JP2013541797A - データ記録及び読出 - Google Patents

Abstract

本発明は、第１の光ビームを変調するステップと、記録媒体の領域で干渉パターンを生じさせるために第１の光線と干渉するように第２の光線を誘導するステップと、干渉パターンに応じて記録媒体に光学素子を形成するステップと、を含む記録方法を提供するものであり、その光学素子の光学特性は、干渉パターンにおける変化に応じて変化する。再生方法、記録ヘッド及び／又は読取りヘッド、及びデータキャリアがクレームされる。１つの実施例は、蓄音機の記録に類似した完全回折に関連している。１つのビームが音声信号にリンクされている、２つのビームの干渉は、回折構造の変化をもたらし、瞬時に入力信号の変化を反映する。再生時には、回折された光ビームは、蓄音機が振動するのと同様に振動する。本発明の別の態様は、ホログラフィック構造及び／又は回折構造を用いたマルチレベルデジタル記録に関する。

Description

本発明は、データ／情報の記録（記憶）、読出の方法、及び関連する記録（記憶）媒体に関する。

光学的な又はホログラフィックなデータ記録は広範に研究されてきており、過去３０年間、工業的かつ商業的に利用されてきた。データ記録については、磁気メモリデバイスなどのコンピュータの開発に密接にリンクした、多くの公知の技術がある。特に、情報がホログラフィックにコード化される場合、光学ベースのデータ記録システムはかなりの容量を提供する。さらなる情報は、例えば、“Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ Ｄａｔａ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｃｏｕｆａｌ Ｈ．Ｊ．， Ｐｓａｌｔｉｓ Ｄ．， Ｓｉｎｃｅｒｂｏｘ Ｇ． Ｔ． （Ｅｄｓ．）， Ｓｐｒｉｎｇｅｒ Ｂｅｒｌｉｎ， ２０００”、及び “Ｃｕｒｔｉｓ Ｋ．， Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ Ｄａｔａ Ｓｔｏｒａｇｅ， Ｗｉｌｅｙ， ２０１０"、及び、それらにおける参考文献を参照されたい。

まさに最初に商業的に成功した光学ベースのデータ記録技術は、コンパクトディスク（ＣＤ）や、それに続くＤＶＤ、ＢＤ、ＳＡＣＤなどの周知の媒体を含むものであり、それらにおいては、バイナリデータが、横方向に並置された、ランドとピッチを備えたシングルトラックの形で書かれる。このようなトラックは、次いでバイナリコードに関連し、こうしてビット”０，１”の情報を決定する。情報は、レーザによって書き込まれ、続いて関連するランド及びピットから光ビームを反射させることによって取得される。さらに、具体的なデータ記録のレーザ書き込み技術はＬａｓｅｒＣａｒｄ，ＣＡによって市販されている。

どのようなデータ記録システムでも、その主な目的は、可能な限り小さな面積上または最小の体積内にできるだけ多くの情報／データを取込むことである。従って、現在の技術水準では、平方インチあたり数百ギガバイトの容量に近づいている。３Ｄ記録を検討する場合、理論的限界は、書き込み光の波長のオーダーでキューブサイズあたり1ビットを構成することである。一般に、ディスク／媒体の容量を１ＴＢまで高めること、又は転送（アップロード／ダウンロード）速度を上げることに、開発は集中している。ホログラフィックなデータ記録は、３次元な書込みにより、どちらかと言えば、いくつかのレベルで２次元に書込むことにより、２次元層アプローチ（two-dimensional layered approaches）を凌ぐことで、標準的な記録技術の物理的限界をブレークスルーしている。しかし、上記のすべての公知の技術は、ビット単位の信号を扱うものであるので、データ記録には２進法が用いられる。これまで、高密度アナログ信号データ記録、すなわち、１６ビットシステムなどのマルチレベルバイナリシステムを提案した先行技術はなかった。

離散的な種類のデータ記録と再生、要するにデータ再構築又は読出のためのホログラフィックシステムは、データが回折格子の態様で記録されるものであり、「Ｍｉｋａｅｌｙａｎ, Ｓｏｖ. Ｊ. Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｒｏｎ. １７ （５）, Ｍａｙ １９８７, ｐｐ． ６８０」に記載されている。この論文は、バイナリスポットが螺旋に配置されている標準的なＣＤライターに類似の技術を教示している。各々のデータドットは格子溝を備えているので、データを読み取る際に、光ビームは、適切（pertinent）な、一定の角度に回折される。

しかしながら、このような公知のシステム、装置及び方法は、特にデータ／情報の記録と読出、及び、なかでもその制御された制限の品質と容量に関して、限界と短所を示す。

本発明の第一の態様によれば、記録の目的で第１の光ビームを変調するステップと、記録媒体の領域で干渉パターンを生じさせるために第１の光線と干渉するように第２の光線を誘導するステップと、干渉パターンに応じて記録媒体に光学素子（optical device）を形成するステップと、を含む記録方法が提供され、その光学素子の光学特性は、干渉パターンにおける変化に応じて異なる。

データ/情報の記録／読出の効率と精度は、本発明の方法によって有利に改善されるものであり、本発明の方法はまた、著しく改善されたコピー防止の特徴を示した。

好ましくは、第１及び第２光ビームは、例えばレーザ光などのコヒーレント光を含むことができる。

上記の第１のビームは、好ましくは、光変調器によって変調され、そして、一態様において、ひとつの方法では、上記の変調ステップの前に、上記の第１の光ビームをスプリットさせることができる。もちろん、代替手段として、この方法は、変調後にビームをスプリットさせることを含むことができる。

この方法は、変調できるビームの数については限定されるものではないので、一構成では、スプリットビームの少なくとも２つの部分は、変調することができる。

現時点では、上記構造の可変光学特性は、格子構造の周期、ピッチ、プロファイルの形状及び／又は高さ、又は変調と方向のうちの少なくとも1つを含むことができる。

この方法は、次に、干渉及び／又はホログラフィックのパターンと記録媒体の間の相対移動の方向において、実質的に連続した方法と、段階的及び／又は離散的な方法の少なくとも１つで、上記光学特性を変化させるステップを含むことができる。

特に、この方法は、記録媒体内のトラックとして、光学特性を形成するステップを含むことができる。

１つの実施形態において、本発明は、干渉パターンと記録媒体またはその他の空間的関係との間の相対移動の方向に整列した離散的な光学素子を形成することを含むことができる。

一構成では、一般的な離散的領域内にあるか、または連続した領域に配置された、異なる複数の光デバイスを提供することができる。

この方法は、アナログ記録方式及び／又はデジタル記録方式を含むことができることは、理解されるであろう。

この方法は、光学的記録方法を含むことができる。

本発明の別の態様によれば、記録媒体内の複数の種々の光学素子を記録するステップを含む、マルチレベルのデジタル記録のための記録方法が提供され、ここで、複数の種々の光学構造のそれぞれは、異なる光学特性を示す。

この態様において、上記の光学素子は、ホログラフィック構造及び／又は回折構造のうちの少なくとも１つを含む。

本発明のさらに別の態様によれば、記録媒体内の信号の一部を視覚的に表現したものをホログラフィックに記録するステップを含む、光学記録方法が提供される。

現時点では、そのような別の方法は、信号の上記部分の画像を作成するステップを含む。

このようにして、本発明は、次に、上記信号の隣接部分の系列の表示と記録のステップを繰り返すことを含めることができる。

本発明のさらに別の態様によれば、上記の方法によって生成された記録を読み出すための光学的再生方法が提供され、その光学的再生方法は、光学素子を含む記録媒体に光ビームを誘導するステップと、異なる光学特性を有する光学素子の領域を光ビームに案内するように、光学素子を光ビームに対して移動させるステップと、上記相対移動の際に、光学構造の異なる領域から読み出された光の特性の変化を検出するステップと、を含む。

この方法は、上記の検出された変化から、記録された信号を読み出すステップを含むことができることは理解されるであろう。

また、その再生方法は音声信号再生方法を含むことができる。

さらに、その再生方法は、光の特性の変化を、アナログ又はデジタルの変化として検出することができる。

もちろん、本発明はまた、第１の変調された光ビームと第２の光ビームを生成し、そのビーム間に干渉を生じさせて上記の方法に従って光学記録させるように配置された手段を含む、光学記録ヘッドを提供することができる。

同様に、本発明はまた、光ビームを生成するか、または記録媒体に接触（impinging）して、上記の方法に従って動作するように配置された手段を含む光学再生ヘッドを提供することができる。

本発明のさらに別の態様は、データキャリアを含むことができ、そのデータキャリア上には、上記の方法に従ってデータが記録されている。

したがって、その保存状態は、光ビームを用いるように配置され、異なる光学特性を含む、異なる領域を有する光学素子の配置を含むデータキャリアを提供することができる。

好ましくは、データキャリアは、連続かつ隣接した領域を持つことができ、また、光学素子は、連続的に変化するホログラフィック構造又は回折構造を含むことができる。

既に理解されているであろうが、本発明の特定の態様は、時間で変調された光ビームの特性の変化に関連し、その光ビームの他のビームとの干渉によってつくられた回折構造の特性の空間的、位置的変化をもたらすものである。上記のようにしてもたらされた構造は、次に記録され、情報の記録（データ記録）を形成する。記録された構造上の（光）ビームの移動が、回折された又は反射されたビームの位置、方向、強度や回折や反射光の他の特性の変化を引き起こし、これは、さらに、やがて検出することができる。

本発明は、データ又は任意の物理的に定義された情報の記録に関する。データ／情報は、アナログまたは高度なバイナリデータの特性とすることができるが、好ましくは、ベースＮ系（base-N system）のアルファベットであり、ここで、Ｎ＞２（例えば１６進のアルファベット）である。アナログ信号及び／又は離散信号、その記憶だけでなく、さらなる再生などの記録は、すべて本発明の範囲内に包含される。

本発明を実施する方法は、非常に高密度のデータ／情報容量でデータ記録を提供することができ、一方、標準的なデジタルデータ記録技術とはほとんど比較できない、非常に高い品質の情報を保持することができる。コピーやキャリア媒体を生産する現在の技術や関連する標準的な方法に比較して、不正コピー及び／又は望ましくない複製は著しく困難になる。

上記で概観した主な態様は次のようになる。信号構造又はデータ構造が固有の回折構造にエンコードされる。例えば、よく知られているバイナリ（又はマルチ）ビームの干渉実験は、そのようなデータの記録のために使用することができ、ここで、ビームの少なくとも１つのアーム（arm）は、入力信号にリンクした方法で変調される。信号はまた、ホログラフィックデータ記録（ＨＤＳ）の公知の技術（Ｃｕｒｔｉｓの本を参照）、又は干渉パターンを生成、記録することができる任意の方法によって記録することができる。高度な記録方法として、偏光、波長、量子状態、振動モードのような光の物理的特性の任意のものが、所望の情報を記録することを支援するのに利用することができる。

従って、理解されるように、本発明は、好ましくは、回折格子やホログラムなどの特定の回折構造の態様で信号を記録することができるシステムに関する。同様に、読出、すなわちデータの読出は、回折光の空間分布を利用する。従って、回折光の方向及び／又は強度は、所望の情報を表すのに使用することができる。これは、アナログの音声又はビデオ信号の記録／読出に有利に使用することができるが、離散的信号（バイナリ又は１６進などのマルチレベルアルファベットでも）の情報記録のデータ又は任意の形式に関して、制限はない。

以下では、添付図面を参照して、本発明を、あくまでも実施例として、さらに説明する。

図１ａ、ｂは、よく知られた蓄音機技術を示したものである。 図２ａ、ｂは、干渉パターンおよび関連する回折構造の裏にある原理を示したものである。 図３は、本発明を実施するデータ記録手順の模式図である。 図４ａ−ｅは、本発明の実施形態に係る格子の構造／パターンの種々の異なる形式を示したものである。 図５は、本発明を実施するデータ記録構造のさらなる模式図である。 図６は、本発明の１実施形態を採用した録音プロセスの模式図である。 図７は、格子周期と回折角の間の関係を示すのに役立つ。 図８は、本発明の１実施形態に係る再生装置の模式図である。 図９ａ、ｂは、本発明の実施形態に係る再生配置の詳細の模式図である。 図１０ａ、ｂは、本発明の１実施形態で採用したマルチピクセル画像のフレーム構造を示す図である。 図１１ａ、ｂ、ｃは、マルチ媒体配置における本発明の直線的態様である。 図１２ａ−ｄは、本発明の実施形態に係る、格子の構造／構成の異なる例を示したものである。 図１３は、本発明の１実施形態を採用したデータ記録の表現をさらに図示したものである。 図１４は、本発明の実施形態に係る双方向信号再生の体系的表現である。 図１５は、本発明に係る干渉、変調のさらなる表現を含む。 図１６は、本発明に係る干渉、変調のさらなる表現を含む。 図１７は、本発明の実施形態に係る、複数かつ２−Ｄの記録のさらなる図示を提供する。 図１８は、本発明の実施形態に係る、複数かつ２−Ｄの記録のさらなる図示を提供する。

まず、図１ａ、１ｂに注目すると、古典的蓄音機の操作の態様が模式的に図示されている。ここで、針１０は、所定のスピードで移動する、空間的に変調された溝１２をフォローする。針１０は矢印Ａの方向に振動して電気信号を誘発し、これはさらに電磁センサ１４によって処理される。

よく知られた回折現象を採用した本発明の１実施形態の背後にある概念の詳細な説明が図２ａ及び２ｂに示されている。２つ（又は、一般には２つ以上）のコヒーレントビーム１６，１８が干渉する場合、それらの相互角度αが格子の周期Λを定義する。それは、具体的には、図２ｂの相互角度２１、２３とそれぞれの格子の周期２０、２２の関係に示されている。特殊なケースとして、コロニア（collinear）ホログラフィを考えることができる。これは、離散的回折、まさにＣＤ／ＤＶＤのように記録することに関してＭｉｋａｅｌｙａｎが開示しているような、静止角度の場合に利用することができる。本発明は、角度が入力情報に対して動的に変化する場合、２つのビームの干渉の角度依存性を考慮することができるという点で、改善を提供することができる。

図３はこれをさらに示したものであり、蓄音機記録の従来の記録方法に類似しており、少なくとも、記録媒体２８が、干渉パターンのスポットに対して格子構造３０を形成するように矢印Ｂの方向に移動する間に、干渉するビーム２４、２６の１つが信号に機能的にリンクされる場合に、類似している。記録媒体は、例えば、リニアテープ、回転ディスク、任意の蛇行状スキャン構造等を含むことができる。記録パスのシーケンスは、読み出しの時間内に有利に知られていなければならない。その結果、格子溝は信号に密接に関連し、従って回折構造の周期は、例えば、ビーム間の角度の関数となる。

図４は、異なる回折溝形状および構成の種々の例を示したものである。実施例ｅ）は、従来の針蓄音機に類似の完全回折である。ケースａ）は、連続的に記録された溝、従ってそれぞれの情報を記録する溝を模式的に描写したものである。さらに、ケースｂ）は離散的アプローチを示したものであり、そこでは各セル／ピクセルは単一主題の情報を含む。記録のもう一つの方法は、一定周期の回折構造を利用することができるが、溝の傾き（離散の場合はｄに示されている）を変えるものである。媒体の方向の経路に沿って連続的に書き込まれた溝は、古典的な機械的蓄音機記録に類似の全回折を示すが、そこでは回折構造の変化は入力信号の変化を瞬時に反映する。さらに重要なことは、例えば、ａ）とｃ）のケース（どちらも、現在の技術知識ではルーチンで書き込まれる）を結合すると、２次元信号を記録することが可能になり、このことは開示されたアプローチの容量を劇的に増大させ、ビデオ及び／又は多チャンネルの信号も記録できるようになる。さらに、ピッチや溝深さのような、または体積ホログラムの変調の場合、格子のパラメータは、信号の情報を保存するために使用することができる。

図５には、記録装置及び記録手順の具体的な例が模式的に示されており、そこでは、レーザ光源３２がビームスプリッタ３４に光を供給して、２つのビームを生成する。第１のビーム３６はミラー３８に誘導されて、参照ビーム４０を形成し、一方第２のビーム４２は位相変調器４４に誘導されて、変調ビーム４８になる。上記のように、２つのビームは結合して干渉パターンを形成し、移動する記録媒体５２上に格子構造５２を形成する。このように、１つのビームは参照ビームとみなされ、他のビームは位相／振幅／空間的に、変調されている。上記のように、干渉ビームと記録媒体５２の間には相対的な移動があり、これは、さらに、データの流れ又はむしろアナログ信号の周波数を定義する。

図６には、音声記録の場合のさらに単純化された模式図が示されている。（公知のデータ処理方法及びデコーディング方法により）デジタル信号を記録し再生することに関する任意の一般化も、ルーチンで可能である。

読出／記録の例は、回折特性／ホログラフィック特性の変化に関連しており、以下を含む信号の変化にリンクしている。
− 連続データ、アナログ信号又は任意の物理的に定義された情報：音声、ビデオ、離散した画像信号及び映画の映像
− 全離散データ＋いくつかのレベル（バイナリ以上）のデータ
− アナログ信号の近似（図４ｂに記載されている）

１Ｄ−２Ｄ信号は記録することができ、体積ホログラフィック多重化が有利に使用されることが理解される。１Ｄ信号は、データストリームとアナログ音声の形にすることができるからである。

図７に移ると、蓄積されたデータ／情報を読み出すことができる方法、従って第１の周期を示す部分５６を有する回折構造５４からの再生の方法が図示されている。簡潔にするために、回析構造の周期の変化の影響のみに関する議論が含まれている。回折構造５４上の所定の場所で衝突する光５８は、角度６０によって示される回折光の空間分布をつくり出す。しかし、任意のより大きな周期６２を有する回折構造５４の部分を考慮すると、入射光６４は、回折角度６６を変化させる（参考文献Ｂｏｒｎ−Ｗｏｌｆを参照）。空間分布は、物理の光学/回折の法則により、明白に決定される。光が検出されると、空間情報は格納されている入力信号に含まれる情報を明らかにするために使用することができる。回折素子の連続的な変化は、記録、格納、複製及び再生の方法の準備を可能にする。

情報が回折素子として記録されている限り、データ／情報のコピーや複製は法外に複雑なものとなる。レリーフホログラム／ＤＯＥの形で提供された場合、又は体積ホログラムの場合には光アシストコピーされた場合、中央値は標準のＣＤと同様になり得る。

本方法のもうひとつの重要な実施形態は、そのような素子のコピーと大量再生産は工業的に行うことができるけれども、ＣＤバーナーに相当するような標準的なツールを用いてデータキャリアをコピーすることはほぼ不可能であろうという事実である。これは、記録されたデータの、不要な、望ましくないコピーに対するほとんど絶対的な保護をもたらす。

図８は本発明のひとつの具体的な態様を開示している。記録媒体６８が衝突ビーム７０に対して移動する間、ビーム７０は、回折格子又は媒体６８に書き込まれた任意の関連する構造によって回折されるビーム７０に対して移動する間、ビーム７０は、回折格子又は媒体６８に書き込まれた任意の関連する構造によって回折される。光は所定の角度７２で回折／偏向され、この角度７２はセンサ７４によって検出される。センサ７４は、７６におけるさらなる処理及びそれに続く音声出力７８のために信号を出力する。これは従来の蓄音機に完全に類似したものであり、回折ビームは蓄音機の針が振動するのと同様に振動する。信号は次に公知の物で電気的に処理される。

一般に、本発明は信号の精度を考慮する任意のデジタル信号記録方法に対して改善を示す。簡単な検査では、アナログ信号のダイナミクスは約１００ｄＢのレベルに達することができる。これは、デジタル方式の公知のアプローチと同じ品質を有するアナログ信号記録を提供するということで強調されるべきである。しかし、この信号の再構成は付加的なサンプリングを何も必要としないので、その連続信号は、例えばデジタルＣＤ音声システムの可能性を、基本的に超えている。さらに重要なことは、本発明は、本質的に優れた、シグナル／ノイズ比だけでなく、チャンネル間のクロストーク率を提供する。

これはまた、医薬的な応用などにも使用することができ、そこでは、おそらく摂動のために、信号は何のデジタル処理もせずに元の形で記録される。信号が心臓の鼓動のエコー（心電図や脳活動の脳波）のように、１００ｄＢに近いダイナミクスで記録される場合、その信号は非常に高精度に後処理することができ、所望の情報などのある収率を提供する。

記録及び読出の素子に関しては、理論的には任意の上記のアプローチが使用可能である。図９ａを参照すると、好ましい記録ヘッドの構造／機能が示されており、そこでは、レーザビーム８０が高精度格子８２によってスプリットされて＋／−（第１）回折次数８４，８６を形成し、これは、それぞれの音響光学偏向器８８、９０を経由して、レンズ９２によってスポット９４に収束される前に変調され、そこで干渉パターンが発生して記録されている。色収差は、図９ｂに示したような、ミラーアシスト配置を利用して、付加的なミラー配置９６を採用して達成されている。

記録素子の他の実施例は、レーザの直接変調によって達成することができ、入力の信号、従って記録される信号に比例したレーザ波長の変化を生じることができる。いわゆるアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）のアプローチ、又は1つの場所に存在する干渉スポットをもたらす任意のアンテナフェーズアレイ配置のいずれかのようなさらなる技術を使用することができる。

２Ｄ検出信号の可能性は、映画の映像を最も高品質（１００ｄＢダイナミクス）で記録するのに用いるという広範な領域を開く。図１０ａはピクセル化されたフレーム９８の別の方法を模式的に示したものであり、ここで、各ピクセル１００は本発明のアプローチによってエンコードされた情報を保有している。従って、各画像フレームは、複数のピクセルに分割されている。各ピクセルは、任意のビデオのプロパティに関する特定の情報を含む。その情報は、例えば、すべての特定のピクセルにおける赤、緑、黄及び青の色の光の強度などの特定の格子によってコード化されている。その強度は、ビームに対する最小と最大の回折角度の間のレベルとして与えられる。コントラスト、明るさ、音声、データなどの種々の他の情報がサブピクセル領域にコード化され得る。図１０ｂにおいては、特定のピクセル１００は、例示された相対強度の値に関してより詳細に示している。

図１１は、１つの媒体に相互にアナログ信号とデジタル信号を記録する可能性を示している。図１１ａは、映画の映像のテープを示したものであり、別々の映像１０２，１０４（アナログ、デジタルのいずれの表現形式でも）が存在する。ビデオ部分には回折アシストデータ記録（ＤＡＤＳ）１０８ベースの音声情報が続き、さらにデジタルデータ情報１０６が続く。図１１ｂでは、ＤＡＤＳ技術によって記録された左（Ｌ）及び右（Ｒ）ステレオ信号は、図示されているように間に配置されたデータチャンネル１１４を伴う。これは何とか隣接することができるが、位置は重要ではない。ビデオ情報や一部のデジタルデータとのマルチチャネルアプローチ及び／又はそれらの組み合わせでの拡張は明らかである。最後に、図１１ｃは、ＤＡＤＳシステムのさらに進んだ利用の模式図を示したものであり、それは、ＤＡＤＳ音声が（例えば、左、右、周辺のチャンネルに）記録される場合、例えば、時間または位相の遅れとしてさらに後処理されて固有の空間音声分布等を提供するものである、固有のデータ指示を伴う。

本発明の方法の他の重要な応用は、分散的（バイナリ）データ記録により高い柔軟性を導入することである。実際、特定の領域又は体積にどちらでもより高密度のデータ情報を記録することが可能であり、さらに重要なことは、１６進法などのマルチレベルの形式すなわちバイナリ以上のシステムに、データを書き込むことができることである。このシステムの上記の可能なダイナミクスに関しては、検出器の分解能だけが制限要因であり、この技術を用いたデータ記録は、一般に、非常に高いＮ数のＮベースデジタルアルファベットをもたらすことができるであろう。１６進アルファベットの使用は、標準的バイナリアプローチに比べて、同じ情報を記録するのに４倍少ないスペースを必要とするであろう。さらに、マルチレベルバイナリアプローチは、実質的に密度が高いデータを提供することができる。自動データ修正の非常に高度な技術が広範に使用されていることを考慮すると、このアプローチは、デジタルデータ記録の劇的な改善を提供する。

ここで図１２に移ると、図１２ａには標準的ＣＤのような（ＤＶＤ、ＢＤの）データ記録が示されており、そこではスポットがバイナリ型情報０と１を有する。図１２ｂは、Ｍｉｋａｅｌｙａｎのアプローチを拡張したものであり、各データスポットは、空間的性質を持っているが、検出される光の方向を決定することもできる、多方向／多次元データ記録を提供する。図１２ｃでは、利用できる２つ以上の独立した単一主題のデータパス、すなわち、各スポットがいくつかの異なる回折構造を有する多重スポットが考慮されている。図１２ｄには離散信号の単純なデコードが示されている。従って、より多くの２進法言語をデジタル様のコードに刻み込むことができる。例えば、第１の素子は格子Ｇ１及びＧ２を含み、Ｇ１はＧ２の２倍の長さである。第２の素子は格子Ｇ４、Ｇ３及びＧ２を含み、第３の素子はＧ１のみを含む。各格子は、検出器が配置されている特定の位置に回折パターンを放射する。それぞれの格子に対しては、信号を１つだけ読み取ることができ、多くの格子からすべての信号を読み取ることができる。図１２には、１つのデコードされた信号が模式的に示されている。

このアプローチに対しては、レーザ波長の多重化及び／又は体積マルチレベル記録を有利に使用することができる。そのような技術は広範に研究されており、より詳細は上記のＰｓａｌｔｉｓ ａｎｄ Ｃｕｒｔｉｓの参考文献に見出される。ホログラム／回折構造は、表面格子、又は体積格子等の形で記録することができる。任意の公知の材料及びアプローチが主たる制限もなくこの技術に使用可能である。

次に、図１３は、特定の信号をサイン波の形で記録する可能な方法を示したものである。図示されているように、最大振幅は最短周期格子１１６に関連し、最小振幅は最長周期格子１１８に関連する。従って、ゼロ振幅は、近似的に平均の周期１２０を有する格子に関連するであろう。示されているように、サイン様の信号は関連する回析構造によってコード化されることが可能である。図１３の下部はまた、さらに検出器を照らしている回析ビームの角度を模式的に示している。回析構造の移動は、信号のダイナミックな変化に関連するので、検出された点で信号の周波数を定めるのに役立つ。

いくつかの応用に対して、回折構造からの信号がかなり弱く、空間周波数の広いスペクトルを含み、主要な最大回折次数がかなり広いと考えられる場合、その回折信号構造の最短周期より好ましくは短い周期の格子などの追加回折光学素子（ＤＯＥ）を、光路に含めることができる。これは、２つ以上の同じ信号をスプリットさせることができる、すなわち、ＤＯＥは非周期的な格子（Ｖｅｌｄｋａｍｐ， Ａｐｐｌ．Ｏｐｔ． １９８２， ｐ．３２０９参照）などのより高度な性質を持つものであることができる。それは、光のプロファイルを空間的に変調して検出を高めることができ、図１４に関連して示されているように、格子構造１２４から回折される光は、センサ１２８を侵害する前に回折光学素子１２６に入射する。

図１５は、複数のビーム１２６の干渉の構成を示したものであり、少なくとも１つのビームが変調されている。同様に、信号の検出デコードは同様の実験構成によって達成することができ、信号は複数ビームの干渉１２８を利用して得ることができる。

図１６は、振幅及び／又は周波数の変調を利用した本発明のアプローチを示したものであり、（ＡＭにおいては）エンベロープに関連したある離散情報のみを記録することができる。一般には、他のいくつかの変調技術が制限なく使用することができる。例えば、ＦＭ変調信号は、上記のように、光を偏向する音響光学変調器を駆動するために直接使用することができる。

図１７は、記録された格子溝１４４の空間的に複雑な形状をセンサ１４２に記録する、従ってセンサ１４２に２Ｄパターンを提供するさらなる可能性を示したものである。これは、１Ｄセンサとみなされる従来のいくつかの例に対し、システムの容量を劇的に大きくすることができる。

最後に、図１８は、記録ホログラム構造及び又は回折構造の可能な方法の２つの例（ここでは、断面が示されている）を示したものである。図１８ａはレリーフ格子であり、図１８ｂは体積スタイルのホログラム及び格子である。ＤＡＤＳは、多くのホログラム記録技術を利用して記録することができる。

本発明の主要な実施形態の背後にある主な技術は、以下のように簡潔に要約することができる。我々は、実際、２つのビームが所定の角度で干渉する（図２ａ、ｂ参照）、基本的な波動光学の２ビーム干渉実験を検討している。文献（Ｂｏｒｎ−Ｗｏｌｆ，Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｏｆ Ｏｐｔｉｃｓ，Ｃｈａｐ．７，Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｐｒｅｓｓ，２００１）からよく知られているが、２つ（一般には、２つ以上）のコヒーレントビームは、それらが同じ位相を有する特定の場所で干渉する。実際、相互作用するビームの位相が逆の値を持つ場合は強度はゼロであり、ビームが同じ位相を持つ場合は、干渉パターンの強度は最大となる。これは、平面波の波面が模式的に示されている図２ａからわかることである。２つの平面波間の相互角度はαである。同じ位相を持つ場所は黒点で示されている。従って、強度はこれらの点で最大値に達する。隣接する干渉最大の間の距離は相互作用ビームの相互角度に依存し、Λとして決定される。この方法は、通常、回折格子を創出及び記録するのに使用される。干渉パターンは例えばフォトレジストに記録される。より強度の高い場所は、フォトレジストの変化（古典的な写真撮影からでも、周知のように、適切な現像後に振幅の位相変化）を生じる。例えば、干渉パターンを有する照射表面を現像してからレリーフ格子がつくられる。格子の断面が、図２ｂのどちらの図にも示されている。さらに、図２ｂから、ビーム間の角度が大きくなると、より短い周期の格子/回折の構造を引き起し、その逆も生じる。周期と記録角度はλ／Λ＝２ｓｉｎ（α／２）の関係によってリンクしている。ここで、λは相互作用するコヒーレント照射の波長である。

本発明は、次のように利用されるこの方法を有利に検討することができる。第一に、どちらのビームも（すなわち、複数ビーム干渉の場合には、少なくとも１つ、又は１つ以上又はすべて）が変調可能である。変調は、ビームの物理的性質のいくつかの変化を意味する。しかし、ビーム（複数のビーム）の変調の最も一般的な方法は、他のビーム（単数または複数）、又は干渉パターンが記録される基板に対するビームの角度変化であろう。角度の所望の変化は、入力される信号／情報の変化にリンクしている。従って、デジタルデータの場合には、それは角度のバイナリ／離散的変化であり得る。さらに重要なことであり、音声などのデジタル信号を考慮すると、干渉するビーム間の角度は高調波信号の変化に完全に依存する。このことは、図１３からわかることであり、そこには正弦波の特定の位置に関する格子が模式的に示されている。例えば、最短の周期を有する格子を介して「高い」振幅が記録されるような表記を選択すると、同時に、「低い」振幅が最大の周期によってコード化される。明らかに、極端な値間における正弦波の任意のポイントは、記録されるべき高調波信号上の実際の位置に従って、周期の区間の間に周期を有する格子によって表される。このことは、言わば、「蓄音機の回折類推」で、より明確に説明することができる。データ／信号が本発明の方法によって記録される場合のキャリアを考える。これは、好ましくは、図１３の下部に示したように、薄い「無限の」ストライプの形を有することができるか、または回折溝が螺旋状に記録されることになる回転円板にもなり得るであろう。キャリア／基板は書込ヘッドに対して相対的に移動する。図９に示したような書込ヘッドは、所定の時に実際の信号（例えば、振幅）に関連する干渉パターンを直ちに生成することができる。図４に示したように、溝を書き込むのには種々の方法がある。これは、書込ヘッド及び／又は離散もしくは連続した情報記録に関する、空間、方位、空間周波数の配置に関連する。書き込みの手順も図３に示されており、ストライプのある部分（右側）はすでに記録されたが、一方、２つのビームが下部の関連するスポットに実際に書き込みをしている。ストライプの左側の部分は、まだ書き込みされていない。同様に、読み出しは、螺旋、ストライプ、蛇行及び数学的に定義された他の多くのパスに記録された情報の相対移動を用いた同じアプローチを利用する。図８は、相対的に移動するキャリアを示している。衝突するビームは回折される。その回折角度は、所定の（照射された）点における回折構造の実際の周期によって与えられる。回折ビームの方向が、例えば、検出器上の信号の振幅を決定し、一方、信号又はデータストリームの周波数は相対移動の速度によって決定される。

簡単な数学的検査が示すように、標準の音響光学偏向器の利用は、記録された信号の１００ｄＢのダイナミックレンジを保証するであろう。そのような値に関しては、最も弱い信号と最も強い信号の間の５桁の差異を認識する必要がある。図９に示したような書込ヘッドの構成を考慮すると、ビームはそれぞれ３−４度屈折する（deflected）であろう。これは、記録の所望のダイナミクスに関し、７度を利用できるようにする。これら７度を１０００００（１００００「パーツ」は１００ｄＢに関連する）で割ると、約０．２５角度秒が得られる。一方、偏向器の１角度秒の分解能に関しては、約２５０００の基本信号ユニットが達成でき、５桁目は８８ｄＢに関連する。アナログ信号は、記録の前に数十ｄＢだけ圧縮することができるので、ビームの角度偏向の条件は著しく緩和される。本発明を実施する方法は、約１００ｄＢのダイナミクスを有するアナログ信号を記録することができる。さらに、複数のチャンネル（左右のチャンネルのような）は独立に記録できるとともに、信号は２つの独立した光ビームによって読み出されるので、チャンネル間のクロストークは、限界がゼロに近くなり得る（ゼロは、クロストークが全くないことを意味する）。

さらに詳細には、干渉アシスト記録方法は、レリーフ微細変化、密度変化または屈折率変化を発生させ得ることが理解されるべきである。使用される材料は、例えば、フォトレジスト、ポリマー（感光変化を利用できるポリマーは、レーザビームによってアブレーションすることができる）、ワックス、感光密度変化材料、感光性ポリマーである。基材は、上記の、しかし導電層を具備する、ガラス、類似の熱可塑性樹脂のポリカーボネート、金属、すべての変異体等の材料を含むことができる。非反射及び／又は抗スクラッチコーティングを、ディスク／テープ／媒体の上に設けることができる。

マスターコピーの工業的複製は、異なる屈折率の界面又は金属性の界面のどちらでも、（マイクロ）レリーフエンボス加工によって行うことができる。さらに、複製は、屈折率の変化のレリーフや密度などを、非接触に、すなわち光学的にコピーすることによって、行うことができる。レリーフ型のミクロ構造は、ＣＤ、ＤＶＤ等のエンボス加工／キャスティング、又は光学的再生のような従来の技術によって、さらに、複製することができる。密度媒体の変化は、２つの異なる媒体／キャリアの密度を光学的にコピーすることにより、同様に密度／屈折率の変化で複製することができる。また、光学的手段及びさらに機械的コピーを行うことによる光学−機械的複製、すなわち密度／レリーフ変換が提供され得る。さらに、屈折率変化を有するキャリアは、（２つの異なる指数を）光学的にコピーすることができ、感光性ポリマーからレリーフ構造に光学的に（密度変化による屈折率変化を）複製すなわちコピーすることができる。

信号／データの記録は、保護膜内に埋め込まれるか、又は保護膜にカバーされて表面に配置することができるが、すべて単一層として表される。複数層及び連続的に変化する複数層の記録方法が容易に採用することができる。ビームの追跡経路は、必要に応じて、レコードの面内、又は上、又は下に配置することができる。

Claims (51)

1. 記録する目的で第１光ビームを変調するステップと、
   第２光ビームを前記第１光ビームと干渉するように誘導して、記録媒体の領域に干渉パターンを生成するステップと、
   前記記録媒体に前記干渉パターンに応じた光学素子を形成するステップと、
   を含み、
   前記光学素子の光学特性は、前記干渉パターンの変化に応じて変化することをと特徴とする記録方法。
2. 前記第１及び第２光ビームはコヒーレント光を含むことを特徴とする、請求項１に記載の記録方法。
3. 前記第１及び第２光ビームはレーザ光ビームを含むことを特徴とする、請求項２に記載の記録方法。
4. 前記第１光ビームは光変調器によって変調されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の記録方法。
5. 前記光変調器は、音響光学偏向器又は電気光学的変調器又は機械的、光学的変調器又は非線形光学変調器を備えることを特徴とする、請求項４に記載の記録方法。
6. 前記変調は少なくとも第１光ビームの駆動源に適用されて変調された出力を生成することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の記録方法。
7. 前記変調ステップの前に、前記第１光ビームをスプリットさせることを含む、請求項１〜６のいずれか１項に記載の記録方法。
8. 変調後に前記ビームをスプリットさせることを含む、請求項１〜６のいずれか１項に記載の記録方法。
9. 前記スプリットビームの少なくとも２つの部分が変調されることを特徴とする、請求項８に記載の記録方法。
10. 前記スプリットビームの前記少なくとも２つの部分が、記録の目的で再結合されることを特徴とする、請求項９に記載の記録方法。
11. 前記第２光ビームが参照ビームを含むことを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の記録方法。
12. 前記第１及び第２ビームは、記録媒体の上で／中で収束することを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の記録方法。
13. 前記干渉パターンに対して、記録媒体を移動するステップを含む、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の記録方法。
14. 前記記録媒体は、ディスク又はテープ、表面、単一レベル、マルチレベルまたは体積の記録媒体の少なくとも一つの形態であることを特徴とする、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の記録方法。
15. 前記記録媒体は、密度、屈折率またはマイクロレリーフ変化の少なくとも一つを示す材料を含むことを特徴とする、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の記録方法。
16. 前記光学素子は、ホログラフィック構造及び／又は回折構造を含むことを特徴とする、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の記録方法。
17. 前記光学素子は、回折格子構造を含むことを特徴とする、請求項１６に記載の記録方法。
18. 前記構造体の前記光学特性は、格子構造の周期、ピッチ、プロファイル形状及び／又は高さ、又は変調及び方位の少なくとも一つを含むことを特徴とする、請求項１７に記載の記録方法。
19. 前記干渉及び／又はホログラムパターンと前記記録媒体との間の相対移動の方向に、実質的に連続的な、段階的及び／又は離散的の少なくとも一つの方法で、前記光学特性を変化させるステップを含む、請求項１６又は１７に記載の記録方法。
20. 前記光学特性を記録媒体にトラックとして形成する、請求項１９に記載の記録方法。
21. 前記干渉パターンと、前記記録媒体又は別の面では空間的関係との間の相対移動の方向に、前記整列した離散的光学素子を形成する、請求項１９又は２０に記載の記録方法。
22. 記録媒体の離散した領域に、前記離散的光学素子を形成する、請求項２１に記載の記録方法。
23. 共通の離散的領域内に、又は連続領域内に配置された、複数の異なる光学素子を形成する、請求項２２に記載の記録方法。
24. アナログ記録方法を含む、請求項１〜２３のいずれか１項に記載の記録方法。
25. デジタル記録方法を含む、請求項１〜２３のいずれか１項に記載の記録方法。
26. 前記素子の前記光学特性はアナログ信号上の１つの点を表すことを特徴とする、請求項１〜２５のいずれか１項に記載の記録方法。
27. 光学的記録方法を含む、請求項１〜２６のいずれか１項に記載の記録方法。
28. 少なくとも１つの変調ビームを有する複数ビーム記録法を採用する、請求項１〜２７のいずれか１項に記載の記録方法。
29. 記録媒体内に複数種の光学素子を記録するステップを含み、前記複数種の光学素子は異なる光学特性を示すことを特徴とする、複数レベルのデジタル記録の記録方法。
30. 前記光学素子は、ホログラフィック構造及び／又は回折構造の少なくとも１つを含むことを特徴とする、請求項２９に記載の記録方法。
31. 前記光学特性は、格子構造の周期、ピッチ、プロファイル形状及び/又は高さ、又は変調及び方位の少なくとも一つを含むことを特徴とする、請求項２９又は３０に記載の記録方法。
32. 記録媒体中に信号の一部のビジュアル表示をホログラフィックに記録するステップを含む、光学記録方法。
33. 前記信号の一部の画像を創出するステップを含む、請求項３２に記載の光学記録方法。
34. 前記信号の１連の隣接した部分を繰り返し表示して記録するステップを含む、請求項３２又は３３に記載の光学記録方法。
35. 音声信号記録方法又はビデオ信号記録方法又は両方を含む、請求項３２〜３４のいずれか１項に記載の光学記録方法。
36. １つの光ビームを１つの光学素子を含む記録媒体に誘導するステップと、
    前記光ビームに異なる光学特性を有する前記光素子の領域を導入するように、前記光ビームに対して前記光学素子を移動するステップと、
    前記相対的移動の間に、前記の異なる光学構造領域から読み出された特性の変化を検出するステップと、
    を含む、請求項１〜３１の任意の１つ以上の項に記載の方法に従って生成された記録を読み出す光学再生方法。
37. 前記の検出された変化から記録された信号を読み出すステップを含む、請求項３６に記載の再生方法。
38. 前記光を光検出器に誘導するステップを含む、請求項３７に記載の再生方法。
39. 前記光ビームがコヒーレント光を含むことを特徴とする、請求項３６〜３８のいずれか１項に記載の再生方法。
40. 音声信号再生方法を含む、請求項３６〜３９のいずれか１項に記載の再生方法。
41. 前記の光の特性の前記変化がアナログ変化として検出される、ことを特徴とする請求項３６〜４０のいずれか１項に記載の再生方法。
42. 前記の光の特性の前記変化がデジタル変化として検出されることを特徴とする、請求項３６〜４０のいずれか１項に記載の再生方法。
43. 信号の一部のイメージを再生成するステップと、前記イメージに対応する信号を導出するために、光電変換素子に前記イメージを誘導するステップと、を含む、請求項３２〜３４のいずれか１項に記載の方法によって記録を読み出す、光学再生方法。
44. 第１の変調光ビーム、第２の変調光ビームを生成し、それらのビーム間の干渉を可能にするように配置され、請求項１〜３５のいずれか１項に記載の方法に従って光学記録するための手段を備えた、光学記録ヘッド。
45. 光ビームを生成するか又は記録媒体に接触して、請求項３６〜４３のいずれか１項に記載の方法に従って動作するように配置された手段を備えた、光学再生ヘッド。
46. 請求項１〜３５のいずれか１項に記載の方法に従ってデータが記録された、データキャリア。
47. 光ビームによって使用するように配置され、異なる光学特性を含む異なる領域を有する光学素子配置を含む、データキャリア。
48. 前記複数の領域は連続的で隣接していることを特徴とする、請求項４７に記載のデータキャリア。
49. 前記光学素子は、連続的に変化するホログラフィック構造又は回折構造を具備することを特徴とする、請求項４６〜４８のいずれか１項に記載のデータキャリア。
50. 前記ホログラフィック構造又は回折構造は、キャリアの記録されたトラックを具備することを特徴とする、請求項４９に記載のデータキャリア。
51. 異なる特性を示す光学素子の離散した領域を備えた、請求項４６〜４９のいずれか１項に記載のデータキャリア。