JP2004272268A - ポリトピックマルチプレックスホログラフィ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 ホログラムの隣接するスタック間で部分的空間的重なり合いによってホログラムが空間的に多重化される、多重化方法および装置が開示される。各々のスタックは、例えば角度、波長、位相符号、ペリストロピック、またはフラクタル多重化等の別の多重化技術の完全な利点をさらに取り得る。ホログラムを書き込む信号光のビームウエストに等しい量が、ホログラムの個々のスタックを分離する。再現時に、あるホログラムとそのホログラムに隣接するホログラムとは、全て同時に読み出される。再現されたデータのビームウエストにフィルタが配置されることにより、読み出された隣接するホログラムは、カメラ面まで伝達されない。もしくは、これらの所望ではない再現は、制限された角度パスバンドを有する光学系においては、中間面の角度フィルタによってフィルタリングされ得る。
【選択図】 なし
Description
多重ホログラムとは、同じボリュームか、または、ほぼ同じボリュームにおいて複数のホログラムを格納することを意味する。通常、これは、記録および読み出しセットアップの際に、角度、波長、位相コード、またはその他のシステムパラメータを変更することによって行われる。これらの方法の多くは、ホログラムが同じボリュームの媒体内に物理的に配置されていてもこれらを分離するために、ブラッグ効果として知られるホログラフィ現象に依存する。シフト、および、ある程度、相関等の他の多重化法は、媒体のブラッグ効果および相対運動を用い、レーザー光を入力して、同じボリュームの媒体において複数のホログラムを重ね合わせる。
本発明は、本明細書中でポリトピックマルチプレックスと呼ばれる新しいホログラフィ記録技術を記載する。この多重化技術は、ホログラムの隣接し合うスタック間の部分的な空間的重なり合いによって、ホログラムが空間的に多重化されることを可能にする。各個別のスタックは、さらに、角度、波長、位相コード、ペリストロフィック、相関またはフラクタル多重等の代替的多重化スキーマの利点を全面的に利用し得る。ホログラムを書き込むデータ光のビームウェストと等しい量が、ホログラムの個々のスタックを分離する。再生すると、データおよびこのデータに隣接するデータは、すべて同時に読み出されるが、開口(フィルタ)は、再生されたデータのビームウェストに配置され、これにより、読み出される隣接するデータは、カメラ平面に到達せずに、フィルタリングされる。あるいは、これらの所望でない再生は、角度通過帯域(angular passband)が制限される角度フィルタ(angular filter)でフィルタリングされ得る。
L=(γ)(焦点距離)/ピクセル径
の式で得ることができる。
110a 第1信号光
110b 第2信号光
112a 第1入射収束錐体
112b 第2収束錐体
114a 第1出射発散錐体
114b 第2出射発散錐体
116a 第1ビームウェスト
116b 第2ビームウェスト
120a 第1参照光
120b 第2参照光
130 フィルタブロック
Claims (83)
- ホログラフィック記録および読み出しを可能にする方法であって、
第1の参照光および第1の信号光を利用して第1のホログラムをホログラフィック媒体に生成するステップであって、該第1の信号光は、ビームウエストを有する、ステップと、
該第1の参照光と同一の第2の参照光および第2の信号光を利用して第2のホログラムを生成するステップであって、該第2の信号光は、ビームウエストを有する、ステップと、
該第2のホログラムの少なくとも一部分を該第1のホログラムとオーバーラップさせるステップと、
該第1のホログラムを該第2のホログラムから分離することにより、該第1の信号光のビームウエストのどの部分も、該第2の信号光のビームウエストのあらゆる部分と同一の位置において生じない、ステップと
を包含する、方法。 - 前記第1のホログラムを出力光の第1の部分において再現するステップと、
少なくとも前記第2のホログラムを該出力光の第2の部分において再現するステップと、
該出力光をフィルタリングして実質的に該第1のホログラムの再現物のみを収容するステップと
を包含する、請求項1に記載の方法。 - 前記出力光をフィルタリングするステップは、フィルタブロックを該出力光に配置するステップを包含し、該フィルタブロックは、前記第1のホログラムからの情報が該フィルタブロックを通過することを可能にする開口部を有する、請求項2に記載の方法。
- 前記出力光の第1の部分は、第1の出力ウエストを有し、前記出力光の第2の部分は、第2の出力ウエストを有し、
前記出力光をフィルタリングするステップは、
前記フィルタブロックの開口部を該第1の出力ウエストのある位置に配置するステップと、
該出力光の第2の部分の伝達を該第2の出力ウエストでブロックするステップと
を包含する、
請求項3に記載の方法。 - 前記開口部の1つの次元は、ナイキスト(Nyquist)サイズである、請求項4に記載の方法。
- 前記開口部の1つの次元は、ナイキスト(Nyquist)サイズの2倍である、請求項4に記載の方法。
- 前記第1のホログラムを生成するステップは、
空間光変調器(SLM)を入射光の経路に配置して前記第1の信号光を発生させるステップと、
レンズを該SLMと前記ホログラフィック媒体との間の該第1の信号光の経路に配置するステップと
を包含する、請求項2に記載の方法。 - 前記第1のホログラムを再生するステップは、読み出し光を利用して前記出力光を生成するステップを包含し、該読み出し光は、前記第1の参照光と同一である、請求項7に記載の方法。
- 前記第1のホログラムを再現するステップは、読み出し光を利用して前記出力光を生成するステップを包含し、該読み出し光は、前記第1の参照光の位相共役である、請求項8に記載の方法。
- 前記出力光の第1の部分の読み出しを前記SLMと一体化された検出器で検出するステップを包含する、請求項9に記載の方法。
- 前記第1のホログラムを生成するステップは、
空間光変調器(SLM)を入射光の経路に配置して前記第1の出力光を発生させるステップと、
該入射光が該SLMに到達する前に、レンズを該入射光の経路に配置するステップと、
レンズを介して前記信号光を通過させることなく、該信号光を該SLMから前記ホログラフィック媒体まで伝達するステップと
を包含する、請求項2に記載の方法。 - 前記第1のホログラムを再現するステップは、読み出し光を利用して前記出力光を生成するステップであって、該読み出し光は、前記第1の参照光の位相共役である、請求項11に記載の方法。
- 前記出力光の第1の部分を前記SLMと一体化された検出器で検出するステップを包含する、請求項12に記載の方法。
- 前記出力光をフィルタリングするステップは、角度フィルタを前記出力光に配置するステップを包含する、請求項2に記載の方法。
- 前記角度フィルタは、層状膜である、請求項14に記載の方法。
- 前記角度フィルタは、ホログラム光学素子(HOE)である、請求項14に記載の方法。
- 前記第1のホログラムを再現するステップは、読み出し光を利用して前記出力光を生成するステップを包含し、該読み出し光は、前記第1の参照光の位相共役である、請求項14に記載の方法。
- ホログラムを形成して前記第1の信号光の帯域を制限する前に、該第1の信号光をフィルタリングするステップを包含する、請求項2に記載の方法。
- 前記第1の信号光をフィルタリングするステップは、該信号光を角度フィルタまたはフィルタブロックのどちらか一方によってフィルタリングするステップを包含し、
前記出力光をフィルタリングするステップは、該出力光を角度フィルタまたはフィルタブロックのどちらか一方によってフィルタリングするステップを包含する、
請求項18に記載の方法。 - 前記第1のホログラムを生成するステップは、前記第1の信号光の第1のウエストを前記ホログラフィック媒体の内部に配置するステップを包含し、
前記第2のホログラムを生成するステップは、前記第2の信号光の第1のウエストを該ホログラフィック媒体の内部に配置するステップを包含する、
請求項2に記載の方法。 - 前記第1の信号光の第2のウエストを前記ホログラフィック媒体の外部に発生させるステップと、
前記出力光の第2のウエストを該ホログラフィック媒体の外部に発生させるステップと、
該ホログラフィック媒体の外部における該出力光の第2の部分を該出力光の第2のウエストでブロックするステップと
を包含する、請求項20に記載の方法。 - 前記第1のホログラムを再生するステップは、読み出し光を利用して前記出力光を生成するステップを包含し、該読み出し光は、前記第1の参照光と同一である、請求項21に記載の方法。
- 前記第1のホログラムを再生するステップは、読み出し光を利用して前記出力光を生成するステップを包含し、前記読み出し光は、前記第1の参照光の位相共役である、請求項21に記載の方法。
- 前記出力光の第1の部分を検出器で検出するステップと、
該出力光の第1の部分を検出する前に、該出力光の第1の部分に波長板および偏光ビームスプリッタを通過させるステップと
を包含する、請求項23に記載の方法。 - 前記ホログラフィック媒体に到達する前に、第1の物体光に位相要素を通過させるステップを包含する、請求項20に記載の方法。
- 前記出力光をフィルタリングするステップは、前記ホログラフィック媒体と一体化されたフィルタを形成するステップを包含し、該フィルタは、少なくとも1つの開口部を有する、請求項2に記載の方法。
- 前記ホログラフィック媒体を前記第1の信号光のイメージ面に位置付けることにより、前記第1の信号光のビームウエストは、該ホログラフィック媒体に投影されるステップと、
該第1の信号光を該ホログラフィック媒体に投影するステップの前に、該第1の信号光を第1の角度フィルタを通して投影するステップと
を包含し、
前記信号光をフィルタリングするステップは、前記出力光を第2の角度フィルタを通して投影するステップを包含する、
請求項2に記載の方法。 - 前記第1の参照光と同一の読み出し光を利用して、前記出力光を発生させるステップを包含する、請求項27に記載の方法。
- 前記第1のホログラムを有する第1の複数のホログラムを前記ホログラフィック媒体の第1の多重化位置において多重化するステップと、
前記第2のホログラムを有する第2の複数のホログラムを該ホログラフィック媒体の第1の多重化位置において多重化するステップと
を包含する、請求項1に記載の方法。 - 前記第1の複数のホログラムは、前記第1の多重化位置で角度多重化され、前記第2の複数のホログラムは、前記第2の多重化位置で角度多重化される、請求項29に記載の方法。
- 前記第1の複数のホログラムは、前記第1の多重化位置で波長多重化され、前記第2の複数のホログラムは、前記第2の多重化位置で波長多重化される、請求項29に記載の方法。
- 前記第1のホログラムを生成するステップは、前記第1の信号光のビームウエストを前記ホログラフィック媒体の外部に配置するステップを包含し、
前記第2のホログラムを生成するステップは、前記第2の信号光のビームウエストを該ホログラフィック媒体の外部に配置するステップを包含する、
請求項1に記載の方法。 - 前記ホログラフィック媒体を前記第1の信号光のイメージ面に位置付けるステップを包含する、請求項1に記載の方法。
- 前記ホログラフィック媒体を前記第1の信号光のフーリエ面に位置付ける、請求項1に記載の方法。
- 第1の信号光および第1の参照光からホログラフィック媒体に生成される第1のホログラムを読み出す方法であって、該第1のホログラムは、該ホログラフィック媒体において、第2の信号光および該第1の参照光と同一の参照光によって生成される少なくとも第2のホログラムの一部分とオーバーラップすることにより、該第1の信号光のビームウエストのどの部分も、該第2の信号光のビームウエストのあらゆる部分と同一の位置において生じず、
該第1ホログラムを出力光の第1の部分において再現し、かつ少なくとも該第2のホログラムを該出力光の第2の部分において再現するステップと、
該出力光をフィルタリングして実質的に該第1のホログラムの再現物のみを収容するステップと
を包含する、方法。 - 前記ホログラフィック媒体を前記第1の信号光のイメージ面に位置付けるステップを包含する、請求項35に記載の方法。
- 前記ホログラフィック媒体を前記第1の信号光のフーリエ面に位置付けるステップを包含する、請求項35に記載の方法。
- 第1の方向で前記ホログラフィック媒体の第1のスポットに前記第1の信号光をイメージングするステップと、
該第1の方向に直交する方向で該ホログラフィック媒体の該第1のスポットに該第1の信号光をフーリエ変換するステップと
を包含する、請求項2に記載の方法。 - ホログラムの記録および読み出しを可能にする装置であって、
ホログラフィック媒体に第1のホログラムを発生させる第1の信号光および第1の参照光であって、該第1の信号光は、第1のビームウエストを有する、第1の信号光および第1の参照光と、
第2の信号光および第2の参照光であって、該第2の参照光は該第1の参照光と同一であり、該第2の信号光および該第2の参照光は、ホログラフィック媒体に第2のホログラムを発生させ、第2の信号光は、第2のビームウエストを有し、該第1のホログラムの少なくとも一部分は、該ホログラフィック媒体の該第2のホログラムの少なくとも一部分と空間的にオーバーラップすることにより、該第1の信号光のウエストのどの部分も、該第2の信号光のウエストのあらゆる部分と該ホログラフィック媒体における同一の位置において生じない、第2の信号光および第2の参照光と
を含む、装置。 - 出力光であって、
前記第1のホログラムの読み出しを含む第1の部分と、
前記第2のホログラム再現の読み出しを含む第2の部分と
を有する、出力光と、
該出力光から少なくとも該第2の部分をフィルタリングするフィルタと
を含む、請求項39に記載の装置。 - 前記フィルタは、開口部を有する不透明なフィルタブロックを含む、請求項40に記載の装置。
- 前記出力光の第1の部分は、第1の出力ウエストを有し、前記出力光の第2の部分は、第2の出力ウエストを有し、
前記第1のホログラムを再生する際に、前記フィルタブロックの前記開口部は、該第1の出力ウエストに位置付けられ、
前記出力光の第2の部分の伝達は、該第2の出力ウエストにおいてブロックされる、
請求項41に記載の装置。 - 前記開口部の1つの次元は、ナイキスト(Nyquist)サイズである、請求項42に記載の方法。
- 前記開口部の1つの次元は、ナイキスト(Nyquist)サイズの2倍である、請求項42に記載の方法。
- 入射光と、
前記第1の信号光を発生させるために該入射光の経路に配置された空間光変調器(SLM)と、
該SLMと該ホログラフィック媒体との間の該第1の信号光の経路に配置されたレンズと
をさらに含む、請求項40に記載の装置。 - 前記出力光を発生させる読み出し光をさらに含み、該読み出し光は、前記第1の参照光と同一である、請求項45に記載の装置。
- 前記出力光を発生させる読み出し光をさらに含み、該読み出し光は、前記第1の参照光の位相共役である、請求項45に記載の装置。
- 前記出力光を検出する検出器を含み、該検出器は、前記SLMと一体化されている、請求項47に記載の装置。
- 入射光と、
前記第1の信号光を発生させるために該入射光の経路に配置された空間光変調器(SLM)と、
該入射光が該SLMに到達する前に該入射光の経路に配置されることにより、該信号光は、あらゆるレンズを通過することなく、該SLMから前記ホログラフィック媒体まで直接伝達される、レンズと
をさらに含む、請求項40に記載の装置。 - 前記出力光を生成する読み出し光を含み、該読み出し光は、前記第1の参照光の位相共役である、請求項49に記載の装置。
- 前記出力光を検出する検出器を含み、該検出器は、前記SLMと一体化されている、請求項50に記載の装置。
- 前記フィルタは、角度フィルタを含む、請求項40に記載の装置。
- 前記角度フィルタは、膜の層から形成される、請求項52に記載の装置。
- 前記角度フィルタは、HOEから形成される、請求項52に記載の装置。
- 前記出力光を発生させる読み出し光を含み、前記読み出し光は、該第1の参照光の位相共役である、請求項52に記載の装置。
- 第1の物体光の帯域を制限するために該第1の物体光に配置された第2のフィルタを含む、請求項40に記載の装置。
- 前記第1のフィルタは、角度フィルタまたは開口部を有するフィルタブロックのどちらか一方を含み、
該第1のフィルタは、角度フィルタまたは開口部を有するフィルタブロックのどちらか一方を含む、
請求項56に記載の装置。 - 前記第1のホログラム形成する際に、前記第1のビームウエストは、前記ホログラフィック媒体内部に配置され、前記第2のホログラムを形成する際に、前記第2のビームウエストは、該ホログラフィック媒体内部に配置される、請求項40に記載の装置。
- 前記第1の信号光の第2のビームウエストであって、該第1の信号光の第2のビームウエストは、前記ホログラフィック媒体の外部に位置付けられる、該第1の信号光の第2のビームウエストと、
前記出力光の第2のビームウエストであって、該出力光の第2のビームウエストは、該ホログラフィック媒体の外部に位置付けられ、該出力光の第2の部分は、該出力光の第2のビームウエストにおいてブロックされる、該出力光の第2のビームウエストと
を含む、請求項58に記載の装置。 - 前記出力光を発生させるために利用される読み出し光を含み、該読み出し光は、前記第1の参照光と同一である、請求項59に記載の装置。
- 前記出力光を発生させるために利用される読み出し光を含み、該読み出し光は、前記第1の参照光の位相共役である、請求項59に記載の装置。
- 前記出力光を検知する検知器と、
該検知器の前に該出力光の経路に配置された偏光ビームスプリッタと、
該偏光ビームスプリッタの前に該出力光の経路に配置された波長板と
を含む、請求項61に記載の装置。 - 前記ホログラフィック媒体の前に前記第1の信号光の経路に配置された位相要素を含む、請求項58に記載の装置。
- 前記フィルタは、前記ホログラフィック媒体に一体化されている、請求項40に記載の装置。
- 前記第1の信号光は、前記ホログラフィック媒体に投影されるイメージ面を含む、請求項40に記載の装置。
- 前記ホログラフィック媒体の前の前記第1の信号光の経路に配置された第1の角度フィルタを含み、前記フィルタは、前記出力光の経路に配置された第2の角度フィルタを含む、請求項65に記載の装置。
- 前記出力光を発生させるために利用される読み出し光を含み、該読み出し光は、前記第1の参照光と同一である、請求項66に記載の装置。
- 前記ホログラフィック媒体の前記第1のホログラムの位置において前記第1のホログラムと多重化された第1の複数のホログラムと、
該ホログラフィック媒体の前記第2のホログラムの位置において前記第2のホログラムと多重化された第2の複数のホログラムと
を含む、請求項39に記載の装置。 - 前記第1の複数のホログラムは、前記第1の多重化位置で角度多重化され、前記第2の複数のホログラムは、前記第2の多重化位置で角度多重化される、請求項68に記載の方法。
- 前記第1の複数のホログラムは、前記第1の多重化位置で波長多重化され、前記第2の複数のホログラムは、前記第2の多重化位置で波長多重化される、請求項68に記載の方法。
- 前記第1のホログラムを形成する際に、前記第1のウエストは、前記ホログラフィック媒体の外部に位置付けられ、前記第2のホログラムを形成する際に、前記第2のウエストは、該ホログラフィック媒体の外部に位置付けられる、請求項39に記載の装置。
- 前記第1の信号光のイメージ面は、前記ホログラフィック媒体の内部に投影される、請求項39に記載の装置。
- 前記第1の信号光のフーリエ面は、前記ホログラフィック媒体の内部に投影される、請求項39に記載の装置。
- 第1の信号光および第1の参照光からホログラフィック媒体に生成される第1のホログラムを読み出す装置であって、該第1のホログラムは、該ホログラフィック媒体において、第2の信号光および該参照光によって生成される少なくとも第2のホログラムの一部分とオーバーラップすることにより、該第1の信号光のビームウエストのどの部分も、該第2の信号光のビームウエストのあらゆる部分と同一の位置において生じず、
出力光であって、
該第1のホログラムが読み出される第1の部分と、
該第2のホログラムが読み出される少なくとも第2の部分と
を有する出力光と、
前記出力光をフィルタリングして実質的に該第1のホログラムの再現物のみを収容する、該出力光におけるフィルタと
を包む、装置。 - 前記ホログラフィック媒体を前記第1の信号光のイメージ面に位置付ける、請求項74に記載の装置。
- 前記ホログラフィック媒体を前記第1の信号光のフーリエ面に位置付ける、請求項74に記載の装置。
- 前記第1の信号光は、前記ホログラフィック媒体におけるあるスポットにおいて第1の方向でイメージングされ、かつ該第1の方向に直交する第2の方向で該ホログラフィック媒体の該スポットにおいてフーリエ変換される、請求項39に記載の装置。
- ホログラフィク媒体であって、
該ホログラフィック媒体の第1の位置において第1のホログラムと多重化された第1の複数のホログラムであって、該第1のホログラムは、第1の信号光および第1の参照光によって生成され、該第1の信号光は、第1のビームウエストを有する、第1の複数のホログラムと、
該ホログラフィック媒体の第2の位置において第2のホログラムと多重化された第2の複数のホログラムであって、該第2のホログラムは、第2の信号光および該第1の参照光と同一の第2の参照光によって生成され、該第2の信号光は、第2のビームウエストを有し、該第1のホログラムの一部分は、該第2のホログラムの一部分とオーバーラップし、かつ該第1のビームウエストは、該第2のビームウエストと同一の位置では発生しない、第2の複数のホログラムと
を含む、ホログラフィック媒体。 - 前記ホログラフィック媒体は、ディスクの形式であり、前記第1の複数のホログラムおよび前記第2の複数のホログラムは、円形形状でオーバーラップする、請求項78に記載のホログラフィック媒体。
- 前記第1の複数のホログラムおよび前記第2の複数のホログラムは、線状にオーバーラップする、請求項78に記載のホログラフィック媒体。
- 前記ホログラフィック媒体は、カードの形式である、請求項80に記載のホログラフィック媒体。
- 前記ホログラフィック媒体は、テープの形式である、請求項80に記載のホログラフィック媒体。
- 請求項78に記載のホログラフィック媒体の多重化されたホログラムを複製する方法であって、
請求項78に記載のホログラフィック媒体に隣接してブランクのホログラフィック媒体を配置するステップと、
請求項78に記載のホログラフィック媒体を通して読み出し光を投影し出力光を発生させるステップであって、該読み出し光は、前記第1の参照光と同一である、ステップと、
少なくとも前記第1および第2のホログラムを該出力光を用いて該ブランクのホログラフィック媒体に記録するステップと
を包含する、方法。
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