JP2010152357A

JP2010152357A - データ記憶装置及び方法

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Publication number: JP2010152357A
Application number: JP2009289979A
Authority: JP
Inventors: Kenneth Brakeley Welles; ケネス・ブレイクリー・ウェルズ; Zhiyuan Ren; ジユアン・レン; Lee Lawrence Brian; ブライアン・リー・ローレンス; Pingfan Peter Wu; ピンファン・ピーター・ウー; John Erik Hershey; ジョン・エリック・ハーシー; Xiaolei Shi; シャオレイ・シー; John Anderson Fergus Ross; ジョン・アンダーソン・ファーガス・ロス; Victor Petrovich Ostroverkhov; ヴィクター・ペトロヴィッチ・オストロヴァーコフ
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2008-12-23
Filing date: 2009-12-22
Publication date: 2010-07-08
Anticipated expiration: 2029-12-22
Also published as: EP2202734A1; CN101783148B; CN101783148A; KR20100074079A; US20100157773A1; US8182966B2; JP5749885B2; KR101593232B1

Abstract

【課題】単純で、安価であり、堅牢なホログラム・メモリ・システムを提供する。さらに、ビット指向型ホログラム・メモリ・システムを提供する。
【解決手段】データ記憶装置が、複数の垂直方向に積層し横方向に広がる層（４１１０）に沿った軌道に複数の体積（４５１０、４５２０）を配列した熱可塑性基材と、各々が体積の対応する一つに収容されている複数のマイクロホログラム（４２０２、４２０４）とを含んでおり、体積の各々におけるマイクロホログラムの存在又は非在が、記憶されているデータの対応する部分を示す。
【選択図】図４５

Description

本発明は一般的には、データ記憶システム及び方法に関し、さらに具体的には、光データ記憶システム及び方法、並びにホログラム・データ記憶システム及び方法に関する。

データ記憶システム及び方法が望ましいことは公知である。体積ホログラム記録システムは一般的には、感光性ホログラム媒体の内部で収束する２本の対向伝播型のレーザ・ビーム又は光ビームを用いて干渉パターンを形成する。この干渉パターンは、ホログラム媒体の屈折率の変化又は変調を生ずる。符号化したいデータに応じて光ビームの１本を変調すれば、得られる干渉パターンは強度及び位相の両方について変調するデータを符号化する。記録された強度及び位相情報は後に、無変調光ビーム又は参照光ビームの再導入に応じて検出され、これにより、符号化されたデータを反射として復元することができる。

従来の「ページ方式」ホログラム・メモリは、ホログラム媒体の二次元のアレイ又は「ページ」に並列して書き込まれたデータを有する。

相対的に単純で、安価であり、堅牢なホログラム・メモリ・システムを提供することが望ましい。さらに、ビット指向型ホログラム・メモリ・システムが望ましい。

データ記憶装置が、複数の垂直方向に積層し横方向に広がる層の軌道（トラック）に複数の体積を配列した熱可塑性基材と、各々が体積の対応する一つに収容されている複数のマイクロホログラムとを含んでおり、体積の各々におけるマイクロホログラムの存在又は非在が、記憶されているデータの対応する部分を示す。

本発明の理解は、本発明の好適実施形態についての以下の詳細な説明を添付図面と共に考察することにより容易になろう。尚、図面では、類似の参照符号は類似の部材を表わす。
対向伝播型光ビームを用いて媒体の内部にホログラムを形成する構成を示す図である。対向伝播型光ビームを用いて媒体の内部にホログラムを形成する代替的な構成を示す図である。対向伝播型光ビームを用いて媒体の内部にホログラムを形成する代替的な構成を示す図である。対向伝播型光ビームを用いて媒体の内部にホログラムを形成する代替的な構成を示す図である。対向伝播型光ビームを用いて媒体の内部にホログラムを形成する代替的な構成を示す図である。光強度パターンを示す図である。図６の強度パターンに対応する線形媒体での屈折率変調を示す図である。回折効率が記録温度と読み出し温度との間の差の関数である場合のホログラムの期待ブラッグ離調を示す図である。回折効率が角度変化の関数である場合のホログラムの期待ブラッグ離調を示す図である。実質的に線形の光応答性媒体における光強度を示す図である。実質的に線形の光応答性媒体における対応する屈折率変化を示す図である。実質的に非線形の光応答性媒体における光強度を示す図である。実質的に非線形の光応答性媒体における対応する屈折率変化を示す図である。実質的に線形の光応答性媒体における光強度を示す図である。実質的に線形の光応答性媒体における対応する屈折率変化を示す図である。実質的に非線形の光応答性媒体における光強度を示す図である。実質的に非線形の光応答性媒体における対応する屈折率変化を示す図である。屈折率変調の関数としての期待マイクロホログラム反射率を示す図である。ある時刻での位置の関数としての期待温度上昇プロファイルを示す図である。ある時刻での位置の関数としての期待温度上昇プロファイルを示す図である。期待屈折率変化を上昇する温度の関数として示す図である。対応するマイクロホログラム読み出しモード及び書き込みモードを示す図である。材料温度を臨界温度まで上昇させるのに要求される光ビーム入射光ビーム・エネルギの期待される関係を対応する光学的フルエンスの関数として示す図である。可逆型可飽和吸収体を用いた透過率とフルエンスとの間の期待される関係を示す図である。可逆型可飽和吸収体を用いた正規化後の線形吸収と光ビーム・ウエストと距離との間の期待される関係を示す図である。媒体の内部での期待される対向伝播型光ビーム露光を示す図である。媒体の内部での対応する温度上昇を示す図である。図１６（Ａ）及び図１６（Ｂ）の温度上昇に対応する期待屈折率変化を示す図である。２５℃及び１６０℃でのオルトニトロスチルベンの正規化透過率変化を時間の関数として示す図である。オルトニトロスチルベンの量子効率変化を温度の関数として示す図である。２５℃及び１６０℃でのジメチルアミノジニトロスチルベンの吸光度を波長の関数として示す図である。追従及び集束検出器構成を示す図である。シミュレートした屈折率プロファイルの等高線を示す図である。シミュレートした屈折率プロファイルの等高線を示す図である。シミュレートした屈折率プロファイルの等高線を示す図である。ホログラム方式で記録された媒体の領域に入射する入射レーザ・ビームの断面を示す図である。図１９（Ａ）〜図１９（Ｃ）の円形マイクロホログラムのシミュレーションに対応する近距離場分布（＝−２μｍ）を示す図である。図１９（Ａ）〜図１９（Ｃ）の円形マイクロホログラムのシミュレーションに対応する近距離場分布（＝−２μｍ）を示す図である。図１９（Ａ）〜図１９（Ｃ）の円形マイクロホログラムのシミュレーションに対応する近距離場分布（＝−２μｍ）を示す図である。図２１（Ａ）の近距離場分布に対応する遠距離場分布を示す図である。図２１（Ｂ）の近距離場分布に対応する遠距離場分布を示す図である。図２１（Ｃ）の近距離場分布に対応する遠距離場分布を示す図である。シミュレートした屈折率プロファイルの等高線を示す図である。シミュレートした屈折率プロファイルの等高線を示す図である。シミュレートした屈折率プロファイルの等高線を示す図である。図２３（Ａ）〜図２３（Ｃ）の円形マイクロホログラムのシミュレーションに対応する近距離場分布を示す図である。図２３（Ａ）〜図２３（Ｃ）の円形マイクロホログラムのシミュレーションに対応する近距離場分布を示す図である。図２３（Ａ）〜図２３（Ｃ）の円形マイクロホログラムのシミュレーションに対応する近距離場分布を示す図である。図２４（Ａ）の近距離場分布にそれぞれ対応する遠距離場分布を示す図である。図２４（Ｂ）の近距離場分布にそれぞれ対応する遠距離場分布を示す図である。図２４（Ｃ）の近距離場分布にそれぞれ対応する遠距離場分布を示す図である。追従及び集束検出器構成、並びに感知される状態の例を示す図である。追従及び集束検出器構成、並びに感知される状態の例を示す図である。追従及び集束検出器構成、並びに感知される状態の例を示す図である。追従及び集束検出器構成、並びに感知される状態の例を示す図である。集束及び追従サーボ系を示す図である。交互方向の渦巻き型軌道を有するフォーマティングを示す図である。様々な軌道始点及び終点を示す図である。実質的に円形のマイクロホログラムを含むフォーマティングを示す図である。長型マイクロホログラムを含むフォーマティングを示す図である。軸外マイクロホログラム記録を示す図である。軸外マイクロホログラム反射を示す図である。軸外マイクロホログラム記録及び読み出しを示す図である。軸外マイクロホログラム記録及び読み出しを示す図である。軸外マイクロホログラム記録及び読み出しを示す図である。マスタ・マイクロホログラム媒体を準備するための構成を示す図である。マスタ・マイクロホログラム媒体から共役マスタ・マイクロホログラム媒体を準備するための構成を示す図である。共役マスタ・マイクロホログラム媒体から流通向けマイクロホログラム媒体を準備するための構成を示す図である。マスタ・マイクロホログラム媒体から流通向けマイクロホログラム媒体を準備するための構成を示す図である。予備フォーマットされたマイクロホログラム・アレイを変化させることによるデータの記録を示す図である。マイクロホログラム・アレイ方式のメモリ装置を読み取るための構成を示す図である。ホログラム媒体に記憶されているマイクロホログラムの１層の半径方向断面図である。図４１の層の部分を示す図である。図４１の層の部分を示す図である。図４１の層の部分を示す図である。ホログラム媒体の軌道に沿って記憶されたマイクロホログラムの層の一部の断面図であって、１本の軌道で隣り合うビット同士が互いに関して垂直方向にずれている場合の図である。ホログラム媒体の軌道に沿って記憶されたマイクロホログラムの層の一部の断面図であって、１本の軌道で隣り合うビット同士が互いに関して垂直方向にずれている場合の図である。ホログラム媒体の軌道に沿って記憶されたマイクロホログラムの層の一部の断面図であって、１本の軌道で隣り合うビット同士が互いに関して垂直方向にずれている場合の図である。ホログラム媒体の軌道に沿って記憶されたマイクロホログラムの層の一部の断面図であって、１本の軌道で隣り合うビット同士が互いに関して垂直方向にずれている場合の図である。ホログラム媒体の軌道に沿って記憶されたマイクロホログラムの層の一部の半径方向図であって、マイクロホログラムの隣り合う軌道同士が互いに関して垂直方向にずれている場合の図である。ホログラム媒体の軌道に沿って記憶されたマイクロホログラムの層の一部の半径方向図であって、マイクロホログラムの隣り合う軌道同士が互いに関して垂直方向にずれている場合の図である。様々なビット及び軌道の垂直方向オフセットについてのシミュレーション結果を示す図である。様々なビット及び軌道の垂直方向オフセットについてのシミュレーション結果を示す図である。様々なビット及び軌道の垂直方向オフセットについてのシミュレーション結果を示す図である。様々なビット及び軌道の垂直方向オフセットについてのシミュレーション結果を示す図である。様々なビット及び軌道の垂直方向オフセットについてのシミュレーション結果を示す図である。様々なビット及び軌道の垂直方向オフセットについてのシミュレーション結果を示す図である。様々なビット及び軌道の垂直方向オフセットについてのシミュレーション結果を示す図である。複数のマイクロホログラムを内部に記憶したホログラム媒体に対して読み書きを行なうのに適したシステムのブロック図である。本発明の一実施形態によるマイクロホログラムを読み出すパワーを調節する工程フローを示す図である。

本発明の図面及び記載は、分かり易くする目的で典型的なホログラフィ方法及びシステムに見出される他の多くの要素を除外しながら本発明の明確な理解に関連する要素を示すように単純化されていることを理解されたい。但し、かかる要素は当技術分野では周知であり、また本発明のさらに十分な理解を容易にする訳でもないため、かかる要素についての議論は本書では取り上げない。本書の開示は、当業者に公知のかかる全ての変形及び改変に関わる。
〔全体像〕
体積光記憶システムは、大容量データ記憶に対する需要を満たす潜在的可能性を有する。コンパクト・ディスク（ＣＤ）形式及びディジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）形式のようにディジタル情報が単一（又は最大でも２層）の反射層に記憶される従来の光学式ディスク記憶形式とは異なり、本発明の一観点によれば、ディジタル内容が、記憶媒体の垂直方向に積層し横方向に配向した軌道（トラック）に配列された複数の体積において局所化された屈折率変化として記憶される。軌道の各々が、対応する横方向例えば半径方向に配向した層を画定し得る。

本発明の一観点によれば、データの単一ビット又はビット群を、各々が体積の対応する一つに実質的に収容されている個別のマイクロホログラムとして符号化することができる。一実施形態では、媒体（１又は複数）は射出成形用熱可塑性材料製ディスクの形態を取っており、１又は複数の非線形関数的特徴を呈する。この非線形関数的特徴は、入射光の光学的強度若しくはエネルギ、又は加熱のように、受けたエネルギの非線形関数である屈折率変化として具現化され得る。かかる実施形態では、媒体の所与の体積の内部に干渉縞を生成することにより、データの１又は複数のビットを、後に検出可能な屈折率変調として当該体積に選択的に符号化することができる。このように、三次元型分子性光応答性の屈折率変化マトリクスを用いてデータを記憶することができる。

本発明の一観点によれば、非線形関数的特徴は、当該条件よりも小さい場合には実質的な屈折率変化は生じず当該条件よりも大きい場合には測定可能な屈折率変化が誘発されるようなエネルギ応答性閾値条件を確立することができる。この態様で、閾値よりも小さい送達エネルギを有する光ビームを入射させることにより選択された体積を読み取り又は復元したり、閾値よりも大きい送達エネルギを有する光ビームを用いて選択された体積を書き込み又は消去したりすることができる。従って、各々がマイクロホログラムを実質的に内部に含んでいても含んでいなくてもよい体積の稠密なマトリクスを確立することができる。マイクロホログラムの各々が、当該マイクロホログラムを書き込むのに用いられる対向伝播型光ビームの干渉縞に対応して異なる屈折率を有する交互型小領域パターンとして具現化される。屈折率変調が、符号化されたビット中心のように目標体積からの距離の関数として急速に減衰する場合には、体積をさらに稠密に充填することができる。

本発明の一観点によれば、特定の体積の屈折率変化は、当該体積を通過する対向伝播型レーザ・ビームの干渉縞に対応して局所化された加熱パターンによって誘発され得る。一実施形態では、屈折率変化は熱可塑性材料製媒体のアモルファス状態と結晶状態との間の密度差から生ずる。一方の状態から他方の状態への移行は、内部の干渉縞において目標体積の小体積を熱的に活性化することにより媒体の目標体積において選択的に誘発され得る。代替的には、屈折率変化は、目標体積の内部に配置された染料又は染料内の他の触媒に生ずる化学的変化のような媒体の目標体積の小体積の内部の化学的変化によって誘発されてもよい。かかる化学的変化は、熱活性化を組み合わせて用いて選択的に誘発されてもよい。

非線形応答性媒体を用いた構成が、単一の厳密に集束された光ビーム、集束された反射光ビーム、僅かに集束された反射光ビーム又は無集束の反射光ビームを用いるビット指向型（ページ方式に対立する）マイクロホログラム媒体及びシステムを提供するために用いるのに好適である。かかる構成は、記録光学系の整列不正に対する許容度の向上、並びにマイクロホログラフィ・システムの簡素化及び低経費化を含めた利点を提供する。このように、本発明の一観点によれば、曲率の殆ど又は全くない反射性要素をマイクロホログラフィ・システムに用いることができる。データを記録するディスクの片面を反射性要素として用いてもよい（反射性皮膜を備えていてもいなくてもよい）。

例えば、低曲率の特徴を有する射出成形用熱可塑性材料製媒体を成形して媒体表面とし、反射を発生するため及び追従（トラッキング）のために金属化して用いることができる。本発明の一観点によれば、熱可塑性材料製媒体は、僅かに曲面を成す要素をディスクに組み入れるように成形されてディスクにされ、するとこのディスクを用いて、パワー密度を高めた反射を発生することができる。これらの特徴は、ＤＶＤの溝と同様に追従のために好適であり得る。さらに、反射した光ビームを補正する１又は複数の要素を用いてもよい。例えば、曲面鏡を用いてコリメートされた光ビームを生成し、また液晶セルを用いて、異なる層に向かうことにより発生される経路長差を相殺してもよい。或いは、回折要素のように作用するホログラム層を、光ビームに対する補正を与えるように媒体の表面の近傍に配置してもよい。外部鏡又はディスク表面を用いて反射を発生することもできる。

本発明の一観点によれば、異なる層におけるデータ読み出しは異なっていてよい。反射は異なる層では異なる収差を有するため、この収差を用いて、集束過程で層の指標付け（indexing）を行なうことができる。ディスク裏面の設計を用いて、実効的な格子強度を高めるために反射した光ビームのさらに十分な制御を提供することができる。多層皮膜及び／又は表面構造（表示フィルム構造と同様のもの）も利用に適する。本発明の一観点によれば、斜行入射光ビームを吸収して垂直光ビームを反射する設計を用いて、雑音を低減すると共にマイクロホログラムの配向を制御してもよい。さらに、マイクロホログラムの格子強度は、異なる層で同じである必要はない。パワー・スケジューリングを用いて、異なる層での記録を行なってもよい。

本発明の一観点によれば、閾値型材料において１本の集束した光ビーム及び１本の平面波光ビームを用いてマイクロホログラムの記録を実行することができる。かかる方法は２本の入力光ビームを用いてもよいが、整列の要件は従来の方法論ほど厳しくない一方で、マイクロホログラムの配向及び強度は十分に制御されて複数の層にわたって一様な状態に保たれる。読み出し信号も、さらに良好に予測され得る。
〔単一ビット・ホログラフィ〕
単一ビット・マイクロホログラフィは、光データ記憶について他のホログラフィ手法を凌ぐ幾つかの利点を与える。図１を参照して述べると、同図には、対向伝播型光ビームを用いて媒体の内部にホログラムを形成する例示的な構成１００が示されている。ここで、マイクロホログラム記録は、干渉して記録媒体１３０の体積１４０に縞を生成する２本の対向伝播型光ビーム１１０、１２０から生ずる。干渉は、光ビーム１１０、１２０を記録媒体の内部の目標体積例えば所望の位置１４０において回折限界に近い径（約１マイクロメートル（μｍ）以下のように）に集束することにより達成され得る。光ビーム１１０、１２０は、光ビーム１１０には従来のレンズ１１５を用い、光ビーム１２０にはレンズ１２５を用いて集束され得る。単レンズ集束を図示しているが、複レンズ形式を用いてもよいことは言うまでもない。

図２は、対向伝播型光ビームを用いてホログラム支持媒体の内部にホログラムを形成する代替的な構成２００を示す。構成２００では、レンズ１２５が曲面鏡２２０に置き換えられており、光ビーム１１０の集束された反射１２０が光ビーム１１０自体と干渉するようにしている。構成１００、２００は、両レンズ１１５、１２５又はレンズ１１５及び鏡２２０の互いに対する極めて正確な位置揃えを要求する。従って、かかる構成を用いるマイクロホログラム記録システムは、従来の高精度位置決め装置を組み入れたもののような安定で無振動の環境に限定される。

本発明の一観点によれば、集束された反射光ビーム、僅かに集束された反射光ビーム又は無集束の反射光ビーム（対向伝播型の集束された光ビームに対して）を記録に用いることができる。図３は、対向伝播型光ビームを用いて媒体の内部にホログラムを形成する代替的な構成３００を示す。構成３００は、光ビーム１１０の鏡３２０からの無集束対向伝播型反射３１０を用いている。図示の実施形態では、鏡３２０は実質的に平面状の鏡の形態を取っている。

図４は、対向伝播型光ビームを用いて媒体の内部にホログラムを形成する代替的な構成４００を示す。構成４００は、光ビーム１１０の鏡４２０からの僅かに集束された対向伝播型反射４１０を用いている。構成４００の図示の実施形態はまた、光学的経路長補正要素４２５を含んでおり、要素４２５は例えば液晶セル、ガラス製楔、又は楔の対の形態を取り得る。

図５は、対向伝播型光ビームを用いて媒体の内部にホログラムを形成するもう一つの代替的な構成５００を示す。構成３００（図３）と同様に、構成５００は、実質的に平面状の反射面を用いる。但し、構成５００は、光ビーム１１０の反射５１０を与えるために媒体１３０自体の部分５２０を用いている。部分５２０は、媒体１３０の反射性（金属皮膜付き等）裏面、媒体１３０の内部の反射層、又は媒体１３０に反射性表面を本質的に形成する１若しくは複数のホログラムの形態を取り得るが、全て非限定的な例とする。

構成３００、４００及び５００では、光ビーム１１０は目標体積又は目標領域では光ビーム３１０、４１０、５１０よりも小さいスポット寸法及び大きいパワー密度を有するため、マイクロホログラムの各次元は小さいスポット寸法の各次元によって決まる。２本の光ビームの間のパワー密度差に潜在的に不利な点は、干渉パターンに生ずる台形成分又は直流成分である。かかる台形成分又は直流成分は、材料１３０の記録能力（ダイナミック・レンジ）のかなりの部分を消費し、この部分では材料１３０は受けた露光強度によって屈折率の線形変化を呈する。

図６は、対向伝播型光ビームから受ける光強度が位置と共に変化して、これにより干渉縞を形成することを示している。図７に示すように、屈折率が、受ける光強度と共にｎ_ｏに対して実質的に線形に変化するような線形応答性材料では、（相対的に）無集束の光ビームがこのようにして所望のホログラムに対応する目標体積よりも遥かに大きい体積においてダイナミック・レンジを消費する場合があり、これにより他の体積及びマイクロホログラムの可能な反射率を低下させる。ダイナミック・レンジはまた、対向伝播型光ビームが直角入射である場合（例えば図１及び図２を参照されたい）にも、媒体の深さの全体にわたって消費される。

本発明の一観点によれば、ホログラム形成時に目標体積以外で影響を受ける体積におけるダイナミック・レンジのかかる消費は、受けるパワー密度に対して非線形応答を呈する記録材料を用いることにより軽減される。換言すると、非線形記録特性を呈する媒体をマイクロホログラム・アプローチと組み合わせて用いる。材料の非線形記録特性を用いて、光強度に対して非線形（例えば平方、立方又は閾値型）である記録を容易にして、記録が、一定の光強度よりも実質的に大きい場合にのみ生ずるようにする。材料のかかる非線形記録特徴によって、指定されていない体積でのダイナミック・レンジの消費が減少し又は解消すると共に、マイクロホログラムの各次元従って目標体積の各次元の縮小が容易になる。

図１０（Ａ）〜図１０（Ｂ）及び図１１（Ａ）〜図１１（Ｂ）は、線形記録媒体の記録特徴を示し、図１０（Ｃ）〜図１０（Ｄ）及び図１１（Ｃ）〜図１１（Ｄ）は、閾値型の非線形記録媒体の記録特徴を示す。さらに明確に述べると、図１０（Ａ）〜図１０（Ｄ）は、図１及び図２に示すような２本の集束した対向伝播型光ビームの干渉が光強度の変調を発生することを示しており、位置０（−０．５と０．５との間の中間）が両方の集束した光ビームの媒体厚みに沿った焦点に対応している。線形記録特性を呈する媒体の場合には、図１０（Ａ）に示す強度プロファイルに従って図１０（Ｂ）に示すもののような屈折率変調が得られる。屈折率変調は最終的には位置０の近傍で最大化し得るが、材料の実質的に全厚にわたって延在しており、例えば図１０（Ｂ）の位置（横軸）の値に限定されないため、得られるマイクロホログラムは、多数の体積が互いの上に積層されているような媒体の内部の特定の体積の内部に実質的に収容されないことを特記しておく。一方、非線形特性又は閾値特性を呈する記録媒体では（閾値条件を図１０（Ｄ）に示す）、記録１０１０は、実質的に閾値条件１０２０に達した体積にのみ生ずるため、得られるマイクロホログラムは、多数の体積が互いの上に積層されている場合に特定の体積の内部に実質的に収容される。図１０（Ｄ）は、縞を誘発するマイクロホログラムが約３μｍにわたって延在していることを示す。同様の特徴が、図１１（Ａ）〜図１１（Ｄ）に示すようにマイクロホログラムの横方向次元にも現われる。これにより実証されるように、媒体の目標とされていない体積のダイナミック・レンジの望ましくない消費が、閾値型の非線形材料を用いることにより軽減される。

説明の目的のために閾値型非線形材料について議論するが、一次近似まででは、屈折率変調の振幅は、線形応答性材料においては光強度と線形に共に変化することを理解されたい（図１０（Ａ）〜図１０（Ｂ）、図１１（Ａ）〜図１１（Ｂ）を参照されたい）。このように、記録閾値を有する材料が特に望ましいと判明したが、屈折率変調の振幅が例えば１よりも大きい羃（又は羃の結合）のように変化する露光に対する非線形光学的応答を呈する材料が、他の影響を受ける体積でのダイナミック・レンジ消費を有意に軽減し得る。

閾値型の非線形材料に戻り、図１０（Ｃ）〜図１０（Ｄ）及び図１１（Ｃ）〜図１１（Ｄ）を再び参照すると、かかる場合には、閾値応答性媒体は、入射エネルギ密度又はパワー密度１０１５が閾値１０２０よりも大きい場合にのみ実質的に光学的に誘発される屈折率変化１０１０を受けることにより作用する。閾値１０２０よりも下では、媒体は屈折率変化を実質的に受けない。記録に用いられる対向伝播型光ビームの一方、例えば反射光ビームは、集束されていてもよいし（図１及び図２）、僅かに集束されていてもよいし（図４）、無集束であってもよい（図３及び図５）。それでも、かかる閾値応答性材料を用いると、集束許容値要件を緩くする効果を有する。もう一つの利点は、図５に示すもののような現行の表面技術光記憶装置と同様の反射性装置をディスクのような媒体に組み入れることができることである。

ここで図８及び図９を併せて参照して述べると、相対的に大きいページ方式ホログラムに対立するものとして相対的に小さいマイクロホログラムを用いると、温度のゆらぎ及び角度整列不正に対する系許容性が高められる。図８は、ホログラムの期待ブラッグ離調（∝１／Ｌ、Ｌはホログラム長である）を記録温度と読み出し温度との間の差の関数として示す。参照番号８１０はマイクロホログラムの期待性能に対応し、参照番号８２０はページ方式ホログラムの期待性能に対応する。図９は、ホログラムの期待ブラッグ離調（∝１／Ｌ、Ｌはホログラム長である）を角度変化の関数として示す。参照番号９１０はマイクロホログラムの期待性能に対応し、参照番号９２０はページ方式ホログラムの期待性能に対応する。

限定ではなくさらに詳細な説明のみのために述べると、回折限界に近い寸法に集束された入射光ビームは、僅かな集束又は全く無集束で反射されることができ、反射光ビームは対向伝播型の集束された入射光ビームに対して無集束（又は僅かに集束されている）となる。反射性要素はディスク表面に位置していてよく、例えば平面鏡又は僅かに曲面を成す鏡の形態を取り得る。集束した光ビームと反射との間に何らかの整列不正が生じたら、干渉パターンは、反射光ビームが相対的に大きい曲率の位相面を有するような位置である集束光ビームの位置によって決まる。大きい曲率は、集束したスポットが反射した光ビームに対して移動するときに小さいパワー密度変化を生ずる。
〔非線形応答性材料例１〕
ホログラム式記憶システムのための媒体候補としてフォトポリマーが提案されている。フォトポリマー系媒体は、ガラス基材の間に介設されたゲル様状態において記録される妥当な屈折率変化及び感度を有する。しかしながら、成形ディスクのように簡素化された構造を提供することが望ましい。さらに、フォトポリマー系は、環境条件すなわち周囲照明に感受性があり、記録工程の前、最中及び場合によっては後にも、特殊な扱いを要する場合が多い。これらの欠点を解消することも望ましい。

本発明の一観点によれば、屈折率変調が光ビームへの露光を介して誘発されるような相変化ポリマー材料がホログラム式データ記憶媒体として用いられる。一実施形態では、検出可能な屈折率変化は、材料のアモルファス成分と結晶成分との間の熱誘発型の局所化された変化から生ずる。これにより、小さいエネルギを用いて潜在的に大きい屈折率変調が誘発される。かかる材料はまた、閾値よりも小さい光学的露光エネルギは材料の屈折率に殆ど又は実質的に全く影響を有さず、閾値よりも大きい光学的露光エネルギは検出可能な屈折率変化を生ずるという閾値条件を提供することができる。

さらに具体的には、相変化を誘発し得るポリマー材料は、射出成形用環境安定型熱可塑性基材において良好な感度（Ｓ＞５００ｃｍ／Ｊ以上）で大きい屈折率変化（Δｎ＞０．０１）を与えることができる。加えて、かかる材料はまた、実質的に閾値応答性記録工程を用いる可能性を与え、周囲光露光が記憶されているデータを実質的に劣化させることのないようにしつつ、読み書きの両方に同波長のレーザを用いることを可能にする。一実施形態では、検出可能な屈折率変化は、共重合体熱可塑性基材の成分の一つのアモルファス状態と結晶状態との間の屈折率差に対応する。かかる基材は、共重合体を溶融温度（Ｔｍ）よりも高温に上昇させ、材料を急冷すなわちクエンチして、以前は結晶性であった材料の成分をアモルファス状態として冷却することにより製造され得る。

ここで図１４（Ａ）及び図１４（Ｂ）を併せて参照すると、光ビームが材料の目標体積の内部で干渉を起こして、干渉縞に対応する目標体積の小体積をここでのエネルギ吸収の結果として局所的に加熱する。一旦、局所的な温度が臨界温度、例えばガラス転移温度（Ｔｇ）を上回ったら（図１４（Ａ））、材料の結晶成分は溶融し、続いて冷却してアモルファス状態になり、材料内の他の結晶状態体積に対して屈折率差を生ずる。臨界温度は代替的には、ナノドメイン成分物質の溶融温度（Ｔｍ）の近くであってもよい。何れにせよ、入射光ビームのエネルギが材料の温度を臨界温度よりも高く上昇させるのに十分でない場合には、実質的に如何なる変化も生じない。このことが図１４（Ｂ）に示されており、同図では、臨界値Ｆ_ｃｒｉｔを上回る光学的フルエンスが相変化を招き、ホログラムの書き込みを結果として生じ、また臨界値Ｆ_ｃｒｉｔよりも小さい光学的フルエンスはかかる変化を実質的に生ぜず、従って記録されたホログラムを読み取るのに適当となり、ゆえに記録されたデータを復元するのに適当となる。

さらに詳細な説明のためという限定しない目的で述べると、臨界値は、Ｆ_ＣＲＩＴ＝Ｌ×ρ×ｃ_ｐ×ΔＴによって与えられ、式中、Ｌはマイクロホログラムの長さすなわち深さであり、ρは材料密度であり、ｃ_ｐは材料の比熱であり、ΔＴは受ける温度変化（すなわちＴ_ｇ−Ｔ_０。ここでＴ_ｇは材料のガラス転移温度であり、Ｔ_０は周囲温度である）である。一例として、密度が１．２ｇ／ｃｍ^３で比熱が１．２Ｊ／（Ｋ・ｇ）であるポリカーボネートを用いる場合に、マイクロホログラムの長さは５×１０^−４ｃｍであり、温度変化は１２５℃（Ｋ）であり、Ｆ_ＣＲＩＴ＝９０ｍｊ／ｃｍ^２である。エネルギ表現に書き換えると、臨界フルエンスＦ_ＣＲＩＴに達するのに必要とされるエネルギ（Ｅ_ＣＲＩＴ）は、Ｅ_ＣＲＩＴ＝Ｆ_ＣＲＩＴ×Ａ＝Ｆ_ＣＲＩＴ×（πｗ_０ ^２／２）であり、式中、Ａはホログラムの横断方向面積であり、ｗ_ｏは光ビーム・ウエストである。Ｅ_ＣＲＩＴを与えるのに必要とされる焦点でのエネルギＥ_Ｆは、

であり、式中、ｅ^−αＬは透過率であり、α＝α_０＋α_ＮＬＦであり、α_０は材料の線形吸収であり、α_ＮＬは材料の非線形吸収であり、Ｆは最大入射光学的フルエンスであり、Ｌはマイクロホログラムの長さである。材料に届いて焦点で所要エネルギＥ_Ｆを与える入射エネルギＥ_ＩＮは、

となり、式中、ｅ^−αＬは透過率であり、α＝α_０＋α_ＮＬＦであり、α_０は材料の線形吸収であり、α_ＮＬは材料の非線形吸収であり、Ｆは最大入射光学的フルエンスであり、Ｌはマイクロホログラムの長さであり、Ｄは材料の深さ（又は長さ）（例えば媒体ディスクの厚み）である。ここで図１５（Ａ）〜図１５（Ｃ）を併せて参照すると、光ビーム・ウエストｗ_ｏが０．６×１０^−４ｃｍであるとすると、ホログラムの横断方向面積Ａは５．６５×１０^−９ｃｍ^２となる。また、マイクロホログラムの深さＬが５×１０^−４ｃｍであり材料の深さＤ（例えば媒体ディスク全体）が１ｍｍであるとすると、入射エネルギＥ_ＩＮとαとの間に予測される関係は図１５（Ａ）に示す通りになる。さらに、材料線形吸収α_０が０．０１８１／ｃｍであり、材料非線形吸収α_ＮＬが１０００ｃｍ／Ｊであるとする（ここでも材料長さは．１ｃｍとする）と、透過率とフルエンスとの間に予測される関係は図１５（Ｂ）に示す通りになる。これらの同じ仮定を用いて、光ビーム・ウエストと距離との間、及び正規化吸収と距離との間に予測される関係は図１５（Ｃ）に示す通りになる。

このことと整合して、図１６（Ａ）及び図１６（Ｂ）に示すように、かかる共重合体材料製媒体の対向伝播型光ビーム露光は、マイクロホログラムでの結晶ポリマーのナノドメインの形成又は破壊のため、対向伝播型光ビーム干渉縞に対応する固定型屈折率変調の形態でマイクロホログラムを書き込むと期待される。すなわち、相変化／分離機構は、用いられている光の波長よりも実質的に小さい結晶ナノドメインの形成又は破壊に基づいて屈折率変調を発生する。図１６（Ｂ）の値は、各々の入射単一ビーム・パワー（Ｐ１＝Ｐ２）が７５ｍＷであり、α＝２０ｃｍ^−１であり、露光時間（τ）が１ｍｓであるような２本の対向伝播型ビームを用いて予測されている。マイクロホログラムを形成する予測される得られる屈折率変化（Δｎ＝０．４）を図１６（Ｃ）に示す。同図で分かるように、対向伝播型光ビームの干渉縞に対応する一連の屈折率変化として具現化されるマイクロホログラムは、局所化された加熱が閾値条件を上回る（例えば温度が１５０℃を超える）場合にのみ実質的に生じ、閾値記録条件が得られる。

利用に適したポリマーとしては、非限定的な例として述べると、部分結晶性を呈する単独重合体、アモルファス・ポリマー及び結晶ポリマーで構成される単独重合体のブレンド、並びにランダム共重合体及びブロック共重合体や、単独重合体を含ませた又は含ませない共重合体のブレンドを含めた多様な共重合体組成物がある。かかる材料は、非限定的な例としてのみ述べると、３マイクロメートル（ミクロン）深さ程度でホログラムを記憶するのに適する。材料の線形吸収が大きく、材料を不透明にして感度を制限する場合がある。

吸光性染料に応答する熱誘発型反応が、光反応性機構から屈折率変化機構を分離するのに好適であり、潜在的に大きい感度を可能にする。本発明の一観点によれば、熱誘発型過程は、光誘発型屈折率変化に非線形応答性機構を提供することができる。この機構又は閾値条件は、データ読み出し及び記録についてそれぞれ低パワー及び高パワーの同じ波長の光ビームを用いることを可能にする。この特徴はまた、周囲光が、記憶されているデータを実質的に損なうのを防ぐ。吸収がフルエンスの関数でありフルエンスの増加と共に増大するような可逆型可飽和吸収（ＲＳＡ）特性を有する染料が有用である。結果として、吸収は光ビームの焦点において最も大きくなり、このことは背景線形吸収が小さいことを意味し、最終的には透明に近い材料を生ずる。かかる染料の実例としては、非限定的な例としてのみ述べるとポルフィリン類及びフタロシアニン類がある。

さらに、アモルファス／結晶共重合体が、ディスクのような射出成形用熱可塑性基材に所望の特性を与えるのに好適である。熱可塑性材料の利用は、重大な後処理要件を必要とせずにデータを安定基材に記録することを可能にし、屈折率変化、感度、安定性及び「固定」は単一の共重合体材料自体によって与えられるようにする。また、従来のフォトポリマーよりも大きい屈折率変調が、共重合体成分の選択を介して可能となり得る。材料の感度は、用いられる染料（１又は複数）の光吸収特性に依存し得る。公知の可逆型可飽和吸収染料の場合には、従来のホログラム用フォトポリマーの２倍〜３倍高い感度が達成可能である。閾値条件はまた、データが記録された後に後処理を殆ど又は全く要求せずに同じ波長でデータを読み書きする能力を提供する。このことは、データの記録の後に系を完全硬化させるために全基材露光を典型的に要求するフォトポリマーと対照的である。最後に、共重合体基材は、データ記録の前にはフォトポリマーのゲル様状態に対立するものとして熱可塑性状態にあってもよい。このことは、フォトポリマーと比較して媒体の物理的構造を有利に簡素化する。熱可塑性状態の材料はそのまま射出成形されることができ、例えば容器又は担体の内部に収容する必要がないからである。

このように、本発明の一観点によれば、アモルファス／結晶共重合体を用いて、光誘発型相変化及び結果としての屈折率変調を支援することができる。線形吸収性染料をアモルファス／結晶相変化材料と組み合わせて用いて、光エネルギを温度上昇へ変換することができる。可逆型可飽和吸収染料（１又は複数）を用いて、温度上昇を効率的に生ずることができる。光学的活性化は、染料及び相変化／分離材料を介して屈折率変化の誘発から分離されることができ、屈折率変化に対する閾値条件を可能にする。

さらに詳細な説明のために述べると、幾つかのブロック共重合体組成物では、共重合体の性質のため、個別のポリマー相が自発的に分離して、ポリマー・ブレンドのように巨視的に成長することのない規則的な秩序を有する領域（ドメイン）構造となる。この現象は、SakuraiによってＴＲＩＰ、第３巻（１９９５年）、第９０頁以下で議論されている。共重合体を構成している個別のポリマーは、温度に依存してアモルファス挙動及び／又は結晶挙動を呈し得る。個別のポリマーの重量比は、分離したミクロ相が球を形成するか、円柱を形成するか、ラメラを形成するかを決定するのに役立つ。両方の相が、個別のブロックのガラス転移温度（Ｔｇ）及び溶融温度（Ｔｍ）よりも高温での短時間（又はより長時間）の加熱後にアモルファスとなるような共重合体系を用いることができる。低温に冷却すると、相の一つが、本来のミクロ相の形状を保ちつつ結晶化する。この現象の一例がポリ（エチレンオキシド）／ポリスチレンブロック共重合体について示されており、Hung他によってMacromolecules、第３４巻（２００１年）、第６６４９頁以下に報告されている。本発明の一観点によれば、ポリ（エチレンオキシド）／ポリスチレンブロック共重合体を例えば７５％／２５％比で用いることができる。

例えば、銅フタロシアニン、鉛フタロシアニン、亜鉛フタロシアニン、インジウムフタロシアニン、インジウムテトラブチルフタロシアニン、ガリウムフタロシアニン、コバルトフタロシアニン、白金フタロシアニン、ニッケルフタロシアニン、テトラ−４−スルホナトフェニルポルフィリナト銅（II）又はテトラ−４−スルホナトフェニルポルフィリナト亜鉛（II）（Copper Phthalocyanine, Lead Phthalocyanine, Zinc Phthalocyanine, Indium Phthalocyanine, Indium tetra-butyl Phthalocyanine, Gallium Phthalocyanine, Cobalt Phthalocyanine, Platinum Phthalocyanine, Nickel Phthalocyanine, tetra-4-sulfonatophenylporphyrinato-copper(II) or tetra-4-sulfonatophenylporphyrinato-zinc(II)）等のフタロシアニン染料のような光化学的に安定で熱的に安定な染料をかかる共重合体に添加して射出成形し、１２０ｍｍ径のディスクとすることができる。成形時には共重合体の温度はポリスチレンのガラス転移温度（Ｔｇ）及びポリ（エチレンオキシド）の溶融温度（Ｔｍ）よりも高く上昇し、このようにしてミクロ相分離によってアモルファス材料を生成する。約−３０℃へのディスクの冷却、例えば急冷は、ポリ（エチレンオキシド）相を材料の全体にわたり結晶化させる。結晶領域の領域寸法が１００ナノメートル未満（例えば＜１００ｎｍ）のように十分に小さい場合には、光は媒体によって散乱されず、媒体は肉厚の基材であっても透明なままになる。データは、２本のレーザ・ビーム（又は光ビームとその反射）をディスクの特定の領域、例えば目標体積において干渉させることにより、材料に記録され得る。

１又は複数の記録光ビーム（例えば高出力レーザ・ビーム）への露光後に、染料は、干渉縞において強い光を吸収して、ディスクの対応する体積又は領域の温度をポリ（エチレンオキシド）相の溶融温度（Ｔｍ）よりも高い点まで瞬間的に高める。これにより、該当領域は実質的にアモルファスとなり、周囲材料の結晶領域とは異なる屈折率を生ずる。記録されたマイクロホログラムを読み取って対応するデータをマイクロホログラム反射として復元する目的のために引き続き低エネルギ・レーザ・ビームに露光しても、材料に何ら実質的な変化は生じない。この場合にはポリマーを個別のポリマーのＴｇ又はＴｍよりも高温に加熱しないレーザ出力が用いられる。このようにして、閾値応答性のような非線形光応答性のホログラム式データ記憶媒体であって、長期間にわたり、多数回の読み取りを経ても実質的に安定であるホログラム式データ記憶媒体を提供することができる。

球形、円柱形及びラメラは一般的な構造であるが、他の置換も形成することができ、同等に良好に作用し得る。ポリカーボネート／ポリエステルブロック共重合体を含めた多様なブロック共重合体を代用することもでき、結晶領域の様々な形成温度及び結晶領域が破壊される温度を考慮することができる。放射線を吸収して熱を発生するのに用いられる染料が可逆型可飽和吸収体の形態を取る場合には、加熱が生ずる位置を精密に狙う際に良好な制御が得られる。マイクロホログラムの横方向の広がりは、集束したレーザ・ビーム（１又は複数）のウェスト径よりも有意に小さくなり得る。このように、記録されるマイクロホログラムの外部での記録材料のダイナミック・レンジの消費を制限し又は解消し、ゆえに各々のマイクロホログラムの反射率を高め従ってデータ記憶容量を増大させることが、本発明の一観点によれば非線形記録媒体の利用を介して実現され得る。

また、閾値型材料は、線形材料よりも記録に対する感度が高いという付加的な利点を与え得る。この利点は、マイクロホログラフィ・システムの達成可能な記録データ速度をさらに高めることに繋がる。さらに、媒体の閾値特徴から得られる段階的屈折率変調は、線形材料を用いたときよりも反射率の低いマイクロホログラムを生成するものとなり得る。しかしながら、反射率は、データ記憶応用にとっては十分に高いままであり得る。ここで図１２を併せて参照すると、反射率は屈折率変調の増加と共に高まることが期待される。また、熱拡散は、甚大な問題を呈しないものと期待される。ホログラム形成時の熱拡散も考慮されており、温度パターンは、対向伝播型光ビームの干渉縞に従いすなわち露光パターンに従うものと期待される。屈折率パターンに縞を保つために、熱拡散は縞と縞との間の領域に実質的に限定されて、相変化温度に達することができる。図１２の曲線１２１０は線形応答性材料に対応し、図１２の曲線１２２０は閾値応答性材料に対応する。ここで図１３（Ａ）及び図１３（Ｂ）を併せて参照すると、期待される温度上昇プロファイルが位置の関数として示されている。従って、目標体積から周囲体積への熱漏洩が周囲体積を閾値温度１０２０まで高めることはないものと期待される。
〔非線形材料例２〕
もう一つの構成によれば、ポリマー母材内の有機染料を用いて、ホログラム式データ記憶を行なうための屈折率変化（Δｎ）を支援することができ、この場合には、有機染料はポリマー母材に対して大きい共鳴強化型屈折率を有する。かかる例では、特定の領域すなわち目標体積での染料の漂白を用いて、ホログラフィのための屈折率勾配を生ずることができる。データは、媒体の内部で光ビームを干渉させることにより書き込まれ、特定の区域を漂白することができる。しかしながら、干渉光が媒体全体を通過し（特定の区域のみを漂白したい場合でも）、また漂白用放射線に対する線形応答が存在する場合（光ビーム強度が集束された区域で最高であり当該区域に最大の漂白を生ずる場合でも）には、相対的に低いレベルの染料が入射された媒体の全体にわたり漂白されるものと期待される。このように、データが多数のレベルに書き込まれた後に、望ましくない付加的な漂白が線形記録媒体に生ずるものと予期される。このことは最終的には、媒体に書き込まれ得るデータの層の数を限定し、延いては線形記録媒体の全体的な記憶容量を限定し得る。

記録媒体は、商業向け応用について有用な感度を与えるために、高い量子効率（ＱＥ）を有する必要があるとの認識からもう一つの問題が生ずる。ＱＥは、電子正孔対を生ずる光反応性要素に入射するフォトンの百分率を指し、装置の感度の尺度となる。ＱＥの高い材料は典型的には、低パワーの読み出しレーザを用いる場合でも、記憶されているホログラム従ってデータの急速な漂白を受ける。このことと整合して、データは、データが線形応答性媒体において本質的に読み取り不能となるまでに限定された回数しか読み取ることができない。

本発明の一観点によれば、非線形光応答性媒体を用いてこれらの短所に対処する。この場合にも、データ記憶及び回収を提供するために、ホログラフィ・システムにフォトポリマーではなく熱可塑性材料を基本要素とする材料解を用いることができる。このことは、工程、取り扱い及び記憶、並びに多様なホログラフィ手法との両立性の観点で有利であることが分かっている。

さらに詳細な説明のために述べると、熱可塑性材料内の狭帯域吸収性染料をホログラム光データ記憶に用いることができる。硬質ポリマーの網状組織が、幾つかの光化学反応について量子効率を（ＱＥ）を阻害するものと考えられる。このように、本発明の一観点によれば、熱可塑性材料のＴｇの近くの温度又はこれよりも高温まで等のポリマー網状組織の局所化された加熱は、１００倍よりも大きい倍率等で材料の局所的ＱＥを高めるために有用である。この改善は、ホログラム光データ記憶に有用な態様で材料の感度を直接高める。さらに、この改善は、媒体の不連続の溶融領域内の染料分子が周囲のアモルファス材料よりもよりも高速の光化学反応を受けるようなゲート式工程又は閾値工程を提供し、延いては他の層に重大な影響を及ぼさずに媒体の多くの仮想的な層に書き込みを行なうことを容易にする。換言すると、他の体積の重大な漂白を有害に招くことなく読み書きを可能にする。

ここで図１７（Ａ）〜図１７（Ｃ）を参照して述べると、オルトニトロスチルベン（ｏ−ニトロスチルベン）を含むポリマー母材をホログラム式データ記憶に用いることができる。オルトニトロスチルベンの漂白を齎す光化学反応は周知であり、例えばSplitter及びCalvin、ＪＯＣ（１９５５年）、第２０巻、第１０８６〜１１１５頁に議論されている。後に、McCullochはこの種の化合物を用いて、染料を漂白して被着材料を形成することにより薄膜応用における導波管を製造した（Macromolecules（１９９４年）、第２７巻、第１６９７〜１７０２頁を参照されたい）。McCullochは、特定のｏ−ニトロスチルベンのＱＥがポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）母材では０．０００４０４となることを報告した。しかしながら、McCullochは、希釈ヘキサン溶液内の同じ染料が同じ漂白波長では０．１１のＱＥを有することを特記している。McCullochはさらに、この差がポリマー薄膜からヘキサン溶液への移行時のλｍａｘの浅色偏移によるものと推測している。このことは易動性効果に関連し得る。というのは、硬質ポリマーにおけるｏ−ニトロスチルベンの安定な立体配座は、初期のペリ環状反応のため正しく整列し得ないからである。図１７（Ａ）は、１００ｍＷ、５３２ｎｍレーザによる２５℃及び１６０℃での漂白を示すデータを示す。強化は易動性の増大によるものであるか、単純に高温であるため反応速度が高まることによるか、又は両方の組み合わせによるものであり得る。図１７（Ａ）と整合して、図１７（Ｂ）は、約６５℃よりも高温では議論されている母材のＱＥの強化が期待されることを示す。このように、一実施形態では、ｏ−ニトロスチルベン染料をポリカーボネート母材と共に用いると、僅かに高いＱＥが可能となるに過ぎないもののＰＭＭＡ材料に匹敵する性能を提供することができる。

但し、本発明はこの種類の染料に制限される訳ではないことを理解されたい。寧ろ、本発明は、固形ポリマー母材において室温又は室温の近くで十分に低いＱＥを有し、加熱時にＱＥの指数的増大のようなＱＥの増大を呈する任意の光活性染料物質を思量している。このことは、非線形記録機構を提供する。加熱は、ＱＥが有意に強化される限りにおいて温度をガラス転移温度（Ｔｇ）よりも高温に上昇させる必要はなく、又はＴｇを十分に上回ってもよいことを理解されたい。かかる光活性染料のＱＥは、染料の実質的に一様な分布を含むポリマー母材の特定の領域の内部で強化され得る。ポリカーボネート母材の場合には、光活性染料を含むポリカーボネート母材を当該母材のＴｇよりも高く加熱することにより、漂白速度の増大を達成することができる。漂白速度の増大は、＞１００倍程度であり得る。

選択随意で、ｏ−ニトロスチルベンのような光反応性染料をポリカーボネート母材に添加することに加えて、第二の熱的に安定で及び光化学的に安定な染料を母材に添加して光吸収体として作用するようにし、対向伝播型レーザ・ビームの焦点に位置する干渉縞において局所化された加熱を生成することもできる。集束点における染料濃度、レーザ出力及び時間を用いて、例えば母材のＴｇの近く又はＴｇを上回る所望の範囲に期待温度を調節してもよい。かかる実施形態では、光漂白の第一及び第二の光波長が母材の略同じ領域に同時に集束される。材料の加熱される領域の感度は、周囲の冷たい硬質ポリマー領域よりも例えば１００倍程度大きくなるものと期待される（図１７（Ａ）を参照）ので、情報は、周囲領域に対する漂白効果が大幅に小さい相対的に低パワーの光ビームを用いて目標となる加熱される体積に高速に記憶され得る。このように、以前に記憶されていた領域、又は未だデータ記録されていない領域は、最小限の漂白を受け、これにより、当該領域での望ましくないダイナミック・レンジ消費を軽減して、さらに多くのデータ層を媒体に全体として書き込むことを可能にする。また、特定の書き込み領域を加熱するのに用いられるレーザ波長で相対的に低パワーで読み出すことにより、読み出し時の意図しない染料漂白も軽減される。代替的には、単一の波長又は波長範囲の光を加熱及び漂白に用いてもよく、二つの異なる波長の代わりに唯一の波長の光（又は波長の範囲）が用いられるようにする。

多様な染料が、局所化された加熱の目的のために熱的に安定で光化学的に安定な染料として作用するのに適するが、非線形に振る舞う染料が特に好適であることが分かっている。一つのかかる種類の染料は可逆型可飽和吸収体（ＲＳＡ）として公知であり励起状態吸収体としても知られるものであり、特に興味深い。これらの種類としては多様な金属フタロシアニン類及びフラーレン染料等があり、これらの染料は典型的には、スペクトルの一部において染料の他の強い吸収から十分に分離される極めて弱い吸収を有するが、それでも光の強度が閾値水準を超えたときに強い遷移三重項−三重項吸収を形成する。伸張型ジメチルアミノジニトロスチルベンを用いた非限定的な例に対応するデータを図１７（Ｃ）に示す。このことと整合して、一旦、ジメチルアミノジニトロスチルベンを含ませた媒体において対向伝播型光ビームの干渉縞での光の強度が閾値水準を超えたら、染料は集束点において強い吸収を起こし、材料の対応する体積を高温に速やかに加熱し得るものと期待される。このように、本発明の一観点によれば、熱的ゲート作用事象を用いて、媒体の目標体積以外の体積における不要な露光誘発型反応を最小限に抑えつつ、相対的に低エネルギでデータを媒体の目標体積に書き込むことを可能にする（従って向上した感度を呈する）ことができる。
〔追従及び集束〕
一実施形態では、マイクロホログラムは、媒体が回転するディスク（例えば図２８及び図３０を参照されたい）の形態にある場合には、複数の垂直方向に積層した層に半径方向に延在する渦巻き型軌道に沿って体積媒体に記憶される。光学系は、光ビームを媒体の特定の目標体積に集束させ、以前に記憶されたデータを復元する又は読み出すためにこの体積でのマイクロホログラムの存在又は非在を検出し、又はマイクロホログラムを形成するためにこの体積に干渉縞を生成する。このように、データ書き込み及び復元のためには光ビーム照射時に目標体積を正確に狙うことが重要である。

一実施形態では、入射する光ビームの反射の空間的特徴を用いて、媒体を含むマイクロホログラム・アレイの選択された体積を正確に狙うことを助ける。目標体積例えばマイクロホログラムが焦点又は軌道から外れている場合には、反射像は、焦点内（in-focus）及び軌道内（on-track）のマイクロホログラムからの反射とは予測可能な態様で異なる。すると、このことを監視して、特定の体積を正確に狙うように作動装置（アクチュエータ）を制御するために用いることができる。例えば、焦点外のマイクロホログラムからの反射の寸法は、焦点内のマイクロホログラムからのものとは異なる。さらに、整列不正のマイクロホログラムからの反射は、正しく整列したマイクロホログラムからの反射に比べて細長く、例えば本質的に楕円に近くなる。

さらに詳細な説明のために述べると、上で議論した材料系では、（従来のＣＤ及びＤＶＤ技術とは異なり）非金属化層を用いて入射する読み出し光ビームを反射する。図１８に示すように、媒体１８２０に含まれるマイクロホログラム１８１０は、１又は複数の光学的要素（例えばレンズ）１８５０の周りに配置される環検出器１８４０に向かって読み出し光ビーム１８３０を反射する。光学的要素１８５０は光ビーム１８３０をマイクロホログラム１８１０に対応する目標体積に集束させて、マイクロホログラム１８１０が光学的要素１８５０及び環検出器１８４０に入射する反射を発生するようにする。図示の実施形態では、光学的要素１８５０は、反射をデータ復元検出器（図示されていない）に伝達する。単一のみのマイクロホログラム１８１０が図示されているが、実際には媒体１８２０は、様々な位置（例えばＸＹ座標又は軌道に沿って）及び多くの層（例えばＺ座標、又は深さ平面若しくは擬似平面）に配置されたマイクロホログラムのアレイを含むものと期待されることを理解されたい。作動装置（１又は複数）を用いて、光学的要素１８５０は、マイクロホログラムの選択される一つに対応する異なる目標体積を選択的に狙うことができる。

マイクロホログラム１８１０が読み出し光ビーム１８３０の焦点に位置する場合には、読み出しレーザ・ビーム１８３０は反射されて、これにより光学的要素１８５０において反射信号を発生し、この信号がデータ復元検出器に伝達される。データ復元検出器は、例えば光ビーム１８３０の反射を検出するように配置されているフォトダイオードの形態を取り得る。マイクロホログラム１８１０が焦点に存在しない場合には、対応する信号はデータ復元検出器によって発生されない。ディジタル・データ・システムでは、検出される信号は「１」及び検出される信号の非在は信号「０」と解釈され、又は反対に解釈されてもよい。ここで図１９（Ａ）〜図１９（Ｃ）を併せて参照すると、同図には、入射波長が０．５μｍ、レーザ・スポット寸法がＤ／２＝０．５μｍ、左円偏光、共焦光ビーム・パラメータがｚ／２＝２．５μｍ、及び遠距離場半回折角度がθ／２＝１１．５５°（場）又はθ／２＝８．１７°（パワー）である読み出し光ビームを用いて焦点内軌道内円形マイクロホログラムに対応するシミュレートした反射データが示されている。

ここで図２０を併せて参照すると、読み出しレーザ・ビームをマイクロホログラムによって正しく反射するためには、レーザ・ビームは及びマイクロホログラムに正しく焦点が合い、横方向に中心配置されているべきである。図２０では、入射光ビームが中心部分２０３０において伝播光軸２０２０に垂直な波面２０１０を有することが分かる。マイクロホログラムは、何らかの方向に合致するこれらの波面ベクトル（すなわちｋ個のベクトル）の光のみを実質的に反射する。図２０に示すもののような集束したガウス光ビームは、様々な波面ベクトルを有する多くの小波の重なりである。波面ベクトルの最大角度は、集束用対物レンズの開口数によって決まる。従って、全ての波面ベクトルがマイクロホログラムによって反射される訳ではなく、マイクロホログラムが、幾つかの波面ベクトルを有する入射光のみを反射するフィルタのように作用するようにする。焦点から離れると、入射光の中心部分のみがマイクロホログラムと重なり合う。従って、中心部分のみが反射される。このシナリオでは、反射効率の変化が減少する。

集束した光ビームが軌道のマイクロホログラムと正しく整列していないときには、軌道に垂直な方向に沿った波面ベクトルは軌道に沿った方向の反射ほど強い反射を有しない。このような場合には、光ビームは近距離場では軌道に垂直な方向に細長くなり、遠距離場ではこの方向に押し潰される。従って、別個の追従ホログラムを設けることができる。

図２１（Ａ）〜図２１（Ｃ）は、図１９（Ａ）〜図１９（Ｃ）の円形マイクロホログラムのシミュレーションに対応する近距離場分布（ｚ＝−２μｍ）を示す。図２１（Ａ）は、ｘ＝ｙ＝０及びｚ＝０．０１において発射されて媒体の内部に向かうデータ復元光ビームを示す。図２１（Ｂ）は、ｘ＝０．５の偏移によって生ずる軌道外条件の反射を示す。図２１（Ｃ）は、ｚ＝１．０１の偏移によって生ずる焦点外条件の反射を示す。このように、焦点外条件では光ビーム効率が低下し、軌道外条件では反射は空間的に歪む。ここで図２２（Ａ）〜図２２（Ｃ）を併せて参照すると、同図には、図２１（Ａ）〜図２１（Ｃ）の近距離場分布にそれぞれ対応する遠距離場分布が示されている。図２２（Ａ）は、ｘ＝ｙ＝０及びｚ＝０．０１において発射されて媒体の内部に向かうデータ復元光ビームが、Ｘ方向及びＹ方向の類似の遠距離場発散角（完全）を与えることを示しており、図示の例ではＸ方向及びＹ方向の両方において１１．８８°となっている。図２２（Ｂ）は、ｘ＝０．５の偏移によって生ずる軌道外条件の反射がＸ及びＹにおいて異なる遠距離場分布角度を生ずることを示しており、図示の例ではＸ方向に４．６°及びＹ方向に６．６°となっている。最後に、図２２（Ｃ）は、ｚ＝１．０１の偏移によって生ずる焦点外条件の反射がＸ方向及びＹ方向において類似の遠距離場発散角（完全）を生ずることを示しており、図示の例ではＸ方向及びＹ方向の両方に９．９４°となっている。このように、マイクロホログラムはｋ空間フィルタとして作用し、遠距離場スポットは軌道外条件では楕円となり、また焦点外条件によって小さくなる。

マイクロホログラムは必ずしも円形でなくてもよいことを理解されたい。例えば、長円形のマイクロホログラムを用いてもよい。ここで図２３（Ａ）〜図２３（Ｃ）を併せて参照すると、同図には、図１９（Ａ）〜図１９（Ｃ）のシミュレーションと類似した入射波長が０．５μｍ、レーザ・スポット寸法がＤ／２＝０．５μｍ、左円偏光、レイリー範囲がｚ／２＝２．５μｍ、及び遠距離場半回折角度がθ／２＝１１．５５°（場）又はθ／２＝８．１７°（パワー）である読み出し光ビームを用いて、焦点内軌道内長円マイクロホログラムに対応するシミュレーションが示されている。図２４（Ａ）〜図２４（Ｃ）は、図２３（Ａ）〜図２３（Ｃ）の長円マイクロホログラムのシミュレーションに対応する近距離場分布（ｚ＝−２μｍ）を示している。図２４（Ａ）は、ｘ＝ｙ＝０及びｚ＝０．０１において発射されて媒体の内部に向かうデータ復元光ビームを示す。図２４（Ｂ）は、ｘ＝０．５の偏移によって生ずる軌道外条件の反射を示す。図２４（Ｃ）は、ｚ＝１．０１の偏移によって生ずる焦点外条件の反射を示す。このように、焦点外条件では光ビーム効率が低下し、軌道外条件では反射は空間的に歪む。ここで図２５（Ａ）〜図２５（Ｃ）を併せて参照すると、同図には、図２４（Ａ）〜図２４（Ｃ）の近距離場分布にそれぞれ対応する遠距離場分布が示されている。図２５（Ａ）は、ｘ＝ｙ＝０及びｚ＝０．０１において発射されて媒体の内部に向かうデータ復元光ビームが、マイクロホログラムの長円程度に依存して遠距離場発散を与えることを示しており、図示の例ではＸ方向に８．２３°及びＹ方向に６．１７°となっている。図２５（Ｂ）は、ｘ＝０．５の偏移によって生ずる軌道外条件の反射がＸ及びＹにおいて異なる遠距離場分布角度を生ずることを示しており、図示の例ではＸ方向に４．３３°及びＹ方向に５．０８°となっている。最後に、図２５（Ｃ）は、ｚ＝１．０１の偏移によって生ずる焦点外条件の反射がＸ方向及びＹ方向において異なる遠距離場発散角（完全）を生ずることを示しており、図示の例ではＸ方向に５．８８°及びＹ方向に５．００°となっている。

このように、長円マイクロホログラムもまたｋ空間フィルタとして作用し、長円マイクロホログラムは楕円遠距離場スポット空間プロファイルを生ずるが、軌道外条件では長軸方向は異なる場合があり、焦点外条件によって小さくなる。

本発明を、非限定的な説明の目的のためにのみ円形マイクロホログラムに関するものとしてさらに詳細に説明する。軌道外方向での光ビーム形状変化、及び光ビーム空間強度は、図２６に示すもののような四極検出器を用いて決定され得る。このように、一実施形態では、マイクロホログラム反射の空間プロファイルを用いて、読み出し光ビームが焦点内及び／又は軌道内に位置するか否かを決定する。この信号はまた、二つの光ビーム集束シナリオすなわち焦点外及び軌道外を分離するものでもあり、例えばレーザ光学系ヘッドの位置を補正する駆動サーボにフィードバック信号を与える。例えば、マイクロホログラム反射を電気信号へ変換する１又は複数の検出器を用いて、マイクロホログラムの反射像における変化を検出することができ、従って、かかる検出器を用いて光学的要素位置決め用作動装置に集束及び追従フィードバックを与えることができる。マイクロホログラム反射を検出するためには多様な光検出器を用いることができる。一例として、１又は複数のフォトダイオードを用いて、従来の態様でマイクロホログラムからの反射を検出することができる。フォトダイオードの製造及び用法は当業者には周知である。これらの検出器によって与えられる情報を用いて、正しいデータ軌道に焦点を保って留まるために光学系において作動装置の実時間制御を行なうことができる。

このように、かかるサーボ制御システムは、レーザ・ビーム焦点外条件に生じ得る主に二つのシナリオに対処することができる。第一のシナリオは、レーザ・ビームが正しい層に集束していない場合であり、第二のシナリオは、雑音源の存在下での追従及び集束性能を最適化するように構成されていても、レーザ・ビームが読み出したいマイクロホログラムに対して横方向に整列不正を起こしている場合である。カルマン・フィルタのような推定手法を用いて、実時間誤差を小さくすると共に読み出し誤り及び書き込み誤りを少なくするために、過去、現在又は未来のシステム状態の最適推定を導き出すことができる。

図２６（Ａ）〜図２６（Ｄ）は、検出器構成又はアレイ（図２６（Ａ））、及びシステムが焦点内又は軌道内にあるか否かを決定するための様々な検出状態（図２６（Ｂ）〜図２６（Ｄ））を示す。一実施形態では、４個の四分円形検出器アレイ２６００を用いて、光学系が焦点外又は軌道外にあるか否かを決定することができる。検出器アレイ２６００の各々の四分円形検出器２６００Ａ、２６００Ｂ、２６００Ｃ、２６００Ｄが、当該検出器に反射したエネルギの量に比例した電圧を発生する。検出器アレイ２６００は、例えば四極検出器の形態にあるような四分円形の一つに各々対応している複数のフォトダイオードから成るアレイを組み入れている。図示の実施形態では、検出器アレイ２６００は、体積記憶媒体の内部の光ビームと外部の反射とを中継する（例えば集束させる）のに用いられる集束光学系（例えばレンズ２６２０）よりも大きい面積にわたって伝播する光エネルギに応答する。例えば、四極検出器２６００は、目標体積に入射してここからの反射を受け取るのに用いられる対物レンズの背後に配置されて、光ビーム形状の変化を検出することができる。円形マイクロホログラムの場合には、検出される光ビームの形状が楕円である場合には、この光ビームは軌道外にあり、軌道外方向は楕円光ビームの短軸にあるものと推定することができる。検出される光ビームが期待よりも小さい（さらに小さい開口数による）が、変化の性質が対称である場合には、光ビームは焦点外にあるものと推定することができる。体積媒体から反射した読み出し光ビームの空間プロファイルのこれらの検出される変化は、集束制御及び／又は追従制御を駆動するためのフィードバックとして用いられる。選択随意で、さらに小さいレンズ・アレイを対物レンズの周囲で用いて、歪んだ反射信号を集束させてもよい。さらに、反射した光ビームの伝播角度の変化も、整列不正の方向の指標として有用である。

四分円形環検出器２６００Ａ〜２６００Ｄによって発生される信号の合計量をαによって表わす。系が図２６（Ｂ）に示すように焦点内にある場合には、集束後のスポットは、最小径の円形となり、最小量の信号α_ｍｉｎを発生する。図２６（Ｃ）に示すようにα＞α_ｍｉｎである場合には、光ビーム・スポットは焦点外にあるものと決定され得る。レンズ２６２０は、読み出し光ビームを通過させてマイクロホログラムに集束させるように検出器アレイ２６００の中央に配置され得る。αを最小化する従来のフィードバック制御機構を用いて、マイクロホログラムの焦点を保つことができる。ここで図２６（Ｄ）を併せて参照すると、センサ・ヘッドが軌道外を移動している場合には非対称パターンが検出される。軌道内に位置する場合には、四つ全ての四分円形検出器２６００Ａ、２６００Ｂ、２６００Ｃ、２６００Ｄが等分のエネルギを受けるため、β＝（２６００Ｂ＋２６００Ｄ）−（２６００Ａ＋２６００Ｃ）＝０となる。従って、条件β≠０が軌道外条件を示す。さらに詳細な例として述べると、センサ・ヘッドが軌道外に位置して、変数β（対向する四分円同士の間の差）がさらに正又は負になる場合には、反射信号は細長くなる。従来のフィードバック制御機構を追従サーボと組み合わせて用いると、βの絶対値を最小化することにより追従誤りを低減することができる。一実施形態では、α及びβが適当な時刻にサンプリングされるように時間参照を設定することができる。位相同期回路（ＰＬＬ）を用いてこの参照を設定して、サンプリング式追従及び集束制御システムを形成することができる。また、ディスクの回転速度及び読み出しヘッドの現在位置からの情報を用いて、システムについてのマスタ時間参照Ｔを生成してもよい。

中心のずれたディスク、ディスク歪み及び／又は欠落データのような誤りの原因を補償することができる。カルマン・フィルタを用いて誤りの原因を解明し、過去の情報に基づいて、記録されたマイクロホログラムの将来の経路を予測することができる。渦巻き型経路軌跡の正常な進行も推定されて、追従サーボに転送され得る。この情報は、追従及び集束サーボの性能を高めて、追従及び集束サーボ誤りを減少させるのに有用である。図２７は、集束及び追従制御を具現化するのに適したサーボ系２７００のブロック図を示す。システム２７００は、一実施形態では、従来のカルマン・フィルタの形態を取る集束及び追従経路推定器２７１０、２７２０を含む。集束経路カルマン・フィルタ２７２０は、サーボ・タイミング・パルス（τ）、媒体の回転速度、集束誤り値（ε）（所望の軌道経路と実際の軌道経路との間の差）、及びスタイラス（例えば読み出しヘッド）の現在位置を用いて、媒体が回転しているときの推定焦点軌跡を与える。軌道経路カルマン・フィルタ２７２０は、サーボ・タイミング・パルス（τ）、媒体の回転速度、軌道誤り値（ε）、及びスタイラスの現在位置を用いて、推定軌道軌跡を与える。システム２７００はまた、ホログラム検出用、エッジ検出用、サーボ・タイミング・パルス（τ）提供用の位相同期回路（ＰＬＬ）２７３０を含んでおり、回路２７３０は、検出される合計検出信号α、モータの速度に直接関係するモータ・タイミング信号、及びスタイラスの現在位置に応答してサーボ・タイミング・パルス（τ）を与える。例えば差分増幅器を組み入れた従来の調整サーキットリ２７４０が、合計信号αを与えると共に、四分円形検出器２６００Ａ、２６００Ｂ、２６００Ｃ、２６００Ｄ（図２６（Ａ））に応答して前述の信号βを与える。

焦点サーボ２７５０が、集束経路カルマン・フィルタ２７１０からの推定焦点軌跡、並びにサーボ・タイミング・パルス（τ）、合計信号α、及び従来の層／軌道探索論理（図示されていない）からの層探索命令に応答して、焦点作動装置（１又は複数）２７６０を制御する。追従サーボ２７７０が、軌道経路カルマン・フィルタ２７２０からの推定軌道軌跡、並びにサーボ・タイミング・パルス（τ）、信号β、及び従来の層／軌道探索論理（図示されていない）からの軌道探索命令に応答して、追従作動装置（１又は複数）２７８０を制御する。本質的に、作動装置２７６０、２７８０は、従来の層／軌道探索論理（図示されていない）からの対応する層／軌道探索命令に応答して、媒体におけるヘッドの目標体積に読み出し及び／又は書き込み光ビームを配置して集束させる。

染料分子の転化によって形成されるホログラムは、各々のホログラムが１ビットよりも多いデータを記憶することが可能であるために、二値よりも多い量子化レベルに対応する範囲の読み出し帰投パワーを与えるように書き込まれ得ることを理解されたい。一構成では、このことは、書き込みパワーを調節し、次に転化する染料分子の百分率を制御することにより達成され得る。もう一つの構成では、このことは、各格子が共通の軸を共有するように密に配置されて積層された格子の対を用いて２よりも多い量子化レベルを導入することにより達成され得る。格子包絡線の中心間距離を固定すると、記録後に二つの縞パターンの間での相対的な位相を変化させることにより、読み出し光ビームによって走査されると検出器に向かって伝播する回折した光ビームについて建設的干渉又は破壊的干渉の何れかを生成する構造を生成することができる。この構成では、屈折率変動は閾値型屈折率変化材料の場合と同様に不連続であってよく（例えば階段状）、単一の素子（例えばこの例では格子の対）の寸法が僅かに増大することを代償にするものの依然多数の反射率レベルを生成することが可能である。また、閾値型材料を用いて屈折率変化を発生する場合には、格子の深さ（例えば書き込み光ビーム／読み出し光ビームに沿った次元）がビームの焦点領域の周縁での閾値遮断のため小さくなるので、単一の（多数レベルの）素子が占める実効的な体積が縮小されるように二つの格子を互いにさらに近接して配置することができる。

他の観点では、マイクロホログラムを読み出すときの帰投パワーのばらつきを制御すると、検出されるマイクロホログラムのダイナミック・レンジを縮小して、マイクロホログラムの宣言される検出に対する閾値をさらに厳密にすることを可能にするのに役立つ。また、これによりホログラム媒体のビット誤り率を改善することができる。図５４に示すような例示的な構成４００に関して述べると、読み出したい層に基づいて読み出しパワーを調節することにより、帰投パワーのばらつきを小さくする。この実施形態の例では、ディスク読み出し装置４００がディスク制御器４６０から層ｎを読み出す命令を受ける。この命令は二つの動作を生ずる。第一に、読み出しレーザ４１０のパワーがパワー調節モジュール４５０によって、層ｎの深さに位置するホログラムの読み出しからの期待される帰投光パワーが他の任意の層の深さに位置するホログラムの読み出しからの期待される帰投光パワーと実質的に同じになるように調節される。第二に、深さ調節光学系４３０が、層ｎに位置するホログラムに入る読み出しレーザ４１０によって与えられる読み出しエネルギを集束するように調節される。次いで、パワーを調節されて集束されたレーザ・ビーム４２５が、ディスク１６０の上面に入射するように反射光学系４４０によって導かれる。このように、マイクロホログラムは、レーザのパワーがレーザによって照射されるディスクの表面からのマイクロホログラムの深さに従って調節されるようなパワー調節自在型のレーザを用いて読み出される。

このように、空間的記憶媒体においてマイクロホログラムを集束して追従する方法が開示される。サンプリングされた追従及び集束についてマスタ・システム・タイミング参照が生成される。軌道外条件から生ずるマイクロホログラム反射の非対称性及び／又は焦点外条件から生ずる膨張に基づいて誤り信号が発生される。カルマン・フィルタを用いて、マイクロホログラムのための追従制御サーボの追従経路誤りを推定して補正する。また、カルマン・フィルタを用いて、マイクロホログラムのための集束制御サーボの集束経路誤りを補正することもできる。データが異なる層に基づくものである場合又は層と層との間の変化に基づく場合にはサーボ制御を用いることができる。

本書に記載される追従及び集束システム及び方法は、非線形応答性材料及び／又は閾値応答性材料を用いた体積記憶システム及び方法に限定されるのではなく、米国特許出願公開第２００５０１３６３３３号明細書に記載されているもののような線形応答性材料を用いたものを含め、体積記憶システム及び方法に対する広範な応用可能性を一般に有することを理解されたい。尚、上の特許出願の開示の全体を参照によって本書に援用する。
〔追従のためのデータ指示マイクロホログラムを用いた回転式体積記憶ディスクのフォーマティング〕
図４１を参照して述べると、マイクロホログラム（図４１ではその一つに４１００との参照符号を付す）を回転式媒体ディスクに記憶することができ、このとき多数の垂直層４１１０を用いて、各々の層において１又は複数の半径方向に配向した軌道ｎ〜ｎ＋ｘ（図示の例ではｎ＋５）に沿って記憶する。データ記憶媒体のフォーマットは、システム性能及び経費に多大な影響を有し得る。例えば、隣り合う層におけるマイクロホログラムの隣り合う層の近傍は、マイクロホログラム同士の間のクロストークを生じ得る。この問題は、ディスクの層の数が増大するほど大きくなる。

ここで図４２を参照して述べると、同図には、ホログラム式記憶媒体において隣り合う軌道４２１０、４２２０に並列に配置されている２個のマイクロホログラム４１００（４２０２、４２０４と示す）の断面図が示されている。軌道の周期性又は間隔を軌道ピッチと呼ぶ。書き込み時の干渉縞に対応する屈折率変化の個別の領域４２１５の各々は、書き込みビーム波長の２分の１（λ／２）ずつ離隔されている。図４３で分かるように、適正な波長を有するコヒーレント光のガウス・ビーム４３１０がマイクロホログラムの一つに集束されると、マイクロホログラムはブラッグ格子として作用して、エネルギを反射する。マイクロホログラムが照射されていない場合には、反射は生じない。このように、反射の存在又は非在はマイクロホログラムの存在又は非在を示し、従って対応するデータ状態を示す。ここで図４４を参照して述べると、読み出しビーム４３１０が軌道４２１０と軌道４２２０との間で整列不正を起こしていると、両軌道からのエネルギが反射されるため、何れのデータ・ビットが読み出されているのかを決定することが困難になることが分かっている。図４１に戻り、線４１３０はビーム４３１０の反射強度を表わし、この強度は最終的には、検出器を用いて検出されて、ビット状態を決定することができる。同図に示すように、２本の軌道の間には僅かな信号沈下が存在するが、この沈下はゼロの近くには達しない。このことにより、マイクロホログラム検出及びデータ復元が複雑化する。

ここで図４５を併せて参照すると、同図には、共通の軌道（例えば図４１のｎ＋１）において隣り合う２個のデータ・ビット４５１０、４５２０が示されている。図４４に示す状況と同様に、ビーム４３１０がデータ・ビット４５１０とデータ・ビット４５２０との間に集束されると、両ビットからのエネルギが反射される。ここで図４６を併せて参照すると、同図には、共通の軌道において隣り合うビット４５１０、４５２０の間のクロストークが如何に現われるかが示されている。線４６１０はビーム４３１０の反射強度を表わし、この強度は最終的には、検出器を用いて検出されて、ビット状態を決定することができる。同図に示すように、２個のビットの間には僅かな信号沈下が存在するが、この沈下はゼロの近くには達しない。このことにより、マイクロホログラム検出及びデータ復元が複雑化する。

データ・ビットの曖昧さ（軌道内でも軌道間でも）を除去する一つのアプローチは、ビット同士及び軌道同士の間の離隔をそれぞれ増大させることである。但し、これにより記憶データ密度が人為的に制限されて望ましくない場合がある。

代替的に又は加えて、図４７を参照して述べると、同図には、隣り合うホログラム４５１０、４５２０が僅かに異なる垂直位置（矢印４７０５によって示す）に書き込まれるようなフォーマティングが示されている。図示の例では、マイクロホログラム４５２０が、マイクロホログラム４５１０に対してビーム４３１０の波長の４分の１（λ／４）だけ垂直方向（例えば深さ方向）にずらされている。このことは、マイクロホログラム４５１０から反射した光に対してマイクロホログラム４５２０から反射した光に２分の１波長（λ／２）の偏移を発生する。ビーム４３１０がコヒーレントである場合には、二つの反射信号は相殺して、線４７１０の点線部分４７１５に示す位相反転を生ずる。振幅検出器を用いて記憶されているデータ状態を復元する場合には、反射信号は両ビットの正の応答として検出される（線４７１０によって示すように）。しかしながら有利なことに、図示の位相偏移が存在すると、検出器信号は、図４８に示すように隣り合うビット４５１０、４５２０の間でゼロに達する。このことから、マイクロホログラムの存在及び対応するビット状態を正確に検出する改善された能力が得られる。

図４１に戻り、線４１３０は、隣り合う軌道同士の間の類似の効果を示す。線４１３０は、マイクロホログラムの隣り合う６本の軌道（ｎ〜ｎ＋５）にわたる反射ビーム強度を示す。図４１に示すように、各軌道の間の信号はあまり低下せず、従って、１本の軌道を次の軌道から識別することを複雑化し得る。ここで図４９（Ａ）を併せて参照すると、線４９１０が、隣り合う軌道の位置を垂直方向に４分の１波長（λ／４）だけ変化させる効果を示す。かかるフォーマティングでは、反射信号はこの場合にも軌道同士の間でゼロに達し（線４９１０によって示すように）、マイクロホログラム軌道にわたって検出光学系を適正に配置することを容易にする。かかるフォーマティングを図４９（Ｂ）にさらに詳細に示す。同図では、ホログラム媒体ディスク４９５０が、複数の垂直方向に積層した半径方向に延在する層（単層を示す）の各々に複数の軌道４９２０、４９３０を含んでいる。図示の実施形態では、１本置きの軌道が、同じ相対的垂直配置を有するように変調されている。例えば、軌道４９２０は図４９（Ａ）の軌道ｎ＋１及び軌道ｎ＋３に対応し、軌道４９３０は図４９（Ｂ）の軌道ｎ及び軌道ｎ＋２に対応する。さらに図４９（Ｂ）を参照すると、この軌道間の変調の変化が、各々の軌道の始点及び／又は終点の近く等のディスク４９５０の共通域４９４０の内部に生ずる。また、様々な図面を通じて２段の変調レベルが示されているが、他の数を用いてもよいことを理解されたい。

図５０（Ａ）〜図５２（Ｃ）は、シミュレーション結果を示す。図５０（Ａ）は、単層試験マイクロホログラム・パターンの上面図を示す。図示の試験パターンは、軌道ピッチが０．６μｍの０．５μｍ径マイクロホログラムを含んでおり、４種の異なるマイクロホログラム収容及び介在領域（例えばランド及びピット）の寸法を含んでいる。図５０（Ｂ）は、シミュレートしたガウス読み出しビームを示す。図５０（Ｂ）はまた、図５０（Ａ）の試験パターンからの図示のガウス・ビームのシミュレートした反射を示す。

図５１（Ａ）を参照して述べると、同図は、ビームが図５０（Ａ）の試験パターンの第二の内側軌道（図５０（Ｂ）において参照番号５１Ａとして示す）に沿って中央に配置されたときの図５０（Ｂ）のガウス・ビームのシミュレートした反射振幅を示す。図５１（Ｂ）は、図５０（Ａ）の試験パターンの第二の内側軌道と第三の内側軌道との間に中央配置されたとき（図５０（Ｂ）において参照番号５１Ｂとして示す）の図５０（Ｂ）のガウス・ビームのシミュレートした反射振幅を示す。

図５２（Ａ）及び図５２（Ｂ）は、本発明の各実施形態によるビット及び軌道位相変調の各観点を示す図である。反射信号振幅が図面の右下角に示されており、図５２（Ａ）は位相変調がない系についての試験パターンの各軌道にわたる信号平均を示し、図５２（Ｂ）は４分の１波長垂直軌道間オフセットを用いた場合の信号平均を示す。ここで分かるように、反射信号振幅において、かかる偏移は軌道の区別を強化する。図５２（Ｃ）は、±４５°の垂直ビット間偏移、及び４分の１波長垂直軌道間偏移のシミュレートした反射を示す。同図に示すように、軌道間分離及びビット間分離の両方とも、図５２（Ａ）に示すようもののような無変調条件よりも改善されるものと予測される。

ここで図５３を参照して述べると、同図には、マイクロホログラム・データ記憶媒体読み書きシステム５３００の表現が示されている。システム５３００はパルス型ダイオード・レーザのようなビーム発生源５３０２を含んでおり、ビーム発生源５３０２は、偏光を制御する２分の１波長板５３１５、独立ビーム分割器５３１７（まとめてパワー制御を提供する）及びビーム成形光学系５３１９を介して光学的に結合されている。この後に、発生源５３０２のビーム５３０５は、４分の１波長板５３２１を横断した後にビーム分割器５３０９に入射する。分割器５３０９は２本の出力ビームすなわち書き込みビーム５３０３及び読み出し／参照ビーム５３０７を与える。書き込みビーム５３０３は、シャッタ５３１２、ビーム分割器５３２３、４分の１波長板５３２５及び対物レンズ（ＯＬ２）を介してホログラム媒体５３１０の目標体積に向かう。また、読み出し／参照ビーム５３０７は、ビーム分割器５３２７、２分の１波長板５３２９、ビーム分割器５３３１、４分の１波長板５３３３及び対物レンズ（ＯＬ１）によって媒体５３１０の目標体積に集束される。読み出し／参照ビーム５３０７の媒体５３１０のマイクロホログラム反射は、ビーム分割器５３３１、レンズ５３３５及びピンホール５３３６によって検出器５３３７に向かう。媒体５３１０を通過した読み出し／参照ビーム５３０７の透過光は集束センサ・アレイ５３３９に向かう。読み出し／参照ビーム５３０７のための光学的経路長補正（書き込みビーム５３０３に一致するようにする）は、マイクロステージで配置される反射体５３４１によって行なわれる。スピンドル５３４３が、媒体５３１０（図示の例では回転式ディスクの形態を取っている）を機械的に回転させ、３軸位置決め装置５３４５が、ビーム５３０３、５３０７をホログラム媒体５３１０の異なる目標体積に集束させるようにレンズＯＬ１及びＯＬ２を配置する。

書き込み工程では、ビーム５３０５は偏光ビーム分割器５３０９によって書き込みビーム５３０３及び参照ビーム５３０７に分割される。偏光調節の後に、２本の対向伝播型光ビームが対物レンズＯＬ１及びＯＬ２によって集束されて、媒体５３１０の同じ体積において重なり合う。局所化された干渉縞が生じて、マイクロホログラムを生成する。読み出し工程では、書き込みビーム５３０３はシャッタ５３１２によって遮断される。読み出しビーム５３０７は目標体積に集束されて、当該目標体積にマイクロホログラムが存在する場合には、読み出しビーム５３０７の約１％以下がこの地点から検出器５３３７へ回折／反射される。対応するデータ状態が、検出器５３３７が検出した反射の存在又は非在に基づいて決定される。書き込み及び読み出し時には、大半の読み出し／参照ビーム５３３７エネルギは媒体を通過して検出器アレイ５３３９まで伝達される。同様に、書き込み時には、大半の書き込みビーム５３０３が媒体５３１０を通過して、検出器５３３７によって感知され得る。

システム５３００はまた、減弱要素５３５０を含んでいる。本発明の各実施形態によれば、要素５３５０は、磁気光学式又は電気光学式の変調器の形態を取り得る。このような場合には、要素５３５０は、読み出し／参照ビーム５３０７に対して書き込みビーム５３０３に遅延すなわち光学的経路長調節を導入するように選択的に起動され得る。かかる選択的変調を用いて、減弱要素５３５０を逐次ビット方式及び／又は逐次軌道方式で変調させることにより、逐次ビット方式及び／又は逐次軌道方式で媒体５３１０に形成されているマイクロホログラムの位置を垂直方向に又は深さ方向に偏移させることができる。本発明の一実施形態では、減弱要素５３５０は、λがビーム５３０３及び５３０７の中心波長であるとするとλ／２遅延を導入することができる。ビーム５３０５、５３０３及び５３０７の中心波長は、例えば約４０５ｎｍ又は５３２ｎｍであってよい。

図２８は、回転式ディスクのような媒体に両半径方向に渦巻きを成してデータを記憶することにより、異なる層同士の間でのデータ不連続性を克服するフォーマット２８００を示す。マイクロホログラムは一つの層２８１０では、例えば内向きに走行する渦巻きを成して記憶される。この層２８１０の最後に、データは、ディスクのもう一つの層２８２０において反対方向に移行する渦巻きを成して集束することにより最小の中断で継続する。隣り合う層例えば層２８３０は、開始位置及び方向において交番するように継続し得る。この態様で、直前の渦巻き２８１０が開始していた位置までセンサ・ヘッドが戻るときに掛かっていた時間が解消される。言うまでもなく、直前の渦巻きと同じ始点で開始することが望ましい場合には、データを前以て記憶させておき、検出器が始点に戻っている間に所望のシステム速度で読み出すことができる。代替的には、様々な層の群が一つの開始位置及び／又は進行方向を有し、他の層の群がもう一つの開始位置及び／又は進行方向を有していてもよい。また、隣り合う層の渦巻きの方向を反転すると、同じ方向に進行する渦巻き同士の間の分離を提供することにより層と層との間のクロストークの量を減少させることができる。

ここで図２９を併せて参照すると、各々の渦巻きの移相点又は始点を変化させることにより、クロストークをさらに減少させることができる。図２９は、多数の潜在的なマイクロホログラム軌道始点／終点２９１０Ａ〜２９１０Ｇを含むフォーマット２９００を示す。８個の軌道始点／終点が示されているが、８よりも大きい又は小さい任意の適当な数を用いてよいことを認められたい。本発明の一観点によれば、各々の層の位相又は始点／終点を交番させることができる。層と層との間のクロストークは、異なる層のデータ渦巻きの終点を変化させることにより減少させることができる。すなわち、例えば第一の層が点２９１０Ａで開始して点２９１０Ｈまで内向き渦巻きを成している場合には、次の層は点２９１０Ｈで開始して点２９１０Ｄまで外向き渦巻きを成し、次いで内向き渦巻きを成す次の層が開始する等のようにする。言うまでもなく、他の特定の始点／終点のグループ分けを用いてもよい。

このように、読み書き検出器ヘッドが次の渦巻き、例えば次の層の始点に移るのに必要とされる時間を短縮するために、異なる層では異なる方向に渦巻きを成す渦巻き型軌道として各層にマイクロホログラムを記憶することができる。検出器ヘッドが一つの層から他の層へ移るときの時間区間に、１又は複数のデータ・メモリを用いて、利用者又はシステムにとって一貫したデータ・ストリームを保持することができる。このメモリに記憶されている直前のデータ層からのデータは、検出器ヘッドが次の渦巻き層に移動している間に読み出され得る。層と層との間のクロストークは、隣り合う層又は異なる層での渦巻きを反転させることにより低減することができる。層と層との間のクロストークはまた、各々の層の位相又は始点を変化させて、異なる層でのデータ渦巻きの終点を変化させることにより低減することができる。連続して読み出されるべき異なる層の始点及び終点は、データの次の連続層に集束するのに必要とされる時間におけるデータの不必要な中断又は長引く中断を回避するように隔設され得る。

一実施形態では、長円形マイクロホログラムを体積データ記憶システム用のフォーマットとして用いる。換言すると、自己追従マイクロホログラムが提供される。有利なことに、長円形マイクロホログラムを用いると、マイクロホログラム寸法を少なくとも一つの横方向次元での復元レーザ・スポット寸法よりも小さくすることが可能になり得る。追従の目的で、長円形マイクロホログラムを用いて反射形状を検出することにより軌道配向を決定する。反射光に基づく差分信号を用いて、システムの堅牢性を高めることができる。

ここで図３０を併せて参照すると、単一ビット・ホログラム式記憶媒体において、データ・ホログラムの場合と同様に周期的構造を成して屈折率を局所的に変調させることにより、フォーマット・マイクロホログラムを書き込むことができる。マイクロホログラムは、読み出しレーザ・ビームの部分反射を発生する。マイクロホログラムが存在しない場合には、読み出しレーザは局所域を透過する。反射光を検出することにより、内容が１であるか０であるかを示す信号をドライバが発生する。図３０に示す例では、ビットは、書き込みレーザ・スポット寸法によって決定される寸法を有する実質的に円形のマイクロホログラム３０１０である。マイクロホログラム書き込み工程はレーザのガウス型空間プロファイルに従うので、マイクロホログラム・ビットもまた空間プロファイルがガウス型である。ガウス型プロファイルは、光ビームのウエスト（又はスポット径）の外部に実質的なエネルギを有する傾向にある。隣接するビット（マイクロホログラム１、２、３、４及び５）からの干渉を減少させるためには、ビット分離（２個のビットの間の距離ｄｔ）をレーザ・スポット寸法の３倍大きくすればよい。結果として、一つの層の内容密度は実際には、ＣＤ層又はＤＶＤ層での内容密度よりも遥かに小さくなる場合がある。円形フォーマットに関わるもう一つの可能性のある欠点は、媒体ディスクが方向３０２０に回転している場合の追従に関連するものである。続けて図３０を参照すると、レーザ・スポットは、ビット１を読み出した後にビット２へ移動することが望ましい。しかしながら、マイクロホログラム・ビット１は対称であるので、ドライブは、ビット１及びビット２を含む軌道３０３０の方向を示す追加情報を有しない。従って、ドライブは、意図せずしてレーザを他の軌道３０４０、３０５０、例えばビット４又はビット５に逸脱させる場合がある。

ここで図３１を併せて参照すると、潜在的な軌道整列不正を補正することを助けるために、マイクロホログラム・スポット形状を非円形又は非対称にして、レーザ・ヘッドが軌道配向を決定し得るようにすることができる。少なくとも一つの横方向次元においてビット離隔を読み出しレーザ・スポット寸法３１１０よりも小さくするために、高い反射率を有する長円形マイクロホログラム３１２０を軌道３１３０、３１４０、３１５０に沿って形成する。対照的に、ＣＤ及びＤＶＤのような単層フォーマットは、相対的に低い反射率を有する区域を生ずる干渉を発生する長円形ピットを用いていることを特記しておくべきであろう。図３１に示すようなフォーマットを書き込むためには、媒体ディスクを軌道（例えば３１３０）に沿って回転させ、反射が局所的な体積に望まれるか望まれないかに依存して書き込みレーザを入切する。換言すると、媒体は、露光時にレーザ・スポットに対して前進させられ、これにより媒体の細長型部分を露光する。長円形マイクロホログラムは、書き込みレーザが入になっている時間の長さ、及び進行速度又は回転速度を介して、制御された長さで書き込まれる。このことは、逐次スポット方式で書き込まれるときに書き込みレーザを高速でパルス駆動する必要性を解消するのに有利に役立つ。読み出しレーザが長円形マイクロホログラムに集束されるときには、円形ガウス型レーザ・スポットは、軌道配向に垂直な方向よりも軌道配向に沿った方向の方で大きい反射の強度を有する。マイクロホログラムによって反射される信号は最早完全な円形とはならず（例えば図２５（Ａ）〜図２５（Ｃ）を参照されたい）、四分円形検出器のような検出器を用いて反射した光ビーム形状を決定し、従って軌道方向を決定することができ、次いでこの軌道方向をフィードバックとして用いてレーザ・ヘッドを軌道内に保つのを助ける。システム感度を高めるために、反射に基づく差分信号を用いること等による従来のＣＤ／ＤＶＤフォーマットの方法論を組み入れてもよい。

このように、一実施形態では、体積データ記憶の物理的フォーマットについて、長円形マイクロホログラムが媒体の内部の軌道に沿って提供される。フォーマット・マイクロホログラムは、データ自体を符号化することもできるし、選択随意で、一次データを示すマイクロホログラムとは異なる位置に記録されていたり、同じ場所に配置するが異なる角度及び／又は異なる波長で記録されていたりする追加データを符号化することもできる。記録媒体が非線形光学的応答（すなわち閾値応答）を与える場合には、長円形マークの幅（短い次元）をさらに小さくして、これにより層容量をさらに高めてもよい。

本書に記載されるフォーマティング・システム及び方法は、非線形応答性材料及び／又は閾値応答性材料を用いた体積記憶システム及び方法に限定されるのではなく、米国特許出願公開第２００５０１３６３３３号明細書に記載されているもののような線形応答性材料を用いたものを含め、体積記憶システム及び方法に対する広範な応用可能性を一般に有することを理解されたい。尚、上の特許出願の開示の全体を参照によって本書に援用する。
〔別個のホログラム成分を用いた回転式体積型ディスクのフォーマティング〕
自己追従データ指示型マイクロホログラムに対して代替的に又は加えて、別個の追従要素を媒体に組み入れてもよい。レーザ・スポットを正しい層に集束した状態に保つと共にレーザ・ヘッドを正しい軌道に保つための能動的集束を行なわなければ、媒体ディスクの内部にミクロン単位又はミクロン未満単位寸法の特徴を記憶させることは、限定しないが表面荒さ及び表面傷を含めた物理的制限を少なくとも部分的理由として商用としては実際的でないことが分かる。

単層記憶フォーマット（例えばＣＤ、ＤＶＤ）は、集束には反射性非対称光ビームを用い、追従には三重光ビーム機構を用いている。しかしながら、体積記憶媒体は、媒体のデータ記録レベルに高反射層を含んでいない。ＣＤ及びＤＶＤフォーマットの記録可能型又は再書き込み可能型形態では軌道又は溝が予備形成されているため、レーザ・ヘッドはディジタル内容を書き込むときに軌道に従うことができる。開示の全体が参照によって全体として本書に記載されているかのように本書に援用される米国特許出願公開第２００１／００３０９３４号及び同第２００４／０００９４０６号、並びに米国特許第６，５１２，６０６号は、レーザ・ヘッドが内容書き込み工程時に軌道に従い得るように単一ビット・ホログラム媒体の内部に軌道を予備形成することを提案している。この軌道を、読み出し工程時にはレーザ・ヘッドによって辿ることができる。

一実施形態では、軌道予備フォーマティング及び／又は軸外マイクロホログラムを用いて、追従データ（例えば深さ及び半径位置の情報）を符号化する。さらに具体的には、体積記憶媒体の内部にマイクロホログラム・ビットを記憶する前に、軸外マイクロホログラム格子によって符号化された軌道を媒体内の様々な深さ及び位置に予め記録しておく。かかる追従マイクロホログラムは、入射するレーザ・ビームの法線からは逸れた反射を生成するように配向され得る。配向角度は、追従マイクロホログラムの深さ及び半径に相関を有することができ、追従マイクロホログラムが照合点となるようにする。読み込み工程又は書き込み工程では、追従マイクロホログラムは光学的法線軸からは逸れた入射光を反射して、この反射を、例えば別個の検出器を用いて検出することができる。ディスクにおける現在位置の集束深さ及び半径は、角度を成す軸外反射の検出に基づいて決定される。このように、予備形成されたマイクロホログラムを用いて、光学ヘッド位置についてのフィードバック信号をドライブに与えることができる。

ホログラム媒体の内部に軌道を書き込むためには精密位置決め装置及び書き込みレーザが適する。各々の軌道は、媒体の内部の様々な半径及び／又は深さを通じて渦巻きを成していてよい。但し、円形軌道又は実質的に同心状の軌道を含めた他の構成を用いてもよいことは言うまでもない。ディジタル・ビットは、各々の軌道に沿ってマイクロホログラムを形成することにより書き込まれる。軌道は、例えば媒体の屈折率を局所的に交番させるように高出力レーザを集束させることにより形成され得る。局所的屈折率変調は、集束した入射光から追従用検出器への部分反射を発生して、軌道についての情報を与える。反対に、軌道は、ホログラム・マスタに書き込まれて、本書で議論されるような媒体装置（例えばディスク）に光学的に複製されることができる。

図３２は、ディスクの形態にある媒体３２００が回転して、書き込みヘッド又は読み出しヘッドが予めプログラムされている軌道に従うようにし得ることを示している。媒体に実質的に隣接するレーザ・ヘッドが局所域に光ビーム３２１０を集束して、媒体における軌道の書き込みを容易にする。光ビーム３２１０は媒体に直交する。形成されたマイクロホログラムを用いて、軌道位置を軸外角度として符号化する。媒体の他面から入射する第二のレーザ・ビーム３２２０が、レーザ・ビーム３２１０と同じ体積を照射する。光ビーム３２２０は、ディスク法線軸に対して軸外となる。２本の光ビーム３２１０、３２２０は干渉して、媒体法線に対して軸外であるマイクロホログラム３２３０を形成する。この軸外角度を用いて、軌道の物理的又は論理的な位置すなわち深さ又は半径を符号化することができる。当業者には理解されるように、マイクロホログラム３２３０の軸外角度Φは、光ビーム３２１０が媒体３２００に直交する場合には、光ビーム３２２０の軸外角度Φに依存する。このように、入射する光ビーム３２２０の角度を変化させることにより、形成されるホログラムの位置を符号化することができる。

光ビーム３２１０は、連続した軌道を書き込むように連続波の形態を取っていてもよいし、パルス状であってもよい。パルス状である場合には、パルス繰り返し速度が、内容の書き込み及び／又は読み出し時に軌道位置をどの程度の頻度で照合し得るかを決定する。このことに対して代替的に又は加えて、角度依存性に加えて又はこの代わりに、変化する繰り返し速度又はパルス数によるマイクロホログラム発射を用いて軌道位置情報を符号化することもできる。但し、パルス繰り返し速度又はパルス数が軌道位置を示すようにしてマイクロホログラム書き込み光ビームのパルス形成を用いる場合には、有用な配置情報を決定するために１よりも多い追従マイクロホログラムを読み出すことが必要とされる場合がある。

角度依存性を用いる議論に戻ると、内容書き込み及び読み出し工程時に、予備形成された軸外マイクロホログラム３２３０は、媒体軸外軸に垂直な入射レーザ・ビーム３２１０′を反射して、軌道についての情報を与える。著作権情報のような他の情報を選択随意で符号化してもよい。このような場合には、軸外光ビームを変調させて、媒体の内部での位置を示す角度においてかかる他のデータを符号化してもよい。ここで図３３を併せて参照すると、媒体軸に垂直な入射光ビーム３２１０′が局所的に予め書き込まれた追従マイクロホログラム３２３０に集束されると、追従マイクロホログラム３２３０はこの光を、マイクロホログラム記録工程に用いられた第二のレーザ・ビーム（例えば図３２の光ビーム３２２０）と類似した方向及び空間プロファイルを有する光ビーム３３１０として部分的に反射する。軸外センサ又はセンサのアレイを用いて、反射した角度を成す光ビーム３３１０を検出することができ、入射光ビーム３２１０′の集束したスポットの位置を決定する。

このように、軌道及び／又は他の情報を、予備形成された軸外マイクロホログラムに符号化することができる。軸外角度光ビームを符号体として用いる場合には、光ドライブは、単一の追従マイクロホログラムを読み出すことにより、集束した入射光ビームの位置を決定することができる。集められた情報を、例えば図２７に示すものに類似した集束／追従システムに設けられる集束及び追従に用いることができる。例えば、軸外信号を用いて、入射光が適当な深さに位置しているか否か、及び深さに関連する球面収差を補正するために適当なレンズが用いられているか否かを決定することができる。

一実施形態では、１又は複数のマイクロホログラムが軸外及び／又は中心外成分を含み得る。ここで図３４（Ａ）を併せて参照すると、位相マスク又は格子のようなホログラム回折ユニットが、入射光ビームを読み書きのための主軸光ビーム３４１０と追跡のための少なくとも１本の軸外光ビーム３４２０とに分割する。軸外光ビームの３４２０の伝播角度θは、媒体３４００の軸外中心外追従用マイクロホログラム３４３０と整列しており、反射した光ビームが入射した軸外光ビーム３４２０の方向に沿って伝播して戻るようにしている。このシナリオでは、対物レンズ以外の付加的な集光光学系は必要とされない。しかしながら、マイクロホログラム３４３０の軸外角度θは固定されており、軌道位置を指示するためにはマイクロホログラムのパルス繰り返し速度又はパルス数の変調の利用が必要となり得る。

図３２〜図３４（Ａ）は、１個の軸外マイクロホログラムを示している。代替的には、データ・マイクロホログラムは、各々の面に１個ずつの２個の軸外マイクロホログラムでフォーマットされていてもよい。３個の重なり合ったマイクロホログラムの書き込みが図３４（Ｂ）に示されている。マイクロホログラム・データは、参照ビーム３４４０、及び参照ビームと同じ軸に沿った対向伝播であるデータ・ビーム３４５０によって書き込まれる。２個の軸外マイクロホログラムは、同じ参照ビーム３４４０と軸外書き込み光ビーム３４６０、３４７０との間の干渉によって書き込まれ得る。

読み出し工程（図３４（Ｃ））では、参照ビーム３４４０′が読み出しビームとなる。３個のマイクロホログラムが１箇所に既に記憶されている。このようにして、参照ビーム３４４０′は、データ・マイクロホログラムからの後方反射３４８２、及び二つの軸外マイクロホログラムからの側方反射３４８４、３４８６の三方向に回折される。二つの側面反射によって形成される平面がマイクロホログラム・データ軌道方向に垂直である場合には、二つの側面反射を追従のための指標とする。

本書に記載される追従及び集束システム及び方法は、非線形応答性材料及び／又は閾値応答性材料を用いた体積記憶システム及び方法に限定されるのではなく、米国特許出願公開第２００５０１３６３３３号明細書に記載されているもののような線形応答性材料を用いたものを含め、体積記憶システム及び方法に対する広範な応用可能性を一般に有することを理解されたい。尚、上の特許出願の開示の全体を参照によって本書に援用する。
〔予め記録された媒体のバッチ式複製〕
光学的複製は、支持媒体にマイクロホログラムとして記録された大容量のディジタル情報を流通させるのに好適である。ページ方式ホログラフィ・アプローチに対立するものとしてのマイクロホログラフィ・アプローチを用いた工業的な光学的複製工程が望ましいようである。線形材料を用いた光学的複製に関連する一つの問題は、光学的複製システムに望ましくない反射が少しでもあると、望ましくないホログラムを発生することである。高出力レーザが光学的複製に典型的に関わるため、これらの望ましくないホログラムは、データ指示ホログラム及び／又はフォーマティング・ホログラムを著しく妨害し得る。また、線形材料に記録されるホログラムの強さは、記録用レーザ・ビームのパワー密度の比に正比例する。比が１とは極めて異なる場合には、ホログラムは弱まり、多量のダイナミック・レンジ（材料の記録能力）が望ましくなく消費される。この場合にも、非線形光応答性媒体の利用を介してこの問題に対処することができる。

図３５、図３６及び図３７を参照して述べると、同図には、非線形光応答性媒体と共に用いるのに適した光学的複製手法の具現化形態が示されている。図３５は、マスタ媒体を準備するシステムを示し、図３６は、共役マスタ媒体を準備するシステムを示し、図３７は、例えば流通のために複製媒体を準備するシステムを示す。先ず図３５を参照すると、同図には、マスタ媒体３５１０を記録するシステム３５００が示されている。図示の実施形態では、マスタ媒体３５１０は、本書に記載したもののような光学的に非線形応答性材料の成形ディスクの形態を取る。マスタ・ホログラム媒体３５１０は、マイクロホログラム３５２０のアレイを形成することにより１枚ずつ記録される。システム３５００は、ビーム分割器３５５２に光学的に結合されているレーザ３５５０を含んでいる。レーザ３５５０は、５３２ｎｍ、１００ｍＷ、ＣＷ、単一縦モード、共振器内逓倍（intra-cavity doubling）のダイオード・ポンプ式固体Ｎｄ：ＹＡＧレーザの形態を取っていてよく、この場合にはビーム分割器３５５２は例えば偏光立方体ビーム分割器の形態を取る。集束光学系３５３２、３５４２を用いて、分割した光ビーム３５３０、３５４０を媒体３５１０の内部の共通の体積に集束させ、ここでこれらのビームは対向伝播し、干渉して縞パターンを形成し、上で述べたようなマイクロホログラム形成を誘発する。集束光学系３５３２、３５４２は、例えば高開口数の非球面レンズの形態を取り得る。シャッタ３５５４を用いて、光ビーム３５３０を媒体３５１０に選択的に通過させて、データを符号化し、且つ／又はマイクロホログラム３５２０の秩序立った形成を容易にする。シャッタ３５５４は、例えば約２．５ｍｓの窓時間を有する機械式、電気光学式又は音響光学式シャッタの形態を取り得る。

マイクロホログラムを特定の目標体積に形成することを可能にするために、集束光学系３５３２、３５４２を、回転する媒体、例えばディスク３５１０の中心から異なる半径に選択的に集束するように作動させる。すなわち、集束光学系３５３２、３５４２は焦点領域を、回転する媒体、例えばディスク３５１０の中心から異なる半径に位置する横方向に平行移動させる。媒体３５１０は、媒体を回転する精密位置決め装置３５５６によって支持されて、媒体３５２０の様々な垂直層における集束した光ビーム３５３０、３５４０の垂直整列を可能にする。角度配置は、適当な時刻にシャッタ３５５４を選択的に開くことにより制御される。例えば、ステッピング・モータ又は空気軸受スピンドルを用いて媒体３５１０を回転して、シャッタが、回転する媒体３５１０の異なる角度位置に対応する様々な時刻に選択的に開いたり閉じたりするようにすることができる。

図３６を参照して述べると、同図には、システム３６００のブロック図が示されている。システム３６００は光源３６１０を含んでいる。光源３６１０は、例えば市販されているCoherent Evolutionモデル９０のように、５３２ｎｍ、９０Ｗ、繰り返し速度１ｋＨｚのパルス型Ｎｄ：ＹＡＧレーザの形態を取り得る。光源３６１０は、共役マスタ媒体３６２０を介してマスタ媒体３５１０を照射する。図示の実施形態では、共役マスタ媒体３６２０は、米国特許出願公開第２００５０１３６３３３号明細書に記載されているもののような光学的に線形応答性の材料の成形ディスクの形態を取り得る。尚、上の特許出願の開示の全体を参照によって本書に援用する。共役マスタ３６２０を介してマスタ３５１０を光源３６１０の放出３６１５に急速に露光することにより、マスタ３５１０からの反射が光源３５１０から直接出る放出と干渉して共役マスタ３６２０に縞パターンを形成する。共役マスタ３６２０に形成されるホログラム・パターンはマスタ３５１０のものとは同一でなく、代わりにマスタ３５１０からの反射を示すものとなる。本発明の一観点によれば、マスタ及び共役マスタ３５１０、３６２０の対全体を一括ですなわちバッチ式で一度に露光することができる。代替的には、放出３６１５は、横方向矢印３６１８によって示すようにマスタ／共役マスタの対を機械的に走査してもよい。

図３７はシステム３７００を示す。システム３６００と同様に、システム３７００は光源３７１０を含んでいる。光源３７１０は、例えば市販されているCoherent Evolutionモデル９０のように、５３２ｎｍ、９０Ｗ、繰り返し速度１ｋＨｚのパルス型Ｎｄ：ＹＡＧレーザの形態を取り得る。光源３７１０は、流通向け媒体３７２０を介して共役マスタ３６２０を照射する。図示の実施形態では、媒体３７２０は、マスタ媒体３５１０及び共役マスタ媒体３６２０と同様に、本書に記載したもののような光学的に非線形応答性の材料の成形ディスクの形態を取る。さらに具体的には、光源３７１０は、流通向け媒体３７２０を介して共役マスタ媒体３６２０に放出３７１５を放出する。ここでの屈折率変化はマイクロホログラム・アレイ３５２０（図３５、図３６）からの反射に対応しており、この変化が反射を発生する。これらの反射はこの場合も流通向け媒体３７２０を横断し、対向伝播型放出３７１５と干渉して、マイクロホログラム・アレイ３７３０を示す干渉縞パターンを形成する。光放出３７１５及び放出３６１５が方向及び波長について実質的に同等である場合には、アレイ３７３０はアレイ３５２０（図３５、図３６）に対応し、これによりマスタ３５１０を流通向け媒体３７２０として複製する。共役マスタ及び流通向け媒体３６２０、３７２０の対全体を一括ですなわちバッチ式で一度に露光することができる。代替的には、放出３７１５は、横方向矢印３７１８によって示すように共役マスタ／流通向け媒体の対を走査してもよい。

システム３５００、３６００及び３７００は例に過ぎず、幾つもの設定変更が同様の結果を導くことを理解されたい。さらに、マスタ、共役マスタ、及び流通向け媒体は、必ずしも同じ材料で製造されていなくてもよく、線形材料及び非線形材料の組み合わせで製造されていてもよい。代替的には、これらの媒体は全て、例えば閾値応答性材料で形成されていてもよい。

ここで図３８を併せて参照すると、異なる具現化形態３８００において、流通向け媒体３８１０を最終的に作成する元となるマスタは、開口若しくは孔、又は少なくとも実質的に透明な領域を有するテープの形態を取り得る。代替的には、流通向け媒体３８１０を最終的に作成する元となるマスタは、ピクセル又は開口の二次元アレイを有する空間的光変調器の形態を取り得る。何れの場合にも、システム３８００は、例えば市販されているCoherent Evolutionモデル９０のように、５３２ｎｍ、Ｑスイッチ型、高出力（例えば９０Ｗ、繰り返し速度１ｋＨｚのパルス状）Ｎｄ：ＹＡＧレーザの形態を取り得るレーザ３８２０を含んでいる。レーザ３８２０は、例えば偏光立方体ビーム分割器の形態を取り得るビーム分割器３８３０に光学的に結合されている。このようにして、ビーム分割器３８３０は第一及び第二の光ビーム３８３０、３８４０を発生し、これらの光ビームは本書で議論されるように、記憶されているデータを示すマイクロホログラム３８１５のアレイを形成するのに適した態様で媒体３８１０の特定の体積の内部で対向伝播する。さらに具体的には、光ビーム３８４０は調節光学系３８４５を介して媒体３８１０の内部に伝達される。光ビーム３８５０は調節光学系３８５５を介して媒体３８１０の内部に伝達される。

調節光学系３８４５、３８５５は、レーザ・ビームを、集束したスポットの連鎖又は二次元アレイへ変換するのに適したマイクロ・レンズ・アレイ（１又は複数）の形態を取り得る。レンズが高開口数を有する場合には、露光がインターレース型アレイを生成するのに十分に小さい増分で媒体を移動させることにより、稠密な充填を実現することができる。このようにして、調節光学系３８４５、３８５５は対向伝播型光ビーム３８４０、３８５０を媒体３８１０の単一の層の内部の集束点の二次元アレイに集束させる。本発明の一観点によれば、この点のアレイは、層全体を通して記録されるディジタルの０又は１のアレイに対応する。このように、レーザ３８５０を作動させることにより、スポットの干渉縞がマイクロホログラムのアレイを内部に形成することにより、全てのディジタルの０又は１の層が媒体３８１０の単一の層に記録され得る。このことは、上で述べたように、媒体が光学的に非線形応答性の材料のディスクの形態を取る場合に特に有用であり得る。

本発明の一観点によれば、テープ又は空間的光変調器３８６０を用いて、媒体３８１０の単一の層に記録される異なるデータを与えることができる。テープ又は空間的光変調器３８６０は、開口又は孔の連鎖又はアレイを含み得る。開口の存在又は非在は、対応するディジタル・データのディジタル状態に対応し得る。すなわち、開口を欠いた区域は、対応するデータ状態に依存して、マイクロホログラムが記録されるべきか否かに依存して光ビーム３８４０を選択的に遮断する。

何れの場合にも、１層分のデータが、一度に記録媒体の一つの区域にのみ記録される。例えば位置決め装置３８７０を用いて媒体３８１０を数回にわたり前進させ又は回転させて、１層の全体を記録することができる。やはり例えば位置決め装置３８７０を用いて媒体を上下に移動させて、他の層を記録することができる。

このように、中間マスタ又は共役マスタを記録するためのマスタ媒体の広域照射（flood illumination）を用いることができる。流通向け媒体にデータを記録するためのマスタ又は共役マスタの広域照射も用いることができる。テープ又は空間的光変調器をマスタとして用いて、流通向け媒体を記録することができる。また、記録されたホログラムの回折効率（強度）は、記録用レーザ・ビーム・パワー密度の比とは独立であり得る。
〔予備フォーマット済み媒体〕
前述のように、ホログラム媒体ディスクに、データ状態を示すマイクロホログラムのアレイを記録することができる。これらのアレイは、光学的に非線形応答性又は閾値応答性の記録材料で製造された媒体の体積の実質的に全てを通して拡散され得る。一実施形態では、マイクロホログラムの何れかを消去したり消去しなかったりすることにより、特定のデータ（例えばデータの交番状態）を予備フォーマット済み媒体に記録する。消去は、十分に集束されたエネルギを有する単一の光ビームを用いて、マイクロホログラムの体積を閾値条件よりも高くする、例えば構成成分のポリマー母材のＴｇに近くなるように加熱する等により行なわれ得る。

さらに具体的には、予備フォーマット済み媒体（例えば光学的に非線形応答性の材料の内部の単一のデータ状態、例えば全て０又は全て１といったデータ状態を示すマイクロホログラムのアレイ）へのデータの記録は、予め記録された又は予備フォーマット済みのマイクロホログラムの選択された一つを消去したり消去しなかったりすることにより達成され得る。マイクロホログラムは、当該マイクロホログラムに１又は複数のレーザ・ビームを集束することにより実効的に消去され得る。上で議論したように光ビームが届けるエネルギが書き込み閾値強度を上回る場合には、マイクロホログラムは消去される。このように、閾値条件は、先ず目標とされるマイクロホログラムを形成するために満たされる必要があるものと同じであってよい。光ビームは、ＣＤ技術及びＤＶＤ技術に従来より用いられているものと同様の従来のダイオード・レーザから発することができる。図３９は、データが単一のレーザ・ビームによって記録されるようなシステム３９００を示しており、このことは、予備フォーマット済みアレイの予め提供されたマイクロホログラムに集束して、書き込みたいビットに対応するマイクロホログラムを選択的に消去することにより行なわれる。

さらに具体的には、レーザ・ビーム３９１０が集束光学系３９２０によって、予備形成されたマイクロホログラム（図示されていない）を収容した媒体３９３０の目標体積３９４０に集束される。目標とされるホログラムを消去する実際の機構は、最初に当該ホログラムを形成するのに用いられたものと類似していてよい。例えば、予備フォーマット済みホログラムは、単一の入射光ビームを用いて、以前には影響を受けていない体積要素のあらゆる部分（すなわち元の縞と縞との間の領域）が屈折率変化を受けて、縞パターンの破壊を生じ、このようにして連続した屈折率の領域を形成することにより消去され得る。さらに、干渉は要求されないためレーザは単一縦モードである必要はなく、マイクロホログラム・データ装置の読み出しレーザ及び記録レーザを有利に簡素化すると共に潜在的に相対的に安価にする。

選択随意で、製造番号を媒体に光学的に記録することができる。この製造番号を用いて、記録可能型媒体の所有者を追跡し、例えば著作権保護を容易にすることができる。製造番号は、当該番号の光学式検出を容易にする態様で光学的に記録され得る。製造番号は、空間的光変調器を用いたデータ複製の前に、実質的に同時に、又は後に、媒体の予め決められた位置（１又は複数）に光学的に記録され得る。

マイクロホログラム式データ記憶構成のためのかかる予備フォーマット済み非線形記録フォーマットは、低経費マイクロホログラム記録システムの実現を容易にすることができる。媒体の単一の面に対する光学系については、単純化された光学式ヘッドを用いることもできる。さらに、データを記録するために非単一縦モード・レーザを用いてもよい。また、単一光ビームのみを用いるため、振動に許容性のあるマイクロホログラフィ・システム用記録システムを実現することができる。

本書に記載される予備フォーマット・システム及び方法は、非線形応答性材料及び／又は閾値応答性材料を用いた体積記憶システム及び方法に限定されるのではなく、米国特許出願公開第２００５０１３６３３３号明細書に記載されているもののような線形応答性材料を用いたものを含め、体積記憶システム及び方法に対する広範な応用可能性を一般に有することを理解されたい。尚、上の特許出願の開示の全体を参照によって本書に援用する。
〔マイクロホログラムに記憶されたデータの復元〕
図４０はシステム４０００を示す。システム４０００は、回転するディスク媒体のような媒体の内部の特定の位置でのマイクロホログラムの存在又は非在を検出するのに適している。システム４０００は、本書に記載される追従及び集束機構を用いて体積を選択することを目的とし得る。図示の実施形態では、レーザ・ビーム４０１０が集束光学系４０２０によって集束されて、ビーム分割器４０５０を介して媒体ディスク４０４０の内部の目標体積４０３０に入射する。光ビーム４０１０は、ＣＤプレーヤ及びＤＶＤプレーヤに用いられるもののような従来のレーザ・ダイオードから発し得る。かかるレーザは、例えばＧａＡｓ又はＧａＮによるダイオード・レーザの形態を取り得る。ビーム分割器４０５０は、例えば偏光立方体ビーム分割器の形態を取り得る。集束光学系４０２０は、例えば高開口数集束対物レンズの形態を取り得る。言うまでもなく他の構成も可能である。

詳細を問わず、マイクロホログラムが目標体積４０３０に存在する場合には、光ビーム４０１０は反射して光学系４０２０を介してビーム分割器４０５０に戻る。ビーム分割器４０５０は、この反射を方向変更して検出器４０６０に向けると、検出器４０６０が反射の存在又は非在を検出する。検出器４０６０は、四分円形検出器によって包囲される例えば市販されている浜松ホトニクスＳｉＰｉｎフォトダイオード・モデルＳ６７９５のようなフォトダイオードの形態を取り得る。

本書に記載されるデータ復元システム及び方法は、非線形応答性材料及び／又は閾値応答性材料を用いた体積記憶システム及び方法に限定されるのではなく、米国特許出願公開第２００５０１３６３３３号明細書に記載されているもののような線形応答性材料を用いたものを含め、体積記憶システム及び方法に対する広範な応用可能性を一般に有することを理解されたい。尚、上の特許出願の開示の全体を参照によって本書に援用する。
〔収益保護〕
予め記録された光学式媒体の海賊版製作行為、またカジュアル・コピー行為であっても、娯楽産業及びソフトウェア産業にとっては経済的損失の重大な原因となる。高速（１７７Ｍｂｐｓまで等）のデータ転送速度での記録可能型媒体が入手可能になったため、著作権保護された楽曲又は長編映画を含むＣＤ又はＤＶＤを複製することがかなり容易になった。ソフトウェア業界では、コンテンツ供給側はソフトウェアの海賊版製作行為を縮小しようとして製品起動コードをしばしば用いる。しかしながら、製品起動コードとディスクのデータとが一意に結び付けられておらず、多数の複製を検出する又は同時利用を防ぐ手段が殆ど又は全くないままソフトウェアの幾つもの複製を多数の機械にインストールすることができる。

従来の予め記録された光学式媒体、例えばＣＤ又はＤＶＤでは、予め記録されたコンテンツは従来は、射出成形工程時に媒体内に対応するデータを刻印することにより複製されている。この方法を用いると、単一のマスタから何万ものディスクにデータを再現することができ、個別のディスクを一意に識別する能力を本質的に制限する。成形工程に続いて各々のディスクにマーキングするさらに他の設備及び方法を提供する幾つもの試みが為されてきた。しかしながら、これらの方法は典型的には、ディスクにマーキングするために成形ディスクに新たなデータを記録する又は成形ディスクからデータを消去することを要求する。例えば、高出力レーザを用いて、ドライブによって読み取られ得る方法でディスクに「マーキングする」試みが為されている。しかしながら、ディスクのデータは、レーザが集束されるスポットよりもかなり小さいため、これらの印は典型的には、データよりも大きく、ドライブによって容易には解釈されない。

さらに、予め記録されたコンテンツを流通させるのに用いられているＤＶＤのような従来の光データ記憶装置は典型的には、最大で２編の長編映画に十分な容量を有する。しばしば、コンテンツ供給者はこの容量を、例えばテレビのさらに新しいモデルに一般的な１６：９フォーマットと組み合わせた従来の４：３フォーマット等のように、同じコンテンツの２種の異なる表示形式を収容するために用いる。

本発明による単一ビット・マイクロホログラフィ・システムを用いて、例えば単一のＣＤの大きさのディスクに５０編を超える別個の長編映画のような多数の長編映画を提供することができる。一実施形態では、各々のディスクに、データに埋め込まれておりホログラム用ドライブによって読み出し可能な個別に一意の識別番号又は実質的に一意の識別番号を付ける。このことは、ホログラム・データは光学式態様で複製され得るとの事実によって容易になる。各々の大容量ディスクを一意に識別する能力によって、各々のディスクが多数の長編映画を例えば様々な範疇（ジャンル、監督、主演男優又は女優等）によってまとめたものを収録し得るといったコンテンツ流通の新たなビジネス・モデルが可能になる。

かかる実施形態では、消費者は予め記録されたディスクを、購入すること等により取得することができる。経費は、例えば１編の長編映画等のような一つのコンテンツ作品への利用者のアクセスを提供する従来の媒体に見合うものとすればよい。本発明の一観点によれば、消費者は続いて、ディスクに含まれているさらに他の長編映画のようなさらに他のコンテンツを、購入すること等により起動することができる。このことは、コンテンツ供給者が、特定のディスク、又は独立ディスク・セットに符号化されている識別番号に関連付けられた個別のアクセス・コードを発行することにより達成され得る。ディスクの製造番号が複写可能でない場合には、アクセス・コードは他の異なる製造番号を付したディスクの海賊版コンテンツの表示を可能にするのには適しない。

さらに、消費者に対しては、ディスクを複写して（例えばデータを復元し、他の類似の媒体ディスクにこのデータを再現することにより）、例えば予備フォーマット済み記録可能型ディスクに埋め込まれた製造番号に基づいて固有のアクセス・コードを受け取るように勧めることができる。このようにして、コンテンツ所有者の収益源を確保しつつ利用者間でのコンテンツ流通を実際に促進することができる。

一実施形態では、単一ビット・マイクロホログラム・データは、本書に議論されるように、空ディスクを射出成形し、続いてデータをディスクに光学的複製、例えば一括露光を介して転送することにより、大量流通のために複写される。複写されるべきデータの初期露光時に、ディスクの幾つかの位置を意図的に空のままに残しておいてもよい。これらの位置は続いて、例えば空間的光変調器を用いて、各々の番号が各々のディスク又はディスク・セットに一意であるような識別番号に対応する付加的な光学的露光を介して記録される。これらの位置はまた、空の予備フォーマット済みディスクの番号を識別するために用いられてもよい。

予期される記憶要件及び記憶容量に基づいて、非限定的な例としてのみ述べると、コンテンツを収録した従来のＣＤの大きさのマイクロホログラム・ディスクが、５０編までの標準品位の長編映画作品、又は１０編までの高品位（ＨＤ）長編映画作品を収録することができる。コンテンツは任意数の方法でまとめることができる。例えば、コンテンツ供給者は、映画を１枚のディスクに所与のシリーズとして配置してもよいし、特定の主演男優又は女優の映画を配置してもよいし、同じジャンルに属する映画を配置してもよい。ディスクの製造番号は、小売店販売向けに準備するときにディスク又はディスクの包材に表示することができる。消費者がディスクを購入するときに、包装は、利用者がディスクを再生するときに入力するように促されるアクセス・コードを含み得る。アクセス・コードは、関連する製造番号を有するディスクに対応しており、利用者がディスクの一作、また一作のみの特定の作品（又は独立作品セット）を鑑賞することを可能にする。代替的には、ディスク用のプレーヤが利用権限者と連絡することを可能にするハードウェア／ソフトウェアをプレーヤに装備してもよく、製造番号、並びに可能性としてはプレーヤの識別子及び現在許諾されているアクセス・レベルに応じてプレーヤに起動コードを提供する。

何れにせよ、ドライブ又は読み出し装置は、固体メモリ装置又は磁気メモリ装置のようなメモリを含んで、一旦、アクセス・コードが入力されたら後の作品の鑑賞時には番号を再入力する必要がないようにアクセス・コードを記憶することができる。

利用者は、インターネットのようなコンピュータ網、又は電話（例えばフリーダイヤル）を介してコンテンツ供給者又は代理者に連絡してディスクに含まれている他の作品に対応するさらに他の起動コードを得ることができる。代替的には、プレーヤが利用者に対し、利用者によるディジタル・コンテンツの選択の試みの後等に、利用者がさらに他のコンテンツの購入を望むか否かを決定するように促すこともできる。利用者が他の起動コードを入力し、又は例えばコードが利用権限者によって与えられている場合には、プレーヤは、この番号をディスクの製造番号に対して照合して、コードと製造番号とが対応している又は関連している場合にのみ作品の再生を可能にする。従って、アクセス・コードは、再現が可能でない特定のディスク製造番号に対する鍵となるものであり、ディスクの作品に対応するデータを複写することはできるが、当該作品へのアクセスを許諾するアクセス・コードは元のディスクに特定的なものであって、他のディスクでの複写の再生は可能にしない。

本発明の一観点によれば、コンテンツ自体は例えば予備フォーマットされた空の媒体ディスクに複写され得る。コンテンツ供給者は消費者に対し、ディスクの複写を他の消費者に提供するように勧めて、下流の複写利用者にディスクのコンテンツに対する制限付きアクセスを許諾することもできる。各々のディスク（予備フォーマットされて予め記録されたもの）に一意の又は実質的に一意の識別子を与えることができる。製造番号は、複写時には転送されない。原媒体の複写の利用者は、原媒体の利用者と同様にコンテンツ供給者又は代理者に連絡して、複写媒体ディスクの製造番号に対応する又は製造番号から導かれるアクセス・コードを要求することができる。この態様で、コンテンツは、対応するディジタル著作権を管理しつつ普及される。

本発明の一観点によれば、マイクロホログラム複製システムはこのように、マイクロホログラム・ドライブによって読み出し可能な態様で各々のディスクを（少なくとも実質的に）一意に連番管理（serialize）する能力を提供することができる。マイクロホログラムは、例えば２本の対向伝播型レーザ・ビームを干渉させることにより、媒体ディスクの予約域（１又は複数）に記録され得る。媒体ディスクは、個別に購入すること等によりアクセスされ得る長編映画又は他のコンテンツのような多数のコンテンツを収録することができる。

ハードウェア及び／又はソフトウェアを用いてディスクのアクセス・コード及び製造番号を、対応しているか否かを照合するために比較することができる。メモリを用いてアクセス・コードを記憶することができるため、コンテンツの将来の鑑賞時にはコードの再入力は必要でない。新たなコードを購入してディスクのさらに他のコンテンツへのアクセスを得ることができるというビジネス・モデルが提供され得る。コンテンツを複写することができ、新たなアクセス・コードを用いて複写されたコンテンツにアクセスすることのできるような予め連番管理された記録可能型ディスクを提供することができる。

マイクロホログラムを含むディスク、一意の製造番号による読み出し駆動、及び媒体を取得した後にコンテンツの購入を可能にするというビジネス・モデルを用いると、幾つもの利点を提供することができる。例えば、利用者のディスクに既に含まれている追加コンテンツの購入を促すことにより、収益を生成することができる。ディジタル著作権保護は、コンテンツを含むディスク及び記録可能型ディスクの両方に製造番号を与えて、製造番号の複写を禁止することを介して強化され得る。コンテンツを含むディスクの利用者による複写及びこれらのディスクの後からの権限付与を介したコンテンツ流通の達成手段を提供することができる。多数の長編映画、アルバム又は他のコンテンツを単一のディスクに提供して、独立に起動可能にすることができる。

本書に記載される収益モデルは、非線形応答性材料及び／又は閾値応答性材料を用いた体積記憶システム及び方法に限定されるのではなく、米国特許出願公開第２００５０１３６３３３号明細書に記載されているもののような線形応答性材料を用いたものを含め、体積記憶システム及び方法に対する広範な応用可能性を一般に有することを理解されたい。尚、上の特許出願の開示の全体を参照によって本書に援用する。

本発明の要旨又は範囲から逸脱することなく本発明の装置及び方法に改変及び変形を加え得ることは当業者には明らかであろう。本発明は、全ての均等構成を含めて本発明のかかる改変及び変形を網羅するものとする。

１００対向伝播型光ビームを用いて媒体の内部にホログラムを形成する例示的な構成
１１０、１２０対向伝播型光ビーム
１１５、１２５レンズ
１３０記録媒体
１４０目標体積
１６０ディスク
２００対向伝播型光ビームを用いてホログラム支持媒体の内部にホログラムを形成する代替的な構成
２２０曲面鏡
３００対向伝播型光ビームを用いて媒体の内部にホログラムを形成する代替的な構成
３１０無集束対向伝播型反射
３２０鏡
４００対向伝播型光ビームを用いて媒体の内部にホログラムを形成する代替的な構成
４１０僅かに集束された対向伝播型反射
４２０鏡
４２５光学的経路長補正要素
４００（図５４）ディスク読み出し装置
４１０（図５４）読み出しレーザ
４２５（図５４）集束されたレーザ・ビーム
４３０（図５４）深さ調節光学系
４４０（図５４）反射光学系
４５０（図５４）パワー調節モジュール
４６０（図５４）ディスク制御器
５００対向伝播型光ビームを用いて媒体の内部にホログラムを形成するもう一つの代替的な構成
５１０反射
５２０媒体の部分
８１０マイクロホログラムの期待ブラッグ離調
８２０ページ方式ホログラムの期待ブラッグ離調
９１０マイクロホログラムの期待ブラッグ離調
９２０ページ方式ホログラムの期待ブラッグ離調
１０１０記録／屈折率変化
１０１５入射エネルギ密度又はパワー密度
１０２０閾値条件
１２１０線形応答性材料
１２２０閾値応答性材料
１８１０マイクロホログラム
１８２０媒体
１８３０読み出し光ビーム
１８４０環検出器
１８５０光学的要素
２０１０伝播光軸に垂直な波面
２０２０伝播光軸
２０３０中心部分
２６００四分円形検出器アレイ
２６２０レンズ
２７００サーボ系
２８００異なる層同士の間でのデータ不連続性を克服するフォーマット
２８１０、２８２０、２８３０層
２９００フォーマット
２９１０Ａ〜２９１０Ｈ潜在的なマイクロホログラム軌道始点／終点
３０１０円形マイクロホログラム
３０２０回転方向
３０３０、３０４０、３０５０軌道
３１１０読み出しレーザ・スポット寸法
３１２０マイクロホログラム
３１３０、３１４０、３１５０軌道
３２００媒体
３２１０、３２１０′、３２２０レーザ・ビーム
３２３０マイクロホログラム
３３１０光ビーム
３４００媒体
３４１０主軸光ビーム
３４２０軸外光ビーム
３４３０軸外中心外追従用マイクロホログラム
３４４０、３４４０′ 参照ビーム
３４５０データ・ビーム
３４６０、３４７０軸外書き込み光ビーム
３４８２後方反射
３４８４、３４８６側方反射
３５００マスタ媒体を記録するシステム
３５１０マスタ媒体
３５２０マイクロホログラム
３５３０、３５４０分割した光ビーム
３５３２、３５４２集束光学系
３５５０レーザ
３５５２ビーム分割器
３５５４シャッタ
３５５６精密位置決め装置
３６００システム
３６１０光源
３６１５放出
３６１８機械的走査方向
３６２０共役マスタ媒体
３７００システム
３７１０光源
３７１５放出
３７１８走査方向
３７２０流通向け媒体
３７３０マイクロホログラム・アレイ
３８００システム
３８１０流通向け媒体
３８１５マイクロホログラム
３８２０レーザ
３８３０ビーム分割器
３８４０、３８５０光ビーム
３８４５、３８５５調節光学系
３８６０テープ又は空間的光変調器
３８７０位置決め装置
３９００データが単一のレーザ・ビームによって記録されるようなシステム
３９１０レーザ・ビーム
３９２０集束光学系
３９３０媒体
３９４０目標体積
４０００システム
４０１０レーザ・ビーム
４０２０集束光学系
４０３０目標体積
４０４０媒体ディスク
４０５０ビーム分割器
４０６０検出器
４１００マイクロホログラム
４１１０垂直層
４１３０ビームの反射強度
４２０２、４２０４マイクロホログラム
４２１０、４２２０軌道
４２１５屈折率変化の個別の領域
４３１０ガウス・ビーム
４５１０、４５２０データ・ビット
４６１０反射強度
４７０５僅かに異なる垂直位置
４７１０反射信号
４７１５位相反転
４８１０
４９１０反射信号
４９２０、４９３０複数の軌道
４９４０共通域
４９５０ホログラム用媒体ディスク
５３００マイクロホログラム・データ記憶媒体読み書きシステム
５３０２ビーム発生源
５３０３書き込みビーム
５３０５ビーム
５３０７読み出し／参照ビーム
５３０９ビーム分割器
５３１０ホログラム媒体
５３１２シャッタ
５３１５２分の１波長板
５３１７独立ビーム分割器
５３１９ビーム成形光学系
５３２１４分の１波長板
５３２３ビーム分割器
５３２５４分の１波長板
５３２７ビーム分割器
５３２９２分の１波長板
５３３１ビーム分割器
５３３３４分の１波長板
５３３５レンズ
５３３６ピンホール
５３３７検出器
５３３９集束センサ・アレイ
５３４１マイクロステージで配置される反射体
５３４３スピンドル
５３４５３軸位置決め装置
５３４７
５３５０減弱要素

Claims

複数の垂直方向に積層し横方向に広がる層（４１１０）において軌道（ｎ＋１）に沿って複数の体積（４５１０、４５２０）を配列した熱可塑性基材であって、前記各層の共通の１層における前記体積の少なくとも幾つかが、当該各層の当該共通の１層における前記体積の少なくとも他のものに関して垂直方向にずれている、熱可塑性基材と、
前記体積の対応する一つに各々含まれる複数のマイクロホログラム（４２０２、４２０４）と
を備えたデータ記憶装置であって、
前記体積の各々におけるマイクロホログラムの存在又は非在が、記憶されているデータの対応する部分を示す、データ記憶装置。
前記軌道の所与の一つにおける前記体積（４５１０、４５２０）の少なくとも幾つかが、前記軌道の前記所与の一つにおける前記体積の他のものに関して垂直方向にずれている、請求項１に記載の装置。
各々の層が複数の軌道（ｎ＋１）を含んでおり、共通の１層の前記軌道の少なくとも一つにおける前記体積のそれぞれが、前記共通の１層の前記軌道の少なくとも一つの他のものにおける前記体積のそれぞれに関して垂直方向にずれている、請求項１に記載の装置。
各々のマイクロホログラムが交番型屈折率を有する複数の領域を含んでおり、同じ屈折率を有する隣り合う領域が、λ／２の間隔を有し、λは交番型屈折率を有する前記領域を形成するのに用いられる光ビームの中心波長である、請求項１に記載の装置。
前記基材は熱可塑性材料を含んでいる、請求項１に記載の装置。
前記熱可塑性材料は非線形関数的特徴を有する、請求項５に記載の装置。
複数の積層し広がる層（４１１０）において軌道（ｎ＋１）に沿って複数の体積（４５１０、４５２０）を配列した熱可塑性基材を設けるステップと、
複数の光ビーム（４３１０）を与えるステップと、
前記体積の少なくとも幾つかを目標体積として選択するステップと、
前記目標体積の各々について、
当該選択された目標体積の相対的な位置に依存して前記光ビーム（４３１０）の少なくとも１本を位相変調するステップと、
当該選択された目標体積の内部で前記光ビームの前記位相変調されたものを少なくとも１本の他のものと干渉させ、これにより前記基材に複数のマイクロホログラム（４２０２、４２０４）を形成するステップと
を備えたデータを記憶する方法であって、
前記マイクロホログラムの各々は、前記体積の対応する一つに実質的に収容されており、前記体積の各々でのマイクロホログラムの存在又は非在が前記データの対応する部分を示す、
方法。
前記マイクロホログラム（４２０２、４２０４）は、前記データに依存して選択的に形成される、請求項７に記載の方法。
前記光ビーム（４３１０）の１本を集束させるステップをさらに含んでいる請求項７に記載の方法。
前記マイクロホログラムの少なくとも一つは、データの１よりも多いビットを記憶している、請求項７に記載の方法。