JP2010153021A - データ記憶システム及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】比較的単純、安価かつ堅牢なホログラフィ式記憶システムを提供する。
【解決手段】システムは、対物レンズ（４１４０）と、対物レンズと光学的に結合されると共に溝からの反射に応答するような第１のトラッキング誤差検出器（４３１０）と、第１のトラッキング誤差検出器に結合されると共にこれに応答するような第１のアクチュエータ（４３２０）と、対物レンズと光学的に結合されると共にボリュームのうちの少なくとも幾つかの中に包含されたマイクロホログラムからの反射に応答するような第２のトラッキング誤差（４３４０）検出器と、第２のトラッキング誤差検出器に結合されると共にこれに応答するような第２のアクチュエータ（４３６０）と、を含んでおり、該第１及び第２のアクチュエータはボリュームのうちの標的ボリューム内に光ビームを集束させるように対物レンズを選択的に位置決めするために協働している。
【選択図】図４１Ａ

Description

本発明は、全般的にはデータ記憶システム及び方法に関し、さらに詳細には光学ベースのデータ記憶システム及び方法、並びにホログラフィ式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は望ましいものとして知られている。ボリュームホログラフィ記録システムは一般に、感光性のホログラフィ媒体内部に収れんする対向伝播する２つのレーザービームまたは光ビームを用いて干渉パターンを形成させている。この干渉パターンによって、ホログラフィ媒体の屈折率に変化または変調を起こさせる。光ビームのうちの一方がエンコードしようとするデータに応答して変調される場合、得られる干渉パターンによって、強度と位相の両者に関する変調データがエンコードされる。記録された強度及び位相の情報は、未変調のすなわち参照光ビームの再導入に応答して後で検出し、これによりエンコード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「ページベースの」ホログラフィ式メモリは、ホログラフィ媒体内においてデータを２次元アレイすなわち「ページ」上に並列に書き込んでいる。

米国特許第６２５６２７１号 米国特許第６２８８９８６号 米国特許第６５６３７７９号 米国特許第６５１２６０６号 米国特許第５１１１４４５号 米国特許第５３３９３０５号 米国特許第５３７７１７６号 米国特許第５４３８４３９号 米国特許第５４８１５２３号 米国特許第５５２６３３７号 米国特許第５６６５７９１号 米国特許第５７５６６４８号 米国特許第５７５９７２１号 米国特許第５９８２５１３号 米国特許第５９９５２９２号 米国特許第６０５５１７４号 米国特許第６１０４５１１号 米国特許第６１１１８２８号 米国特許第６１４７７８２号 米国特許第６１５７４７０号 米国特許第６２１２１４８号 米国特許第６３１０８５０号 米国特許第６３２２９３３号 米国特許第６５４０３９７号 米国特許第６５４９６６４号 米国特許第６５７４１７４号 米国特許第６９９２８０５号 米国特許第６３２２９３１号 米国特許第６６２５１００号 米国特許第６０９７５１４号 米国特許第６２８８８０４号 米国特許第６０２０９８５号 米国特許第７０５２８１２号 米国特許出願第２００４００３０７３２号 米国特許出願第２００１００３０９３４号 米国特許出願第２００５０１３６３３３号 米国特許出願第２００３０１２３３８０号 米国特許出願第２００４０００９４０６号 米国特許出願第２００４０００４９１４号 米国特許出願第２００５００４６９１５号

比較的単純で、安価でかつ堅牢なホログラフィ式メモリシステムを提供することが望ましい。さらに、ビット指向のホログラフィ式メモリシステムが望ましい。

その表面近傍にある少なくとも１つの溝とその内部にある複数のボリュームとを有するデータ記憶媒体で用いるためのシステムであって、該システムは、対物レンズと、対物レンズと光学的に結合されると共に少なくとも１つの溝からの反射に応答するような第１のトラッキング誤差検出器と、第１のトラッキング誤差検出器に結合されると共にこれに応答するような第１のアクチュエータと、対物レンズと光学的に結合されると共にボリュームのうちの少なくとも幾つかの中に包含されたマイクロホログラムからの反射に応答するような第２のトラッキング誤差検出器と、第２のトラッキング誤差検出器に結合されると共にこれに応答するような第２のアクチュエータと、を含んでおり、該第１及び第２のアクチュエータはボリュームのうちの標的ボリューム内に光ビームを集束させるように対物レンズを選択的に位置決めするために協働している。

本発明の理解は、同じ番号が同じ部分を指している添付の図面と関連させた本発明の好ましい実施形態に関する以下の詳細な記述を検討することによって容易となろう。

対向伝播する光ビームを用いて媒体の内部にホログラムを形成するための一構成を表した図である。 対向伝播する光ビームを用いて媒体の内部にホログラムを形成するための代替的な一構成を表した図である。 対向伝播する光ビームを用いて媒体の内部にホログラムを形成するための代替的な一構成を表した図である。 対向伝播する光ビームを用いて媒体の内部にホログラムを形成するための代替的な一構成を表した図である。 対向伝播する光ビームを用いて媒体の内部にホログラムを形成するための代替的な一構成を表した図である。 光強度パターンを表した図である。 図６の強度パターンに対応する線形媒体内の屈折率変調を表した図である。 ホログラムの予測されるＢｒａｇｇ離調を記録温度と読み取り温度の間の差の関数となった回折効率として表した図である。 ホログラムの予測されるＢｒａｇｇ離調を角度変化の関数となった回折効率として表した図である。 実質的に線形の光応答媒体内の光強度の変化を表した図である。 実質的に線形の光応答媒体内の対応する屈折率の変化を表した図である。 実質的に非線形の光応答媒体内の光強度の変化を表した図である。 実質的に非線形の光応答媒体内の対応する屈折率の変化を表した図である。 実質的に線形の光応答媒体内の光強度の変化を表した図である。 実質的に線形の光応答媒体内の対応する屈折率の変化を表した図である。 実質的に非線形の光応答媒体内の光強度の変化を表した図である。 実質的に非線形の光応答媒体内の対応する屈折率の変化を表した図である。 予測されるマイクロホログラム反射率を屈折率変調の関数として表した図である。 様々な時点における予測される温度上昇プロフィールを位置の関数として表した図である。 様々な時点における予測される温度上昇プロフィールを位置の関数として表した図である。 予測される屈折率変化を上昇する温度の関数として表した図である。 予測される屈折率変化を対応するマイクロホログラム読み取り及び書き込モードの関数として表した図である。 材料温度を臨界温度まで上昇させるのに要する光ビーム入射光ビームエネルギーの間の予測される関係を対応する光学フルエンスの関数として表した図である。 逆可飽和吸収体を用いた透過とフルエンスの間の予測される関係を表した図である。 逆可飽和吸収体を用いた正規化線形吸収、光ビームウェストと距離の間の予測される関係を表した図である。 媒体内部の予測される対向伝播する光ビーム照射を表した図である。 対応する温度上昇を表した図である。 図１６Ａ及び１６Ｂの温度上昇に対応する予測される屈折率変化を表した図である。 オルト−ニトロスチルベンの２５°Ｃ及び１６０°Ｃにおける正規化透過の変化を時間の関数として表した図である。 オルト−ニトロスチルベンの量子効率の変化を温度の関数として表した図である。 ２５°Ｃ及び１６０°Ｃにおけるジメチルアミノ・ジニトロスチルベンの吸収度を波長の関数として表した図である。 トラッキング及び集束検出器の構成を表した図である。 シミュレーションによる屈折率プロフィールの輪郭を表した図である。 シミュレーションによる屈折率プロフィールの輪郭を表した図である。 シミュレーションによる屈折率プロフィールの輪郭を表した図である。 ホログラフィ記録された媒体のある領域に当たる入射レーザビームの断面を表した図である。 図１９Ａ〜１９Ｃ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）を表した図である。 図１９Ａ〜１９Ｃ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）を表した図である。 図１９Ａ〜１９Ｃ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）を表した図である。 図２１Ａ〜２１Ｃのそれぞれの近距離場分布に対応する遠距離場分布を表した図である。 図２１Ａ〜２１Ｃのそれぞれの近距離場分布に対応する遠距離場分布を表した図である。 図２１Ａ〜２１Ｃのそれぞれの近距離場分布に対応する遠距離場分布を表した図である。 シミュレーションによる屈折率プロフィールの輪郭を表した図である。 シミュレーションによる屈折率プロフィールの輪郭を表した図である。 シミュレーションによる屈折率プロフィールの輪郭を表した図である。 図２３Ａ〜２３Ｃ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表した図である。 図２３Ａ〜２３Ｃ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表した図である。 図２３Ａ〜２３Ｃ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表した図である。 図２４Ａ〜２４Ｃのそれぞれの近距離場分布に対応する遠距離場分布を表した図である。 図２４Ａ〜２４Ｃのそれぞれの近距離場分布に対応する遠距離場分布を表した図である。 図２４Ａ〜２４Ｃのそれぞれの近距離場分布に対応する遠距離場分布を表した図である。 トラッキング及び集束検出器の構成並びに例示的な検知条件を表した図である。 トラッキング及び集束検出器の構成並びに例示的な検知条件を表した図である。 トラッキング及び集束検出器の構成並びに例示的な検知条件を表した図である。 トラッキング及び集束検出器の構成並びに例示的な検知条件を表した図である。 集束及びトラッキングサーボシステムを表した図である。 方向が交替する渦巻き状トラックを有するフォーマットを表した図である。 様々なトラック開始点及び終了点を表した図である。 実質的に円形のマイクロホログラムを含むフォーマット設定を表した図である。 細長のマイクロホログラムを含むフォーマット設定を表した図である。 オフ軸マイクロホログラム記録を表した図である。 オフ軸マイクロホログラム反射を表した図である。 オフ軸型のマイクロホログラム記録及び読み取りを表した図である。 オフ軸型のマイクロホログラム記録及び読み取りを表した図である。 オフ軸型のマイクロホログラム記録及び読み取りを表した図である。 マスターマイクロホログラフィ媒体を作成するための構成を表した図である。 マスターマイクロホログラフィ媒体から共役マスターマイクロホログラフィ媒体を作成するための構成を表した図である。 共役マスターマイクロホログラフィ媒体から配布マイクロホログラフィ媒体を作成するための構成を表した図である。 マスターマイクロホログラフィ媒体から配布マイクロホログラフィ媒体を作成するための構成を表した図である。 事前フォーマット済みマイクロホログラムアレイを変更することによるデータの記録を表した図である。 マイクロホログラムアレイベースのメモリデバイスを読み取るための構成を表した図である。 本発明の一実施形態によるシステムを表した図である。 本発明の一実施形態によるシステムを表した図である。 図４１Ａ及び４１Ｂの実施形態で生じることがある位置合わせ不良を表した図である。 図４１Ａ及び４１Ｂの実施形態で使用するのに適している図４２に示した起こり得る位置合わせ不良を見込んだトラッキングシステムのブロック図である。 図４３の実施形態で使用するのに適した２重ステージアクチュエータを表した図である。 本発明の一実施形態によるマイクロホログラムを読み取るためのパワー調整に関する処理フローを表した図である。

本発明の図面及び説明は、典型的なホログラフィ法及びシステムで見られるような別の多くの要素は明瞭にするために排除する一方、本発明に対する明瞭な理解にとって重要な要素を示すように簡略化してあることを理解されたい。しかし、こうした要素は当技術分野で周知であり、また本発明のより良好な理解を容易にすることがないため、本明細書ではこうした要素に関する検討は提供していない。本明細書における開示は、当業者に周知のこうした変形形態及び修正形態のすべてを目的としている。
（概要）
ボリュメトリック光学式記憶システムは、大容量データ記憶に対する需要を満たす可能性をもっている。コンパクトディスク（ＣＤ）やディジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）フォーマットなどディジタル情報が単一の（または、多くとも２つの）反射層内に記憶されるような従来の光学式ディスク記憶フォーマットと異なり、本発明の一態様ではディジタルコンテンツは記憶媒体内で垂直に積み重ねられ横方向に向いたトラックの形で配列された複数のボリューム内の局在性の屈折率変化として記憶される。これらのトラックの各々は、対応する横方向（例えば、半径方向）を向いた層を規定することがある。

本発明の一態様では、単一のデータビットまたはデータビット群は、その各々がボリュームのうちの対応する１つの中に実質的に包含されるような個々のマイクロホログラムとしてエンコードされることがある。一実施形態では、媒体（複数の媒体のこともある）は、射出成形可能な熱可塑性ディスクの形態をとると共に、１つまたは複数の非線形関数特性を示す。この非線形関数特性は、入射光学強度またはエネルギーや加熱など遭遇したエネルギーの非線形関数であるような屈折率変化として具現化されることがある。こうした実施形態の１つでは、媒体の所与のボリューム内部に干渉縞を作成することによって、１つまたは複数のデータビットが当該ボリューム内において後で検出可能な屈折率変調として選択的にエンコードされることがある。したがって、屈折率変化に関する３次元の分子的な光反応性のマトリックスを用いてデータを保存することができる。

本発明の一態様ではその非線形の関数特性によって、その条件未満では屈折率に実質的な変化が起こらずかつその条件を超えると屈折率に計測可能な変化が誘起されるようなしきいエネルギー応答条件を確立することができる。この方式では、しきい値未満の伝達エネルギーを有する光ビームを当てることによって選択したボリュームを読み取るまたは復元することができ、かつしきい値を超える伝達エネルギーを有する光ビームを用いてこれを書き込むまたは消去することができる。したがって、その各々がその内部にマイクロホログラムを実質的に包含することやしないことがあるようなボリュームの高密度マトリックスを確立することができる。これらマイクロホログラムの各々は、マイクロホログラムの書き込みに使用する対向伝播する光ビームの干渉縞に対応するような様々な屈折率を有する下位領域からなる交替性パターンとして具現化される。屈折率変調がエンコードされたビットセンターなどの標的ボリュームからの距離の関数として急速に減弱する場合、ボリュームをそれだけ高密度に詰め込むことができる。

本発明の一態様では、ある特定のボリューム内の屈折率変化は、局在的な加熱パターン（そのボリュームを通過する対向伝播するレーザビームの干渉縞に対応する）によって誘起することができる。一実施形態ではその屈折率変化は、熱可塑性媒体の非晶質状態と結晶状態の間の密度差に由来する。媒体の標的ボリューム内における一方の状態からもう一方の状態への遷移は、標的ボリュームの下位ボリュームをその内部の干渉縞の位置で熱的にアクティブにすることによって選択的に誘起することができる。別法としてその屈折率変化は、媒体の標的ボリュームの下位ボリューム内部における化学変化（例えば、標的ボリューム内部に存在させた染料あるいは染料内部の別の触媒で生じる化学変化）によって誘起されることがある。こうした化学変化は、同じく熱的なアクティブ化を用いて選択的に誘起されることがある。

非線形応答性の媒体を利用する構成は、単一の厳密に集束させた光ビーム、集束させた、若干集束させたあるいは集束させない反射光ビームを用いる（ページベースではなく）ビット指向のマイクロホログラフィ媒体及びシステムを提供するために使用するのに適している。こうした構成によれば、記録用光学系の整列不良に対する許容度の改善、並びにマイクロホログラフィ式システムの簡略化、低コスト化を含む利点が提供される。したがって、本発明の一態様によるマイクロホログラフィ式システムにおいて曲率が小さいまたは曲率をもたない反射素子を使用することがある。データ記録ディスクの１つの表面が反射素子（反射コーティングを有することや有しないことがある）として用いられることがある。

例えば、低曲率フィーチャを有する射出成形可能な熱可塑性媒体を媒体表面内に成形させることがあり、また反射の発生のため並びにトラッキングのためにこれを金属化して使用することが可能である。本発明の一態様では、若干屈曲した素子がディスク内に組み込まれるように熱可塑性媒体を成形することがあり、次いでこれを用いて、出力密度がより高い反射を発生させることができる。これらのフィーチャは、ＤＶＤ上の溝と同様のトラッキングによく適したものとなり得る。さらに反射された光ビームを補正するために、１つまたは複数の素子が使用されることがある。例えば、コリーメートされた光ビームを生成するために屈曲したミラーを用いることがあり、また異なる層まで進むことにより生じる経路長差を相殺するために液晶セルを用いることがある。あるいは、回折素子のような動作をするホログラフィ層を媒体の表面近傍に位置決めし、光ビームに対する補正を提供することがある。反射を生じさせるために外部のミラーやディスク表面が用いられることがある。

本発明の一態様では、異なる層では読み出されるデータが異なることがある。異なる層では反射が異なる収差を有するため、この収差を集束処理過程における層インデックス付与のために用いることがある。有効な回折格子強度を増大させるために反射光ビームに対してより良好な制御を提供するようなディスク背面の設計を用いることがある。マルチ層コーティング及び／または表面構造（表示薄膜構造に類似する）が使用に適している。本発明の一態様では、ノイズの削減及びマイクロホログラムの方向制御の両方のために、斜入射の光ビームを吸収しかつ直角な光ビームを反射させるという設計を用いることもある。さらに、マイクロホログラムの回折格子強度は異なる層で同じにする必要はない。異なる層での記録のためにパワースケジュール設定を用いることもある。

本発明の一態様では、しきい値材料内で１つの集束させた光ビームと１つの平面波光ビームを用いたマイクロホログラムの記録を有効とさせることがある。こうした方法では２つの入力光ビームを利用することがあるが、整列要件は従来の方法ほど厳格ではなく、この際にマイクロホログラムの向き及び強度の層全体にわたる良好な制御及び均一性が維持される。読み出し信号も同様に良好に予測することができる。
（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、他のホログラフィ式技法と比べて光学式データ記憶に関し幾つかの利点を示す。ここで図１を参照すると、対向伝播する光ビームを用いて媒体の内部にホログラムを形成するための例示的な一構成１００を表している。ここでは、マイクロホログラフィ式記録は記録媒体１３０のボリューム１４０内に縞を生成するように干渉する対向伝播する２つの光ビーム１１０、１２０に由来している。干渉は、記録媒体内部の標的ボリューム１４０（例えば、所望の箇所）において略回折限界直径（概ね１マイクロメートル（μｍ）以下など）に光ビーム１１０、１２０を集束させることによって達成させることができる。光ビーム１１０、１２０は、光ビーム１１０には従来のレンズ１１５をまた光ビーム１２０にはレンズ１２５を用いて集束させることがある。単純なレンズ構成を示しているが、もちろん複合レンズフォーマットが用いられることもある。

図２は、ホログラム支持媒体内部に対向伝播する光ビームを用いてホログラムを形成するための代替的な一構成２００を表している。構成２００では、レンズ１２５が屈曲したミラー２２０によって置き換えられており、これによって光ビーム１１０の集束された反射１２０が光ビーム１１０自体と干渉する。構成１００、２００では、２つのレンズ１１５、１２５に関して、またレンズ１１５とミラー２２０の相互に関して高度に精細な整列が必要である。したがって、こうした構成を利用したマイクロホログラフィ式記録システムは、従来の高精度の位置決めステージを組み込んだものなど安定で振動のない環境に限定される。

本発明の一態様では、集束させた、若干集束させたあるいは集束させない反射光ビーム（対向伝播する集束させた光ビームを基準とする）が記録のために用いられることがある。図３は、対向伝播する光ビームを用いて媒体の内部にホログラムを形成するための代替的な一構成３００を表している。構成３００は、ミラー３２０からの光ビーム１１０に関する集束させない対向伝播反射３１０を利用する。図示した実施形態では、ミラー３２０は実質的に平面状のミラーの形態をとる。

図４は、対向伝播する光ビームを用いて媒体の内部にホログラムを形成するための代替的な一構成４００を表している。構成４００は、ミラー４２０からの光ビーム１１０に関する若干集束させた対向伝播反射４１０を利用する。構成４００に関する図示した実施形態はさらに、例えば液晶セル、ガラスウェッジまたはウェッジ対の形態をとることがあるような光路長補正素子４２５を含む。

図５は、対向伝播する光ビームを用いて媒体の内部にホログラムを形成するための別の代替的構成５００を表している。構成３００（図３）と同様に、構成５００は実質的に平面状の反射表面を用いる。しかし構成５００は、光ビーム１１０の反射５１０を提供するために媒体１３０自体の一部分５２０を用いている。部分５２０は、媒体１３０の反射性の（金属コーティングされるなどした）背面、媒体１３０内部にある反射層あるいは媒体１３０内に反射性表面を本質的に形成する１つまたは複数のホログラム（ただしこれらはすべて非限定の例である）の形態をとることがある。

構成３００、４００及び５００では、光ビーム１１０は標的ボリュームまたは領域において光ビーム３１０、４１０、５１０と比べてより小さいスポットサイズ及びより大きな出力密度を有しており、これによりマイクロホログラム寸法はより小さいスポットサイズの寸法によりドライブされることになる。２つの光ビーム同士の出力密度差に対する障害になる可能性があるものに、干渉パターン内に生じる基本成分すなわちＤＣ成分がある。こうした基本成分すなわちＤＣ成分があると、材料１３０が遭遇した照射強度に従った屈折率の線形変化を示すような材料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する。

図６は、対向伝播する光ビームから受ける光強度が位置によって異なっており、これにより干渉縞が形成されることを表している。図７に示すように、ｎ_０と比較して遭遇した光強度によって屈折率が実質的に線形に変化するような線形応答性材料内では、（比較的）集束させない光ビームはあるボリューム内のダイナミックレンジを所望のホログラムに対応する標的ボリュームと比べてさらに多く消費し、これによってその他のボリューム及びマイクロホログラムの可能な反射率を低下させることがある。ダイナミックレンジはまた、対向伝播する光ビームが垂直入射である場合（例えば、図１及び２参照）にも同じく、媒体の深度全体にわたって消費される。

本発明の一態様では、ホログラム形成時に標的ボリューム以外の影響を受けるボリューム内でダイナミックレンジがこのように消費されることは、遭遇した出力密度に対して非線形の応答を示す記録材料を用いることによって緩和される。換言すると、非線形記録特性を示す媒体がマイクロホログラフィ方式と組み合わされて用いられる。材料の非線形記録特性を用いると、光強度に対して非線形（例えば、２乗型、３乗型あるいはしきい値タイプ）の記録が容易になり、ある光強度を超えた場合にだけ記録が実質的に行われる。材料のこうした非線形記録特性によって、指定しない箇所のボリューム内でのダイナミックレンジ消費が低減または排除されると共に、マイクロホログラムの、またしたがって標的ボリュームの寸法縮小が容易になる。

図１０Ａ〜Ｂ及び１１Ａ〜Ｂは線形記録媒体の記録特性を表しており、また図１０Ｃ〜Ｄ及び１１Ｃ〜Ｄはしきい値タイプの非線形記録媒体の記録特性を表している。より具体的には図１０Ａ〜１０Ｄは、図１及び２に示すような２つの集束させた対向伝播する光ビームの干渉によって、光強度に対する変調（位置０（−０．５と０．５の中間）は集束させた２つの光ビームの媒体厚方向での焦点に対応する）が生成されることを表している。線形記録特性を示す媒体の場合、図１０Ａに示す強度プロフィールに従って図１０Ｂに示すような屈折率変調が得られる。屈折率変調は最終的に位置０の近傍で最大となるが、実質的に材料の厚さ全体にわたって拡がることがあり例えば図１０Ｂの位置（横座標）の値に限定されるものではない（これによって、得られるマイクロホログラムが複数のボリュームを１つずつ上に積み重ねた媒体内ではある特定のボリューム内部に実質的に包含されないことがある）ことに留意されたい。非線形またはしきい値特性を示す記録媒体（しきい値条件を図１０Ｄに示している）では一方、しきい値条件１０２０に到達したボリューム内部だけで実質的に記録１０１０が生じており、これにより得られるマイクロホログラムは実質的に、複数のボリュームを１つずつ上に積み重ねた特定のボリューム内部に包含されることになる。図１０Ｄは、マイクロホログラム誘起の縞が概ね３μｍにわたって拡がっていることを表している。図１１Ａ〜１１Ｄに図示したようにマイクロホログラムの横寸法方向でも同様の特性が見られる。これにより提示したように、しきい値タイプの非線形材料を用いることによって媒体の標的外ボリュームのダイナミックレンジに関する望ましくない消費が軽減される。

説明を目的としてしきい値タイプの非線形材料について検討しているが、線形応答性材料内では第１次近似までで屈折率変調の振幅が光強度に伴って線形に変動する（図１０Ａ〜１０Ｂ、１１Ａ〜１１Ｂ参照）ことを理解すべきである。したがって、記録しきい値を有する材料が特に望ましいことが実証されているとしても、例えば１を超えるパワー（あるいはパワーの合成）のようにその屈折率変調の振幅が変動するような照射に対する非線形の光学応答を示す材料によれば、影響を受ける他のボリューム内でのダイナミックレンジ消費が大幅に軽減されることになる。

しきい値タイプの非線形材料を再度参照し、また図１０Ｃ〜Ｄ及び１１Ｃ〜Ｄを再度参照すると、こうしたケースでは、実質的に入射エネルギー密度または出力密度１０１５がしきい値１０２０を超える場合にのみ光学誘起の屈折率変化１０１０を受けることによってしきい値応答性の媒体を働らかせている。しきい値１０２０未満では、媒体が受ける屈折率の変化は実質的にゼロである。記録のために用いる対向伝播する光ビームのうちの一方（例えば、反射させた光ビーム）は、集束させること（図１及び２）、若干集束させること（図４）、さらには集束させないこと（図３及び５）がある。こうしたしきい値応答性材料を用いてもなお、集束許容度要件を低下させる影響がある。図５に図示したように目下の表面テクノロジー光学式記憶デバイスと同様に反射デバイスをディスクなどの媒体内に組み込めることが別の利点である。

ここでさらに図８及び９を参照すると、より大型のページベースのホログラムではなくより小型のマイクロホログラムを用いることによって、温度ゆらぎや角度整列不良に対するシステム許容度の向上が得られる。図８は、ホログラムの予測されるＢｒａｇｇ離調（ｄｅｔｕｎｉｎｇ）

ここでＬはホログラム長さ
を記録温度と読み取り温度の間の差の関数として表している。参照番号８１０はマイクロホログラムの予測される性能に対応し、また参照番号８２０はページベースホログラムの予測される性能に対応する。図９は、ホログラムの予測されるＢｒａｇｇ離調

ここでＬはホログラム長さ
を角度変化の関数として表している。参照番号９１０はマイクロホログラムの予測される性能に対応し、また参照番号９２０はページベースホログラムの予測される性能に対応する。

単に非限定の追加的説明として、略回折限界サイズに集束させた到来する光ビームは若干の集束または全く未集束で反射を受けることがあり、これにより対向伝播する集束させた到来する光ビームと比較して反射光ビームが集束されない（または、若干だけ集束される）ことがある。反射素子は、ディスク表面上とし、例えば平坦なミラーや若干屈曲したミラーの形態をとるせることがある。集束させた光ビームと反射の間に何らかの整列不良が生じると、その干渉パターンは、反射光ビームの位相フロントの曲率が比較的大きいような集束光ビームの箇所によってドライブされることになる。曲率が大きいので、集束させたスポットが反射光ビームに対応して動くときに生じる出力密度変動は小さい。
（非線形応答性材料 例１）
ホログラフィ記憶システム向けの媒体候補としてはフォトポリマーが提唱されてきた。フォトポリマーベースの媒体は、ガラスサブストレート間に挟み込んだジェル様状態で記録される妥当な屈折率変化と感度を有する。しかし、成形済みディスクなど簡略な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、周辺光）に影響されやすく、また記録処理過程前、記録処理過程中、またときには記録処理過程後においても特殊な取り扱いを要することが多い。これらの欠点もまた解消することが望ましい。

本発明の一態様ではホログラフィ式データ記憶媒体として、光ビームに対する曝露によってその内部に屈折率変調が誘起されるポリマー相変化材料が用いられる。一実施形態ではその検出可能な屈折率変化は、材料の非晶質成分と結晶質成分の間に熱的に誘起した局在性の変化に由来する。これによれば小さいエネルギーを用いて大きな屈折率変調を誘起できる可能性がある。こうした材料はさらに、そのしきい値未満の光照射エネルギーでは材料の屈折率にほとんどまたは実質的に全く影響がない一方、そのしきい値を超える光照射エネルギーでは検出可能な屈折率変化が生じるようなしきい値条件を提供できることがある。

さらに詳細には、相変化誘起可能なポリマー材料によって、射出成形可能で環境的に安定な熱可塑性サブストレート内で大きな屈折率変化（Δｎ＞０．０１）を良好な感度（Ｓ＞５００ｃｍ／Ｊ以上）で提供することが可能である。さらにこうした材料はさらに、実質的にしきい値応答性の記録処理過程の利用可能性を提供しており、これによって同波長レーザーを読み取りと書き込みの両方に使用することが可能となる一方、周辺光照射による記憶済みデータの実質的な劣化を防止することができる。一実施形態ではその検出可能屈折率変化は、コポリマー熱可塑性サブストレートの成分のうちの１つに関する非晶質と結晶質状態の間の率の差に対応する。こうしたサブストレートは、コポリマーを融解温度（Ｔｍ）を超えるまで上昇させて材料を急速に冷却（または、クエンチング）し、材料のうち以前結晶質だった成分を非晶質の状態で冷却されるように誘起することによって作成することが可能である。

ここでさらに図１４Ａ及び１４Ｂを参照すると、材料の標的ボリューム内部で光ビームが干渉を受け、干渉縞に対応するその下位ボリュームがその場所でのエネルギー吸収の結果として局所的に加熱されている。その局所温度が臨界温度（例えば、ガラス転移温度（Ｔｇ））を超えて上昇した後（図１４Ａ）、材料の結晶質成分が溶け、続いて非晶質状態まで冷却され、これにより材料内の別の結晶質状態ボリュームに対して屈折率差が生じる。この臨界温度は別法では、概ねナノ領域の成分材料の融解温度（Ｔｍ）とすることがある。しかしながら、入射光ビームのエネルギーが材料温度を臨界温度を超えるまで上昇させるのに十分でなければ、実質的に全く変化は生じない。このことを図１４Ｂに示しており、図１４Ｂでは臨界値Ｆ_ｃｒｉｔを超える光学フルエンスによってホログラムの書き込みが生ずるような相変化が得られ、また臨界値Ｆ_ｃｒｉｔ未満の光学フルエンスではこうした変化が実質的に全く生じていない（このため、記録されたホログラムの読み取り、並びにこれによる記録データの復元に適することになる）。

非限定の追加的な説明の目的では、その臨界値は

ここで、Ｌはマイクロホログラムの長さまたは深度であり、ρは材料密度であり、ｃ_ｐは材料の比熱であり、またΔＴは遭遇した温度変化（すなわち、Ｔ_ｇ−Ｔ_０（ここで、Ｔ_ｇはガラス転移温度でＴ_０は材料の周囲温度））である。
一例として、密度が１．２ｇ／ｃｍ^３で比熱が１．２Ｊ／（Ｋ・ｇ）のポリカーボネートが使用される場合、そのマイクロホログラムの長さは５×１０^−４ｃｍであり、かつその温度変化は１２５°Ｃ（Ｋ）でＦ_ＣＲＩＴ＝９０ｍｊ／ｃｍ^２である。エネルギー項に変換すると、臨界フルエンスＦ_ＣＲＩＴに達するのに要するエネルギー（Ｅ_ＣＲＩＴ）は

となる。
ここで、Ａはホログラムの横断面積であり、またｗ_０は光ビームウェスト（ｗａｉｓｔ）である。
Ｅ_ＣＲＩＴを提供するのに要する焦点位置におけるエネルギーＥ_Ｆは

となる。
ここで、

は透過であり、

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は最大入射光学フルエンスであり、またＬはマイクロホログラムの長さである。
焦点位置に必要なエネルギーＥ_Ｆを提供するために材料に伝達される入射エネルギーＥ_ＩＮは

となる。
ここで、

は透過であり、

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、またＤは材料の深度（または、長さ）（例えば、媒体ディスクの厚さ）である。
ここでさらに図１５Ａ〜１５Ｃを参照すると、光ビームウェストｗ_０が０．６×１０^−４ｃｍであると仮定すると、ホログラムの横断面積Ａは５．６５×１０^−９ｃｍ^２となる。さらにマイクロホログラムの深度Ｌが５×１０^−４ｃｍでありかつ材料の深度Ｄ（例えば、媒体ディスク全体）が１ｍｍであると仮定すると、入射エネルギーＥ_ＩＮとαの間に予測される関係は図１５Ａに示すようになる。さらに、材料線形吸収α_０が０．０１８（１／ｃｍ）でありかつ材料非線形吸収α_ＮＬが１０００ｃｍ／Ｊ（またさらに、材料長さが０．１ｃｍ）であると仮定すると、透過とフルエンスの間に予測される関係は図１５Ｂに示すようになる。これらと同じ仮定を用いると、光ビームウェストと距離並びに、正規化吸収と距離の間に予測される関係は図１５Ｃに示すようになる。

同様に図１６Ａ及び１６Ｂに示すように、こうしたコポリマー材料媒体に対する対向伝播光ビームの照射によって、その位置にある結晶質ポリマーのナノ領域の形成または崩壊に由来して対向伝播光ビームの干渉縞に対応する固定の率変調の形態でマイクロホログラムが書き込まれることが予測される。すなわち相変化／分離機構によって、使用中の光の波長と比べて実質的により小さい結晶質ナノ領域の形成や崩壊に基づいた屈折率変調が生成される。図１６Ｂの値は、それぞれが７５ｍＷの単一の入射ビームパワー（Ｐ１＝Ｐ２）、α＝２０ｃｍ^−１及び１ｍｓの照射時間（τ）を有する対向伝播する２つのビームを用いて予測したものである。マイクロホログラムを形成する予測結果の屈折率変化（Δｎ＝０．４）を図１６Ｃに示す。これから理解できるように、対向伝播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実質的に、局所的加熱がしきい値条件を超えており（例えば、その温度が１５０°Ｃを超えており）しきい値記録条件が得られた場合にのみ生成される。

使用に適したポリマーとしてはその非限定の例として、部分的な結晶化度を呈するホモポリマー、非晶質と結晶質のポリマーからなるホモポリマーのブレンド、ランダムポリマーとブロックコポリマーを含む多種多様なコポリマー組成、並びにホモポリマーを伴うコポリマーや伴わないコポリマーのブレンドを含む。こうした材料は、単に非限定の一例として深度が概ね３マイクロメートル（ミクロン）のホログラムを記憶するのに適している。この材料の線形吸収は大きいことがあり、これによって材料は不透明となりかつその感度は制限される。

光吸収性染料に応答した熱誘起の反応は、率変化機構を光反応機構から分離し、これにより感度の上昇を可能にするのによく適している。本発明の一態様では、熱誘起による処理法によって光誘起性屈折率変化に対する非線形応答性の機構を提供することができる。この機構またはしきい値条件によって、同じ波長の光学ビームをデータの読み取りと記録のそれぞれにおいて低パワーと高パワーで使用することが可能となる。この特性によってさらに、周辺光による記憶済みデータの実質的な劣化が防止される。その内部における吸収がフルエンスの関数でありかつフルエンスの増加に伴って増大するような逆可飽和吸収（ＲＳＡ）特性を有する染料が有用である。結果として吸収は、バックグラウンドの線形吸収が小さい光ビーム（複数のこともある）の焦点位置で最大となり、最終的にほとんど透明な材料が得られる。こうした染料の例には単に非限定の例として、ポルフィリンやフタロシアニンが含まれる。

さらに、非晶質／結晶質コポリマーはディスクなど射出成形可能な熱可塑性サブストレート内に所望の特性を提供するのによく適している。熱可塑性物質を使用するため、単一のコポリマー材料自体によって屈折率変化、感度、安定性及び「固定（ｆｉｘｉｎｇ）」が提供されるようにして大幅な後処理要件を伴わずに安定なサブストレート内にデータを記録することが可能である。さらにコポリマー成分の選択を介して、従来のフォトポリマーと比べてより大きな率変調が可能となる。材料の感度は、使用する染料（複数のこともある）の光吸収特性に依存することがある。周知の逆可飽和吸収染料のケースでは、従来のホログラフィフォトポリマーと比べて２〜３倍高い感度を達成することが可能である。しきい値条件によってさらに、データ記録後に要求される後処理をほとんどあるいは全く伴わずに同じ波長でデータを読み取りかつ書き込む能力が提供される。このことは、データ記録後にシステムを完全硬化までもって行くためにサブストレートの全体照射が必要となるのが一般的であるフォトポリマーとは対照的である。最後に、データ記録前にフォトポリマーがジェル様状態であることと異なり、コポリマーサブストレートは熱可塑性状態とすることができる。これによれば、熱可塑性状態材料は射出成形しただけで例えばケースや保持具内に包含させる必要がないため、フォトポリマーと比較して媒体の物理的構造が簡略化されるので有利である。

したがって本発明の一態様では、光誘起による相変化及び得られる率変調を支持するために非晶質／結晶質コポリマーを用いることがある。線形吸収性の染料を非晶質／結晶質の相変化材料と組み合わせて使用し、光学エネルギーを温度上昇に変換することができる。温度上昇を効率よく生成するために、逆可飽和吸収染料（複数のこともある）を使用することがある。率変化に対するしきい値条件を有効にするような染料及び相変化／分離材料を介して、光学的なアクティブ化を率変化誘起と分離させることがある。

追加的な説明として、あるブロックコポリマー組成ではその個々のポリマーは、コポリマーの性質のためにポリマーブレンドのように巨視的に成長しない整然とした領域構造に自発的に相分離される。この現象については、Ｓａｋｕｒａｉ（ＴＲＩＰ ｖｏｌ．３、１９９５、９０ページ以降）によって検討されている。コポリマーを構成する個々のポリマーは、温度に依存して非晶質及び／または結晶質の挙動を呈することができる。分離するマイクロ相が球体、円筒、ラメラ（ｌａｍｅｌｌａ）のいずれを形成するかは、個々のポリマーの重量比によって決定される傾向がある。その両相が個々のブロックのガラス転移温度（Ｔｇ）及び融解温度（Ｔｍ）を超えて短時間（または、長時間）加熱されたときに非晶質であるようなコポリマー系を使用することがある。低い温度まで冷却すると、相のうちの一方がオリジナルのマイクロ相の形状を維持したままで結晶化する。この現象の一例は、Ｈｕｎｇらにより報告されたポリ（エチレンオキシド）／ポリスチレンブロックコポリマー（Ｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ、３４、２００１、ページ６６４９以降）で例証されている。本発明の一態様では、ポリ（エチレンオキシド）／ポリスチレンブロックコポリマーを例えば７５％／２５％の比で使用することがある。

例えば、フタロシアニン染料（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など）、テトラ−４−スルホナートフェニルポルフィリナート−銅（ＩＩ）、あるいはテトラ−４−スルホナートフェニルポルフィリナート−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)）といった光化学的にかつ熱的に安定な染料をこうしたコポリマーに添加して１２０ｍｍ直径のディスクになるように射出成形させることが可能である。この成形が、コポリマーの温度をポリスチレンのガラス転移温度（Ｔｇ）とポリ（エチレンオキシド）の融解温度（Ｔｍ）を超えて上昇させ、これによってマイクロ相分離を伴った非晶質材料が生成される。ディスクを約−３０°Ｃまで冷却（例えば、クエンチング）させることによって、ポリ（エチレンオキシド）相が材料全体にわたって結晶化される。１００ナノメートル未満の（例えば、＜１００ｎｍ）など結晶質領域の領域サイズが十分に小さい場合、媒体によって光が散乱されることがなく、かつ媒体はサブストレートが厚くても透明に保たれる。２つのレーザビーム（または、光ビームとその反射）をディスクの指定した領域（例えば、標的ボリューム内）において干渉させることによって、データを材料内に記録させることができる。

１本または複数本の記録光ビーム（例えば、大パワーレーザビーム）に曝露させるとその染料は、干渉縞の位置で強い光を吸収し、ディスクの対応するボリュームまたは領域内の温度を瞬時にポリ（エチレンオキシド）相の融解温度（Ｔｍ）を超える点まで上昇させる。これによって当該領域が実質的に非晶質となり、周囲の材料内の結晶質領域と異なる屈折率が生成される。記録済みのマイクロホログラムの読み取り及び対応するデータのマイクロホログラム反射としての復元を目的とした後続の低エネルギーレーザビーム照射では、材料内に実質的な変化が全く生じない（個々のポリマーのＴｇまたはＴｍを超えてポリマーを加熱することがないレーザーパワーが使用される場合）。したがって、非線形の光応答性（例えば、しきい値応答性）のホログラフィ式データ記憶媒体を、長い時間期間にわたりかつ多数回の読み取りにわたって実質的に安定な記憶媒体で提供することができる。

球体、円筒及びラメラが一般的な構造であるが、別の変換（ｐｅｒｍｕｔａｔｉｏｎ）も等しく良好に形成し作用させることが可能である。別法として、ポリカーボネート／ポリエステルブロックコポリマーを含む多種多様なブロックコポリマーを使用し、結晶質領域の異なる形成温度並びにこれを崩壊させる温度に対応することができる。放射を吸収して熱を発生させるのに使用される染料が逆可飽和吸収体の形態をとる場合、加熱が生じる箇所をピンポイントで示す際の良好な制御を得ることができる。マイクロホログラムの横方向の範囲は集束させたレーザビーム（複数のこともある）のウェストの直径と比べてかなり小さいことがある。記録済み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消費を制限または排除すること、したがって各マイクロホログラムの反射率をまたこれによりデータ記憶容量を増大させることは、本発明の一態様に従った非線形記録媒体を使用することを通じて実現することができる。

しきい値材料によればさらに、線形材料と比べて記録に対する感度がより高くなるという追加的な恩恵を提供することもできる。この利点は、マイクロホログラフィ式システムに関する達成可能な記録データ速度の上昇の形に変換することができる。さらに、媒体のしきい値特性に由来するステップ式の屈折率変調は、線形材料を用いた場合と比べて反射がより少ないマイクロホログラムを作成するのに役立つことがある。しかし反射率は、データ記憶用途に十分な高さに保つことができる。ここでさらに図１２を参照すると、屈折率変調の増大に伴って反射率が上昇することが予測される。さらに、熱拡散によって不都合な問題が提起されないことも予測される。ホログラム形成中の熱拡散も検討されてきており、その温度パターンは対向伝播光ビームの干渉縞（すなわち、照射パターン）に従うものと予測される。率パターンの縞を維持するためには、熱拡散を縞間の領域に実質的に制限し相変化温度に至らせることがある。図１２の曲線１２１０は線形応答性材料に対応し、また図１２の曲線１２２０はしきい値応答性材料に対応する。ここでさらに図１３Ａ及び１３Ｂを参照すると、予測される温度上昇プロフィールを位置の関数として表している。したがって、標的ボリュームから周囲のボリュームへの熱の漏れによって周囲ボリュームがしきい値温度１０２０まで上昇することはないものと予測される。
（非線形材料 例２）
別の構成では、ホログラフィ式データ記憶を有効にするような屈折率変化（Δｎ）を支援するためにポリマーマトリックスをした有機染料が使用されることがあり、ここでこの有機染料はポリマーマトリックスと比べて大きな共振強調の屈折率を有する。こうしたケースでは、ホログラフィ向けの屈折率傾斜を生成するために、指定した領域または標的ボリューム内での染料の漂白（ｂｌｅａｃｈｉｎｇ）が用いられることがある。媒体内部で光ビームを干渉させて指定したエリアを漂白することによってデータを書き込むことができる。しかし、干渉する光が媒体全体を通過しており（指定したエリアだけが漂白されることになる場合にも）かつ漂白放射に対して線形応答が存在する場合（光ビーム強度が集束させたエリアで最大となりそこに最大の漂白を生成する場合にも）、比較的低いレベルの染料が入射を受けた媒体全体にわたって漂白されるものと予測される。したがって、複数のレベルになるようにデータが書き込まれた後、線形記録媒体内に望ましくない追加的な漂白が生じることが予測される。このことによって最終的に、媒体内に書き込み可能なデータ層の数が制限されることがあり、これにより線形記録媒体では全体的な記憶容量が制限される。

商業的な用途で有用な感度を有するためには記録媒体が高い量子効率（ＱＥ）を有する必要があるとの認識から別の懸念が生じる。ＱＥとは、電子正孔対を発生させるような光応答性素子に当たる光子の百分率を意味しており、デバイスの感度の１つの尺度となる。高いＱＥを有する材料では典型的には、低パワーの読み取りレーザーを用いる場合であっても記憶済みのホログラム（またしたがって、データ）が急速に漂白を受ける。したがって、データが線形応答性の媒体内で実用上読み取り不可能になるまでにデータを読み取りできるのはある限定された回数だけである。

本発明の一態様では、これらの欠点に対処するために非線形光応答媒体が用いられる。この場合も、データの記憶及び取り出しを提供するためにホログラフィ式システムにおいてフォトポリマーではなく熱可塑性物質に基づいた材料ソリューションが使用されることがある。このことは、処理、取り扱い及び保存、並びに多種多様なホログラフィ式技法との可用性の点で有利であることが分かっている。

追加的な説明として、ホログラフィ式光学データ記憶のために熱可塑材料内にナローバンド吸収性の染料を用いることがある。ある種の光化学反応ではリジッドなポリマーネットワークが量子効率（ＱＥ）を妨げると考えられる。したがって本発明の一態様では、材料の局在的ＱＥを増大させる（例えば、倍率＞１００など）ためには、熱可塑性物質のＴｇの近くまたはこれを超える温度までなどポリマーネットワークを局在的加熱することが有用である。この改良によって、材料の感度がホログラフィ式光学データ記憶に有用な方式で直接高められる。さらにこれによれば、媒体の離散的な融解領域内の染料分子が周囲の非晶質材料と比べてより迅速に光化学反応を受けるようなゲート処理またはしきい値処理が提供され、これによって他の層に大きな影響を及ぼさずに媒体の多くのバーチャル層上への書き込みが容易になる。換言すると、これによってその他のボリュームに対する大幅な漂白という有害な影響を与えることなく読み取り及び書き込みが可能となる。

ここで図１７Ａ〜１７Ｃを参照すると、ホログラフィ式データ記憶に関して、ポリマーマトリックスを包含したオルト−ニトロスチルベン（ｏ−ニトロスチルベン）を用いることがある。オルト−ニトロスチルベンの漂白を生じさせる光化学反応はよく知られており、例えばＳｐｌｉｔｔｅｒ及びＣａｌｖｉｎ（ＪＯＣ、１９５５、ｖｏｌ．２０及びページ１０８６〜１１１５）で検討されている。ＭｃＣｕｌｌｏｃｈは後に、染料を漂白してクラッディング材料を形成することによってこのクラスの化合物を薄膜応用の導波路を製作するために使用した（Ｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ（１９９４、ｖｏｌ．２７、ページ１６９７〜１７０２参照）。ＭｃＣｕｌｌｏｃｈは、ある特定のｏ−ニトロスチルベンのＱＥがポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）マトリックス内で０．０００４０４となったことを報告している。しかしＭｃＣｕｌｌｏｃｈは、ヘキサンの希釈溶液内で同じ染料が同じ漂白波長で０．１１のＱＥを有することを指摘している。ＭｃＣｕｌｌｏｃｈはさらに、この差が薄いポリマー薄膜からヘキサン溶液に向かって移動する際のラムダマックスの浅色性（ｈｙｐｓｏｃｈｒｏｍｉｃ）シフトに由来すると推測している。このことは、リジッドなポリマー内におけるｏ−ニトロスチルベンの安定な配座（ｃｏｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ）は初期のペリサイクリック反応のために適正に整列しないことがあるため、移動度（ｍｏｂｉｌｉｔｙ）効果に関係する可能性がある。図１７Ａは、２５°Ｃと１６０°Ｃでの１００ｍＷで５３２ｎｍのレーザーによる漂白を示すデータを表している。この増大は、移動度の上昇に由来する、または単に温度が高くなったための反応速度の上昇に由来する、あるいはこれらの組み合わせに由来することがある。図１７Ａと同じく図１７Ｂは、概ね６５°Ｃを超えると検討したマトリックスのＱＥの増大が予測されることを表している。したがって一実施形態では、ｏ−ニトロスチルベン染料をポリカーボネートマトリックスと組み合わせて使用してＰＭＭＡ材料に匹敵する性能を提供する（ただし、若干高いＱＥが可能である）。

しかし、本発明はこのクラスの染料に制限されないことを理解すべきである。本発明はむしろ、室温または室温に近い温度で固体ポリマーマトリックス内でＱＥが十分に低く、かつ加熱したときにＱＥの上昇（例えば、ＱＥの指数関数的上昇）を示すような任意の光活性染料材料の利用を企図している。これによって非線形記録機構が得られる。この加熱は、ＱＥが大幅に増大されていれば、必ずしもガラス転移温度（Ｔｇ）を超えて温度上昇させる必要はなく、またＴｇを十分に上回ることもあることを理解すべきである。こうした光活性染料のＱＥは、実質的に均一に分布した染料を包含するポリマーマトリックスの指定領域内部で増大させることがある。ポリカーボネートマトリックスのケースでは、光活性染料を包含するポリカーボネートマトリックスをそのＴｇを超えて加熱することによって、漂白速度の上昇を達成させることがある。漂白速度の上昇は概ね＞１００倍となることがある。

任意選択では、ｏ−ニトロスチルベンのようなポリカーボネートマトリックスに対する光応答性染料の添加に加えて、光吸収体の役割をさせるためにこのマトリックスに対して熱的及び光化学的に安定な第２の染料も添加し、対向伝播するレーザビームの焦点位置にある干渉縞に局在性の加熱を発生させることがある。予測される温度を例えばマトリックスのＴｇの近傍またはこれを超える所望のレンジに調整するために、集束点における染料濃度、レーザーパワー及び時間を用いることがある。こうした実施形態の１つでは、光漂白のために第１及び第２の光波長をマトリックスの概ね同じ領域に同時に集束させる。材料の加熱する領域の感度は、周囲の低温のリジッドなポリマー領域と比べて大きい（例えば、概ね１００倍大きい）と予測されるため（図１７Ａ参照）、周囲の領域に対して漂白の影響がかなり小さい比較的低パワーの光ビームを用いることによって標的の加熱ボリューム内に情報を迅速に記録することが可能である。したがって、事前記録の領域（複数の領域のこともある）であるがデータがまだ記録されたことがないが領域は受ける漂白が最小であり、このためこの位置における不用なダイナミックレンジ消費が緩和されると共に、媒体内で全体としてより多くの層にデータを書き込むことが可能となる。さらに、書き込みのための指定領域の加熱に使用するレーザー波長に関して比較的低いパワーで読み取りすることによって、読み出し中の軽率による染料漂白も軽減される。別法として、加熱及び漂白について単一の光波長または波長レンジを用い、これにより使用する光の波長（または波長レンジ）を２種類の波長ではなく１つだけとすることがある。

局在的加熱の目的では熱的及び光化学的に安定な染料の役割をさせるために多種多様な染料が適しているが、非線形の挙動をする染料が特によく適することが分かっている。こうしたクラスの染料のうちの１つは、逆可飽和吸収体（ＲＳＡ）と呼ばれ、さらには励起状態吸収体と呼ばれることもあり、特に魅力的である。こうした吸収体には、多種多様な金属フタロシアニン及びフラーレン染料が含まれ、これらはスペクトルのうち染料の別の強吸収からよく分離された部分内で非常に弱い吸収を有するのが典型的であるが、光の強度があるしきい値レベルを超えたときに強力な過渡的なトリプレット−トリプレット吸収を形成する。拡張ジメチルアミノ・ジニトロスチルベンを用いた非限定の例に対応するデータを図１７Ｃに示す。この場合と同様に、ジメチルアミノ・ジニトロスチルベンを組み込んだ媒体内の対向伝播光ビームの干渉縞における光強度がしきい値レベルを超えると、染料は集束点位置で強力に吸収し、材料の対応するボリュームを高温まで急速に加熱することが可能となることが予測される。したがって本発明の一態様では、熱ゲートイベントを用いて比較的低いエネルギーによって媒体の標的ボリューム内にデータを書き込むことを可能にする（したがって、感度の上昇が得られる）一方、媒体の他のボリューム内の照射誘起による不用な反応を最小化することができる。
（トラッキング及び集束）
一実施形態では、その媒体がスピンするディスクの形態である場合にボリュメトリック媒体内で複数の垂直に積み重ねられた層内の半径方向に拡がった渦巻き状トラックに沿ってマイクロホログラムが記憶される（例えば、図２８及び３０参照）。光学系は媒体内の特定の標的ボリューム内に光ビームを集束させ、以前に記憶されたデータの復元または読み出しのためにその位置でマイクロホログラムの有無を検出するか、あるいはその位置に干渉縞を生成しマイクロホログラムを作成する。したがって、標的ボリュームはデータ書き込み及び復元用光ビーム照射のために正確に照準を定めることが重要である。

一実施形態では、当てられる光ビームの反射の空間的特性を用いて、マイクロホログラムアレイを包含する媒体の選択ボリュームに対する正確な照準定めを支援している。標的ボリューム（例えば、マイクロホログラム）が、焦点外またはオフトラックである場合、反射像がイン焦点かつオントラックにあるマイクロホログラムからの反射と異なることは予測可能である。次いでこれを監視して使用することによって、指定ボリュームに対して正確に照準が定められるようにアクチュエータを制御することが可能である。例えば、焦点外のマイクロホログラムからの反射のサイズはイン焦点にあるマイクロホログラムのサイズからバラツキがある。さらに、整列不良のマイクロホログラムからの反射は整列が適正なマイクロホログラムからの反射と比べて細長（例えば、本質的により楕円状）である。

追加的な説明として、上で検討した材料システムでは（従来のＣＤ及びＤＶＤテクノロジーと異なり）、非金属化層を使用して入射読み取り光ビームを反射させている。図１８に示すように、媒体１８２０内に包含されたマイクロホログラム１８１０は読み取り光ビーム１８３０を、１つまたは複数の光学素子（例えば、レンズ）１８５０の周りに位置決めされたリング検出器１８４０に反射させる。光学素子１８５０は、マイクロホログラム１８１０が光学素子１８５０及びリング検出器１８４０上に入射するような反射を生成させるように、マイクロホログラム１８１０に対応する標的ボリュームに光ビーム１８３０を集束させる。図示した実施形態では、光学素子１８５０はこの反射をデータ復元検出器（図示せず）に伝える。マイクロホログラム１８１０を１つだけ図示しているが、実際上は媒体１８２０が様々な位置（例えば、Ｘ、Ｙ座標やトラックに沿った位置）並びに多くの層（例えば、Ｚ座標や深度面あるいは疑似面）内に位置決めされたマイクロホログラムのアレイを包含するものと予測されることを理解すべきである。アクチュエータ（複数のこともある）を用いて、マイクロホログラムのうちの選択したマイクロホログラムに対応する様々な標的ボリュームに対して光学素子１８５０を選択的に照準合わせすることができる。

マイクロホログラム１８１０が読み取り光ビーム１８３０の焦点位置にある場合、読み取りレーザビーム１８３０は反射状態になり、これによって光学素子１８５０の位置にデータ復元検出器に伝えられる反射信号が生成される。データ復元検出器は、例えば光ビーム１８３０反射を検出するように位置決めされたフォトダイオードの形態をとることがある。焦点位置にマイクロホログラム１８１０が全く存在しない場合は、データ復元検出器によって対応する信号が生成されない。ディジタルデータシステムでは、検出された信号は「１」であると解釈されかつ検出信号がないことが「０」であると解釈される、あるいはこの逆とすることがある。ここでさらに図１９Ａ〜１９Ｃを参照すると、オン焦点でオントラックの円形マイクロホログラムに対応するシミュレーションによる反射データを表しており、入射波長が０．５μｍ、レーザースポットサイズがＤ／２＝０．５μｍ、左円形偏光、共焦点光ビームパラメータ：ｚ／２＝２．５μｍ、並びに遠距離場半回折角がθ／２＝１１．５５°（場）またはθ／２＝８．１７°（パワー）の読み取り光ビームを用いている。

ここでさらに図２０を参照すると、読み取りレーザビームがマイクロホログラムによって正しく反射されるようにするため、レーザビームは正しく集束させ、マイクロホログラム上の横方向の中心にもってくる必要がある。図２０において、入射光ビームはその中央部分２０３０で伝播光軸２０２０と直交する波面２０１０を有することが分かる。マイクロホログラムは実質的に、ある方向とマッチングする波数ベクトル（すなわち、ｋベクトル）の光だけを反射させる。図２０に示すビームなど集束させたガウス型光ビームは、多くのウェーブレットと様々な波数ベクトルとの重ね合わせになっている。波数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定される。したがって、マイクロホログラムによって波数ベクトルのすべてが反射されるものではなく、このためマイクロホログラムはある波数ベクトルを有する入射光だけを反射させるフィルターの振る舞いをする。焦点から逸れると、入射光の中央部分だけがマイクロホログラムと重なり合う。このためこの中央部分だけが反射状態となる。この状況では、反射効率の変化が低下する。

集束させた光ビームがトラック内でマイクロホログラムと適正に整列していないと、そのトラックと直交する方向の波数ベクトルはトラックに沿った方向で同じような強力な反射を有しない。こうしたケースでは、近距離場においてトラックと直交する方向で光ビームを細長くする一方、遠距離場においてはこの方向で光ビームを押し絞る。したがって、別々のトラッキングホログラムが提供されることがある。

図２１Ａ〜２１Ｃは、図１９Ａ〜１９Ｃ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）を表している。図２１Ａは、ｘ＝ｙ＝０かつｚ＝０．０１で媒体内に発射されるデータ復元光ビームを表している。図２１Ｂは、ｘ＝０．５のシフトにより生じるオフトラック条件反射を表している。図２１Ｃは、ｚ＝１．０１のシフトにより生じる焦点外またはオフ焦点条件反射を表している。したがって、焦点外条件では光ビーム効率が低下する一方、オフトラック条件ではその反射は空間的に歪んでいる。ここでさらに図２２Ａ〜２２Ｃを参照すると、図２１Ａ〜２１Ｃのそれぞれの近距離場分布に対応する遠距離場分布を表している。図２２Ａは、ｘ＝ｙ＝０及びｚ＝０．０１で媒体内に発射されるデータ復元光ビームによってＸ方向及びＹ方向で相似の遠距離場発散角度（フル）（図示したケースではＸ方向及びＹ方向共に１１．８８°）が提供されることを表している。図２２Ｂは、ｘ＝０．５のシフトにより生じるオフトラック条件反射によってＸ及びＹの異なる遠距離場分布角度（図示したケースではＸ方向で４．６°またＹ方向で６．６°）が得られることを表している。最後に図２２Ｃは、ｚ＝１．０１のシフトにより生じる焦点外またはオフ焦点条件反射によってＸ方向及びＹ方向で相似の遠距離場発散角度（フル）（図示したケースケースではＸ方向及びＹ方向共に９．９４°）が得られることを表している。したがって、マイクロホログラムはｋ空間フィルターの役割をし、これによってオフトラック条件では遠距離場スポットが楕円形となり、また焦点外条件で遠距離場スポットがより小さくなる。

マイクロホログラムは必ずしも円形である必要はないことを理解すべきである。例えば、長円形のマイクロホログラムを用いることがある。ここでさらに図２３Ａ〜２３Ｃを参照すると、オン焦点でオントラックの長円形マイクロホログラムに対応するシミュレーションを表しており、入射波長が０．５μｍ、レーザースポットサイズが／２＝０．５μｍ、左円形偏光、Ｒａｙｌｅｉｇｈレンジがｚ／２＝２．５μｍ、及び遠距離場半回折角がθ／２＝１１．５５°（場）またはθ／２＝８．１７°（パワー）の読み取り光ビーム（図１９Ａ〜１９Ｃのシミュレーションに相当する）を用いている。図２４Ａ〜２４Ｃは、図２３Ａ〜２３Ｃの長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）を表している。図２４Ａは、ｘ＝ｙ＝０及びｚ＝０．０１で媒体内に発射されるデータ復元光ビームを表している。図２４Ｂは、ｘ＝０．５のシフトにより生じるオフトラック条件反射を表している。図２４Ｃは、ｚ＝１．０１のシフトにより生じる焦点外またはオフ焦点条件反射を表している。したがって、焦点外条件では光ビーム効率が低下する一方、オフトラック条件ではその反射が空間的に歪んでいる。ここでさらに図２５Ａ〜２５Ｃを参照すると、図２４Ａ〜２４Ｃのそれぞれの近距離場分布に対応する遠距離場分布を表している。図２５Ａは、ｘ＝ｙ＝０及びｚ＝０．０１で媒体内に発射されるデータ復元光ビームによってマイクロホログラムの長円形性に応じて遠距離場発散が提供されること（図示したケースではＸ方向で８．２３°またＹ方向で６．１７°）を表している。図２５Ｂは、ｘ＝０．５のシフトにより生じるオフトラック条件反射によってＸ及びＹの異なる遠距離場分布角度（図示したケースではＸ方向で４．３３°またＹ方向で５．０８°）が得られることを表している。最後に図２５Ｃは、ｚ＝１．０１のシフトにより生じる焦点外またはオフ焦点条件反射によってＸ方向及びＹ方向に異なる遠距離場発散角度（フル）（図示したケースではＸ方向で５．８８°またＹ方向で５．００°）が得られることを表している。

したがって長円形マイクロホログラムもまたｋ空間フィルターの役割をし、これによって長円形マイクロホログラムが楕円形の遠距離場スポット空間プロフィールになる間は、オフトラック条件において細長の方向が異なることがあると共に、遠距離場スポットは焦点外条件でより小さくなることになる。

本発明について、単に説明のために非限定で円形マイクロホログラムに関連させて追加的に検討することにする。オフトラック方向での光ビーム形状変動、並びに光ビームの空間強度は、四重極（ｑｕａｄｒｕｐｏｌｅ）検出器（例えば、図２６に示したものなど）を用いて決定されることがある。したがって一実施形態では、マイクロホログラム反射の空間プロフィールを用いて、読み取り光ビームがイン焦点であるかかつ／またはオントラックであるかが決定される。この信号はさらに、２つの光ビーム集束状況（焦点外とトラック外）を分離する役割、並びに例えばレーザー光学系ヘッドの位置を補正するためにドライブサーボにフィードバック信号を供給する役割をすることがある。例えば、マイクロホログラム反射を電気信号に変換する１つまたは複数の検出器を用いてマイクロホログラムの反射像の変化を検出することが可能であり、またしたがってこうした検出器を用いて光学素子位置決めアクチュエータ向けの集束及びトラッキングフィードバックを提供することが可能である。マイクロホログラム反射の検出のためには、多種多様な光検出器を用いることができる。一例として、マイクロホログラムからの反射を従来方式で検出するためには１つまたは複数のフォトダイオードが用いられることがある。フォトダイオードの製造及び用法については当業者によく知られている。これらの検出器が提供する情報は、集束を維持し正しいデータトラック上にとどめるために光学系のアクチュエータに対してリアルタイム制御を実行するために使用される。

したがって、こうしたサーボ制御システムによれば、レーザビームの焦点外条件に関して生じる可能性がある主たる２つの状況（すなわち、レーザビームが正しい層上に集束されていない場合、並びにレーザビームが読み取ろうとするマイクロホログラムから横方向に整列不良である場合）に対処できる一方、ノイズ源が存在する際にトラッキング及び集束性能が最適化されるようにこれを構成させることもできる。リアルタイム誤差を低減しかつ読み取り及び書き込み誤差を低減するために、Ｋａｌｍａｎフィルターなどの推定技法を使用してシステムの過去、現在、未来の状態に対する最適な推定を引き出すことが可能である。

図２６Ａ〜２６Ｄは、システムがイン焦点にあるかオントラックにあるかを決定するための検出器構成またはアレイ（図２６Ａ）並びに検出される様々な条件（図２６Ｂ〜２６Ｄ）を表している。一実施形態では、光学系が焦点外にあるかオフトラックにあるかを決定するために４つの象限検出器アレイ２６００を用いることがある。検出器アレイ２６００の各象限検出器２６００Ａ、２６００Ｂ、２６００Ｃ、２６００Ｄはその上に反射されてきたエネルギー量に比例した電圧を発生させる。検出器アレイ２６００は、その各々が象限のうちの１つに対応するような、例えば四重極検出器の形態をさせるなどしたフォトダイオードのアレイを組み込んでいる。図示した実施形態では検出器アレイ２６００は、光ビームをボリュメトリック記憶媒体内にまたここから反射を伝達（例えば、集束）させるために使用される集束光学系（例えば、レンズ２６２０）と比べてより広い面積にわたる光学エネルギー伝播に応答する。例えば四重極検出器２６００は、光ビーム形状変動の検出のために標的ボリュームに当ててこれから反射を受け取るのに用いられる対物レンズの後ろ側に位置決めされることがある。円形マイクロホログラムのケースでは、検出された光ビーム形状が楕円形であれば、その光ビームはオフトラック方向が楕円形光ビームの短軸方向であるようなオフトラックにあるものと推定することができる。検出された光ビームが予測より小さい（より開口数が少ない）がその変動が実際上対称性であれば、その光ビームは焦点外にあるものと推定することができる。ボリュメトリック媒体から反射された読み取り光ビームの空間プロフィールに関して検出されたこれらの変化は、ドライブ集束及び／またはトラッキング制御のためのフィードバックとして用いられる。任意選択では、歪んだ反射信号を集束させるために、対物レンズの周りにより小型のレンズアレイを用いることがある。さらに反射される光ビームの伝播角度の変化もまた、整列不良の方向を指示する際に有用である。

象限リング検出器２６００Ａ〜２６００Ｄが発生させる信号の総量をαで表すことにする。図２６Ｂに示すようにシステムがイン焦点にある場合、集束させたスポットはサイズが最小の円形となると共に、最小の信号量α_ｍｉｎを生成する。図２６Ｃに示すようにα＞α_ｍｉｎであれば、その光ビームスポットは焦点外にあるものと決定することができる。レンズ２６２０は、読み取り光ビームをマイクロホログラム上に通過させて集束させるように検出器アレイ２６００の中心に位置決めされることがある。マイクロホログラムの集束を維持するためにαを最小化させる従来のフィードバック制御機構を用いることがある。ここでさらに図２６Ｄを参照すると、センサヘッドがオフトラックで移動している場合には非対称のパターンが検出される。オントラックの場合、４つの象限検出器２６００Ａ、２６００Ｂ、２６００Ｃ、２６００Ｄのすべてがβ＝（１８００Ｂ＋１８００Ｄ）−（１８００Ａ＋１８００Ｃ）＝０となるような等しいエネルギーを受け取っている。したがって、条件β≠０がオフトラック条件を示している。追加的な例として、センサヘッドがオフトラックにありかつ変数β（相対する象限間の差）がより正またはより負になる場合に、反射された信号は細長となる。βの絶対値を最小化することによってトラッキング誤差を低減するために、従来のフィードバック制御機構をトラッキング用サーボと組み合わせてを用いることがある。一実施形態では、α及びβが適当な時点でサンプリングされるような時間基準を確立することができる。この基準を確立しサンプリング型のトラッキング／集束制御システムを形成するためには、フェイズロックループ（ＰＬＬ）を用いることがある。さらに、システムに対するマスター時間基準Τを生成するために、ディスクの回転速度及び現時点の読み取りヘッド箇所からの情報が使用されることもある。

ディスクの中心外れ、ディスクワープ（ｗａｒｐｉｎｇ）及び／またはデータの逸失などの誤差源は補償することが可能である。誤差源に対応しかつ記録されたマイクロホログラムの将来の経路を過去情報に基づいて予測するためには、Ｋａｌｍａｎフィルターが用いられることがある。さらに、渦巻き状経路軌道の規定の進行を推定してトラッキング用サーボに転送することが可能である。この情報は、トラッキング／集束用サーボの動作性能を高め、かつトラッキング／集束用サーボの誤差を低減するために有用である。図２７は、集束及びトラッキング制御の実現に適したサーボシステム２７００のブロック図を表している。システム２７００は、一実施形態では従来のＫａｌｍａｎフィルターの形態をとるような集束及びトラック経路推定器２７１０、２７２０を含む。焦点経路Ｋａｌｍａｎフィルター２７２０は、サーボタイミングパルス（τ）、媒体の回転速度、焦点誤差値（ε）（所望のトラック経路と実際のトラック経路の間の差）、並びに現時点の針（例えば、読み取りヘッド）の箇所を用いて、媒体の回転に伴って推定される焦点軌道を提供する。トラック経路Ｋａｌｍａｎフィルター２７２０は、サーボタイミングパルス（τ）、媒体の回転速度、トラック誤差値（ε）、並びに現時点の針箇所を用いて、推定されるトラック軌道を提供する。システム２７００はさらに、ホログラム検出、エッジ検出、フェイズロックループ（ＰＬＬ）２７３０（検出した総信号αに応答してサーボタイミングパルス（τ）を提供する）に供給されるサーボタイミングパルス（τ）、電動機の速度と直接関連する電動機タイミング信号、並びに現時点の針箇所を含む。従来の条件付け回路２７４０（例えば、差動増幅器を組み込んでいる）は、象限検出器２６００Ａ、２６００Ｂ、２６００Ｃ、２６００Ｄ（図２６Ａ）に応答して総信号α並びに上で検討した信号βを提供する。

集束サーボ２７５０は、焦点経路Ｋａｌｍａｎフィルター２７１０からの推定焦点軌道、並びにサーボタイミングパルス（τ）、総信号α及び従来の層／トラックシークロジック（図示せず）からの層シークコマンドに応答して集束アクチュエータ（複数のこともある）２７６０を制御する。トラッキング用サーボ２７７０は、トラック経路Ｋａｌｍａｎフィルター２７２０からの推定トラック軌道、並びにサーボタイミングパルス（τ）、信号β及び従来の層／トラックシークロジック（図示せず）からのトラックシークコマンドに応答してトラッキング用アクチュエータ（複数のこともある）２７８０を制御する。本質的に、アクチュエータ２７６０、２７８０は従来の層／トラックシークロジック（図示せず）からの対応する層／トラックシークコマンドに応答して読み取り及び／または書き込み光ビームを媒体内のヘッドの標的ボリューム内に位置決めし集束させる。

染料分子の転化（ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ）により形成されたホログラムは、各ホログラムによる複数のデータビットの保存を可能にするためにバイナリー量子化レベルを超えたレベルに対応する読み取り戻りパワーのレンジが提供されるように書き込まれることがあ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整しこれにより転化させる染料分子百分率を制御することによって達成させることがある。別の構成ではこのことは、その回折格子が共通軸を共有するように近づけて位置決めし重ね合わせた回折格子対を用いて２つ以上の量子化レベルを導入することによって達成させることがある。回折格子包絡線中心間の距離が固定である場合は、記録時の２つの縞パターン間の相対位相を変更することによれば、読み出しビームでスキャンしたときに、検出器に向って伝播する回折ビームに関する干渉による強め合いと弱め合いのいずれかを生じさせるような構造を生成することが可能である。この構成ではその屈折率変動は、しきい値率変化材料の場合と同様に離散的（例えば、階段状）になると共に、さらに単一の素子（例えば、この例では回折格子対）のサイズが若干大きくなるという犠牲の元に複数の反射率レベルを生成することを可能にする。さらに、率変化を生成するようなしきい値材料を用いると、ビームの焦点領域の周辺におけるしきい値カットオフのために回折格子の深度（例えば、書き込み／読み取りビームに沿った寸法）が低減され、このため単一の（マルチレベル）素子により占められる有効ボリュームが減少するように、２つの回折格子を互いに近づけて位置決めすることができる。

別の態様では、マイクロホログラムを読み取る際の戻りパワーの変動を制御することが、検出したマイクロホログラムのダイナミックレンジを低減しかつマイクロホログラムの検出認定に対してより厳格なしきい値を可能にするのに役立つ。これによってさらに、ホログラフィ媒体のビット誤差率を改善することができる。図４５に示すような例示的な構成４００を参照すると、読み取ろうとする層に基づいて読み取りパワーを調整することによって、戻されるパワーの変動が低下する。この例示的な実施形態では、ディスク読み取り装置４００はディスク制御器４６０から層ｎを読み取るコマンドを受け取る。このコマンドの結果２つの動作が生じる。その第１は、層ｎの深度でのホログラム読み取りからの予測戻り光学パワーが、これ以外の別の層の深度でのホログラム読み取りからの予測戻り光学パワーと実質的に同じになるように、パワー調整モジュール４５０によって読み取りレーザー４１０のパワーが調整される。その第２は、読み取りレーザー４１０により提供される読み取りエネルギーが層ｎの位置のホログラム上に集束するように深度調整光学系４３０が調整される。パワー調整させかつ集束させたレーザビーム４２５は次いで、ディスク１６０の最上面上に当たるように反射光学系４４０によって導かれる。したがって、そのレーザーパワーがレーザーにより照射されるディスク表面の下側のマイクロホログラムの深度に従って調整されるような調節可能パワーレーザーを用いてマイクロホログラムが読み取られる。

したがって、マイクロホログラムを空間的な記憶媒体内に集束しトラッキングする方法を開示する。サンプリング型トラッキング／集束のためにマスターシステムタイミング基準が作成される。オフトラック条件に起因するマイクロホログラム反射非対称性及び／または焦点外条件に起因する拡大（ｅｘｐａｎｓｉｏｎ）に基づいてエラー信号が生成される。マイクロホログラムのためのトラッキング制御サーボにおけるトラッキング経路誤差を推定し補正するためにＫａｌｍａｎフィルターが用いられる。Ｋａｌｍａｎフィルターは、マイクロホログラムのための焦点制御サーボにおける焦点経路誤差を補正するために用いられることがある。サーボ制御は、そのデータが層の違いまたは層間の変化に基づく場合に使用することが可能である。

本発明の一態様では、ホログラフィ媒体の表面溝からのプッシュプルトラッキング誤差信号、並びに媒体内部に包含されたボリュームホログラムからの差分位相トラッキング誤差信号を組み合わせて使用し、媒体の位置合わせ不良またはチルトが検出される。さらに、ボリュームホログラムからのプッシュプルトラッキング誤差信号とボリュームホログラムからの差分位相トラッキング誤差信号を組み合わせて使用してチルトを決定することがあることも企図される。ボイスコイルアクチュエータ及びＭＥＭｓまたはピエゾアクチュエータによってホログラフィ式システムのダイナミック応答及びチルト補償機能を増強することが本発明の別の態様となる。

ここでさらに図４１Ａ及び４１Ｂを参照すると、本発明の一実施形態による装置４１１０及び媒体ディスク４１２０を含んだ構成４１００を表している。図示した実施形態では装置４１１０は、ビーム分割器４１３０及び対物レンズ４１４０を含んでおり、これらが組み合わされてコリーメートされたトラッキングビーム４１５０及び発散するデータ書き込み／読み取りビーム４１６０を媒体４１２０内に集束させている。

媒体４１２０は、重ね合わせたトラックの形に配列させた複数のボリューム（図４１Ｂにおいて、こうしたボリュームの１つを番号４１２５で表している）を含む。例えば図２８に関連して図示し検討したように、ボリュームは垂直に重ね合わせた半径方向に拡がったトラックの形に配列させることがある。別法としてそのボリュームを複数の垂直に拡がり半径方向に重ね合わせた円筒状のトラックの形に配列させることがある。

媒体４１２０はさらに、ボリューム４１２５を基準としてその表面４１２１の近傍に複数の溝４１２２を含む。本発明の一実施形態では、溝４１２２はＤＶＤ溝に類似しており、したがってＤＶＤ溝と同じように第１トラッキング近似及びこれをベースとした制御を提供するために使用することができる。図４１Ａ、４１Ｂに図示した実施形態はさらに、同じく従来のＣＤやＤＶＤで見られるものと類似の保護用コーティング４１２３を含む。例示的な構成では、媒体の表面上の溝から反射を得るために従来の光学式ディスクで使用されていたものと類似の溝から反射を発生させるために金属コーティングを用いることがある。別の例示的な実施形態では、ホログラフィ媒体の溝上に使用されるコーティングは異なる入射光波長に対する応答が実質的に異なるようなコーティングとすることがある、例えば、トラッキング波長では反射率が高くかつデータ読み取り／記録波長では反射率が低い（または、実質的に無反射である）ような一連の交替型の材料層（例えば、２色性材料層）を用いることによれば、読み取り／書き込み及びトラッキング処理過程中のホログラフィ媒体内部におけるスプリアス（ｓｐｕｒｉｏｕｓ）反射を緩和させることが可能となる。２種類の波長（トラッキング向けの波長とデータ読み取り／記録向けの波長）並びにトラッキング波長では高反射でかつ読み取り／記録波長では低反射で応答するような２色性コーティング層を用いることによって、より正確なトラッキング及び補償技法を達成させることができる。

非限定の追加的説明として、トラッキングビーム４１５０を概ね６３２ｎｍの中心波長を有するコリメートされたビームとすることがある。トラッキングビーム４１５０はレンズ４１４０によって溝４１２２に集束させている。ビーム４１５０の反射はレンズ４１４０によって集められ、従来のＤＶＤトラッキング検出器と類似の検出器などのトラッキング検出器４１５２に与えられる。こうしたトラッキング検出器は、クオドラチャー検出器（例えば、Ａ．Ｂ．Ｍｅｒｃｈａｎｔ、「Ｏｐｔｉｃａｌ Ｒｅｃｏｒｄｉｎｇ」（Ａｄｄｉｓｏｎ−Ｗｅｓｌｅｙ， Ｒｅａｄｉｎｇ， Ｍａｓｓ．，１９９０に記載のもの）の形態をとることがある。トラッキング検出器４１５２の出力は、媒体ディスク４１２０を基準として対物レンズ４１４０を図４３に示すように位置決めするアクチュエータ４１４５を制御するためのフィードバックとして用いられることがある。

さらに図４１Ａ及び４１Ｂを参照すると、対物レンズ４１４０はさらに、データ書き込み／読み取りビーム４１６０を媒体４１２０内に集束させ、ホログラフィ媒体の所与のボリュームに関連する反射を集め、かつその反射を検出器４１６７に与えている。ビーム４１６０は概ね５７２ｎｍ未満の中心波長を有することがあり、また例えば緑色や青色とすることがある。ビーム４１６０はビーム４１５０と組み合わされる前に、レンズ４１６５を通過する。レンズ４１６５は、コリメートされたビーム４１５０と比較してビーム４１６０を発散させる。レンズ４１６０により導入される発散の量はビーム４１５０の焦点を基準としたビーム４１６０の焦点深度（Δ_ＦＤ）に関連しており、ビーム４１５０、４１６０の焦点の相対的な位置決めは共通対物レンズ４１４０を用いて集束を受ける場合には固定となることが理解されよう。様々なレンズ４１６５の構成及び位置に関してΔ_ＦＤを実験的に決定及び／または算定することができる。したがって、ビーム４１５０検出に応答してアクチュエータ４１４５を用いてレンズ４１４０の相対的位置決めを制御することによって、ビーム４１６０の焦点の相対的位置を推定することができる。

図４１Ｂに示したケースでは、ビーム４１６０はボリュームまたは領域４１２５内に集束されている。書き込み中にビーム４１６０は、例えば図１〜５に関連して記載したようにボリュームまたは領域４１２５内に包含されたマイクロホログラムを生成するように別のビームと干渉することがある。読み取り中またはデータ復元中に、ビーム４１６０は再度ボリューム４１２５内に集束させている。マイクロホログラムがその中に存在する場合には反射が生じ、これをデータ検出器４１６７（本明細書に記載したものなど）を用いて検出することができる。

ここでさらに図４２を参照すると、ボリューム４１２５に関連する溝４１２２上に適正に集束させるようにビーム４１５０が出現した場合であっても、ビーム４１６０がボリューム４１２５以外のボリュームに集束される好ましくないことになり得るような媒体４１２０の様々な位置について図示している。図４２に示したケースでは、ボリューム４１２５をＡ（ｚ_ｄ，０）と表している。ここに示したように、チルト性の整列不良αが生じると、ビーム４１５０、４１６０と直交する位置を基準とした媒体４１２０のチルトのために、ビーム４１４０をその上に集束させたボリュームの半径方向（ｙ）と軸方向（ｚ）の両方の位置にシフト（Δｙ，Δｚ）が生じる。非限定の例として、直交位置を基準としたチルトが１／２度の場合、半径方向の位置合わせ不良（Δｙ）は３００μｍの深度で１．６μｍに近くなることがある。さらに、直交位置を基準としたチルトが１度の場合、軸方向の位置合わせ不良（Δｚ）は３０ｎｍに近くなることがある。したがって媒体が傾くと、媒体４１２０内部でボリューム４１２５と異なるボリュームがその上に集束を受け、これがデータ記録及び／または復元の潜在的なエラーにつながることがある。したがって、溝４１２２の検出に応答するような主アクチュエータ４１４５に加えて補助的な（副次的な）フィードバック及び制御機構を提供することが望ましいことが分かっている。

ここで図４３を参照すると、溝４１２２の検出に応答して図４１Ａの対物レンズ４１４０を選択的に位置決めするのに適しており、さらにチルトに由来するものなど起こり得る位置合わせ不良を考慮に入れているシステム４３００のブロック図を表している。システム４３００は、図４１Ａ、４１Ｂに関連して検討したようなトラッキング検出器４１５２及び書き込み／読み取りビーム検出器４１６７を含む。トラッキング検出器４１５２にはプッシュ／プルトラッキング誤差検出器４３１０が結合され、かつこれに応答している。検出器４３１０は、Ａ．Ｂ．Ｍｅｒｃｈａｎｔ、「Ｏｐｔｉｃａｌ Ｒｅｃｏｒｄｉｎｇ」（Ａｄｄｉｓｏｎ−Ｗｅｓｌｅｙ， Ｒｅａｄｉｎｇ， Ｍａｓｓ．，１９９０）に記載されたものなど従来のＤＶＤプッシュ／プルトラッキング誤差検出器に類似している。検出器４３１０には主サーボ機構（「サーボ」）４３２０が結合され、かつこれに応答しており、このサーボ機構４３２０は検出器４３１０に応答して対物レンズ４１４０を選択的に位置決めするようにボイスコイル４３３０をドライブしている。ボイスコイル４３３０は例えば従来のヘッド移動式ディスクドライブで使用されるものと類似のものとすることがある。こうした用途では、ボイスコイル４３３０は、希土類永久磁石が発生させる強い磁界内部に装着させた比較的軽量のワイヤコイルを含むことがある。サーボ機構４３２０がこのボイスコイルをドライブし、これにより対物レンズが位置決めされる。

さらに図４３を参照すると、トラッキング書き込み／読み取りビーム検出器４１６７には第２のプッシュ／プル及び差分位相トラッキング誤差検出器４３４０が結合され、かつこれに応答している。プッシュ／プル検出器及び差分位相トラッキング検出器モジュールは、信号間の差を決定するための例えば第１の２つの検出器から出力された合成信号と第２の２つの検出器から出力された合成信号とを伴う２×２の光検出器から構成されたクオドラチャー検出器として実現させることがある。差分位相トラッキング検出のためには、相対位相情報を取得するように対角の出力が互いに足し合わされることがある。こうした実施形態の１つでは検出器４１６７は、図２７の検出器２７３０の形態をとることがある。

サーボシステム２７００（図２７）の残りの部分は補助サーボ４３６０の役割をし、またトラッキングアクチュエータ２７８０はＭＥＭｓまたはピエゾアクチュエータ４３７０の形態をとる。単に一例としてアクチュエータ４３７０は圧電アクチュエータの形態をとることがある。図４３に図示した実施形態ではその対物レンズ４１４０の位置決めが、ピエゾアクチュエータ４３７０に、したがって同じく書き込み／読み取りビーム検出器４１６７に依存する。

さらに図４３を参照すると、システム４３００は任意選択でチルト検出器４３５０を含むことがある。チルト検出器４３５０は、プッシュ／プルトラッキング誤差検出器４３１０、並びにプッシュ／プル及び差分位相トラッキング誤差検出器４３４０に応答して動作しチルトを決定することがある。

ボイスコイルアクチュエータ４３３０とＭＥＭｓ／ピエゾアクチュエータ４３７０を組み合わせることによって、ダイナミック応答及びチルト補償の強化が得られる。例えばモジュール４３５０からのチルト角度情報は、補助サーボ４３６０がアクチュエータ４３７０をドライブしてチルト補償するための誤差信号として作用する。ボイスコイルアクチュエータ４３３０によればレンジの増強が得られるが、これには応答時間が長くなるという犠牲が伴う。一方、ＭＥＭｓ／ピエゾアクチュエータ４３７０によれば迅速な応答が得られるが、ある限られたレンジ域内となる。この組み合わせによれば、チルト補償レンジを強化しながら迅速なトラック及び層移行（または、ジャンプ）が可能となる。

一実施形態ではチルトモジュール４３５０は、主サーボ４３２０の動作と矛盾しないように、対立する可能性のあるコマンドを調停し、またサーボ４３６０の動作を制限するように構成されることがある。例えば、チルト検出器４３５０がなければ、ボイスコイル４３３０が対物レンズ４１４０の位置に対して広い補正をしたときに、ピエゾアクチュエータ４３７０によって、対物レンズ４１４０を正しく位置決めする主サーボ４３２０と相容れない逆の動きが導入される可能性がある。

本発明の一実施形態では、チルト検出器４３５０は単に、検出器４３１０の出力により溝４１２２（図４１Ａ、４１Ｂ）が適正に集束を受けたことが示されるまでピエゾアクチュエータ４３７０の動作に制限を加えるだけのことがある。その後は、検出器４３４０の出力を評価し、補正すべきチルト誤差が指示されていたらこれをサーボ４３６０に渡すことがある。

本発明の別の実施形態では、チルト検出器４３５０は検出器４３１０、４３４０と連携して動作し、読み取り／書き込みヘッドを選択的に位置決めするためにボイスコイル及びピエゾアクチュエータを組み込んでいる従来のヘッド移動式ハードディスクにおいて実施されているような非競合的で協調的な方式でサーボ４３２０、４３６０を操作している。

本発明の一実施形態ではシステム４３００は、例えばマイクロプロセッサを含むことや含まないことがある特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）として具現化することができる。

ここでさらに図４４を参照すると、対物レンズ４１４０の選択的な位置決めに使用できる２重ステージアクチュエータ４４００を表している。本図に示したように、アクチュエータ４４００は、ボイスコイル４４１０及びピエゾアクチュエータ４４２０を含む。アクチュエータ４４２０は、ボイスコイル４４１０に装着させており、かつこれによって移動可能である。さらに対物レンズ４１４０は、アクチュエータ４４２０にまたしたがってボイスコイル４４１０にも結合させており、かつこれらによって移動可能である。再度図４１Ａを参照すると、レンズ４１６５の調整によって焦点補正（図２７に関連して検討したような補正）を達成することができる。

本明細書に記載したトラッキング／集束システム及び方法は、非線形及び／またはしきい値応答性材料を用いたボリュメトリック記憶システム及び方法に限定されるものではなく、それどころかその開示の全体を参照により本明細書に組み込むものとする米国特許第２００５０１３６３３３号に記載されているような線形応答性材料を用いたものなど、ボリュメトリック記憶システム及び方法の全般に対する広い利用可能性を有することを理解すべきである。
（トラッキングのためのデータ指示マイクロホログラムを用いた回転可能なボリュメトリック記憶ディスク向けフォーマット設定）
本明細書に記載したように、マイクロホログラムは回転するディスク内で複数の垂直層を用いかつ各層上の渦巻き状トラックに沿って記憶することが可能である。データ記憶媒体のフォーマットは、システムの性能及びコストにかなり大きな影響を与えることがある。例えば、隣接する層内でマイクロホログラムの隣接する層が接近しているとマイクロホログラム同士でクロストークを起こす可能性がある。この問題は、ディスク内の層の数が増加するに連れて厳しくなる。

図２８は、回転可能なディスクなどの媒体上の両半径方向で渦巻き状にデータを記憶することによって異なる層間でのデータの不連続性を克服するためのフォーマット２８００を表している。マイクロホログラムは１つの層２８１０上において例えば内方に向かって横動する渦巻きに記憶させている。この層２８１０の終端部では、ディスク内の別の層２８２０上で反対方向に横動する渦巻き内に集束させることによって、中断を最小にしてそのデータが継続される。隣接する層（例えば、２８３０）は、開始位置及び方向を交替させて継続することがある。この方式により、こうしない場合にセンサヘッドが直前の渦巻き２８１０を開始させた箇所まで戻るのにかかる時間が不要となる。もちろん、直前の渦巻きと同じ開始点で始めることを希望する場合は、検出器を開始点まで戻す間に所望のシステム速度でデータを前もって記憶し読み出すことが可能である。別法として、異なる層群が同じ開始箇所及び／または進行方向を有する一方、別の層群は別の開始箇所及び／または進行方向を有することがある。さらに、隣接する層で渦巻きの方向が逆転していることによって、同じ方向に進む渦巻き同士の間に仕切りが提供されることによって層間のクロストークの量が低下することがある。

ここでさらに図２９を参照すると、各渦巻きの位相合わせ（ｐｈａｓｉｎｇ）や開始点を変更することによってクロストークをさらに低減させることができる。図２９は、可能な複数のマイクロホログラムトラック開始点／終了点２９１０Ａ〜２９１０Ｇを含むフォーマット２９００を表している。８つのトラック開始点／終了点を示しているが、これより多くの数や少ない数など適当な任意の数を用いることができることを理解されたい。本発明の一態様では各層の位相または開始点／終了点を交替式とすることがある。異なる層上のデータ渦巻きの終了点の変更によって層間のクロストークを低減させることもある。すなわち、第１の層が点２９１０Ａで開始され内方に点２９１０Ｈに向かう渦巻きとなっている場合、次の層は点２９１０Ｈで開始され外方に点２９１０Ｄに向かう渦巻きとなり、次いで例えばここから内方への渦を巻く次の層が開始される。もちろん、開始点／終了点に関して別のグループ設定を用いることもある。

したがって、次の渦巻き（例えば、次の層の開始点）まで読み取り／書き込み検出器ヘッドが移動させるのに要する時間を短縮するために、マイクロホログラムは層内において異なる層上で異なる方向に渦を巻かせた渦巻き状トラック内に記憶させることがある。検出器ヘッドがある層から別の層まで移動する間に、ユーザまたはシステムに対して一貫したデータストリームが維持されるように１つまたは複数のデータメモリを用いることがある。直前のデータ層からこのメモリ内に記憶させたデータは、検出器ヘッドが次の渦巻き層まで移動する間に読み出される。隣接する層または異なる層上の渦巻きを逆転させることによって層間のクロストークを低減させることがある。さらに、各層の位相または開始点を変更し、異なる層上のデータ渦巻きの終了点を変動させることによって層間のクロストークを低減させることがある。連続して読み取る異なる層上の開始点と終了点は、連続する次のデータ層上に集束させるのに必要な時間の間におけるデータの不必要なまたは長時間の中断が回避されるような間隔設定とすることがある。

一実施形態では、ボリュメトリックデータ記憶システム向けのフォーマットとして長円形状のマイクロホログラムが使用される。換言すると、セルフトラッキングマイクロホログラムが提供される。長円形状のマイクロホログラムを用いると、少なくとも１つの横方向寸法でマイクロホログラムサイズを復元レーザースポットサイズと比べて小さくすることが可能となるので有利である。トラッキングの目的では、反射形状を検出することによってトラックの向きを決定するために長円形状マイクロホログラムが用いられる。システムの堅牢性を向上させるために反射された光に基づいた差分信号を用いることがある。

ここでさらに図３０を参照すると、単一ビットホログラフィ記憶媒体では、データホログラムと同じ方式で周期性構造内で屈折率を局所的に変調させることによってフォーマットマイクロホログラムが書き込まれることがある。マイクロホログラムは読み取りレーザビームの部分的反射を発生させる。マイクロホログラムが存在しないときは、読み取りレーザーはその局所エリアを通過する。反射された光を検出することによって、ドライバーはそのコンテンツが１と０のどちらであるかを指示する信号を発生させる。図３０に示したケースでは、そのサイズが書き込みレーザースポットサイズによって決定されるような実質的に円形の１つのマイクロホログラム３０１０が１ビットとなる。マイクロホログラム書き込み処理はレーザーのガウス型空間プロフィールに従うため、マイクロホログラフィのビットもまた空間プロフィール内においてガウス型である。ガウス型プロフィールは、光ビームウェスト（または、スポット直径）の外部にかなりのエネルギーを有する傾向がある。近傍のビット（マイクロホログラム１、２、３、４及び５）からの干渉を少なくするためには、そのビット分離（２つのビット間の距離ｄｔ）をレーザースポットサイズの３倍程度の大きさにする必要がある。その結果、層上のコンテンツ密度は実際上、ＣＤまたはＤＶＤ層上のコンテンツ密度よりかなり小さくなることがある。円形フォーマットに関連して起こり得る別の欠点は、媒体ディスクが方向３０２０にスピンしている場合のトラッキングに関連するものである。さらに図３０を参照すると、レーザースポットはビット１を読み取った後でビット２まで移動することが望ましい。しかし、マイクロホログラムビット１は対称性であるため、そのドライブはビット１及び２を含むトラック３０３０の方向を示す追加的な情報を有していない。したがって、ドライブはレーザーを、誤って別のトラック３０４０、３０５０（例えば、ビット４や５）に寄り道させることがある。

ここでさらに図３１を参照すると、起こり得るトラック整列不良に対する補正を支援するために、レーザヘッドがトラック向きを決定できるようにマイクロホログラムスポット形状を非円形または非対称性に製作することが可能である。少なくとも１つの横方向寸法において読み取りレーザースポットサイズ３１１０より小さいビット分離を有するためには、トラック３１３０、３１４０、３１５０に沿って反射率が大きい長円形状のマイクロホログラム３１２０を形成させる。これに対してＣＤやＤＶＤなどの単一層フォーマットでは、比較的反射率が低いエリアを生じさせる干渉を発生させる長円形状のピットが使用されることを指摘することは有益であろう。図３１に示すようにフォーマットを書き込むためには、トラック（例えば、３１３０）に沿って媒体ディスクをスピンさせると共に、局所ボリュームにおいて反射が所望であるかないかに応じて書き込みレーザーをオンオフさせる。換言すると、照射中にレーザースポットを基準として媒体を進ませ、これによって媒体の細長の部分に照射する。書き込みレーザーをオンにする時間長並びに前進速度または回転速度を介して制御された長さを有するような長円形状のマイクロホログラムが書き込まれる。このことは、スポット単位で書き込みする際に書き込みレーザーを高速でパルス動作させる必要性を排除するのに役立つので有利である。読み取りレーザーを長円形状のマイクロホログラム上に集束させたときに、円形状のガウス型レーザースポットは、トラック向きと直交する向きと比べてトラック向きに沿ってより強い反射を有する。マイクロホログラムが反射させた信号はもはや完全な円形ではなく（例えば、図２５Ａ〜２５Ｃ参照）、また反射された光ビーム形状すなわちトラック方向（次いでこれがレーザヘッドをオントラックに維持するのに役立てるためのフィードバックとして使用される）を決定するために象限検出器などの検出器を使用することができる。システム感度を上昇させるために、反射に基づいた差分信号を使用するといった従来のＣＤ／ＤＶＤフォーマット方法を組み込むこともある。

したがって一実施形態では、ボリュメトリックデータ記憶物理的フォーマットのために媒体内部のトラックに沿って長円形状のマイクロホログラムが設けられる。フォーマットマイクロホログラムは、データ自体、あるいは任意選択で異なる箇所に記録された、または同じ位置にあっても１次データ指示マイクロホログラムと異なる角度及び／または異なる波長で記録された追加的なデータをエンコードすることがある。記録用媒体が非線形の光学応答（すなわち、しきい値応答）を提供する場合、長円形のマークの幅（短軸寸法）がさらに短縮され、これにより層の容量をさらに増大させることができる。

本明細書に記載したフォーマット設定のシステム及び方法は、非線形及び／またはしきい値応答性材料を用いたボリュメトリック記憶システム及び方法に限定されるものではなく、それどころかその開示の全体を参照により本明細書に組み込むものとする米国特許第２００５０１３６３３３号に記載されているような線形応答性材料を用いたものなど、ボリュメトリック記憶システム及び方法の全般に対する広い利用可能性を有することを理解すべきである。
（別々のホログラフィ成分を用いた回転可能なボリュメトリックディスク向けのフォーマット設定）
別法として、あるいはセルフトラッキングデータ指示マイクロホログラムに加えて、別々のトラッキング用素子を媒体内に組み込むことがある。正しい層に集束させたレーザースポットを維持しかつレーザヘッドを正しいトラック上に保持するように有効に集束させないと、少なくともその一部として表面あれや傷（ただし、これらに限らない）を含む物理的な制約のためにマイクロメートルサイズやマイクロメートル未満サイズのフィーチャを媒体ディスク内部に保存することは実用上実現不可能であることが分かっている。

単一層記憶フォーマット（例えば、ＣＤ、ＤＶＤ）は、集束のために反射非対称光ビームを、またトラッキングのために３光ビーム機構を使用している。しかしボリュメトリック記憶媒体は媒体内のデータ記録レベルに高反射の層を含んでいない。記録可能または再書き込み可能型のＣＤ及びＤＶＤフォーマットでは、トラックまたは溝を事前形成し、ディジタルコンテンツの書き込み時にレーザヘッドがこのトラックを追跡する。その各々についてその開示全体を参照によりあたかも本明細書にその内容を列挙したようにして組み込むものとする米国特許出願第２００１／００３０９３４号及び同第２００４／０００９４０６号、並びに米国特許第６，５１２，６０６号は、単一ビットホログラフィ媒体内部にトラックを事前形成し、これによりレーザヘッドがコンテンツ書き込み処理においてこれを追跡できるようにすることを提唱している。さらにこのトラックは読み取り処理過程中にレーザヘッドにより追跡を受ける。

一実施形態では、トラック事前フォーマット設定及び／またはオフ軸マイクロホログラムを用いてトラッキングデータ（例えば、深度及び半径位置情報）をエンコードする。さらに詳細には、マイクロホログラフィビットをボリュメトリック記憶媒体内部に保存する前に、オフ軸マイクロホログラフィ回折格子によってエンコードされたトラックが媒体内の様々な深度及び位置に事前記録される。こうしたトラッキング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反射が発生されるような向きとすることがある。その向き角度は、トラッキングマイクロホログラムがチェックポイントの役割をするように、トラッキングマイクロホログラムの深度及び半径と相関させることがある。読み取りまたは書き込み処理において、トラッキングマイクロホログラムは入射光を光学直交軸から反射させており、これは例えば別の検出器を用いて検出可能である。ディスク内の現時点の箇所の集束深度及び半径は角度のついたオフ軸反射の検出に基づいて決定される。したがって、事前形成しておいたマイクロホログラムを用いて光学ヘッド位置の周りのドライブにフィードバック信号を提供することがある。

ホログラフィ媒体内部の書き込みトラックには精密な位置決めステージ及び書き込みレーザーが適している。各トラックは、媒体内部の様々な半径及び／または深度に及ぶように渦を巻かせることがある。しかしもちろん、円形や実質的に同心状のトラックを含め別の構成が使用されることもある。各トラックに沿ってマイクロホログラムを形成することによってディジタルビットが書き込まれる。例えば、媒体の屈折率を局所的に交替させるように大パワーレーザーを集束させることによってトラックを形成させることがある。局所的な屈折率変調によって集束させた入射光からトラッキング検出器に至る部分的な反射が生成され、トラックに関する情報が提供される。逆にトラックは、本明細書において検討したように、ホログラフィマスター内に書き込まれ媒体デバイス（例えば、ディスク）内に光学式複製されることがある。

図３２は、書き込みまたは読み取りヘッドに事前プログラムのトラックを追跡させるようにスピンさせ得るディスクの形態をした媒体３２００を表している。実質的に媒体に隣接するレーザヘッドによって光ビーム３２１０を局所エリアに集束させ、媒体内へのトラックの書き込みを容易にしている。光ビーム３２１０は媒体と直交させる。形成させたマイクロホログラムはトラック位置をオフ軸角度としてエンコードするために使用される。媒体の別の側から当てられる第２のレーザビーム３２２０は、レーザビーム３２１０と同じボリュームを照射する。光ビーム３２２０は、ディスク直交軸からオフ軸になっている。２つの光ビーム３２１０、３２２０は干渉して、媒体法線からオフ軸においてマイクロホログラム３２３０を形成させる。このオフ軸角度は、トラックの物理的または論理的位置（すなわち、深度や半径）をエンコードするために用いられることがある。光ビーム３２１０が媒体３２００と直交する場合、マイクロホログラム３２３０のオフ軸角度Φは光ビーム３２２０のオフ軸角度Φに依存することは当業者であれば理解されよう。したがって、入射する光ビーム３２２０の角度を変化させることによって、形成させるホログラムの箇所をエンコードすることができる。

光ビーム３２１０は、連続するトラックを書き込むための連続波の形態をとることや、パルス状とさせることがある。パルス状とさせる場合、そのパルス反復率によって、コンテンツの書き込み及び／または読み取りの間にトラック位置をどのくらいの頻度でチェック可能となるかが決まる。別法としてまたは追加として、トラック位置情報をエンコードするために、角度依存性に加えてあるいはこれに代えてパルス反復率またはパルス数を様々にしたマイクロホログラムバーストを用いことがある。しかし、マイクロホログラム書き込み光ビームに対するパルス動作を用いる場合、そのパルス反復率またはパルスの数によってトラック位置が指示されるため、有用な位置決め情報を決定するためには複数のトラッキングマイクロホログラムの読み取りが必要となることがある。

ここで再び角度依存性の利用に戻ると、コンテンツの書き込み及び読み取り処理過程の間に、事前形成されたオフ軸マイクロホログラム３２３０は、媒体に対して直交する入射レーザビーム３２１０’をオフ軸で反射させ、トラックに関する情報が提供される。任意選択で、著作権情報などの別の情報がエンコードされることがある。こうしたケースでは、オフ軸性光ビームを変調させ、こうした別のデータを、また媒体内部の位置を指示する角度でエンコードすることがある。ここでさらに図３３を参照すると、媒体軸と直交する入射光ビーム３２１０’が局所的に事前書き込みされたトラッキングマイクロホログラム３２３０に集束されると、トラッキングマイクロホログラム３２３０は、マイクロホログラム記録処理過程で使用される第２のレーザビーム（例えば、光ビーム３２２０、図３２）と類似の方向及び空間プロフィールを有する光ビーム３３１０として光を部分反射させる。反射される角度付き光ビーム３３１０を検出し、入射光ビーム３２１０’の集束スポットの位置を決定するために、オフ軸型センサまたはセンサアレイが用いられることがある。

したがって、トラック及び／またはその他の情報を、事前形成したオフ軸マイクロホログラム内にエンコードさせることがある。オフ軸角度光ビームをエンコーダとして使用する場合、光学式ドライブによって単一のトラッキングマイクロホログラムを読み取ることによって集束させた入射光ビームの位置を決定することが可能である。集められた情報は、例えば図２７に示したものと同様の集束／トラッキングシステムに提供されるなど、集束及びトラッキングのために用いられることがある、例えばオフ軸信号は、入射光が適当な深度にあるか否か、並びにその深度に関連する球面収差を補正するのに適当なレンズが使用されているか否かの決定のために用いられることがある。

一実施形態では、１つまたは複数のマイクロホログラムがオフ軸及び／またはオフ中心成分を含むことがある。ここでさらに図３４Ａを参照すると、位相マスクや回折格子などのホログラフィ回折ユニットが入射光ビームを、書き込み／読み取りのための主光ビーム３４１０とトラッキング用の少なくとも１つのオフ軸性光ビーム３４２０とに分割している。オフ軸性光ビーム３４２０の伝播角度θは、反射された光ビームがオフ軸性の入射光ビーム３４２０の方向に沿って伝播して戻されるように、媒体３４００内のオフ軸、オフ中心トラッキングマイクロホログラム３４３０と一線になっている。この状況では、対物レンズ以外に追加的な収集光学系は不用とすることができる。しかし、マイクロホログラム３４３０のオフ軸角度θは固定であり、またトラック位置のインデックス付けにはマイクロホログラムパルス反復率またはパルス数変調の使用が必要となることがある。

図３２〜３４Ａは、オフ軸マイクロホログラムの１つを図示している。別法として、データマイクロホログラムは各側に１つとした２つのオフ軸マイクロホログラムを用いてフォーマット設定されることがある。重なり合った３つのマイクロホログラムの書き込みを図３４Ｂに示す。このマイクロホログラムデータは、参照ビーム３４４０とこの参照ビームと同じ軸に沿って対向伝播するデータビーム３４５０とによって書き込まれる。２つのオフ軸マイクロホログラムは、同じ参照ビーム３４４０とオフ型書き込みビーム３４６０、３４７０の間の干渉によって書き込むことができる。

読み取り処理過程（図３４Ｃ）では、参照ビーム３４４０’が読み取りビームの役割をする。３つのマイクロホログラムがすでに１つの箇所に記憶されている。したがって参照ビーム３４４０’は、３つの方向（データマイクロホログラムからバックする反射３４８２、並びに２つのオフ軸マイクロホログラムからの側面反射３４８４、３４８６）に回折を受けることになる。２つの側面反射により形成される面がマイクロホログラムデータトラック方向と直角であるとき、この２つの側面反射がトラッキングのためのインジケータとなる。

本明細書に記載したトラッキング／集束システム及び方法は、非線形及び／またはしきい値応答性材料を用いたボリュメトリック記憶システム及び方法に限定されるものではなく、それどころかその開示の全体を参照により本明細書に組み込むものとする米国特許第２００５０１３６３３３号に記載されているような線形応答性材料を用いたものなど、ボリュメトリック記憶システム及び方法の全般に対する広い利用可能性を有することを理解すべきである。
（事前記録式媒体バッチ複製）
光学的複製は、大ボリュームのディジタル情報を支持媒体内にマイクロホログラムとして記録させて配布するのによく適している。マイクロホログラフィを用いた光学的複製の産業用処理過程の方式は、ページベースのホログラフィと異なり、望ましいものと見られる。線形材料を用いた光学的複製に関する問題の１つは、光学的複製システム内に不用な反射があると不用なホログラムが生成されることである。光学的複製では大パワーのレーザーを必要とするのが一般的であるため、こうした不用なホログラムによってデータ指示及び／またはフォーマット設定ホログラムが大幅に乱されることがある。さらに、線形材料内に記録されるホログラムの強度は、記録レーザビームのパワー密度の比に正比例することになる。比が１と大きく異なると、ホログラムが弱くなり、大量のダイナミックレンジ（材料の記録能力）が消費されることになり望ましくない。これに対しては、この場合も非線形光応答媒体を使用することを通じて対処することが可能である。

ここで図３５、３６及び３７を参照すると、非線形光応答媒体で使用するのに適した光学的複製技法の実現形態を表している。図３５はマスター媒体を作成するためのシステムを表しており、図３６は共役マスター媒体を作成するためのシステムを表しており、また図３７はコピー媒体（例えば、配布のためのもの）を作成するためのシステムを表している。先ず図３５を参照すると、マスター媒体３５１０を記録するためのシステム３５００を表している。図示した実施形態ではマスター媒体３５１０は、本明細書に記載したものなど光学的に非線形応答性の材料で成形したディスクの形態をとる。マスターホログラフィ媒体３５１０は、マイクロホログラム３５２０のアレイを１つずつ形成することによって記録される。システム３５００は、ビーム分割器３５５２と光学的に結合されたレーザー３５５０を含む。レーザー３５５０は、ビーム分割器３５５２が例えば偏光キューブビーム分割器の形態をとる場合に、５３２ｎｍ、１００ｍＷ ＣＷ、単一縦モード（ｓｉｎｇｌｅ−ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ−ｍｏｄｅ）、イントラキャビティ２倍化（ｉｎｔｒａ−ｃａｖｉｔｙ ｄｏｕｂｌｉｎｇ）、ダイオードポンプ型半導体Ｎｄ：ＹＡＧレーザーの形態をとることがある。集束用光学系３５３２、３５４２を使用して、媒体３５１０内部の共通ボリュームに分割させた光ビーム３５３０、３５４０を集束させており、この共通ボリュームにおいてこれらのビームは対向伝播し干渉しかつ縞パターンを形成し、これにより本明細書の上で検討したようにマイクロホログラム形成が誘起される。集束用光学系３５３２、３５４２は、例えば開口数が高い非球面レンズの形態をとることがある。データをエンコードする、かつ／またはマイクロホログラム３５２０の整然とした形成を容易にするように光ビーム３５３０を媒体３５１０に選択的に渡すためのシャッター３５５４が使用される。シャッター３５５４は、例えば概ね２．５ｍｓのウィンドウ時間を有する機械式、電気光学式または音響光学式のシャッターの形態をとることがある。

特定の標的ボリューム内におけるマイクロホログラムの形成を可能にするために、集束用光学系３５３２、３５４２を作用させ、スピンさせる媒体（例えば、ディスク）３５１０の中心から様々な半径に選択的に集束させている。すなわちこれらは、スピンさせる媒体（例えば、ディスク）３５１０の中心から様々な半径位置で集束領域を横方向に並進させる。媒体３５１０は、媒体をスピンさせる高精度位置決めステージ３５５６によって支持されると共に、集束させた光ビーム３５３０、３５４０を媒体３５２０内の様々な垂直層に垂直に整列させることが可能となる。シャッター３５５４を適当な回数選択的に開放することによって角度位置決めが制御される。例えば、媒体３５１０を回転させ、回転する媒体３５１０の様々な角度位置に対応して様々な時点においてシャッターを選択的に開放及び閉鎖できるようにステッパ電動機またはエアベアリングスピンドルが用いられることがある。

ここで図３６を参照すると、システム３６００のブロック図を表している。システム３６００は光源３６１０を含む。光源３６１０は、例えば市販のＣｏｈｅｒｅｎｔ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎモデル９０など、５３２ｎｍ、９０Ｗ、１ｋＨｚ反復率のパルス性Ｎｄ：ＹＡＧレーザーの形態をとることがある。光源３６１０は、共役マスター媒体３６２０を通してマスター媒体３５１０を照射する。図示した実施形態では共役マスター媒体３６２０は、その開示の全体を参照により本明細書に組み込むものとする米国特許第２００５０１３６３３３号に記載されているものなど、光学的に線形応答性材料で成形したディスクの形態をとる。マスター３５１０を共役マスター３６２０を通して光源３６１０の放射３６１５に急速に曝露させることによって、マスター３５１０からの反射が光源３５１０からの直接放射と干渉し、共役マスター３６２０内に縞パターンが形成される。共役マスター３６２０内に形成されるホログラフィパターンはマスター３５１０のパターンとは同一でないが、しかしながらそこからの反射は示している。本発明の一態様では、マスターと共役マスター３５１０、３６２０の対全体を一度にフラッシュ照射、すなわちバッチ照射することがある。別法として横断矢印３６１８で示したように、放射３６１５によってマスター／共役マスター対を機械式にスキャンすることがある。

図３７はシステム３７００を表している。システム３６００と同様に、システム３７００は光源３７１０を含む。光源３７１０は、例えば市販のＣｏｈｅｒｅｎｔ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎモデル９０などの５３２ｎｍ、９０Ｗ、１ｋＨｚ反復率パルス性Ｎｄ：ＹＡＧレーザーの形態をとることがある。光源３７１０は配布媒体３７２０を通して共役マスター３６２０を照射する。図示した実施形態では媒体３７２０は、マスター媒体３５１０及び共役マスター媒体３６２０と同様に、本明細書に記載したものなど光学的に非線形応答性の材料で成形したディスクの形態をとる。さらに詳細には光源３７１０は、配布媒体３７２０を通過して共役マスター媒体３６２０内に至る放射３７１５を放出する。この中の屈折率変化は、マイクロホログラムアレイ３５２０（図３５、３６）からの反射に対応しており、反射を発生させる。これらの反射はここでも配布媒体３７２０を横断し、この中で対向伝播する放射３７１５と干渉してマイクロホログラムアレイ３７３０を指示する干渉縞パターンを形成する。光放射３７１５と放射３６１５の方向及び波長が実質的に同一である場合、アレイ３７３０はアレイ３５２０（図３５、３６）に対応し、これによってマスター３５１０が配布媒体３７２０に複写される。共役マスター及び配布媒体３６２０、３７２０対の全体を一度にフラッシュ照射、すなわちバッチ照射することがある。別法として横断矢印３７１８で示したように、放射３７１５によって共役マスター／配布媒体対をスキャンすることがある、
システム３５００、３６００及び３７００は単に一例であり、セットアップに関する幾つかの変形形態によっても同様の結果が得られることを理解すべきである。さらに、マスター、共役マスター及び配布媒体は、必ずしも同じ材料から製作される必要はなく、また線形と非線形の材料を組み合わせて製作することが可能である。別法としてこれらのすべてが、例えばしきい値応答性材料から形成されることがある。

ここでさらに図３８を参照すると、別の実現形態３８００では、最終的に配布媒体３８１０をそこから生成しようとするマスターは、開口（すなわち、穴）、あるい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とることがある。別法として、最終的に配布媒体３８１０をそこから生成しようとするマスターは、画素または開口からなる２次元アレイを有する空間光変調器の形態をとることがある。いずれの方式においてもシステム３８００は、例えば市販のＣｏｈｅｒｅｎｔ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎモデル９０など５３２ｎｍ、Ｑスイッチ、大パワー（例えば、９０Ｗ、１ｋＨｚ反復率パルス性）Ｎｄ：ＹＡＧレーザーの形態をとり得るレーザー３８２０を含む。レーザー３８２０は、例えば偏光キューブビーム分割器の形態をとり得るビーム分割器３８３０と光学的に結合されている。したがってビーム分割器３８３０によって、本明細書において検討したような記憶データを指示するマイクロホログラム３８１５のアレイの形成に適した方式で媒体３８１０の特定のボリューム内部を対向伝播するような第１及び第２の光ビーム３８３０、３８４０が生成される。さらに詳細には光ビーム３８４０は条件付け用光学系３８４５を通って媒体３８１０内に伝達される。光ビーム３８５０は条件付け用光学系３８５５を通って媒体３８１０内に伝達される。

条件付け用光学系３８４５、３８５５は、一連のまたは２次元アレイ状の集束スポットの形にレーザビームを変換するのに適したマイクロレンズアレイ（複数のこともある）の形態をとることがある。このレンズが高い開口数を有する場合、照射によってインターレース型のアレイが生成できるような十分に小さい増分で媒体を移動させることによって稠密な充填を実現することができる。条件付け用光学系３８４５、３８５５はしたがって、対向伝播する光ビーム３８４０、３８５０を単一の媒体層３８１０内部の集束点の２次元アレイに集束させる。本発明の一態様では、これらの点のアレイは、層全体にわたって記録されたディジタルの０または１からなるアレイに対応する。したがって、レーザー３８５０をアクティブにすることによって、その内部にマイクロホログラムのアレイを形成するスポットの干渉縞がディジタルのオール０またはオール１からなる層を単一の媒体層３８１０内に記録することができる。このことは媒体が本明細書に記載してきたような光学的に非線形応答性材料のディスクの形態をとる場合に特に有用となり得る。

本発明の一態様では、異なるデータが単一の媒体層３８１０内に記録されるようにするためにテープまたは空間光変調器３８６０を用いることがある。テープまたは空間光変調器３８６０は、一連のまたはアレイ状の開口（すなわち、穴）を含むことがある。開口の有無を対応するディジタルデータのディジタル状態に対応させることがある。すなわち、対応するデータ状態に基づいてマイクロホログラムを記録しようとするか否かに応じて、開口が無いエリアによって光ビーム３８４０が選択的に阻止される。

いずれのケースにおいても、記録媒体の１つのエリアだけに１回に１つのデータ層が記録される。媒体３８１０は、例えば位置決めステージ３８７０を用いて数回にわたって前進または回転を受けてフル層が記録されることがある。同様に媒体は、例えば位置決めステージ３８７０を用いて上下移動を受けて別の層が記録されることがある。

したがって、中間マスターまたは共役マスターを記録するようなマスター媒体に対する投光照射（ｆｌｏｏｄ ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ）を用いることがある。配布媒体内にデータ記録するようなマスターまたは共役マスターに対する投光照射を用いることもある。配布媒体を記録するためのマスターとしてテープまたは空間光変調器を用いることがある。さらに、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のパワー密度の比に依存させないことができる。
（事前フォーマット済み媒体）
記載のように、ホログラフィ式媒体ディスクには、あるデータ状態を示すマイクロホログラムのアレイが記録されることがある。これらのアレイは、光学的に非線形またはしきい値応答性の記録材料から作製された媒体の実質的にすべてのボリュームにわたって分布させることがある。一実施形態では、特定のデータ（例えば、データに関する状態の交替）が、マイクロホログラムのうちのあるものを消去するまたは消去しないことによって事前フォーマット済み媒体内に記録される。消去は、エネルギーを十分に集束させた単一光ビームを用いてマイクロホログラムのボリュームがしきい値条件を超えるようにさせる、例えば加熱によって成分高分子マトリックスのＴｇに近づけることによって遂行させることがある。

さらに詳細には、事前フォーマット済み媒体へのデータ記録（例えば、非線形応答性の光学材料内部で単一データ状態（例えば、オール０またはオール１）を示すマイクロホログラムのアレイ）は、事前記録または事前フォーマット済みのマイクロホログラムのうちの選択したものを消去するか消去しないかのいずれかとすることによって達成させることがある。マイクロホログラムは、その上に１つまたは複数のレーザビームを集束させることによって有効に消去することができる。本明細書の上で検討したように、光ビーム伝達によるエネルギーが書き込みしきい値強度を超える場合、そのマイクロホログラムは消去される。したがってこのしきい値条件は、標的のマイクロホログラムを第１の箇所に形成するために十分とさせるのに必要な条件と同じとすることがある。その光ビームは、従来からＣＤやＤＶＤテクノロジーで使用されていたものと同様に、従来式のダイオードレーザーから発せられることがある。図３９は、事前フォーマット済みアレイ内の事前提供のマイクロホログラム上に集束させかつ書き込もうとするビットに対応したマイクロホログラムを選択的に消去することによって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を表している。

さらに詳細には、事前形成済みのマイクロホログラム（図示せず）を包含した媒体３９３０内の標的ボリューム３９４０に対して集束用光学系３９２０によってレーザビーム３９１０が集束される。標的のホログラムを消去する実際の機構は、第１の場所にそれを形成したときに使用した機構と類似することがある。例えば、事前フォーマット済みホログラムの消去は、単一の入射ビームを使用してボクセルのうちの以前影響を受ていない部分（すなわち、オリジナルの縞の間にある領域）に対して縞パターンの崩壊を生じるような率変化を受けさせ、これにより連続した屈折率領域を生成することによることができる。さらにそのレーザーは、干渉は全く必要がないため必ずしも単一縦モードとする必要はなく、これによりマイクロホログラフィ式データデバイスの読み取り及び記録用レーザーが有利に単純となりかつ比較的安価にできる可能性がある。

任意選択では、媒体内に連番を光学的に記録することがある。この連番は、例えば著作権保護を容易にするために記録可能媒体の所有権をトラッキングするために使用されることがある。この連番は、その光学式検出を容易にするような方式で光学的に記録されることがある。連番は、媒体内の所定の箇所（複数のこともある）に、空間光変調器を用いたデータ複製前に、データ複製と実質的に同時に、あるいはデータ複製後に光学的に記録されることがある。

マイクロホログラフィ式データ記憶構成向けのこうした事前フォーマット済み非線形記録フォーマットは、低コストによるマイクロホログラフィ記録システムの実現を容易にすることができる。光学系を媒体の単一の側だけにして、簡略な光学ヘッドが用いられることもある。さらに、データ記録用に非単一縦モードのレーザーを用いることができる。さらに、単一の光ビームだけを使用しているため、マイクロホログラフィ式システム向けの振動耐性の記録システムを実現することもできる。

本明細書に記載した事前フォーマットシステム及び方法は、非線形及び／またはしきい値応答性材料を用いたボリュメトリック記憶システム及び方法に限定されるものではなく、それどころかその開示の全体を参照により本明細書に組み込むものとする米国特許第２００５０１３６３３３号に記載されているような線形応答性材料を用いたものなど、ボリュメトリック記憶システム及び方法の全般に対する広い利用可能性を有することを理解すべきである。
（マイクロホログラム記憶されたデータの復元）
図４０はシステム４０００を表している。システム４０００は、スピン式ディスク媒体など媒体内のある特定の箇所におけるマイクロホログラムの有無の検出に適している。システム４０００は、本明細書に記載したトラッキング及び集束機構を用いてボリュームを選択するように照準が合わせられる。図示した実施形態では、ビーム分割器４０５０を通って媒体ディスク４０４０内部の標的ボリューム４０３０に当たるように集束用光学系４０２０によってレーザビーム４０１０を集束させている。光ビーム４０１０は、ＣＤ及びＤＶＤプレイヤーで使用されているものなど従来式のレーザダイオードから放出させることがある。こうしたレーザーは、例えばＧａＡｓまたはＧａＮベースのダイオードレーザーの形態をとることがある。ビーム分割器４０５０は、例えば偏光キューブビーム分割器の形態をとることがある。集束用光学系４０２０は、例えば開口数が高い集束用対物レンズの形態をとることがある。もちろん、別の構成も可能である。

詳細な点を除けば、標的ボリューム４０３０内にマイクロホログラムが存在している場合は、光ビーム４０１０は光学系４０２０を通ってビーム分割器４０５０まで反射して戻される。ビーム分割器４０５０はこの反射を検出器４０６０に振り向け、ここで反射の有無が検出される。検出器４０６０は、例えば市販のＨａｍａｍａｔｓｕ Ｓｉ ＰｉｎフォトダイオードモデルＳ６７９５などの象限検出器により取り囲まれたフォトダイオードの形態をとることがある。

本明細書に記載したデータ復元システム及び方法は、非線形及び／またはしきい値応答性材料を用いたボリュメトリック記憶システム及び方法に限定されるものではなく、それどころかその開示の全体を参照により本明細書に組み込むものとする米国特許第２００５０１３６３３３号に記載されているような線形応答性材料を用いたものなど、ボリュメトリック記憶システム及び方法の全般に対する広い利用可能性を有することを理解すべきである。
（収益保護）
事前記録された光学式媒体に対する著作権侵害は、またカジュアルコピーであっても、エンターテインメント産業やソフトウェア産業にとって経済的損失の大きな源となる。高速の（例えば、最大１７７Ｍｂｐｓの）データ転送速度の記録可能媒体が入手可能であるため、著作権付きの音楽や長編映画を包含したＣＤまたはＤＶＤのコピーはかなり容易になっている。ソフトウェア産業では、コンテンツ提供者はソフトウェアに関する著作権侵害を削減しようとするために製品アクティブ化コードを使うことが多い。しかし、製品アクティブ化コードとディスク上のデータは一意につながっておらず、そのソフトウェアの幾つかのコピーを多くのマシン上にインストールすることができ、複数コピーの検出や同時使用の防止のための方法がほとんどまたは全くない。

例えばＣＤやＤＶＤなど従来の事前記録された光学式媒体では、事前記録されたコンテンツは射出成形処理過程中に対応するデータを媒体内にスタンプすることによって従来式に複製されている。この処理過程は、単一のマスターから数万のディスク上にデータを再生成するために用いられることがあるが、個々のディスクを一意に特定する能力に本来的な限界がある。成形処理過程に引き続いて各ディスクをマーキングするような追加的な装置及び処理法を提供するために幾つかの試みがなされてきた。しかしこれらの処理過程では典型的には、ディスクのマーキングのために成形したディスク上に新たなデータを記録すること、あるいは成形したディスクからデータを消去することが必要である。例えば、ドライブによる読み取りが可能な方式で大パワーレーザーを用いてディスクを「マーキングする」ような試みがなされてきた。しかし、ディスク上のデータはレーザーを集束させる先のスポットと比べてかなり小さいため、これらのマークはデータより大きくなりドライブにより容易に解釈できないのが一般的である。

さらに、事前記録されたコンテンツの配布に使用されるＤＶＤなど従来の光学データ記憶デバイスは、最大でフル長さの長編映画２本分に十分な容量を有するのが典型的である。コンテンツ提供者は同じコンテンツの２種類の観察フォーマット（例えば従来の４：３フォーマットとテレビジョンのより最近のモデルで一般的な１６：９フォーマットとの組み合わせ）に対応するような容量を使用することが多い。

本発明による単一ビットマイクロホログラフィ式システムは、例えば単一のＣＤサイズのディスク上に複数本（例えば、最大５０本以上）の個別の長編映画を提供するために使用することができる。一実施形態では、データ内に埋め込まれたホログラフィドライブにより読み取り可能な個別の一意の識別番号（または、実質的に一意の識別番号）によって各ディスクをマーキングしている。このことは、ホログラフィ式データが光学方式で複製できることによって容易になる。各ディスクが例えば様々なカテゴリー（例えば、ジャンル、監督、主演男優、主演女優など）によりグループ分けした多数の長編映画を包含することができるように、大容量の各ディスクを一意に特定する能力によってコンテンツを伝達するための新たなビジネスモデルが可能となる。

こうした実施形態の１つでは、消費者は事前記録されたディスクを、例えば購入などによって入手することができる。このコストは、１つのコンテンツフィーチャ（例えば、１つの長編映画）に対するユーザアクセスを提供する従来の媒体に相応のものとなり得る。本発明の一態様では、消費者はディスク上に包含された追加的なコンテンツ（例えば、追加的な長編映画など）を例えば購入などによって引き続いてアクティブにすることができる。このことは、コンテンツ提供者がある特定のディスク上またはディスクの離散的な組の上にエンコードした識別番号に関連する個々のアクセスコードを発行することによって達成させることがある。ディスク連番がコピー可能でない場合、このアクセスコードは別の違った連番が付与されたディスク上の著作権侵害のコンテンツを観察可能にするのには適当でなくなる。

さらに消費者はディスクをコピーし（例えば、データを復元しこれを別のアナログ媒体ディスクに再生成するなどし）かつ例えば事前フォーマット済み記録可能ディスク上に埋め込まれた連番に基づいて自分のアクセスコードを受け取るように促されることがある。この方法では、ユーザ対ユーザのコンテンツ配布が実際上促進されることがあるが、コンテンツ所有者の収益ストリームは保全される。

一実施形態では、大量配布のために単一ビットマイクロホログラフィ式データは、本明細書において検討したようにブランクディスクを射出成形しこれに引き続いて光学的複製（例えば、フラッシュ露光）を通じてデータをディスクに転送することによって再生成されることがある。ディスク上の幾つかの箇所は再生成しようとするデータを初めに照射する間は意図的にブランク状態のままとすることがある。これらの箇所は続いて例えば空間光変調器を用いて、その個々の番号が各ディスクまたはディスク組にとって一意であるような識別番号に対応する追加的な光照射を介して記録される。これらの箇所はまた、ブランクの事前フォーマット済みディスク上で番号を特定するために使用することも可能である。

予想される記憶要件及び記憶容量に基づいて、コンテンツを包含する従来のＣＤサイズのマイクロホログラフィディスクは単に非限定の例として、最大で標準精細度フル長さの長編映画５０本、あるいは高品位（ＨＤ）フル長さの映画１０本を包含することができる。こうしたコンテンツは任意の多くの方法でグループ分けすることができる。例えばコンテンツ提供者は、ディスク上に所与のシリーズにして映画を配置すること、指定した主演男優や主演女優に関する映画を配置すること、あるいは同じジャンルに属する映画を配置することがあり得る。ディスクの連番は、小売りのための準備の際にディスクのパッケージ上やパッケージ内に指示されることがある。消費者がディスクを購入したときに、そのパッケージは、ディスクを再生するときにユーザが入力を促されるアクセスコードを含むことがある。このアクセスコードは、ユーザによるディスク上の１つの、また指定した１つだけのフィーチャ（または、フィーチャの離散組）の観察を可能にする関連して連番付与されたディスクに対応する。別法としてそのディスク用のプレイヤーには、その連番のまた恐らくはプレイヤーの目下の許されているアクセスの識別子及びレベルに応答してそのプレイヤーにアクティブ化コードを提供するような使用許諾権者（ｕｓｅ ａｕｔｈｏｒｉｔｙ）との通信を可能とさせるためのハードウェア／ソフトウェアを装備させることもある。

しかしながらドライブまたは読み取りデバイスは、入力し終わった後でアクセスコードを保存しておくための半導体式または磁気式のメモリデバイスなどのメモリを含むことがあり、これによってそのフィーチャの後続の観察においては番号を再入力する必要がない。

ユーザは、ディスク上に包含された別のフィーチャに対応する追加的なアクティブ化コードを得るために、インターネットなどのコンピュータネットワークを介する、または電話（例えば、無料通話）を介してコンテンツ提供者またはそのエージェントとコンタクトを取ることがある。別法として、ユーザによるディジタルコンテンツの選択が試みられた際などにプレイヤーはユーザに対して、追加的なコンテンツの購入をユーザが希望するか否かを決定するように促すことがある。ユーザが別のアクティブ化コードを入力したとき、あるいはそのコードが例えば使用許諾権者によって提供されているときは、プレイヤーはその番号をディスクの連番と突き合わせてチェックし、そのコードと連番が符合した場合または関連付けされた場合にのみそのフィーチャの再生を可能にすることがある。したがって、あるアクセスコードが指定したディスク連番に対するキーとなっており、これは再生成可能ではないため、ディスク上のフィーチャに対応するデータはコピーできるが、当該フィーチャへのアクセスを許諾するアクセスコードはオリジナルのディスクに対して特異的であり他のディスク上でのコピーの再生を可能とさせない。

本発明の一態様では、コンテンツ自体を例えば事前フォーマット済みのブランク媒体ディスク上に再生成することができる。コンテンツ提供者は消費者に対して、ダウンストリームコピーユーザによるディスクのコンテンツへの限定的なアクセスを許諾するために別の消費者へのディスクコピー提供を促すことさえあり得る。各ディスク（事前フォーマット済みかつ事前記録されたもの）には一意のまたは実質的に一意の識別子が提供されることがある。コピー中にこの連番は転送されない。オリジナル媒体のコピーのユーザは、オリジナルの媒体のユーザと同じようにコンテンツ提供者またはエージェントとコンタクトを取り、コピー媒体ディスクの連番に対応する（または、これから導出される）アクセスコードを要求することがある。この方式によりそのコンテンツは、対応するディジタル著作権を管理したままで伝播される。

本発明の一態様ではしたがって、マイクロホログラフィ式複製システムによってマイクロホログラフィドライブにより読み取り可能な方式で各ディスクに（少なくとも、実質的に）一意に連番付与する能力が提供される。マイクロホログラムは、例えば対向伝播する２つのレーザビームを干渉させることによって媒体ディスクの予備エリア（複数のこともある）内に記録されることがある。媒体ディスクは、長編映画その他のコンテンツなど個別の購入などによりアクセスが可能な複数のコンテンツを包含することがある。

ディスク上のアクセスコードと連番を比較しこれらが符合するか否かを確認するためにハードウェア及び／またはソフトウェアが用いられることがある。コンテンツを将来観察する際にコードの再入力が必要ないようにアクセスコードを保存しておくためにメモリが用いられることがある。ディスク上の追加的なコンテンツへのアクセスを得るために新たなコードの購入を可能とするようなビジネスモデルを提供することができる。その上にコンテンツのコピーが可能でありかつコピーされたこのコンテンツへのアクセスのために新たなアクセスコードが使用されるような事前連番付与型の記録可能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包含したディスク及び一意の連番を備えた読み取りドライブ、並びに媒体の入手に続いてコンテンツの購入を可能にするビジネスモデルを使用することによれば幾つかの利点を提供することができる。例えば、ユーザのディスク上にすでに包含された追加的なコンテンツの購入が容易になることによって収益が生み出されることがある。コンテンツ包含ディスクと記録可能ディスクの両方に対する連番付与、並びに連番のコピー防止を通じてディジタル著作権保護を強化することができる。コンテンツ包含ディスクのユーザコピーによるコンテンツ配布とこれに続くこれらのディスクに対する認証からなる方式を提供することができる。複数の長編映画、アルバムまたは別のコンテンツを、単一のディスク上で提供すること、並びにこれを独立にアクティブ化可能とすることができる。

本明細書に記載した収益モデルは、非線形及び／またはしきい値応答性材料を用いたボリュメトリック記憶システム及び方法に限定されるものではなく、それどころかその開示の全体を参照により本明細書に組み込むものとする米国特許第２００５０１３６３３３号に記載されているような線形応答性材料を用いたものなど、ボリュメトリック記憶システム及び方法の全般に対する広い利用可能性を有することを理解すべきである。

本発明の装置及び処理法に関して本発明の精神または趣旨を逸脱することなく修正及び変形が行えることは当業者にとって明白であろう。本発明はこうした本発明に対する修正や変形（これの等価物をすべて含む）を包含するように意図している。

１００ ホログラム形成のための例示的な一構成
１１０ 光ビーム
１１５ レンズ
１２０ 光ビーム、反射
１２５ レンズ
１３０ 記録媒体
１４０ ボリューム
１６０ ディスク
２００ ホログラム形成のための代替的な一構成
２２０ 屈曲したミラー
３００ ホログラム形成のための代替的な一構成
３１０ 反射
３２０ ミラー
４００ ホログラム形成のための代替的な一構成
４１０ 読み取りレーザー、反射
４２５ 光路長補正素子
４３０ 深度調整光学系
４４０ 反射光学系
４５０ パワー調整モジュール
４６０ ディスク制御器
５００ ホログラム形成のための別の代替的構成
５１０ 反射
５２０ 媒体の一部分
８１０ マイクロホログラムの予測性能
８２０ ページベースホログラムの予測性能
９１０ マイクロホログラムの予測性能
９２０ ページベースホログラムの予測性能
１０１０ 屈折率変化
１０１５ 入射エネルギー密度、出力密度
１０２０ しきい値条件
１２１０ 線形応答性材料の曲線
１２２０ しきい値応答性材料の曲線
１８１０ マイクロホログラム
１８２０ 媒体
１８３０ 読み取り光ビーム
１８４０ リング検出器
１８５０ 光学素子（例えば、レンズ）
２０１０ 波面
２０２０ 伝播光軸
２０３０ 光ビームの中央部分
２６００ 象限検出器アレイ
２６００Ａ 象限検出器
２６００Ｂ 象限検出器
２６００Ｃ 象限検出器
２６００Ｄ 象限検出器
２６２０ 集束光学系（例えば、レンズ）
２７００ サーボシステム
２７１０ 集束経路推定器
２７２０ トラック経路推定器
２７３０ フェイズロックループ（ＰＬＬ）
２７４０ 条件付け回路
２７５０ 集束サーボ
２７６０ 集束アクチュエータ
２７７０ トラッキング用サーボ
２７８０ トラッキング用アクチュエータ
２８００ フォーマット
２８１０ 層
２８２０ 層
２８３０ 層
２９００ フォーマット
３０１０ マイクロホログラム
３０２０ 方向
３０３０ トラック
３０４０ トラック
３０５０ トラック
３１１０ レーザースポットサイズ
３１２０ 長円形状のマイクロホログラム
３１３０ トラック
３１４０ トラック
３１５０ トラック
３２００ 媒体
３２１０ 光ビーム
３２１０’ 光ビーム
３２２０ 光ビーム
３２３０ マイクロホログラム
３４００ 媒体
３４１０ 光ビーム
３４２０ 光ビーム
３４３０ マイクロホログラム
３４４０ 参照ビーム
３４４０’ 参照ビーム
３４５０ データビーム
３４６０ 書き込みビーム
３４７０ 書き込みビーム
３４８２ 反射
３４８４ 側面反射
３４８６ 側面反射
３５００ システム
３５１０ マスター媒体
３５２０ マイクロホログラム
３５３０ 光ビーム
３５３２ 集束用光学系
３５４０ 光ビーム
３５４２ 集束用光学系
３５５０ レーザー
３５５２ ビーム分割器
３５５４ シャッター
３５５６ 高精度位置決めステージ
３６００ システム
３６１０ 光源
３６１５ 放射
３６１８ 横断矢印
３６２０ 共役マスター媒体
３７００ システム
３７１０ 光源
３７１５ 放射
３７１８ 横断矢印
３７２０ 配布媒体
３７３０ マイクロホログラムアレイ
３８００ システム
３８１０ 配布媒体
３８２０ レーザー
３８３０ ビーム分割器
３８３０ 光ビーム
３８４０ 光ビーム
３８４５ 条件付け用光学系
３８５０ 光ビーム
３８５５ 条件付け用光学系
３８６０ テープまたは空間光変調器
３８７０ 位置決めステージ
３９００ システム
３９１０ レーザビーム
３９２０ 光学系
３９３０ 媒体
３９４０ 標的ボリューム
４０００ システム
４０１０ レーザビーム
４０２０ 集束用光学系
４０３０ 標的ボリューム
４０４０ 媒体ディスク
４０５０ ビーム分割器
４０６０ 検出器
４１００ 構成
４１１０ 本発明の一実施形態による装置
４１２０ 媒体ディスク
４１２１ 表面
４１２２ 溝
４１２３ 保護用コーティング
４１２５ ボリューム
４１３０ ビーム分割器
４１４０ 対物レンズ
４１４５ アクチュエータ
４１５０ トラッキングビーム
４１５２ トラッキング検出器
４１６０ データ書き込み／読み取りビーム
４１６５ レンズ
４１６７ 検出器
４３００ システム
４３１０ プッシュ／プルトラッキング誤差検出器
４３２０ サーボ機構
４３３０ ボイスコイル
４３４０ プッシュ／プル及び差分位相トラッキング誤差検出器
４３５０ チルト検出器
４３６０ 補助サーボ
４３７０ ＭＥＭｓ／ピエゾアクチュエータ
４４００ ２重ステージアクチュエータ
４４１０ ボイスコイル
４４２０ ピエゾアクチュエータ

Claims (10)

1. その表面近傍にある少なくとも１つの溝とその内部にある複数のボリュームとを有するデータ記憶媒体で用いるためのシステムであって、
   対物レンズ（４１４０）と、
   対物レンズと光学的に結合されると共に少なくとも１つの溝からの反射に応答するような第１のトラッキング誤差検出器（４３１０）と、
   第１のトラッキング誤差検出器に結合されると共にこれに応答するような第１のアクチュエータ（４３２０）と、
   対物レンズと光学的に結合されると共にボリュームのうちの少なくとも幾つかの中に包含されたマイクロホログラムからの反射に応答するような第２のトラッキング誤差検出器（４３４０）と、
   第２のトラッキング誤差検出器に結合されると共にこれに応答するような第２のアクチュエータ（４３６０）と、を備えており
   前記第１のアクチュエータ（４３２０）及び第２のアクチュエータ（４３６０）は光ビームがボリュームのうちの標的ボリューム内に集束されるように対物レンズ（４１４０）を選択的に位置決めするために協働しているシステム。
2. 前記第１のアクチュエータ（４３２０）はボイスコイルを含む、請求項１に記載のシステム。
3. 前記第２のアクチュエータ（４３６０）はピエゾアクチュエータまたはＭＥＭｓアクチュエータを含む、請求項２に記載のシステム。
4. 前記第２のアクチュエータ（４３６０）は第１のアクチュエータ（４３２０）によって移動可能である、請求項１に記載のシステム。
5. 前記第１のトラッキング誤差検出器（４３１０）及び第２のトラッキング誤差検出器（４３４０）と結合させた、第２のトラッキング誤差検出器の出力を選択的に軽減するチルト検出器（４３５０）をさらに備える請求項１に記載のシステム。
6. 溝からの反射が概ね６３２ｎｍの波長を有しており、かつマイクロホログラムからの反射が５７０ｎｍ未満の波長を有している、請求項１に記載のシステム。
7. その表面近傍にある少なくとも１つの溝とその内部にある複数のボリュームとを有するデータ記憶媒体で用いるための方法であって、
   少なくとも１つの溝からの反射を検出する工程と、
   ボリュームのうちの少なくとも幾つかの中に包含されたマイクロホログラムからの反射を検出する工程と、
   検出した溝及びマイクロホログラムからの反射に応答して、光ビームをボリュームのうちの標的ボリュームに集束させるように対物レンズ（４１４０）を位置決めする工程と、
   を含む方法。
8. 検出した溝及びマイクロホログラムの反射に基づいて媒体チルトを決定する工程を含む請求項７に記載の方法。
9. 前記対物レンズは、
   少なくとも１つの溝上に第１の光ビームを、また
   ボリューム内に第２の光ビームを、
   同時に集束させている、請求項７に記載の方法。
10. 第２の光ビームの発散を該ビームが対物レンズにより集束を受ける前に変化させる工程をさらに含む請求項９に記載の方法。