−新技術紹介−●ホログラフィックデータストレージの技術動向
新製品開発研究所 服部 覚 佐藤 伸

1 緒言

2 ホログラフィックデータストレージ
2.1 ホログラムの原理

インターネット等の普及により大容量かつ高速転送レートを満たす次世代のストレージシステムが要求されている。光記録技術ではホログラムは1940年代に発明された技術1）で、その後1960年代

Blu-ray、HD-DVDの次世代に位置付けられる200G〜1TB/diskにレーザーの発明とともに急速に研究されるようになった。特に3Dの開発が進められている。主な技術として、ホログラフィックデータ

立体像の再生技術は写真やクレジットカードといった分野に広く応ストレージ（HDS）、近接場光記録、多層記録が候補とされているが、用されている。ホログラムの原理は物体光と参照光の2つの光を次によりHDSが有利と考えられている。第一に転送レートである。

記録媒体上で干渉させ、その干渉縞を記録媒体に物理的変化とHDSは記録・再生をページデータで扱うためページあたりのデータして記録するものであるが（図1）、その物理的変化として、表面にを大きく（メガビット：Mbitオーダー）することで転送レートを飛躍的に凹凸を形成するエンボス型（レリーフ型）と内部に屈折率差を形成向上させることができる。これに対し近接場や多層記録はビット・バする体積型に分けられる。HDSでは後者の体積型が用いられる。

イ・ビット（bit by bit）方式であるため不利である。第二に大容量化

また、HDSには1回書き込み可能なWORM（Write Once Read Many：である。HDSでは多重化が可能であるため高密度化が容易である。

追記）型と書き換え可能なRW（Re-Writable：書換）型があるが、今これに対し、ビット・バイ・ビット方式では多重化ができないため、スポのところWORM型の開発が先行している状況である。とりわけフォットサイズを小さくすることにより高密度化することになるが、高開口トポリマー材料を用いた記録媒体は、後述する米国のベンチャーの数（NA）のレンズ、記録光源の短波長化というようにハード面でのAprilis社、InPhase社よりすでに発表されており完成度が高い。

制約がある。
このように、HDSは魅力的な技術であり1970年代から研究されているもののなかなか実用化には至らなかった。
しかし、1990年代に、2次元ページデータの画像処理に必要なSLM（Spacial LightModulator）、DMD（Digital Micromirror Device）等の空間変調器、CCD（Charge-Coupled Device）、CMOS（ComplementaryMOS）等の撮像素子がプロジェクターやビデオカメラの普及で高性能化されたというシステム面でのブレークスルーがあったことに加えて、米国におけるHDSS（Holographic Data Storage System）、PRISM（Photorefractive Information Storage Materials）といったコンソーシアムや日本国内のベンチャーによる新規な光学系を用いたシステムの発表等により、これまでになく実用化に近いシステ
フォトポリマー材料の記録メカニズムは以下のように考えられてムが立上ってきているという段階である。

いる。干渉縞の明暗において、光強度の強い部分で重合が開始

本稿では、ホログラフィックストレージの技術動向としてフォトポリしモノマーが消費され、逆に光強度の弱い部分のモノマーは光強マー材料を用いた記録媒体を中心に述べる。

度の強い領域に拡散移動する2）。その結果、光の強弱によりモノマーの密度差ができ、それが干渉縞に応じた屈折率差となって回折光をつくる（図2）。
したがって回折光強度はこの屈折率差が大きいほど強くなる。高感度な記録媒体としては、 いかに低露光量で回折光（屈折率差）を得るか が重要である。

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の多くで用いられているビニルモノマーの重合では重合時の結合距離の変化が大きく、その結果、硬化収縮といわれる大幅な体積減少を生じる。これに対しAprilis社ではカチオン開環重合するモノマーを使用することにより低減したことが大きな特徴である。ここではホログラム形成時の硬化収縮率をBraggのずれから求めた結果において0.1％以下と報告している。
2.2.2 ラジカル重合系
ラジカル重合系を用いた例としては、DuPont社のOmniDex5）、InPhase社のTapestry 6）等が挙げられるが、データストレージ用としては後者が市販されている。Tapestryは高屈折率の光重合性モノマーと低屈折率のマトリクスから構成される6）。硬化収縮率は0.1％と低く、M/＃（ダイナミックレンジ：多重性能を示す指数）は1.5mm厚の媒体において50といった値が報告されている7）。

2.3 評価結果
図3にHDSの基本的な記録・再生光学系を示す。物体光には最後に我々が検討中の多重記録特性8）について少し触れる。我々

ページデータを空間変調器で変調された光を用い、記録媒体上では2003年度NEDOの助成を受けてホログラフィックストレージ記録参照光と干渉させ記録する。これをディスクが回転しながら行うこ

媒体の検討をオプトウエア社、日本ペイント社と行った。とで多重化する。再生時は参照光のみ照射し、回折光を読み取る。

フォトポリマー材料にはラジカル重合性モノマーを用い、多重記

基本的にはこのように二光束の光学系となるため、光軸のアライメ

録特性はパルステック社製コリニアホログラフィックメディアテスター

ントが複雑となる、という問題がある。そこで国内のベンチャーであ（SHOT-1000）を用いた。スポットサイズはφ200μmで、スポットあたりるオプトウエア社は物体光と参照光を同軸に配置したコリニア方のデータサイズは1.6kBである。多重方法は、可変ピッチのシフト多3）式を提案している 。コリニア方式ではアライメントにかかる装置の重方式（VPS：Variable Pitch Spiral method）にて行った。VPSは複雑さを解消するというだけでなく、再生時のチルト、デフォーカス、図4に示すように、（ 2M 1/2−1）×（2M 1/2−1）個のホログラムを、デトラックマージン（許容幅）が大きく、有利であるとしている。

spiral状に（スポット径/M1/2）のピッチでシフトさせながら記録したときの最後のホログラムが、多重数（M：Multiplicity）となるようにする方法であり、最小の記録ホログラム数で多重を評価することができる。表1は多重数、ピッチ、ホログラム数、ディスク換算の容量をまとめたものである。

2.2 フォトポリマー材料
フォトポリマー材料として代表的なカチオン、ラジカル重合系の例を示す。
2.2.1 カチオン重合系
カチオン重合系を用いた例としては、
Aprilis社のCROP（CationicRing-Opening Polymerization）が挙げられる4）。
ラジカル重合系

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3 おわりに次世代データストレージ技術としてホログラフィックデータストレー
ジについての技術動向をまとめた。フォトポリマー材料を用いた記録媒体のポテンシャルは高く、実用化に近いところまできていると思われる。今後はさらなる記録特性の向上は言うまでもないが、多重化を重視した開発とそれに伴う問題点をクリアにしていくことが重要であると感じている。

引用文献
図5に13×13=169個のデジタルデータの多重特性例を示す。a）は各ホログラムの回折効率（Diffraction Efficiency）及びLaser

1）D.Gabor, Nature, 161,777（1948）.

Pulse数（露光量のスケジューリングパルス数）、b）はSNR（Signal-2）W. S. Colburn, K. A. Haines, Appl. Opt., 10,1636（1971）.

to-Noise Ratio）、c）はBER（Bit Error Rate）をそれぞれ示してい3）堀米秀嘉, 光学, 32, 9, 542（2003）.

-3

る。SNRは3〜4、BERは10 以下と良好であり、49多重に相当する

4）D. A. Waldman, et. al. ,Proc. SPIE, 2689,15,127（1996）.

169番目のホログラムでもともに悪化することなく記録ができることを

5）B. M. Monroe, J. Imaging Sci., 35,25（1991）.

確認した。この49多重はφ12cmディスクに換算すると23GBに相当

6）L. Dhar, et. al., Optics Letters, 24,7,487（1999）.

する。

7）http://www.inphase-technologies.com.
8）S. Satoh, S. Hattori and H. Sasaki, ISOM 2004, Th-J-06.

今後はさらに多重数を上げた場合についての検討を進める予定である。

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