｅｎｚらの「Ｐｏｔｅｎｔｉａｌｉｔｉｅｓ  ａｎｄ  ｌｉｍｉｔａｔｉｏｎｓ  ｏｆ  ｈｏｌｏｇｒａｍ  ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ  ｂｙ  ｕｓｉｎｇ  ｔｈｅ  ｐｈａｓｅ‐ｅｎｃｏｄｉｎｇ  ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ」（Ａｐｐｌ．Ｏｐｔ．３１（１９９２）ｐｐ．５７００〜５７０５）に記載された以下の関係
【００１２】
【数１】
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によって表わすことができる。
【００１３】
この関係は、２つの参照ビームが異なる場合、それらが弱め合いの干渉を生じることを表わしている。
【００１４】
参照ビームおよび読み出しビームの空間変調は、液晶またはマイクロミラーを備える空間光変調器（ＳＬＭ）によって得られる。これらの装置は高価であり、それらの存在は、データ書き込みシステム（少なくとも初期においては、プロフェッショナルまたはセミプロフェッショナル向けの設備にとどまってよい）においては許容可能であるかもしれないが、一般大衆向けの読み出しシステムにおいては、とても許容できるものではない。さらに、ＳＬＭの動作周波数の低さ（数百ヘルツ）が、データの書き込みおよび読み出し速度を強く制限している。
【００１５】
角度コーディング技法は、例えば、米国特許第６，７００，６８６号から知られている。角度コーディング技法は、異なる角度に従って感光材料へと入射する参照ビーム（したがって、読み出しビーム）を使用することからなる。これを行うために、データ記録および／または読み出し装置は、枢動ミラーと、音響光変調器と、平行移動の様相で移動するレンズとを備える光学システムを使用することができる。いずれの場合も、結果は、比較的複雑（したがって、高価）かつ低速なシステムである。例えば、参照／読み出しビームの方向を決定するために枢動ミラーが使用される場合、その動きを微細に制御しなければならない。
【００１６】
角度多重化を、すべての変調の設定が光ビームの別個の直線位相シフトを導入する位相多重化の特別な場合と考えることができる点に、注目できる。
【００１７】
他の多重化および逆多重化技法も、同様の欠点を呈する。比較的複雑かつ高価な設備が必要であり、読み出し速度に関して、ホログラフィック記録の潜在能力を最適に利用することが不可能である。
【００１８】
さらに、「ホログラフィックディスク」の複製が、低速であって高価である。実際、種々の世代の光ディスクの製造を可能にしてきたプレスまたは成型の技法が、データがもはや表面にではなく、体積に記録されるため、ホログラフィックメモリには当てはまらない。すなわち、プレスでは媒体の深さにアクセスすることは不可能である。
【００１９】
これらすべての欠点が、ホログラフィックデータ記録の商業的浸透を、大幅に遅らせている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
本発明の１つの目的は、従来技術によって引き起こされる問題の少なくとも一部を解消することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
この目的を達成するため、本発明は、一連の回折光学素子を生み出す構造化の構成を呈している光学記録媒体形式の物体によって、参照ビームおよび／または読み出しビームをコーディングすることに拠っており、前記回折光学素子のそれぞれが、前記ビームに異なる変調の設定を導入する。したがって、この物体を動かすことで、回折光学素子を走査することによって、参照ビームまたは読み出しビームの波面を順次かつ反復可能に変更することができる。好ましくは、この物体が、参照ビームの経路において回転できるディスクである。この物体を低コストで大量に製造できるようにするために、光学記録の分野において一般的に使用されている複製技法を使用することができる。
【００２２】
このような物体（以下では、「コーディングディスク」と呼ぶ）を、多重化および逆多重化のために使用することで、簡潔な構造を有し、コストが低減されてなり、しかしながらきわめて高い速度（データレート）で動作することができるホログラフィック媒体へのデータの書き込みおよびホログラフィック媒体のデータの読み出しのための装置を製造することが可能になる。本発明による読み出し装置および書き込み装置を組み合わせて使用することで、「ホログラフィックディスク」を経済的に成立する条件で複製できるようになる。
【００２３】
より具体的には、本発明の目的は、複数のデータ記録領域を備えているホログラフィック記録媒体にデータを記録するための装置であって、
・相互にコヒーレントである参照ビームと呼ばれる第１の光ビームおよび物体ビームと呼ばれる第２の光ビームを生成するための手段、
・前記物体ビームを空間的に変調して、記録すべきデータのブロックを表わしている変調を導入するための手段、
・異なる変調の設定をそれぞれ導入する一連の回折光学素子が備えられている光学記録媒体と、前記回折光学素子を参照ビームの経路へと順次にもたらすべく前記光学記録媒体を変位させるための第１のアクチュエータとを備えており、前記参照ビームを所定のやり方で空間的に変調する手段、
・空間的に変調された物体ビームおよび参照ビームを、前記ホログラフィック記録媒体のデータ記録領域において重ね合わせ、得られる干渉像を該データ記録領域に記録するための光学系、および
・物体ビームおよび参照ビームを空間的に変調するための前記手段に同期し、前記データ記録領域を前記ビームの重ね合わせおよび干渉の領域へと順次にもたらす第２のアクチュエータ
を備えており、
前記物体ビームおよび参照ビームを空間的に変調するための前記手段が、参照ビームの異なる変調の設定にそれぞれ関連付けられている複数のデータブロックを、多重化させて前記データ記録領域に記録するように同期させられ、
前記ホログラフィック記録媒体が、軸を中心として回転の様相で動かすことができ、かつ該軸に垂直に平行移動の様相で動かすことができるディスクであり、前記データ記録領域が、中心が前記軸に一致する複数の円形の同心またはらせんのトラックにて配置されている装置である。
【００２４】
とくには、当該装置において、前記光学記録媒体が、軸を中心として回転の様相で動かすために適したディスクであってよく、中心が前記軸に一致する複数の同心の円形のトラックを備えており、該トラックのそれぞれが、１つの同じ一連の回折光学素子を含んでおり、
当該装置が、
・複数の物体ビームを生成して空間的に変調するための手段、
・それぞれ光学記録媒体のトラックのうちの１つを横切って空間的に変調されるように案内される同数の参照ビームを生成するための手段、および
・それぞれの物体ビームを、前記ホログラフィック記録媒体の異なるトラックに属するデータ記録領域において参照ビームと重ね合わせ、得られる干渉像を該データ記録領域に記録するための複数の光学系
をさらに備えることで、
ホログラフィック記録媒体の複数のトラックについて前記データの記録を並列に実行する。
【００２５】
本発明の別の目的は、複数のデータ記録領域を備えているホログラフィック記録媒体に記録されたデータを読み出すための装置であって、
・読み出しビームと呼ばれるコヒーレントな光ビームを生成するための手段、
・前記読み出しビームを所定のやり方で空間的に変調する手段、
・空間的に変調された読み出しビームを前記ホログラフィック記録媒体のデータ記録領域へと導き、該領域によって回折させられた光を集める光学系、および
・読み出しビームを空間的に変調する前記手段に同期し、前記領域を前記ビームの経路へと順次にもたらす第２のアクチュエータ
を備えており、
前記読み出しビームを空間的に変調する前記手段が、前記データ記録領域に記録された複数のデータブロックであって、該データブロックを逆多重化すべく、それぞれが読み出しビームの異なる変調の設定を使用して読み出される複数のデータブロックを読み出すように構成されており、
前記読み出しビームを空間的に変調する前記手段が、前記異なる変調の設定の１つをそれぞれ導入する一連の回折光学素子が備えられている光学記録媒体と、前記回折光学素子を前記読み出しビームの経路へと順次にもたらすべく前記光学記録媒体を変位させるための第１のアクチュエータとを備えており、
前記ホログラフィック記録媒体が、軸を中心として回転の様相で動かすことができ、かつ該軸に垂直に平行移動の様相で動かすことができるディスクであり、前記データ記録領域が、中心が前記軸に一致する複数の円形の同心またはらせんのトラックにて配置されている装置である。
【００２６】
やはり、当該装置において、前記光学記録媒体が、軸を中心として回転の様相で動かすために適したディスクであってよく、中心が前記軸に一致する複数の同心の円形のトラックを備えており、該トラックのそれぞれが、１つの同じ一連の回折光学素子を含んでおり、
当該装置が、
・それぞれ光学記録媒体のトラックのうちの１つを横切って空間的に変調されるように案内される複数の読み出しビームを生成するための手段、および
・空間的に変調されたそれぞれの読み出しビームを、前記ホログラフィック記録媒体の異なるトラックに属するデータ記録領域へと案内し、各領域によって回折させられた光を収集するための複数の光学系
をさらに備えることで、
ホログラフィック記録媒体の複数のトラックについて前記データの読み出しを並列に実行する。
【００２７】
本発明のさらなる目的は、第１のホログラフィック記録媒体を第２のホログラフィック媒体へと複製するための装置であって、
前記第２のホログラフィック媒体へとデータを記録するための上述のとおりの装置を備えており、該装置において、物体ビームを生成して空間的に変調する手段が、前記第１のホログラフィック記録媒体を読み出すための上述のとおりの装置を含んでいる装置である。
【００２８】
本発明の他の特徴、詳細、および利点が、あくまで例として提示される添付の図面を参照して与えられる説明を検討することから、明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
図１ａおよび１ｂは、すでに上述したホログラムの書き込みおよび読み出しの基本原理を示している。２つのビームが、感光材料３において重ね合わせられている。参照番号１で指し示されている第１のビームが、参照ビームと呼ばれ、参照番号２で指し示されている第２のビームが、物体ビームと呼ばれる。それぞれのビームは、空間内で伝搬されるフィールドによって特徴付けられる。ビームが重なり合う場所で、干渉の複合システムが生成される。それらの干渉が、ホログラム４を形成すべくホログラフィック媒体３の体積に記録される。
【００３０】
読み取りのために、このホログラムが、その伝搬の場が記録ビーム１（または、その共益複素（ただし、以下では、この第２の場合は考えない））の伝搬の場と同一である参照読み取りビーム１ｂによって照射される。この場合、ホログラムが参照ビームを回折させて新規なビーム２ｂを形成し、このビーム２ｂの伝搬の場は、第１の近似として、物体ビーム２の伝搬の場と同一である。
【００３１】
図２が、やはり上述した原理であるが、参照ビームの角度多重化を実行するために従来技術において使用される原理を記載している。レーザビームが、２つのサブビーム１および２へと分割される。物体ビーム２が、空間光変調器６（ＳＬＭ）へと入射し、空間光変調器６が、物体ビーム２の波面を記録すべきデータに従ってエンコードする。このＳＬＭは、Ｔｅｘａｓ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ（ＤＬＰ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）によって市販されている形式のマイクロミラーのマトリクスを備えることができる。それぞれのマイクロミラーが、波面の一部を反射させ、あるいは反射させないことで、記録すべきデータの値０または１を波面へと符号化することができる。この物体ビームが、波面のフーリエ変換を媒体中に取り出すために、とりわけ構成ｆ‐ｆ（ＳＬＭが、光学系の物体焦点にある）にて、光学系を使用してホログラフィック媒体９におおむね合焦させられる。
【００３２】
ビーム１が、参照を構成する。通常は、可動ミラー７が、多重化をもたらすために、ビーム１の角度の変更を可能にする。この場合には、ビーム１に与えられる角度のいかんにかかわらずホログラフィック媒体９におけるビーム１および２の重なり合いを保つために、光学系８が使用される。
【００３３】
角度の変更について、他にも技術的解決策が存在しており、その典型は、音響光変調器を使用すること、またはレンズを変位させることである。
【００３４】
例として、上述の米国特許第６，７００，６８６号明細書が、角度多重化の考え方による実施の形態をさらに詳しく説明している。
【００３５】
図３が、参照ビーム１の位相コーディングを実行するために、従来技術において一般的に使用される原理を説明している。先の場合と同様に、レーザビームが、２つのサブビームへと分割される。物体ビームが、波面を符号化するために、ＳＬＭ６へと向けられる。
【００３６】
同様に、参照ビーム１も、ＳＬＭ６と同一であってよく、あるいは同一でなくてもよい第２のＳＬＭ１０へと向けられる。変調器１０の目的は、参照波面の特性（振幅および／または位相、通常は複素振幅）を、順次かつ反復的に変化させることにある。１つの光学系へと組み合わせることができる２つの合焦光学系が、重なり合いの領域にビームを合焦させる。
【００３７】
ＳＬＭ１０は、マイクロミラーマトリクス式であってよく、あるいは液晶セルのマトリクスであってよい。
【００３８】
おそらくは、参照ビームのコーディングおよび物体ビームのコーディングを、Ｚ．Ｋａｒｐａｔｉらが彼らの刊行物「Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ  ｏｆ  ｃｏａｘｉａｌ  ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ  ｓｔｏｒａｇｅ  ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔｓ  ｆｒｏｍ  ｔｈｅ  Ｍ  ｎｕｍｂｅｒ  ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ  ｐｏｉｎｔ  ｏｆ  ｖｉｅｗ」（Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ  Ｐｈｙｓ  ４６（２００７）３８４５〜３８４９）において実証しているように、同じＳＬＭから得ることができる。
【００３９】
いずれの場合も、ビームの重ね合わせの領域は、記録媒体９へと堆積させられた感光材料３の層に位置している。この媒体が、ホログラム書き込み領域を順送りするために回転させられる。
【００４０】
図４が、本発明による角度コーディングの原理を示している。典型例においては、２つのビーム１および２が、現時点においてホログラフィック記録にとって最適な技術的解決策であると思われる共直線な曝露を優先するために、横並びに配置されている。
【００４１】
参照ビームが、ディスク１１の構造化領域１２を通過する。この領域は、回折格子を含んでおり、入射ビームを２つの角度αおよびψによって偏向させる効果を有している。
【００４２】
波面が記録すべきデータによってすでに符号化済みである物体ビーム２は、ディスクの構造化されていない領域１２’を通過し、したがって偏向を受けることがない。
【００４３】
光学系１３が、ビーム１および２をホログラム４へと感光媒体３の重なり合い領域に向かって集中させるべく、ビーム１および２を集めるために使用される。この良好な重なり合いを保証するために、さまざまな技法が存在しうる。図は、二重アセンブリ２ｆ‐２ｆおよびｆ‐ｆを使用する技法を示している。構造化された領域１２が、光軸上で、光学系１３の２つの焦点距離２ｆに等しい距離に位置している。したがって、この領域から得られるすべてのビームは、光軸上で光学系１３から距離２ｆにおいて、構造化された領域の像に収束する。
【００４４】
物体ビームは、システムの光軸と平行であるため、物体ビームをホログラム３へと合焦させようと望む場合、光学系１３と同じ光軸を有するが、２倍の焦点距離のレンズ１４を使用しなければならない。このレンズは、成型技法によって、図に示されているように、前者のインサートとして製作することが可能である。
【００４５】
フーリエ変換の構成が通常は好ましいため、物体波面を符号化したＳＬＭは、その像がレンズ１４の焦点距離の領域１５に位置するよう、光学系（図示されていない）によって中継される。
【００４６】
ディスクが回転を開始すると、ビーム１に、異なる角度αおよびψによる順次の偏向が加えられるが、物体ビームおよび参照ビームの重なり合いは、ホログラム４に位置したままである。
【００４７】
好ましい使用法によれば、光学系１３が、参照ビームの０次の回折をフィルタ処理できるようにする不透明領域１３’をさらに備えることができる。
【００４８】
図５が、本発明による位相コーディングの原理を示している。
【００４９】
ビーム１が、回折光学素子１２が実装されているディスクの構造化された領域を通過する一方で、ビーム２は、ディスクの自由領域１２’を通過する。この事例は、光学素子１２が参照ビーム１の伝搬の方向を実質的に変化させない位相変調を導入し、したがって２つのビーム１および２が平行なままであるため、先の事例よりも簡潔である。したがって、合焦光学系１６は、光学系と感光媒体との間の距離に等しいただ１つの焦点距離を有する。フーリエ変換の構成が通常は好ましいため、光学ディスクも、光学系１６から焦点距離にあり、先の事例のように、物体を符号化するＳＬＭが、中継光学系（図示されていない）によってディスク上に画像化される。このため、ホログラムは、ＳＬＭおよび構造化された領域１２の２つのフーリエ変換の間の干渉を記録する。
【００５０】
参照ビームの空間変調を、振幅によって行うことも可能である。より一般的には、振幅および位相の両方を変調することができ、その場合、複素振幅変調という用語が当てはまる。
【００５１】
好ましい実施の形態によれば、コーディングディスク１１およびホログラフィック媒体９が、類似の材料および形状（とりわけ、基材の厚さおよび材料）を使用して製作される。このため、熱膨張の現象において、参照ビームのコーディングの変動が、ホログラムが受ける変動に従う。当然ながら、これは、従来技術のように参照ビームの変調がＳＬＭによって生み出される場合には、不可能である。
【００５２】
簡単な例として、ピッチがΛｇｒａｔｉｎｇである回折格子によって生成される角度コーディングを考える。参照ビーム１の１次の回折角度は、単純に以下の回折格子の式によって与えられる（格子への法線入射を仮定）。
【００５３】
【数２】
2009110638.tif 000004
物体ビーム２が、データ無しであると仮定する。その結果、ホログラムは、２つのビーム１および２の間の角度に依存するピッチを有する干渉像で構成される。媒体への物体ビームの入射の角度がゼロである場合、干渉像のピッチは、式
【００５４】
【数３】
2009110638.tif 000005
によって表わされる。
【００５５】
温度の変化が、干渉のピッチについて、係数ρによる膨脹に反映される場合、ホログラムの再生に必要とされる相互の角度α’は、
【００５６】
【数４】
2009110638.tif 000006
となる。
【００５７】
参照ビームをコーディングするための回折格子も、係数ρによる膨脹にさらされ、回折される角度はα’’になる。
【００５８】
【数５】
2009110638.tif 000007
したがって、小さな角度においては、格子における膨脹の影響が、ホログラムの膨脹に起因する角度の変動を相殺することを、見て取ることができる。
α’＝α’’
図４および５は、ホログラムの書き込みの原理を示しているが、読み取りについては、ホログラフィック媒体の下方で読み出しビームによって再生される物体ビームを省いて、これらの図を考えれば充分である。
【００５９】
図４および５は、一緒に伝搬できる共直線のビーム、すなわち同じ方向に伝搬して、１つの同じ側からホログラフィック記録媒体９へと入射するビームによる書き込みの原理を示している。本発明の原理は、ビーム１および２が反対方向に伝搬して、２つの反対向きの側においてホログラフィック記録媒体９へと入射する反対向きの伝搬の構成など、他の書き込み／読み出しの構成にも当てはまる。
【００６０】
データの多重化が、位相モードまたは角度モードのどちらで行われても、伝搬の形態が、同じ方向の伝搬または反対方向の伝搬のどちらであっても、ホログラム記録用のビームをパルス状にすることが好都合であり、より詳しくは、２つの回折光学素子１２の間の変わり目においてレーザをオフにすることが好都合である。これにより、所与の物体コーディングにおいて、２つの参照パターンの間の重なり合いを回避することができる。有用なビームが２つのコーディング領域を隔てている境界に触れるとき、ビームが切断され、物体コーディングが更新される。有用なビームが次の領域を完全に貫くとき、レーザが点灯される。
【００６１】
レーザの点灯の継続時間は、主として、ホログラフィック材料の感度に依存する。材料の感度が高いほど、パルスを短くすることができる。パルスが短いほど、ホログラフィックディスクを高速で回転させることができる。
【００６２】
以下に、典型的な実施の形態を示すが、これらの実施の形態は、決して本発明の全体的な性質を限定するものではない。
【００６３】
図６ａは、同方向伝搬の方法に従って動作してディスク状のホログラフィック記録媒体９（ホログラフィックディスク）へとデータを記録するための装置Ｅを示している。この装置においては、レーザダイオードなどの光源Ｓによって生成される入射レーザビームが、分割キューブによって２つのサブビームへと分割される。物体ビーム２が、そのサイズをＳＬＭ６のサイズに合わせるように、望遠鏡によって整えられる。空間変調器によって反射させられた後、物体ビーム２は、ＳＬＭをコーディングディスク１１に結合させる対物レンズによって再び整えられる。
【００６４】
参照ビーム１も、ホログラフィックディスク９に向かって案内され、ビームをディスク上に収束させるため、およびホログラフィック媒体９上のビームのサイズを調節するために、光学系が使用される。コーディングディスクを通過した後で、参照ビームは、２つの角度方向αおよびψのうちの少なくとも一方に偏向させられている（図４を参照）。
【００６５】
収集光学系１３が、図４によって示されているように、ビーム１および２を重なり合い領域に収束させることができるようにする。
【００６６】
コーディングディスク１１が、アクチュエータ（図示されていない）によって軸Ｚを中心にして迅速に回転させられ、したがって中心が前記軸Ｚに一致する円形のトラックに沿って配置されている回折光学素子１２が、参照ビーム１の経路を横切って通過する。
【００６７】
ディスク１１上に存在する構造２２によって、検出システム１７が、ホログラフィックディスク９へのデータの書き込みを同期させることができる。この検出システムについては、後述する。検出システムは、以下の図においては、簡単化のために省略されている。
【００６８】
ホログラフィックディスク９が、１つの同じデータ記録領域５においてホログラムを多重化できるよう、第１のアクチュエータ（図示されていない）によって軸Ｚ’を中心にしてゆっくりと回転させられる。したがって、ディスク９は、ディスク１１上のそれぞれのコーディングシーケンスについて、これらの体積のピッチに相当する角度値だけ回転する。好ましい例においては、ディスク９が、ディスク１１のそれぞれの完全な回転において、この基本的な角度値だけ回転する。
【００６９】
さらに、ホログラフィックディスク９は、データ記録領域５の絶縁がディスクの利用可能な表面をすべて覆うように、第２のアクチュエータ（やはり図示されていない）によって、回転軸Ｚ’に垂直な方向の平行移動によっても駆動される。さらに具体的には、記録領域５が、その中心が前記軸に一致している複数の同心の円またはらせん状のトラック５０、５１、５２に配置されている。
【００７０】
ホログラフィック記録媒体９が、必ずしもディスクの形態である必要はなく、ディスクの形態が、単に好ましい実施の形態であることに注目できる。
【００７１】
図６ｂは、ビーム１および２がホログラフィックディスク９へとホログラフィックディスク９の２つの反対向きの面に入射する反対方向伝搬の露光の場合について、先の配置構成にきわめてよく似た配置構成を示している。先の事例と異なり、これら２つのビームが、２つの別個の光学系１３’、１４によってディスク９のデータ記録領域へと合焦されている。
【００７２】
図７ａおよび７ｂは、それぞれ図６ａおよび６ｂの記録装置、すなわち書き込み装置に対応するデータ読み出しのための装置Ｌを示している。
【００７３】
図７ａにおいては、読み出しビーム１ｂに、すでに述べたとおりディスク１１によって角度コーディングが加えられている。ここでは、同方向伝搬の書き込みの事例が当てはまり、したがって再生された物体ビーム２ｂは、読み出しビーム１ｂと同じ方向に伝搬する。このビーム２ｂが、光学系１８、１９によって集められ、次いで、データの読み取りを実行するマトリクス検出器２０に結合させるべく整えられる。
【００７４】
やはり同期システム１７が、マトリクス検出器を読み取りコーディングに同期させるために使用される。
【００７５】
図７ａは、読み出しヘッドがＳＬＭ６をも備える旨を示しているが、ＳＬＭ６は使用されないままである。実際には、このやり方で、１つの同じ光学ヘッドを、データの書き込みおよびデータの読み取りに、分け隔てなく使用することができる。
【００７６】
図７ｂは、反対方向伝搬モードで書き込まれたホログラムの読み取りの事例を示している。したがって、再生された物体ビーム２ｂが、読み出しビーム１ｂとは逆の方向に伝搬する。読み出しの配置構成は、図６ａの配置構成にきわめてよく似ている。
【００７７】
マトリクス検出器２０’が、データを検出するために使用される。検出器２０’は、図７ａにも存在している。したがって、この書き込み／読み取りヘッドによれば、同方向伝搬および反対方向伝搬の両モードで書き込まれたホログラムを読み出すことが可能になる。
【００７８】
さらに、本発明は、ホログラフィックデータ記録媒体の複製という問題に対する技術的解決策も提供する。
【００７９】
上述のように、従来からの光ディスクの成功に大いに貢献してきたプレスによる複製技法を使用することができない点が、ホログラフィックディスクをホログラムが１つずつ複製される走査によって複製することの検討を促している。図８ａおよび８ｂに示されるように、走査による複製システムＲは、主として、元のホログラフィックディスク９Ａを読み出す読み出し装置Ｌと、読み出したデータを無地の媒体９Ｂへと書き込む記録装置Ｅとを備えている。好都合なことには、読み出し装置Ｌおよび記録装置Ｅが、光学的に結合されており、すなわち読み取り器Ｌが、マトリクス検出器２０、２０’を有しておらず、その出力において、再生した光ビーム２ｂ／２（書き込むべきデータですでに変調済みであり、物体ビームとして機能する）を書き込み装置Ｅへと供給する。したがって、書き込み装置ＥがＳＬＭ６を必要としない。
【００８０】
データの読み取りおよび書き込みの速度は、この技法を現実的なものとするための主たる鍵である。したがって、ホログラムを可能な限り素早く走査できることが必須である。今や、構造化されたディスク１１による参照ビームの順次コーディングが、実際に、ホログラフィックディスク９のきわめて高速な走査を可能にしている。
【００８１】
コーディングディスク１１が、サイズが６３０μｍである構造化領域１２を回転軸Ｚから３０ｍｍの距離に配置して呈する場合、３００個の領域が存在する。ディスクが毎分５０００回転（５０００ｒｐｍ）で回転する場合、可能なコーディング周波数は２５ｋＨｚである。６００μｍというホログラフィック体積のサイズを有するホログラフィックディスクは、およそ２３，０００個の利用可能な体積を含んでいる。それぞれの体積が３００個のホログラムを含む場合、ディスクの全体を読み取るために、参照ビームについて互いに続く７１０６個のコーディングを有することができる必要がある。
【００８２】
ディスクの回転によって可能にされるコーディング周波数において、ディスクを複製するためには、４．６分を必要とする。したがって、これは、プレスに要する数秒からはほど遠いが、この時間は、ＳＬＭによって参照ビームをコーディングする場合よりも好都合である。実際に、従来からのＳＬＭのコーディング周波数は、数百Ｈｚであり、Ｔｅｘａｓ ＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓのＤＬＰ製品の場合には、数ｋＨｚへと高めることが可能である。回転ディスクによるコーディングの場合には、コーディング周波数がディスクの回転速度に依存し、したがってはるかに高速になりうる。
【００８３】
製造時間をさらに短縮するために、一度に複数のホログラムを、同じモーメントにある異なる体積において露光することが、好都合でありうる。このように、複製のために回転ディスクを使用することで、商業的に好都合な技術的解決策を可能にすることができる。
【００８４】
図８ａは、同方向伝搬モードで書き込まれた親ホログラフィックディスク９Ａを、やはり同方向伝搬モードで書き込まれる複製ディスク９Ｂへと複製する事例を示している。このために、２つのコーディングディスク１１Ａおよび１１Ｂが使用される。２つのディスクは、同期していなければならない。図に示されている２つのビーム１Ａおよび１Ｂは、同じレーザから由来している。
【００８５】
図８ｂは、反対方向伝搬モードで書き込まれた親ホログラフィックディスク９Ａを、同方向伝搬モードで書き込まれる複製ホログラフィックディスク９Ｂへと複製するための構成を示している。この構成は、先の構成よりも小型であるという利点を有しており、したがって、２つのディスク１１Ａおよび１１Ｂを、それらの回転の同期を機械的に保証するために、ただ１つの部品へと組み合わせることを想像できる。
【００８６】
当然ながら、他の構成を考えることができる。
【００８７】
図９は、位相符号化のホログラフィックディスクへとデータを書き込む事例を示している。この構成は、先の事例よりも簡潔であり、とくには参照ビームおよび物体ビームを集めるための光学系が独特である。したがって、同方向伝搬の書き込みの場合のみが示されている。
【００８８】
図１０が、位相コーディングの場合について、反対方向伝搬モードで書き込まれたホログラフィックディスクの読み出しを説明している。同方向伝搬の事例は説明しないが、単純にこれまでの図から導き出すことができる。
【００８９】
再び図９および１０を比較すると、１つの同じ光学ヘッドを、データの書き込みおよびデータの読み取りの両方に使用できることが示されている。
【００９０】
図１１ａは、位相コーディングの場合について、反対方向伝搬モードで書き込まれた親ディスク９Ａの同方向伝搬モードで書き込まれる複製ディスクへの複製を説明している。
【００９１】
図１１ｂは、先の図を複数複製の事例について繰り返している。見て取ることができるとおり、２つの参照レーザビームが、それぞれがコーディングディスク１１Ａおよび１１Ｂの構造化領域に対応する複数のサブビームへと分割されている。ホログラフィックディスクが、コーディングディスクの構造化領域を隔てている距離だけ、書き込みの際に水平方向に動かされる。
【００９２】
この場合において、ディスク１１Ａおよび１１Ｂは、先のディスク１１よりも複雑であり、よりかさばっている。とくに、ディスク１１Ａおよび１１Ｂが、中心が前記軸に一致する複数の同心な円形のトラック１２０、１２１、１２２を備え、それらトラックのそれぞれが、１つの同じ一連の回折光学素子１２を含んでいる必要がある。しかしながら、これは、複製設備が通常は技術的に重厚であるため、いかなる問題も引き起こさない。その性能は、実際のところコンパクトさに関係するのではなく、ビットレートに関係する。例として、１０個の並列な複製ヘッドによれば、先の例の複製時間は、約３０秒へと変化する。
【００９３】
書き込みヘッドの間の妥当な間隔が３ｍｍであると想定すると、１１個の書き込みヘッドを、３６ｍｍ（半径６０ｍｍのディスク上の書き込み領域の幅）の総変位をカバーするために使用することができる
当然ながら、複数ヘッドのシステムは、複製の文脈において使用できるだけでなく、きわめて迅速なデータの書き込みまたは読み出しが望まれるたびに使用することができる。
【００９４】
図１２は、ディスク１１上のマークを検出するためのシステムを示している。光源２１が、一連の反射キューブおよびレンズによってディスク１１へと合焦させられている。ディスクは、ディスクの表面でのビームの反射を変化させるマーキングまたは構造化２２を備えている。この反射ビームが、光ダイオード２３によって検出される。マーキング２２が、回転時のディスクの角度座標の特定を可能にする（矢印が、ディスクの回転によって生成されるパターンの移動を示している）。例として、マーキング２２は、反射帯および透明帯の交互パターンであり、その周期が、ディスク上のスポットの位置を特徴付けている。
【００９５】
図１３は、本発明のコーディングディスク１１の好ましい実施の形態を示している。露光レーザスポットの基材に対するらせん運動にもとづいている。
【００９６】
コーディングディスク１１へと変換されるべき基材２６が、速度Ｖｒｏｔで回転する。ビーム２４が、速度Ｖｔｒａｎｓで平行移動によって駆動される書き込みヘッド２５によって整えられる。Ｖｔｒａｎｓの方向は、半径方向であって、回転Ｖｒｏｔの軸に対して直角である。基材がレーザスポットによって露光され、感光層２７に変性された領域が、ピッチΛで隔てられたトラックの形態で生成される。ピッチの値によって、所与の回転速度におけるＶｔｒａｎｓの値が定まる。
【００９７】
【数６】
2009110638.tif 000008
Λの単位はμｍであり、Ｖｔｒａｎｓの単位はμｍ／ｓであり、Ｖｒｏｔの単位はｒｐｍである。
【００９８】
らせん運動の場合には、スポットが、線速度Ｖｌｉｎと呼ばれる速度で基材の上方を移動するが、その近似表現は、
【００９９】
【数７】
2009110638.tif 000009
によって与えられる。
【０１００】
Ｒは、回転の中心に対するスポットの半径であって、単位はｍｍであり、Ｖｌｉｎの単位はｍ／ｓである。
【０１０１】
一定の線速度を維持し、したがって材料２７からの一様な応答を維持するために、Ｖｒｏｔの値を、スポットの位置に従って変化させなければならない。同じことが、Ｖｔｒａｎｓにも当てはまる。
【０１０２】
詳しくは、回転の速度を、スポットが回転の中心に近付くにつれて高めなければならない。この速度は、値Ｖｒｏｔｍａｘによって限界付けられているため、所与の線速度においてピッチを維持することは、最小半径Ｒｍｉｎを強いる。
【０１０３】
【数８】
2009110638.tif 000010
Ｒｍａｘを、スポットの最大半径を指すために使用すると、露光時間Ｔ１が、そこから簡単に導き出される。
【０１０４】
【数９】
2009110638.tif 000011
したがって、書き込みスポットの走査が、らせんにもとづいて行われる。ディスク１１の構造化パターンのためのサンプリング格子は、このらせんにもとづく。
【０１０５】
基材２６の減らされた領域において、らせんは、平行線の連続のように見える。したがって、ディスクの半径方向のピッチｄｒおよびスポットの移動の線速度の方向のｄθの直交格子を近似することが可能である。
【０１０６】
書き込み分解能は、ｄｒおよびｄθについて可能な最小の値によって与えられる。
【０１０７】
線分解能ｄθは、高周波において変調されるレーザの能力によって定まる。レーザの最大変調周波数をｆｌとする。
【０１０８】
【数１０】
2009110638.tif 000012
５００ＭＨｚで変調できる露光レーザ源が、市場において入手可能である（Ｏｍｉｃｒｏｎ  Ｌａｓｅｒａｇｅ  Ｌａｓｅｒｐｒｏｄｕｋｔｅ  ＧｍｂＨ（ｗｗｗ．ｌａｓｅｒｓｙｓｔｅｍ．ｄｅ）の製品ＬＤＭ  Ａ３５０を参照）。線速度５ｍ／ｓの運動に組み合わせられたとき、分解能ｄθ＝１０ｎｍが得られる。
【０１０９】
半径方向領域における分解能は、平行移動の精度によって与えられる。数ナノメートル程度の精度が、現時点において、とりわけ精密光学のルールを使用することによって可能である。半径方向の分解能が、らせんのピッチを定め、したがって露光時間を定める。したがって、この時間を短くするために、ｄｒについて可能な限り高い値を使用することが不可欠である。
【０１１０】
このように、この構造化技法は、従来からのＳＬＭ技法に比べて高い精度を提供する。１００ｎｍの格子の上に辺が６００μｍの領域を構造化することで、６０００×６０００の素子でのサンプリングが可能になる。その結果、これは、１５００×１５００ピクセル程度である現行のＳＬＭの定義を軽く上回っている。
【０１１１】
ひとたび材料２７が露光されると、ディスクの製造プロセスは、従来からのリソグラフィック処理工程に従う。
【０１１２】
樹脂の場合、後者が現像され、次いでニッケルの厚い層２８が、電気形成によって成長させられる。次いで、この層が取り外され、次いでプラスチック材料、例えばポリカーボネート２９の射出成型によって元のディスクを複製するために使用される（図１４ａ〜１４ｄ）。図１４ｅが、複製の結果、すなわち地形学的な構造化領域を呈するディスクを示している。
【０１１３】
このように、コーディングディスク１１を、きわめて迅速かつ費用対効果に優れた成型方法によって、大きなシリーズにて製造することができる。したがって、コーディングディスク１１は、コーディングディスク１１によって置き換えられるＳＬＭ、枢動ミラー、または音響光変調器と異なり、コーディングディスク１１を取り入れてなる読み出しおよび書き込み装置のコストに無視できない効果を有している低コストな装置である。
【０１１４】
図１７ａおよび１７ｂが、コーディングディスク１１の別の製造方法を示している。レーザによって露光されたときに劣化する特性を有する材料の層３０が使用される。酸化白金ＰｔＯｘが、合焦されたレーザビームの熱の影響のもとで白金および気体の酸素へと分解される材料の例である。気体が脱けることによって、表面が劣化する。したがって、基材を、データの角度多重化を実現するために、回折格子を製造するための振幅マスクとして使用することができる。劣化させられた表面領域３１が、実質的に、入射ビームを回折させて、吸収領域と同様の効果を生み出す。したがって、それは（真の）振幅コーディングあるが、従来技術においては、それは通常は、この場合でさえも、「位相コーディング」と称される。
【０１１５】
表面のレーザ劣化が、元のディスク（「マスター」）の表面に、数十ナノメートルの振幅を有する浮き彫りを生み出す。次いで、そのような元のディスクを、図１４ａ〜１４ｅの成型方法によってきわめて迅速かつ大きなシリーズで複製することができる。
【０１１６】
図１５が、角度多重化を生み出すための回折格子式の一連の回折光学素子１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃの例を示している。３つの連続する領域が、とりわけ格子ピッチΛｉおよび参照軸に対する角度Ψｉによって特徴付けられている。これらの領域の上方を走査されるレーザビームが、出力において角度符号化されることを、容易に見て取ることができる。
【０１１７】
図１６が、位相コーディング式の一連の回折光学素子１２Ｄ、１２Ｅ、１２Ｆの例を示している。ディスク１１の表面が、位相の変化のマップの生成を可能にする「地形学的」な領域を備えている。ここで、主たるパラメータは、浮き彫りの高さｈである。最適な位相シフトのために、位相の変化は、πに近くなければならない。位相シフトは、単純に
【０１１８】
【数１１】
2009110638.tif 000013
によって与えられ、したがって
【０１１９】
【数１２】
2009110638.tif 000014
である。
【０１２０】
４０５ｎｍの波長において、１．５の材料指数について、最小厚さは１３５ｎｍである。これらの値は、エッチングおよび複製の技法によって達成可能である。これらの技法は、ｈについて良好な精度をもたらす。
【０１２１】
マイクロミラーにもとづく競合の位相シフト技法は、このように小さい厚さの変化の製造、およびこれらの値の良好な精度の保証に、多大な困難を伴う。したがって、複製されたコーディングディスクによる技術的解決策は、位相コーディングによる多重化にとってきわめて魅力的である。
【０１２２】
材料が比較的長い露光時間を必要とする場合、ディスクの回転が、角度コーディングの場合ならびに位相および／または振幅コーディング（「複素振幅」）の場合の両者において、問題を引き起こす可能性がある。この場合、書き込み段階において、図１６に示したような二次元に構造化されたパターンにおけるスポットの移動が、パターンの寸法に比べて無視できなければならない。そうでない場合、干渉像が混ざり合う可能性がある。同じ問題は、一次元のパターンの場合にも生じるが、ディスクの半径方向に限られない（図１５）。
【０１２３】
この現象を避けるため、ディスクの半径方向の一次元のコーディングパターンを使用することが好都合であると考えられ、その例が、図１６ｂに示されている。このコーディングは、二次元ではなくて、一次元であるが、これがそのコーディングの潜在能力を大きく制限するわけではない。実際には、コーディングの数は、（数百程度の）ホログラフィックの用途においては限られたままであり、一次元のコーディングが充分以上である。
【０１２４】
半径方向の一次元の構造化を、角度コーディングのためにも使用することができる。この場合、データは、角度αに従ってのみ多重化される（図４を参照）。
【０１２５】
図１８に示されているように、角度コーディングの場合には、それぞれの回折光学素子を、ディスクの角度方向に連続して配置され、書き込みまたは読み出しビームとほぼ同じサイズを有しているセクション１２１、１２２、１２３、１２４へと分解し、各セクションの構造化の向きをディスクの回転の影響を相殺するように選択することによって、ホログラムの混ざり合いを回避しつつ、２つの角度αおよびΨに従ってデータを多重化することが可能である。例として、６３０μｍという半径方向の寸法を有しており、ディスクの中心から３０ｃｍに位置しており、直径３０μｍのビームによって走査される回折素子１２を考えた場合、ディスクの回転によって引き起こされる角度変化は、１．２°である。この素子が、３０μｍの２１個のセクションへと分けられた場合、変化はわずかに３分２５秒（または、０．０５７°）である。コーディングビームを、恒久的に点灯させたままにすることができ、あるいはセクションの中心に対応してのみ点灯させることができ、これはホログラムの混ざり合いをさらに少なくする。
【０１２６】
ディスクの回転の影響を相殺するために変化する向きを有するセクションへと分割することは、位相コーディング（より一般的には、複素振幅コーディング）へも適用可能である。
【０１２７】
ホログラフィック材料がきわめて敏感であって、短い書き込みパルスを容認できる場合には、図１６に示されているような二次元のコーディングの仕組み１２Ｇを、受け入れることができる。１０００ｒｐｍで回転しており、３０ｍｍの半径に位置する３００個のコーディングパターンを有しているディスクを例とした場合、１つの領域から別の領域までの移行の時間は、２００μｓである。２００ＭＨｚでの変調が可能な光源は、５ｎｓ程度のパルスを供給する。このパルスの最中に、レーザスポットは、２つのコーディング領域の間の距離の１／４０，０００に相当する変位を実行し、すなわち無視できる距離の比である。
【図面の簡単な説明】
【０１２８】
【図１ａ】ホログラムの記録および読み出しの原理である。
【図１ｂ】ホログラムの記録および読み出しの原理である。
【図２】ホログラムの角度多重化のための従来技術の原理である。
【図３】ホログラムの位相多重化のための従来技術の原理である。
【図４】ホログラムの角度多重化のための本発明の原理である。
【図５】ホログラムの位相多重化のための本発明の原理である。
【図６ａ】それぞれ同方向伝搬および反対方向伝搬の記録の構成にて、角度多重化にもとづいてホログラフィック記録媒体へとデータを記録するための装置の典型的な実施の形態である。
【図６ｂ】それぞれ同方向伝搬および反対方向伝搬の記録の構成にて、角度多重化にもとづいてホログラフィック記録媒体へとデータを記録するための装置の典型的な実施の形態である。
【図７ａ】角度多重化にもとづいてホログラフィック記録媒体へと記録されたデータを、それぞれ同方向伝搬および反対方向伝搬の読み出しの構成にて読み出すための装置の典型的な実施の形態である。
【図７ｂ】角度多重化にもとづいてホログラフィック記録媒体へと記録されたデータを、それぞれ同方向伝搬および反対方向伝搬の読み出しの構成にて読み出すための装置の典型的な実施の形態である。
【図８ａ】本発明に従って角度多重化によって得られたホログラフィック媒体を複製するための装置の典型的な実施の形態であり、図８ａにおいては、データが同方向伝搬の方法によって読み出され、同方向伝搬の方法によって書き込まれ、図８ｂにおいては、データが同方向伝搬の方法によって読み出され、反対方向伝搬の方法によって書き込まれている。
【図８ｂ】本発明に従って角度多重化によって得られたホログラフィック媒体を複製するための装置の典型的な実施の形態であり、図８ａにおいては、データが同方向伝搬の方法によって読み出され、同方向伝搬の方法によって書き込まれ、図８ｂにおいては、データが同方向伝搬の方法によって読み出され、反対方向伝搬の方法によって書き込まれている。
【図９】位相多重化にもとづいてホログラフィック記録媒体へとデータを記録するための装置の典型的な実施の形態である。
【図１０】位相多重化にもとづいてホログラフィック記録媒体へと記録されたデータを読み出すための装置の典型的な実施の形態である。
【図１１ａ】本発明に従って位相多重化によって得られたホログラフィック媒体を複製するための装置の典型的な実施の形態であり、図１１ａにおいては単純な複製であり、図１１ｂにおいては並列での複製である。
【図１１ｂ】本発明に従って位相多重化によって得られたホログラフィック媒体を複製するための装置の典型的な実施の形態であり、図１１ａにおいては単純な複製であり、図１１ｂにおいては並列での複製である。
【図１２】本発明に従ってホログラフィックディスクの書き込み／読み出し／複製を行うための同期の構成の例である。
【図１３】本発明による参照／読み出しビームのためのコーディングディスクの実施の形態である。
【図１４ａ】マスタ作成および成型複製による参照ビーム用のコーディングディスクの製作方法の各工程である。
【図１４ｂ】マスタ作成および成型複製による参照ビーム用のコーディングディスクの製作方法の各工程である。
【図１４ｃ】マスタ作成および成型複製による参照ビーム用のコーディングディスクの製作方法の各工程である。
【図１４ｄ】マスタ作成および成型複製による参照ビーム用のコーディングディスクの製作方法の各工程である。
【図１４ｅ】マスタ作成および成型複製による参照ビーム用のコーディングディスクの製作方法の各工程である。
【図１５】角度多重化用のコーディングディスクの一連の格子式の回折光学素子の例である。
【図１６】位相多重化用のコーディングディスクの一連の回折光学素子の例である。
【図１６ｂ】本発明の変種による位相多重化用のコーディングディスクの回折光学素子の例である。
【図１７ａ】表面の粗さを変化させることによってマスタを作成して複製することによるコーディングディスクの製造工程である。
【図１７ｂ】表面の粗さを変化させることによってマスタを作成して複製することによるコーディングディスクの製造工程である。
【図１７ｃ】表面の粗さを変化させることによってマスタを作成して複製することによるコーディングディスクの製造工程である。
【図１８】向きの異なるセクションへと分割された光学素子の例である。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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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６ａ】
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【図６ｂ】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１ａ】
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【図１１ｂ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４ａ】
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【図１４ｂ】
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【図１４ｃ】
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【図１４ｄ】
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【図１４ｅ】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１６ｂ】
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【図１７ａ】
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【図１７ｂ】
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【図１７ｃ】
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【図１８】
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【外国語明細書】
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