JPH11345419A - 再生専用多重ホログラム情報記録媒体及び情報読み出し方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 安価で大容量の再生専用多重ホログラム情報
記録媒体を提供する。 【解決手段】 シングルモード平面型光導波路を多層に
積み重ねた再生専用多重ホログラム情報記録媒体におい
て、各導波路内のコア層１２及びクラッド層１１の少な
くとも一方に導波モードの周期とほぼ等しい周期を有す
る周期的散乱要因を設け、該導波路の導波光１６が前記
周期的散乱要因により導波路外に回折されてホログラム
像２０を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、再生専用多重ホロ
グラム情報記録媒体に関し、磁気カードやＩＣカードの
様に、持ち運び容易なメモリーカードとして利用して好
適な情報記録媒体である。偽造や複製が困難であるた
め、電子商取引用認証カードとしての使用、また、記億
容量が大きくかつ安価に生産できるため、ＣＤ、ＣＤ−
Ｒ０Ｍ、ＤＶＤ等の様に、音楽や映像ソフトあるいはコ
ンピュータのソフトウエアの配布等の用途に好適であ
る。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来よ
り、ポケットに入れて持ち運び可能な情報カードとして
は、テレフォンカードの様な磁気カードが一般に用いら
れている。また、近年ではＩＣカードが登場し、電子商
取引への適用が考えられている。磁気カードは安価では
あるが、偽造の危険性があり、また、ＩＣカードは偽造
は困難であるがビット単価が高価になってしまうという
欠点がある。

【０００３】一方、偽造が困難で記憶容量の大きな情報
記録技術として、ホログラフィーを用いた記録技術が考
えられる。ホログラフィーを平面ホログラムと体積ホロ
グラムとに分類すると、体積ホログラムは記憶容量に優
れるものの、情報転写技術が存在せず大量生産には不向
きであり、認証カードやソフト配布用等の再生専用メモ
リーへの適用は困難である。

【０００４】また、平面ホログラムは、印刷技術を応用
した大量生産が可能ではあるが記憶密度が制限され、情
報再生装置のサイズや使い勝手を考慮に入れれば、ＩＣ
カードに較べて魅力に欠ける。この欠点を補うべく記憶
容量を大きくするため、この平面ホログラムを多層に重
ねたとしても、通常の再生方法では各層からのホログラ
ムが同時に再生されるためクロストークが大きく、必要
な情報を取り出すことができない。

【０００５】本発明の目的は、携帯型カードや情報記憶
装置用媒体として適用可能な、安価で大容量の再生専用
多重ホログラム情報記録媒体を提供することである。更
なる目的として、情報読み出し速度を向上させる再生専
用多重ホログラム情報記録媒体を提供することがある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】従って、本発明は、シン
グルモード平面型光導波路を多層に積み重ねた再生専用
多重ホログラム情報記録媒体において、各導波路内のコ
ア層及びクラッド層の少なくとも一方に導波モードの周
期とほぼ等しい周期を有する周期的散乱要因を設け、該
導波路の導波光が前記周期的散乱要因により導波路外に
回折されてホログラム像を形成する情報記録媒体を提供
する。即ち、偽造が困難で大量生産可能な平面ホログラ
ムの原理を用い、この平面ホログラムを多層に重ね、か
つ、各層からのホログラムを独立に再生する事を可能に
する。

【０００７】通常の平面ホログラムでは、像を再生する
ための光（参照光）の外部からの入射方向や波長を変え
て像の位置や倍率、回折方向を変化させたとしても、参
照光が回折されることには変わりなく、即ち、平面ホロ
グラムを重ねた場合、参照光をどのように入射させよう
が、個々の平面ホログラムに参照光が達する限り、クロ
ストークは避けられない。本発明では、各平面ホログラ
ムを導波路に埋め込み、導波光を参照光として用いるこ
とで、着目しているホログラム以外には参照光が達しな
い構造となっている。

【０００８】典型的には、前記多層平面型導波路の少な
くとも一端面を導波面の法線に対してほぼ４５゜カット
した反射面とし、導波面に対して本質的に垂直な方向か
ら前記反射面に光を入射させて導波路内に光を導入して
も良い。前記多層平面型導波路が対向する二端面を有す
る場合、両二端面を前記４５゜カット反射面とし、各端
面から入射した導波光が当該導波路平面内で重なり合わ
ないように光の導入部位を設定できる。更に、このよう
な多層平面型導波路を導波路平面方向に沿って複数枚並
べて接着して一枚のカードとしても良い。

【０００９】また、前記多層平面型導波路を円盤形状に
し、該円盤の外周方向に光が導波するように円盤中央部
に光導入部を設けても良い。典型的には、前記光導入部
が、円盤面に対してほぼ４５゜にカットされた円錐側面
形状を有する反射面であり、円盤面に対して本質的に垂
直な方向から前記反射面に光を入射させて導波路内に光
を導入するようにできる。この場合、 ・前記反射面に、光を導入する結合点が、同心円状に円
周に沿って周期的に複数設定され、 ・導波光が、前記各結合点から円盤の外周方向に向かっ
て所定角度の広がりを有する扇型状に伝搬し、 ・前記所定角度が、各結合点に対応する扇形部が互いに
重ならないように設定される ようにすると、結合点が円盤の中心付近に円形に集中す
ることとなり、この円周上にヘッドを１つおき、円盤を
回転させて次々と各扇形の導波路ヘとアクセスすること
が出来るので効率的である。

【００１０】一般に、直線的な機械移動読み出しより
も、回転読み出し形式の方がはるかに構造が簡単で、更
にアクセスが高速である。また、異なる層の情報を読み
出すときに、光源のレンズなどを動かす必要があるのは
カード型の場合と同様であるが、せいぜい１ｍｍの範囲
内であり、このストロークで高精度な微動機構（アクチ
ュエータ）は光ディスク装置などの技術において一般的
なものであり、高価なものではなく、また応答も１ｍｓ
程度と高速である。また、円盤状情報記録媒体を回転さ
せて情報を読み出す場合、導波光のうちの回折されない
成分を媒体外部に取り出して同期をとることが可能であ
る。即ち、本発明によれば、ホログラムの書き込み面
積、情報読み出し速度の双方を大幅に向上させることが
できる。

【００１１】なお、特開平９−１０１７３５号公報に、
多層記録ホログラムを使用した情報再生技術が開示され
ているが、ここでは一部または全部が光学記録材料から
構成されており、情報の記録は光の干渉縞で行われ、参
照光により情報を読み出すので、多層のホログラムを記
録する段階で物体光が全ての層を通過することになる。
その一方で、必要な信号強度を得るためにはある一定量
の露光を行わなければならず、この方式では、Ｓ／Ｎ比
は層数の２乗に反比例して減衰する。これに対し、本発
明では、上述のようにホログラムはあらかじめ目的とす
る層に作り込まれ、導波光で読み出しを行うので、Ｓ／
Ｎ比は層数の１乗に反比例して減衰するのみである。即
ち、本発明とは構成及び作用が異なるとともに、多層化
に関して根本的な問題を有すると言える。

【００１２】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。なお、本発明はこれら実施
形態に限定されるものではなく、様々な変形、応用形態
が可能である。

【００１３】第１実施形態 図１は、本実施形態による再生専用多重ホログラムカー
ドの構造、及び、光の入出力方法を説明する図である。
図１に示すように、このカードは、「クラッド１１−１
／コア１２−１／クラッド１１−２／コア１２−２／…
…／クラッド１１−ｎ」の様な周期層構造となってお
り、何れの”クラッド／コア／クラッド”単位において
も、使用するレーザー光１３の波長において、平面型シ
ングルモード導波路となっている。この平面型光導波路
は、石英やプラスチックなどの板状の透明な媒質をコア
層とし、それよりも低い屈折率の媒質で挟んだ構造の、
いわゆるスラブ光導波路であり、コア層に光を閉じこ
め、面内方向に伝搬させることができ、光通信用の部品
に応用できる。再生専用多重ホログラムカードは、この
ような平面型導波路を幾重にも重ね、かつ、後述のよう
に各導波層がホログラムを備えるものである。

【００１４】ここで、符号１４は凸レンズを示すが、シ
リンドリカル（円柱）レンズでも良い。重ね合わせられ
た平面導波路の端面の少なくとも一カ所は、導波路平面
に垂直な方向（法線方向）に対して４５゜の角度を持つ
反射面１５となっている。再生用レーザー光１３の焦点
が、ある目的の導波路の４５゜にカットされたコア層部
分に結合するように、凸レンズ１４の位置が調節され
る。ここで、反射面１５が露出している場合は全反射と
なり、反射面に特別に反射層を設ける必要はないが、耐
久性を持たせるために樹脂などで保護する場合には、反
射層として誘電体膜や金属膜を形成しておく必要があ
る。

【００１５】また、レーザー光１３を導波させるために
は、凸レンズ１４の開口数（ＮＡ，Numerical Apertur
e）は、導波路のＮＡ以下でなければならない。一方、
ＮＡを小さくするとレンズの集光スポットが大きくな
り、シングルモード導波路の場合には、空気中から直接
導波路に光を結合させようとすると、スポットサイズは
常に導波路の幅を超えてしまい、結合効率を１００％に
することはできない。

【００１６】なお、レンズのＮＡ（ＮＡ_L)は、レンズの
直径を２Ｄ、焦点距離をｆとして ＮＡ_L＝Ｄ／√（ｆ²＋Ｄ²） と定義し、一方、導波路のＮＡ（ＮＡ_WG)は、コア層の
屈折率をｎ_a、クラッド層の屈折率をｎ_cとして、 ＮＡ_WG＝√（ｎ_a ²−ｎ_c ²） と定義する。

【００１７】図１に示すように、反射点１８から導波路
に導入された光は、導波光１６となって導波路内の主に
コア層中を、反射点（導波光の結合部位）１８を要とし
て扇状に拡がりながら進行する。ここで、扇の拡がり角
度は、２ｓｉｎ^-1（ＮＡ_L）となり、凸レンズ１４の選
択によって変更が可能である。なお、レンズ１４として
シリンドリカルレンズを用いた場合は、扇状に拡がる光
でなく、一定幅で進行する導波光となる。

【００１８】導波光１６は、コア層もくしはクラッド層
に設けられた散乱要因（ホログラム）１９によって部分
的に散乱され、導波路外に漏れ出すが、散乱要因１９が
周期構造を持っていると、各散乱要因からの散乱光の位
相が合致する方向が存在し、その方向に回折光１７とな
って進むために導波路外にも光が進行し、それがホログ
ラム像２０を形成する。このホログラム像を電荷結合型
素子いわゆるＣＣＤ等の２次元光ディテクタで取り込む
ことにより、情報読み出しが出来る。また、図１中の凸
レンズ１４を動かすことによって光を伝搬させる導波層
を変え、それぞれの層に記録された情報を別個に読み出
すことが出来る。

【００１９】図１において、散乱要因を、コア層とクラ
ッド層層の界面に設けた場合、もしくは、いずれかの層
中に設けた場合、のいずれにおいても、回折光は、上下
方向に出てくる。ここで言う周期散乱要因とは、具体的
にコア／クラッド界面の周期的荒れや、周期的屈折率変
調を指すが、導波光を部分的に導波路外に漏れさす要因
が周期的に存在すればよい。具体的には、ホログラムパ
ターンに合わせてコアの屈折率または吸収率または厚み
などを変調する。このうち最も簡単なのは厚みの変調で
ある。例えば、所望のホログラムを形成するように予め
計算された凹凸模様を金属などの堅い材料の原盤上に形
成し、この原盤を版として印刷技術を用いてプラスティ
ックシートに凹凸模様を転写し、このシートをコアもし
くはクラッドとして用いればよい。これにより、従来の
ＣＤ等と同様に、同じ内容（情報）が記録された媒体の
大量生産が可能である。

【００２０】ここで、ホログラムによる回折効率を、例
えば０．１％のように低めに設定することが、クロスト
ークを抑制する上で重要である。他の方法として、例え
ば、紫外線硬化樹脂をコアもしくはクラッドとして用
い、紫外線によるパターン照射を行っても良い。あるい
は、電子打ち込みにより周期的屈折率変調パターンを描
画することも可能である。

【００２１】次に、ここで述べた、導波路への光の結
合、シングルモードでの光の導波、ホログラム像の生成
の概念を実現するための、屈折率や膜厚等のパラメータ
ーについて説明する。レーザー光１３の波長をλ、コア
の屈折率をｎ_a、厚みをｄ_a、クラッドの屈折率をｎ_c、
厚みをｄ_cとする。なお、コア、クラッドともに、波長
λにおいて吸収の小さな材料を選ぶ必要がある。

【００２２】まず、導波路がシングルモードであるため
の条件は、下記式（１）で示される。 ｄ_a ＜ λ／２√(ｎ_a ²−ｎ_c ²) （１） 例えば、コア層としてＰＭＭＡ（ｎ_a＝１．４９２）を
用い、クラッド層としてｎ_c＝１．４８０の紫外線硬化
樹脂を選び、波長（λ）６８０ｎｍの半導体レーザーを
光源とした場合、コア層の厚みは、１．８μｍ以下にす
る必要がある。

【００２３】なお、この屈折率の組み合わせを選択した
場合、導波路のＮＡはＮＡ_WG＝０．１８９となるので、
レンズのＮＡも同じくＮＡ_L ＝０．１８９とすると、焦
点位置のスポットサイズは、（エアリーディスクの直径
（＝１．２λ／ＮＡ_L）で）４．３μｍとなる。この値
は、コア層厚１．８μｍに較べて大きいので、結合効率
は、円形凸レンズの場合７１％、シリンドリカルレンズ
の場合７７％となる。

【００２４】次に、導波路が多層に積み重なっているこ
とによる層間のモード結合について説明する。一定周期
で、”クラッド／コア”のペアが積み重なっていると
き、第ｊ層にのみ光を入力して、ｚ方向に導波していく
とする。ｚ方向に導波するにつれ、隣接したコアに次々
と光が漏れだしていく。これが、層間のモード結合であ
る。

【００２５】第j層およびその近隣の第j±ｎ層の導波光
の振幅（Ａ_j±_n）は、ｚの関数として、 Ａ_j ＝Ｅ₀Ｊ₀（κz） Ａ_j±_n＝Ｅ₀Ｊ_n（iκz） の様に表される。ここで、Ｅ₀ は入力した光の初期振幅
で、Ｊ_m はｍ次のベッセル関数、ｉは虚数単位を表す。
κは、Ｗ_jを第ｊ層の（ｊ層にしかコアが無い場合の）
導波モードとして、 κ＝（（ｎ_a ²−ｎ_c ²）λ／(２π) ）＜Ｗ_j｜Ｗ_j-1＞ （２） で、定義される。ここで、λは波長、ｎ_aはコアの屈折
率、ｎ_cはクラッドの屈折率、＜Ｗ_j｜Ｗ_j-1＞は、Ｗ_j×
Ｗ^* _j-1を第ｊ−１層のコアの空間で積分した値である。
但し、Ｗ^* _j-1はＷ_j-1の複素共役で、かつ、Ｗ_jは「Ｗ_j
Ｗ^* _j」を全空間で積分すると１になるように規格化され
ているものとする。

【００２６】今の場合、上記の厳密な議論は必要ではな
く、クロストークを小さく押さえる条件を与えれば良い
ので、最近接の層へ寄与（Ａ_j±_n）のみを考えれば良
い。κｚが小さいとき、 Ａ_j±_n≒ｉκｚ／２ であるから、モード結合によるクロストークを小さく抑
えるためには、導波距離をＬとして、κＬが１より十分
小さいことが必要である。

【００２７】例えば、ｎ_a＝１．４９２，ｎ_c＝１．４８
０、コアの厚みが１．７μｍ、クラッドの厚みが６μｍ
の時、κ≒０．１８ｍ^-1であるから、隣接層への結合
は、５ｍｍの導波距離で、振幅で約０．１％、強度で約
１０^-4％であり、十分小さいことが分かる。つまり数ｍ
ｍしか導波させない場合には、モード結合によるクロス
トークは無視できるほど小さい。

【００２８】なお、レーザー光１３を所定の反射点１８
に集光する際の、「クラッド／コア／クラッド／コア／
……」の多層膜による反射減衰量は、クラッドとコアの
屈折率差が小さいときは、レンズと導波路との結合損失
に較べて無視できる大きさである。例えば、上記の例
（ｎ_a＝１．４９２、ｎ_c＝１．４８０）では、干渉効果
によって最悪の膜厚を選んだとしても、”クラッド／コ
ア”の１ペアあたりの反射率は１０^-5のオーダーであ
り、例えば１００組の導波層を垂直に通過しても、９９
％以上の透過率を保つことができる。最も反射滅衰の大
きな部分は、空気と最上層のクラッド層との界面である
が、それでもせいぜい３．９％の反射率である。上述
の、反射減衰効果が無視できるという事は、回折光に対
しても同様であって、導波面に対して垂直に近い方向に
回折される光は、多層膜による影響をあまり受けない。
また、回折光が、他の層の周期散乱要因によって再回折
されることは、元々の回折効率を低く設定しておくこと
で、無視できるレベルまで小さくすることができる。即
ち、元の回折効率をηとすると、再回折される光量は、
各層あたり最大でη²であり、η＝０．５％とするとη²
＝２．５×１０^-5であるから、１００層すべてで最大の
再回折がある最悪の場合を考えたとしても、回折効率は
半分に落ちる（２．５×１０^-5×１００＝０．２５％）
にすぎない。

【００２９】記憶容量は、使用波長（λ）やカードの面
積（Ｓ）、及び、層の数（Ｌ）によって異なる。エラー
補正を考えない場合の記憶容量は、おおよそ、Ｓ×Ｌ×
λ^-2であるから、名刺サイズ（Ｓ＝５．４×９＝４８．
６ｃｍ²）の１ｍｍ厚（Ｌ≒１００）媒体と、赤色半導
体レーザー（λ＝６８０ｎｍ）を用いると、１３１ＧＢ
（ギガバイト）の容量となり、エラー補正用コードの使
用による情報量の減少を考慮したとしても１００ＧＢ程
度の容量となるので、ＤＶＤの４．７ＧＢに比較しても
大容量であることがわかる。

【００３０】次に、周期散乱要因について述べる。ま
ず、周期性について説明する。導波路の伝搬定数βを２
π／λ'（λ'は導波モードの周期）、散乱要因の周期を
Λ、導波光の真空中での波長をλとすると、導波方向と
回折光のなす角度θは、下記式（３）で与えられる。 ｃｏｓθ＝λ（１／λ' − １／Λ） （３）

【００３１】ここで、導波光がｚ方向に進行するとし
て、ｘ方向に導波路の閉じ込めがあるとすると、導波光
の電場振幅が以下のように表される（参考：Amnon Yari
v, "Optical Electronics (4th edition)", ISBN0-03-0
47444-2, Saunders College Publishing, pp. 479-48
7）として、伝搬定数（β）を定義した。

【数１】

【００３２】即ち、散乱要因の周期が導波モードの周期
と一致すれば、ほぼ垂直に回折されることがわかる。本
発明の再生専用多重ホログラムカードをプラスチック等
を原料として作製した場合には、熱膨張による散乱要因
の周期変化、即ち、下記式（４）を考慮しなければなら
ない。 Λ＝Λ₀＋ξδＴ （４） ここで、ξは線膨張率、δＴは温度変化を示す。この
時、θ≒π／２であれば、回折角度の変化δθは、下記
式（５）となる。 δθ ≒ −λξδＴ／（Λ ｓｉｎθ） （５）

【００３３】ここで、ξは１０^-4〜１０^-5Ｋ^-1のオーダ
ーなので、δＴ＝±２０℃の範囲で、ホログラムの大き
さによらず、回折角度変化は２×１０^-3ｒａｄ（±０．
１゜）以下におさまる。この角度変化は小さいが、それ
でも、ホログラムの精細度を上げると微小回折角度変化
がデータ再生に影響を及ぼすので、再生装置の設計には
注意を要する。例えば、回折光を実像として、そのまま
各ピクセルの大きさが５μｍ四方のＣＣＤ（電荷結合素
子）上に結像する場合、ホログラムカードとＣＣＤの距
離は、２．５ｍｍより十分小さくしなければならない。

【００３４】さて、実際のデータは単一の周期の散乱要
因のみから生成される訳ではなく、実際には、受光素子
上に所定の画像が形成されるように設計された散乱要因
を作成する必要がある。ＣＣＤ上での所望の光強度分布
の電場振幅をＥ(ｒ_D)、ホログラムカード内を導波する
光の電場振幅をＷ(ｒ_W)、散乱要因の散乱強度の空間分
布をＳ(ｒ_W)で表すと、下記式（６）を満たすようにＳ
(ｒ_W)を求めておく必要がある。 Ｅ(ｒ_D)＝∫Ｓ(ｒ_W) Ｗ(ｒ_W) exp(ｉ(２π／λ)｜ｒ_W−ｒ_D｜)ｄｒ_W （６）

【００３５】ここで、ｒ_W，ｒ_Dはそれぞれ、導波路平面
およびＣＣＤ受光平面上の位置べクトルを表し、｜ｒ_W
−ｒ_D｜はｒ_Wとｒ_Dとの間の距離を表す。Ｓ(ｒ_W) は、
既述のように、凹凸分布や屈折率分布等によって形成さ
れ、必要な回折光パターンを形成するために予め注意深
く設計されていなければならないが、ここでは簡単の為
に、導波路平面に垂直に平面波を回折する場合について
必要な凹凸分布や屈折率分布の見積をしておく。凹凸分
布の場合、クラッドとコアの二種類の屈折率による屈折
率分布と同じ事であるから、屈折率分布のみについて考
えればよい。

【００３６】図２は、周期的散乱要因の説明図である。
図２に示す様に、屈折率の変化分をδ₀、屈折率分布が
構造を持つ厚みをｄ_Dとすると、回折効率（η）が小さ
いとき、回折効率はおおよそ、下記式（７）で与えられ
る。 η≒（δ₀ｒＬｄ_D／（Λｄ_a））² （７）

【００３７】ここで、ｒは屈折率変調のデューティ、Ｌ
は導波路の長さを示す。コアに凹凸をつけることで散乱
要因を形成した場合、凹部分はクラッドの材料で埋めら
れるため、δ₀＝ｎ_c−ｎ_aで与えられる。また、隣接す
る散乱要因間の距離をｘ'、各散乱要因の幅をｙ'とする
と、 ｘ ＝ ｘ'／Λ ｙ ＝ ｙ'／Λ １／ｒ ＝ (１／２)(１／ｘ ＋ １／ｙ) となる。

【００３８】典型的な例として、ｎ_a＝１．４９２、ｎ_c
＝１．４８０、コアの厚みｄ_a＝１．７μｍ、光の波長
λ＝６８０ｎｍとした場合、導波モードの周期λ'はλ'
＝０．４６μｍで与えられるので、散乱周期（Λ）をΛ
＝λ'となるように調整し、ｒ＝０．１、Ｌ＝２ｍｍ、
ｄ_D ＝０．０５μｍとした例の場合、回折効率は約０．
６％となる。あるいは、コア層に紫外線照射を施すこと
によって周期的な屈折率分布を形成した場合、例とし
て、導波路の構成が前述の例と同じで、ｒ＝０．５、ｄ
_D ＝ｄ _a、Ｌ＝５ｍｍ、δ₀＝１０^-5の場合、回折効率は
約０．３％となる。なお、この凹凸情報の原盤を作る為
には高度の精密技術を必要とするので、記録ヘッドで容
易に作成できる磁気カードに比べ、偽造が困難である。

【００３９】（実施例１）図３及び図４は、本発明によ
る再生専用多重ホログラムカードの作製例の工程を説明
する図である。本カードは、「紫外線硬化樹脂／ＰＭＭ
Ａ／紫外線硬化樹脂／ＰＭＭＡ／紫外線硬化樹脂／……
／ＰＭＭＡ／紫外線硬化樹脂」の様な、紫外線硬化樹脂
とＰＭＭＡとが交互に重ね合わされた層構造を持ち、紫
外線硬化樹脂は、屈折率１．４８０で厚さ８μｍ、ＰＭ
ＭＡは、屈折率１．４９２で厚さ１．７μｍである。

【００４０】作製法は、まず、１インチ四方の光学研磨
されたガラス基板２１上に紫外線硬化樹脂２２を８μｍ
の厚みでスピンコートし、紫外線２３で露光した後、Ｐ
ＭＭＡ２４を１．７μｍの厚みでスピンコートし、その
上を周期０．４６μｍの凹凸模様のついたローラー２５
を走らせる。更に「紫外線硬化樹脂コート／紫外線露光
／ＰＭＭＡコート／ローラー」の４工程を合計１０サイ
クル分繰り返し、最後に「紫外線硬化樹脂コート→紫外
線露光」をもう一度行い、図４（Ａ）に示すような周期
層構造の平面型導波路２６を得た。この場合、紫外線硬
化樹脂層がクラッド、ＰＭＭＡ層がコアとなり、各コア
層に周期散乱要因としての凹凸模様が形成されている。

【００４１】引き続き、図４（Ｂ）に示すように、一方
の端面を４５゜に研磨した。光源は６８０ｎｍの半導体
レーザー光を用い、コリメートレンズで直径５ｍｍの平
行ビームに整形した後、焦点距離１３ｍｍのシリンドリ
カルレンズ２７にて集光した。図４（Ｃ）に示すよう
に、レーザー光１２６の焦点を目的とするＰＭＭＡ層の
４５゜カット位置に合わせると、上下方向に回折光２
８，２８が現れた。

【００４２】（実施例２）前述した「実施例１」で作製
したホログラムカードの端面を残して他の部分にアルミ
フォイルで覆いをした後、真空中でアルミニウムを蒸着
し、大気中でアルミフォイルを剥がした。これにより、
４５゜カット部分にアルミ反射膜が形成された。さらに
アルミが蒸着された４５゜カット部分に紫外線硬化樹脂
を塗布し、紫外線照射により４５゜カット部分を保護し
た。そして、「作製例１」と同様に６８０ｎｍの半導体
レーザーを焦点距離１３ｍｍのレンズで各ＰＭＭＡ層に
集光すると、上下方向に回折光が現れた。

【００４３】（実施例３）図５、６（Ａ）〜（Ｃ）に、
紫外線硬化樹脂（ＵＶ樹脂）のパターニングによる、再
生専用多重ホログラムカードの作製実施例を示す。この
実施例では、多重ホログラムカードは、３種類のＵＶ樹
脂の並び（／ＵＶ−Ａ／ＵＶ−Ｂ／ＵＶ−Ｃ／）を一単
位（ｕｎｉｔ）とし、「ｕｎｉｔ−１／ｕｎｉｔ−２／
……／ｕｎｉｔ−ｎ／ＵＶ−Ａ」の様な層構造を持つ。
本実施例では、ｎ＝４である。ＵＶ−Ａは、屈折率１．
４８０で厚さ８μｍ、ＵＶ−Ｂは、屈折率１．４９２で
厚さ１．５μｍ、ＵＶ−Ｃは、屈折率１．４７５で厚さ
０．２μｍである。

【００４４】作製怯は、図５に示すように、まず、ガラ
ス基板３１上にＵＶ−Ａ（符号３２−１）を８μｍの厚
みでスピンコートし、紫外線３３を一様に照射する。次
にＵＶ−Ｂ（符号３２−２）を１μｍスピンコートし、
紫外線３３でパターニングし、硬化していない部分をエ
ーテル系溶媒を用いて洗い流す。引き続きＵＶ−Ｃ（符
号３２−３）をスピンコートし、紫外線一様露光を行
う。この手順を４回繰り返し、最後にＵＶ一Ａ（３２−
１）のスピンコート、紫外線照射露光をもう一度行い、
図６（Ａ）に示すような周期層構造の平面型導波路３４
を得た。

【００４５】引き続き、図６（Ｂ）に示すように、片方
の端面を４５゜に研磨した。光源として６８０ｎｍの半
導体レーザーを用い、コリメートレンズで直径５ｍｍの
平行ビームに整形した後、焦点距離２０ｍｍの平凸レン
ズ３５にて集光し、焦点を各ＵＶ−Ｃ層の４５゜カット
位置に合わせると、上下方向に回折光３６，３６が現れ
た。上記各実施例においては、主材料として樹脂を用い
ており、スタンパーを使用した安価な大量生産が可能で
ある（体積ホログラムではスタンパーは使用できな
い）。なお、樹脂に代えてガラス等他の材料を用いるこ
ともできる。また、光が入射される反射面は４５゜に限
らず任意に設定でき、即ち、光の入射方向も任意に設定
可能である。

【００４６】図７は、導波光の進行状態を説明する図で
あり、（ａ）部は図１と同様に導波路の断面及び情報読
み出し形態を示す図であり、（ｂ）部はカード上方から
の透視図である。（ｂ）部に示すように、上記第１実施
形態では、平面型光導波路に集光レンズ１４で結合され
たレーザ光１３は、導波路内を、結合部位（反射点）１
８を扇のかなめとして扇状に進行する。

【００４７】例えば、導波路のコア１２の屈折率
（ｎ_a）を１．４９２、クラッド１１の屈折率（ｎ_C）を
１．４８０、集光レンズ１４の開口数（ＮＡ_L）を導波
路の開口数「ＮＡ_WG＝√(ｎ_a ²−ｎ_c ²)」と一致させ、Ｎ
Ａ_L＝０．１９とすると、導波光１７は、図１（ｂ）部
に示すように、約１４．６゜の広がり角度で進行する。
つまり、結合点が一カ所であると、広がり角１４．６゜
の扇の外には光が到達せず、情報を記録しても再生でき
ず、その部分を有効活用できない。

【００４８】また、一層あたりのホログラムのデータ容
量（Ｍ）は、ホログラムを書き込んである面積をＳ、使
用波長をλとして、おおよそ、Ｍ＝Ｓ／λ²で与えられ
る。一方、一枚のホログラムに記憶するデータ容量は、
受光素子のピクセル数で制限されるので、λ＝６８０ｎ
ｍの時、２００万画素のＣＣＤを用いたとして、ホログ
ラムが明暗の二値情報画像の場合でＳ＝０．９２ｍ
ｍ²、８ｂｉｔのグレースケール画像の場合でＳ＝７．
４ｍｍ²になり、これより大きな面積を用いるのは冗長
であることがわかる。この面積は、名刺サイズ（５４×
９０＝４８６０ｍｍ ²）に比べて圧倒的に小さく、その
様なサイズではかえって持ち運びが不便である。このよ
うな問題点を解決する実施形態を以下に示す。

【００４９】第２実施形態 ここでは、図８に示すように、平面内に扇形を最密に配
置する方法を用いる。本例では、多層の平面導波路の互
いに平行な一対の二端面１５，１５を、導波路平面に対
して４５゜にカットしてあり、各端面に（矢印で示すよ
うに）複数の結合部位を持つ構造となっている。図８に
示すような複数の扇形を交互に組み合わせた構造を、こ
れ以降一つのブロック２１８と呼ぶことにする。

【００５０】更に、図９（ａ）部の平面図に示すよう
に、ブロック２１８を複数並べ、第１ブロック２１８−
１と第２ブロック２１８−２を有する一つのカードを形
成することも可能である。この場合、第１ブロック２１
８−１と第２ブロック２１８−２とを、導波方向に連続
的に並べている。第１ブロック２１８−１はＡ、Ｂで示
す辺が４５゜にカットされており、第２ブロック２１８
−２はＢ、Ｃで示す辺が４５゜にカットされている。

【００５１】結合位置１８は、図中○印で示すように、
Ｂの辺においては、第１ブロック２１８−１と第２ブロ
ック２１８−２の結合位置が近接するように配置する。
このようにすることで、カードと集光レンズの相対位置
を僅かに変化させることで、異なるブロックのホログラ
ム像にアクセスすることが可能となる。

【００５２】なお、扇の要から進行する導波光は、結合
点の反対の辺の４５゜端面で反射され、カード外に迷光
となって出てくるが、ホログラム像を結像させる受光素
子にこの迷光が入力されないような受光素子とホログラ
ムとの結像位置関係を予め決めておかなければならな
い。この迷光の影響を避ける手段のひとつとしては、導
波光が４５゜端面で反射されて進行する方向（図９
（ｂ）部の側面図では上方向）とは反対側（同側面図で
は下方向）に受光素子を配置するようにすればよい。な
お、図中、符号２１９は透明樹脂を示す。

【００５３】このホログラムカードは、通常の光ディス
クの様に、レーザー光をレンズで所定の位置に集光する
作業が必要である。しかし、光ディスクは、集光位置が
変化することでディスク表面の情報を１ビットずつ再生
するのに対し、本発明によるホログラムカードでは、集
光位置が変化することで画像（二次元情報）が変化す
る。集光位置を変化させて情報を読むことに変わりはな
いので、光ディスクと同様に、集光位置の位置合わせ
が、位置合わせ速度と精度の両面において重要である。

【００５４】図９において、○印で示された結合部位の
大きさは典型的には１ｍｍ程度の大きさであるが、各層
を分離するためには１μｍ程度の精度での位置合わせが
必要である。これは、通常の光ディスクでは数ｋＨｚの
応答速度で広く実用に供されている技術であり、○印の
内部に集光点があれば、１ｍｓ程度で○印内の所望の層
（Ｂ辺に存在する結合部位であれば所望のブロックを）
も選択することが可能であることを意味している。従っ
て、集光レンズの数が○印の数、即ちカードに存在する
結合部位の数だけ存在すれば、どのブロックのどの層に
でも、１ｍｓ程度でアクセスすることが可能である。

【００５５】また、結合部位が多く、結合部位と同じ数
だけ集光レンズとアクチュエーターを配置することが困
難である場合には、集光レンズを（最低１個まで）減ら
さなければならない。その場合には、任意のブロックの
任意の層からホログラムを再生させるために、ホログラ
ムカードに移勤機構を併設するか、もしくは、集光レン
ズを数ｃｍのオーダーで移動できる粗動機構を持たせる
ことが必要である。

【００５６】図１０は、レンズ１４としてシリンドリカ
ルレンズを用いた場合の、多ブロック構造の配置例であ
り、（ａ）部に平面図、（ｂ）部に側面図を示す。第１
ブロック２５９−１，第２ブロック２５９−２は、それ
ぞれ４部分の長方形エリアを有し、２つのブロック間の
隣接する長方形エリア間に、結合部位２６０が設定され
る。（ｂ）部に示すように、各長方形エリアの両端面
も、上述した扇形の場合と同様に４５゜にカットされて
いる。この構成においても、両ブロックの結合部位が辺
Ｂに沿って隣接されているため、集光位置のわずかな変
化により異なるブロックに属するエリアの情報を読み出
すことができる。また、扇形構成よりも、結合部位の配
置や読み出し機構の駆動が容易であるというメリットが
ある。

【００５７】図１１、図１２に、ブロック数より集光レ
ンズ数を１多くした構成における、カードと受光素子と
集光レンズの配置例を示す。図１１は２ブロック構成の
再生専用カード、図１２は３ブロック構成の再生専用カ
ードをそれぞれ示し、各々（ａ）部は平面図、（ｂ）部
は側面図である。各光ヘッド２２１は、レーザー，集光
レンズ，アクチュエーターを備え、それぞれの光ヘッド
２２１に対応して、ＣＣＤ等の受光素子２２３を個々に
配置する。

【００５８】光ヘッド２２１が、２個のブロックが隣り
合う辺にある場合には、１つの光ヘッド２２１に対し、
２個の受光素子２２３を配置する。なお、図中、符号２
２４は結合部位を図示する。こうすることで、再生専用
カード２２２を１次元的（図１１，１２の（ａ）部にお
いて紙面内上下方向）に移動させるだけで、任意のブロ
ックの任意の層からの回折光を再生することができる。

【００５９】（実施例１）波長６８０ｎｍの半導体レー
ザーを光源とし、屈折率１．４８０、厚み９．３μｍの
紫外線硬化樹脂がクラッド層、屈折率１．４９２、厚み
１．７μｍのＰＭＭＡがコア層である例を挙げる。図１
３に示す様な、大きさＤ：９．５ｍｍ×Ｗ：１０ｍｍ×
ｈ：０．５５ｍｍの多層ホログラムカードにおいて、向
かい合う１対の２端面１５，１５を４５゜にカットす
る。４５゜カットされた端面１５，１５内に、ｔ：２．
５ｍｍおきに結合部位を作れば、各々の光導入部から入
射した導波光は、導波路平面内の同じ部位を共有しな
い。

【００６０】図１３において、斜め線でハッチングされ
た部分には導波光は達せず、この部分はホログラムには
寄与しない。それ以外の三角形部分は、各々黒矢印で示
された結合部位１８から導波する導波光が占有する場所
で、お互いに重ならない。こうして作ったホログラムカ
ードの異なる結合部位から直径５ｍｍ、焦点距離１５ｍ
ｍのレンズを用いて光を入射すると、同じ層であって
も、異なるホログラムが混じり合うことなく再生され
た。

【００６１】（実施例２）実施例１で示されたＤ：９．
５ｍｍ×Ｗ：１０ｍｍ×ｈ：０．５５ｍｍの多層ホログ
ラムカードを１ブロックとし、これを図１４に示すよう
に２ブロック（２１８−１，２１８−２）ならべて、エ
ポキシ樹脂２１９で硬め、一枚のホログラムカード２０
０とした。各ブロックの４５゜カット端面には、金を約
２００ｎｍの厚みで蒸着してある。また、カードに機械
的強度を持たせるため、エポキシ樹脂２１９は、各ブロ
ックを並べたサイズよりも大きく、カードの大きさは２
５ｍｍ×１５ｍｍ×０．５５ｍｍの大きさとなってい
る。このカードの異なる結合部位に直径５ｍｍ、焦点距
離１５ｍｍのレンズを用いて光を導入すると、同じブロ
ックの同じ層であっても異なるホログラムが再生され
た。

【００６２】上記第２実施形態の構成は、結合点が多
く、その間隔は数ｍｍである。従って、光源と２次元デ
ィテクタの組からなるヘッドが１組である読み出し装置
を用いる場合、異なる結合点へとアクセスするためには
ヘッドを直線的に動かす必要がある。精度の高い直線的
な機械移動の装置は概して複雑で、また速度には限界が
あるためアクセススピードに影響する。読み出し装置に
ヘッドを多数用意すればアクセススピードの問題は解消
するが、装置は複雑且つ高価となる。このような、ヘッ
ドを多数用意するか、ヘッドまたはカードを直線的に動
かす必要があるという課題を解決し、ヘッドの数が１つ
でも直線的な機械移動を低減してアクセススピードを大
幅に改善し、また装置も簡略化することができる実施形
態を以下に示す。

【００６３】第３実施形態 図１５は、本実施形態における円盤記録媒体及び情報読
み出し方法を説明する図、図１６は、本実施形態の記録
媒体における情報記録単位を説明する図である。図中、
符号３０１はレーザー光、３０４は導波光、３０６は結
合点、３１０はホログラム像、３１１は円盤媒体、３１
２は光源、３１３は２次元ディテクタ、３１４は４５゜
円錐状反射面、３１５はセクター、３１６はストレータ
ム、及び３１７はディスクを各々示す。

【００６４】本発明の円盤媒体３１１の形状は、図１５
に示しようにドーナツ状としている。ここで、レーザ光
３０１との結合点３０６を設けるため、中心部に穴を空
け、傾き４５゜の円錐状の穴になるように成形して研磨
し、反射面３１４としている。図１５に示すように、実
際の円盤媒体３１１の半径に対し、ホログラムが記録さ
れる扇形の半径は若干小さいため、一つの扇形と隣の扇
形との間に隙間が生じ、この部分は情報記録の用をなさ
ない。このため、実効的に記録密度を下げることにな
る。全体の面積に対する隙間の比率は、扇形の半径が媒
体の半径に近いほど小さく、つまり結合点３０６が円盤
の中心に近い程良い。従って、状況の許す限り中心の穴
の半径を小さくするのが好ましい。

【００６５】なお、外部から導波路への光の結合に、こ
こで記したような４５゜の反射鏡面以外の方法を用いて
も良い。以後、積層構造を持つ扇形の１層を、従来の磁
気ディスクにならってセクター３１５と称することにす
る。また、同じ層にあるセクター３１５を１回転分まと
めてストレータム３１６を称することにする。さらに、
ストレータム３１６の集まりをディスク３１７と称する
こととする。

【００６６】セクター３１５とストレータム３１６、デ
ィスク３１７の関係を図１６に示す。１個または複数の
２次元ディテクタで１度に読み出すことが出来るのがセ
クター３１５の情報、光源３１２を固定したままで円盤
媒体３１１を１回転することで読み出すことが出来るの
がストレータム３１６の情報量、そして、円盤媒体３１
１全体の情報量がディスク３１７に合まれる。これを模
式的に示したのが図１６である。

【００６７】媒体の作製法は、多層構造の作製及び対象
層へのホログラムの作りつけについては上述した第１実
施形態と同様である。本実施形態における媒体全体につ
いては、セクターを積層した扇形部分を個別に作製して
から円形に並べて接着しても良いが、最初から円盤形状
のストレータム単位で積層して作製するのが簡単であ
る。その場合、導波路の積層の後、中央に穴を開け、円
錐状に研磨して結合点を作製する。研磨するだけでも、
研磨面が空気中に露出していれば全反射鏡として機能す
るので問題はないが、反射面にアルミや金などの金属膜
を蒸着しても良い。

【００６８】次に、情報読み出し方法は、図１５に示す
ように行われる。媒体の結合点３０６の並ぶ４５゜円錐
状反射面３１４の直上に光源を置き、積層された導波路
のうちの一つへと光を結合させる。光はその導波路に閉
じ込められて媒体円盤の外周へ向かって伝搬する。この
途中で前掲の方法などで導波路に作りつけられたホログ
ラムによって光は上方または下方へ回折され、ホログラ
ム像３１０を形成する。この像をＣＣＤに代表される２
次元光ディテクタ３１３で撮影し、記録された情報を電
気信号として得る。ここで、光源３１２からの光の集光
位置は、どの層の情報を読み出すかによって変える必要
がある。このため、凸レンズ３０２の位置を微動する機
構が必要である。この機構には、たとえば光ディスク装
置のヘッドの微動に用いられるアクチュエー夕などがあ
る。図１５では２次元ディテクタ３１３は一つしか描か
れていないが、複数個用意しても良い。光源３１２の個
数についても同様で、アクセススピードを上げるために
いくつもの光源を用意する方法もある。

【００６９】一方、円盤媒体の回転にも制限はないが、
セククーの選び方に関連して様々な方法がある。例え
ば、常時停止していてサーボモータで目的とするセクタ
ーの結合点をその都度光源の位置に動かす方法がある。
しかし、アクセススピードの観点からは、ＣＤやハード
ディスクのように常時高速回転させておくのが好まし
い。この場合、セクターの選び方が間題となるが、従来
のＣＤや磁気ディスクにおける方法から容易に転用可能
である。例えば、磁気ディスクと同様に、ホログラムの
一部に同期信号を含ませる方法や、媒体に目印となるマ
ークを物理的に付ける方法がある。さらに、媒体を円盤
形にすることで派生する大きなメリットに、媒体外周か
らの導波光の漏洩がある。上述のように、再生専用多重
ホログラムカードでは、層間のクロストークを抑えるた
めに各層のホログラムの回折効率を低く設定する必要が
ある。このため、導波光の大部分は扇形の外周部分で吸
収または散乱されるか、または外部へ透過することにな
る。そこで、この回折されない導波光成分を外部に取り
出して同期をとる方法がある。この導波光成分はホログ
ラム像と比較して非常に大きな光パワーが得られること
から、ホログラム自身に同期信号を含ませるよりも有利
である。

【００７０】（実施例１）図１７に、本実施例で作製し
た円盤媒体４００を示す。同図に示すように、ガラス基
板３１９の上に導波路を積層した構造になっている。符
号Ａは破線で示す部分の断面図であり、中央に直径１ｍ
ｍの穴４００ａが空いており、積層導波路３１８の端面
３１４は４５゜の傾斜を持つ円錐状となっている。斜線
を施した直径２２ｍｍの部分にホログラムが形成されて
いる。１ストレータムは２４セクターからなり、１０層
を積層したため、媒体全体では１０ストレータム、２４
０セクターの情報が記録されている。

【００７１】作製手順は次の通りである。まず、ホログ
ラムの凹凸のついた金型を１０枚用意した。この金型１
枚が１ストレータムに対応する。次に直径２３ｍｍのガ
ラス円盤３１９を基板とし、これに屈折率１．４８０の
紫外線硬化樹脂をクラッド層、屈折率１．４９２のＰＭ
ＭＡをコア層の材料とした導波層を積層した。最初に紫
外線硬化樹脂を、続いてＰＭＭＡをスピンコートし、さ
らに紫外線を均一に照射した。ここで、１番目のストレ
ータムの金型を押しつけ、ホログラムを転写した。引き
続いて紫外線硬化樹脂、ＰＭＭＡのスピンコート、紫外
線照射の後に２枚目のホログラムを転写、という作業を
繰り返し、最後にもう一層のクラッド層でカバーして合
計１０層の光導波路を積層した。コア層の平均膜厚は
１．７μｍ、クラッド層の厚みは９．３μｍとした。

【００７２】この後、図１７に示すように中央に直径１
ｍｍの穴を開け、導波層の部分については４５゜の傾斜
を持つ円錐状に加工し、ダイヤモンドソーで研磨した。
更にこの傾斜部にはアルミの反射膜を蒸着し、樹脂でカ
バーした後、回転のためのジグを取り付けた。以上で１
０ストレータム、２４０セクターの画像情報を組み込ん
だ媒体（直径２３ｍｍ）が作製できた。

【００７３】上記のように作製した円盤媒体に組み込ま
れた画像情報の読み出しを図１５に示す系で行った。但
し、図１５は誇張しており、実際の寸法比とは異なる部
分がある。平行化した波長６８０ｎｍの半導体レーザー
の光を、直径５ｍｍ焦点距離１３ｍｍのレンズを通し、
前記の導波層の傾斜部、すなわち結合点に集光した。こ
こで、微動アクチュエータによってレンズを上下左右に
動かし、集光点を媒体表面から第１層目の結合点に合わ
せた。すると、媒体に記録されていた２４０個のセクタ
ーのうちの１個のセクターの画像が再生された。

【００７４】円盤媒体を微妙に回転させると、画像が最
も鮮明に再生される回転角があり、この角度において２
次元ディテクタ（ここではＣＣＤ）を用いて正確な画像
情報として読み出すことが出来た。さらに、この回転角
から約１５゜回転させると、先ほどとは異なる画像が表
れ、隣のセクターの情報を読み出すことが出来た。これ
以降、約１５゜回転させる毎に画像が変わり、２４セク
ター、つまり１ストレータム分の情報を読み出すことが
出来た。

【００７５】次に、レーザ光の集光点を第２層目の結合
点に移して同様の動作を行うと、第２番目のストレータ
ムの情報を読み出すことが出来た。さらに結合点を変え
る（層が変わる）毎に１ストレータム分の情報読み出し
を行い、１０個の結合点に関して１０ストレータム、合
計２４０セクターの媒体に記録された画像情報を全て正
確に読み出すことが出来た。

【００７６】（実施例２）図１８に示すように、円錐媒
体の側面３２０に、黒色塗料で同期用マスク列３２１を
構成した。ここで、マスクは光を透過するか否かを示す
２値で１ビットとし、３２ビット（２ワード）をもって
１組とした。この１組を、１０セククーの積層からなる
扇形１つに対応させ、各扇形の弧の部分に配置した。従
って、同期用マスク列２１は全部で３２×２４ビット
（２×２４ワード）となった。１個の扇形の分である３
２ビットのうち、上位１０ビットを信号同期用、下位５
ビットをセクター識別用に割り当てた。信号同期用の１
０ビットは２４組全てについて「０１０１０１０１０
１」の並びとした。また、前記の２４個の扇形に０から
２３までの番号を付け、それぞれの扇形に対応する同期
用マスク列３２１のセクター識別用の５ビットに、この
番号を反映させた。このようにして同期用マスク列３２
１を付加した媒体の一つのセクターに、図１５の情報読
み出し系でレーザー光を結合させた。

【００７７】上述したように、導波光３０４の大半が円
盤媒体側面３２０から外部へ漏洩するため、同期用マス
ク列３２１に対応した光パターン３２２が媒体側方で観
測され、１次元ディテクタ３２３で検出し、同期用マス
ク列３２１のパターンを読むことが出来た。ここで、媒
体を約７０ｒｐｍで定常回転させ、一次元ディテクタ２
２３の信号をモニターした。同期用マスク列３２１の信
号同期用の上位１０ビットが「０１０１０１０１０１」
であることを確認すると同時に、下位５ビットを読み込
み、更に同時に２次元ディテクタ３１３の画像を取り込
むことにより、任意のセククーに記録された情報と、そ
のセクターが属する扇形の番号を得ることが出来た。こ
の手法により、定常回転中でもセクターの番号を指定し
て情報を読み取ることが出来た。媒体回転の速度を約７
０ｒｐｍとしたため、媒体に記録された全情報を読み出
すのに要した最短時間は約８．７秒であった。

【００７８】

【発明の効果】本発明は、偽造が困難で大量生産可能な
平面ホログラムの原理を用い、この平面ホログラムを多
層に重ね、かつ、各層からのホログラムを独立に再生す
る事を可能にする。即ち、大量生産可能な平面ホログラ
ムの手法を用いながら、体積ホログラムの様にデータ容
量を大きくすることが可能となり、安価で大容量の再生
専用メモリを提供することが可能である。さらに、典型
的な携帯カード型の場合、光ディスクの様な回転機構が
不要な事から、音楽や映像再生の為の再生装置が省電力
となる利点もある。また、認証カードとして用いる場合
には、偽造が困難であることに加え、様々な付加情報を
記憶しておく事も可能となり、利便性が高まる。

【００７９】多層平面型導波路が対向する二端面を有す
る場合、両二端面を前記４５゜カット反射面とし、各端
面から入射した導波光が当該導波路平面内で重なり合わ
ないように光の導入部位を設定できる。更に、このよう
な多層平面型導波路を導波路平面方向に沿って複数枚並
べて接着して一枚のカードとしても良い。このような工
夫により、読み出し可能な情報をホログラムとして書き
込む面積が増え、記憶容量が高まるとともに、情報読み
出し速度の向上が可能となる。例えば携帯型カードにお
いて、有効記憶面積をカード面積に応じて増やすことが
できる。また、前記多層平面型導波路を円盤形状にし、
該円盤の外周方向に光が導波するように円盤中央部に光
導入部を設けても良く、ホログラムの書き込み面積、情
報読み出し速度の双方を大幅に向上させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１実施形態の再生専用多重ホログ
ラムカードの構造、及び、光の入出力方法を説明する図
である。

【図２】 本発明における周期的散乱要因の説明図であ
る。

【図３】 第１実施形態の一実施例による再生専用多重
ホログラムカードの作製例の工程を説明する図である。

【図４】 同実施例による再生専用多重ホログラムカー
ドの工程の続きを説明する図である。

【図５】 第１実施形態の別実施例による紫外線硬化樹
脂のパターニングによる再生専用多重ホログラムカード
の作製例の工程を説明する図である。

【図６】 同実施例による再生専用多重ホログラムカー
ドの工程の続きを説明する図である。

【図７】 導波光の進行状態を説明する図である。

【図８】 扇形の導波路を細密に配置した形態を示す図
である。

【図９】 ブロックを導波路平面内に並べてカードを作
成した例を示す図である。

【図１０】 ブロックを導波路平面内に並べてカードを
作成した別例を示す図である。

【図１１】 複数の集光レンズと受光素子で情報再生す
る方法を説明する図である。

【図１２】 同様に、複数の集光レンズと受光素子で情
報再生する方法を説明する図である。

【図１３】 第２実施形態の一実施例によるホログラム
カードの構成を示す図である。

【図１４】 第２実施形態の別実施例によるホログラム
カードの構成を示す図である。

【図１５】 第３実施形態における円盤記録媒体及び情
報読み出し方法を説明する図である。

【図１６】 第３実施形態の記録媒体における情報記録
単位を説明する図である。

【図１７】 第３実施形態の一実施例による円盤記録媒
体を示す図である。

【図１８】 情報読み出し時の同期のとり方の一例を説
明する図である。

【符号の説明】

１１ クラッド １２ コア １３ レーザー光 １４ 凸レンズ １５ 反射面 １６ 導波光 １７ 回折光 ２１ ガラス基板 ２２ 紫外線硬化樹脂 ２４ ＰＭＭＡ ２６ 平面型導波路 ２７ シリンドリカルレンズ ２８ 回折光 ３１ ガラス基板 ３２ 紫外線硬化樹脂 ３４ 平面型導波路 ３５ 平凸レンズ ３６ 回折光 ２１８ ブロック ２１９ 透明樹脂 ２５９ ブロック ２２１ 光ヘッド ２２２ 再生専用カード ２２３ 受光素子 ３１１ 円盤媒体 ３１２ 光源 ３１３ ２次元ディテクタ ３１４ 反射面 ３１５ セクター ３１６ ストレータム ３１７ ディスク ３１８ 積層導波路 ３１９ ガラス基板 ３２１ 同期用マスク列 ３２３ １次元ディテクタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｇ０６Ｋ 19/06 Ｇ１１Ｃ 13/04 Ｃ Ｇ１１Ｃ 13/04 Ｇ０６Ｋ 19/00 Ｄ (72)発明者 山崎 裕基 東京都新宿区西新宿三丁目19番２号 日本 電信電話株式会社内 (72)発明者 小澤口 治樹 東京都新宿区西新宿三丁目19番２号 日本 電信電話株式会社内

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シングルモード平面型光導波路を多層に
   積み重ねた再生専用多重ホログラム情報記録媒体におい
   て、 各導波路内のコア層及びクラッド層の少なくとも一方に
   導波モードの周期とほぼ等しい周期を有する周期的散乱
   要因を設け、該導波路の導波光が前記周期的散乱要因に
   より導波路外に回折されてホログラム像を形成する情報
   記録媒体。
2. 【請求項２】 前記コア層及びクラッド層の少なくとも
   一方に紫外線硬化樹脂を用い、紫外線パターン照射によ
   りホログラムを記録し、これを前記周期散乱要因とする
   請求項１記載の情報記録媒体。
3. 【請求項３】 前記コア層及びクラッド層の少なくとも
   一方に凹凸を有する原版情報を転写することで凹凸パタ
   ーンを形成し、これを前記周期散乱要因とする請求項１
   記載の情報記録媒体。
4. 【請求項４】 前記多層平面型導波路の少なくとも一端
   面を導波面の法線に対して所定角度カットした反射面と
   する請求項１〜３いずれか記載の情報記録媒体。
5. 【請求項５】 前記所定角度をほぼ４５゜とし、導波面
   に対して本質的に垂直な方向から前記反射面に光を入射
   させて導波路内に光を導入する請求項４記載の情報記録
   媒体。
6. 【請求項６】 前記反射面に金属反射膜または誘電体反
   射膜を設ける請求項４記載の情報記録媒体。
7. 【請求項７】 前記多層平面型導波路が対向する二端面
   を有し、両二端面が前記４５゜カット反射面とされ、各
   端面から入射した導波光が当該導波路平面内で重なり合
   わない請求項５記載の情報記録媒体。
8. 【請求項８】 前記多層平面型導波路を導波路平面方向
   に沿って複数枚並べて接着して一枚のカードとした請求
   項１〜３及び７いずれか記載の情報記録媒体。
9. 【請求項９】 前記多層平面型導波路が円盤形状であ
   り、該円盤の外周方向に光が導波するように円盤中央部
   に光導入部を設けた請求項１〜３いずれか記載の情報記
   録媒体。
10. 【請求項１０】 前記光導入部が、円盤面に対してほぼ
    ４５゜にカットされた円錐側面形状を有する反射面であ
    り、 円盤面に対して本質的に垂直な方向から前記反射面に光
    を入射させて導波路内に光を導入する請求項９記載の情
    報記録媒体。
11. 【請求項１１】 前記反射面に、光を導入する結合点
    が、同心円状に周期的に複数設定され、 導波光が、前記各結合点から円盤の外周方向に向かって
    所定角度の広がりを有する扇型状に伝搬し、 前記所定角度は、各結合点に対応する扇形部が互いに重
    ならないように設定される請求項１０記載の情報記録媒
    体。
12. 【請求項１２】 円盤側面の、前記各結合点からの導波
    光が通過する部分に、当該結合点固有の識別パターンを
    設けた請求項１１記載の情報記録媒体。
13. 【請求項１３】 請求項９記載の円盤状情報記録媒体を
    回転させて情報を読み出す方法において、前記導波光の
    うちの回折されない成分を媒体外部に取り出して同期を
    とる方法。
14. 【請求項１４】 請求項１１記載の円盤状情報記録媒体
    を回転させて情報を読み出す方法において、前記各結合
    点からの導波光の経路に当該結合点固有の識別パターン
    を設け、該識別パターンを検出して当該結合点に対して
    同期を取る方法。