JP4847516B2 - データ記憶装置および方法 - Google Patents

Description

本発明は、一般的にはデータ記憶（data storage）システムおよび方法に関し、特に、光ベースの（optical based：光に基づく）データ記憶システムおよび方法、およびホログラフィック・データ記憶システムおよび方法に関するものである。

データ記憶システムおよび方法は望ましいものとして知られている。ボリューム・ホログラフィックまたは体積型ホログラフィック（volume holographic）記録システムは、一般に干渉パターンを形成するために感光性ホログラフィック媒体（メディア）内に集中する対向伝搬（counter-propagating：対向伝播する、互いに反対方向または異なる方向に伝播する、カウンタプロパゲートする）２つのレーザまたは光ビームを使用する。この干渉性パターンは、ホログラフィック媒体の屈折率を変化させまたは変調（modulate：調整）する。それら光ビームの一方が変調されると、符号化（encode：コード化、エンコード）すべきデータに応答して、その結果生じる干渉性パターンは変調するデータをその強度および位相の双方について符号化する。記録された強度および位相情報は、後で非変調光ビーム即ち参照光ビームを再導入（再照射）することに応答して検出され、それによって符号化されたデータを反射光として復元（再生）できる。

通常のページ・ベース（page-based：ページ単位）ホログラフィック・メモリはホログラフィック媒体内に、複数の２次元アレイまたは複数の“ページ”上に並列に書込まれたデータを有する。

比較的簡単、安価でしかも丈夫なホログラフィック・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・オリエンテッド（bit-oriented：ビット指向の）ホログラフィック・メモリ・システムが望まれる。

発明の概要
データ記憶装置は、垂直方向に積層され、横方向に伸びる複数の層中のトラックに沿って配列された複数のボリューム（volume：体積、巻（記憶単位））を有するプラスチック基板と、各々が前記複数のボリューム中の対応する１つに含まれる複数のマイクロホログラムと、を含み、前記複数のボリュームの各々においてマイクロホログラムが存在するか存在しないかが、記憶されたデータの対応する部分を表す。

添付の図面を参照して以下の本発明の好ましい実施形態に関する詳細な説明を考慮することによって、本発明を容易に理解することができる。図面において同じ参照番号は同様の部分を表している。

本発明に関する図および説明は、本発明を明確に理解できるように関連する構成要素を説明するために簡略化されており、一方説明を明確にするために、典型例のホログラフィック方法およびシステム中に見られるその他の多くの素子は省略されている。しかし、そのような構成要素は当技術分野で周知であり、またこれらは本発明をより理解し易くするものでもないので、ここではこのような構成要素に関する説明はなされていない。この明細書における説明はこの分野の専門家にとって周知のすべての変形例および改変例にも適用される。

概要
体積（容積、３次元）型の光記憶システム（volumetric optical storage system）は大容量データ記憶の要求を満たす可能性を有する。例えばコンパクト・ディスク（ＣＤ）およびディジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）フォーマットのような、ディジタル情報が単一（または多くても２層）の反射層中に記憶される従来の光ディスク記憶フォーマットとは異なり、本発明の特徴（側面）によれば、ディジタル・コンテンツは、記憶媒体中で垂直方向に積層され横方向に向いた複数のトラック中に配列された複数のボリューム（記憶単位）中に局在（localized：局部化、局所化）された屈折率の変化として、格納（ストア、記録）される。各トラックは対応する横方向、例えば半径方向に導かれた層を画定（define：規定）する。

本発明の特徴によれば、データの単一ビットまたはグループのビットは、各々が実質的に複数ボリューム中の対応する１つに含まれる個々のマイクロホログラムとして、符号化（コード化）される。一実施形態では、１個の媒体（メディア）または複数の媒体は、射出成型（モールド）可能な熱可塑性ディスクの形態のものであり、１つ以上の非線形関数特性（non-linear functional characteristics）を呈する。この非線形関数特性は、例えば入射光強度またはエネルギ、または加熱のような受けた（experienced：経験した）エネルギの非線形関数である屈折率の変化として実施形態化（具現化）される。このような実施形態では、媒体の所与のボリューム中に干渉縞を発生させることによってデータの１つ以上のビットが、後で検出可能な屈折率の変調としてそのボリューム中に選択的に符号化される。従って、屈折率の変化の３次元の分子の光応答性マトリックス（matrix：母材）を用いてデータが記憶される。

本発明の特徴によれば、非線形関数特性は閾値エネルギ応答状態を確立し（作り上げ）、その閾値よりより低い場合は屈折率に実質的な変化は生じないが、その閾値より高い場合は屈折率に測定可能な大きさの変化が生ずる。この方法では、その閾値より低い射出エネルギを有する光ビームを照射することによって、選択されたボリュームを読取りまたは復元（リカバー、再生）することができ、また、前記閾値より高い射出エネルギを有する光ビームを使用して、選択されたボリュームに対して書込みまたは消去を行うことができる。従って、各ボリュームがその中に実質的に含まれるマイクロホログラムを有するかまたは有さないというようなボリュームの高密度の（dense）マトリックスが確立されてもよい。マイクロホログラムの各々は、該マイクロホログラムを書込むのに使用される互いに対向伝搬する光ビームの干渉縞に対応する相異なる様々な屈折率を有するサブ領域（sub-regions：小区域、小地域）の交番するパターンとして形成される。この場合、屈折率の変化（変調）は、例えば符号化されたビットの中心のような目標（ターゲット）ボリュームからの距離の関数として、急速に減衰し、より高密度にボリュームはパックされる（pack：収録される、詰め込まれる、圧縮される）。

本発明の特徴によれば、特定のボリューム中の屈折率の変化は、そのボリュームを通過する対向伝搬するレーザ・ビームの干渉縞に対応する局在化された加熱パターンによって誘発（induce：誘導、引き起こ）されてもよい。一実施形態では、屈折率の変化は、熱可塑性媒体のアモルファス（非晶質）状態と結晶状態の間の密度の差から生じる。一方の状態から他方の状態への遷移は、目標（ターゲット）ボリューム中の干渉縞でその目標ボリューム中のサブボリュームを熱的に付勢（活性化）することによって媒体の目標ボリューム中に選択的に誘発されてもよい。代替構成として、屈折率の変化は、例えば目標ボリューム内に配置されたダイ（dye：染料、色素）またはダイ中の他の触媒中に生じる化学変化のような媒体の目標ボリュームのサブボリューム（部分ボリューム）内の化学的変化によって誘発されてもよい。このような化学変化も同様に熱的活性化（付勢）を使用して選択的に誘発されてもよい。

非線形応答性媒体を使用した構成は、単一の強く（tightly）集束された光ビーム、集束された、弱く（slightly：僅かに）集束されたまたは非集束の反射光ビームを与えるのに使用する（ページ・ベースとは対照的な）ビット・オリエンテッド（bit-oriented：ビット指向の、ビット単位の）マイクロホログラム媒体およびシステムを提供するために使用するのによく適合する。そのような構成によって、記録光学系の不整列（misalignment：不整合）に対する公差（tolerance）が改善され、簡単でより安価なマイクロホログラフィック・システムを含む複数の利点が得られる。従って、本発明の特徴によるマイクロホログラフィック・システムでは、僅かに湾曲したまたはほとんど湾曲していないまたは湾曲していない反射要素（エレメント）を使用してもよい。データ記録ディスクの一方の面は、（反射コーティングがあってもなくても）反射要素として使用してもよい。

例えば、小さい曲率の特徴（feature：特性、要素）を有する射出成型可能な熱可塑性媒体は、媒体（メディア）表面に成型されてもよく、また、金属化され（metallized：金属被着され、メッキされ）て、トラッキング用に使用できるのと同様に反射の形成用にも使用できる。本発明の特徴によれば、熱可塑性媒体は、ディスクに僅かに湾曲した要素を組み込むように成型されてもよく、これをより高出力（パワー、エネルギ）密度の反射を生じさせるために使用してもよい。これらの構造的特徴は、ＤＶＤ上の溝のように、トラッキングによく適合し得る。さらに、１つ以上の要素は、反射光ビームを調整する（補正する）ために使用されてもよい。例えば、湾曲したミラー（反射鏡）を、正しく平行化された（collimated）コリメート光ビームを発生させるのに使用してもよく、液晶セルを用いて、異なる複数の層に進むことによって発生した路長（光路長）の差をオフセット（offset：相殺、補正）してもよい。または、回折要素のように作用するホログラフィック層を媒体の表面の近くに配置して、それによって光ビームに調整（補正）を施すようにしてもよい。外部ミラーまたはディスクの表面を、反射を生じさせるために使用してもよい。

本発明の特徴によれば、異なる層において読出されたデータは異なるものであってもよい。各反射は異なる層において異なる収差（aberration）を有するので、その収差を用いて、集束プロセス（処理）において層指標付け（インデックス付与、索引）を行ってもよい。ディスクの背面におけるデザインを用いて、反射光ビームのより適正な制御を行って有効格子強度（effective grating strength）を増大させるようにしてもよい。多層コーティングおよび／または（表示用フィルムの構造と同様の）表面構造は、使用に適している。また、本発明の特徴によれば、斜めに入射する光ビームを吸収し垂直の光ビームを反射する設計（デザイン）を用いて、ノイズを減少させかつマイクロホログラムの方向性を制御してもよい。さらに、マイクロホログラムの格子強度は、異なる複数の層について同じである必要はない。異なる層における記録のためにパワー（出力）スケジュール（power scheduling：予定パワーの設定）を使用してもよい。

本発明の特徴によれば、閾値材料中で１つの集束された光ビームと１つの平面波光ビームを使用してマイクロホログラムを記録してもよい。このような方法では、２つの入力光ビームが使用されるが、整列（整合）に関する要求は、通常の方法ほどは厳格でなく、マイクロホログラムの方向および強度は、複数の層を通して良好に制御され且つ均一（一様）である。読出し信号も同様により良く予期され得る。

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、その他のホログラフィック技術に比して、光データ記憶に関して幾つかの利点がある。次に図１を参照すると、対向伝搬する光ビームを使用して媒体（メディア）内にホログラムを形成するための典型例の構成１００が示されている。この構成では、対向伝搬する２つの光ビーム１１０、１２０が干渉して記録媒体１３０のボリューム（記録単位）１４０内に縞模様（fringe）を形成することによって、マイクロホログラフィック記録が得られる。光ビーム１１０、１２０を記録媒体１４０内の目標（ターゲット）ボリューム、即ち所望の位置で近回折限界の直径（nearly-diffraction-limited diameter）（例えば、１マイクロメートル（μｍ）以下）に集束することによって、干渉が得られてもよい。光ビーム１１０、１２０は、光ビーム１１０用の通常のレンズ１１５および光ビーム１２０用のレンズ１２５を使用して集束させてもよい。ここでは単一のレンズ構成が示されているが、もちろん複合レンズ形態（複合レンズ・フォーマット）を使用してもよい。

図２は、対向伝搬する光ビームを使用してホログラム支持媒体内にホログラムを形成するための別の構成２００を示している。この構成２００では、レンズ１２５が湾曲したミラー（反射鏡）２２０に置換されており、光ビーム１１０の集束した反射光１２０が光ビーム１１０自体と干渉する。構成１００、２００では、両レンズ１１５、１２５を互いに、またはレンズ１１５とミラー２２０を互いに高い精度で整列させる必要がある。従って、このような構成を採用したマイクロホログラフィック記録システムは、安定し且つ振動のない環境、例えば通常の高精度の位置決めステージ（段階）を組み込んだ安定し且つ振動のない環境、に制限される。

本発明の特徴によれば、（１つの対向伝搬する集束された光ビームに対して）集束された、僅かに集束されたまたは非集束の反射光ビームが記録用に使用されてもよい。図３は、対向伝搬する光ビームを用いて媒体（メディア）内にホログラムを形成することに対する別の構成３００を示している。構成３００では、ミラー（反射鏡）３２０からの光ビーム１１０の対向伝搬する非集束反射３１０を使用する。図示の実施形態では、ミラー３２０は実質的に平板（平面）状の形態のものである。

図４は、対向伝搬する光ビームを使用して媒体（メディア）内にホログラムを形成するための別の構成４００を示している。構成４００では、ミラー（反射鏡）４２０からの光ビーム１１０の対向伝搬する僅かに集束した反射光４１０を使用している。構成４００の図示の実施形態は、また、光路長調整（補正）要素（エレメント）４２５を具え、その要素は、例えば、液晶セル、ガラス製くさび（glass wedge）、またはくさび対（wedge pair）の形態のものであってもよい。

図５は、対向伝搬する光ビームを使用して媒体内にホログラムを形成するためのさらに別の構成５００を示している。構成３００（図３）と同様に、構成５００は、実質的に平面の反射面を使用する。しかし、構成５００では、光ビーム１１０の反射光５１０を生じさせるために媒体３１０そのものの一部分５２０を使用する。その一部分５２０は、媒体１３０の（例えばコーティングされた金属のような）反射性背面、媒体１３０内の反射層、または媒体１３０内に基本的に（本質的に）反射面を形成する１つ以上のホログラムの形態をとってもよい。これらはすべて非限定的な（発明を限定することのない）例である。

構成３００、４００および５００において、光ビーム１１０は、目標ボリュームまたは領域において、光ビーム３１０、４１０、５１０よりも小さいスポットの寸法（サイズ）、より大きい出力密度（パワー密度、エネルギ密度）を有しており、マイクロホログラムの範囲（大きさ、体積：dimensions）はそのより小さいスポットの寸法（サイズの各寸法）によって左右（driven：駆動、決定）される。２つの光ビーム間のパワー密度の差に起因する潜在的な欠点は、干渉パターンにペデスタル（pedestal）成分またはＤＣ成分が生じることである。このようなペデスタルまたはＤＣ成分は、受けた露光強度（experienced exposure intensity：受光強度）に対して線形の屈折率の変化を呈する材料１３０の記録容量（ダイナミック・レンジ）のかなりの部分を無駄に消費または使用する。

図６は、対向伝搬する光ビームからの受光強度が位置と共に変化し、それによって干渉縞を形成することを示している。図７に示すように、線形応答性材料では、屈折率の変化はｎ_０に対して受光強度に応じて実質的に線形に変化し、従って、（相対的に）非集束の光ビームは所望のホログラムに対応する目標ボリュームよりも遥かに大きいボリュームにおけるダイナミック・レンジを消費または使用することがあり、それによって他のボリュームおよびマイクロホログラムの可能な反射率を減少させる可能性がある。ダイナミック・レンジは、対向伝搬する光ビームが垂直入射である場合も同様に（図１および図２を参照）媒体の深さ全体にわたって消費または使用される。

本発明の特徴によれば、ホログラム形成期間中の目標ボリューム以外の影響を受けたボリュームのダイナミック・レンジの消費または使用は、受けたパワー密度に非線形な応答を示す記録材料を使用することによって、軽減される。換言すれば、非線形記録特性を示す媒体は、マイクロホログラフィックへのアプローチ（取り組み）と組み合わせて使用される。材料の非線形記録特性は、（例えば、スクェア（２乗）、キューブ（３乗）、または閾値タイプの）光強度を持った非線形の記録を容易にするために使用され、或る光強度より大きい場合においてのみ実質的に記録が行われる。材料のこのような非線形記録特性は、非アドレス（アドレスされていない）ボリューム中のダイナミック・レンジの消費または使用を減少または無くすことができ、マイクロホログラムの寸法（３次元寸法）、従って目標ボリュームを容易に減少させることができる。

図１０Ａ、１０Ｂおよび１１Ａ、１１Ｂは線形記録媒体の記録特性を示し、図１０Ｃ、１０Ｄおよび１１Ｃ、１１Ｄは閾値タイプの非線形記録媒体の記録特性を示す。より具体的には、図１０Ａ乃至１０Ｄは、図１および２に示したような２つの集束された対向伝搬する光ビームの干渉によって光強度の変調が行われることを示している。ここで、位置０（−０．５と＋０．５の間の中点（中間位置））は、両方の集束された光ビームの媒体の厚みに沿う焦点（の位置）に対応する。線形記録特性を示す媒体の場合は、図１０Ｂに示すような屈折率の変調が生じ、それに続いて図１０Ａに示すような強度外形（profile：輪郭、プロファイル）が生じる。屈折率の変調は、最終的には位置０の近傍で最大になり得る一方、留意し得ることとして、それ（変調）は材料の実質的に厚み全体にわたって伸び、例えば図１０Ｂの位置（横軸）の各値に限定されるものでなく、その結果、生成された複数のマイクロホログラムは、多数のボリュームが互いに積層された媒体内の１つの特定のボリューム内には実質的に収容されない（収容しきれない、含まれない）。これに対して、非線形または閾値特性を示す記録媒体（閾値の状態は図１０Ｄに示されている）では、閾値状態（threshold condition：条件）１０２０に達した各ボリューム内においてのみ記録１０１０が実質的に生じ、その結果得られた複数のマイクロホログラムが、互いに積層された多数のボリュームにおける１つの特定のボリューム内に実質的に収容される（含まれる）。図１０Ｄは縞を含むマイクロホログラムが約３μｍにわたって伸びることを示している。同様な特性は図１１Ａ乃至１１Ｄに示されているようにマイクロホログラムの横方向の寸法で示されている。これによって明らかなように、媒体の目標でないボリュームのダイナミック・レンジの望ましくない消費または使用は、閾値タイプの非線形材料を使用することによって、軽減される。

説明のために閾値タイプの非線形材料について述べたが、１次近似すると、屈折率変調の振幅が線形応答性材料（図１０Ａ〜１０Ｂおよび１１Ａ〜１１Ｂを参照）中の光強度に従って線形に変化すること、を理解すべきである。従って、たとえ記録閾値を有する材料が特に望ましいことが判明しても、例えば、１より大きい１つのパワー（または複数のパワーの組み合わせ）のような、屈折率変調の振幅が変化する露光に対する 非線形の光応答性（対露光の非線形応答性）を示す材料によって（を使用すれば）、その他の影響を受けたボリューム中のダイナミック・レンジの消費または使用が大幅に軽減されるであろう。

再び閾値タイプの非線形材料に戻り、再び図１０Ｃ〜１０Ｄおよび１１Ｃ〜１１Ｄを参照する。このような場合、閾値応答性媒体は、入射エネルギ密度またはパワー密度１０１５が閾値１０２０より高いときだけ実質的に光学的に誘発（誘導、引き起こ）された屈折率の変化１０１０を受ける（経験する）ことによって、機能（動作、作用）する。閾値１０２０より低い場合は、媒体は実質的に屈折率の変化は生じない（受けない）。記録用として使用される対向伝搬する光ビームの一方、例えば反射光ビームは集束（focus）されてもよく（図１および２）、僅かに集束されても（図４）、または集束されなくてもよい（図３および５）。それにも拘らず、このような閾値応答性材料を使用すると、集束の公差に関する要求（requirements：条件）をより小さくする（下げる）効果がある。その他の利点は、例えば図５に示すような現在の表面技術の光記憶装置と同様に、例えばディスクのような媒体内に反射デバイス（反射装置、反射要素、反射部材）を組み込むことができることである。

次に図８および図９を参照すると、より大きなページ・ベースのホログラムとは対照的に、より小さなマイクロホログラムを使用すると、温度の変動および角度の不整列に対してシステムの公差（許容誤差）が改善される。図８は、記録温度と読取り温度の間の差の関数としてのホログラムの期待（予期）ブラッグ離調（expected Bragg detuning）（∝１／Ｌ、ここでＬはホログラムの長さ）を示している。参照番号８１０はマイクロホログラムの期待性能（expected performance：予期性能）に対応し、参照番号８２０はページ・ベースのホログラムの期待性能（予期性能）に対応する。図９は、角度の変化の関数としてのホログラムの期待（予期）ブラッグ離調（∝１／Ｌ、ここでＬはホログラムの長さ）を示している。参照番号９１０はマイクロホログラムの期待性能（予期性能）に対応し、参照番号９２０はページ・ベースのホログラムの期待性能（予期性能）に対応する。

更に単なる説明のための非限定的な例として、近回折限界寸法（サイズ）（nearly-diffraction limited size）に集束された入来する（incoming）光ビームは僅かに集束してまたは全く集束せずに反射されてもよく、それによってその反射光ビームは、対向伝搬する集束された入来光ビームに対して（と比較して）、集束されない（または僅かに集束される）。反射要素（エレメント）は、ディスクの表面上にあってもよく、例えば、平坦なミラー（平面鏡）または僅かに湾曲したミラーの形態であってもよい。集束された光ビームと反射光の間に幾分かの不整列が生じると、干渉パターンは、反射光ビームが相対的に大きい湾曲（曲率）の同位相波面（phase front：位相面）を有する場合にはその集束された光ビームの位置によって、決定（driven：駆動、左右）される。集束されたスポット（の位置）が反射光ビームに対して移動したときにも、この大きい湾曲によって生じるパワー密度の変動は小さい。

非線形応答性材料 例１
ホログラフィク記憶システム用の媒体候補としてフォトポリマー（photopolymer：光重合体）が提案された。フォトポリマー・ベースの（based on：に基づく、基材とする）媒体は、ガラス基板間に挟持された（サンドイッチされた、挟まれた）ゲル状状態において記録される妥当な大きさの屈折率の変化および感度を有する。しかし、例えば成型ディスクのような簡単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・システムは、周囲の状況または環境、即ち周囲光に敏感であり、記録処理前、記録処理期間中、さらにときには記録処理後も特別な取り扱いをしばしば必要とする。このような欠点についても同様に解消することが望ましい。

本発明の特徴によれば、光ビームに曝されることによって屈折率の変調が誘発（誘導、引き起こ）されるポリマー相（polymer phase）変化材料がホログラフィック・データ記憶媒体として使用される。一実施形態では、屈折率の検出可能な変化は、材料のアモルファス（非晶質）成分と結晶成分の間に局在化された変化を熱的に誘発することによって、生じる。これによって、小さなエネルギを用いて誘発される潜在的に大きい屈折率の変調が与えられる（実現される）。また、このような材料は、閾値状態（閾値条件）を与えるものであってもよく、閾値より低い露光エネルギでは材料の屈折率に殆どまたは実質的な影響を与えず、一方、閾値より高い露光エネルギでは検出可能な屈折率の変化を生じさせるものであってもよい。

より具体的には、相変化誘発（誘導）可能ポリマー（phase-change induce-able polymer）材料は、射出成型が可能で周囲環境に対して安定な熱可塑性基板中に良好な感度で（Ｓ＞５０以上 ｃｍ／Ｊ）大きい屈折率の変化（Δｎ＞０．０１）を与えることができる。さらに。また、このような材料は実質的に閾値応答性記録処理（プロセス）を用いる潜在的可能性を与え、読出しと書込みの双方に同じ波長のレーザを使用することが可能になり、周囲光の露光によって記憶データが実質的に劣化するのを、防止することができる。一実施形態では、検出可能な屈折率の変化は、コポリマー熱可塑性基板の成分中の１成分のアモルファス（非晶質）状態と結晶状態の間の屈折率の差に対応する。このような基板は、コポリマーの温度を融解（溶融）温度（Ｔｍ）より高く上昇させ、その材料を急速冷却またはクエンチングすることによって調製して、その材料の初期の（以前の、先の）結晶成分を誘発して冷却してアモルファス状態にすることができる。

次に図１４Ａおよび１４Ｂをも参照すると、それらの光ビームは材料の目標（ターゲット）ボリューム内で干渉して、その位置におけるエネルギ吸収の結果としてその干渉縞に対応するそれのサブ・ボリューム（部分体積）を局所的に加熱する。局所（局部）温度が一旦臨界温度、例えばガラスの転移温度（Ｔｇ）（図１４Ａ）を越えて上昇すると、材料の結晶成分は、融解し（溶融し）、続いてアモルファス状態に冷却され、その結果、材料中の他の結晶状態のボリュームに対して屈折率の差が生じる。あるいは、その臨界温度は、ナノ領域（nano-domain）の成分材料の融解温度（Ｔｍ）付近であってもよい。それにも拘らず、入射光ビームのエネルギがその材料を臨界温度より高い温度に上昇させるのに十分なものでなければ、実質的な変化は生じない。このことが図１４Ｂに示されており、この場合、臨界値Ｆ_critより大きい光フルエンス（optical fluence：光学的流束量）によって相変化（phase change）が生じ、その結果としてホログラムの書込みが行われ、臨界値Ｆ_critより小さい光フルエンスによっては実質的にこのような変化が生じず、それは記録されたホログラムの読取り、従って記録データの復元（リカバー、再生、回復）に適している。

さらに、非限定的な説明を行う。臨界値は、Ｆ_CRIT＝Ｌ×ρ×Ｃ_P×ΔＴによって与えられる。ここで、Ｌはマイクロホログラムの長さまたは深さ（depth：奥行）であり、ρは材料の密度であり、Ｃ_Pはその材料の比熱であり、ΔＴは生じた温度変化（即ち、Ｔｇ−Ｔｏ、ここで、Ｔｇはガラス転移温度、Ｔｏは材料の周囲温度）である。一例として、密度が１．２ｇ／ｃｍ^３、比熱が１．２Ｊ／（Ｋ・ｇ）のポリカーボネートを使用した場合、マイクロホログラムの長さが５×１０^−４ｃｍ、温度変化は１２５℃（Ｋ）、Ｆ_CRIT＝９０ｍｊ／ｃｍ２である。エネルギ表現（term）に変換すると（エネルギに換算すると）、臨界フルエンスＦ_CRITに到達するのに必要なエネルギ（Ｅ_CRIT）は次式で表される。

ここで、Ａはホログラムの横断（横方向）面積（transverse area）であり、ｗ_ｏは光ビーム・ウエスト（waist）である。Ｆ_CRITを与えるのに必要な焦点におけるエネルギＥ_Ｆは、次式で表される。

ここで、ｅ^-αLは透過率（transmission：透過、到達）、α＝α_０＋α_ＮＬＦ、α_０は材料の線形吸収率、α_ＮＬは材料の非線形吸収率、Ｆは最大入射光フルエンス、Ｌはマイクロホログラムの長さである。焦点における必要なエネルギＥ_Ｆを与えるために材料に照射される入射エネルギＥ_ＩＮは、次式で表される。

ここで、ｅ^-αLは透過率（透過）、α＝α_０＋α_ＮＬＦ、α_０は材料の線形吸収率、α_ＮＬは材料の非線形吸収率（non-linear absorption）、Ｆは最大入射光フルエンス、Ｌはマイクロホログラムの長さ、Ｄは材料の深さ（または長さ）（例えば、媒体ディスクの厚み）である。次に、図１５Ａ乃至１５Ｃを併せて参照すると、光ビームのウエストｗ_ｏを０．６×１０^−４ｃｍ、ホログラムの横方向（横断）面積（transverse area）Ａを５．６５×１０^−９ｃｍ^２と仮定する。さらに、マイクロホログラムの深さＬを５×１０^−４ｃｍ、材料の深さＤ（例えば、媒体ディスク全体）を１ｍｍと仮定し、そのときの入射エネルギＥ_ＩＮとαの間の期待（予期）される関係が、図１５Ａに示されている。さらに、材料の線形吸収率α_０を０．０１８ ｌ／ｃｍ、材料の非線形吸収率α_ＮＬを１０００ｃｍ／Ｊ（さらに材料の長さを０．１ｃｍ）と仮定し、そのときの透過（透過率）とフルエンスとの間の予測される関係が、図１５Ｂに示されている。これらと同じ仮定を用いたときの光ビーム・ウエストと距離の間の予測される関係、および正規化された（normalized：標準化された）吸収率と距離の間の予測される関係が、図１５Ｃに示されている。

さらに（首尾一貫して）、図１６Ａおよび１６Ｂに示すように、そのようなコポリマー材料の媒体を対向伝搬する光ビームで露光すると、その位置における結晶コポリマーのナノ領域（nano-domain）の形成または破壊（formation or destruction）によって（起因して）その対向伝搬する光ビームの干渉縞に対応する固定した屈折率の変調の形態でマイクロホログラムが書込まれる、と予期（期待）される。即ち、相の変化／分離（phase change/separation（区分、析出））の機構（メカニズム）は、使用される光の波長よりも実質的に（充分）短い結晶ナノ領域の形成または破壊に基づいて、屈折率の変調を生じさせる。図１６Ｂの各値は、各々が入射単一ビーム・パワー（Ｐ１＝Ｐ２）７５ｍＷ、α＝２０ｃｍ^−１、露光時間（Ｔ）１ｍｓを有する対向伝搬する２つのビームを用いて、予測される。マイクロホログラムを形成する予測結果の屈折率の変化（Δｎ＝０．４）が、図１６Ｃに示されている。この図から明らかなように、対向伝搬する光ビームの干渉縞に対応する一連の屈折率の変化として実現されるマイクロホログラムは、局在化された加熱が閾値状態（条件）を越える（例えば、温度が１５０℃以上になる）場合においてのみ実質的に生じ、その結果として閾値記録状態が得られる。

使用に適したポリマーには、非限定的な例として、部分的結晶化度を示すホモポリマー、アモルファス・ポリマーおよび結晶ポリマーからなるホモポリマーの混合物、ランダム共重合体（ランダム・コポリマー）とブロック共重合体（ブロック・コポリマー）を含む種々のコポリマー組成物、並びに、ホモポリマーを含むまたは含まない各種コポリマー（共重合体）の混合物が含まれる。このような材料は、単なる非限定的な例として、３ミクロン（μｍ）程度（オーダ）の深さにホログラムを記憶するのに適している。材料の線形吸収性は、高くてもよく、材料を不透明性にし感度を制限するものであってもよい。

光学的吸収ダイに応答する熱的に誘発（誘導、引き起こ）される反応は、屈折率の変化の機構（メカニズム）を光反応性（photo-reactive）機構から分離するのに適しており、潜在的に感度を高くすることができる。本発明の特徴によれば、熱的誘発プロセスは、光学的に誘発される屈折率の変化に対して、非線形の応答機構を与えてもよい。この機構または閾値状態（条件）によって、同じ波長の光ビームを、低パワー（出力）および高パワーでのデータの書込みおよびデータの読出しにそれぞれ使用できる。また、この特性によって、周囲光が記憶データの品質を実質的に低下させるのを防止できる。吸収度（率）がフルエンス（fluence）の関数であり且つフルエンスの増加に従って増加するような逆可飽和吸収（ＲＳＡ：reverse saturable absorption）特性を有するダイが、有用である。その結果、吸収度は光ビームの焦点で最大になり、このことは背後の線形吸収が小さくなり、最終的にはほぼ透明な材料（透明に近い材料）を生成することを意味する。このようなダイの例として、ポルフィリン（porphyrins）およびフタロシアニン（phthalocyanines）があるが、これらに限定されるものではない。

さらに、アモルファス／結晶コポリマーは、例えばディスクのような射出成型可能な熱可塑性基板に所望の特性を与えるのによく適している。熱可塑性材料を使用することによって、かなりの後処理を必要とすることなく安定した基板中にデータを記録することができ、単一のコポリマー材料自体によって屈折率の変化、感度、安定性および“定着性（fixing）”が与えられる。また、コポリマー成分を選択することによって、通常のフォトポリマー（光重合体）よりも大きい屈折率の変調が可能であってもよい。材料の感度は使用されるダイの光吸収特性に依存してもよい。既知の逆可飽和吸収ダイ（reverse saturable absorption dye）の場合、通常のホログラフィック・フォトポリマーの２〜３倍の高さの感度が得られる。また、閾値状態（条件）は、データが記録された後に後処理をほとんどまたは全く必要とせずに同じ波長でデータの書込みおよび読出しを行う能力（機能）を与える。これは、データの記録後にシステムを完全キュア（cure：硬化）するために典型的には基板全体を露光する必要のあるフォトポリマーとは、対照的である。最後に、コポリマー基板は、データ記録の前は、フォトポリマーのゲル状状態とは対照的に、熱可塑性状態にあってもよい。これによって、熱可塑性状態の材料が例えばそれ自体射出成型され且つ容器またはキャリア（支持体）内に収容する必要がなくてもよいので、フォトポリマーに比して、媒体の物理的構造が簡単になる、という利点が得られる。

従って、本発明の特徴によれば、アモルファス／結晶コポリマーを用いて、光学的に誘発（誘導、引き起こ）された相変化（phase change）およびそれによる屈折率の変調を支援（サポート）してもよい。光エネルギを温度上昇に変換するために、線形吸収ダイをアモルファス／結晶相変化材料と組み合わせて用いてもよい。逆可飽和吸収ダイを用いて、効率よく温度を上昇させてもよい。光活性化（optical activation）は、閾値状態による屈折率の変化（index change）を可能にするダイおよび相変化／分離材料による屈折率の変化の誘発から区別（separate：分離）されてもよい。

さらに説明すると、或る種のブロック・コポリマー組成物では、個々のポリマーは、そのコポリマーの性質によりポリマーの混合物のように巨視的に成長することのない規則的に配置された（順序付けられた）ドメイン（領域）構造へと、自然に（spontaneously：自発的に）相分離する。この現象については、ＴＲＩＰ ｖｏｌ．３、１９９５年、p．９０以降においてサクライによって議論されている。コポリマーを作り出す個々のポリマーは、温度に依存してアモルファスおよび／または結晶としての振る舞いを示すことができる。個々のポリマーの重量比は、分離する各ミクロ相（micro-phase）が球（spheres）、円柱（cylinders）または薄板（lamellae：ラメラ）を形成するかどうかを決定する傾向があってもよい。個々のブロックの融解温度（Ｔｍ）およびガラス転移温度（Ｔｇ）より高く短時間（または長時間）加熱したときに両方の相がアモルファスになるようなコポリマー系を用いてもよい。低温に冷却したとき、相の一方は結晶化するが、元のミクロ（微小）相の形状は維持される。この現象の例は、“Macromolecules”、３４、２００１年、ｐ．６６４９以降でハン（Hung）他が報告しているように、ポリ（エチレンオキシド）／ポリスチレン・ブロック・コポリマーの形で示されている。本発明の特徴によれば、ポリ（エチレンオキシド）／ポリスチレン・ブロック・コポリマーは、例えば７５％／２５％の比で使用される。
Sakurai, TRIP vol.3, 1995, p.90- Hung et al.,"Macromolecules", 34, 2001, p.6649-

例えば、銅フタロシアニン（copper phthalocyanine）、鉛フタロシアニン（lead phthalocyanine）、亜鉛フタロシアニン（zinc phthalocyanine）、インジウムフタロシアニン（indium phthalocyanine）、インジウムテトラ−ブチルフタロシアニン（indium tetra-butyl phthalocyanine）、ガリウムフタロシアニン（gallium phthalocyanine）、コバルトフタロシアニン（cobalt phthalocyanine）、白金フタロシアニン（platinum phthalocyanine）、ニッケルフタロシアニン（nickel phthalocyanine）、テトラ−４−スルホナトフェニルポルフィリナト−銅（ＩＩ）（tetra-4-sulfonatophenylporphyrinato-copper(II)）、またはテトラ−４−スルホナトフェニルポルフィリナト−亜鉛（ＩＩ）（tetra-4-sulfonatophenylporphyrinato-zinc(II)）のような、例えばフタロシアニン（phthalocyanine）ダイのような光化学的に（photo-chemically）および熱的に安定したダイを、このようなコポリマーに添加して直径１２０ｍｍのディスクに射出成型することができる。その成型によって、コポリマーの温度が、ポリスチレンのガラス転移温度（Ｔｇ）およびポリ（エチレンオキシド）の融解温度（Ｔｍ）より高く上昇し、これによってミクロ相分離（区分、析出）（micro-phase separation）を有するアモルファス材料が生成する。ディスクを約−３０℃に冷却、例えばクエンチング（quenching）することによって、ポリ（エチレンオキシド）相が材料全体にわたって結晶化する。結晶領域のドメインの大きさが例えば１００ナノメートルより充分小さいと（例えば、＜１００ｎｍ）、光は媒体によって分散されず、媒体は厚い基板においても透明に保たれる。ディスクの特定の領域、例えばディスクの目標ボリュームに、２つの光ビーム（即ち光ビームとその反射光）を干渉させることによって材料中にデータを記録してもよい。

１つ以上の記録用光ビーム（例えば、高出力（パワー）のレーザ・ビーム）で露光すると、ダイは干渉縞で強い光を吸収し、ディスクの対応するボリュームまたは領域をポリ（エチレンオキシド）相の融解温度（Ｔｍ）より高い点にまで瞬間的に上昇させる。これによって、その領域を実質的にアモルファスにして、周囲の材料中の結晶ドメインとは異なる屈折率を形成する。その後、記録されたマイクロホログラムを読取るために低エネルギのレーザ・ビームに露光してマイクロホログラムの反射として対応するデータを復元（回復）しても、材料中に実質的な変化を何ら生じさせることはない。この場合、個々のポリマーのＴｇまたはＴｍより高くポリマーを加熱することのないレーザ出力が使用される。このようにして、閾値応答性のような非線形光学的応答性によって、長期間にわたって且つ何回もの読取りに対して実質的に安定したホログラフィック・データ記憶媒体を提供してもよい。

球、円柱または薄板（ラメラ）は一般的な構造であるが、その他の代替構造も、同様に形成することができ、同様に機能（動作）することができる。ポリカーボネート／ポリエステル・ブロック・コポリマーを含む種々のブロック・コポリマーを代替的に使用してもよく、結晶ドメインの相異なる形成温度、およびそのドメインを破壊する温度が実現可能である（準備される）。輻射エネルギを吸収し熱を発生させるために使用されるダイは、逆可飽和性吸収体の形態をとり、加熱が発生し得る位置を特定する（ピンポイントする）のを良好に制御し得るであろう。マイクロホログラムの横方向の広がりは集束されたレーザ・ビームのウエストの直径よりもかなり小さい。本発明の特徴による非線形記録媒体を使用することによって、記録されたマイクロホログラムの外側の記録材料のダイナミック・レンジの消費（使用）を制限しまたは排除し（なくし）、従って各マイクロホログラムの反射率を増大させ、データ記憶容量を増大させることが可能になり得る。

閾値材料を使用すると、線形材料に比べてより高い記録感度が得られるという別の利益が得られる。この利点を利用して（translate）、マイクロホログラフィック・システムについてのより高い記録データ率（レート、速度）を実現してもよい。さらに、媒体の閾値特性より得られる屈折率の階段状の（ステップ状の、段階的な）変調は、線形材料を用いる場合よりも小さい反射率のマイクロホログラムを生成するのに役立ち得る。しかし、反射率は、データ記憶の適用例では充分な大きさを維持し得る。次に図１２を参照すると、屈折率の変調が大きくなるしたがって、反射率が大きくなる、と期待される。また、熱拡散によって不都合な問題が生じることはない、と期待される。ホログラム形成期間中の熱拡散について考察すると、温度パターンは、対向伝搬するそれぞれの光ビームの干渉縞、即ち露光パターンに従う（追随する）、と期待される。干渉縞をそのような屈折率パターンに維持するために、熱拡散は、相の変化温度（phase change temperature）に到達する干渉縞相互間の領域に実質的に制限される。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、閾値応答性材料に対応する。次に図１３Ａおよび１３Ｂを参照すると、これには位置の関数としての期待温度上昇プロファイル（輪郭、外形）が示されている。従って、目標ボリュームから周辺の各ボリュームへの熱漏洩は、周辺のボリュームを閾値温度１０２０まで上昇させることはないに違いない、と期待される。

非線形材料 例２
別の構成によれば、ポリマーのマトリックス（matrix：母材）中の有機ダイを用いて、屈折率変化（Δｎ）を支援（サポート、支持）して、ホログラフィック・データ記憶を行ってもよい。ここで、有機ダイは、ポリマーのマトリックスに対して大きい共振増強屈折率（large resonant enhanced refractive indices）を有する。このような場合、特定の領域または目標ボリュームにおいてダイのブリーチング（bleaching：漂白、褪色）を用いて、ホログラフィに対する屈折率の勾配（gradient：グラジエント）を形成してもよい。データは、特定の領域をブリーチ（bleach）するように媒体内で光ビームを干渉させることによって、書込まれてもよい。しかし、干渉光が媒体全体を通過し（たとえ特定の領域だけがブリーチされるとしても）またブリーチング用放射（輻射）に対する線形応答性が存在する場所では（場合には）、（たとえ光ビームの強度が集束された領域で最高で且つそこに最大のブリーチングを生じさせても）その照射された媒体全体にわたって相対的に低レベル（少数）のダイがブリーチされる、と予期される。従って、データが多数のレベルに書込まれた後は、その線形記録媒体中に不所望な追加的な（付加的な）ブリーチングが生じる、と予期される。これは、最終的には、媒体内に書込むことのできるデータの層の数を制限し、線形記録媒体に対する全記憶容量を制限する可能性がある。

商業的適用のために有用な感度を得るためには記録媒体は高い量子効率（ＱＥ）を持つ必要がある、という認識から、別の問題が生じる。量子効率ＱＥは、電子−ホールの対を生成し且つデバイス（装置、素子）の感度の尺度となる光反応性要素（photo reactive element）を叩くフォトン（光子）の割合（パーセンテージ）に関連する。高いＱＥを有する材料は、典型的には、低出力（パワー）の読取りレーザを使用しても、記憶されたホログラム、即ちデータの急速ブリーチングを受ける。一貫して（consistently）、データは、そのデータが線形応答性媒体内で基本的に（本質的に）読取り不能になるまでの制限された回数だけ読取ることができる。

本発明の特徴によれば、このような欠点に対処するために非線形光応答性媒体が使用される。再び、データの記憶および検索（取り出し）を行うために、ホログラフィック・システムにおいて、フォトポリマーの代わりに熱可塑性物質をベースとする（基材または基剤とする）材料の溶液が使用される。これによって、種々のホログラフィック技術との両立性に加えて、プロセス（処理）、取り扱い（操作）および記憶に関しての利点が判明する可能性がある。

さらに説明すると、ホログラフィック光学的データ記憶のために、熱可塑性材料中に狭帯域吸収ダイを用いてもよい。硬質ポリマー網状組織（ネットワーク、網状構造）（rigid polymer network）は或る種の光化学反応に対して量子効率（ＱＥ）を低下させると信じられている。従って、本発明の特徴によれば、ポリマー網状組織を例えば熱可塑性材料のＴｇ付近またはそれより高い温度に局所的に加熱すると、材料の局所的なＱＥを、例えば１００倍より大きく（係数＞１００）増大させるのに役立つ。この改善法によると、ホログラフィック光学的データの記憶に有用な形態で材料の感度が直接増強される。さらに、これはゲート処理（gating process）または閾値処理（threshold process）を与え（実現し）、媒体の個々の（離散的な）融解（溶融）領域におけるダイ分子は周囲のアモルファス材料におけるよりも速い光化学反応を生じ、即ち、媒体の多数の仮想的層（virtual layers）上への書込みが、他の層に大きい影響を与えることなく、容易になる。換言すれば、それによって、その他のボリュームにかなりのブリーチングを生じさせるという害を与えることなく、読出しおよび書込みを行うことが可能になる。

次に図１７Ａ乃至１７Ｃを参照すると、オルト−ニトロスチルベン（ortho-nitrostilbenes）（ｏ−ニトロスチルベン（o-nitrostilbenes））含有のポリマー・マトリックスをホログラフィック・データ記憶に用いてもよい。オルト−ニトロスチルベンのブリーチングを生じさせる光化学反応は周知であり、例えば、スプリッターおよびカルビン（Splitter and Calvin）、ＪＯＣ、１９５５年、vol．２０、pp.１０８６〜１１１５に記載されている。マククロッホ（McCulloch）は、後でこのクラス（級）の化合物を使用して、被覆（張り合わせ）材料を形成するためにダイをブリーチングすることによって薄いフィルムの適用例において導波管（waveguides）を生成した（Macromolecules（高分子）、１９９４年、vol．２７、pp.１６９７〜１７０２参照）。マククロッホは、ポリメチルメタクリレート（polymethylmethacrylate：ＰＭＭＡ）中で特定のｏ−ニトロスチルベンのＱＥが０．０００４０４であると報告している。しかし、彼は希釈へキサン溶液（dilute hexane solution）中の同じダイが、同じブリーチング波長でＱＥが０．１１であると記している。さらに、マククロッホは、この差は、薄いポリマーのフィルムからヘキサン溶液に進むときに最大のラムダ（lambda max）における浅色団移動（hypsochromic shift：浅色移動）に起因する、と推測した。それは、移動度効果（mobility effect）に関係している可能性がある。その理由は、硬質ポリマー中のｏ−ニトロスチルベンの安定した配座（conformation：コンホメーション、高次構造）が、初期ペリサイクリック反応（pericyclic reaction：ペリ環状反応、周辺環状反応）に起因して適正に整列（配列）されないことがあるからである。図１７Ａは、１００ｍＷ、５３２ナノメートル（ｎｍ）のレーザを使用した、２５℃および１６０℃におけるブリーチングを表すデータを示している。増強は、移動度の増大か、または単に高温によるより高速の反応速度論（reaction kinetic：反応動力学）か、またはその両方の組み合わせによるものである可能性がある。図１７Ａと併せて、図１７Ｂは、前述のマトリックスのＱＥが、約６５℃より高い温度で増強されると予期されることを示している。従って、一実施形態では、ｏ−ニトロスチルベン・ダイをポリカーボネート・マトリックスと組み合わせて用いて、ＰＭＭＡ材料に匹敵する性能（performance）が得られるが、僅かに高いＱＥが可能である可能性がある。

しかし、本発明はこのクラス（級）のダイに制限されるものではない、と理解すべきである。むしろ、本発明は、室温でまたは室温付近の温度で固体ポリマー・マトリックス中で充分に低いＱＥを有し、加熱時にＱＥが増大する、例えばＱＥが指数関数的に増大するような、任意の光活性ダイ材料を使用することを想定している。非線形記録機構の実現を可能にする。ＱＥが大きく増大（増強）される限り、その加熱によって、その温度をガラス転移温度（Ｔｇ）より高く上昇させる必要はなく、または加熱によってその温度をＴｇより充分（かなり）高く上昇させてもよい、と理解すべきである。このような光活性ダイのＱＥは、実質的に均一に分布したダイを含むポリマー・マトリックスの特定の領域内では増大（増強）される。ポリカーボネート・マトリックスの場合は、光活性ダイを含むポリカーボネート・マトリックスをそのＴｇより高く加熱することによって、ブリーチング率（レート、速度）を増加させてもよい。ブリーチング率の増加は、１００倍を越える程度（オーダ）（＞１００）である可能性がある。

光反応性ダイをｏ−ニトロスチルベンのようなポリカーボネート・マトリックスに添加することに加えて、オプションとして（任意選択的に）、光吸収剤として機能するそのマトリックスに、熱的および光化学的に安定な第２のダイを添加して、対向伝搬するレーザ・ビームの焦点における干渉縞において局所的に加熱を生じさせてもよい。焦点におけるダイの濃度、レーザ出力および時間を用いて、期待温度を、例えばそのマトリックスのＴｇ付近またはＴｇより高い所望の範囲（range：レンジ、領域）になるように調整してもよい。このような実施形態では、光ブリーチング用の第１および第２の波長の光は、そのマトリックスの概略的に同じ領域で同時に集束される。その材料の加熱された領域における感度は、周囲の低温の硬質ポリマー領域の例えば１００倍程度（のオーダ）より高いと期待される（図１７Ａ参照）ので、情報は、周囲の各領域に対するブリーチング効果がかなり小さい相対的に低パワーの光ビームを用いて、目標の加熱されたボリュームに直ぐに記録できる。従って、先にデータが記録された領域またはデータが未記録の領域は、最小限のブリーチングを受け、それによってその部分における不所望なダイナミック・レンジの消費（使用）を軽減し、全体として媒体中に書込まれるデータの層数をより多くすることができる。また、書込みのために特定の領域を加熱するのに使用されるレーザ波長で相対的に低出力（パワー）で読取ることによって、読取り期間中の意図しないダイのブリーチング効果が緩和される。代替構成として、１つの波長または１つの範囲の複数の波長の光を加熱およびブリーチングに使用してもよく、異なる２つの波長の代わりに、唯一の波長（または１つの範囲の複数の波長）の光を使用するようにしてもよい。

種々のダイが、局在化された加熱のために熱的且つ光化学的に安定したダイとして作用するのに適しているが、非線形に振る舞うダイが特に良く適していることが判明する可能性がある。逆可飽和吸収体（ＲＳＡ）として、また励起状態（excited state）吸収体として知られているこのような１つのクラスの複数のダイは、特に興味を引く。これらのダイには含まれる種々の金属フタロシアニン（metallophthalocyanine）およびフラーレン（fullerene）ダイは、ダイのその他の強い吸収スペクトルから充分に離れたスペクトルの部分において典型的には非常に弱い吸収性をもつが、それにもかかわらず光強度が閾値レベルを越えると強い過渡的トリプレット−トリプレット（transient triplet-triplet：三重項−三重項）吸収を形成する。延長ジメチルアミノジニトロスチルベン（extended dimethylamino dinitrostilbene）を使用した非限定的な例に対応するデータが、図１７Ｃに示されている。一貫して、これによると、ジメチルアミノジニトロスチルベンを含む媒体中で対向伝搬する光ビームの干渉縞の光強度が一旦閾値レベルを超過すると、ダイは焦点で強く吸収し、その材料の対応するボリュームを直ぐに（急速に）高温に加熱する、と期待される。従って、本発明の特徴によれば、熱的ゲート・イベント（熱的にゲート作用する事象）を用いて、相対的に低いエネルギで媒体（従って、高感度を呈する媒体）の目標ボリュームにデータを書込むことができるようにし、媒体のその他のボリュームにおける露光で誘発（誘導、引き起こ）される不必要な反応を最小化する。

トラッキングおよび集束
一実施形態によれば、マイクロホログラムは、媒体が回転ディスクの形態を有する垂直方向に積層された複数の層中で半径方向に伸びる螺旋状トラックに沿って体積型媒体中に記憶される（例えば、図２８および３０参照）。光学系は、媒体中の特定の各目標ボリュームにマイクロホログラムが存在するか存在しないかを検出するためにその特定の各目標ボリュームに光ビームを集束させ、先に記憶されたデータを復元（再生、回復）または読出すようにし、またはそこに干渉縞を発生させてマイクロホログラムを生じせるようにする。従って、データの書込みおよび復元のための光ビームの照射に対して目標ボリュームを正確に標的にする（ターゲットする、に照準を合わせる）ことが重要である。

一実施形態では、入射光ビームの反射の特別な特性を用いて、マイクロホログラムのアレイを含む媒体の選択されたボリュームを正確に標的にするのを助ける。目標ボリューム、例えばマイクロホログラムが、焦点外れ（out of focus）またはトラックから外れている（off track）と、その反射画像（イメージ）は、予測可能な形態での焦点の合った（in focus）またはトラック上にある（on track）マイクロホログラムからの反射とは異なったものになる。これは、モニタすることができ、特定のボリュームを正確に標的にするためのアクチュエータ（作動器）を制御するのに使用できる。例えば、焦点外れのマイクロホログラムからの反射の寸法（サイズ）は、焦点の合っているマイクロホログラムからの反射の寸法とは異なる。さらに、不整列状態のマイクロホログラムからの反射は、適正に整列したマイクロホログラムからの反射に比べて、引き伸ばされ、例えば本来的により楕円形（長円形）になる。

さらに説明すると、上述の材料系では、（通常のＣＤおよびＤＶＤ技術とは異なり）、非金属化層を用いて、入射する読取り用の光ビームを反射させる。図１８に示すように、媒体１８２０中に含まれるマイクロホログラム１８１０は、読取り光ビーム１８３０を、１つ以上の光学要素（例えば、レンズ）１８５０の周囲に配置されたリング検出器１８１０に向けて反射する。光学要素１８５０は、光ビーム１８３０を、マイクロホログラム１８１０に対応する目標ボリューム中に焦点を合わせ（集束し）て、マイクロホログラム１８１０が光学要素１８５０およびリング検出器１８４０上に入射する反射光を発生するようにする。図示の実施形態では、光学要素１８５０は、その反射光をデータ復元（読取り）検出器（図示せず）に伝送する。ただ１つのマイクロホログラム１８１０が示されているが、実際には、媒体１８２０は、種々の位置（例えば、Ｘ、Ｙ座標の位置、またはトラックに沿った位置）および多数の層（例えば、Ｚ座標すなわち或る深さの平面または擬似平面）に配置されたマイクロホログラムのアレイ（配列）を含む、と期待される。アクチュエータ（作動器）を使用して、光学要素１８５０を、選択的に、マイクロホログラム中の選択された各マイクロホログラムに対応する異なる目標ボリュームに照準合わせさせてもよい（を標的にさせてもよい）。

マイクロホログラム１８１０が読取り光ビーム１８３０の焦点に位置すると、読取りレーザ・ビーム１８３０は反射され、それによって光学要素１８５０で反射信号を発生させ、この信号はデータ復元（回復）検出器に伝送される。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配置されたフォトダイオードの形態であってもよい。もし焦点にマイクロホログラム１８１０が存在しなければ、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、検出された信号は“１”として、または検出信号の不存在は“０”として解釈され、またはその逆と（検出された信号は“０”として、または検出信号の不存在は“１”として）解釈される。次に図１９Ａ乃至１９Ｃをも参照すると、これには、入射波長０．５μｍ、レーザ・スポットの寸法（半径）Ｄ／２＝０．５μｍ、左円偏光（left circular polarization）、共焦（con-focal）光ビーム・パラメータ：ｚ／２＝２．５μｍ、遠視野（far field）半回折角度θ／２＝１１．５５°（フィールド）またはθ／２＝８．１７°（パワー、出力）、を有する読取り光ビームを用いて、焦点上、トラック上の円形状（円環状）マイクロホログラムに対応するシミュレートされた反射データが示されている。

次に図２０を参照すると、読取りレーザ・ビームをマイクロホログラムによって正確に反射されるようにするために、そのレーザ・ビームは、マイクロホログラム上に正確に焦点合わせ（集束）され、横方向にマイクロホログラムに中心合わせされるべきである。図２０では、入射光ビームは、その中心部分２０３０において伝播光学軸２０２０に直交する（normal to）波面（wave front）２０１０を有するように見える。マイクロホログラムは、或る方向に一致するこれらの波数ベクトル（wave vector：波動ベクトル）（即ち、ｋベクトル）の光を反射する。図２０に示すような焦点合わせ（集束）されたガウス光ビーム（Gaussian light beam）は、種々の波数ベクトルを有する多数の小波（wavelet）の重なりである。波数ベクトルの最大角度は、集束対物レンズの開口数（numerical aperture、ＮＡ：数値開口度）によって決定される。従って、全ての波数ベクトルがマイクロホログラムによって反射されるわけではなく、マイクロホログラムは、或る波数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。焦点から外れているときは、入射光の中心部分のみがマイクロホログラムと重なる。それによって、中心部分だけが反射される。このシナリオ（筋書き）では、反射効率の変化は減少する。

焦点合わせ（集束）された光ビームがトラック中のマイクロホログラムと適正に整列していないと、そのトラックに垂直な方向に沿った波数ベクトルは、そのトラックに沿った方向の反射と同じ強さを持たない。このような場合、光ビームは近視野（near field）中のトラックに垂直な方向に引き伸ばされ（elongated）、光ビームは遠視野の方向に圧縮される（squeezed）。従って、別個のトラッキング・ホログラムが生成される可能性がある。

図２１Ａ乃至２１Ｃは、図１９Ａ乃至１９Ｃの円形状マイクロホログラムのシミュレーションに対応する近視野分布（ｚ＝−２μｍ）を示している。図２１Ａは、ｘ＝ｙ＝０、ｚ＝０．０１において媒体中へと放射（発射）されるデータ復元（再生、読取り）光ビームを示している。図２１Ｂは、ｘ＝０．５のシフトによって生じるトラック外れ（off-track）状態の反射を示している。図２１Ｃは、ｚ＝１．０１のシフトによって生じる焦点外れ（out of focus）または焦点外れ（off-focus）状態の反射を表している。従って、焦点外れ状態では光ビーム効率が減少し、トラック外れ状態では反射光が空間的に歪む。次に図２２Ａ乃至２２Ｃを参照すると、これにはそれぞれ図２１Ａ乃至２１Ｃの近視野分布（near-field distribution）に対応する遠視野分布（far-field distribution）が示されている。図２２Ａは、ｘ＝ｙ＝０、ｚ＝０．０１において媒体中へと放射されるデータ復元光ビームが、Ｘ方向およびＹ方向において（フルに（full：全て、完全に））、類似の（アナロジ的な、アナロガスな）遠視野発散（分散）角度（far-field divergence angles）を与え、図示の場合、Ｘ方向およびＹ方向の双方で１１．８８°を与えることを示している。図２２Ｂは、ｘ＝０．５のシフトによって生じるトラック外れ状態によって、Ｘ方向およびＹ方向において異なる遠視野分布角度が生じ、図示の場合、Ｘ方向に４．６°、Ｙ方向に６．６°が生じることを示している。最後に、図２２Ｃは、ｚ＝１．０１のシフトによって生じる焦点外れ（out of focus）または焦点外れ（off-focus）状態の反射によって、Ｘ方向およびＹ方向において（フルに（full：全て、完全に））、類似の（アナロジ的な）遠視野発散（分散）角度が生じ、図示の場合、Ｘ方向およびＹ方向の双方に９．９４°が生じることを示している。従って、マイクロホログラムはｋ空間フィルタとして作用し、遠視野スポットはトラック外れ状態では楕円形（長円形）になり、遠視野スポットは焦点外れ状態ではより小さくなる。

マイクロホログラムは円形状である必要はない、と理解すべきである。例えば、長円形（oblong：長方形）のマイクロホログラムを使用してもよい。次に図２３Ａ乃至２３Ｃを参照すると、これには図１９Ａ乃至１９Ｃのシミュレーションと類似した、入射波長０．５μｍ、レーザ・スポットの寸法Ｄ／２＝０．５μｍ、左円偏光、レイリー・レンジ（Rayleigh range）ｚ／２＝２．５μｍ、遠視野半回折角度（far field half diffraction angle）θ／２＝１１．５５°（視野：field）またはθ／２＝８．１７°（パワー、出力）、を有する読取り光ビームを使用した焦点上（on-focus）、トラック上（on-track）の長円形状（長方形状）のマイクロホログラムに対応するシミュレーションを示している。図２４Ａ乃至２４Ｃは、図２３Ａ乃至２３Ｃの長円形状（長方形状）のマイクロホログラムのシミュレーションに対応する近視野分布（ｚ＝−２μｍ）を示している。図２４Ａは、ｘ＝ｙ＝０、およびｚ＝０．０１において媒体中へと放射されるデータ復元光ビームを示している。図２４Ｂは、ｘ＝０．５のシフトによって生じるトラック外れ状態の反射を示している。図２４Ｃは、ｚ＝０．０１のシフトによって生じる焦点外れ（out of focus）または焦点外れ（off-focus）状態の反射を示している。従って、焦点外れ状態では光ビーム効率が減少し、一方、トラック外れ状態では反射は空間的に歪む。次に図２５Ａ乃至２５Ｃを参照すると、これにはそれぞれ図２４Ａ乃至２４Ｃの近視野分布に対応する遠視野分布が示されている。図２５Ａは、ｘ＝ｙ＝０、ｚ＝０．０１で媒体中へと放射されるデータ復元光ビームが、図示の場合、Ｘ方向に８．２３°、Ｙ方向に６．１８°のマイクロホログラムの長円形（長方形）の引き伸ばしに依存する遠視野発散を与えることを示している。図２５Ｂは、ｘ＝０．５のシフトによって生じるトラック外れ状態によって、Ｘ方向およびＹ方向において異なる遠視野分布角度が生じ、図示の場合、Ｘ方向に４．３３°、Ｙ方向に５．０８°が生じることを示している。最後に、図２５Ｃは、ｚ＝１．０１のシフトによって生じる焦点外れ（out of focus）または焦点外れ（off-focus）状態の反射によって、Ｘ方向およびＹ方向において（フルに（full：全て、完全に））、異なる遠視野発散（分散）角度、図示の場合、Ｘ方向に５．８８°、Ｙ方向に５．００°が生じることを示している。

従って、長円形状（長方形状）のマイクロホログラムはｋ空間フィルタとしても作用し、長円形状（長方形状）のマイクロホログラムによって、結果として楕円形状（長円形状）の遠視野スポットの空間プロファイル（外形、輪郭）が生じ、トラック外れ状態では引き伸ばし方向が異なる可能性があり、遠視野スポットは焦点外れ状態ではより小さくなる。

本発明を、円形状マイクロホログラムに関してさらに詳細に説明するが、これは単なる説明のためのものであって本発明を限定するものではない。トラック外れ方向の光ビームの形状変化および光ビームの空間的強度は、図２６に示すように４極（quadrupole）検出器を使用して決定してもよい。従って、一実施形態において、マイクロホログラムの反射の空間的プロファイル（外形、輪郭）を用いて、読取り光ビームが、焦点が合っており（集束し）および／またはトラック上にあるか否かが決定される。また、この信号は、光ビームの２つの集束シナリオ、即ち焦点外れおよびトラック外れを分離するように作用し、駆動サーボにフィードバック（帰還）信号を供給して例えばレーザ光学ヘッドの位置を修正する。マイクロホログラムの反射を電気信号に変換する１つ以上の検出器を用いて、マイクロホログラムの反射画像（イメージ、像）の変化を検出することができ、従って、それを用いて光学要素の位置決めアクチュエータ（作動器）用の集束およびトラッキング帰還（フィードバック）を与えることができる。種々の光検出器を用いて、マイクロホログラムの反射を検出してもよい。一例として、１つ以上のフォトダイオードを用いて、通常の形態でマイクロホログラムからの反射を検出してもよい。フォトダイオードの製造および使用は、関連する技術分野の通常の知識を有する技術者にとって周知である。これらの検出器によって得られる情報を用いて、正しいデータ・トラック上に焦点を保ち且つそこに留まらせるように光学系におけるアクチュエータ（作動器）をリアルタイムで制御する。

従って、このようなサーボ制御システムは、レーザ・ビームの焦点外れ状態を生じさせる可能性のある主として２つのシナリオに対処し、即ち、第１のシナリオは、レーザ・ビームが正しい層上に焦点が合っていないとき、第２のシナリオは、レーザ・ビームが読取られるべきマイクロホログラムから横方向に不整列になっているとき、に対処する。一方、ノイズ（雑音）源の存在時にもトラッキングおよび焦点合わせ（集束）の性能が最適になるよう構成される。例えばカルマンのフィルタ（Kalman filter）のような推定技術（estimation technique：概算技術）を用いて、リアルタイム・エラーを低減し且つ読取りおよび書込みエラーを減少させるために、そのシステムの過去、現在または未来の状態の最適な推定を演繹的に行う（deduce：推定）することができる。

図２６Ａ乃至２６Ｄは、システムが焦点が合った（集束した）状態にあるかまたはトラック上にあるか否かを決定するための検出器の構成または配列（アレイ）（図２６Ａ）および種々の検出状態（図２６Ｂ乃至２６Ｄ）を示している。一実施形態において、４個の四分円（quadrant）検出器のアレイ２６００を用いて、光学系が焦点外れまたはトラック外れ状態にあるか否かを決定してもよい。検出器アレイ２６００の各四分円検出器２６００Ａ、２６００Ｂ、２６００Ｃ、２６００Ｄは、その上に反射されたエネルギの量に比例する（応じた）電圧を発生する。検出器アレイ２６００は、各々が例えば４極検出器の形態のような四分円の１つに対応するようなフォトダイオードのアレイを組み込んでいる。図示の実施形態では、検出器アレイ２６００は、光ビームを体積型記憶媒体内に中継し（例えば集束し）および体積型記憶媒体から外へ反射させるのに用いられる集束光学系（例えばレンズ２６２０）より広い面積へ伝播する光エネルギに応答する。例えば、４極検出器２６００を対物レンズの背後に配置してもよく、その対物レンズを用いて、目標ボリュームに照射し目標ボリュームからの反射光を受光して、光ビーム形状の変動（変化）を検出してもよい。円形状のマイクロホログラムの場合は、検出された光ビーム形状が楕円形状である場合は、その光ビームはトラック外れしていて、トラック外れ方向が楕円形状の光ビームの短軸である、と推測してもよい。検出光ビームが（より小さな開口数を有し）期待値よりも小さいが、変動（変化）が事実上（実際に、本来）対称である場合は、その光ビームは焦点外れである、と推定してもよい。体積型媒体からの反射された読取り光ビームの空間的プロファイル（外形）（spatial profile）のこれらの検出された変化は、駆動の集束および／またはトラッキング制御用のフィードバックとして用いられる。オプションとして、歪んだ反射信号を集束させる（焦点合わせする）ために、対物レンズの周囲により小さいレンズ・アレイを用いてもよい。さらに、反射光ビームの伝播角度の変化は、不整列の方向の表示（indication：標識）としても役立つ。

四分円リング検出器２００Ａ乃至２００Ｄによって発生された信号の合計量はαで表される。図２６Ｂに示すように、システムが集束状態にある（焦点が合っている）場合は、集束されたスポットは、最小寸法の円形で、最小の大きさ（量）の信号α_ｍｉｎを発生する。図２６Ｃに示すようにα＞α_ｍｉｎであると、光ビームのスポットは焦点外れであると決定してもよい。レンズ２６２０は検出器アレイ２６００の中心に位置して、読取り光ビームを通過させてマイクロホログラム上に集束させてもよい。αを最小にする通常の帰還制御機構を用いて、マイクロホログラムの焦点を維持してもよい。次に図２６Ｄを参照すると、センサ・ヘッドがトラック外れ状態に移動している場合には、非対称パターンが検出される。トラック上にあるときは、４個の全ての四分円検出器２００６Ａ、２００６Ｂ、２００６Ｃ、２００６Ｄは、等しいエネルギを受け取り、β＝（１８００Ｂ＋１８００Ｄ）−（１８００Ａ＋１８００Ｃ）＝０になる。従って、状態（条件）β≠０は、トラック外れ状態を示している。別の例として、センサ・ヘッドがトラック外れ状態にあり、変数β（対向する四分円間の差）がより正方向またはより負方向に大きくなると、反射信号は引き伸ばされる。通常の帰還制御機構をトラッキング・サーボと組み合わせて用いて、βの絶対値を最小にすることによってトラッキング・エラーを減少させてもよい。一実施形態において、αおよびβが適当な時間でサンプリングされるように時間基準を確立することができる。位相ロックループ（ＰＬＬ）を用いて、この基準を確立し、サンプリングされたトラキングおよび集束制御システムを形成してもよい。ディスクの回転率（レート、速度）および現在の読取りヘッド位置からの情報を用いて、システム用のマスタ時間基準Ｔを発生させてもよい。

例えば、偏心（off-center）ディスク、ディスクの反りおよび／または消失データのようなエラー（誤差）源は、補償できる。カルマン・フィルタ（Kalman filter）を用いて、エラー源を説明し、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パス（path：経路）を予測してもよい。螺旋パス軌道の正規の進行が、推定され、トラッキング・サーボに送られてもよい。この情報は、トラッキングおよび集束サーボの性能を向上させ、トラッキングおよび集束サーボ・エラーを減少させるのに、有用である。図２７は、集束およびトラッキング制御を実行するのに適したサーボ・システム２７００のブロック図を示している。システム２７００は、一実施形態では通常のカルマン・フィルタの形態をとる集束およびトラック・パス推定器２７１０、２７２０を含んでいる。集束パス・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、集束エラー値（ε）（所望のトラック・パスと実際のトラック・パスの間の差）、および現在のスタイラス（針）（例えば、読取りヘッド）の位置を使用して、媒体が回転するときの推定された集束（焦点）軌道を供給する。トラック・パス・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、トラック・エラー値（ε）、および現在のスタイラス（針）位置を使用して、推定されたトラックの軌道を供給する。また、システム２７００は、ホログラム検出、端部（エッジ）検出、サーボ・タイミング・パルス（τ）供給用位相ロック・ループ（ＰＬＬ）２７３０を含み、この供給用位相ロック・ループ（ＰＬＬ）２７３０は、検出された合計信号α、モータの速度に直接関係するモータ・タイミング信号、および現在のスタイラスの位置に応答して、サーボ・タイミング・パルス（τ）を供給する。例えば、差動増幅器を組み込んだ通常の条件付け（conditioning：調整）回路２７４０が、四分円検出器２６００Ａ、２６００Ｂ、２６００Ｃ、２６００Ｄ（図２６Ａ）に応答して、合計信号α、さらに上述の信号βを発生する。

集束サーボ２７５０は、集束パス・カルマン・フィルタ２７１０からの推定された集束（焦点）軌道、およびサーボ・タイミング・パルス（τ）、合計信号α、および通常の層およびトラック・シーク（seek：検索）論理（図示せず）からの層シーク・コマンドに応答して１つまたは複数の集束アクチュエータ（作動器）２７６０を制御する。トラッキング・サーボ２７７０は、トラック・パス・カルマン・フィルタ２７２０からの推定トラック軌道、さらにサーボ・タイミング・パルス（τ）、信号β、および通常の層およびトラック・シーク論理（図示せず）からのトラック・シーク・コマンドに応答して、１つまたは複数のトラッキング・アクチュエータ２７８０を制御する。基本的には、アクチュエータ２７６０、２７８０は、通常の層およびトラック・シーク論理（図示せず）からの対応する層およびトラック・シーク・コマンドに応答して、媒体中のヘッドの目標ボリューム中に読取りおよび／または書込み光ビームを配置し集束する。

従って、ここでは、空間的記憶媒体にマイクロホログラムを集束し且つトラッキングする方法が開示されている。マスタ・システムのタイミング基準は、サンプリングされたトラッキングおよび集束のために発生される。トラック外れ状態により生じるマイクロホログラムの反射の非対称および／または集束外れ状態により生じる伸張に基づいて、エラー信号が発生する。カルマン・フィルタを用いて、マイクロホログラム用のトラッキング制御サーボ中のトラッキング・パスのエラー（誤差）を推定して補正してもよい。サーボ制御は、データが異なる層または層相互間の変化に基づいたものであれば、使用できる。

ここで説明したトラッキングおよび集束システムおよび方法は、非線形および／または閾値応答性材料を用いた体積型記憶システムおよび方法に限定されるものではなく、例えば米国特許公開第２００５／０１３６３３３号（その記載全体を参照してここに組み込む）に記載されているような線形応答性材料を用いたシステムおよび方法を含む、一般的に体積型記憶システムおよび方法にも広い適用例を有すること、を理解すべきである。
米国特許公開第２００５／０１３６３３３号

トラッキング用のデータ表示マイクロホログラムを使用する回転可能な体積型記憶ディスクのフォーマット
ここで説明したように、マイクロホログラムは、垂直方向の多数の層を用いた回転ディスクにおける各層上の螺旋トラックに沿って記憶できる。データ記憶媒体のフォーマットは、システムの性能およびコストに対して重大な影響を与えることがある。例えば、隣接する複数層においてマイクロホログラムの隣接する複数層が互いに接近すると、マイクロホログラム間にクロストークを生じさせる可能性がある。この問題は、ディスク中の層数が増加するにつれて大きくなる。

図２８は、例えば回転ディスクのような媒体上に両方（内外）の半径方向にデータを螺旋状に記憶させることによって異なる層間のデータの不連続性を解消（克服）するためのフォーマット２８００を示している。マイクロホログラムは、１つの層２８１０上に例えば内方向に（inward）横切る螺旋状に記憶される。この層２８１０の端部（終端）で、反対方向（opposite direction：逆方向）に横切る螺旋におけるディスク中の別の層２８２０上に集束（焦点合わせ）することによって、データは最小の中断で継続する。隣接する複数層、例えば２８３０は開始位置および方向が交番（交互）するように継続してもよい。このように、もしこのような構成をとらなければセンサ・ヘッドを前の螺旋２８１０の開始位置にまで戻すのに要するであろう時間をなくす（短縮する）ことができるであろう。もちろん、前の螺旋と同じ開始点から開始させることが望ましい場合には、検出器が開始点に戻る間に、先に（ahead of time）データを記憶し所望のシステム率（レート）で読出すことができる。代替構成として、異なる複数グループの層が、１つの開始点および／または進行方向を有し、他の複数グループの層が別の開始点および／または進行方向を有するようにしてもよい。隣接する複数層中の螺旋が互いに反対方向であれば、同じ方向に進行する複数の螺旋間を分離することによって複数層間のクロストークを減少させることができる可能性がある。

次に図２９をも参照すると、クロストークは、各螺旋（spiral）の位相または開始点を変えることによって、さらに低減させてもよい。図２９は、多数の潜在的可能性あるマイクロホログラムのトラックの始点／終点２９１０Ａ乃至２９１０Ｇを含むフォーマット２９００を示している。これには８個のトラック始点／終点が示されているが、それより多くまたは少ない適切な任意の数を使用してもよい、と理解すべきである。本発明の特徴によれば、各層の位相または始点／終点は交互（alternate：交番）してもよい。層間のクロストークは、異なる複数層上のデータ螺旋の終点を変更することによって、減少させてもよい。即ち、第１の層が例えば２９１０Ａで開始して点２９１０Ｈに向けて内向きに螺旋を形成する（進む）場合は、次の層は点２９１０Ｈで開始して点２９１０Ｄに向けて外向きに螺旋を形成してもよく、次の層は、例えばここ（点２９１０Ｄ）で開始して内向きに向けて螺旋を形成してもよい。もちろん、その他の特定のグループ化（グループ分け）の始点／終点を使用してもよい。

従って、書込み／読出し検出器ヘッドを次の螺旋、例えば次の層の開始点に移動させるのに必要な時間を短縮する（減少させる）ために、マイクロホログラムは、異なる複数層上ではそれぞれ異なる方向に螺旋状をなす螺旋トラック中のそれぞれの層に記憶されてもよい。検出器ヘッドが１つの層から別の層に移動する期間中は、１つ以上のデータ・メモリを用いて、ユーザまたはシステムへの一貫した（consistent：持続的）データストリームを維持してもよい。先のデータ層からこのメモリ内に記憶されるデータは、検出器ヘッドが次の螺旋層に移動する間に読出されてもよい。複数層間のクロストークは、互いに隣接する層または異なる層上で螺旋の方向を逆にすることによって、減少させてもよい。また、各層の位相すなわち開始点を変えおよび異なる複数層上のデータ螺旋の終了点を変えることによって、複数層間のクロストークを減少させてもよい。連続して読取られるべき異なる複数層上の開始点および終了点を、データの次の連続する層上に集束（焦点合わせ）するのに必要な時間期間におけるデータの不必要なまたは延長された中断を回避するような形態で、互いに隔てて（間隔をおいて）もよい。

一実施形態において、長円形（長方形）の形状のマイクロホログラムを、体積型データ記憶システム用のフォーマットとして用いてもよい。換言すれば、セルフ（自己）トラッキング・マイクロホログラムが実現される。利点として、長円形（長方形）の形状のマイクロホログラムを用いると、マイクロホログラムの寸法を、少なくとも１つの横方向の次元（寸法）について、復元（再生）レーザ・スポットの寸法より小さくできる可能性がある。トラッキングにおいて、長円形（長方形）の形状の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ってトラックの方向（配向）が決定される。その反射光に基づく（ベースとする）差信号を用いて、システムの強さ（頑丈さ）を高めてもよい。

次に図３０を参照すると、単一ビットのホログラフィック記憶媒体において、データ・ホログラムと同じ方法で周期的な構成で屈折率を局所的に変調することによって、フォーマット・マイクロホログラムが書込んでもよい。マイクロホログラムは、読取りレーザ・ビームを部分的に反射させる。マイクロホログラムが存在しないときは、読取りレーザはその局所的領域を透過（通過）して伝播する。反射光を検出することによって、ドライバ（駆動装置）は、コンテンツ（内容）が１かまたは０かを示す信号を発生する。図３０の例示の場合は、１ビットは、書込みレーザ・スポットの大きさによって決定される寸法を有する実質的に円形状のマイクロホログラム３０１０である。マイクロホログラムの書込みプロセスはレーザのガウス空間プロファイル（輪郭、外形）に従うので、マイクロホログラムのビットも螺旋状プロファイルのガウス空間プロファイルを有する。ガウス・プロファイルは、レーザ・ビーム・ウエスト（またはスポットの直径）の外でかなりの（実質的な）エネルギを有する傾向がある。隣接する複数ビット（マイクロホログラム１、２、３、４および５）からの干渉を低減するために、ビット分離（２つのビット間の距離ｄｔ）はレーザ・スポットの大きさの３倍は必要である可能性がある。その結果、層上のコンテンツ（内容）密度は、実際にはＣＤまたはＤＶＤ層上のコンテンツ密度よりも遥かに小さくてもよい。円形状フォーマットに関係する可能性ある別の欠点は、媒体ディスクが方向３０２０に回転する場合のトラッキングに関係している。さらに図３０を参照すると、レーザ・スポットは、ビット１を読出した後で、ビット２に移動することが望ましい。しかし、マイクロホログラムのビット１は対称なので、ドライブ装置は、ビット１および２を含むトラック３０３０の方向を示す追加の情報を持たない。従って、ドライブ装置は、レーザを、別のトラック３０４０、３０５０、例えばビット４または５に向けて意図せずしてさまよわせる（位置が定まらない、不安定になる）ことがある。

次に図３１を参照すると、潜在的に可能性のあるトラックの不整列を補正するのを助けるために、マイクロホログラムのスポットの形状は、非円形または非対称に形成でき、それによってレーザ・ヘッドはトラックの方位（方向）を決定することができる。少なくとも１つの横方向の次元（寸法）の読取りレーザ・スポット寸法３１１０より小さいビット分離を有するために、トラック３１３０、３１４０、３１５０に沿って高い反射率を有する長円形状のマイクロホログラム３１２０が形成される。それとは対照的に、例えばＣＤおよびＤＶＤのような単一層フォーマットは、相対的に低い反射率の領域を生じさせる干渉を発生する長円形（長方形）のピット（穴、くぼみ）を使用することは、注目に値する。図３１に示すようなフォーマットを書込むために、媒体ディスクは、トラック（例えば３１３０）に沿って回転させられ、反射が局所的ボリューム中で所望のものであるか否かに応じて書込みレーザはターン・オンおよびオフされる。換言すれば、媒体は、露光期間中レーザ・スポットに対して前進させられ、それによって媒体の引き伸ばされた（細長い）部分を露光する。書込みレーザがターン・オンされる時間長および前進または回転速度によって、長円形（長方形）のマイクロホログラムが、制御された長さで書込まれる。これによって、スポットごとに書込むときに書込みレーザを急速にパルス変調する必要性なくなるという利点がある。読取りレーザが長円形（長方形）のマイクロホログラム上に集束（焦点合わせ）されると、円形状のガウス・レーザ・スポットは、トラック方向に直交する方向よりもトラック方向に沿ってより強い反射を有する。このマイクロホログラムによって反射された信号は、もはや完全な円形状ではなく（例えば、図２５Ａ乃至２５Ｃ参照）、例えば四分円検出器のような検出器を用いて、反射光ビームの形状、従ってトラック方向を決定してもよく、次いで、これを、レーザ・ヘッドをトラック上に保つ（維持する）のを助けるフィードバック（帰還）として使用してもよい。システム感度を高くするために、例えば反射に基づく差信号を用いることによって、通常のＣＤ／ＤＶＤのフォーマット方法を取り込んでもよい。

従って、一実施形態では、長円形状（長方形状）のマイクロホログラムが、体積型データ記憶用の物理的フォーマットのために媒体内のトラックに沿って形成される。このフォーマットのマイクロホログラムは、データそのもの、または相異なる位置に任意選択的に（オプションとして）記録される付加データ、または主たる（１次：primary）データ表示マイクロホログラムとは異なる角度および／または異なる波長で同位置に（co-located：共通配置）でも記録される付加データを、符号化（コード化）してもよい。記録媒体が非線形の光応答性（即ち、閾値応答性）を有する場合は、長円形状（長方形状）のマークの幅（短径、短辺の寸法）は、さらに減少させてもよく、それによって層の容量をさらに増大させてもよい。

ここで説明したフォーマット・システムおよび方法は、非線形および／または閾値応答性材料を使用した体積型記憶システムおよび方法に限定されるものではないが、例えば米国特許公開第２００５／０１３６３３３号（この公報の記載全体を参照してここに組み込む）に記載されているような線形応答性材料を用いた積型記憶システムおよび方法を含めて、一般的な体積型記憶システムおよび方法にも広く適用可能である、と理解すべきである。

別のホログラフィック・コンポーネントを使用する回転可能な体積型ディスクのフォーマット
セルフ・トラッキング・データを表す（示す、表示）（data-indicative）マイクロホログラムの代わりにまたはこれに加えて、別の（separate）トラッキング要素を媒体に組み込んでもよい。適正な層上への集束されたレーザ・スポットを維持し、またレーザ・ヘッドを適正なトラック上に維持するための能動的集束（焦点合わせ）なしでは、少なくとも部分的には表面の粗さおよび傷（これらに限定されるものではない）を含む物理的な制限に起因して、媒体ディスクの内部にミクロンまたはサブ・ミクロン寸法のフィーチャ（形状、特徴物）を記憶することは商業的に不可能であることが判明する可能性がある。

単一層記憶フォーマット（例えば、ＣＤ、ＤＶＤ）は、集束用に反射性非対称光ビーム（reflective asymmetric light beam）を使用し、またトラッキング用に３本の光ビーム機構（three-light beam mechanism）を使用している。しかし、体積型記憶媒体は媒体中の複数のデータ記録レベルに強い反射層を含んでいない。ＣＤおよびＤＶＤフォーマットの記録可能および再書込み可能なバージョン（版）では、トラックまたは溝が予め形成されていて、レーザ・ヘッドは、ディジタル・コンテンツを書込むときにトラックに追従する。米国特許出願公開公報第２００１／００３０９３４号および第２００４／０００９４０６号、および米国特許第６，５１２，６０６号（これらの各文献の記載全体を参照してここに記載されているものとして組み込む）には、単一ビット・ホログラフィック媒体内にトラックを予め形成してレーザ・ヘッドがコンテンツの書込みプロセス（過程）でそのトラックに追従することができるようにすることを提案している。このトラックは、読出しプロセスの期間においてレーザ・ヘッドによって追従される。
米国特許出願公開第２００１／００３０９３４号 米国特許出願公開第２００４／０００９４０６号 米国特許第６，５１２，６０６号

一実施形態では、トラックの予備形成および／または軸外れ（off-axis：オフアクシス、偏心）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、深さおよび半径位置の情報）が符号化（コード化）される。より具体的には、体積型記憶媒体内にマイクロホログラム・ビットを記憶させる前に、軸外れマイクロホログラフィックの回折格子（grating）で符号化されたトラックが、媒体中の種々の深さおよび位置に予め記録される。このようなトラッキング・マイクロホログラムを、入射レーザ・ビームの法線から離れる反射が生じるように、向づけてもよい。その方位角（orientation angle）は、トラッキング・マイクロホログラムの深さおよび半径と相関させて（関連づけて）、トラッキング・マイクロホログラムはチェック・ポイントとして役立つようにしてもよい。書込みまたは読出しプロセス（過程）では、トラッキング・マイクロホログラムは、入射光を光学的直交軸（normal axis：上下軸）から離れて反射させ、その反射光は例えば別個の検出器を用いて検出できる。ディスク中の現在の位置の集束深さおよび半径は、角度が付けられた（angled）軸外れ反射の検出に基づいて決定される。このようにして、予め形成されたマイクロホログラムを用いて、光学的ヘッドの位置に関するフィードバック（帰還）信号をドライブ装置（ドライブ：drive）に供給してもよい。

正確な位置決め段階および書込みレーザは、ホログラフィック媒体内にトラックを書込むのに適している。各トラックは、媒体内において種々の半径および／または深さ全体を通じて螺旋状であってもよい。しかし、円形状または実質的に同心トラックを含むその他の構成を用いてもよい。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・ビットが書込まれる。トラックの形成は、例えば、媒体の屈折率を局所的に交互（交番）させるように高い出力のレーザ・ビームを集束することによって行ってもよい。その局所的な屈折率の変調によって、トラック検出器への入射集束光からの部分的反射を発生させ、そのトラックに関する情報を供給する。ここで説明したように、逆に、トラックがホログラフィック・マスタ（原本、原盤）に書込まれてもよく、これが媒体装置（例えばディスク）に光学的に複製（複写）されてもよい。

図３２は、ディスク形態の媒体３２００は、書込みまたは読取りヘッドが予めプログラムされたトラックを追従するように、回転させてもよい。媒体に実質的に隣接するレーザ・ヘッドは、光ビーム３２１０を媒体中のトラックへの書込みを容易にするために局所領域に集束させる（焦点合わせする）。光ビーム３２１０は媒体に対して直交する（直角である）。形成されたマイクロホログラムを用いて、各トラック位置が軸外れ角度（off-axis angle：傾斜角）の形で符号化される。媒体の別の側（面）から入射する第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はディスクの垂直軸から軸外れしている（off-axis）。２本の光ビーム３２１０、３２２０は、干渉し、媒体に垂直な軸から軸外れした（偏心した）マイクロホログラム３２３０を形成する。この軸外れ角を用いて、トラックの物理的または理論上の位置、即ち深さまたは半径を符号化してもよい。これらのプロセスの関連技術分野の技術者であれば理解できることとして、光ビーム３２１０が媒体３２１０に対して垂直である場合は、マイクロホログラム３２３０の軸外れ角度（偏心角、傾斜角）Φは、光ビーム３２２０の軸外れ角度（偏心角、傾斜角）Φに依存する。従って、入射光ビーム３２２０の角度を変更することによって、形成されるホログラムの位置を符号化してもよい。

光ビーム３２１０は、連続的トラックに書込むために連続波の形態をとってもよいしまたはパルス状であってもよい。パルス状である場合は、パルスの反復率（繰り返しレート、繰り返し周波数）が、コンテンツの書込みおよび／または読出し期間中にどの程度の頻度で（周波数で）トラック位置がチェックできるかを決定することができる。代替構成としてまたはこれに加えて、角度依存性に加えてまたは角度依存性に代えて、変化する反復率またはパルス数とともにマイクロホログラムのバーストを用いて、トラック位置情報を符号化してもよい。しかし、パルスの反復率またはパルス数がトラックの位置を示すように（示す形態で）マイクロホログラムの書込み光ビームのパルス的動作を用いた場合、有用な位置決め情報を決定するのに１つより多いトラッキング・マイクロホログラムを読取る必要がある可能性がある。

ここで再び角度依存性のことに戻ると、コンテンツの書込みおよび読出し処理（プロセス）期間中、予め形成された軸外れ（傾斜）のマイクロホログラム３２３０は、媒体の軸外れ軸に垂直な入射レーザ・ビーム３２１０’を反射して、トラックに関する情報を供給する。例えば著作権情報のようなその他の情報を任意選択的に（オプションとして）符号化してもよい。このような場合、軸外れ光ビームは、そのようなその他のデータを符号化するように媒体内の位置を示す角度で変調してもよい。次に図３３を参照すると、媒体の軸に垂直な入射光ビーム３２１０’が、局所的に予め書込まれたトラッキング・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、その光を、マイクロホログラム記録プロセスで使用される第２の光ビーム（例えば、図３２の光ビーム３２２０）と同じ（アナロジ的な、アナロガス）方向および空間的プロファイルを有する光ビーム３３１０として、反射する。軸外れセンサまたはセンサのアレイを用いて、反射角度の光ビーム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してもよい。

このようにして、トラックおよび／またはその他の情報を、予め形成された軸外れのマイクロホログラムの形で符号化してもよい。エンコーダとして軸外れ角度の光ビームを用いる場合は、光学的ドライブ装置は、単一のトラッキング・マイクロホログラムを読取ることによって、集束された入射光ビームの位置を決定することができる。収集された情報は、集束およびトラッキングに用いてもよく、例えば、図２７に示されている集束／トラッキング・システムと同種の集束／トラッキング・システムに供給される。例えば、その軸外れ信号を用いて、入射光ビームが適正な深さに位置するか否か、およびその深さに関連する球面収差を補正するために適正なレンズが使用されているか否か、を決定してもよい。

一実施形態では、１つ以上のマイクロホログラムが、軸外れおよび／または中心ずれ（off-center：オフセンタ）成分を含んでいてもよい。次に図３４Ａをも参照すると、例えば位相マスク（phase mask）または格子（grating）のようなホログラフィック回折ユニットが、入射光ビームを、書込みおよび／または読出し用の主要光ビーム３４１０と、トラッキング用の少なくとも１つの軸外れ光ビーム３４２０とに分割する。軸外れ光ビーム３４２０の伝播角度θは、媒体３４００中の軸外れ中心ずれトラッキング・マイクロホログラム３４３０と整列していて（位置が合っていて）、反射光ビームは入射軸外れ光ビーム３４２０の方向に沿って戻る（逆）方向に伝播する。このシナリオでは、対物レンズ以外の他の収集光学系は必要でなくてよい。しかし、マイクロホログラム３４３０の軸外れ角θは固定されており、トラックの位置を指示するためにはマイクロホログラムのパルス反復率またはパルス数変調を必要とする可能性がある。

図３２乃至３４Ａは１つの軸外れマイクロホログラムを示している。代替構成として、データ・マイクロホログラムは、２つの軸外れマイクロホログラムで、各側に１つずつ、フォーマットされてもよい。重なる３つのマイクロホログラムの書込みが図３４Ｂ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と、この参照ビームと同じ軸に沿って対向伝搬するデータ・ビーム３４５０とによって書込まれる。同じ参照ビーム３４４０と軸外れ書込みビーム３４６０、３４７０の間の干渉によって、２つの軸外れマイクロホログラムが書込まれてもよい。

読取りプロセス（図３４Ｃ）では、参照ビーム３４４０’は読取りビームとして役立つ。３つのマイクロホログラムが既に１つの位置に記憶されている。従って、参照ビーム３４４０’は３つの方向に回折され、即ち、データ・マイクロホログラムからの戻り反射３４８２、２つの軸外れマイクロホログラムからの側方反射３４８４、３４８６となる。２つの側方反射によって形成された面は、マイクロホログラム・データのトラック方向に対して直交しているとき、これら２つの側方反射はトラッキング用のインジケータ（表示器）として役立つ。

ここで説明したトラッキングおよび集束システムおよび方法は、非線形および／または閾値応答性材料を使用した体積型記憶システムおよび方法に限定されるものではないが、例えば米国特許公開第２００５／０１３６３３３号（この公報の記載全体を参照してここに組み込む）に記載されているような線形応答性材料を用いたシステムおよび方法も含めて、一般に体積型記憶システムおよび方法にも広く適用できる。

予め記録された媒体のバッチ複製
光学的複製（レプリケーション）は、支持媒体中にマイクロホログラムとして記録されたディジタル情報を大量に配布（ディストリビュート）するのに良く適している。ページ・ベース（ページ単位）のホログラフィック法とは対照的に、マイクロホログラフィック法を使用した光学的複製の工業的プロセスは、望ましいものとなった。線形材料を用いた光学的複製に関する１つの問題は、光学的複製システムにおける何らかの望ましくない反射によって不所望なホログラムが生成されることである。典型的には光学的複製に高出力（パワー）のレーザが必要となるので、これらの不所望なホログラムは、データを表すホログラムおよび／またはフォーマット用のホログラムを著しく乱す可能性がある。また、線形材料中に記録された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率に正比例する。比率が１から大きく離れている場合は、ホログラムは弱く、かなりの量のダイナミック・レンジ（材料の記録能力）が不所望に消費（使用）される。これは、やはり、非線形光学的応答性媒体の使用によって対処できる。

次に図３５、３６および３７を参照すると、これらには非線形の光学的応答性媒体と共に使用するのに適した光学的複製技術の実装構成が示されている。図３５は、マスタ媒体を作製（用意）するためのシステムを示し、図３６は、共役（conjugate）マスタ媒体を作製（用意）するためのシステムを示し、図３７は、例えば配布（distribution）用のコピー媒体を用意するためのシステムを示している。最初に図３５を参照すると、これにはマスタ媒体３５１０に記録するためのシステム３５００が示されている。図示の実施形態では、マスタ媒体３５１０は、ここに示されているような光学的非線形応答性材料の成型されたディスクの形態をとる。マイクロホログラム３５２０のアレイを１つ１つ形成することによって、マスタ・ホログラフィック媒体３５１０が記録される。システム３５００は、ビーム・スプリッタ（ビーム分割器）３５５２に光学的に結合されたレーザ３５５０を含んでいる。レーザ３５５０は、５３２ｎｍ、１００ｍＷのＣＷ（連続波）、単一縦モード（single-longitudinal-mode）、空洞内ダブリング（intra-cavity doubling）、ダイオード励起固体（diode pumped solid state）Ｎｄ：ＹＡＧレーザの形態をとってもよく、ビーム・スプリッタ３５５２は、例えば偏光キューブ・ビーム・スプリッタ（polarizing cube beam splitter）の形態をとる。集束光学系３５３２、３５４２を用いて、分割光ビーム３５３０、３５４０を媒体３５１０内の共通のボリュームに集束し、そこで、これらのビームは、対向伝搬し、干渉し、上述のようにマイクロホログラムの形成を含む縞状パターンを形成する。集束光学系３５３２、３５４２は、例えば高い開口数を有する非球面レンズの形態をとってもよい。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、データを符号化しおよび／またはマイクロホログラムの規則正しい形成を容易にする。シャッタ３５５４は、例えば、約２．５ｍｓのウインドウ時間（window time：開時間）を有する機械的、電気−光学的または音響−光学的なシャッタの形態をとってもよい。

特定の目標ボリューム内にマイクロホログラムを形成できるようにするために、集束光学系３５３２、３５４２は、回転媒体、例えばディスク３５１０の中心から相異なる半径（位置）に選択的に集束するように付勢される。即ち、これらは、回転媒体、即ちディスク３５１０の中心から相異なる半径の位置にある集束領域を、横方向に平行移動する。媒体３５１０は、その媒体を回転させる正確な位置決めステージ３５５６によって支持され、媒体３５２０内の相異なる垂直方向の複数層に集束光ビーム３５３０、３５４０を垂直方向に整列させることを可能にする。角度的な位置決めは、シャッタ３５５４を適当な時間で選択的に開くことによって、制御される。例えば、ステップ・モータまたは空気軸受け（air bearing）スピンドルを用いて、媒体３５１０を回転させて、シャッタが回転媒体３５１０の相異なる角位置に対応する様々な時間に選択的に開閉されるようにしてもよい。

次に図３６を参照すると、これにはシステム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、例えば市販のコヒーレント エボリューション（Coherent Evolution）型式９０のような、５３２ｎｍ、９０Ｗ、１ｋＨｚの反復率（繰り返し周波数）のパルス式Ｎｄ：ＹＡＧレーザの形態をとってもよい。光源３６１０は、共役マスタ媒体３６２０を通してマスタ媒体３５１０を照射する。図示の実施形態では、共役マスタ媒体３６２０は、例えば米国特許公開第２００５／０１３６３３３号（この公報の記載全体を参照してここに組み込む）に示されているような、光学的線形応答性材料の成型ディスクの形態をとる。マスタ３５１０を共役マスタ３６２０を通して光源３６１０の照射光３６１５に急速露光させることによって、マスタ３５１０からの反射光は、光源３５１０からの直接照射光と干渉して、共役マスタ３６２０中に縞状パターンが形成される。共役マスタ３６２０中に形成されたホログラフィック・パターンは、マスタ３５１０中のホログラフィック・パターンと同じではないが、その代わりにそれからの反射を表すものである。本発明の特徴によれば、全体のマスタ３５１０および共役マスタ３５２０の対は、同時に（一度で）露光されるフラッシュ（flash：閃光）またはバッチ（batch：一回分、一群、一束）であってもよい。代替構成として、照射光３６１５は、マスタ／共役マスタ対を、横方向の矢印３６１８によって示されているように、機械的にスキャン（走査）してもよい。

図３７はシステム３７００を示している。システム３６００と同様に、システム３７００は、例えば市販のコヒーレント エボリューション、型式９０のような、５３２ｎｍ、９０Ｗ、１ｋＨｚの反復率（繰り返し周波数）のパルス式Ｎｄ：ＹＡＧレーザの形態をとってもよい。光源３７１０は、配布用媒体３７２０を通して共役マスタ３６２０を照射する。図示の実施形態では、マスタ媒体３５１０および共役マスタ媒体３６２０のような媒体３７２０は、ここに示されているような光学的に非線形応答性材料の成型ディスクの形態をとる。より具体的には、光源３７１０は、配布用媒体３７２０を通して共役マスタ媒体３６２０中に放射光線（エミッション）３７１５を放射する。そこでの屈折率の変化は、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、反射光を発生させる。これらの反射光は、再び、配布用媒体３７２０を横切って伝播し、そこで対向伝搬する放射光線３７１５と干渉して、マイクロホログラム・アレイ３７３０を表す干渉縞パターンを形成する。放射光線３７１５と放射光線３６１５が方向および波長が実質的に同じである場合は、アレイ３７３０はアレイ３５２０（図３５、３６）に対応し、それによってマスタ３５１０を配布用媒体３７２０として複製される。全体の共役マスタおよび配布媒体３６２０、３７２０の対は、同時に露光されるフラッシュまたはバッチであってもよい。代替構成として、放射光線３７１５は、横方向の矢印３７１８によって示されているように、共役マスタ／配布媒体の対をスキャンしてもよい。

システム３５００、３６００、および３７００は単なる例であって、配置（機構、セットアップ）に関する幾つかの変形例も同じ結果をもたらすであろう、と理解すべきである。さらに、マスタ、共役マスタ、および配布用媒体は、同じ材料で作られている必要はなく、線形および非線形材料の組み合わせで作ることができる。代替構成として、これらを、例えば閾値応答性材料で形成してもよい。

次に図３８をも参照すると、異なる実装形態３８００において、最終的に配布用媒体３８１０を作製する元となるマスタは、開口（アパーチャ、絞り）または穴、また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ってもよい。代替構成として、最終的に配布用媒体３８１０を作製する元となるマスタは、ピクセルまたは開口（アパーチャ、絞り）の２次元アレイを有する空間光変調器の形態をとってもよい。いずれの方法においても、システム３８００に含まれるレーザ３８２０は、例えば市販のコヒーレント エボリューション（Coherent Evolution）型式９０のような、５３２ｎｍ、Ｑ−切換形（Q-switched）、高出力（例えば、９０Ｗ、１ｋＨｚ反復率のパルス式）Ｎｄ：ＹＡＧレーザの形態をとってもよい。レーザ３８２０が光学的に結合されるビーム・スプリッタ３８３０は、例えば偏光キューブ・ビーム・スプリッタ（polarizing cube beam splitter）の形態をとってもよい。従って、ビーム・スプリッタ３８３０は、第１および第２の光ビーム３８３０、３８４０を生成する。これらの光ビーム３８３０、３８４０は、上述のように、記憶データを表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の特定のボリューム内で対向伝搬する。より具体的には、光ビーム３８４０は、調整用（conditioning：条件付け）光学系３８４５を通して媒体３８１０中に伝送される。光ビーム３８５０は、調整用光学系３８５５を通して媒体３８１０中に伝送される。

調整用光学系３８４５、３８５５は、レーザ・ビームを一連の複数の集束スポット、または複数の集束スポットの２次元アレイに変換するのに適したマイクロ・レンズ・アレイの形態をとってもよい。レンズが高い開口数（numerical aperture）を有する場合は、露光によってインタレース形アレイ（交互配列：interlaced array）を発生するのに充分に小さい複数の増分（increments）で媒体を動かすことによって、高密度実装または密充填（dense packing）を実現してもよい。従って、調整用光学系３８４５、３８５５は、対向伝搬する光ビーム３８４０、３８５０を、媒体３８１０の単一層内の２次元アレイの集束点に集束する。本発明の特徴によれば、この複数の点のアレイ（array of points）は、層全体にわたって記録されるディジタル０（ゼロ）またはディジタル１のアレイに対応する。従って、レーザ３８５０を付勢することによって、全てのディジタル０（ゼロ）またはディジタル１の層が、媒体３８１０内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によって前記媒体３８１０の単一層に記録されてもよい。これは、ここで説明したように、媒体が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の特別な使用法である。

本発明の特徴によれば、テープまたは空間光変調器３８６０を用いて、媒体３８１０の単一層中に記録される相異なるデータを実現してもよい。テープまたは空間光変調器３８６０は、一連の複数の開口もしくは穴または複数の開口もしくは穴のアレイを含んでいてもよい。開口の存在または不存在（有無）は、対応するディジタル・データのディジタル状態に対応する。即ち、開口の無い領域は、対応するデータ状態に応じてマイクロホログラムが記録されるか否かに応じて光ビーム３８４０を選択的に遮断する。

いずれの場合にも、１層のデータは一度に記録媒体の１領域にのみ記録される。媒体３８１０は、例えば位置決めステージ３８７０を使用して層全体に記録するために数回前進または回転させてもよい。例えば、同じ位置決めステージ３８７０を使用して、他の層に記録するために媒体を上または下に移動させてもよい。

従って、中間または共役マスタを（に）記録するためにマスタ媒体の投光照明（フラッド・イルミネーション）を使用してもよい。配布用媒体にデータを記録するためにもマスタまたは共役マスタの投光照射を用いてもよい。テープまたは螺旋光変調器３８６０を、配布用媒体に記録するためのマスタとして用いてもよい。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・ビームの出力（パワー）密度の比率と独立であってもよい。

プリフォーマットされた媒体
前述のように、ホログラフィック媒体ディスクは、データ状態を表すマイクロホログラムのアレイを記録してもよい。これらのアレイは、光学的に非線形または閾値応答性記録材料で形成された媒体の実質的に全てのボリューム全体に広がって配置されてもよい。一実施形態では、複数のマイクロホログラムの中の或るものを消去するまたは消去しないことによって、特定のデータ（例えば、データの交互または交番する状態）がプリフォーマット（予備フォーマット）された媒体中に記録される。消去は、マイクロホログラムのそのボリュームを閾値状態より高くするのに充分集束されたエネルギ、例えば、構成成分のポリマー・マトリックスのＴｇに近づくように加熱するのに充分な集束されたエネルギを有する単一光ビームを使用して行ってもよい。

より具体的に説明すると、プリフォーマットされた媒体へのデータ（例えば、光学的に非線形の応答性の材料内における、例えばすべて０（ゼロ）またはすべて１を表すマイクロホログラムのアレイ）の記録は、予め記録（プリレコード）またはプリフォーマットされたマイクロホログラムの中の選択されたもの（ホログラム）を消去しまたは消去しないことによって、行ってもよい。マイクロホログラムは、１つ以上のレーザ・ビームをその上に集束することによって、有効に消去されてもよい。前述のように、光ビームによって供給されるエネルギが書込み閾値強度を超えると、マイクロホログラムは消去される。従って、閾値状態は、第１の位置に目標のマイクロホログラムを形成するために満たす必要のある状態と同じであってもよい。光ビームは、ＣＤおよびＤＶＤの技術で通常使用されるダイオード・レーザと同様の通常のダイオード・レーザから放射されてもよい。図３９は、プリフォーマットされたアレイ中に予め設けられたマイクロホログラム上に単一レーザ・ビームを集束させ、また書込まれるべき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って、データが単一レーザ・ビームによって記録されるシステム３９００を示している。

より具体的に説明すると、レーザ・ビーム３９１０は、集束光学系３９２０によって、プリフォーム（予備形成）されたマイクロホログラム（図示せず）を含む媒体３９３０中の目標（ターゲット）ボリューム３９４０に集束される。目標とするホログラムを消去する実際の機構は、ホログラムを第１の位置に形成するために使用されるものと類似していて（アナロジ的で、アナロガス）よい。例えば、プリフォーマットされたホログラムは単一入射ビームを使用することによって消去できて、前に影響を受けていないボリューム要素の任意の部分（即ち、元の縞と縞の間の領域）に、その干渉縞パターンを破壊させるような屈折率の変化を生じさせ、従って連続する屈折率の領域を生成することができる。さらに、干渉の必要はないので、そのレーザは単一縦モード（single-longitudinal-mode）である必要はなく、マイクロホログラフィック・データ装置の読取りおよび書込みレーザを簡単且つ潜在的に比較的に安価に作ることができるという利点が得られる。

任意選択的に（オプションとして）、媒体中にシリアルナンバー（一連の番号、連続番号）を光学的に記録してもよい。このシリアルナンバーを用いて、例えば著作権保護を容易にするように記録可能媒体の所有権を追跡してもよい。このシリアルナンバーは、その光学的検出をする形態で光学的に記録してもよい。シリアルナンバーは、空間光変調器（spatial light modulator）を使用してデータを複製する前に、またはその複製と実質的に同時に、またはその複製の後で、媒体中の予め定められた位置に光学的に記録してもよい。

マイクロホログラフィック・データ記憶構成のためのこのようなプリフォーマットされた非線形記録フォーマットは、低コストのマイクロホログラフィック記録システムを容易に実現することができるようにしてもよい。媒体の一方の側（面）に光学系を用いることによって、簡単な構造の光学ヘッドを使用してもよい。さらに、非単一縦モード・レーザをデータ記録用に使用してもよい。また、単一光ビームのみが使用されるので、マイクロホログラフィック・システム用の耐振動性（vibration tolerant）記録システムを実現してもよい。

ここで説明したプリフォーマット・システムおよび方法は、非線形および／または閾値応答性材料を使用した体積型記憶システムおよび方法に限定されるものではないが、例えば米国特許公開第２００５／０１３６３３３号（この公報の記載全体を参照してここに組み込む）に記載されているような線形応答性材料を用いたシステムおよび方法を含めて、一般的な体積型記憶システムおよび方法にも広く適用可能である、と理解すべきである。

マイクロホログラム記憶データの復元
図４０はシステム４０００を示している。システム４０００は、例えば回転するディスク媒体のような媒体内の特定の位置におけるマイクロホログラムの存在または不存在を検出するのに適している。システム４０００は、ここで説明したトラッキングおよび集束機構を使用してボリュームを選択することを目標としていてもよい。図示の実施形態では、レーザ・ビーム４０１０は、ビーム・スプリッタ４０５０を通して媒体ディスク４０４０内の目標ボリューム４０３０を照射するように集束光学系４０２０によって集束される。光ビーム４０１０は、例えばＣＤおよびＤＶＤプレーヤで使用されるレーザ・ダイオードのような通常のレーザ・ダイオードから放射されてもよい。このようなレーザは、例えばＧａＡｓまたはＧａＮベースのダイオード・レーザの形態をとってもよい。ビーム・スプリッタ４０５０は、例えば、偏光キューブ・ビーム・スプリッタの形態をとってもよい。集束光学系４０２０は、例えば高い開口数の集束対物レンズ系の形態をとってもよい。もちろん、その他の構成も可能である。

目標（ターゲット）ボリューム４０３０中にマイクロホログラムが存在する詳細構成とは関係なく、光ビーム４０１０は、反射して光学系４０２０を通してビーム・スプリッタ４０５０に向けて戻される。ビーム・スプリッタ４０５０は反射光を再び検出器４０６０に方向付け、検出器４０６０は反射光の存在または不存在を検出する。検出器４０６０は、例えば、浜松ＳｉＰｉｎフォトダイオードの型式Ｓ６７９５のような市販の四分円検出器によって囲まれたフォトダイオードの形態をとってもよい。

ここで説明したデータ再生（回復）システムおよび方法は、非線形および／または閾値応答性材料を使用した体積型記憶システムおよび方法に限定されるものではないが、例えば米国特許公開第２００５／０１３６３３３号（この公報の記載全体を参照してここに組み込む）に記載されているような線形応答性材料を用いたシステムおよび方法を含めて、一般的に体積型記憶システムおよび方法にも広く適用可能である、と理解すべきである。

収入の保護
予め記録された光媒体の著作権侵害およびたとえ無頓着な複写（コピー）でも、娯楽およびソフトウェア産業にとっては、かなりの経済的損失の原因となる。高速（例えば、最大１７７Ｍｂｐｓ）のデータ転送速度（率、レート）を有する記録可能媒体を利用することによって、著作権保護された音楽または長編映画フィルム（feature film）を含むＣＤまたはＤＶＤを複写（複製）することが適度に容易になる。ソフトウェア産業では、コンテンツ・プロバイダ（供給業者）は、ソフトウェアの著作権侵害を抑制しようとしてしばしばプロダクト・アクチベーション・コード（product activation code、製品起動コード）を使用する。しかし、プロダクト・アクチベーション・コードとディスク上のデータは、一意的には連結されておらず、ソフトウェアの幾つかの複写（コピー）が、多数の複写をほとんどまたは全く検出する方法なしに、または同時使用を防止する方法なしに、多数の機械にインストールすることができる。

通常の予め記録された光媒体、例えばＣＤまたはＤＶＤでは、予め記録されたコンテンツの複製は、通常、射出成型プロセスの期間中に媒体中に対応データをスタンプ（stamp）することによって行われる。このプロセスを用いて、１枚のマスタから何万枚ものディスク上にデータを再生することができ、これは本来的に（本質的に）個々のディスクを一意的に識別する能力を制限する。成型プロセスに後続して、各ディスクをマークする（印を付ける）追加的な装置およびプロセスを与えるための幾つかの試みがなされた。しかし、これらのプロセスは、典型的には、ディスクをマークするために成型されたディスク上に新しいデータを記録し、またはこのディスクからデータを消去することを人に要求する。例えば、ドライブ装置（drive）によって読取ることができる形態でディスクに“マーク”を付けるために高出レーザを使用することが試みられた。しかし、ディスク上のデータは、レーザが集束されたスポットに比べてかなり小さく、これらのマークは典型的にはそのデータよりも大きく、ドライブ装置によって容易に分析（interpret：解釈、翻訳）されない。

さらに、予め記録されたコンテンツを配布するために使用されるＤＶＤのような通常の光データ記憶装置は、典型的には、最大でも（せいぜい）２本のノーカット（無削除）の長編映画フィルムに対応するのに充分な容量を有する。もちろん、コンテンツ・プロバイダは、しばしば、同じコンテンツの異なる２つの表示フォーマット、例えばより最近のテレビジョン・モデルで評判の良い１６：９フォーマットと組み合わされた従来の４：３フォーマットに対応（対処）できる容量を使用する。

本発明による単一ビットのマイクロホログラフィック・システムを用いて、例えば１枚のＣＤサイズのディスク上に多数の長編映画フィルム、例えば５０本より多い個々の長編映画フィルムを提供してもよい。一実施形態では、各ディスクには、個々に一意的な識別番号、または実質的に一意的な識別番号でマークが付けられる。この識別番号は、データ中に埋め込まれるものであり、ホログラフィック・ドライブ装置によって読取り可能なものである。これは、ホログラフィック・データが光学的に複製可能であるということによって、容易になる。各大容量のディスクを一意的に識別する能力によって、コンテンツを供給するための新しいビジネス・モデルが可能になり、各ディスクは、種々のカテゴリ（例えば、ジャンル、監督、主演男優、または主演女優）によってグループ分けされた非常に多数の長編映画フィルムを含むことができる。

このような実施形態では、消費者は、予め記録されたディスクを例えば購入することによって取得してもよい。そのコスト（費用）は、ユーザが例えば１本の長編映画フィルムのような１つのコンテンツの作品にアクセスすることを実現する通常の媒体と同等であってもよい。本発明の特徴によれば、消費者は、そのディスク上に含まれている例えば追加的な長編映画フィルムのような追加的なコンテンツを、例えば購入することによって、引き続き有効（活動）状態にしてもよい。これは、特定のディスクまたは目立たないまたは個別の（discreet）１組のディスクの上に符号化された識別番号に関連付けられた個々のアクセス・コードを発行するコンテンツ・プロバイダによって、実行されてもよい。ディスクのシリアルナンバーがコピー可能でない場合は、アクセス・コードは、別の異なる連続番号が付加された（シリアライズされた）ディスク上の著作権侵害されたコンテンツの視聴を可能にするのには適さない。

さらに、消費者は（例えば、データを復元（再生）し、それを別の類似性の（アナロジ的な、アナロガスな）媒体ディスクに復元することによって）ディスクをコピーし、例えばプリフォーマットされた記録可能なディスク上に埋め込まれたシリアルナンバーに基づいた消費者自身のアクセス・コードを受けることが、奨励される。このような方法で、コンテンツ所有者に対する収益の流れを確保しつつ、ユーザ−ユーザ間でのコンテンツ配布が実際に奨励されてもよい。

一実施形態では、ブランク（空）のディスクを射出成型し、それに続いてここで説明したような例えばフラッシュ露光（flash exposure）による光学的複製によってデータをディスクに転送（移動）することによって、大量配布用に単一ビットのマイクロホログラフィック・データを再生してもよい。ディスク上の幾つかの位置は、再生されるべきデータの初期露光期間中に意図的にブランク状態にされていてもよい。これらの位置には、後で識別番号に対応する別の光学的露光によって記録され、各識別番号は、例えば空間光変調器を使用して各ディスクまたはディスクの組に対して一意的な番号である。また、これらの位置は、ブランクのプリフォーマットされたディスク上の番号を識別するために使用することができる。

予測される記憶の要求条件（requirements）および記憶容量に基づいて、通常のＣＤの大きさのコンテンツを含むマイクロホログラフィック・ディスクは、非限定的な単なる一例として、標準精細度をもった最大で５０編のノーカット長編映画フィルム、または１０編の高精細度（ＨＤ）ノーカット長編映画フィルムを含んでいてもよい。そのコンテンツは、幾つかの方法でグループ分けられてもよい。例えば、コンテンツ・プロバイダは、１枚のディスク上に所与のシリーズの映画、または特定の主役男優または女優の映画、または同じジャンル内に該当する映画を配置してもよい。ディスクが小売り販売用として作製されるとき、ディスクのパッケージ上またはパケージ内にそのディスクのシリアルナンバーが表示されてもよい。消費者がそのディスクを購入したとき、パッケージは、ユーザがディスクを再生するときに入力するよう指示（prompt）されるアクセス・コードを含んでいてもよい。アクセス・コードは関連する連続番号が付されたディスクに対応しており、ユーザはディスク上の１つまたは唯一の特別な長編映画（feature：作品、記事）（または個別の作品の組）を見ることができる。代替構成として、ディスクのプレーヤはソフトウェア／ハードウェアを備えていてもよく、ソフトウェア／ハードウェアによって、使用認証局（使用許可局）と通信することを可能にして、そのシリアルナンバーに応答して、場合によっては（possibly）、さらに現在許可されるプレーヤ、識別子（identifier）、アクセスのレベルに応答して、そのプレーヤにアクチベーション・コードを与えてもよい。

それにもかかわらず、ドライブ装置または読取り装置は、アクセス・コードを記憶するための例えば固体または磁気メモリ装置のようなメモリを含んでいてもよく、それが一旦入力されるとその後は長編映画（feature）を見るときにはその番号を再度入力する必要がないものであってもよい。

ディスク上に含まれるその他の長編映画（feature）に対応する追加のアクチベーション・コードを獲得するために、ユーザは、例えばインターネットのようなコンピュータ・ネットワークを通じて、または電話（例えば無料電話）によって、コンテンツ・プロバイダまたはそのエージェント（代理人、代理店）と接触してもよい。代替構成として、プレーヤは、例えばユーザがディジタル・コンテンツの選択を試みたときに、そのユーザが追加的なコンテンツを購入したいかどうかを決定するようそのユーザに指示（prompt）してもよい。ユーザが別のアクチベーション・コードを入力したとき、またはそのコードが例えば使用認証局（使用許可局）によって提供されたとき、プレーヤはそのナンバーをディスクのシリアルナンバーと照合してチェックしてもよく、そのコードおよびシリアルナンバーが対応または関連付けられた場合は、その長編映画（feature）だけを再生できるようにする。従って、アクセス・コードは、特定のディスクのシリアルナンバー用のキーとなり（keyed：キー入力され、鍵となり）、その（シリアルナンバーの）再生は不可能であり、ディスク上の長編映画に対応するデータはコピーしてもよいが、その長編映画へのアクセスを許可するアクセス・コードは元の（オリジナルの）ディスクに固有のもので、その他のディスク上のコピーを再生（視聴）できないようになっている。

本発明の特徴によれば、コンテンツそのものは、例えばプリフォーマットされたブランク（空）の媒体ディスク上に再生成（再形成）してもよい。コンテンツ・プロバイダは、消費者が他の消費者にディスクのコピー（複製）を提供することを奨励して、ダウンストリーム（下流側、子側）コピーのユーザにディスクのコンテンツに対して制限されたアクセス（制限付きアクセス）を可能にしてもよい。各ディスク（プリフォーマットされ予め記録されているもの）には、一意的な（固有の）または実質的に一意的な識別子を与えてもよい。シリアルナンバーはコピー（複写）期間中は転送されない。元の媒体のコピーのユーザは、元の媒体のユーザと同様に（類似的に、アナロジ的に）、コンテンツ・プロバイダまたはそのエージェントと接触して、コピー媒体ディスクのシリアルナンバーに対応するまたはこれから導出された（derived：派生した）シリアル・コードを要求してもよい。このようにして、そのコンテンツは、対応するディジタル著作権を管理しつつ広められる（広く普及する）。

本願発明の特徴によれば、マイクロホログラフィック複製システムは、従って、マイクロホログラフィック・ドライブ装置によって読出し可能な形態で各ディスクを（少なくとも実質的に）一意的に連続番号付与する（シリアル化する：serialize）能力（機能）を実現してもよい。マイクロホログラムは、例えば対向伝搬する２つのレーザ・ビームを干渉させることによって、媒体ディスクの予約（reserve：予定）された領域に記録してもよい。媒体ディスクは、例えば個々に購入することによってコンテンツにアクセスすることができる例えば長編映画（feature）フィルム（映画）またはその他のコンテンツのような複数のコンテンツを含んでいてもよい。

ハードウェアおよび／またはソフトウェアを用いて、ディスク上のアクセス・コードおよびシリアルナンバーを比較して、それらが対応するかどうかを確かめてもよい。アクセス・コードを記憶するためにメモリを使用して、将来のコンテンツの視聴においてコードの再入力が必要ないものとしてもよい。ディスク上の別のコンテンツに追加的にアクセスするために新しいコードを購入することができるビジネス・モデルを提供してもよい。予めシリアルナンバー（連続番号）付与された記録可能ディスクを提供してもよく、そのディスク上にコンテンツがコピーでき、そのディスク用の新しいアクセス・コードを用いてそのコピーされたコンテンツにアクセスし得るようにしてもよい。

マイクロホログラムを含むディスクおよび一意的なシリアルナンバーを有する（用いる）読取りドライブ装置、および媒体を取得した後でコンテンツを購入することができるビジネス・モデルを用いることによって、幾つかの利点が得られる。例えば、ユーザのディスク上に既に含まれる別のコンテンツの購入を容易にすることによって、収入が発生する。コンテンツを含みおよび記録可能な（両方の）ディスクにシリアルナンバーを付与し、およびシリアルナンバーのコピーを禁止することによって、ディジタル著作権保護が強化されるようにしてもよい。コンテンツを含むディスクのユーザによるコピーによるコンテンツ配布およびそれに続くこれらのディスクの許可の方法（手段）を実現してもよい。多数の長編映画（feature）、アルバムまたはたその他のコンテンツを１枚のディスク上で提供し、１枚のディスク上で個々に起動可能（activate-able：活性化可能、利用可能）にしてもよい。

ここで説明した収入モデルは、非線形および／または閾値応答性材料を用いた体積型記憶システムおよび方法に限定されるものではないが、例えば米国特許公開第２００５／０１３６３３３号（この公報の記載全体を参照してここに組み込む）に記載されているような線形応答性材料を用いたシステムおよび方法を含めて、一般的な体積型記憶システムおよび方法にも広く適用可能である、と理解すべきである。

この分野の専門家であれば、本発明の精神および範囲を逸脱することなく本発明の装置および方法に変形および改変を施してもよいことは明らかである。本発明は、本発明の均等手段を含めて、本発明のそのような変形および改変をカバーすることを意図している。

図１は、対向伝搬する光ビームを用いて媒体（メディア）内にホログラムを形成するための構成を示している。 図２は、対向伝搬する光ビームを用いて媒体内にホログラムを形成するための別の構成を示している。 図３は、対向伝搬する光ビームを用いて媒体内にホログラムを形成するためのさらに別の構成を示している。 図４は、対向伝搬する光ビームを用いて媒体内にホログラムを形成するための別の構成を示している。 図５は、対向伝搬する光ビームを用いて媒体内にホログラムを形成するためのさらに別の構成を示している。 図６は、光強度パターンを示している。 図７は、図６の光強度パターンに対応する線形媒体中の屈折率の変調を示している。 図８は、回折効率が記録温度と読取り温度の間の差の関数としての期待ブラッグ離調（detuning）を示している。 図９は、回折効率が角度変化の関数としての期待ブラッグ離調を示している。 図１０Ａ〜１０Ｂは、実質的に線形の光学的応答性媒体中の光強度とそれに対応する屈折率の変化とを示している。図１０Ｃ〜１０Ｄは、実質的に非線形の光学的応答性媒体中の光強度とそれに対応する屈折率の変化とを示している。 図１１Ａ〜Ｂは、実質的に線形の光学的応答性媒体中の光強度とそれに対応する屈折率の変化とを示している。図１１Ｃ〜１０Ｄは、実質的に非線形の光学的応答性媒体中の光強度とそれに対応する屈折率の変化とを示している。 図１２は、屈折率変調の関数として期待されるマイクロホログラムの反射率を示している。 図１３Ａおよび１３Ｂは、異なる種々の時点における位置の関数としての期待される温度上昇のプロファイルを示している。 図１４Ａおよび１４Ｂは、上昇する温度およびそれに対応するマイクロホログラムの読取りモードおよび書込みモードの関数としての期待される屈折率の変化を示している。 図１５Ａ乃至１５Ｃは、対応する光学的フルエンスの関数として材料の温度を臨界温度にまで上昇させるのに必要な光ビームの入射光ビーム・エネルギと正規化された線形吸収との間の期待される関係、逆可飽和吸収体を使用した光ビーム・ウエストと距離の間の期待される関係、および逆可飽和吸収体を用いた透過とフルエンスの間の期待される関係を示している。 図１６Ａおよび１６Ｂは、媒体内の期待される対向伝搬光ビームの露光、およびそれに対応する温度上昇を示している。 . 図１６Ｃは、図１６Ａおよび１６Ｂの温度上昇に対応する期待される屈折率の変化を示している。 図１７Ａは、２５℃および１６０℃における時間の関数としてのオルトニトロスチルベンの正規化された透過の変化を示している。 図１７Ｂは、温度の関数としてのオルトニトロスチルベンの量子効率の変化を示している。 図１７Ｃは、２５℃および１６０℃における波長の関数としてのジメチルアミノジニトロスチルベンの吸収度を示している。 図１８は、トラッキングとフォーカス（焦点）検出器の構成を示している。 図１９Ａ〜１９Ｃは、シミュレートされた屈折率のプロファイルの輪郭を示している。 図２０は、ホログラフィック記録された媒体の領域を照射する入射レーザ・ビームの断面を示している。 図２１Ａ〜２１Ｃは、図１９Ａ〜１９Ｃの円形状マイクロホログラムのシミュレーションに対応する近視野分布（ｚ＝−２μｍ）を示している。 図２２Ａ〜２２Ｃは、それぞれ図２１Ａ〜２１Ｃの近視野分布に対応する遠視野分布を示している。 図２３Ａ〜２３Ｃは、シミュレートされた屈折率のプロファイルの輪郭を示している。 図２４Ａ〜２４Ｃは、図２３〜２３Ｃの円形状マイクロホログラムのシミュレーションに対応する近視野分布を示している。 図２５Ａ〜２５Ｃは、それぞれ図２４Ａ〜２４Ｃの近視野分布に対応する遠視野分布を示している。 図２６Ａ〜２６Ｄは、トラッキングとフォーカス（焦点）検出器の構成および典型例の検知された状態を示している。 図２７は、フォーカスおよびトラッキング・サーボ・システムを示している。 図２８は、交互の方向の螺旋トラックを有するフォーマッティング（初期設定）を示している。 図２９は、種々のトラックの始点と終点を示している。 図３０は、実質的に円形状のマイクロホログラムを含むフォーマット設定を示している。 図３１は、細長いマイクロホログラムを含むフォーマット設定を示している。 図３２は、軸外れ（off-axis）マイクロホログラム記録を示している。 図３３は、軸外れマイクロホログラム反射を示している。 図３４Ａ〜３４Ｃは、軸外れマイクロホログラム記録および読取りを示している。 ． 図３５は、マスタ・マイクロホログラフィック媒体を準備するための構成を示している。 図３６は、マスタ・マイクロホログラフィック媒体から共役マスタ・マイクロホログラフィック媒体を準備・作製するための構成を示している。 図３７は、共役マスタ・マイクロホログラフィック媒体から分布マイクロホログラフィック媒体を準備・作製するための構成を示している。 図３８は、マスタ・マイクロホログラフィック媒体から分布マイクロホログラフィック媒体を準備・作製するための構成を示している。 図３９は、予めフォーマット（プリフォーマット）された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示している。 図４０は、マイクロホログラム・アレイをベースとするメモリ装置を読取るための構成を示している。

Claims (39)

1. 垂直方向に積層され横方向に伸びる複数の層中のトラックに沿って配列された複数のボリュームを有するプラスチック基板と、
   各マイクロホログラムが前記複数のボリューム中の対応する１つに含まれる、複数のマイクロホログラムと、
   を含み、
   前記複数のボリュームが、複数の光ビームの干渉により発生した熱により融解し、前記複数のボリュームに屈折率が変化した領域を生じさせることにより前記複数のマイクロホログラムが形成され、
   前記複数のボリュームの各々の中のマイクロホログラムの存在または不存在が、記憶されたデータにおける対応する部分を表すものである、データ記憶装置。
2. 前記複数のマイクロホログラムが前記複数の光ビームの前記干渉により、前記複数のボリュームのプラスチック材料の温度がその融解温度より高く上昇し、前記プラスチック材料の初期の結晶成分がアモルファス状態となることにより形成される、請求項１に記載の装置。
3. 前記基板が射出成型可能な非フォトポリマーのプラスチックで形成されており、
   前記基板は熱可塑性部材からなるものである、請求項１に記載の装置。
4. 前記熱可塑性部材は非線形関数特性を有するものである、請求項３に記載の装置。
5. 前記非線形関数特性は閾値関数特性である、請求項４に記載の装置。
6. 前記基板はさらに熱触媒を含むものである、請求項３に記載の装置。
7. 基板はダイを含むものである、請求項１に記載の装置。
8. 前記ダイは逆可飽和吸収体染料である、請求項７に記載の装置。
9. 前記基板はポリ（エチレンオキシド）／ポリスチレン・ブロック共重合体を含むものである、請求項１に記載の装置。
10. 前記基板はポリカーボネート／ポリエステル・ブロック共重合体を含むものである、請求項１に記載の装置。
11. 前記基板はオルト−ニトロスチルベン含有ポリマーを含むものである、請求項１に記載の装置。
12. 前記基板はオルト−ニトロスチルベンおよびポリメチルメタクリレートを含むものである、請求項１に記載の装置。
13. 前記基板はポリカーボネートを含むものである、請求項１に記載の装置。
14. 前記マイクロホログラムは実質的に円形状である、請求項１に記載の装置。
15. 前記マイクロホログラムは長円形状である、請求項１に記載の装置。
16. 前記基板は中心を有するディスクであり、前記層の少なくとも１つは前記ディスクの中心に向かう螺旋を形成しており、前記層の少なくとも１つの他の層は前記ディスクの中心から離れる螺旋を形成している、請求項１に記載の装置。
17. 前記層の各々は始点および終点を有し、前記始点の少なくとも１つは前記終点の少なくとも１つと実質的に垂直方向に整列している、請求項１に記載の装置。
18. さらに、前記基板中にトラッキング情報を表す第２の複数のマイクロホログラムを含む、請求項１に記載の装置。
19. 前記データを表す第２の複数のマイクロホログラムの各々は軸を有し、前記データを表すマイクロホログラムの軸は前記第２の複数のマイクロホログラムの軸とは異なっている、請求項１８に記載の装置。
20. 前記基板は直径が約１２０ｍｍのディスクであり、
    前記第２の複数のマイクロホログラムの所与の１つのマイクロホログラムの軸に関連する角度が、前記基板中のその位置を表す、請求項１９に記載の装置。
21. 垂直方向に積層され横方向に伸びる複数の層中のトラックに沿って配列された複数のボリュームを有するプラスチック基板を用意し、
    前記基板中に複数のマイクロホログラムを形成する
    データの記憶方法であって、
    前記複数のボリュームが、複数の光ビームの干渉により発生した熱により融解させ、前記複数のボリュームに屈折率が変化した領域を生じさせることにより前記複数のマイクロホログラムを形成する工程を含み、
    前記複数のマイクロホログラムの各々は、前記複数のボリューム中の対応する１つに実質的に含まれており、前記複数のボリュームの各々におけるマイクロホログラムの存在または不存在がデータにおける対応する部分を表すものである、データの記憶方法。
22. 前記マイクロホログラムはデータに応じて選択的に形成されるものである、請求項２１に記載の方法。
23. さらに、データに応じて前記マイクロホログラムの選択されたものを選択的に消去することを含む、請求項２１に記載の方法。
24. 前記基板が射出成型可能な非フォトポリマーのプラスチックで形成されており、
    前記マイクロホログラムの形成は、対向伝搬する２つの光ビームを干渉させることを含むものである、請求項２１に記載の方法。
25. さらに、前記２つの光ビームの一方を焦点合わせすることを含む、請求項２４に記載の方法。
26. 前記データの記憶方法光ビームの一方は発散するものである、請求項２５に記載の方法。
27. さらに、前記２つの光ビームの一方を反射させて前記２つの光ビームの他方を形成することを含む、請求項２５に記載の方法。
28. さらに、データに応じて前記２つの光ビームの少なくとも一方を選択的にぼやけさせる（obscure）ことを含む、請求項２５に記載の方法。
29. さらに、前記複数のホログラムの方向とは異なる反射方向を有する第２の複数のホログラムを形成することを含む、請求項２１に記載の方法。
30. 前記第２の複数のホログラムは前記トラックを画定するものである、請求項２９に記載の方法。
31. さらに、所与の間隔で第２の複数のマイクロホログラムを形成することを含み、前記間隔がその前記基板内の位置を示すものである、請求項２１に記載の方法。
32. さらに、第２の複数のマイクロホログラムを形成することを含み、前記第２の複数のマイクロホログラムの少なくとも１つは前記複数のマイクロホログラムの少なくとも１つと共に前記複数のボリュームのうちの共通の１つのボリューム内に共に配置されているものである、請求項２１に記載の方法。
33. さらに、第２のプラスチック基板を通して前記マイクロホログラムを投光照射することを含む、請求項２１に記載の方法。
34. 前記複数の光ビームの前記干渉により、前記複数のボリュームのプラスチック材料の温度がその融解温度より高く上昇し、前記プラスチック材料の初期の結晶成分をアモルファス状態にする、請求項２１乃至３３のいずれかに記載の方法。
35. さらに、第３のプラスチック基板を通して前記第２のプラスチック基板に投光照射することを含む、請求項３４に記載の方法。
36. 第３のプラスチック基板を通した前記第２のプラスチック基板の前記照射によって、前記第３の基板中に前記複数のマイクロホログラムが複製される、請求項３５に記載の方法。
37. 前記投光照射はレーザ・ビームを使用するものである、請求項３６に記載の方法。
38. 前記レーザ・ビームは前記マイクロホログラムに対応する中心波長を有するものである、請求項３７に記載の方法。
39. 前記中心波長は約５３２ｎｍである、請求項３８に記載の方法。

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