DE10296527T5 - Thermoplastische Substrate für holografische Datenspeichermedien - Google Patents

Thermoplastische Substrate für holografische Datenspeichermedien Download PDF

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Frank E. Saint Paul Aspen
Ramon F. Saint Paul Hegel
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Abstract

Holografisches Datenspeichermedium mit:
– einem ersten thermoplastischen Substratbereich mit einer Dicke von weniger als 2 mm,
– einem zweiten thermoplastischen Substratbereich mit einer Dicke von weniger als 2 mm, und
– einem holografischen Aufzeichnungsmaterial, das zwischen dem ersten und dem zweiten thermoplastischen Substratbereich angeordnet ist.

Description

  • Gebiet Die vorliegende Erfindung betrifft holografische Datenspeichermedien.
  • Hintergrund
  • Es wurden zahlreiche verschiedene Arten von Datenspeichermedien zum Speichern von Informationen entwickelt. Herkömmliche Medien sind beispielsweise magnetische Medien, optische Medien und mechanische Medien, um nur einige zu nennen. Das Erhöhen der Datenspeicherdichte ist ein Hauptziel der Entwicklung neuer oder verbesserter Arten von Datenspeichermedien.
  • Bei herkömmlichen Medien werden einzelne Bits als einzelne mechanische, optische oder magnetische Veränderungen auf der Oberfläche der Medien gespeichert. Aus diesem Grund kann die Mediumoberfläche der Datendichte physische Grenzen setzen.
  • Holografische Datenspeichermedien können höhere Speicherdichten ermöglichen als herkömmliche Medien. Bei einem holografischen Medium können Daten im gesamten Mediumvolumen gespeichert werden, anstatt nur auf der Mediumoberfläche. Ferner können Daten in dem selben Medienvolumen durch einen als Shift-Multiplexing bezeichneten Vorgang überlagert werden. Daher können theoretische holografische Speicherdichten mehrere zehn Terabits pro Kubikzentimeter erreichen.
  • Bei holografischen Datenspeichermedien können ganze Seiten an Informationen als optische Interferenzmuster in einem lichtempfindlichen optischen Material gespeichert werden. Dies kann durch das Überschneiden zweier kohärenter Laserstrahlen im optischen Material erreicht werden. Der Objektstrahl genannte erste Laserstrahl enthält die zu speichernden Informationen und der Referenzstrahl genannte Strahl schneidet den Objektstrahl, um ein Interferenzmuster zu erzeugen, das im optischen Material als Hologramm gespeichert werden kann. Wenn das gespeicherte Hologramm später nur mit dem Referenzstrahl belichtet wird, wird ein Teil des Referenzstrahllichts durch das Hologramm gebeugt. Dabei erzeugt das gebeugte Licht eine Rekonstruktion des ursprünglichen Objektstrahls. Somit können durch Beleuchten eines aufgezeichneten Hologramms mit dem Referenzstrahl die in dem Objektstrahl codierten Daten wiederhergestellt und durch einen Datendetektor, beispielsweise eine Kamera, erfasst werden.
  • Überblick über die Erfindung
  • Die Erfindung betrifft holografische Datenspeichermedien, holografische Datenspeichersysteme und Verfahren zum Herstellen von holografischen Datenspeichermedien. Die holografischen Datenspeichermedien können thermoplastische Substrate mit verringerter Substratdicke umfassen. Bei einigen Ausführungsbeispielen können holografische Datenspeichermedien thermoplastische Substrate in einem bestimmten Dickenbereich aufweisen.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel kann ein holografisches Datenspeichermedium einen ersten thermoplastischen Substratbereich mit einer Dicke, die geringer als oder ungefähr gleich 2 mm ist, einen zweiten thermoplastischen Substratbereich mit einer Dicke, die geringer als oder ungefähr gleich 2 mm ist, und ein holografisches Aufzeichnungsmaterial, das zwischen dem ersten und dem zweiten thermoplastischen Substratbereich angeordnet ist, umfassen. Beispielsweise können der erste und der zweite thermoplastische Substratbereich aus wenigstens eines der folgenden Materialien aufweisen: Polycarbonat, Polymethylacrylat (PMNA) und amorphes Polyolefin. Das holografische Aufzeichnungsmaterial kann ein Photopolymer umfassen.
  • Das holografische Datenspeichermedium kann beispielsweise als Platte oder Karte vorliegen. Der erste und der zweite thermoplastische Substratbereich können spritzgegossene Substratbereiche sein. Wie im folgenden näher beschrieben, kann ein mit spritzgegossenen thermoplastischen Substraten einhergehendes Randkeil-Phänomen die Herstellung holografischer Datenspeichermedien erschweren. Um durch das Randkeil-Phänomen hervorgerufene Probleme zu überwinden, kann die Erfindung die Verwendung von Substratbereichen mit reduzierten Dicken vorsehen. Beispielsweise können der erste und der zweite thermoplastische Substratbereich Dicken aufweisen, die geringer als oder gleich ungefähr 2 mm, geringer als oder gleich ungefähr 1,2 mm oder sogar geringer als oder gleich ungefähr 0,6 mm sind.
  • Optimale Substratdicken können eine untere Grenze haben, die durch andere Variablen wie Doppelbrechung und Steifigkeit bestimmt ist. Daher weisen bei einem besonderen Ausführungsbeispiel der erste und der zweite thermoplastische Substratbereich jeweils eine Dicke von weniger als 1,3 mm und mehr als 0,5 mm auf. 1,3 mm bis 0,5 mm können beispielsweise einen optimalen Dickenbereich des thermoplastischen Substrats definieren.
  • Bei anderen Ausführungsbeispielen kann die Erfindung ein holografisches Datenspeichersystem aufweisen. Das System kann einen Laser, der wenigstens einen Laserstrahl erzeugt, und optische Elemente aufweisen, welche der Laserstrahl passiert. Das System kann ferner einen Datencodierer, wie einen Raumlichtmodulator, aufweisen, der Daten in wenigstens einem Teil des Laserstrahls codiert. Ferner kann das System ein holografisches Aufzeichnungsmedium aufweisen, das wenigstens ein Hologramm speichert. Beispielsweise kann das holografische Aufzeichnungsmedium eines oder mehrere der zuvor genannten Merkmale aufweisen, wie dünne thermoplastische Substratbereiche. Das System kann ferner einen Datendetektor, beispielsweise eine Kamera, aufweisen, welcher das Hologramm erfasst.
  • Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel kann die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen von holografischen Medien umfassen. Das Verfahren kann das Spritzgießen eines ersten Substratbereichs und eines zweiten Substratbereichs und das Aufbringen eines Photopolymers zwischen dem ersten und dem zweiten Substratbereich umfassen. Das Spritzgießen des ersten und des zweiten thermoplastischen Substratbereichs kann beispielsweise das Spritzgießen des ersten und des zweiten thermoplastischen Substratbereichs mit ausreichend dünnen Substratdicken vorsehen. Das Aufbringen des Photopolymers kann das Einspritzen des Photopolymers zwischen den ersten und den zweiten Substratbereich umfassen. Beispielsweise kann bei einem plattenförmigen Medium das Photopolymer durch mittiges Ausgeben des Photopolymers durch einen Innendurchmesser der Substratbereiche des Mediums gespritzt werden. Das Verfahren kann ferner das Drücken des ersten Substratbereichs auf eine obere Referenzebene und des zweiten Substratbereichs auf eine untere Referenzebene vorsehen. Das Photopolymer kann sodann in situ ausgehärtet werden.
  • Substratdicken von weniger als oder gleich ungefähr 2,0 mm, weniger als oder gleich ungefähr 1,2 mm oder sogar weniger als oder gleich ungefähr 0,6 mm können höchst vorteilhaft sein. Insbesondere können Substratdicken in diesen Bereichen die negativen Effekte des im folgenden näher beschriebenen Randkeil-Phänomens minimieren. Kurz gesagt ist das Randkeil-Phänomen das Ergebnis der unterschiedlichen Abkühlung des thermoplastischen Materials während des Verfestigens in einem Spritzgusshohlraum. Das unterschiedliche Abkühlen kann beispielsweise zu Substraten führen, die Wölbungen an den Substraträndern aufweisen, die dicker als die mittlere Dicke des Substrats sind.
  • Andere Faktoren, wie Doppelbrechung und Steifigkeit, machen jedoch dickere Substrate wünschenswert. Der Bereich von 0,5 mm bis 1,3 mm kann beispielsweise einen optimalen Dickenbereich thermoplastischer Substrate für die Sandwich-Konstruktion holografischer Medien definieren.
  • Weitere Details dieser und anderer Ausführungsbeispiele sind in den zugehörigen Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung ausgeführt. Andere Merkmale, Aufgaben und Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und den Ansprüchen.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 zeigt eine optische Anordnung für die holografische Aufzeichnung.
  • 2 ist eine vergrößerte Ansicht eines exemplarischen 10 × 10 Bit-Pixel-Array, das auf einem holografischen Medium als Hologramm gespeichert werden kann.
  • 3 zeigt wie aufeinanderfolgende Seiten oder Pixel-Arrays auf einem holografischen Datenspeichermedium gespeichert werden können.
  • 4A und 4B zeigen ein exemplarisches holografisches Datenspeichermedium nach einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel.
  • 5 zeigt ein exemplarisches System zum Herstellen von holografischen Datenspeichermedien.
  • 6A und 6B zeigen ein exemplarisches Substrat mit Wülsten.
  • 7 ist ein vergrößerter Querschnitt durch einen Rand eines Substrats, das einen durch das Randkeil-Phänomen erzeugten Wulst aufweist.
  • 8 zeigt ein System zum Lesen und Schreiben von einem bzw. auf ein holografisches Aufzeichnungsmedium.
  • Detaillierte Beschreibung
  • 1 zeigt eine optische Anordnung zum holografischen Aufzeichnen. Wie in 1 dargestellt erzeugt der Laser 10 Laserlicht, das durch einen Strahlteiler 14 in zwei Komponenten geteilt wird. Diese beiden Komponenten haben im allgemeinen eine ungefähr gleiche Intensität und können räumlich gefiltert werden, um optische Wellenfrontfehler zu eliminieren.
  • Die erste Komponente verlässt den Strahlteiler 14 und folgt einem Objektpfad. Dieser "Objektstrahl" kann sodann eine Ansammlung von optischen Objektstrahlelementen 18A–18E und einen Datencodierer, beispielsweise einen Spatial Light Modulator (SLM) 20, durchlaufen. Beispielsweise kann die Linse 18A das Laserlicht aufweiten und die Linse 18B kann das Laserlicht derart konditionieren, dass die Photonen im wesentlichen parallel laufen, wenn sie in den SLM 20 eintreten.
  • Der SLM 20 kann Daten im Objektstrahl beispielsweise in Form einer holografischen Bit-Abbildung (oder Pixel-Array) codieren. 2 zeigt beispielsweise eine vergrößerte Darstellung einer exemplarischen 10 × 10 Bit-Pixel-Array. Der codierte Objektstrahl kann die Linsen 18C, 18D und 18E durchlaufen, bevor er eine holografische Aufzeichnungsmediumebene 21 belichtet. Bei dieser herkömmlichen "4F"-Konfiguration befindet sich die Linse 18C eine Brennweite von dem SLM 20 und eine Brennweite von der Fourier-Transformationsebene 24A entfernt. Die Linse 18D ist eine Brennweite von der Fourier-Transformationsebene 24A und eine Brennweite von der Bildebene 22A entfernt. Die Linse 18E ist eine Brennweite von der Bildebene 22A und eine Brennweite von der Fourier-Transformationsebene 24B entfernt.
  • Die zweite Komponente verlässt den Strahlteiler 14 und folgt einem Referenzpfad. Dieser "Referenzstrahl" kann durch optische Referenzstrahlelemente wie Linsen 26 und Spiegel 28 gerichtet werden. Der Referenzstrahl belichtet die Mediumebene 21, wobei er den Objektstrahl schneidet, um ein Hologramm auf dem Medium 25 zu erzeugen. Beispielsweise kann das Medium 25 ein plattenförmiges Medium oder ein kartenförmiges Medium sein. Wenn das Medium beispielsweise die Form einer Platte hat, kann die Platte in einem holografischen Plattenlaufwerk drehbar sein, um Daten lesen und schreiben zu können.
  • Um eine erhöhte Speicherdichte zu schaffen, befindet sich das Speichermedium 25 üblicherweise nahe einer der Fourier-Transformationsebenen. Unter Verwendung einer optischen Anordnung, die beispielsweise ähnlich derjenigen von 1 ist, können die vom SLM 20 in dem Objektstrahl codierten Daten im Medium 25 durch gleichzeitiges Belichten des Objekt- und des Referenzpfads aufgezeichnet werden.
  • Nachdem ein Hologramm auf dem Medium 25 gespeichert wurde, können die im Hologramm gespeicherten Daten wieder beispielsweise unter Verwendung einer optischen Anordnung ähnlich derjenigen von 1 gelesen werden. Zum Lesen der Daten beleuchtet nur der Referenzstrahl das Hologramm auf dem Medium 25. Licht wird an dem im Medium 25 gespeicherten Hologramm gebeugt, um den Objektstrahl oder einen Lichtstrahl zu rekonstruieren oder "neu zu bilden", der im wesentlichen dem ursprünglichen codierten Objektstrahl äquivalent ist. Dieser wieder erzeugte Objektstrahl läuft durch die Linse 18F, wodurch er ein Wiederherstellen der Bit-Abbildung ermöglicht, die in dem Objektstrahl codiert war und die auf der Bildebene 22B zu sehen ist. Daher kann ein Datendetektor, beispielsweise eine Kamera 30 an der Bildebene 22B angeordnet werden, um die im Hologramm codierten Daten zu lesen.
  • Die durch das SLM 20 codierte Bit-Abbildung umfasst eine "Seite" holografischer Daten. Beispielsweise kann die Seite eine Anordnung binärer Informationen sein, die an einer bestimmten Stelle auf dem holografischen Medium als Hologramm gespeichert ist. Beispielsweise kann eine typische Seite holografischer Daten ein Pixel-Array von 1000 Bit × 1000 Bit sein, das auf einem Quadratmillimeter Mediumfläche gespeichert ist, obwohl der Schutzbereich der Erfindung in dieser Hinsicht nicht begrenzt ist. Da holografische Daten im gesamten Mediumvolumen gespeichert sind, können jedoch aufeinanderfolgende Seiten beim Aufzeichnen durch ein Shift-Multiplexing genanntes Verfahren einander überlappend angeordnet werden.
  • Bei einer Art des Shift-Multiplexing von holografischen Datenseiten werden aufeinanderfolgende Seiten an um das Medium herum versetzten Stellen aufgezeichnet. Die Versatzstrecken sind üblicherweise sehr viel kleiner als die Aufzeichnungsfläche in einer Dimension (der Abwärtsspurdimension) und ungefähr gleich der Aufzeichnungsfläche in der anderen Dimension (der Dimension quer zum Spurverlauf). 3 zeigt beispielsweise wie aufeinanderfolgende Seiten auf dem Medium 32 gespeichert werden können. Ein Bereich 33 des Mediums 32 ist zu Darstellungszwecken vergrößert. Wie dargestellt sind aufeinanderfolgende Datenseiten 34 in der Abwärtsspurdimension 36 überlappt. Nachfolgende Seiten in der Abfolge von Seiten überlappen einander ebenfalls in der Abwärtsspurverlaufsrichtung 36, überlappen jedoch keine Seiten in der zum Spurverlauf quer verlaufenden Richtung 39. Die jeweiligen Datenseiten können beispielsweise jeweils ungefähr 1 Quadratmillimeter Fläche des Mediums einnehmen. Die Abwärtsspurdimension kann beispielsweise ungefähr 10 μm betragen, während die quer zum Spurverlauf gerichtete Dimension ungefähr 1 mm betragen kann.
  • Bei einer alternativen Art von Shift-Multiplexing, die manchmal als Phasenkorrelationsmultiplexing bezeichnet wird, werden aufeinanderfolgende Seiten im Aufzeichnungsvorgang sowohl in der quer als auch in der abwärts verlaufenden Spurdimension überlappt.
  • Um die Spurstellen genau lokalisieren zu können kann ein holografisches Datenspeichersystem ein oder mehrere Spurnachführverfahren verwenden. Exemplarische Spurnachführverfahren sind beispielsweise in der mitanhän gigen und gemeinsam übertragenen US Anmeldung 09/813 065 , erteilt an Jathan Edwards, mit dem Titel "TRACKING TECHNIQUES FOR HOLOGRAPHIC DATA STORAGE MEDIA", eingereicht am 20. März 2001 beschrieben.
  • Die 4A und 4B zeigen ein exemplarisches Ausführungsbeispiel eines holografischen Datenspeichermediums 40. 4A ist eine Draufsicht zur Darstellung der Plattenform des Mediums 40. 4B ist eine Querschnittsdarstellung des Sandwich-Aufbaus des Mediums 40. das Medium 40 weist beispielsweise ein Substrat mit einem ersten thermoplastischen Substratbereich 41 und einem zweiten thermoplastischen Substratbereich 42 auf. Das holografische Aufzeichnungsmaterial 43 kann ein Photopolymer aufweisen, das zwischen den jeweiligen Substratbereichen 41, 42 angeordnet ist. Beispielsweise können die Substratbereiche 41, 42 zumindest eines der folgenden Materialien aufweisen: Polycarbonat, Polymethylmethacrylat oder amorphes Polyolefin. Einer diese exemplarischen Thermoplaste oder ein anderes Thermoplast kann beispielsweise zum Herstellen der Substratbereiche 41, 42 in einem Spritzgießwerkzeug verwendet werden.
  • 5 zeigt ein exemplarisches System zum Herstellen holografischer Datenspeichermedien von hoher optischer Qualität. Das System 50 kann zumindest zwei flache Bereiche 51, 52 aufweisen. Um ein holografisches Medium 40 herzustellen, können die thermoplastischen Substratbereiche 41, 42 gegen die jeweiligen flachen Bereiche 51, 52 gedrückt werden, so dass die Außenfläche der Substratbereiche 41, 42 im wesentlichen dem entsprechenden flachen Bereich 51, 52 entspricht. beispielsweise kann Kraft durch Unterdruck aufgebracht werden, oder die Kraft kann durch Hydraulikdruck erzeugt werden, beispielsweise, wenn holografisches Aufzeichnungsmaterial 43 zwischen die Substratbereiche gespritzt wird.
  • Ein holografisches Aufzeichnungsmaterial 43 kann zwischen die jeweiligen thermoplastischen Substratbereiche 41, 42 ausgegeben werden. Beispiels weise kann bei einem plattenförmigen Medium das holografische Aufzeichnungsmedium 43 durch mittiges Ausgeben eines Photopolymers durch einen Innendurchmesser der thermoplastischen Substratbereiche 41, 42 eingespritzt werden. Beim mittigen Ausgeben fließt das Photopolymermaterial radial und füllt den Hohlraum zwischen den Substratbereichen 41, 42 aus. Die Photopolymermaterialfließlinien können symmetrisch zum plattenförmigen Medium verlaufen. Wie zuvor erwähnt kann, wenn das holografische Aufzeichnungsmaterial durch Spritzen ausgebracht wird, der Spritzvorgang auch die thermoplastischen Substratbereiche 41, 42 gegen die jeweiligen flachen Bereiche 51, 52 drücken.
  • Beispielsweise können der erste und der zweite flache Bereich 51, 52 derart positioniert sein, dass sie eine obere und eine untere Referenzebene bilden. Nach dem Ausgeben des holografischen Aufzeichnungsmaterials, beispielsweise durch das zuvor genannte Mitten-Ausgabeverfahren, kann der obere flache Bereich 51 oder der untere flache Bereich 52 geringfügig angepasst werden, so dass die Parallelität der Mediumfläche während der gesamten Herstellung des Mediums gewahrt bleibt. Bei holografischen Medien mit hoher optischer Qualität kann es erforderlich sein, dass die Substratbereiche 41, 42 innerhalb einer optischen Randzone parallel sind.
  • Beispielsweise kann ein Interferometer verwendet werden, um die Parallelität zu messen. Alternativ kann das System 50 mechanisch vorkalibriert werden, um sicherzustellen, dass die obere und die untere Fläche des resultierenden hergestellten Mediums ausreichend parallel sind. Wenn das System mechanisch zur Gewährleistung der Parallelität vorkalibriert wird, können die Positionen des oberen und des unteren flachen Bereichs 51, 52 sorgfältig vordefiniert werden, so dass die obere und die untere Fläche des resultierenden hergestellten Mediums ausreichend parallel sind. Wenn das System mechanisch vorkalibriert ist, kann ferner ein zum Überwachen der Parallelität verwendetes Interferometer unnötig sein.
  • Das holografische Aufzeichnungsmaterial kann beispielsweise ein Photopolymermaterial sein. Nachdem das Medium hergestellt wurde, kann das holografische Aufzeichnungsmaterial eine Dicke von ungefähr 1 mm aufweisen. Die thermoplastischen Substratbereiche 42, 43 können jeweils eine Dicke von weniger als oder gleich ungefähr 2 mm, weniger als oder gleich ungefähr 1,2 mm oder sogar weniger als oder gleich ungefähr 0,6 mm aufweisen. Die Gesamtdicke des holografischen Aufzeichnungsmediums kann geringer als oder gleich ungefähr 5 mm, geringer als oder gleich ungefähr 3,4 mm oder sogar geringer als oder gleich ungefähr 2,2 mm sein. Wie zuvor beschrieben liegt jedoch der optimale Bereich der jeweiligen Substratdicken zwischen 0,5 mm und 1,3 mm.
  • Die thermoplastischen Substratbereiche 42, 43 können beispielsweise aus einem geeigneten Thermoplast wie Polycarbonat, Polymethylmethacrylat, amorphes Polyolefin oder dergleichen bestehen. Ferner können die thermoplastischen Substratbereiche 42, 43 durch einen Spritzgießvorgang gebildet werden. Das Spritzgießen der Substrate kann beispielsweise zahlreiche Herstellungsvorteile bieten.
  • Beispielsweise können spritzgegossene Substrate bei relativ geringen Kosten in Massen hergestellt werden. Ferner können die Spritzformen angepasst werden, um das Substrat mit zusätzlichen Merkmalen zu versehen, wie optisch erkennbare Oberflächenvariationen. Diese optisch erkennbaren Oberflächenvariationen können Präzisionsnachführ- und Vorformatierungsinformationen enthalten. Die US Patentanmeldung 09/813 065 von Jathan Edwards beispielsweise beschreibt wie vorab aufgezeichnete Oberflächenvariationen einem holografischen Medium Präzisionsnachführmerkmale verleihen können. Aus diesen und anderen Gründen kann es in hohem Maße vorteilhaft sein, die jeweiligen Substratbereiche durch Spritzgießen herzustellen.
  • Das Spritzgießen der thermoplastischen Substratbereiche wirft jedoch zusätzliche Schwierigkeiten auf. Beispielsweise kann das Spritzgießen dazu führen, dass Substratbereiche ein "Randkeil"-Phänomen zeigen. Das "Randkeil"-Phänomen ist das Ergebnis des Abkühlens und des Verfestigens des Thermoplasts in einer Spritzgießform. Beim Abkühlen und Verfestigen eines thermoplastischen Materials in einer Spritzgussform kann das thermoplastische Material am inneren und am äußeren Rand der Form mit zum Rest des thermoplastischen Materials unterschiedlicher Rate abkühlen.
  • Dieses unterschiedliche Abkühlen kann zu einer Substratdicke führen, die ungleichmäßig ist. Beispielsweise können kleine Wülste an den Rändern eines spritzgegossenen Plattensubstrats eine Dicke aufweisen, die größer als die durchschnittliche Plattendicke ist. Das Vorhandensein derartiger Wülste wird als "Randkeil"-Phänomen oder "Randkeil"-Problem bezeichnet.
  • Die 6A–6B zeigen ein exemplarisches Substrat 60 mit einem Wulst 62, der durch das Randkeil-Phänomen verursacht ist. 6A ist eine Draufsicht auf das Substrat 60 und 6B ist eine vergrößerte Querschnittsdarstellung der äußeren Ränder des Substrats 60. Wie in 6B dargestellt zeigen die äußeren Ränder des Substrats 60 einen Wulst 62, der dazu führt, dass die am weitesten außen gelegene Substratdicke größer als die durchschnittliche Substratdicke ist. Darüber hinaus kann an jeder Stelle in dem Formhohlraum, in dem ein thermischer Gradient im Formwerkzeug gegeben ist, ein Randkeil-Phänomen auftreten. Beispielsweise können ein oder mehrere Randwülste auch an oder nahe dem Innendurchmesser des Substrats beobachtet werden.
  • 7 ist eine vergrößerte Querschnittsdarstellung eines Randes des Substrats 70 mit einem Wulst 72, der durch das Randkeil-Phänomen verursacht wurde. Beispielsweise kann 7 dem Innen- oder dem Außenrand eines plattenförmigen Substrats entsprechen. Wie dargestellt kann das Ausmaß des Randkeil-Phänomens mit den Variablen X und Y gemessen werden. Die Variable Y kann zum Messen der Differenz zwischen der maximalen Dicke der Platte an einem Wulst und der durchschnittlichen Dicke der Platte verwendet werden. Die variable X dient dem Messen der Entfernung zwischen einem Rand der Platte und dem Punkt auf der Platte, an dem die Plattendicke im wesentlichen gleichmäßig wird. Beispielsweise kann die Variable X typischerweise etwa 1–2 mm betragen und die Variable Y in der Größenordnung von Zehntel Mikrometer liegen.
  • Versuchsdaten haben gezeigt, dass das Randkeil-Phänomen mit der Substratdicke zunimmt. Mit der Zunahme der Dicke eines spritzgegossenen Substrats nehmen beispielsweise die Variablen X und Y zu, wie in 7 dargestellt. Anders ausgedrückt: die Größe der Wülste, die sich aufgrund des Randkeil-Phänomens ergeben, wird mit der Zunahme der Substratdicke größer. Ähnlich nimmt das Randkeil-Phänomen ab, wenn die Substratdicke abnimmt.
  • Das Randkeil-Phänomen stellt ein wesentliches Hindernis bei der Herstellung von holografischen Medien mit hoher optischer Qualität dar. Wie in 5 dargestellt werden die Substratbereiche 41 und 42 gegen die jeweiligen flachen Bereiche 51, 52 gedrückt. Wenn jedoch die Substratbereiche 41, 42 beispielsweise infolge des Randkeil-Phänomens Wülste aufweisen, kann das Vorhandensein der Wülste an den Rändern der Substratbereiche 41, 42 die Fähigkeit beeinträchtigen, eine gleichmäßige holografische Aufzeichnungsmaterialdicke zu erreichen. Wenn die Substratbereiche 41, 42 Wülste aufweisen, kann es beispielsweise besonders schwierig sein, zu gewährleisten, dass die Außenfläche der Substratbereiche 41, 42 innerhalb einer optischen Randzone parallel sind.
  • Kurz gesagt kann das Vorhandensein von Wülsten die Fähigkeit beeinträchtigen, ein holografisches Datenspeichermedium mit hoher optischer Qualität zu erzeugen. Wenn beispielsweise Substratbereiche nicht gleichmäßig gegen Referenzebenen (wie die in 5 gezeigten flachen Bereiche 51, 52) ge drückt werden können, können Verfahren zur Herstellung holografischer Datenspeicherplatten mit hoher optischer Qualität ineffektiv sein. Selbst wenn die Plattenherstellung noch möglich ist, kann die Nutzbarkeit der Platte durch das Vorhandensein der Wülste an den Substratbereichen verringert sein. Beispielsweise kann die Speicherdichte der Platte verringert sein, wenn, während der Medienherstellung, der Substratbereich nicht ausreichend parallel ausgebildet werden kann, um das holografische Aufzeichnungsmaterial mit im wesentlichen gleichmäßiger Dicke auszubilden.
  • Um mit dem Randkeil-Phänomen verbundene Probleme zu überwinden, können Substratbereiche ausreichend dünn hergestellt werden. Auf diese Weise kann das Randkeil-Phänomen drastisch reduziert werden. Insbesondere weisen dünnere spritzgegossene Substrate kleinere Randkeil-Phänomen-Wülste auf. Wie beispielsweise in der 7 dargestellt, kann die Variable Y erheblich reduziert werden, wenn die Dicke der spritzgegossenen Substrate verringert wird. Insbesondere eine Substratbereichsdicke von weniger als oder gleich ungefähr 2 mm, weniger als oder gleich ungefähr 1,2 mm und sogar weniger als oder gleich ungefähr 0,6 mm sind für die Überwindung des Randkeil-Phänomens geeignet.
  • Wie bereits erwähnt können jedoch andere Mediendesignvariablen wie Doppelbrechung und Steifigkeit Begrenzungen hinsichtlich der Tatsache auferlegen, wie dünn ein geeignetes Substrat hergestellt werden kann. Im allgemeinen sind dickere Substrate steifer und haben eine geringere Doppelbrechung. Wie im nachfolgenden Beispiel beschrieben kann ein optimaler Substratdickenbereich existieren, in dem eine Anzahl von Variablen in einen akzeptablen Bereich für ein sandwichartig aufgebautes holografisches Datenspeichermedium von hoher optischer Qualität fallen.
  • Beispiel
  • In Versuchen wurden thermoplastische Materialien wie Polycarbonat, Polymethylmethacrylat und amorphes Polyolefin zur Herstellung von Substraten von 120 mm und 130 mm Durchmesser und Dicken von 2,0 mm, 1,2 mm und 0,6 mm spritzgegossen. Anschließend wurde der Randkeil bei jeder Substratdicke gemessen, beispielsweise durch Messen der Variablen Y wie in 7 gezeigt. Anschließend wurden holografische Datenspeichermedien unter Verwendung der jeweiligen Substrate unterschiedlicher Dicke und nach den zuvor beschriebenen Medienherstellungsverfahren hergestellt.
  • Die Versuchsergebnisse zeigen, dass die Substrate mit 2,0 mm üblicherweise einen Randkeil von ungefähr Y = 20 μm, die Substrate mit 1,2 mm üblicherweise einen Randkeil von ungefähr Y = 10 μm und die Substrate mit 0,6 mm üblicherweise einen Randkeil von ungefähr Y = 4 μm aufweisen. Die Ergebnisse zeigen, dass das Randkeil-Phänomen mit abnehmender Substratdicke abnimmt.
  • Ferner wurde die Doppelbrechung jedes Substrats (d.h. eine Messung der Veränderung des Brechungsindex mit der Ausrichtung im Material) gemessen. Die Versuchsergebnisse zeigen, dass die Doppelbrechung bei den Substraten von 2,0 mm und 1,2 mm ungefähr 30 mm beträgt und bei den Substraten mit 0,6 mm auf ungefähr 60 mm steigt. Die Ergebnisse zeigen somit, dass die Doppelbrechung mit der abnehmenden Substratdicke zunimmt, und insbesondere, dass die Doppelbrechung bei einer Substratdicke von weniger als oder ungefähr gleich 0,6 mm drastisch abnimmt.
  • Die zuvor beschriebenen Versuchsergebnisse zeigen deutlich die Vorteile hinsichtlich des Randkeils, die durch Verringern der Größe der Substratbereiche in einem sandwichartig aufgebauten holografischen Datenspeichermedium erreichbar sind. Substratbereiche mit einer Dicke von 2,0 mm oder weniger scheinen adäquat für einige Anwendungen, jedoch können Sub stratbereiche mit einer Dicke von 1,2 mm oder weniger kleinere Wülste aufweisen. Ferner weisen Substratbereiche mit einer Dicke von 0,6 mm sogar noch kleinere Wülste auf. Substratbereiche mit einer Dicke von 0,6 mm hatten eine akzeptable, jedoch wesentlich höhere Doppelbrechung als die dickeren Substratbereiche. Wenn die Substratbereiche wesentlich dünner als beispielsweise 0,5 mm werden, kann die Doppelbrechung auf inakzeptable Werte steigen.
  • Neben der Überwindung des Randkeil-Problems bieten dünnere Substrate auch Vorteile bei der Gesamtmediumdicke. Dünnere Substrate können beispielsweise die Gesamtkosten des Materials eines einzelnen Mediums verringern. Es kann jedoch eine Untergrenze der Dicke eines Substratbereichs gegeben sein, die beispielsweise durch die Substrat-Doppelbrechung, die Steifigkeit und/oder andere Faktoren wie die Umweltverträglichkeit bestimmt ist. Kurz gesagt beträgt der optimale Dickenbereich für thermoplastische Substratbereiche zur Verwendung in einem sandwichartig aufgebauten holografischen Datenspeichermedium ungefähr 0,5 mm bis 1,3 mm.
  • Wie zuvor erwähnt können Substratbereiche aus einem Thermoplast wie Polycarbonat, Polymethylmethacrylat, amorphes Polyolefin oder dergleichen hergestellt werden. Bei spritzgegossenen Substraten können mehrere Faktoren bestimmen, welches Substratmaterial für die Medienherstellung am besten geeignet ist. Beispielsweise sollte das Substratmaterial in der Lage sein, ein viskoses Photopolymer während des Herstellungsvorgangs einzuschließen. Darüber hinaus sollte das Material in der Lage sein, Oberflächenveränderungen zu zeigen, beispielsweise geprägte oder geformte Oberflächenveränderungen, welche Präzisionsnachlauf- und/oder Vorformatierungsinformationen enthalten können. Das Material sollte in der Lage sein, das holografische Aufzeichnungsmaterial zu kapseln, um das holografische Aufzeichnungsmaterial vor Verschmutzungen aus der Umwelt zu schützen. Darüber hinaus sollte das Material wie zuvor erörtert eine relativ geringe Doppelbrechung aufweisen. Doppelbrechung ist allgemein ein Maß der Ab weichung des Brechungsindex mit der Ausrichtung des Materials. Starke Abweichungen des Brechungsindex mit der Ausrichtung, zum Beispiel, sind im allgemeinen für holografische Mediumsubstratmaterialien unerwünscht.
  • Darüber hinaus sollte ein Material derart gewählt werden, dass die Oberflächenreflexion und die intrinsische optische Streuung weitestgehend minimiert werden. Ferner kann das Medium eine Anti-Reflexionsbeschichtung erfordern. Schließlich können die Materialkosten ein Faktor sein. Unter Berücksichtigung all dieser Faktoren scheint das als amorphes Polyolefin (APO) bezeichnete thermoplastische Material als Substrat zur Verwendung in holografischen Medien gut geeignet. Über das Erfüllen der genannten Design-Kriterien hinaus absorbiert APO ferner auch keinen Wasserdampf. Wenn daher APO als holografisches Mediensubstrat verwendet wird, kann eine Antireflexionsbeschichtung auf das Medium aufgebracht werden, ohne dass ein Backen oder Entgasen des Substrats erforderlich ist.
  • Wie zuvor beschrieben liegt der optimale Dickenbereich zwischen ungefähr 0,5 mm und 1,3 mm. Die Doppelbrechung kann zu groß sein, wenn die Substratdicke geringer als 0,5 mm ist, und der Randkeil kann zu einem Problem werden, wenn die Substratdicke größer als 1,3 mm ist. Daher stellt der Bereich von 0,5 mm bis 1,3 mm den optimalen Bereich für thermoplastische Substrate dar, die in sandwichartig aufgebauten holografischen Datenspeichermedien verwendet werden, und APO scheint das geeignetste thermoplastische Material für derartige Substrate zu sein.
  • 8 zeigt ein System 100, das zum Lesen und Schreiben von einem bzw. auf ein holografisches Speichermedium geeignet ist. Das System 100 weist wenigstens einen Laser 102 auf, der Laserlicht 104 erzeugt. Das Laserlicht 104 passiert die optischen Elemente 106. Die optischen Elemente 106 können beispielsweise einen oder mehrere Strahlteiler, Linsen und Spiegel enthalten. Ein Datencodierer, beispielsweise ein SLM 108, kann in den optischen Elementen angeordnet sein, um Daten im Laserlicht 104 zu codieren.
  • Beispielsweise können die optischen Elemente 106 der optischen Anordnung von 1 entsprechen, obwohl der Schutzbereich der Erfindung nicht darauf beschränkt ist. Das Medium 110 ist dort positioniert, wo es mit holografischen Bit-Abbildungen beschrieben werden kann. Das Medium 110 kann beispielsweise eines oder mehrere der zuvor beschriebenen Merkmale aufweisen, einschließlich dünner Substratbereiche. Jeder Substratbereich kann beispielsweise eine Dicke von weniger als oder gleich ungefähr 2,0 mm, weniger als oder gleich ungefähr 1,2 mm oder sogar weniger als oder gleich ungefähr 0,6 mm aufweisen. Ferner kann jeder Substratbereich in den optimalen Dickenbereich von ungefähr 0,5 mm bis 1,3 mm fallen.
  • Ein Datendetektor 112, beispielsweise eine Kamera, ist zum Erkennen von als Daten codierten Bit-Abbildungen auf dem Medium 110 angeordnet. Ein (nicht dargestellter) Nachführdetektor, beispielsweise ein PSD, ein segmentierter Detektorarray, ein Photodetektor mit zwei Elementen oder dergleichen, kann zum Erkennen von Licht angeordnet sein, das vom Medium 110 gebeugt wird, so dass das System 100 in der Lage ist, die Spurpositionen auf dem Medium 110 genau zu lokalisieren.
  • In dem System kann wenigstens ein Laser 102 von einem (nicht dargestellten) Aufzeichnungs-/Lesekopf getragen sein. (Nicht dargestellte) weitere Laser können ebenfalls vom Aufzeichnungs-/Lesekopf getragen sein. Auf diese Weise kann der Laser 102 zum Lesen und Schreiben von Hologrammen von dem bzw. auf das Medium 110 korrekt positioniert werden.
  • Verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung wurden beschrieben. Beispielsweise wurde ein sandwichartig aufgebautes holografisches Datenspeichermedium beschrieben. Die Substratbereiche des Mediums können von adäquater Dicke sein, um die Randkeil-Probleme zu überwinden. Ferner kann das Medium einen Teil eines holografischen Datenspeichersystems bilden. Diese und andere Ausführungsbeispiele fallen in den Schutzbereich der nachfolgenden Ansprüche.
  • ZUSAMMENFASSUNG Thermoplastische Substrate für holografische Datenspeichermedien
  • Nach einem Ausführungsbeispiel weist ein holografisches Datenspeichermedium einen ersten thermoplastischen Substratbereich mit einer Dicke von weniger als ungefähr 2 mm und einen zweiten thermoplastischen Substratbereich mit einer Dicke von weniger als ungefähr 2 mm auf. ein holografisches Aufzeichnungsmaterial kann zwischen dem ersten und dem zweiten thermoplastischen Substratbereich angeordnet sein. indem die thermo- plastischen Substratbereiche ausreichend dünn ausgebildet werden, können Randkeil-Probleme vermieden werden.
  • (4B)

Claims (13)

  1. Holografisches Datenspeichermedium mit: – einem ersten thermoplastischen Substratbereich mit einer Dicke von weniger als 2 mm, – einem zweiten thermoplastischen Substratbereich mit einer Dicke von weniger als 2 mm, und – einem holografischen Aufzeichnungsmaterial, das zwischen dem ersten und dem zweiten thermoplastischen Substratbereich angeordnet ist.
  2. Holografisches Datenspeichersystem mit: – einem Laser, der wenigstens einen Laserstrahl erzeugt, – optischen Elementen, durch welche der Laserstrahl läuft, – einem Datencodierer, der Daten in wenigstens einem Teil des Laserstrahls codiert, – einem holografischen Aufzeichnungsmedium, das wenigstens ein Hologramm speichert, wobei das holografische Aufzeichnungsmedium aufweist: – einen ersten thermoplastischen Substratbereich mit einer Dicke von weniger als 1,2 mm, – einen zweiten thermoplastischen Substratbereich mit einer Dicke von weniger als 1,2 mm und – ein holografisches Aufzeichnungsmaterial, das zwischen dem ersten und dem zweiten thermoplastischen Substratbereich angeordnet ist, und – einem Datendetektor, der das Hologramm erfasst.
  3. Gegenstand nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der erste und der zweite thermoplastische Substratbereich wenigstens eines der folgenden Materialien aufweisen: Polycarbonat, Polymethylmethacrylat und amorphes Polyolefin.
  4. Gegenstand nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das holografische Aufzeichnungsmaterial ein Photopolymer ist.
  5. Gegenstand nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Medium eine Platte oder eine Karte ist.
  6. Gegenstand nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der erste und der zweite thermoplastische Substratbereich eine Dicke von weniger als oder gleich 1,2 mm aufweisen.
  7. Gegenstand nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der erste und der zweite thermoplastische Substratbereich eine Dicke von weniger als oder gleich 0,6 mm aufweisen.
  8. Gegenstand nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der erste und der zweite thermoplastische Substratbereich spritzgegossene Substratbereiche sind.
  9. System nach Anspruch 2, bei dem der Datencodierer einen Raumlichtmodulator und der Datendetektor eine Kamera aufweist.
  10. Verfahren mit den folgenden Schritten: – Spritzgießen eines ersten Substratbereichs und eines zweiten Substratbereichs, um Dicken des ersten und des zweiten Substrats von weniger als 2,0 mm zu erhalten, – Aufbringen eines Photopolymers zwischen dem ersten und dem zweiten Substratbereich, – Drücken des ersten Substratbereichs gegen eine obere Referenzebene, – Drücken des zweiten Substratbereichs gegen eine untere Referenzebene und – Härten des Photopolymers.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem die Dicke des ersten und des zweiten thermoplastischen Substratbereichs weniger als oder gleich 1,2 mm beträgt.
  12. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem die Dicke des ersten und des zweiten thermoplastischen Substratbereichs weniger als oder gleich 0,6 mm beträgt.
  13. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem das Aufbringen eines Photopolymers zwischen dem ersten und dem zweiten Substratbereich das Einspritzen des Photopolymers zwischen den ersten und den zweiten Substratbereich durch mittiges Ausgeben des Photopolymers durch einen Innendurchmesser wenigstens eines der Substratbereiche erfolgt.
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