JPH04229417A - 情報の光学記憶装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光学的手段によるデータ
の記憶装置に関する。

【０００２】本発明の目的の１つは、従来存在している
装置よりも更に大きい情報記憶容量を有するデータ記憶
装置を提供することにある。

【０００３】

【従来の技術】非常に大きい記憶容量を備えた装置の１
つにデジタル光学ディスクがある。例えば、現在、３０
分又は４０分のビデオ画像を直径３０センチメータのデ
ジタル光学ディスクに記憶することが可能であるが、映
像が高解像度のテレビ画像であるときには、遥かに短時
間のみの記憶が可能である。しかし光学ディスク上に記
憶する原理は、標準の音声及び画像システム用の場合と
同様に高解像度テレビジョン画像用にも非常に有用であ
る。斯かる使用によって、この方式に固有の利点、例え
ば無接触での、従って摩耗を生じない読取りや複数のト
ラックの集合の中から１つのトラックを簡単に探索する
ことにより高速のランダム・アクセスを行なう様な利点
を効果的に利用することも可能である。しかし、この目
的には、現在持っている容量よりも遥かに大きい記憶容
量を持っていることが必要である。

【０００４】記憶容量の改良は、もちろん商用のレーザ
の波長（約０．７μｍ）よりも短波長（例えば０．４μ
ｍ）の読取り用レーザを使用することによって可能であ
る。これは空間解像度の限界は波長が短くなるに従って
大きくなるからである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は光学的形式での
情報を記憶するための容量を更に増大せしめるための手
段を提供することにある。

【０００６】本発明によれば、透過性材料の層のボリュ
ーム内に光学的形式で情報の個々の要素を記憶し、複数
の異なる情報列を前記の層の異る階層に記憶し、希望に
応じて選択した所定の階層の平面への光のビームの集束
を、他の階層に集束することなく、行なうことが出来る
光学手段によって１つの情報列の読取りを行なうことが
提案される。

【０００７】換言すれば、本発明は光学ディスクの読取
りに使用される光ビームが非常に細く、また焦点深度の
非常に浅い大口径の対物レンズによって集束されるとい
う知見に基づいている。更に、この焦点深度の浅いこと
を利用してディスク表面の不純物（塵埃、ひっかき傷等
）が、ディスクの平面に集束しないビームによって「見
え」ない様に、ビームを透過層の下で集束させることが
標準的な手法である。本発明は、数個の情報階層を重ね
合せる場合に於て、この重ね合せた複数の階層の中から
選択された１つの階層に集束出来るように読取りもしく
は書込みの光学的手段の焦平面を移動せしめる手段を設
けることによって焦点深度は非常に小さくなるという事
実を利用するものである。

【０００８】ここで、透過性の層のボリューム内に映像
を記憶せしめることは、ホログラムの形態ではあるが、
既に知られている。公知の様に、ホログラムは透過性の
層中の光学格子の記録物である。これらは格子の形式に
使用される波長のコヒーレントな光の照射をうけるとき
、物体の目に見える映像を再構成することが出来る。 しかしホログラムは、互いに異なる個々の情報を記憶す
るための手段ではない。ホログラムは、個々の情報要素
に分解されず、全体としてのみ復元することの出来る総
体的映像を記憶するために透過性の層の全ボリュームを
使用するものである。これに対して、本発明は情報を１
点ずつ記憶することにのみ関するものであり、即ち各情
報が独立しており、またその情報要素自体のもつ意味を
他の全ての情報要素から分離することが出来、従って他
の情報要素から別個に読取ることが出来る場合の記憶に
関するものである。

【０００９】好ましくは、本発明による情報の記憶用に
使用される材料は、光によって屈折率の変化を誘起し、
ホログラム用に使用される材料と同種の材料である。

【００１０】この様な材料は透明であって、その屈折率
は光のエネルギーの局部的集中の影響をうけて局部的に
変化することが出来る。屈折率の変化は小さいが、その
変化を検知し、また読取り操作を可能にするには十分で
ある。

【００１１】使用される材料は、好ましくは光重合性の
材料である。斯かる材料の有用な側面の１つに、化学的
な成長段階を必要とせずに光学的な形態の情報要素の再
記録を行なうことが出来ることである。

【００１２】好ましくは、情報階層の１つが、他の全て
の階層の基準となる基準トラックを構成する。この階層
は可能な場合には、ホトエッチングに依って最初に得ら
れるマトリックスを使用する標準の加圧成形操作によっ
て他の階層から異なる様に製作することも出来る。

【００１３】記憶層は、好ましくは、読取りモードに於
て、ディスクの表面直下の数段階の異る深さに焦点を形
成することの出来るレーザビーム集束用の光学的手段の
直下で回転せしめたディスクによって形成される。もち
ろん、集束用光学手段は、またディスクの半径方向の全
範囲に渉って読取りが出来るように、ディスクに対して
（標準的な方法で）半径方向に移動させることも出来る
。

【００１４】ディスクのバッチ生産は、複数の異なる階
層に情報をレーザにより記録せしめたマスタディスクを
作製し、複数の階層中に情報を含む透過性の層に３次元
の映像のホログラムを形成せしめ、次いでホログラムに
レーザビームを照射して３次元映像を再構成し、更に光
により屈折率の変化を誘起する透過層に再構成した映像
を投影せしめて、この層中に光によって誘起される屈折
率の変化を生ぜしめて、マスタディスクに対応する層中
に含まれる情報のパターンを再生することによって、達
成することが出来る。

【００１５】即ち、ここに提示した本発明は、新しい情
報記憶装置に関するが、しかしもちろん、またこれに対
応して重ね合せた階層中に含まれる情報を分離すること
の出来る読取り装置並びに光学記憶媒体のバッチ生産の
ための方法にも関するという数種の側面を持っている。

【００１６】

【実施例】情報の最初の記録を行なうためには、本発明
の光学記録装置は、透過性材料の層であって、その中の
重畳階層中に情報の個々の要素を配置した厚い層を使用
する。

【００１７】「厚い層」という言葉は、その層が情報を
記録するために使用されるレーザビームの焦点の位置よ
りも厚いことを意味している。焦点位置は光のビームの
波長と同一次元の寸法であるので（また時としては、寸
法は僅かに小さいこともある）、層の厚さは波長の少な
くとも数１０倍である。可視光線の波長については、焦
点位置の横方向の寸法（最少限にすることが求められる
）は約１μｍを超えて拡張することが出来る。このとき
厚さは１μｍから数１００μｍまでの範囲内にある。

【００１８】この層は、好ましくは軸の回りを回転する
ようにすることが出来る平面状の支持ディスク上に形成
される。

【００１９】図１は透過性の層１２で被覆したディスク
１０の略図である。支持体は例えばガラス製である。必
要ならば支持体１０と情報記憶層１２との間に反射層も
しくは部分反射層を設けることも可能である。

【００２０】本実施例に於て、層１２の材料は光により
屈折率の変化を誘起する光重合性材料である。十分なエ
ネルギーのレーザビームが、その層内の小部分に集束す
ると、この部分内に前記層の屈折率に局分的な変化を生
じるようにすることが出来る。屈折率の変化は１０％以
上に達してもよい。この変化は著じるしく非直線的であ
り、即ちエネルギー閾値があり、それより下では事実上
変化を生ぜず、閾値以上では急激な変化を生じる。

【００２１】屈折率の著じるしく局部的な変化は、ディ
スクの表面下の種々の深さで光により誘起される。この
種々の深さによって階層の境界が決定される。情報要素
は、ある点では、２進情報要素であり、屈折率の局部的
な変化はそれぞれ情報の１ビットに対応している。当然
ながら、このことは、実際にはアナログ要素である情報
要素をも記憶できることは否定するものではない。例え
ば有用な情報は、屈折率に局部的変化を生じた部分の長
さであり、更にまた２つの連続する局部的な屈折率の変
化の間の距離のこともまたあり得る。

【００２２】以下に更に説明する様に、透過性の層は情
報を含み、また例えば内部階層の情報を読取るための基
準トラックを構成するエッチングした樹脂の層１４で被
覆することも出来る。

【００２３】情報を記憶するためには、光学記録用の針
を使用する。この光学記録針は、ディスクの表面に対し
て垂直に移動出来る光学的手段、もしくは異なる深度で
数個の焦点を生じる様に固定された手段を有する。

【００２４】図２に単一のレーザ２０を有する記録手段
とディスクの表面から異なる高さに位置する部分的に透
過性の数個のミラーＭ１，Ｍ２，Ｍ３上にレーザビーム
の一部を方向づける手段、及びディスク上のこれらのミ
ラーのそれぞれの高さに直接関係した深さの位置に非常
に狭い焦点（レーザビームの波長又は半波長程度の大き
さを有する）を生じる焦点用対物レンズ２２についての
実施例の説明図である。

【００２５】例えばミラーＭ１により反射したビームは
平面Ｐ３等に焦点Ｓ２等を生じる。

【００２６】全てのミラーの高さは、Ｐ１，Ｐ２等の平
面が、例えば数１０μｍの値の非常に精密な距離で分離
されるように計算される。

【００２７】透過性のディスク１２は、回転するときに
、レーザビームの直下で回転しながら移動する。

【００２８】光学的手段もまたディスクの軸に関して半
径方向に移動する。この様にして、ディスクの全有効表
面が記録用レーザビームによって走査される。この走査
は情報階層の各々に対して行なうことが出来る。

【００２９】光変調器（ポッケル・セルその他の装置）
が各焦点に対応するレーザビームの経路中に介在し、従
って、これらの光変調器ＭＤ１，ＭＤ２等は層１２のボ
リューム中に記録される情報の各階層に対応している。 光変調器は、記録される情報に応じてビームを通過して
、屈折率に変化を生じるか、又はビームを中断せしめて
屈折率を未変化のままに保持する。変調命令及びディス
クの相対移動と焦点の相対移動との間に同期がとられ、
従って全ての情報要素が明確な空間分散配置をとって再
記録される。

【００３０】記録点間の間隔はディスクの解像度、即ち
実際には対物レンズ２２によって生じる焦点の横方向の
寸法に、関係している。２つの記録点は、この焦点の横
方向の寸法程度の距離、例えばレーザビームの波長又は
半波長程度の距離だけ離れている。

【００３１】深さ方向の間隔については、情報要素を順
次読取ることが可能か否かにより決定される。階層間の
間隔は、所定の階層が隣接する階層に対して情報要素の
妨害を生じない様に焦点の垂直方向の大きさの数倍もし
くは数１０倍にすべきであると言われている。この様に
して光のエネルギーは屈折率に変化を生じる様に所定の
階層の１点に効果的に集中され、他の階層に対する焦点
をぼかして屈折率に変化を生じることはない。

【００３２】図２を参照して記録装置について実施例に
よって以下に説明する。１個のミラーのみと１個の光学
変調器のみを設けることは全く可能である。光学的集束
装置はその全体を、ディスクの表面下種々の深さの位置
にビームを集束させるためにディスクの表面に対して相
対的に移動することが出来る。また各階層は、同時より
はむしろ継続して記録される。

【００３３】ディスクにはレジンの表面層を設けて、そ
の層に情報読取りトラックをフォトリソグラフィによっ
てエッチングすることも可能である。この情報読取りト
ラックはその内部の階層に対する基準として使用するこ
とが出来る。即ち各階層の情報要素は、フォトエッチン
グした樹脂層の基準トラックの下にあるトラック上に配
置される。

【００３４】感光性の樹脂に、例えば情報平面Ｐ０に対
応して記録、現像後、ディスクは図３の様な構造をとる
。表面には、樹脂１４中に配置された穴により構成され
る情報要素を有するフォトエッチングされたトラック（
標準の光ディスクのトラックに類似）が在り、また内面
には複数の異なる集束平面Ｐｉ　中に分散し、表面のト
ラックに垂直に配置された複数のトラックがある。これ
らの全体に対して内部に配置されたトラック中には、層
全体の屈折率Ｎから局部的に異なる屈折率Ｎ＋ｄｎによ
って特徴付けられる、光によって誘起された情報要素が
ある。

【００３５】図４は、図３の構造に対応する概略の透視
図である。

【００３６】ここで、ある種の材料については局部的に
変化した屈折率Ｎ＋ｄｎと層の残りの部分の屈折率との
間の相対的な差を増加せしめる様に熱処理を行なうこと
も可能であることに特に言及したい。

【００３７】この様にして大量の情報を含んでいるディ
スクが作製される。このディスクは読出して使用する目
的に利用することも出来るが、また同一の情報を含むデ
ィスクのバッチ生産用のマスタディスクとしても利用出
来る。

【００３８】上記の様に作製したマスタディスクを読出
すために、またはマスタディスクの複製によって得られ
たコピーディスクを読出すために、下記の方法がとられ
る。

【００３９】ディスクを読取り装置に入れる。この装置
は、ディスクを覆っている透過性の層中のボリューム内
にある複数の異なる階層に読取りビームを集束させるた
めの手段を有している。１個のビーム及び垂直移動手段
のみを有すること、又は数個のビームを設けて、その各
々に焦点を設定することも可能である。レーザビームの
エネルギーはもちろん情報を含んでいる層内に屈折率の
変化を生じない程度に十分に小さい。

【００４０】図５に複数のビームと、それぞれの焦点を
生じるための独立した複数の光学手段を有する読取り手
段を示す。ビームはレーザ４０によって生成し、セパレ
ータ４２により数個のビームに分割され、各ビームを例
えば光ファイバ４４０，４４１等で各焦点合せ用の光学
手段４５０，４５１，４５２に導入することも出来る。 この光学手段により、個々のビームは部分的に透明なミ
ラー４６０，４６１，４６２に集束され、そこから対物
レンズ４８に送られ、ディスク１０の透過性の層１２内
の各深さ（それぞれの情報階層に対応する深さ）に集束
される。

【００４１】各ビームについては、層内の屈折率に局部
的な変化があるために、ビームの一部に後方反射を生じ
る。焦点位置で反射したビームの部分は、対物レンズ４
８に送り返され、各ビームに対応するミラー４６０，４
６１，４６２等上に集束される。反射ビームはそこから
、対物レンズ４５０，４５１，４５２等とミラー４６０
，４６１，４６２等との間に挿入されているそれぞれ付
属の半透過性ミラー５００，５０１，５０２等に送られ
る。

【００４２】それぞれの付属のミラーによって送られた
反射ビームは、最終的には、光検出器ＰＤ０，ＰＤ１，
ＰＤ２等に送られる。各光検出器はそれぞれの情報階層
に対応しており、各階層内で読取った情報に対応する信
号を発生する。

【００４３】光ビームの集束が強ければ、２つの情報階
層の間の距離よりもはるかに寸法の小さい焦点を生じ、
１つの階層で得られた情報を近在する階層に対して妨害
することなく集めることが可能となる。近在する階層は
そのビームによって「ぼやけた」状態に見え、対象とな
っている階層の読取りを殆んど妨げることはない。

【００４４】読取りヘッドのサーボ制御は、半径方向と
垂直方向の標準のサーボ制御方法（全ての標準の光ディ
スクに使用される方法）で、好ましくは基準トラックと
して樹脂１４にエッチングした表面トラックＰ０を使用
することによって、行なうことが出来る。

【００４５】ここで説明する装置は、照射ビームの光伝
送と反射ビームの逆方向の伝達に関しては、全く実施例
の方法によって得られるが、標準の光学的観点から、即
ち光ファイバを使用するその他の多くの可能な方法が考
えられる。

【００４６】読取り用の光源は単色でもよく、またスペ
クトル幅の広い光源でもよく、更に各情報階層に割当て
られた異なる波長を有する数種の光源より構成してもよ
い。後者の場合には、反射ビームは各光検出器に唯一の
明確に限定された波長のみが対応する様に濾波すること
も可能である。

【００４７】レーザビームが焦点に於て屈折率に約１０
％の局部的変化をうけると、ビームエネルギーの約１０
００分の１が元の方向に反射されるものと推定される。 この部分が光検出器によって集光され、情報ヘッドの代
表的な出力信号を生ずる。

【００４８】この値は比較的小さいために、局部的に特
に厚い特異点を有する屈折率の変化した平面上で、ビー
ムを反射させることによって生じる光の位相ずれを利用
する様な検出方法を用いることが好ましい。この方法を
図６を参照して以下に説明する。

【００４９】透過性の層１２内の情報層は、記録時に屈
折率が連続的に変化した連続する内部層として定義され
る。この層内の屈折率はＮ＋ｄｎである。更にＮ＋ｄｎ
の屈折率を持つ層は局部的な特に厚い特異点を有し、そ
の有無によって記録情報が表わされる。

【００５０】レーザビームがＮ＋ｄｎの屈折率を持つ層
又は特に濃密な特異点に完全に反射されると、光は送り
返される。しかしビームがその層上で半分反射し、また
局部的な特に厚い特異点で半分反射されるときは、ビー
ムのその特に厚い特異点で反射した部分は、層の残りの
部分によって反射したビームに対して位相ずれを生じる
。この位相ずれはその特に厚い特異点の高さｅと波長の
間の比に関係している。これはまた屈折率の変化ｄｎに
比例する。特に厚い特異点の高さｅが波長及び屈折率の
変化ｄｎの関数として正確に選択されたときは、位相ず
れは１８０゜になる。このとき特に厚い特異点に対して
相対的に回転状態にあるビームが特に厚い特異点の縁端
部を通過する短い瞬間的な時間があり、ビームの半分が
残りの半分に対して１８０゜の位相ずれを以て反射する
。反射したビームは瞬間的に「消失」され、この消失を
検出してもよい。

【００５１】他の読取り法を使用することも出来る。そ
の方法を図７に図解した。

【００５２】この方法は透過性の相の後面での反射を読
取り操作に使用するものであって、この場合情報要素は
伝達中に実際に解析される。即ち焦点は、情報平面中に
、しかし後面での反射後に生じる。屈折率の局部的な変
化を生じないときは、全ビームが透過性の層を通って光
検出器の方向に戻る。屈折率が局部的に変化すると、ビ
ームは分散して比較的少量のエネルギーが光検出器によ
って捕集される。

【００５３】更にフォトエッチングされた樹脂をこの後
面上に図７に示した様に配置してもよい。

【００５４】同一の情報を保有するディスクをバッチ生
産することが望まれるときには、２種の方法を採用する
ことが出来る。

【００５５】第１の方法では、ディスクは全て、図２に
関して説明した方法で、透過性の層の各階層中の情報点
を１点ずつ書出す記録用レーザを使用して生産される。

【００５６】第２の方法は、大量バッチ生産に適した方
法であって、この方法に於ては図２に説明した様な記録
を行なうレーザからマスタディスクを生産し、次いでこ
のマスタディスクからコピーしたディスクを複製によっ
てバッチ生産する。複製方法は、総合複製及び逐次複製
のいずれかによる。

【００５７】総合複写法によるバッチ複製については、
本発明による下記の手順を使用する。即ちマスタディス
クを用いて感光性の材料中にボリューム・ホログラムを
生成する（これは更に光に対して非感光性となる様に化
学的現像によって固定することも出来る）。高エネルギ
ーのコヒーレント光の平面波の照射によって作られたホ
ログラムにより、マスタディスクが含んでいる情報によ
るマスタディスクの３次元映像を再構成することが出来
る。この映像は、光によって屈折率の変化を誘起した透
過層で被覆したコピーディスク上に投影される。この高
エネルギーの光の投影によって、コピーディスクの透過
性の層中での屈折率の所望の局部的変化が促進され、そ
の結果マスタディスクが含んでいる全ての情報を有する
マスタディスクの忠実なコピーが完全に複製される。

【００５８】マスタディスクの表面トラックが感光性樹
脂のエッチングによって作られており、光による屈折率
の変化によって作られたものでないときには、作製され
たコピーディスクは対応する表面トラックをプレスによ
って得ることが好ましい。プレス技術は現在使用されて
いるディジタル光ディスク用に利用されている標準の技
術である。プレスはホログラムの露光の前もしくは後の
いずれの時点で行なうことも出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による光ディスクの概観図。

【図２】厚い層中の複数の階層による情報の書込みの原
理図。

【図３】階層により情報を記録した本発明のディスク断
面の略図。

【図４】図３に対応する透視図。

【図５】記録した情報を読取るための装置の説明図。

【図６】差分読取りの原理の説明図。

【図７】予備反射による読取り方法の説明図。

【符号の説明】

１０　　支持体 １２　　透過性の層 １４　　樹脂の層 １２　　透過性のディスク ２０　　レーザ ４４０，４４１　　光ファイバ ４５０，４５１，４５２　　対物レンズ４６０，４６１
，４６２　　ミラー ４８　　対物レンズ

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】情報の光学記憶用の装置であって、情報の
   要素が透過性材料の層のボリューム内に記憶され、異な
   る情報列が層の異なる階層中に記憶されており、１列の
   情報要素が、読取りモードに於て、任意に選択した階層
   の面に、他の階層上に光のビームを集束することなく、
   光のビームを集束することの出来る光学手段を通してア
   クセス可能であることを特徴とする光学記憶装置。
2. 【請求項２】請求項１記載の装置において、透過性材料
   の層が平面状のディスク上に形成され、その平面状のデ
   ィスクがその平面に垂直な軸の回りを回転することが出
   来ることを特徴とする光学記憶装置。
3. 【請求項３】請求項２記載の装置において、透過性材料
   がインデックス内に光により変動を誘起する物質である
   ことを特徴とする装置。
4. 【請求項４】請求項１乃至３のいずれかに記載の装置内
   に情報を書込むための方法であって、　　情報の要素を
   含む層によりマスタディスクを形成するステップと、マ
   スタディスクの層のホログラムを形成するステップと、
   ホログラムから、及びコヒーレント光のビームからマス
   タディスクの層の３次元映像を再構成するステップと、
   光によって屈折率の変化を誘起する透過性の層で被覆さ
   れたディスク上に、前記の再構成された映像を投影する
   ステップと、前記透過性の層内に、情報の要素を含む層
   の模写映像を創出するステップとより成ることを特徴と
   する方法。
5. 【請求項５】請求項１乃至４のいずれかに記載の方法の
   遂行のための情報媒体であって、前記の層のボリューム
   内に光学的形式で記憶され、また数個の階層間に分散さ
   れた情報の個々の要素を含んでいる透過性の層で被覆さ
   れた平面状のディスクによって構成されていることを特
   徴とする情報媒体。
6. 【請求項６】請求項５記載の媒体であって、その１面に
   透過層のボリューム内に含まれる情報要素へアクセスす
   るための基準として機能するエッチングされた１本のト
   ラックを有するディスクであることを特徴とする媒体。
7. 【請求項７】透過性材料の層内に記憶された光学情報を
   読取るための装置であって、光のビームを数個の可能な
   階層から選択された前記透過性材料の層の任意の階層の
   平面中に光のビームを集束することの出来る光学的手段
   と、前記の選択された階層内に記憶された情報要素によ
   って専らプロンプトされるビームの障害を検知する手段
   とを有することを特徴とする光学情報の読取りのための
   装置。