JP5845249B2 - 感光媒体上の蛍光によるデータを書き込み及び読み出す方法及びそれに関連する媒体 - Google Patents

感光媒体上の蛍光によるデータを書き込み及び読み出す方法及びそれに関連する媒体 Download PDF

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Description

本発明は、大容量データ貯蔵のための感光性媒体でのデータを記録し読み出す方法に関する。
さらに本発明はまた、係る方法でデータを記録し読み出すための装置に関する。最後に本発明はまた、係る媒体に関する。
より具体的には、本発明の技術分野は、ガラス媒体のドーパントを十分に照射するための高周波パルスレーザー発光を用いて書き込む方法の分野に関する。
本発明の技術分野はまた、係る媒体中で金属クラスタを生成する方法、及び前記クラスタを適切に照射する方法により実行される書き込み方法に関する。前記クラスタは、前記照射に特異的な署名を含む。
現在、主に用いられているデータ貯蔵方法は、特に、ＣＤ、ＤＶＤ又はブルーレイディスクなどの媒体に適合されている。そのような媒体にデータを書き込む方法は、２Ｄで前記ディスクの数枚の重ね合わされた層上で実行され得る。
前記ブルーレイ媒体は、最大の２Ｄデータ貯蔵を可能とし、通常は５０ギガビット近く又はそれよりやや多い。この容量は、いかなる場合でも理論的に１００ギガビットに限定される。
そのような媒体の許容される寿命は一般には１０年である。１つの限界は特に、前記ポリマー層の短い寿命によるものである。
現在では、貯蔵、特に永久保存データの貯蔵に対するいくつかの要求のために、前記媒体の寿命及び貯蔵容量はあまりにも少ない。この限界は、前記保存及び貯蔵の要求に見合うための媒体の数を増やすという結果となっている。
新たな３Ｄデータ記録技術、特に高強度のレーザービームを受ける材料の多光子吸収を用いる技術が開発されている。
２つの３Ｄ記録書き込み方法が知られている−その１はいわゆる「フォトクロミズム」による記録方法であり、その２はいわゆるガラス媒体の「蛍光」による記録方法である。
フォトクロミズム記録は、具体的には、透明媒体中に取り込まれるドーパントの可逆的変換を生じる。前記ドーパントは、２つの状態を持ち、その状態はそれへの照射に依存し、それぞれの状態は前記媒体の吸収係数及び屈折率の変更に対応する。これらの２つの状態は、前記光を、その偏光、波長及び位相特徴により異なるように多重化し得る。これらの特徴は、データ読み取りのためには、照射の際に反射される波長を変更する前記吸収及び屈折特徴を用いるように選択され、及び従って読み取り情報をデコードするために使用され得る。
フォトクロミズム記録の問題は、例えば偏光を用いることで情報を読み取ることは非常に制御することが難しいということである。実際、前記媒体を照射する光は、場合により、前記媒体の照射された領域の屈折率により偏光されるが、しかし、消費者光学部品での光の偏光を制御することは非常に難しく、誤差補正装置を使用する結果となる。さらには、この技術は、書き込み調節可能なレーザーの使用を必要とする。従って、これを実施することは難しく高価なものとなる。最後に、データ貯蔵でのゲインは、かかる方法を実施する観点から十分大きいものではない。
蛍光記録はこれまで実施されてこなかった；というのは透明媒体中で前記蛍光種を安定化することができなかったからである。この制限は、時間経過に伴い蛍光強度の変更によるものであり、これは連続的照射からなる前記媒体の読み取りプロセスから起こる。蛍光記録は、従って安定かつ恒久的な記録情報を可能なものとはできない。
その結果今日までこのタイプの技術は、光誘導種の蛍光のレベルで情報をエンコードするという観点で、透明媒体のある領域を照射することはできなかった。
さらに、一般的に照射は屈折率の変更を生じるものであり、これにより照射された領域の光の拡散により３Ｄでデータを読み取ることはできなかった。
本発明は、前記問題を解決することを可能とする。
特に、本発明のデータ３Ｄ記録方法は、少なくとも１つの感光性ドーパントを含む透明感光性材料から形成される媒体に情報を記録することを可能にする。
前記本発明の記録方法は：
− パルス光源をチェックし較正する第１のステップを含み、前記較正にはパルス数、発光パルスそれぞれのフルエンスのレベル及びパルスレートを較正することを含み、
− 前記材料の一つの領域に刻印するステップ、を含む。
本発明の方法は、発光パルスのそれぞれのフルエンス、パルス数及びパルスレートを、前記照射が前記ドーパントから安定化されたクラスタを、可視から近赤外波長領域で前記媒体の屈折率及び吸収係数の変化を最小にしつつ形成することができるように、定めることを可能にする。
さらに、本発明は、本発明の記録方法により記録された媒体情報を読み出す方法を含む。
本発明の読み出し方法は、一組の３Ｄ配置安定化金属イオンクラスタを局所的に含み、クラスタのそれぞれが光励起されて蛍光を発光する、変性透明媒体を読むことを可能にする。
前記読み出し方法は：
− 前記媒体のある領域に焦点化された第２の光源で第１の持続時間ｔ１照射するステップを含み、同じ領域の前記一組のクラスタが「発光素子」を形成し；及び
− 前記発光素子により再発光する光強度を第２の持続時間ｔ２で捕捉するステップを含む。
有利には、少なくとも１つのドーパントを含む媒体上のデータの３Ｄ記録方法は：
− 第１のパルス光源をチェックし較正するステップを含み、前記較正がパルス数、発光パルスそれぞれのフルエンスのレベル及びパルスレートを含み；
− 前記材料のある領域に刻印するステップを含む。
有利には、それぞれのパルスのフルエンス、パルス数及びパルスレートは、前記領域の材料を、前記ドーパントから安定化された蛍光クラスタを、可視から近赤外波長の範囲で前記媒体の屈折率及び吸収係数の変更を最小化しつつ、形成するために適切である。
有利には、前記第１の光源は：
− 前記パルスレートが、前記照射された領域での所定の第３の閾値温度より大きい温度を生成するために所定の第２の閾値よりも大きく；
− それぞれの発光パルスの持続期間が、前記媒体の領域を多重光子イオン化により励起するように前記材料の熱化の特徴時間よりも短くするように較正される。
有利には、それぞれのクラスタは蛍光発光素子を形成し、そのスペクトル及び蛍光強度が、データワード、前記安定化クラスタをエンコードするための署名に対応する。
有利には：
− 前記第１の光源のそれぞれのパルスレートは１ｋＨｚよりも大きく、より具体的には、前記材料への熱効果が、前記材料がもはや冷却時間を持たないことから特に好ましい１０ｋＨｚよりも大きく；及び
− 伝達されるそれぞれのパルスのフルエンスが１Ｊ．ｃｍ−２に近く；
− 前記レーザーの波長が、前記透明媒体のカットオフ波長の少なくとも２倍である。
有利には、前記第１の光源は、次の２つの光源：赤外フェムト秒レーザー、赤外ピコ秒レーザーの少なくとも１つを含む。
有利には、前記媒体はガラス状材料から形成され、及び前記ドーパントは、次のイオンの群：銀（Ａｇ）イオン、金（Ａｕ）イオン、銅（Ｃｕ）イオンからの少なくとも１つである。
有利には、前記照射ステップは、前記媒体の同じ領域に一組のパルスを、安定化された照射クラスタを形成し、前記形成されたクラスタが蛍光発光素子を定め、その蛍光のスペクトル及び強度が、前記第１の光源の所定の較正に対応して特徴を定めるように含まれる。
有利には、前記第１の光源のパルスレートは、実質的に１０ＭＨｚに等しい。
有利には、前記記録方法のステップは、前記媒体の同じ深さに位置する一組の領域で繰り返され、同じ深さに位置する前記一組の領域は層と呼ばれ、前記第１の光源の較正は、前記領域のそれぞれに与えられる刻印に適切であり、ここで前記方法が前記媒体の重なる層に繰り返され得る。
有利には、本発明は、ドーパントを含む材料から形成されるデータ貯蔵透明媒体のデータ読み出し装置に関する。
有利には、前記読み出し装置は、前記媒体のある領域を照射するためのパルスビームを発光するフェムト秒レーザーを含み、前記パルスレート及び数が光変調装置の手段で制御され、前記照射が、前記媒体のある領域に局所的に前記レーザー光を焦点化する部材の手段を用いて実施され、前記媒体にエネルギーを伝達する前記パルスが、前記材料を前記顕微鏡の焦点でイオン化し、前記記録装置が、３Ｄで一組の領域で本発明の方法のステップを連続的に繰り返すように前記媒体を前記光源に対して動かすための移動手段を含む。
有利には、本発明は、少なくとも１つのドーパントを含む材料から形成されるデータ貯蔵透明媒体に関する。有利には、前記材料は安定化された照射クラスタを含み、前記クラスタは蛍光発光素子を形成し、その蛍光のスペクトル及び強度はデータワードをエンコードするための署名に対応する。
有利には、前記透明媒体は：
− アナログ光学ディスク；
− 電極；
− 蛍光顕微鏡の較正プレート；
− 蛍光ランプ；
− 時計ガラス、であり得る。
有利には、本発明は、透明媒体を読み出す方法に関し、前記媒体は、前記材料に局所的に３Ｄで刻印された一組の安定化されたクラスタを含み、クラスタのそれぞれは光励起の際に蛍光を発光する。
有利には前記読み出し方法は：
− 前記媒体のある領域に焦点化される第２の光源で照射するステップを含み、前記同じ領域の一組のクラスタは「発光素子」を形成し；
− 前記発光素子により再発光される光強度を捕捉する第２のステップを含み；
− 蛍光強度をデータワードと関連させるデコードステップを含む。
有利には、変性透明媒体を読み出す方法は、前記再発光の前記励起光をフィルタして前記可視蛍光のみを補足する第３のステップを含む。
有利には、前記媒体は、前記材料中に形成される複数の積層を含み、１つの層は前記材料中の同じ深さの一組の領域を含み、前記第１のステップが、所定の層の領域の発光素子により発光される蛍光と、他の層の領域により発光される蛍光とを識別するために、共焦点フィルタの手段により実施される。
有利には、本発明はさらに、少なくとも１つのドーパントを含むデータ貯蔵透明媒体のデータを読み出す装置に関する。有利には、前記読み出し装置は、３３０〜４５０ｎｍの範囲のレーザーダイオード光源、一組の蛍光クラスタを含む前記媒体の１つの領域、前記ひとつの領域の一組のクラスタは発光素子を形成し、前記読み出し装置は、前記照射された発光素子の蛍光により発光された種々の光強度のレベルを収集する手段、及び前記蛍光のスペクトル及び強度に応じてデータワードを形成するように前記光をデジタルシグナルへ変換する手段を含み、前記読み出し装置はさらに、前記媒体を前記光源に対して動かして、前記媒体の少なくとも１つの層の一組の領域に本発明の読み出し方法のステップを連続的に繰り返すように、移動手段を含む。
有利には、前記光学システムの３Ｄ較正プレートは、少なくとも１つの安定化蛍光クラスタを含み、そのスペクトル及び強度により、光学システムの応答関数に対応する測定光学システムの以下の性質の少なくとも１つをチェックするための較正試験用チャートの特徴、
− 蛍光強度のレベル；
− 視野の均一性；
− 色応答；
− 前記センサの動力学の較正を通じて時間応答関数を定めることが可能になる。
有利には、前記光学システムは次の群：顕微鏡、検出装置、光源からのシステムである。
有利には、前記試験用チャートは、前記光学システムの光学部品の位置合わせのためのシステムの較正を可能にする。
有利には、前記試験用チャートは、前記光学システムの光学分解能を較正することを可能にする。
さらに、本発明は記録装置、読み出し装置及び本発明の記録及び読み出し方法を実施するための媒体を含む。
本発明の他の構成及び有利な効果は以下の図面により詳細に示され、以下の説明は添付の図面を参照して与えられる。
図１は、本発明の装置によるデータ記録を示す。 図２は、本発明の記録方法による照射されたクラスタの形成を示す。 図３は、本発明の媒体の照射領域の吸収及び発光スペクトルを示す。 図４は、本発明の蛍光クラスタにより形成された試験用チャートの種々の型を示す。 図５は直線部分を形成する試験用チャートの拡大を示す。 図６は、本発明の方法により形成される蛍光クラスタの拡大を示す。
本発明の方法は以下説明される：
− 大容量貯蔵要求に合わせる観点で、ドープされた透明媒体にデータを記録する方法；及び
− かかる媒体のデータを読み取る方法を含む。
以下説明される本発明の装置は：
− 大容量貯蔵要求に合わせる観点で、ドープされた透明媒体にデータを記録するための装置；及び
−かかる媒体のデータを読み取る装置を含み、
−データ貯蔵透明媒体は、安定な光誘導クラスタを含み、所定の領域の前記クラスタは蛍光発光素子を形成し、そのスペクトル及び強度が１つの署名に対応する。
本発明のデータ記録方法により、少なくとも１つのドーパントを含む透明感光性材料から形成される媒体にデータを記録し得る。
前記記録方法は：
− 前記パルス光源のフルエンス、前記フルエンスは発光されるエネルギー密度であり；
− 前記パルスレート；及び
− 前記照射領域に発光されるパルス数、を較正する第１のステップを含む。
さらに、本発明の記録方法は、前記媒体のある領域を照射するステップを含む。このステップでは、それぞれのパルスのフルエンス、パルス数及びパルスレートは、前記材料の部分である前記領域に、前記媒体の屈折率の変更を最小化しつつ前記ドーパントから安定化されたクラスタを形成するように照射するために適切である。
前記放射パルスレートは、レーザー構成データの一つであり、これはレーザー繰り返しレートと呼ばれる。
本発明の記録方法はさらに、前記媒体の一組の領域で前記２つの第１のステップを繰り返すステップを含む。本発明の１つの利点は、前記領域は種々の深さに位置され得るものであり、従って前記データ記録方法は３Ｄ方法であり、これにより前記媒体の貯蔵容量が大きく増える、ということである。
図１は、本発明のデータ記録方法を実施するための手段を示し、具体的には：
− レーザービームを透明媒体１３の相互作用領域上に生成するための、Ｌと記されるレーザー１２、前記透明媒体１３の領域は金属イオンでドープされている；
− 前記媒体１３の相互作用領域につき前記レーザーの繰り返しレート又はパルス数を変更するための、Ｍと記される音響光学変調装置１１；
− 前記媒体１３の前記望ましい相互作用領域で前記レーザービームを焦点化させるための顕微鏡部材１０である。
前記顕微鏡部材の機能は、顕微鏡部材又はレンズなどの焦点要素の任意の手段により実施され得る。
特に本発明の好ましい実施態様では、
− 前記透明媒体は、銀イオンでドープされた感光性ガラスであり；
− 前記レーザーは、焦点においてパルス当たり１Ｊｃｍ−２に近いフルエンスが生成されるようなエネルギーで、赤外線領域で発光するフェムト秒レーザーである。
他の実施態様では、前記レーザーはピコ秒レーザーである。
本発明は、前記パルス持続時間が１ピコ秒以下で実施され得る。
前記レーザー波長及び前記ガラスのカットオフ波長（その波長から前記ガラスが光吸収する波長）は、前記レーザー波長が、前記ガラスのカットオフ波長よりもずっと大きくなるように（即ち、少なくとも２倍の大きさ）選択される。
例えば、前記レーザー波長は、実質的に２７０ｎｍに近いガラスのカットオフ波長について、１０３０ｎｍ近くに選択され得る。
前記データ記録方法は、前記レーザーの繰り返しレートが１ｋＨｚより大きい値及びより有利には１０ｋＨｚよりも大きい値を持つような構成を含む。実際にはこの周波数を超えると、前記材料は、２つのパルス間で冷却される時間がなく、クラスタ形成よりも熱効果がより優先される。この構成は、音響光学変調装置１１などの光変調装置から得られる。
一つの好ましい実施態様は、前記繰り返しレートの値を、実質的に１０ｋＨｚ近くに設定され得る。この構成は、本発明の方法によるデータ記録方法が実行される場合に、前記媒体の材料の照射された粒子を安定化することができる。
前記ガラスの感光性は、前記材料の多重光子吸収により生じる非線型現象であり、これにより照射された粒子のクラスタ（これを種と呼ぶ）の形成を可能とする。
顕微鏡部材１０により焦点化されたビームのくびれ部近くで、前記フルエンスは像を形成するために十分となり、この像は「潜像」と呼ばれる。ＵＶ発光、Ｘ線、ガンマ線、又は電子ビームの発光から得られる技術などとは異なり、前記レーザーのエネルギーは、前記放射された粒子の熱化の特性時間よりもより迅速に前記材料中に蓄積される。
本発明の記録方法の構成に特徴的なこの構成は、前記種を安定化させ得る。
図２は、前記媒体１３の相互作用領域２５で前記レーザーを焦点化させる顕微光学部品１０を示す。図３の例では、前記媒体の材料の所定の深さでの前記ビームのくびれ部で形成されるクラスタ２１は、Ａｇｍ ｘ＋照射粒子２０である。形成される前記照射粒子は前記材料中で安定化される。
１つの照射領域で形成される前記クラスタは１つの蛍光発光体を定め、前記蛍光のスペクトル及び強度は１つの署名を定めることができる。
本発明の記録方法は、前記較正ステップから、例えば特にフルエンス、パルス数及びレーザー繰り返しレートなどの照射パラメータを定めることができる。前記照射パラメータから、本発明の記録方法は、ある数のレーザーパルスから、蛍光発光体を相互作用領域に生成することができる。前記発光体は、前記照射された領域に特異的な蛍光のスペクトル及び強度により定められ、従って前記照射領域の署名を定める。
具体的には、前記照射ステップは、前記媒体の一つの同じ領域に一組のパルスを含み、これにより前記領域に安定化照射クラスタを形成する。
前記クラスタが照射されると、それらは蛍光を発光する。前記クラスタから発光される蛍光強度は、特に以下説明される本発明のデータ読み取り方法を用いて前記発光スペクトルを解釈することで読み取られ得るひとつの署名に対応する。
従って、前記媒体の所定の領域の、前記フルエンス、パルス数及びパルスレートを含む前記照射の構成は、前記クラスタが発光する際に前記領域で形成されるクラスタの蛍光レベルに対応する一つのグレーレベルを定める。
本発明のデータ記録装置の１つの実施態様では、前記媒体のある領域を照射するためのパルスビームを発光するフェムト秒レーザーを含み、前記パルスのレートは音響光学変調装置の手段により生成される。
前記照射は好ましくは、前記媒体の１つの領域上を局所的に前記レーザー光を焦点化するための顕微鏡部材の手段により生成される。前記レーザーパルスはエネルギーを前記媒体へ伝達し、前記顕微鏡の焦点に近い領域にある前記ドーパントをイオン化する。
本記録装置はさらに、前記光源に相対して前記媒体を移動させる駆動手段を含み、本発明の記録方法の照射ステップを、前記媒体の一組の領域上に連続的に繰り返し、同時にそれぞれの照射領域での前記フルエンス、パルス数及びパルスレートを調節する。
この領域は、例えば、同じ深さに位置する場合には、前記材料の層により整理され得る。又は、前記媒体は、複数の重なり層を含み得る。
図２は、前記媒体の例２６を示し、いくつかの層２７が積層され、前記媒体中の層ごとにデータ記録が整理される。本発明の情報読み出し方法は、次に、同じ層、及び１つの層から他の層へ、ある領域を読み出すための一連の操作により実行される。
前記音響光学変調装置はまた、相互作用領域ごとに、前記レーザー繰り返しレート又はパルス数を変更することを可能とする。
本装置の好ましい実施態様では、前記顕微鏡部材はレーザービームを０．５２の開口数で焦点させ、これは２μｍ直径の焦点に対応する。３軸で電動化されるステージは、ある照射領域に位置されるべき前記ビームのくびれ部が、容積定義の材料サンプルを形成し、前記照射を前記照射容積上で精度５０ｎｍで行うことを可能にする。
本記録方法による照射の後、前記ガラスは変性され、いわゆる潜像を含むが、これは屈折を明確に変更することなく、蛍光顕微鏡によってのみ見ることができる。
前記クラスタの蛍光強度は特に、前記入射レーザービームの強度及びパルス数に依存する。
図３は、前記照射領域の吸収スペクトルＡ（λ）を示す第１のグラフを示し、ここでＡ、は吸収、λは波長である。
図３は、前記ガラスの照射された領域の発光スペクトルＩ（λ）を示す第２のグラフを示し、Ｉは前記照射されたクラスタによる発光強度である。
本発明の方法により変性された媒体を形成することができ、前記パルスレーザー照射により潜像を形成する小さい安定化クラスタを形成する。
好ましい実施態様では、前記クラスタは、Ａｇｍ ｘ＋銀（ここでｍ＜８及びｘ＜２）のクラスタである。
他の実施態様では、前記金属クラスタは金又は銅クラスタである。１つの具体的実施態様では、前記材料は、金、銅又は銀などの種々の種類のイオンを異なる又は同じ量含むものである。
前記第１のグラフの吸収スペクトルは、具体的に３２０ｎｍ及び４００ｎｍの間に吸収中心を持つ第１の領域３０を持つ。
第２の発光スペクトルは５００ｎｍに中心を持つバンドを持つ。前記照射された種の蛍光は、署名が定められ得る。これらの種は３００ｎｍと４００ｎｍの間に吸収を持ち、白色可視広域に発光を持つ。
前記蛍光寿命は約３ナノ秒である。前記白色蛍光は強く、ある場合には裸眼で観察することもできる。
他のタイプの照射と同様に前記パルスレーザー照射は、感光性ガラス内に小さいクラスタを生成させることができる。高周波、例えば１０ｋＨｚを超える周波数のためのフェムト秒レーザーの場合には、前記ガラス内の温度の上昇は３００℃を超える。この温度は、銀の拡散プロセスのためには十分である。前記照射領域で３５０℃近くに上昇した温度は、前記種の安定化のための好ましい条件に寄与する。
前記照射の結果形成されるクラスタは、中性原子銀Ａｇ０をその熱力学的平衡から外れて安定化させることができる。
本発明の方法により、フェムト秒レーザーの強度を、前記ビームのくびれ部の中心で前記クラスタが持続できない（というのはクラスタが多重光子効果により光解離されるからである）ように生成させ得る。
本発明の方法は従って、感光性材を、前記レーザービームの中心から、強度が前記クラスタの分離に十分でない周辺へ拡散させることができる。
本発明の方法は、前記照射された領域の周辺で拡散を停止させることができる、というのは生成された化学種、銀Ａｇｍ ｘ＋はその領域では安定化されるからである。
これらのクラスタは実際には、そのサイズの結果として拡散しない。最後に、本発明の記録方法では、前記ビームの焦点で潜像である像が生成される。この像は、生成された時と同時に前記中心では消去される。前記領域の周辺での像のみが持続し、拡散により暴露時間と共に強くなる。
本発明の好ましい実施態様は、情報を前記媒体上に、前記材料の同じ深さに位置する領域の照射により記録されることを可能とする。これにより前記材料中に層を形成する。
次に本発明の方法により、情報を、データを含む種々の層が積層されているような前記材料中の種々の深さで記録でき、それらの層は数ミクロンメートルで分離されている場合にはある層のある領域の照射は積層された前記領域には影響を与えないように記録することができる。
１つの実施態様は、種々の領域で本方法を繰り返すことで得られ、例えば種々の領域は前記材料の同じ深さにある隣接して選択される。発光レーザービームの強度は、２０ｘ１０１２Ｗ．ｃｍ−２で一定に設定され、パルス数は、最初の領域から最後の領域にかけて照射領域毎に１０２から１０７に増加するように発光される。
この実施態様では、本発明の方法は、各々が２５６グレーレベルから１つのグレーレベルを含む領域を生成することができ、前記グレーレベルは、前記領域の照射後、それぞれの領域に含まれるクラスタの蛍光強度の発光の間に測定され得る。
本発明の記録方法の利点は、クラスタの発光スペクトル及び蛍光強度は、数百万回の読み取りサイクルで、１５０ｍＷの光強度と４０５ｎｍ波長を持つ紫色レーザービームへの暴露の後では変化しない、ということである。
さらに、３５０℃までの温度でさえ、前記蛍光性質の劣化はなんら見られない。最後に、前記ガラス媒体は時間経過に抵抗性が高く、約数千年であり、これは他の媒体であって、現在利用されている、時間経過抵抗性はほぼ数十年である媒体に比較して非常に大きい。
本発明はまた、データ貯蔵のための透明媒体及び前記媒体のデータ読み取りの方法に関する。
本発明の透明媒体は変性材料から形成される。前記媒体は、一組の金属イオンクラスタにより生成される少なくとも１つの潜像を含み、これは前記媒体の容積中に局在化されて分配され安定化されている。クラスタのそれぞれは、蛍光発光光源として挙動し、前記領域が適切な光源で励起される際に同じ領域のクラスタの組みは発光素子を形成する。
本発明のデータ読み取り方法は：
− 第１の持続時間（ｔ１）で、前記媒体の１つの領域に焦点化された第２光源により照射されるステップ；及び
− 第２の持続時間（ｔ２）で、前記発光素子により発光された光度を捕捉する第２のステップとを含む。
前記第２の持続時間ｔ２は、１つの実施態様では、前記発光素子の蛍光の寿命と実質的に同じ長さである。
前記方法は場合により、前記発光素子により再発光された前記蛍光の紫励起光をフォルタする第３のステップを含む。前記紫光をフィルタすることは、以下説明する本発明による読み取り装置により可視蛍光のみが捕捉されることを可能とする。
前記媒体が幾つかの積層を含む場合には、前記第１のステップは、前記層のひとつの深さで前記第２の光源により発光された光を焦点化するための共焦点フィルタの手段により実施され得る。
本発明の読み取り方法の利点は、現在使用されている方法と比較して大きな変更を必要としない、ということである。例えば、現在のブルーレイ技術は、前記第２の光源の発光波長に関して特に適合され得る。
４０５ｎｍに近い前記第２の光源の発光波長は、本発明の読み取り方法で前記光誘導種を励起するための波長と互換性がある。
前記レンズの開口数は、例えば０．８５であり、これは数マイクロメートルで分離される層を区別することが十分可能である。前記シグナルの強度はセンサの交換を必要としない。
本発明のデータ読み取り方法は有利には、例えば対応するデータワードを形成するために、蛍光強度のレベルを区別するためにアナログ／デジタル変換する第４のステップを含む。
デジタル化グレーレベルを区別する利点は、情報をいくつかのレベルでエンコードすることを可能とし、それにより前記媒体に含まれる情報量を増加することができる。
最後に、本発明の実施態様においては、前記媒体は、複数の積層を含み、前記データ読み取り方法の間、共焦点フィルタを用いて層間の相互作用を制限することが可能となる。この現象はまた、「クロストーク」と呼ばれる。
本発明は、データ読み取り装置に関する。
好ましくは、データ読み取り装置は、媒体中で安定化された蛍光クラスタを含む領域を、３３０ｎｍ〜４５０ｎｍの範囲で照射するレーザーダイオードを含む。
同じ領域の一組のクラスタは蛍光発光素子を定める。さらに、前記読み取り装置が、発光素子による蛍光による発光光度を捕捉するための手段を含み、及び前記発光又は蛍光を、前記スペクトル及び前記発光素子強度に対応するデータワードを形成するなどのためにデジタルシグナルに変換する手段を含む。
最後に、前記読み取り装置は、例えば前記媒体の少なくとも１つの層及び有利には前記媒体の種々の層の一組の領域で、本読み取り方法を連続的に繰り返すために、前記媒体を前記光源に相対して移動させる駆動手段を含む。
他の実施態様では、４０５ｎｍより短い波長を持つレーザーダイオードと、大きい開口数を可能とするレンズを使用して、前記媒体上のデータを読み取る性能を改善することが可能である。
本データ読み取り装置及び方法の利点は、前記読み取り速度は、前記蛍光寿命、即ち５００メガビット／秒に制限される、ということである。
最後に、ガラス状媒体の使用により、数十年の持続期間のために恒久的媒体が得られる。特に、ガラスの使用は、光分解に結びつく低安定性を持つ有機色素でドープされたポリマーよりもずっと安定な性能を与える。この不利益は、記録されたデータの適切な保存を制限する。
ガラスは、有機色素と共に使用するには適していない、というのは有機色素はガラスのドーパントとして使用できないからである。
本発明の１つの変更例は、ポリマー媒体を例えば銀イオンと共に用いることである。
本発明の方法によると銀クラスタが形成されるが、ガラス媒体の場合と比較して時間経過に対してより不安定である。データ貯蔵はより恒久的ではない。
ガラス媒体は、媒体の安定性及び恒久性の獲得について実際の利点を持つ、というのは前記発光素子はガラスマトリクスで安定化されているからであり、これはポリマーでは不可能だからである。
本発明の使用に１つは、特に本発明の媒体の使用は、蛍光顕微鏡のための較正プレートを製造可能にすることである。例えば、種々の顕微光学プラットフォームは取得した像を較正し、デコンボリューションするために、較正試験用チャートのレーザースキャンを備える共焦点顕微鏡により、３Ｄで前記光学システムの応答関数を完全に決定する必要がある。前記プラットフォームはまた、時間経過に対して安定な蛍光標準物を必要とする。実際、前記光検出装置、前記装置の誤配置及び蛍光種の光退色は、異なる位置及び時間で取得された像を比較することを困難とする。
さらに、本発明は電流を測定するように適合させ得る。特に高温度の蛍光中心の安定性は、パッチ蛍光電極として使用されることを想定できる。例えば、神経生物学においては、生物システムに埋め込まれた銀クラスタからなる２つの電極の間を電流が流れると、このクラスタは蛍光を発光し、その強度は前記電流に依存する。従って非常に小さい電流（又は電位が異なる）がこのタイプの電極で測定され得る。
この最後の使用で、前記媒体は有利には例えば電極である。
本発明の他の使用は、本発明の記録方法が、ガラス媒体中に署名を刻印することを可能にする。有利には前記方法は偽造に対抗して使用され得る。
前記ガラス内へのレーザー書き込みは眼には見えないが、ブルーレーザーダイオードで励起することで蛍光として見ることができるだけである。
本発明の方法は、「データマトリクス」形状で媒体に書き込むことができる。
１つの利点はそれにより高密度データ記録が可能となる、ということである。
前記データマトリクスコードは、小さい表面に大量の情報を示すための高密度２次元シンボル系であり、約１ｃｍ２上に英数字で２３３５まで、又は数字で３１１６までである。
他のデータマトリスクコードの利点は、それがパブリックドメインにあり、自由に利用できるものであることである。さらにそれはＩＥＣ １６０２２標準に適合する。
通常は、対象物内に取り込まれたガラス内のこの署名は、データ書き込みの印がなく視覚的な外観を維持しつつ簡単に識別することを可能にする。
本方法は従って、ガラス部材を含むあらゆるタイプの対象物に使用され得る。
特にこれは、時計、ボトル又はメガネなどの高価な対象物にそのような刻印を行うために有利である。
この最後の場合に、データマトリスクコードを識別するための読み取り装置は、本発明で定められる読み取り装置である。これはオンボード読み取り装置であり、容易に移動可能となるように最小化され得る。
本発明の読み取り方法は、本発明の媒体の書き込みをデコードすることを可能とする。
本発明の他の使用は、本発明の光学アナログディスク媒体の製造である。
この媒体は、有利にはビニールレコードと類似する。
本発明の読み取り装置は、通常のビニールレコードの読み取りに使用されるダイヤモンド針を、アナログレベルに対応する蛍光強度の蛍光トラック上のＵＶレーザーに有利に交換することを可能にする。
最後に、本発明の使用は蛍光照明を製造することを可能とする。
この場合、前記媒体は蛍光発光素子である。銀クラスタで形成される発光素子を電流で励起することで、発光ダイオードと同じように蛍光を発光する。
特に有利な実施態様によると、前記ガラスのドーパント含有率は４％を超える。この率により、特にガラス中の安定性を増加させるように構成を最適化することができる。
クラスタの安定性はまた、レーザーのパルスが１と５Ｊ／ｃｍ２の間となるように構成される発光強度を持つ場合に改良される。パルス数はまた、有利には、書き込みプロセスの際に３００℃、通常は１００℃を超える温度に近くなる局所温度を得るように適切な数である。
上で説明した顕微鏡較正プレートの製造のために本発明の使用に際しては種々の実施態様が実施され得る。
特に組み合わせ得る実施態様によれば、例えば特定の性質を持つ試験用チャートを形成するために、蛍光クラスタを較正プレートに生成させ設けられ得る。前記構成により、試験用チャートは、場の均一性、横方向分解能、検出装置の応答性、蛍光の寿命、ステージの再配置、場の深さ、縦方向及び軸方向の分解能、及びレーザーの安定性が較正され得る。
図４は前記顕微鏡を較正するためのクラスタの種々の配置を含む較正プレートを示す。クラスタ所定の配置は、「試験用チャート」と呼ばれる。これは前記プレートの所定の深さ又は種々の深さに刻印された２Ｄ又は３Ｄパターンを形成する。前記刻印はクラスタがデータワードを形成するように本発明の方法を用いて実施される。較正プレートの使用のために、データワードは所定の蛍光強度に対応することができる。データワードは、例えば、前記クラスタを照射した後再発光の発光レベルの関数としてエンコードされる。
ガラス媒体中では、蛍光クラスタの形成の利点は、それらが時間経過に対して安定である、ということである。蛍光クラスタにより形成されるデータワードは光退色又はクラスタの性質を変え得るその他のあらゆる現象によっては変更されない。特に、本発明の方法では、前記媒体に直接形成され捕捉されたクラスタが変更されることはない。クラスタの安定性は、製造信頼性を持ち較正の高レベル精度を持つ蛍光顕微鏡較正プレートを得ることを可能にする。
図４は、第１の均一な試験用チャート４０を示す。この目的のため、本発明のデータ記録方法は、全域上に均一に、同じ性質を持ち及びプレートの所定の表面及び深さにわたり均一に分布されたクラスタを刻印することを可能にする。この試験用チャートは、顕微鏡の較正の際に、ある領域の均一性が較正されることを可能にする。
試験用チャート４１の第２の例が図４に示される。試験用チャート４１は、顕微鏡の対物側の光学分解能を較正することを可能にする。試験用チャート４１は、本発明の方法によりガラス媒体に３Ｄで刻印された一連の水平直線区分４５を含む。試験用チャート４１のそれぞれの可視直線区分４５は４つの線を含み、それぞれの間隔は非常に小さく、ほぼ前記線幅のサイズである。前記試験用チャート４１の直線区分のいくつかが図５に示される。図５は試験用チャート４１の部分を拡大したものである。
まず、本発明の方法により埋め込まれたクラスタの形状が考慮される。本発明の方法により埋め込まれたクラスタは、約１．６μｍの直径を持つ、図６に示されるある種類のリング６２を形成する。３Ｄではこれはチューブ状構造である。記録読み込みの分散及びノイズの分析は、種々の値をエンコードするために強度レベル曲線が表示されることを可能にする。例えば、１６の所定の蛍光強度に対応する１６のレベル値を得るためなどのように前記クラスタをエンコードすることを可能にする。これらのレベルは、レーザーのパルス数を増加することで得られ、その強度は、本発明によるデータ記録方法の際に約５Ｊ／ｃｍ２である。従って、この方法で像がまたエンコードされ得るが、それぞれの画素は蛍光チューブの形で前記容積内に記録される。
前記リングに近い領域は、中心部分６３及び外部部分６１を含み、前記外部部分は前記リングを形成する部分に比較してほとんど又はより少なく照射された部分である。試験用チャート４１の刻印の際、即ち直線部分を形成するために本発明の記録方法の実施の際に、前記クラスタは、顕微鏡の光学分解能を較正するための水平直線トラックを形成するために刻印される。実際には、２つの線６５、６６が前記媒体中に現れるが、これらは図６に示され、これらは前記リングのトラックに対応し、水平直線により繰り返された本発明の記録方法に対応する。前記直線トラックは、約１．６μｍの前記リングの直径で分離された２つの線を含む。
図５は、それぞれが２つの直線を形成する２つの直線トラックを含む第１の直線区分４５を示す。従って、４つの直線が示される。それぞれのトラックは第１の間隔５１で分離されている。
前記第１の区分の下に示される前記第２の直線区分は、２つの直線トラックを含み、それぞれは２つの直線を形成し、それぞれのトラックは第２の間隔５２で分離されている。
前記第２の区分の下の第３の区分は、２つの直線トラックを含み、それぞれは２つの直線を形成し、それぞれのトラックは第３の間隔で分離されている。
前記第３の区分の下に示される第４の直線区分は２つの直線トラックを含み、それぞれは２つの直線を形成し、それぞれのトラックは第４の間隔で分離されている。
従って、前記試験用チャート４１を、それぞれの下に位置する前記直線区分が、他の１つの区分から他の区分へ増加する前記２つの直線トラックの間の間隔を含むように、較正することが可能となる。
通常は、第１の区分は、最後の区分まで実質的に１００ｎｍに近い間隔を含み、その間隔は約２μｍである。
第３の例は、試験用チャート４２が、複数の均一に分布されたクラスタを含む９個の四角形又は長方形の格子を形成するように構成することを可能にする。前記試験用チャートは好ましくは１７０μｍの深さで刻印される。この深さは、蛍光顕微鏡に最適化され、従って前記通常の顕微鏡観察条件にできるだけ近くに焦点化させることを可能にする。
前記試験用チャート４２は、光電子倍増装置及び／又はレーザーの較正を可能にする。実際、前記試験用チャート４２のそれぞれの四角形は、所定の蛍光強度を含み、即ち、外部光源による前記四角形の照射は、実際にある光度で決定される前記蛍光クラスタの発光を生成する。前記四角形のそれぞれについて、同じ四角形クラスタは同じ特徴を持つ。即ち、前記クラスタを形成するための前記プレートの照射は、単位領域当たりのある所定の蛍光強度を得るように、同じ数及び強度のパルスを用いて実施される。
図４の例で四角形のそれぞれは１６の蛍光クラスタを含み、同じ四角形で照射することで、前記四角形のそれぞの性質が均一となることを可能にする。その結果、それぞれの四角形は適切な照射の後所定の蛍光強度発光することができる。種々の構成が可能であり、四角形の数、その配置及び四角形当たりのクラスタの数に応じて生成することができる。
この試験用チャートの利点は、これは次々と蛍光顕微鏡を較正し比較するための蛍光不変性標準である、ということである。これは、前記較正プレートで形成されるクラスタの高いレベルの安定性によるものであり、また種々の値を較正することを可能にする前記四角形のそれぞれにより発光する蛍光レベルの不変性によるものである。前記蛍光光源は前記プレートに含まれることから、この試験用チャートは、前記プレート上の光ビームの照明及び反射による較正方法の欠点を解消することができる。
１つの例では、それぞれの四角形は、標準値のスケールを生成するように蛍光強度の増加を含む。
試験用チャート４３の第４の例が図４に示される。試験用チャート４３は、線に依存して種々の深さで前記プレート内に刻印された垂直線を示す。この試験用チャート４３は３Ｄ較正を可能とし、顕微鏡部材の領域の深さを正確に与える。領域の深さについての光学部品の測定の較正に精度は、約数百ナノメートルである。
最後に、第５の試験用チャート４４は、前記クラスタの励起後の蛍光寿命の測定及びこれらの同じクラスタにより発光される光子の検出装置に到達する時間を観察することで、前記検出装置の時間応答を較正することが可能となる。この試験用チャートは、蛍光寿命測定のためのシステムを較正することができる。前記クラスタの寿命は安定であり、安定なクラスタを媒体中で形成することができる本発明の記録方法により、光退色にはなんら影響されない。
前記クラスタの蛍光寿命が約数ナノ用である場合には、これにより、顕微鏡の検出装置を、その応答時間と同程度の精度で較正することができる。
試験用チャートの最後の例４８は、顕微鏡のサンプルホルダの位置合わせのためのシステムを較正することができる。
個々に記載された種々の試験チャートは、種々のタイプの顕微鏡を較正することができるが、また光学検出装置又は光源などの全ての他の光学システムも較正することができる。

Claims (17)

  1. 少なくとも１つのドーパントを含む感光性透明材料から形成される媒体上にデータを３Ｄ記録する方法であり、前記方法は、次の：
    − 第１のパルス光源を較正し且つチェックする第１のステップであって、パルス数、発光されるそれぞれのパルスのフルエンスのレベル及び前記パルスのレートを較正することを含むステップと；
    − 前記材料の領域に刻印するステップと
    を含み、
    前記それぞれの発光されるパルスのフルエンス、パルス数及びパルスレートは、前記ドーパントから安定化された蛍光クラスタを形成するように、前記領域において材料を照射するのに好適であり、
    それぞれのクラスタが蛍光発光素子を形成し、
    前記発光素子の蛍光スペクトル及び強度がデータワードをエンコードするための署名に対応し、
    前記安定化されたクラスタを、可視から近赤外線の波長で前記媒体の屈折率及び吸収係数の変化を最小化しつつ得ることを特徴とするデータを３Ｄ記録する方法。
  2. 請求項１に記載のデータ記録方法であり、前記第１の光源は：
    − 前記パルスレートが、前記照射される領域で第３の所定の温度閾値よりも大きい温度を生成するための第２の所定の閾値よりも大きく；
    − 発光光パルスのそれぞれの持続時間が、前記媒体の領域を多重光子イオン化により励起するように前記材料の熱化の特徴時間よりも短く、
    するように、較正されることを特徴とする、データ記録方法。
  3. 請求項１又は２のいずれか一項に記載のデータ記録方法であり、
    前記第１の光源のそれぞれのパルスのレートが１ｋＨｚより大きく；
    前記送られるそれぞれのパルスのフルエンスが、実質的に１Ｊ．ｃｍ−２ に近く；
    前記レーザーの波長が、前記透明媒体のカットオフ波長よりも少なくとも２倍大きい、ことを特徴とする、データ記録方法。
  4. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載のデータ記録方法であり、前記第１の光源が、少なくとも次の２つの光源：赤外線フェムト秒レーザー、赤外線ピコ秒レーザーの少なくとも１つを含むことを特徴とする、データ記録方法。
  5. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載のデータ記録方法であり、前記媒体がガラス状材料から形成され、及び前記ドーパントが、次のタイプのイオン：銀（Ａｇ）イオン、金（Ａｕ）イオン、銅（Ｃｕ）イオンからなる群からの金属イオンの少なくとも１つを含むことを特徴とする、データ記録方法。
  6. 請求項１乃至５のいずれか一項に記載のデータ記録方法であり、前記照射ステップが、安定な照射されたクラスタを形成するように前記媒体の同じ領域上で一組のパルスを含み、前記形成されたクラスタが蛍光発光素子を定め、その蛍光スペクトル及び強度が、前記第１の光源の所定の較正に対応し、署名を定めることを特徴とする、データ記録方法。
  7. 請求項１乃至６のいずれか一項に記載のデータ記録方法であり、前記第１の光源のパルスレートが、実質的に１０ＭＨｚであることを特徴とする、データ記録方法。
  8. 請求項１乃至６のいずれか一項に記載のデータ記録方法であり、
    前記記録方法のステップが、前記媒体の同じ深さに位置する一組の領域上で繰り返され、
    前記同じ深さに位置する一組の領域は層と呼ばれ、前記第１の光源のそれぞれの較正は前記それぞれの所定の領域を刻印するために適切であり、
    前記方法が前記媒体の積層上に繰り返されることを特徴とする、データ記録方法。
  9. 少なくとも１つのドーパントを含む材料から形成されるデータ貯蔵透明媒体であって、前記材料が安定化された照射クラスタを含み、前記クラスタが蛍光発光素子を形成し、そのスペクトル及び強度がデータワードをエンコードすることを可能とすること、
    それぞれの発光されるパルスのフルエンス、パルス数及びパルスレートは、前記ドーパントから安定化された蛍光クラスタを形成するように、前記領域において材料を照射するのに好適であり、
    それぞれのクラスタが蛍光発光素子を形成し、
    前記発光素子の蛍光スペクトル及び強度がデータワードをエンコードするための署名に対応すること
    を特徴とする、媒体。
  10. 少なくとも１つの安定化蛍光クラスタを含む、光学システム用３Ｄ較正プレートであり、
    そのスペクトル及び強度が、光学システムの応答関数に応じて測定光学システムの次の性質：
    − 蛍光強度のレベル；
    − 視野の均一性；
    − 色応答；
    − 前記センサの動力学の較正による時間応答関数、
    の少なくとも１つをチェックするための較正試験用チャートの前記特徴を定めることを可能にする、
    それぞれの発光されるパルスのフルエンス、パルス数及びパルスレートは、前記ドーパントから安定化された蛍光クラスタを形成するように、前記領域において材料を照射するのに好適であり、
    それぞれのクラスタが蛍光発光素子を形成し、
    前記発光素子の蛍光スペクトル及び強度がデータワードをエンコードするための署名に対応する、光学システム用３Ｄ較正プレート。
  11. 請求項１０に記載の光学システム用３Ｄ較正プレートであり、前記光学システムが：顕微鏡、検出装置、光源からなる１つのシステムである、光学システム光学システム用３Ｄ較正プレート。
  12. 請求項１０に記載の光学システム用３Ｄ較正プレートであり、前記試験用チャートが、前記光学システムの光学部品の位置合わせのために前記システムの較正を可能にする、光学システム光学システム用３Ｄ較正プレート。
  13. 請求項１０に記載の光学システム用３Ｄ較正プレートであり、前記試験用チャートが、前記光学システムの光学解像度の較正を可能にすることを特徴とする、光学システム光学システム用３Ｄ較正プレート。
  14. 材料内に３Ｄで刻印された一組の安定化クラスタを局所的に含む変性材料から形成される透明媒体を読み出す方法であり、前記クラスタのそれぞれは光励起の間蛍光を発光し、前記読み取りが：
    − 前記媒体のある領域内に焦点化された第２の光源による照射ステップであって、同じ領域の前記一組のクラスタが「発光素子」と呼ばれる、ステップと；及び
    − 前記発光素子から再発光される光度を捕捉する第２のステップと；
    − 蛍光強度をデータワードに関連付けるためのデコードステップと
    を含む、
    それぞれの発光されるパルスのフルエンス、パルス数及びパルスレートは、ドーパントから安定化された蛍光クラスタを形成するように、前記領域において材料を照射するのに好適であり、
    それぞれのクラスタが蛍光発光素子を形成し、
    前記発光素子の蛍光スペクトル及び強度がデータワードをエンコードするための署名に対応する、変性透明媒体読み取り方法。
  15. 請求項１４に記載の変性透明媒体読み取り方法であり、前記方法が、可視蛍光のみを捕捉するために前記再発光された光の前記励起光をフィルタする第３のステップを含むことを特徴とする、変性媒体読み取り方法。
  16. 請求項１４又は１５のいずれか一項に記載の変性透明媒体読み取り方法であり、
    前記媒体が前記材料から形成される複数の積層を含み、
    １つの層が前記材料中の同じ深さの一組の領域を含み、
    前記第１のステップが、所定の層の領域の発光素子により発光される蛍光と、他の層の領域の発光の発光により発光される蛍光とを識別するために共焦点フィルタの手段により実施されることを特徴とする、変性透明媒体読み取り方法。
  17. 少なくとも１つのドーパントを含むデータ貯蔵透明媒体のデータ読み取り装置であり、前記装置は、３３０ｎｍ〜４５０ｎｍの範囲のレーザーダイオード光を含み、前記媒体の一つの領域は一組の蛍光クラスタを含み、前記一つの領域の一組のクラスタは発光素子と呼ばれ、前記読み取り装置は、前記照射された発光素子の蛍光により発光された光強度の種々のレベルを収集するための手段、及び前記発光をデジタルシグナルに変換して、前記蛍光のスペクトル及び強度に対応するデータワードを形成するための手段を含み、前記読み取り装置はさらに、前記光源に対して前記媒体を移動させ、それにより前記媒体の少なくとも１つの層の一組の領域上での請求項１４乃至１６のいずれか一項に記載の読み取り方法のステップを連続して繰り返す、読み取り装置。
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