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Description
本出願は、2003年6月7日付の米国特許仮出願第60/476,812号の優先権を主張する。この仮出願は参照により本明細書に引用したものとする。
多くの用途における、低コストで高性能なデータ記憶の必要性は、技術発展のペースを上回ってきていた。特に企業向け記憶装置、画像アーカイブ、およびエンターテインメント・コンテンツは、高性能なデータ記憶ソリューションに対する需要を増大させている。これら用途のいくつかは現在では、光、光磁気、および磁気テープなどの取外し可能媒体を使用する記憶技術に依存している。これらの技術は、その大部分が、高データ密度を達成するロードマップ上に留まる比較的限定された改良であるか、あるいは達成可能なデータ転送速度またはランダムアクセスに限定されている。一方で、ホログラフィックデータ記憶(HDS)は、これらの技術についての最も楽観的な長期的予測と同等の短期的成果と、ランダムアクセスと併せた、急速に増大するデータ記憶密度およびデータ転送速度の長期間の技術ロードマップとの両方を可能にする。
HDSシステムの具体的実例は、例えば4f光学撮像系を組み合わせた、感光性ポリマーのような比較的薄い記録材料を使用する。相互干渉信号および参照ビームはそれらの重なる体積内に干渉パターンを生成する。記憶媒体内での光重合などの光により生じる変化が得られる干渉パターンの記録を生成するとき、ホログラムが記録される。記録されたホログラムの再生は、最初に参照ビームでホログラムを照射し、次に検出器アレイ上に回折光を結像することにより得られる。
材料の同一体積内に多数の別個のホログラムを記録することは、データ密度を増加させる。多重化と称されるこのプロセスは、各多重化ホログラムが固有の参照ビームにより記録されることを必要とする。多くの多重化方法が論文に記載されている(例えば,G.BarbastathisおよびD.Psaltis、「体積ホログラフィック多重化方法(Volume Holographic Multiplexing Methods)」、Holographic Data Strage、H.J.Coufal,D.Psaltis、およびG.T.Sincerbox(Eds.)、Springer−Verlag,2000を参照)。比較的薄い記録材料について、特に有効な多重化方法は平行参照ビームを用い、角度およびペリストロフィック(peristrophic)(方位角)多重化方法を組み合わせる(D.A.Waldman、H.−Y.S.LiおよびE.A.Cetin、「厚膜のULSH−500感光性ポリマーにおけるホログラフィック記録特性(Holographic Recording Properties in Thick Films of ULSH-500 Photopolymer)」、Proceeding of SPIE、Vol.3291,pp.89−103(1998)、ならびにA.PuおよびD.Psalts、「感光性ポリマーをベースとするホログラフィック3次元ディスクにおける高密度記録」、Appl.Optics,Vol.35、No.14、pp2389−2398(1996)を参照)。
特定厚みの記録材料に対してデータ密度を最大化するように作動するHDSシステムは、前記4f光学撮像系が適合できるフーリエ変換レンズペア用に大開口数(NA)レンズを使用する。不都合な点は、従来の4f光学撮像系(第1および第2フーリエ変換レンズはマッチドペア(matched pair)であり、したがって同一NA値を有する)のような高NAレンズ(HDSシステムにおいてNA≧0.2)を使用することは、HDSシステムにおける信号対雑音比(SNR)が大幅に低下する原因となるいくつかの要因を生じさせる可能性がある。最も重要なことは、高いNA光学素子が第2フーリエ変換レンズに使用される場合、低いNA光学素子に比べて大幅に多量の散乱光が検出器面に像を結ぶことである。媒体または媒体基板から散乱された光は、光学的および機械的表面から散乱された光と共に、高いNA光学素子により効率的に捕集される(これは前記レンズの短い作用距離とレンズの大きい受光領域のためである)。 散乱光は画素化する検出器上に像を結びホログラム読出しの間において雑音として認識される。この現象は薄い感光性ポリマーをベースとする媒体システムでは特に顕著であり、この場合、記録の幾何形状については、90度ではないビーム間角度を用いる必要がある。さまざまな発生源からの雑音の抑制、特に光学雑音の抑制は記憶密度の最大化には重要である。一般的なHDSシステムは光学雑音の発生源を潜在的に有し、これら発生源には、前述の媒体および/または光学部品からの散乱光、内側面から駆動部への反射、および画像位置合わせ不良およびひずみを含む。一般に、これら潜在的な雑音発生源のそれぞれは、記録データの面密度を最大にすることに挑戦しているシステムにおいてますます顕在化し、問題化している。
したがって、データの面密度を増加すると同時に、散乱光および迷光により発生する検出器面における光学雑音を低減することにより、高面密度で優れたSNRを得る装置および方法の必要性が存在する。
一実施形態においては、本発明は、ホログラフィック記憶情報を記録または読出する装置に関しており、この装置は、第1開口数および第1焦点距離を有し、ホログラフィック画像を記録または再生するホログラフィック撮像系と、第2開口数および第2焦点距離を有し、信号ビームをフィルタリングする付加光学系とを備え、前記付加光学系の開口数はホログラフィック撮像系の開口数より小さい。
別の実施形態においては、本発明はホログラフィック記憶情報を記録または読出する装置に関しており、この装置は、第1焦点距離を有し、ホログラフィック画像を記録または再生するホログラフィック撮像系と、第2焦点距離を有し、ホログラフィック画像をフィルタリングする付加光学系とを備え、第1焦点距離は第2焦点距離より短い。
別の実施形態においては、本発明はホログラフィック記録画像を読み出す方法に関しており、この方法は、参照ビームを、ホログラフィック記録媒体を有し、かつ第1開口数および第1焦点距離を有するホログラフィック撮像系に誘導して、信号ビームを再生することと、再生されたビームを、第2開口数および第2焦点距離を有する付加光学系を通して誘導または中継することとを含み、第2開口数は第1開口数より小さく、これにより、再生された信号ビームをフィルタリングし、フィルタリングされた信号ビームを検出する。
別の実施形態においては、本発明はホログラフィック記録画像を読み出す方法に関しており、この方法は、参照ビームを、ホログラフィック記録媒体を有し、かつ第1焦点距離を有するホログラフィック撮像系に誘導して、信号ビームを再生することと、再生されたビームを、第2焦点距離を有する付加光学系を通して誘導することとを含み、前記付加光学系は、第2焦点距離が第1焦点距離より長くなるように構成されており、これにより、再生された信号ビームをフィルタリングし、フィルタリングされた信号ビームを検出する。
別の実施形態においては、本発明はホログラフィック画像を記録する方法に関しており、この方法は、信号ビームを、1)間隔を空けて位置する結像レンズ素子およびホログラフィック媒体と、2)レンズ素子とホログラフィック記録媒体との間に配置された開口フィルタとを有するホログラフィック撮像系を通して誘導して、フィルタリングされた信号ビームを生成する。このフィルタリングされた信号ビームおよび参照ビームをホログラフィック記録媒体に誘導して、フィルタリングされた信号ビームと参照ビームとの干渉パターンを記録する。
別の実施形態においては、本発明はホログラフィック画像を読み出す装置に関する。この装置は、
1)参照ビームを、ホログラフィック記録媒体を有するホログラフィック撮像系に誘導する手段であって、前記ホログラフィック撮像系は第1開口数および第1焦点距離を有し、これにより信号ビームを再生する手段と、
2)再生された信号ビームを、第2開口数および第2焦点距離を有する付加光学系を通して誘導する手段であって、第2開口数は第1開口数より小さく、これにより、再生された信号ビームをフィルタリングする手段と、
3)フィルタリングされた再生信号ビームを検出する手段と、
を備える。
1)参照ビームを、ホログラフィック記録媒体を有するホログラフィック撮像系に誘導する手段であって、前記ホログラフィック撮像系は第1開口数および第1焦点距離を有し、これにより信号ビームを再生する手段と、
2)再生された信号ビームを、第2開口数および第2焦点距離を有する付加光学系を通して誘導する手段であって、第2開口数は第1開口数より小さく、これにより、再生された信号ビームをフィルタリングする手段と、
3)フィルタリングされた再生信号ビームを検出する手段と、
を備える。
別の実施形態においては、本発明はホログラフィック画像を読み出す装置に関する。この装置は、
参照ビームをホログラフィック撮像系に誘導して、信号ビームを再生する手段であって、ホログラフィック撮像系はホログラフィック記録媒体を含み、かつ第1焦点距離を有する手段と、
再生された信号ビームを、付加光学系を通して誘導してフィルタリングする手段であって、前記付加光学系は第2焦点距離を有し、かつ第2焦点距離が第1焦点距離より長くなるように構成された手段と、
フィルタリングされた再生信号ビームを検出する手段と、
を備える。
参照ビームをホログラフィック撮像系に誘導して、信号ビームを再生する手段であって、ホログラフィック撮像系はホログラフィック記録媒体を含み、かつ第1焦点距離を有する手段と、
再生された信号ビームを、付加光学系を通して誘導してフィルタリングする手段であって、前記付加光学系は第2焦点距離を有し、かつ第2焦点距離が第1焦点距離より長くなるように構成された手段と、
フィルタリングされた再生信号ビームを検出する手段と、
を備える。
別の実施形態においては、本発明は、ホログラフィック画像を記録する装置に関する。この装置は、
信号ビームをホログラフィック撮像系を通して誘導して、信号ビームをフィルタリングする手段であって、ホログラフィック撮像系は、間隔を空けて位置する結像レンズ素子およびホログラフィック記録媒体と、レンズ素子とホログラフィック記録媒体との間に配置された開口フィルタとを含む手段と、
フィルタリングされた信号ビームおよび参照ビームをホログラフィック記録媒体に誘導して、フィルタリングされた信号ビームと参照ビームとの干渉パターンを記録する手段と、
を備える。
信号ビームをホログラフィック撮像系を通して誘導して、信号ビームをフィルタリングする手段であって、ホログラフィック撮像系は、間隔を空けて位置する結像レンズ素子およびホログラフィック記録媒体と、レンズ素子とホログラフィック記録媒体との間に配置された開口フィルタとを含む手段と、
フィルタリングされた信号ビームおよび参照ビームをホログラフィック記録媒体に誘導して、フィルタリングされた信号ビームと参照ビームとの干渉パターンを記録する手段と、
を備える。
別の実施形態においては、本発明は、ホログラフィック媒体に複数のホログラフィック画像を記録する方法に関しており、この方法は、ホログラフィック記録媒体上の少なくとも1つの記憶位置に、第1ビーム間角度を用いて複数の多重化ホログラムのうちの第1ホログラムを記録すること、およびホログラフィック記録媒体上の前記記憶位置に、第2ビーム間角度を用いて複数の多重化ホログラムのうちの別のホログラムを記録することを含む。第2ビーム間角度は第1ビーム間角度より大きく、前記記憶位置における多重化ホログラムは部分的または完全に重なる。
別の実施形態においては、本発明は、ホログラフィック媒体に記録された複数のホログラフィック画像を読み出す方法に関する。この方法は、(1)参照ビームを、第1調整角度により調整された第1入射角でホログラフィック記録媒体の記憶位置に誘導して、少なくとも1つの記憶位置の複数の多重化ホログラムのうちの第1ホログラムを読み出すこと、(2)参照ビームを、第2調整角度により調整された第2入射角でホログラフィック記録媒体の前記記憶位置に誘導して、前記少なくとも1つの記憶位置に記録された複数の多重化ホログラムのうちの第2ホログラムを読み出すこと、(3)第1および少なくとも第2ホログラムを検出すること、を含む。本発明のこの実施形態においては、第1および第2調整角度はほぼ同一である。
本発明の装置および方法により、約10−3以下の回折効率を有する多重化ホログラムを含む記憶情報について、許容できるSNR(例えば、生のビットエラー率(BER)に一致するSNR)を有する高面密度(≧24bit/μm2)を達成できる。
本発明はさらに、参照ビームおよび物体ビームの記録形状が90度ではないビーム間角度を有する場合に、例えば、感光性ポリマーまたは光発色性または有機光屈折性記録媒体のような、中程度に高いNA(>0.2)〜高いNA(≦0.85)を有する部品をHDSシステムにおいて利用することにより、記憶情報の高面密度(≧24bit/μm2)を達成する方法および装置を提供する。
本発明の前述およびその他の目的、特徴、および利点は、添付図面に示す本発明の好ましい実施形態の以下の詳細な説明で明らかになるであろう。図面では、同一参照符号は異なる図面においても同一部品を指す。図面は必ずしも縮尺通りでなく、本発明の原理を示すことに重点が置かれている。
図1は4f光学機構の素子を示す。信号ビーム30は、空間光変調器(SLM)1により形成される実質的に透明または不透明画素の2次元アレイを通過する。あるいは、実質的に透明または不透明画素の1次元アレイを用いることができ、あるいは、代わりに、SLMにより形成される画素の2次元または1次元アレイからの反射であってもよい。SLM1は記録されるデータ情報と共にビーム30を符号化する。SLMは一般に、入射光ビームの振幅または位相のいずれかを変調し、図1に示すとおり、入射ビームを透過または反射するように作動して、データ情報を信号ビーム30に符号化できる。図1の4f光学構成は、焦点距離f1を有するフーリエ変換レンズ素子(第1結像レンズ素子)2を含み、このレンズ素子2は、SLMで変調された信号ビーム30のフーリエ変換を中継して、第1結像レンズ素子2から焦点距離f1だけ離れている第1結像レンズ平面21に伝達するように作動する。平面21はSLMから焦点距離f1の2倍だけ離れている。一般に素子2とのマッチドペアとされる第2フーリエ変換レンズ素子(第2結像レンズ素子)3は、SLM1から(2×f1)+f2(すなわち、f1=f2の場合は3×f1)の距離に配置されており、第2結像レンズ素子3から焦点距離f2だけ離れ、かつ検出器アレイ4の相関平面に一致する平面15にSLM1の画像を再生するように作動する。平面15は「画像平面」、またはf1=f2の場合には「4f平面」と称される。4f光学系においては名前が示すとおり、f1=f2の場合は、平面15はSLM1から焦点距離f1の4倍だけ離れている。4f光学系は検出器4上にSLM1の画像を1:1で結像するように設計されている。
本明細書において、用語「レンズ素子」は、単独または組み合わされて作動して、光の入射ビームの波面の曲率を変化させることにより、光の入射ビームを変更する光学的能力を有する1つまたは複数の素子を指す。例えば、レンズ素子2および3は複数のレンズを含むことができる。当業者には明らかなことであるが、図1および2は縮尺とおりに描かれておらず、レンズ素子内の実際の光線軌道を示していない。
信号ビーム30の断面積は一般に、フーリエ平面(焦平面)21において最少である。コヒーレント光の基本的ナイキスト開口によると、断面積はd=2λf/δの直径を有する。ここでλは光の波長、fは第1フーリエ変換レンズ素子2の焦点距離、およびδ1はSLM1のピッチである。本明細書において、画素アレイのピッチは隣接する2つの画素の中心間距離と定義される。記録材料8をフーリエ変換レンズ素子2の焦平面21の位置またはその近傍に配置することは、記録される面積の画像サイズを最少にし、したがって、その結果として得られるデータ面密度を最大にする。ただし、フーリエ平面の前面または背面、およびフーリエ平面近傍にある部分フーリエ平面にホログラムを記録することは、記録面積全体にわたる物体領域のより均一な強度分布のため(すなわち、フーリエ平面と記録平面との間の距離が増加すると、フーリエ変換の中心からの距離の関数としてフーリエスペクトルの成分を含む、物体領域の強度変動の振幅が減少するため)、実質的に記録情報の忠実度が向上する(G.Goldman,Optik,Vol.34、No.3,254−267(1971)参照)。
多重化を実行するのに便利な方法は、図1を参照することにより理解できる。図1では、信号ビーム30の光学軸34は記録材料8の平面に対する入射法線である。あるいは、信号ビームの光学軸34は記録材料8の平面の法線に対して傾斜角で入射してもよい。平行参照ビーム(9または10)は、一般に比較的大きな入射角θで記録材料8の平面に入射して、信号ビーム30と記録材料8の平面において重なり合う。一連の角度多重化ホログラムは最初に、媒体8の選択された記憶位置にある同一体積内に記録できる。この一連のホログラムの各ホログラムは、記録材料8の法線に対して異なる入射角を有する参照ビーム(例えば、参照ビーム9または10)により記録される。各一連の角度多重化ホログラムが前記選択された記憶位置で完成、または部分的に完成した後、記録材料8は信号ビーム30の光学軸34を中心として数度の角度だけ回転されるか、あるいは、参照ビーム9または10の光学軸が信号ビーム30の光学軸に対して回転され、これにより、前記参照および信号ビームを含む平面は回転された異なる平面となり(方位角またはペリストロフィック(peristrophic)多重化)、新しい一連の角度多重化ホログラムまたは一連のホログラムの一部が記録される。代替方法では、最初に、信号ビーム30の光学軸34まわり、または信号ビーム30の光学軸34に対して傾斜した軸まわりに記録材料を回転させて一連の記録を実行できる。あるいは、参照ビーム9または10の光学軸が信号ビーム30の光学軸34に対して回転されて、前記参照および信号ビームを含む平面は、回転された異なる平面(前の位置とは異なる位置に回転された平面)となり、この平面は、記録材料8の法線に対して異なる入射角θを有する参照ビーム9(または10)についての方位角またはペリストロフィック(peristrophic)多重化に対応する。次に、方位角多重化の各角度に対して参照ビームの異なる入射角θのそれぞれについて記録が繰り返される。あるいは、一連の方位角多重化ホログラムの角度は、参照ビームの異なる入射角θについて部分的に完成でき、1つまたは複数の一連の角度多重化ホログラムはそれぞれ、参照ビームの別の異なる入射角θで記録できる。数百の別個のホログラムは、この多重化方法の組み合わせを利用して比較的薄い記録材料内で多重化できる。得られるデータ密度は100bit/μm2を超える(Woldmanらの「100bit/μm2を超える光データ記憶に用いるCROPホログラフィック記憶媒体(CROP holographic storage media for optical data storage greater than 100 bits/μm2)」、Organic Holographic Materiala and Application, Vol.5216−1,SPIE Annual Meeting,SanDiego,2003年8月を参照)。多重化方法の前述の組み合わせを実現することにより、角度多重化方法に用いられるビーム間角度(すなわち、信号ビーム30と参照ビーム9または10のいずれかとの間の角度)の範囲が光学系が適応できる最大角度である場合、記憶媒体の所定の厚みについて最高の面密度を達成できる。したがって、可能な最少のビーム間角度(すなわち、物体ビームを中継するレンズ素子を通過する平行参照ビームに対する最少ビーム間角度)を用いることにより、最大数の異なる入射角θで参照ビームを入射させて記録し、この結果選択された記憶位置に最大数の多重化ホログラフィック画像を記録可能にすることは、最も実用的である。好ましくは、選択された記憶位置において角度多重化を行うのに用いられる一連のビーム間角度は、記録シーケンスの開始時には最少のビーム間角度となり、記録シーケンスの終了時には最大のビーム間角度になるような角度である。
面密度の増加は多くの方法で達成できる。面密度は、第1フーリエ変換レンズ素子2の焦点距離f1および画素ピッチδ1が同一値(図1参照)に維持された状態で、SLMデータページ内の画素の総数が増加するに伴い増加する。面密度は、記録材料8の平面におけるSLMのフーリエ変換のナイキスト開口のサイズが、例えば第1フーリエ変換レンズ素子2の焦点距離の減少によって(同様に、SLMの画素ピッチの増加によって)減少するのに伴い増加する。
第1フーリエ変換レンズ素子2の開口数(NA)は、同一ページサイズに適応するために同一光学領域を同一透明開口に維持しながら増加させることができ、またこの方法によって前記開口数は前記第1レンズから媒体平面までの前記焦点距離を減少させることができる。この方法は、記録平面における信号ビームの断面積を減少させて、記憶位置の面密度を増加するために、一般に必要とされ、実行される。
したがって、特定厚みの記録材料についてのデータ密度を最高にするように作動するHDSシステムは、4f光学撮像系が適応できるフーリエ変換レンズペアに高NAレンズを使用する。不利な点は、第1および第2フーリエ変換レンズ素子がほぼ同一の焦点距離およびNA値を有する従来の4f光学系におけるような、高いNA(HDSシステムにおけるNA≧0.2)レンズを使用することが、HDSシステムにおける信号対雑音比(SNR)を大幅に低下させる原因となるいくつかの要因を生じさせる可能性があることである。再度図1を参照すると、第2フーリエ変換レンズ素子3のNAが増加すると、検出器平面15上に結像される散乱光の量も増加する。媒体8または媒体基板6および7から散乱される光、ならびにアセンブリの光学的表面および機械的表面から散乱される光は、これら高NAレンズの短い作用距離(すなわち、レンズの背面とレンズの焦平面との間の距離)およびこれらの大きい捕集領域の理由から、高NA光学素子により高い効率で捕集される。記録の間に散乱光は媒体に記録され、また、ホログラム読み出しの間に、散乱光は画素化する検出器4上に結像され、雑音として認識される。この現象は、記録の幾何形状について、一般に90度ではないビーム間角度を用いる必要のある薄い感光性ポリマーをベースとする媒体システムでは特に明瞭である。90度のビーム間角度は、薄い感光性ポリマーをベースとする媒体システムにおける記録の幾何形状には用いることができるが、この場合、例えば、媒体または記録材料の基板の表面の一部である小平面を通して媒体内に記録するために光を結合する必要がある。
回折効率η(すなわち、回折光強さと入射光強さの比率)に関して測定される、散乱光に起因する光学雑音εscatterは、式(1)に示すとおり、NAの自乗で拡大される。
雑音の多い光学系の問題点を回避するためには、各多重化ホログラムについて高い回折効率(各ホログラムの明るさまたは信号強度に関連する物理的値)が必要とされ、これにより許容できるSNRを達成する。しかし、M個の多重化ホログラム全体のダイナミックレンジυM(記録できる検出可能なホログラムの最大数に関連する物理的値)は、最も実用的な記録材料では制限されている。ダイナミックレンジは式(3)で表すことができる。
したがって、任意の1つの位置に記憶されるホログラムの最大数Mを増加して、面密度を増加するに伴い、各ホログラムの回折効率は増加し、SNRは減少する。したがって、高NAのフーリエ変換レンズの使用と、それぞれが比較的小さい回折効率の多数の多重化ホログラムとを組み合わせることにより、面密度を効率的に最大にするには、検出器平面における光学雑音を抑える必要がある。
本発明はホログラフィックデータ記憶(HDS)システムの装置に関している。この装置は、HDSシステム用に0.2以上のNAとして定義される、中程度に高い開口数(NA)から高い開口数を有する1つまたは複数のレンズおよび/または1つまたは複数のミラーなどの光学部品を含む。システムは、10E−2以下のビットエラー率(BER)に相当するSNRとして定義される許容できる信号対雑音比(SNR)で、24bit/μm2以上として定義される記憶情報の高面密度を達成する。一実施形態においては、記憶情報は複数のホログラムを含む。本発明の装置は、検出器における光学雑音を減少することにより、ホログラフィックデータ記憶システムにおけるデータの面密度を増加する光学系を含む。光学雑音は、例えば、散乱光および迷光、非回折参照ビームからの光、ならびに画像位置合わせ不良に起因して発生する。
本発明の装置は、ホログラムの記録に用いられる方法とは無関係に、またホログラムの記録に用いられる参照ビームの種類(すなわち、平行光、球形光、楕円形光、スペックル光、位相コード化光等)とは無関係に、許容できるSNRで高面密度を達成するように作動する。多重化ホログラムが使用される場合、ホログラムは当業者には公知の任意の方法で記録可能であり、これら公知の方法には、面内角度、面外角度またはペリストロフィック(peristrophic)(方位角)多重化、あるいは面内または面外シフト多重化、空間、波長、位相コード化または相関多重化、あるいはこれらの組み合わせを含むが、これらに限定されない。さらに、本発明の方法および装置を用いることにより、感光性ポリマーまたは光互変性または有機光屈折性記録媒体の事例におけるような、参照ビームおよび物体ビームの記録形状が90度ではないビーム間角度を有する場合、許容できるSNRで記憶情報の高面密度を達成できる。本発明の方法および装置を用いて、高面密度で記憶された、10−3以下の回折効率を有する多重化ホログラムを許容できるSNRで再生および検出でき、同様にそのようなホログラムを記録できる。
図1および2を参照すると、ホログラフィック撮像系における記録の間に使用されるレンズ素子2および3のNAが十分に大きい場合、大きな光学雑音が回折画像のSNRを低下させる。本発明の装置および方法により、光学雑音を大幅に減少するか、または除去できる。光学雑音はさまざまな発生源から生じ、これら発生源には、媒体および他の光学表面からの散乱光、非回折参照ビームから生じる光、および画像位置合わせ不良を含むが、これらに限定されない。これら発生源のいずれかからの雑音の影響は、ホログラム読み出しにおけるSNRレベルの大幅な減少を生じさせ、特に、高面密度で記録されたホログラム(このようなホログラムは一般に、小さい回折効率を有するため)を読み出すときに問題となる。あらゆる特定の理論に限定されることなく、雑音の主要発生源は検出器4の方向におけるシステムの構成部品により散乱される光が含まれ、散乱光には、媒体、基板および他の光学表面からの散乱光、光学表面および固定具からの反射光、および非回折参照ビーム10(または9)からの反射光などのHDSシステム内の他の迷光発生源を挙げることができるが、これらに限定されない。
一実施形態においては、本発明はホログラフィック記憶情報を読み出しまたは書き込みする装置であり、この装置は、第1開口数および第1焦点距離を有し、ホログラフィック画像を記録または再生するホログラフィック撮像系と、第2開口数および第2焦点距離を有し、信号ビームをフィルタリングする付加光学系とを備える。付加光学系は「光学雑音フィルタ」と称されることもある。一実施形態においては、付加光学系の開口数はホログラフィック撮像系の開口数より小さい。別の実施形態においては、付加光学系の焦点距離はホログラフィック撮像系の焦点距離より長い。さらに別の実施形態においては、付加光学系の開口数はホログラフィック撮像系の開口数より小さく、および付加光学系の焦点距離はホログラフィック撮像系の焦点距離より長い。本明細書において、光学系またはレンズの組み合わせに適用する場合、用語「開口数」および「焦点距離」はそれぞれ、前記の光学系またはレンズの組み合わせの有効開口数および有効焦点距離を意味する。付加光学系の開口数または焦点距離は、散乱光、迷光または非回折参照ビームをフィルタリングにより実質的に除去するように選択される。
図2を参照すると、装置内のホログラフィック撮像系は、従来の4f光学構成を有するHDS光学系を含む(例えば、図1に示されるホログラフィック撮像系)。図2に示される付加光学系20は、HDS光学系の従来の4f光学系内に装着される。
ここではホログラフィック撮像系とも称される、HDSシステムの従来の4f光学系は、第1結像レンズ素子2および第2結像レンズ素子3を備え、さらに、空間光変調器(SLM)1、ホログラフィック媒体5、および検出器4を含む。
付加光学系20は、第1付加レンズ素子11および第2付加レンズ素子12と、開口14を有する任意の開口フィルタ13とを含む。付加光学系20は、ホログラフィック記憶情報の読み出しにおいて、中程度に高いNAおよび高いNAを有するHDSシステムに固有の光学雑音を大幅に減少するか、または除去するように作動する。
一実施形態においては、開口フィルタ13の開口14は調節可能である。調節可能な開口の例はアイリス絞りである。一実施形態においては、開口14のサイズおよび形状は散乱光、迷光または非回折参照ビームをフィルタリングにより実質的に除去するように選択される。
図2の実施形態においては、付加光学系20を、ホログラフィック撮像系の構成部品3(第2結像レンズ素子)と構成部品4(検出器)との間に装着することにより、ホログラフィック画像を再生する。
一実施形態においては、ホログラフィック撮像系は、検出器4上にSLM1の画像を1:1で結像するように設計された4f光学系である。別の実施形態においては、ホログラフィック撮像系は従来の4f光学系を備えておらず、検出器4上に1:1でないSLM1の画像を生成する。これは、SLM1の画素サイズが検出器4の画素サイズと異なるようなある特定の場合において望ましい。
一実施形態においては(図2参照)、開口13は第1付加レンズ素子11の焦平面16の位置またはそれの近傍に配置され、空間フィルタとして作用する。開口フィルタ14のサイズおよび形状は調節可能である。一実施形態においては、開口13はアイリス絞りである。図2を参照すると、一実施形態においては、付加光学系20は4f光学系を含む。付加光学系20の物体平面は、ホログラフィック撮像系の画像平面15に一致するように位置決定される。付加光学系の第1付加レンズ素子11は焦点距離f3を有し、付加光学系の第2付加レンズ素子12は焦点距離f4を有する。一実施形態においては、f3=f4であり、この結果、検出器4上にSLM1の画像を1:1で結像する。別の実施形態においては、f3≠f4である。一実施形態においては、第1付加レンズ素子11および第2付加レンズ素子12は実質的にテレセントリックである。
再度、図2に示される実施形態を参照すると、ホログラフィック撮像系は、焦点距離f1およびf2をそれぞれ有する第1結像レンズ素子2および第2結像レンズ素子3を含む。好ましい実施形態においては、f1=f2であり、この結果、検出器4上にSLM1の画像を1:1で結像する。一実施形態においては、f1=f2およびf3=f4である。一実施形態においては、第1結像レンズ素子2および第2結像レンズ素子3は実質的にテレセントリックである。
前述のとおり、本発明の好ましい実施形態においては、付加光学系の開口数はホログラフィック撮像系の開口数より小さいか、または付加光学系の焦点距離はホログラフィック撮像系の焦点距離より長いかのいずれか、あるいはその両方である。したがって、一実施形態においては、f3はf2より長い。
f1、f2、f3、f4に関しては、焦点距離の多数の組み合わせを用いることができる。例えば、第1および第2結像レンズ素子は、光学素子の許容仕様により必要とされる場合に、信号ビームの光路に沿ってf1+f2の距離まで、または信号ビームの光路に沿ってf1+f2の和に等しくない距離まで間隔を空けることができる。さらに、第1および第2結像レンズ素子は、例えば光学素子の許容仕様により必要とされる場合に、信号ビームの光路に沿ってf3+f4の距離まで、または信号ビームの光路に沿ってf3+f4の和に等しくない距離まで間隔を空けることができる。これら条件の任意の組み合わせについては、別の可能な光学的配置、例えばf1=f2またはf1≠f2、あるいはf3=f4またはf3≠f4も可能であり、また、それらの組み合わせ、例えば、拡大または縮小を実現するのに必要とされる場合に、f3>f2のときはf1=f2およびf3=f4、またはf3>f2のときはf1=f2およびf3≠f4からなる配置も可能である。
ホログラフィック記録媒体5は第1結像レンズ素子2のフーリエ変換平面(焦平面)の位置またはその近傍に配置される。ホログラフィック記録媒体5は、例えば、2つの光透過性平板6および7の間に置かれた感光ポリマー材料8の層を含む。ホログラフィック記録材料の厚みは一般に、約200μm〜1.5mmである。
一実施形態においては、SLM画像を拡大または縮小することが望ましい。これは、空間光変調器1の画素ピッチδ1が、検出器4の画素ピッチδ2に等しくないか、またはピッチδ2の整数倍に等しくない場合に望まれる(図2参照)。この実施形態においては、付加光学系20の光学部品、例えばレンズ11および/または12は、SLM1の画像を拡大または縮小して、検出器4上に画像を正しく投影できる。
別の実施形態においては、本発明の装置はさらに、信号ビーム30の光路34に沿って配置された第2開口フィルタを含む。図5Aに示される一実施形態においては、第2開口フィルタ60は光路34に沿って、第1結像レンズ素子11と第2結像レンズ素子12との間に配置される。この実施形態においては、第1開口フィルタ(13)は 位相コントラストフィルタとして作用し、前記第2開口フィルタ(60)は雑音フィルタとして作用する。図5Bおよび部分的に図6において示される別の実施形態においては、第2開口フィルタ70は第1結像レンズ素子2とホログラフィック記録媒体5との間に配置される。この構成は特に、記録平面におけるフーリエ変換の高次の振幅成分をフィルタリングにより除去して、記憶位置以外での記録材料のダイナミックレンジを無駄使いしないようにするのに有効である。
ディジタルデータページの通常のホログラフィック記録の間においては、信号ビームにデータ情報を含む画像は、空間光変調器(SLM)1により表示される。SLMは入射レーザ光(ここで、ビーム30;図2を参照)の振幅成分または位相成分のいずれかを変調する。SLMは反射性または透過性であってもよく、図1および2には後者のタイプが示されている。変調された信号ビーム(ビーム30)はフーリエ変換レンズ素子(第1結像レンズ素子)2により集束され、このレンズ素子2は、データ情報を含むSLMパターンの光学フーリエ変換を、第1結像レンズ素子2から焦点距離f1離れた位置に置かれた平面21に中継するように動作する。信号ビーム30と可干渉性の参照ビーム9または10は、感光性ポリマー材料8における選択された位置の方向に伝搬し、その位置で信号ビーム30と相互に作用する。ホログラフィックデータ記憶の当業者には、媒体5内の複数のアドレス指定可能な記憶位置が存在することは理解されるであろう。干渉パターンは媒体8内の信号ビーム30と参照ビーム9または10との重なりにより形成される。同一位置に位置する数個から多数のホログラムまたは部分的に重なったホログラムは、当業者には明らかな種々の多重化方法を用いて、選択された記憶位置に記録できる。
図3にはホログラムを再生して読み出す方法が示されている。図3は図2の装置の一部を示しており、媒体5の部分は焦平面21に対して距離dだけずれた位置に置かれている。ホログラムまたは一連のホログラムの読み出しには、記録参照ビーム9または10(図2参照)と実質的に同一の参照ビーム10が、選択されたホログラム対象部分の上に入射することを必要とする。参照ビームは回折格子52(記録の間に媒体8内に形成される)により、ある一定の回折効率で回折する。この回折効率は一般に、ホログラムの厚み、ホログラムの屈折率変調、および記録の幾何形状に依存する。回折光は画像円錐形(image cone)50を形成し、ホログラフィック撮像系の逆フーリエ変換レンズ素子(第2結像レンズ素子)3を通過して伝搬する。記録干渉パターンからの画像は、逆フーリエ変換レンズ素子(第2結像レンズ素子)3により画像平面15に中継される。ホログラフィック撮像系はさらに、図2に示す検出器4のような検出器を含んでもよい。本発明の付加光学系を用いない場合は、図1に示すように、画像平面15の位置に検出器4を置くことができる。
しかし、図3においてビーム54で示される入射参照ビームの一部は、回折せず、さらに第2結像レンズ素子3により集光されることがある。さらに、参照ビーム10の非回折部分54ならびに他の光学雑音を含むさまざまな発生源からの散乱光は、第2結像レンズ素子3により集光され、SNRを劣化させる可能性がある。(これらの光学雑音の他の発生源は図3には示されていないが、以下で説明する)
したがって、一実施形態においては、本発明は、ホログラフィック記録画像を読み出す方法に関する。この方法は参照ビーム9または10を、ホログラフィック記録媒体5内の、1つまたは複数のホログラフィック記録画像を有する媒体5上の選択された記憶位置に誘導し、これにより信号ビームを再生することを含む。ホログラフィック撮像系は第1開口数および第1焦点距離を有する。この方法はさらに、再生されたビームを、第2開口数および第2焦点距離を有する付加光学系20を通して誘導することを含む。第2開口数は第1開口数より小さい。付加光学系20を通過する間に、再生信号ビームはフィルタリングされ、フィルタリングされたビームは検出器4により検出される。
一実施形態においては、ホログラフィック記録媒体は、完全または部分的に重なった多重化ホログラムをホログラフィック記録媒体上の少なくとも1つの記憶位置に記憶する。これらの多重化モードは前述の方法、例えば参照ビームの入射角度を変更する方法、またはホログラフィック記録媒体を記憶位置の固有サイズより小さい距離だけ移動する方法のいずれかの方法により実行される。別の実施形態においては、多重化ホログラムは、一連の多重化ホログラム内の第1ホログラムが一連のホログラム内に後で記録されるホログラムより小さいビーム間角度を用いて記録されるようにして、記録される。
一実施形態においては、図2を参照すると、付加光学系20は、ホログラフィック撮像系の画像円錐形50の外側から来る散乱光の大部分を遮断する。当業者は、種々の方法を選択して、本発明の光学系の作用距離を増加することにより、検出器4上に結像する雑音の影響を減少できるであろう。
図3を参照すると、実際のホログラフィック撮像系は一般に、散乱光による光学雑音発生源をいくつか有する。これら雑音には、媒体基板6および7、記録媒体8、レンズ素子2および3の表面、ならびに機械的固定具(図示なし)からの反射光を含む。散乱光による雑音の大部分は、記録媒体および/またはポリマー基板内のポリマー構造、および/またはガラス基板内の含有物または泡から発生する。したがって、進行する散乱光の強度は球面対称でなく、非回折参照ビーム9または10の連続した伝搬方向と、散乱光の伝搬方向との間の角度θに依存して、1/sin2(θ/2)または(1+cos2θ)/2となる影響成分を有する。好ましくは、付加光学系20は、約θ=0°〜±5°の範囲内、さらに好ましくは約θ=0°〜±10°の範囲内、さらに好ましくは、非回折参照ビーム9または10の伝搬方向から約θ=0°〜±20°の範囲内の、進行する散乱光を遮断する。これは、レンズ素子11および12のNAおよび/または焦点距離を選択し、ならびに空間フィルタ13のサイズおよび開口14のサイズを選択することで達成される。
図3を参照すると、振幅変調SLMを用いる場合、SLM画像のフーリエ変換スペクトルは一般に、記録の間において感光性ポリマー媒体を露出過度にできる、実質的に大部分を占める一定成分(いわゆるDC成分)を含む。したがって、振幅変調SLMを用いて記録する場合、一般に、記録媒体5を光学軸に沿ってフーリエ平面(焦平面)21からずれた位置に配置し、物体領域のフーリエ変換の振幅成分を均質化する必要がある。このずれの距離は、図3においてフーリエ平面21の後方の距離dで示されており、参照ビーム9または10について最少のビーム間角度を用いることにより、参照ビーム角度の最少法線傾斜角度および最大の有効範囲を可能にする望ましい幾何的配置である。この結果、参照ビーム9または10の非回折部分54は、ホログラフィック撮像系の逆フーリエ変換レンズ素子(第2結像レンズ素子)3に入射する。
このようなずれた状態で記録されるホログラムを再生するには、媒体を同一のずれた位置に配置する必要があることは、当業者には理解されるであろう。したがって、本発明の装置および方法の一実施形態においては、媒体5はホログラフィック撮像系のフーリエ平面(焦平面)21から距離dだけずれた位置にある。さらに好ましい実施形態においては、記録媒体5は、フーリエ平面(焦平面)21の後方、かつ光学軸34に沿って逆フーリエ変換レンズ素子(第2結像レンズ素子)3に近い方向に配置される。この結果、非回折参照ビーム9または10の一部は、第2結像レンズ素子3に入射する。
レンズ素子11および12のNAおよび/または焦点距離を選択し、ならびに開口フィルタ13のサイズおよび開口14のサイズを選択することにより、非回折参照ビーム54が検出器4上に結像されるのを防止できる。
さらに有利には、参照ビーム9または10と信号ビーム30との間の、ビーム間角度とされる平均角度を最少にして、記録における画像忠実度(図2参照)の横方向(厚み方向)縮小の効果を低減できる。このような縮小は感光性ポリマー媒体のホログラフィック記録の間において生じる。特に、この縮小は、平面角多重化または平面角多重化と方位角多重化との組み合わせを実行する場合に生じる。第1に、ビーム間角度を小さくすることにより、特定厚みの記録媒体における角度選択性曲線の全幅−半高さ(full-width-half-height)(FWHH)が広くなる。横方向の縮小の度合いは、同一記憶位置に記録される一連の平面角多重化ホログラムのうちの、感光性ポリマー記録媒体に記録される第1ホログラムにおいて最大になるため、前記第1ホログラムのブラッグ(Bragg)記録条件からの角度ずれは、一連のホログラムにおける後に記録されるホログラムより大きくなる。したがって、第1ホログラムは最少のビーム間角度で記録することが望ましい。これにより、記録におけるBragg条件からの大きい角度ずれであっても、対応する角度選択性プロフィールの最大FWHHを実現できる。第2に、所定の縮小レベルにおける小さいビーム間角度に対する角度ずれは、ホログラムが小さい傾斜角度を有するために小さくなる。第3に、最少ビーム間角度を小さくすると、平面角多重化の実現に使用できる参照ビームの全体範囲は増加し、これにより、所定厚みの記録媒体における可能な限りの多数の多重化数を達成する手段を実現する。第4に、一般には、感光性ポリマー媒体を事前調整して、媒体を正確な(記憶)開始状態に事前縮小した後、多重化ホログラム(例えば、ディジタルページホログラム)を含む情報を記録する。この事前調整は、情報記録に使用できるダイナミックレンジを減少させる。ビーム間角度を小さくすることにより、情報記録のための事前調整範囲を狭くする体積縮小効果を低減し、ダイナミクレンジを維持できる。
したがって、本発明の装置(図3参照)の好ましい実施形態においては、記録媒体5はフーリエ平面(焦平面)の後方に配置され、角度多重化を用いる場合、平均ビーム間角度(図3の角度θr)は、装置の光学部品を通過する最少角度まで減少する。ただし、これら2つの有利な条件により、非回折参照ビーム54の大部分、ならびに参照ビーム10の連続伝搬方向に近接した角度にある散乱光が、ホログラフィック撮像系の逆フーリエ変換レンズ素子(第2結像レンズ素子)3に入射することになる。
非回折参照ビームが検出器上に結像するのを防止する問題は、低面密度データのシステムの場合には発生しない。このようなシステムでは、レンズ素子は小さいNAおよび極めて長い作用距離を有する。例として図1を参照すると、参照ビーム9または10の非回折部分は一般に、逆フーリエ変換レンズ素子(第2結像レンズ素子)3を通過して伝搬しない。参照ビームの非回折部分がレンズ素子3を通過して伝搬しない場合においても、参照ビーム9または10の入射角度は物体(信号)ビーム30の入射角度より大きい。したがって、レンズ素子3により中継された後、参照ビーム9または10は検出器4においてホログラム画像の外側で結像する。この場合、非回折参照ビーム9および10は本発明の光学系から外部に出るため、システムのSNRは非回折光により劣化することはない。同様に、第2結像レンズ素子3に入射し、かつ参照ビームの連続伝搬方向に近接した角度ではかなりの高強度を有する、参照ビーム9または10からの散乱光の一部は、検出器4においてホログラム画像の外側位置で結像する。いずれの場合にも、散乱光の高強度の部分は実質的に、光学系の外部に出るため、システムのSNRは劣化しない。
HDSシステムは、実質的に短い焦点距離とそれに対応する短い作用距離とを有する高NAの光学部品を含む。ただし、HDS系は、逆フーリエ変換レンズ素子(第2結像レンズ)3と検出器4との間に十分な距離を持たないため、参照ビームの非回折光、または参照ビームの連続伝搬方向に近接した角度にある参照ビームからの散乱光は、光路を出た後に、ホログラムにより回折される情報に対応する領域内で検出器に入射することができない。例えば、図2および3を参照すると、検出器4を平面15に置く結果として、参照ビームの非回折部分54、または参照ビーム10の連続伝搬方向に近接した角度にある参照ビーム10からの散乱光は、光路を出た後に、ホログラムにより回折される情報に対応する領域内で検出器に入射できないことになる。したがって、システムのSNRは大幅に劣化し、その結果、ホログラムを含む情報は適正なSNRで正しく読み出しできなくなり、高面密度の記憶情報は達成できない。
次に図2を参照すると、第1および第2付加レンズ素子11および12のNAおよび/または焦点距離を選択し、ならびに開口フィルタ13のサイズおよび開口14のサイズを選択することにより、非回折参照ビーム9または10が検出器4上に結像されるのを防止できる。
一実施形態においては、付加光学系のNAはホログラフィック撮像系のNAに比べて小さい。これにより、非回折参照ビーム9または10、ならびに参照ビームの連続伝搬方向に近接した角度にある参照ビーム9または10からの散乱光が、第1付加レンズ素子11の透明開口に入射するのを防止する。
別の実施形態においては、第1付加レンズ素子11の焦点距離f3は十分長いため、非回折参照ビーム9または10、ならびに参照ビームの連続伝搬方向に近接した角度にある参照ビーム9または10からの散乱光は、HDSシステムから外部に出た後に、第1付加レンズ素子11で集光できる。あるいは、焦点距離f3の選択は、第1付加レンズ素子11により集光される場合でも、非回折参照ビーム9または10、ならびに参照ビームの連続伝搬方向に近接した角度にある参照ビーム9または10からの散乱光が開口フィルタ13により遮断されるように選択される。当業者は、開口14の特定の形状およびサイズを選択してホログラムを読み出しでき、好ましくは、前記ホログラムを多重化して、情報の高密度記憶および低い回折効率を達成することができるであろう。
別の実施形態においては、開口フィルタ13を用いて、1画素以下の大きさの位置合わせ不良などのデータページ位置合わせ不良により生じる雑音を減少させる。図4Aは検出器4上に入射する回折データページ41を示し、図には画素の位置ずれ(pixel misregistration)が表わされている。画素の位置ずれは固有画素寸法の分数、ΔX、ΔYで表すことができる。画素の位置ずれは、媒体ウェッジ、媒体傾斜、サーボの不正確性、および/またはレンズ位置合わせ不良を含む要因(ただし、これらに限定されない)により発生する。高NA光学部品の使用は一般に、画素の位置ずれを拡大する傾向にある。例えば、開口フィルタ13などの開口フィルタを用いて、画素寸法の分数オーダーの画素位置ずれの影響を減少またはほぼ除去できる。当業者は、データページ画像の高空間周波数成分をフィルタリングしてHDSシステムのSNRを最適化するのに特に有効である開口フィルタ13として使用する、開口フィルタの種類を選択できる。図4Bには開口フィルタ13を使用する空間フィルタの典型的な結果が示されている。結果として得られた回折パターンは空間的にフィルタリングされ、したがって、正方形画素は「丸く」なり、画素の位置ずれは減少する。
再度、図2を参照すると、本発明の一実施形態においては、開口フィルタ13は平面16の位置に配置できる。好ましくは、平面16は第1付加レンズ素子11の焦平面に一致する。開口フィルタ13の位置ならびにその開口サイズ14を選択することにより、データページ画像の空間周波数成分のみを通過させて、読み出しされる選択されたホログラムのSNRを最大にすることができる(例えば、Bernalらの、Applied Optics,Vol37,No.23,pp5377−5385(1998)およびG.W.BurrおよびM.P.Bernal Artajonaの「ホログラフィックデータ記憶のシステム最適化(System Optimization for Holographic Data Storage)」、Holographic Data Storage,H.J.Coufal,D.Psaltis,およびG.T.Sincerbox(Eds)、Springer−Verlag,2000およびこれに含まれる参照文献を参照のこと)。例えば、レイリー基準(Rayleigh criteria)の全体または一部だけ増大されるナイキストサンプリング周波数でサンプリングするために設計された開口サイズは優れたSNRを実現するのに対して、大きい開口は増大した雑音量を通過させ、また小さい開口は、少ない信号量を通過させると共に、データページホログラムのフーリエスペクトルの高い空間周波数の不十分なサンプリングに起因する画素間のクロストークを発生させる。
一実施形態においては、本発明の装置を使用して、位相変調モードで作動するSLMを用いて記録されたデータページホログラムを読み出しできる。図2を参照すると、SLMが作動して信号ビーム30の入射光の位相を変調する場合、記録媒体5は、結像フーリエ変換レンズ(第2結像レンズ)3の物体平面(焦平面)21の位置に配置できる。結果として、感光性ポリマー材料8の記憶位置における記録領域のサイズは減少し、面密度は増加する。しかし、多くの理由のために、位相変調画像は振幅変調画像に変換して読み出すのが望ましい。したがって、一実施形態においては、開口フィルタ13のNA、開口14の焦点距離および/またはサイズを選択することにより、開口フィルタ13が位相コントラストフィルタとして作動して、位相変調ホログラフィック画像を振幅変調ホログラフィック画像に変換するようにする。
一実施形態においては、本発明はホログラフィック画像を記録する方法に関する。図6を参照すると、この方法は、信号ビーム30を、ホログラフィック撮像系を通して誘導することを含む。ホログラフィック撮像系は、光学軸34に沿って間隔を空けて位置する、結像レンズ素子2およびホログラフィック記録媒体5を含む。ホログラフィック撮像系はさらに、媒体5の前面位置または前面位置近傍で、結像レンズ素子と媒体5との間に光学軸34に沿って配置された開口フィルタ70を有することにより、物体領域のフーリエ変換の高次の空間周波数をフィルタリングする。これにより、高次空間周波数が選択された記憶位置の外側の位置において媒体を露光することを防止する。この方法はさらに、フィルタリングされた信号ビームおよび参照ビーム9または10を、ホログラフィック記憶媒体5上の選択された記憶位置に誘導して、フィルタリングされた信号ビームと参照ビームの交差部に干渉パターンを記録する。
本発明さらに、多重化ホログラムの再生の間において、記録に用いられた対応角度を基準とした参照ビームの入射角度の可変調節の必要性を低減またはほぼ無くする、多重化ホログラムの記録および読み出し方法に関する。
ホログラフィック記録媒体は記録の間に縮小する。結果的に、ホログラムの再生の間は、参照ビームの入射角度は一般に、調節を必要とする(すなわち、再生されるホログラムの記録に用いられた参照ビームの入射角度より大きいまたは小さい角度に調節する必要がある)。ホログラムの再生の間に、参照ビームの入射角度を改良されたブラッグ一致条件(Bragg matching condition)に調節することにより、SNRが増加する。ただし、媒体の縮小の程度は、一連の多重化ホログラム画像内の第1ホログラムから後続のホログラムにかけて変化する。再生の間における、記録に用いられた対応角度を基準とした参照ビームの入射角度の可変調節は、ホログラフィック記録媒体の可変縮小を補償する。しかし、可変調節はHDSシステムの複雑性を増し、データ復元の忠実度を低下させ、また実現が難しい。
したがって、本発明の一実施形態は、記録の間における可変調節の必要性を実質的に無くする、多重化ホログラムの記録方法である。この実施形態においては、本発明はホログラフィック媒体内に複数のホログラフィック画像を記録する方法に関する。この方法は、(1)複数の多重化ホログラムのうちの第1ホログラムをホログラフィック記録媒体上の少なくとも1つの記憶位置に第1ビーム間角度を用いて記録すること、(2)複数の多重化ホログラムのうちの別のホログラムをホログラフィック記録媒体上の前記記憶位置に第2ビーム間角度を用いて記録することを含み、第2ビーム間角度は第1ビーム間角度より大きい。ここでの記憶位置における多重化ホログラムは、完全または部分的に重なる。ここで用いられる用語「ビーム間角度」は参照ビームの光学軸と物体ビームの光学軸との間の角度として定義される。
別の実施形態においては、本発明は可変調節の必要性を実質的に無くする多重化ホログラムの読み出し方法に関する。この実施形態においては、本発明はホログラフィック媒体内に記録された複数のホログラフィック画像を読み出す方法に関する。この方法は、(1)参照ビームを、第1調整角度により調整された第1入射角でホログラフィック記録媒体の記憶位置に誘導すること、(2)少なくとも1つの記憶位置内の複数の多重化ホログラムのうちの第1ホログラムを検出して、読み出すこと、(3)参照ビームを、第2調節角度により調節された第2入射角度でホログラフィック記録媒体上の前記記憶位置に誘導することを含み、前記記憶位置は第1記憶位置からずらすことができるが、前記第1記憶位置と少なくとも部分的に重なっており、さらに、(4)前記少なくとも1つの記憶位置に記録された複数の多重化ホログラムのうちの少なくとも第2ホログラムを検出して、読み出すことを含み、第1および第2調節角度はほぼ同一である。前述の方法で記録された複数の多重化ホログラムにおいては、一連の記録ホログラムについては、第2ビーム間角度が第1ビーム間角度より大きく、読み出しの間では、実行角度は前記多重化ホログラムの記録に用いられた参照ビームの対応する角度に対する最適ブラッグ一致条件からずれており、この角度ずれは、第1の多重化ホログラム縮小における0.1°から、記憶位置内で重なる最終の多重化ホログラムにおける約0.06°の範囲である。したがって、約0.5mm範囲の記録厚みを有する媒体に関しては、読み出しの間において、各参照ビーム角度に対して広範囲の調節角度を行うことができ、優れたSNRが得られる。これと異なり、一連の記録ホログラム内の第1ホログラムのビーム間角度が大きく、最後のホログラムのビーム間角度が小さくなるように多重化ホログラムが記録されている場合、角度調節範囲は、Braggずれプロフィールの全幅−半高さ(FWHH)より一般に大きい、約0.2°を超える。後者の場合においては、再生ホログラムのSNRを大幅に低減させずに広範囲の角度調節を実現することはできない。
したがって、本発明は有利には、重なるかまたは部分的に重なる多重化ホログラムにおける調節角度の変化を、約0.2°未満に、好ましくは0.1°未満に、より好ましくは0.06°未満に、さらに好ましくは0.05°未満にできる。一実施形態においては、調節角度の変化はほぼゼロである。
本発明の装置および方法を用いて、約75〜100bit/μm2の面密度が記録された。ホログラフィック記録媒体は300μm厚みのAprilis HMC−050−G−15−C−300カチオン開環重合(CROP)媒体を使用した。図1に示された種類の4f光学系を使用して、75および100個の同一位置の多重化データページホログラムを、それぞれN=262Kbit/ページで記録した。4f光学系の開口数(NA)は0.28とし、多重化ホログラムの記憶位置の領域は0.27mm2であった。同一位置多重化データページホログラムの読み出しは、図1に示された種類の4f光学系を用いては実行できなかった。この理由は、過剰な雑音成分が再生ホログラムのSNRを、許容できない低い値(生のBER=10−1)にまで大幅に低下させるためである。しかし、回折効率η≦10E−4を有する、同一位置多重化データページホログラムの読み出しは、付加光学系のNAが約0.125である図2の実施形態のような本発明の方法および装置を使用することによりデータペ−ジホログラムのすべてについて均等化することなく、許容できるSNR≧4.5(10−3≦生のBER≧6×10−3)を達成できた。本発明の装置および方法を用いて、約150bit/μm2の面密度が、400μm厚みのAprilis HMC−050−G−15−C−400ホログラフィック記録媒体内に記録された。図1に示された種類の4f光学系を使用して、155個の同一位置多重化データページホログラムを、それぞれN=262Kbit/ページで記録した。4f光学系の開口数(NA)は0.28とし、多重化ホログラムの記憶位置の領域は0.27mm2であった。同一位置多重化データページホログラムの読み出しは、図1に示された種類の4f光学系を用いては実行できなかった。この理由は、過剰な雑音成分が再生ホログラムのSNRを、許容できない低い値(生のBER〜10−1)にまで大幅に低下させるためである。
しかし、回折効率10E−4≦η≦10E−3を有する、同一位置多重化データページホログラムの読み出しは、開口フィルタ13を有する付加光学系20を含む図2の実施形態のような本発明の方法および装置を使用することにより、データペ−ジホログラムのすべてについて均等化することなく、3.0〜6.0(10−3≦生のBER≧6×10−3)の許容できるSNR≧4.5(1E−4≦生のBER≧6E−3)を達成できた。この付加光学系のNAは約0.125であった。
本発明を好ましい実施形態により詳細に図示し、説明してきたが、当業者には、添付の特許請求の範囲に包含される本発明の範囲から逸脱することなく、形状または細部の各種の変更が可能であることは理解されるであろう。
1 SLM(空間変調器)
2 第1結像レンズ素子
3 第2結像レンズ素子
4 検出器
9(10)参照ビーム
11 第1付加レンズ素子
12 第2付加レンズ素子
13 第1開口フィルタ
20 付加光学系
30 信号ビーム
60 第2開口フィルタ
f1〜f4 焦点距離
2 第1結像レンズ素子
3 第2結像レンズ素子
4 検出器
9(10)参照ビーム
11 第1付加レンズ素子
12 第2付加レンズ素子
13 第1開口フィルタ
20 付加光学系
30 信号ビーム
60 第2開口フィルタ
f1〜f4 焦点距離
Claims (98)
- ホログラフィック記憶情報を記録または読み出す装置であって、
第1開口数および第1焦点距離を有し、ホログラフィック画像を記録または再生するホログラフィック撮像系と、
第2開口数および第2焦点距離を有する付加光学系と、
を備え、
前記付加光学系の開口数は前記ホログラフィック撮像系の開口数より小さい装置。 - 請求項1において、前記付加光学系はさらに、間隔を空けて位置する第1付加レンズ素子および第2付加レンズ素子を含む装置。
- 請求項2において、さらに、信号ビームの光路に沿って前記第1付加レンズ素子と第2付加レンズ素子との間に配置された開口フィルタを含む装置。
- 請求項3において、前記開口フィルタは、前記第1付加レンズ素子の焦平面の位置またはその近傍に配置されている装置。
- 請求項3において、前記第1付加レンズ素子は焦点距離f3を有し、前記第2付加レンズ素子は焦点距離f4を有し、
前記ホログラフィック撮像系は第1結像レンズ素子および第2結像レンズ素子を含み、前記第1結像レンズ素子は焦点距離f1を有し、前記第2結像レンズ素子は焦点距離f2を有する装置。 - 請求項5において、前記第1および第2付加レンズ素子は、信号ビームの光路に沿ってf3+f4の距離の間隔を空けて配置された装置。
- 請求項5において、前記第1および第2結像レンズ素子は、信号ビームの光路に沿ってf1+f2の距離の間隔を空けて配置された装置。
- 請求項5において、前記第1および第2付加レンズ素子は、信号ビームの光路に沿ってf3+f4とは異なる距離の間隔を空けて配置された装置。
- 請求項5において、前記第1および第2結像レンズ素子は、信号ビームの光路に沿ってf1+f2とは異なる距離の間隔を空けて配置された装置。
- 請求項6において、f3とf4は同一である装置。
- 請求項6において、f1とf2は同一である装置。
- 請求項6において、f3とf4は異なっている装置。
- 請求項5において、f2<f3である装置。
- 請求項13において、f1=f2およびf3=f4である装置。
- 請求項13において、f1=f2およびf3≠f4である装置。
- 請求項3において、前記開口フィルタの開口は調節可能である装置。
- 請求項1において、前記付加光学系はホログラフィック画像を拡大または縮小する装置。
- 請求項1において、前記付加光学系はさらに、偏光子、波長板、ミラー、およびパターン化振幅フィルタのうちの少なくとも1つを含む装置。
- 請求項1において、前記ホログラフィック撮像系の焦点距離は、前記付加光学系の焦点距離より短い装置。
- 請求項5において、前記ホログラフィック撮像系の前記第1および第2レンズ素子は実質的にテレセントリックである装置。
- 請求項5において、前記付加光学系の前記第1および第2レンズ素子は実質的にテレセントリックである装置。
- 請求項5において、前記ホログラフィック撮像系の前記第1および第2レンズ素子は実質的にテレセントリックであり、前記付加光学系の前記第1および第2レンズ素子も実質的にテレセントリックである装置。
- 請求項5において、前記ホログラフィック撮像系はさらに、
信号ビームを符号化する空間光変調器と、
ホログラフィック画像を検出する検出器と、
を含み、
前記第1および第2結像レンズ素子は、信号ビームの光路に沿って前記空間光変調器と前記検出器との間に配置されている装置。 - 請求項23において、前記付加光学系は、信号ビームの光路に沿って前記第2結像レンズ素子と前記検出器との間に配置されている装置。
- 請求項5において、前記ホログラフィック撮像系はさらに、信号ビームの光路に沿って前記第1結像レンズ素子と第2結合レンズ素子との間に配置されたホログラフィック記録媒体を含む装置。
- 請求項25において、前記ホログラフィック記録媒体は、この記録媒体上の少なくとも1つの記憶位置に完全または部分的に重なった多重化ホログラムを記憶している装置。
- 請求項26において、一連のホログラムのうちの第1ホログラムは、この一連のホログラムに後に記録されるホログラムより小さいビーム間角度を用いて記録されている装置。
- 請求項26において、ホログラムは、角度多重化方法により、または角度多重化方法と少なくとも1つの別の多重化方法との組み合わせにより記録されている装置。
- 請求項28において、ホログラムは角度多重化と方位角多重化との組み合わせにより記録されている装置。
- 請求項28において、ホログラムは角度多重化とシフト多重化との組み合わせにより記録されている装置。
- 請求項25において、前記ホログラフィック記録媒体は、信号ビームの光路に沿って前記第1結像レンズ素子の焦平面の位置に配置されている装置。
- 請求項25において、前記ホログラフィック記録媒体は、信号ビームの光路に沿って前記第1結像レンズ素子と前記第2結合レンズ素子との間に配置されている装置。
- 請求項25において、前記ホログラフィック記録媒体は、信号ビームの光路に沿って前記第1結像レンズ素子の焦平面と前記第1結像レンズ素子との間に配置されている装置。
- 請求項25において、さらに、信号ビームの光路に沿って配置された第2開口フィルタを含む装置。
- 請求項34において、前記第2開口フィルタは、前記第1結像レンズと前記ホログラフィック記録媒体との間に配置されている装置。
- ホログラフィック記憶情報を読み出しまたは書き込みする装置であって、
第1焦点距離を有し、ホログラフィック画像を記録または再生するホログラフィック撮像系と、
第2焦点距離を有し、ホログラフィック画像をフィルタリングする付加光学系と、を備え、
前記第1焦点距離は前記第2焦点距離より短い装置。 - 請求項36において、前記ホログラフィック撮像系は、間隔を空けて配置された、焦点距離f1を有する第1結像レンズ素子と焦点距離f2を有する第2結像レンズ素子とを含み、
前記付加光学系は、間隔を空けて配置された、焦点距離f3を有する第1付加レンズ素子と焦点距離f4を有する第2付加レンズ素子とを含む装置。 - 請求項37において、f3>f2である装置。
- 請求項38において、f1=f2およびf3=f4である装置。
- 請求項38において、f1=f2およびf3≠f4である装置。
- 請求項37において、さらに、前記第1付加レンズ素子と第2付加レンズ素子との間に配置された開口フィルタを含む装置。
- 請求項41において、付加光学系の前記開口フィルタの開口は調節可能である装置。
- 請求項37において、前記ホログラフィック撮像系はさらに、
信号ビームを符号化する空間光変調器と、
ホログラフィック画像を検出する検出器と、
を含み、
前記第1および第2結像レンズ素子は、信号ビームの光路に沿って前記空間光変調器と前記検出器との間に配置されている装置。 - 請求項37において、前記第1および第2結合レンズ素子は実質的にテレセントリックである装置。
- 請求項37において、前記第1および第2付加レンズ素子は実質的にテレセントリックである装置。
- 請求項37において、前記第1および第2結合レンズ素子は実質的にテレセントリックであり、前記第1および第2付加レンズ素子も実質的にテレセントリックである装置。
- 請求項43において、前記付加光学系は、信号ビームの光路に沿って前記第2結像レンズ素子と前記検出器との間に配置されている装置。
- 請求項43において、前記ホログラフィック撮像系はさらに、信号ビームの光路に沿って前記第1結像レンズ素子と第2結合レンズ素子との間に配置されたホログラフィック記録媒体を含む装置。
- 請求項48において、前記ホログラフィック記録媒体は、この記録媒体上の少なくとも1つの記憶位置に完全または部分的に重なった多重化ホログラムを記憶している装置。
- 請求項49において、ホログラムは、角度多重化方法により、または角度多重化方法と少なくとも1つの別の多重化方法との組み合わせにより記録されている装置。
- 請求項49において、一連のホログラムのうちの第1ホログラムは、この一連のホログラムに後に記録されるホログラムより小さいビーム間角度を用いて記録されている装置。
- 請求項50において、ホログラムは角度多重化と方位角多重化との組み合わせにより記録されている装置。
- 請求項50において、ホログラムは角度多重化とシフト多重化との組み合わせにより記録されている装置。
- ホログラフィック記録画像を読み出す方法であって、
参照ビームを、ホログラフィック記録媒体を含むホログラフィック撮像系内に誘導するステップであって、前記参照ビームは前記ホログラフィック記録媒体上に誘導され、前記ホログラフィック撮像系は第1開口数および第1焦点距離を有し、これにより信号ビームを再生するステップと、
前記再生された信号ビームを、第2開口数および第2焦点距離を有する付加光学系を通して誘導または中継するステップであって、前記第2開口数は前記第1開口数より小さく、これにより、前記再生された信号ビームをフィルタリングするステップと、
前記フィルタリングされた信号ビームを検出するステップと、
を含む方法。 - 請求項54において、前記ホログラフィック記録媒体は、この記録媒体上の少なくとも1つの記憶位置に完全または部分的に重なった多重化ホログラムを記憶する方法。
- 請求項54において、前記付加光学系はさらに、間隔を空けて配置された、第1付加レンズ素子および第2付加レンズ素子を含む方法。
- 請求項56において、付加光学系の前記レンズ素子には実質的にテレセントリックなレンズ素子を用いる方法。
- 請求項54において、前記ホログラフィック撮像系はさらに、間隔を空けて配置された、第1結像レンズ素子および第2結像レンズ素子を含む方法。
- 請求項58において、前記第1結像レンズ素子および第2結像レンズ素子には、実質的にテレセントリックなレンズ素子を用いる方法。
- 請求項58において、前記第1結像レンズ素子および第2結像レンズ素子には実質的にテレセントリックなレンズ素子を用い、付加光学系の前記レンズ素子にも実質的にテレセントリックなレンズ素子を用いる方法。
- 請求項54において、前記ホログラフィック記録媒体は少なくとも約24bit/μm2の面密度で記録された情報を含み、
読み出しにおける生のビットエラー率は約0.01未満である方法。 - 請求項56において、前記付加光学系は、前記第2焦点距離が前記第1焦点距離より長くなるように構成される方法。
- 請求項62において、前記付加光学系はさらに、開口を有し、かつ前記再生された信号ビームの光路に沿って前記第1付加レンズ素子と第2付加レンズ素子との間に配置された開口フィルタを含む方法。
- 請求項63において、前記開口フィルタは前記第1付加レンズ素子の焦平面の位置またはその近傍に配置される方法。
- 請求項62において、前記開口フィルタには調節可能なフィルタを使用する方法。
- 請求項64において、前記付加光学系の開口数または焦点距離は、散乱光、迷光、または非回折参照ビームをフィルタリングするように選択される方法。
- 請求項64において、前記付加光学系の前記開口フィルタの開口のサイズおよび形状は空間周波数を選択するように調節される方法。
- 請求項63において、前記開口フィルタの前記開口サイズおよび開口形状は、散乱光、迷光、または非回折参照ビームをフィルタリングして実質的に除去するように選択される方法。
- 請求項63において、前記付加光学系の前記開口数または焦点距離は、前記非回折参照ビームの伝搬方向から少なくとも約0°〜±5°の範囲内において進行する散乱光をフィルタリングするように選択される方法。
- 請求項69において、前記散乱光は、前記非回折参照ビームの伝搬方向から少なくとも約0°〜±10°の範囲内にある方法。
- 請求項69において、前記散乱光は、前記非回折参照ビームの伝搬方向から少なくとも約0°〜±20°の範囲内にある方法。
- 請求項62において、前記ホログラフィック撮像系は、間隔を空けて配置された、焦点距離f1を有する第1結像レンズ素子と焦点距離f2を有する第2結像レンズ素子とを含み、
前記付加光学系は、間隔を空けて配置された、焦点距離f3を有する第1付加レンズ素子と焦点距離f4を有する第2付加レンズ素子とを含む方法。 - 請求項72において、f3>f2である方法。
- 請求項73において、f1=f2およびf3=f4である方法。
- 請求項73において、f1=f2およびf3≠f4である方法。
- 請求項72において、f3およびf4は、前記再生された信号ビームにより伝搬される画像を拡大または縮小するように選択される方法。
- 請求項63において、前記信号ビームは位相変調され、さらに、前記開口フィルタの前記サイズおよび開口は、位相変調を振幅変調に変換するように選択される方法。
- ホログラフィック記録画像を読み出す方法であって、
参照ビームを、ホログラフィック記録媒体を含むホログラフィック撮像系に誘導するステップであって、前記参照ビームは前記ホログラフィック記録媒体上に誘導され、前記ホログラフィック撮像系は第1焦点距離を有し、これにより信号ビームを再生するステップと、
前記再生された信号ビームを、第2焦点距離を有する付加光学系を通して誘導するステップであって、前記付加光学系は、前記第2焦点距離が前記第1焦点距離より長くなるように構成され、これにより、前記再生された信号ビームをフィルタリングするステップと、
前記フィルタリングされた信号ビームを検出するステップと、
を含む方法。 - 請求項78において、前記ホログラフィック記録媒体は、この記録媒体上の少なくとも1つの記憶位置に完全または部分的に重なった多重化ホログラムを記憶する方法。
- 請求項79において、一連のホログラム内の第1ホログラムは、この一連のホログラムに後に記録されるホログラムより小さいビーム間角度を用いて記録される方法。
- ホログラフィック画像を記録する方法であって、
1)間隔を空けて配置された、結像レンズ素子およびホログラフィック記録媒体と、2)前記レンズ素子とホログラフィック記録媒体との間に配置された開口フィルタとを有するホログラフィック撮像系を通して信号ビームを誘導して、フィルタリングされる信号ビームを生成するステップと、
前記フィルタリングされた信号ビームと参照ビームとを前記ホログラフィック記録媒体に誘導して、前記フィルタリングされた信号ビームと前記参照ビームとの間の干渉パターンを記録するステップと、
を含む方法。 - 請求項81において、前記ホログラフィック記録媒体は、この記録媒体上の少なくとも1つの記憶位置に完全または部分的に重なった多重化ホログラムを記憶する方法。
- 請求項82において、ホログラムは、角度多重化方法により、または角度多重化方法と少なくとも1つの別の多重化方法との組み合わせにより記録される方法。
- 請求項82おいて、一連のホログラム内の第1ホログラムは、この一連のホログラムに後に記録されるホログラムより小さいビーム間角度を用いて記録される方法。
- 請求項83おいて、ホログラムは、角度多重化方法と方位角多重化方法との組み合わせにより記録される方法。
- 請求項83において、ホログラムは角度多重化方法とシフト多重化方法との組み合わせにより記録される方法。
- ホログラフィック記録画像を読み出す装置であって、
参照ビームを、ホログラフィック記録媒体を含むホログラフィック撮像系内に誘導し、信号ビームを再生する手段であって、前記参照ビームはホログラフィック記録媒体上に誘導され、前記ホログラフィック撮像系は第1開口数および第1焦点距離を有する手段と、
前記再生された信号ビームを、前記第1開口数より小さい第2開口数および第2焦点距離を有する付加光学系を通して誘導し、この再生された信号ビームをフィルタリングする手段と、
前記フィルタリングされた信号ビームを検出する手段と、
を備えた装置。 - 請求項87において、前記ホログラフィック記録媒体は、この記録媒体上の少なくとも1つの記憶位置に完全または部分的に重なった多重化ホログラムを記憶している装置。
- ホログラフィック記録画像を読み出す装置であって、
参照ビームを、ホログラフィック記録媒体を含むホログラフィック撮像系内に誘導し、信号ビームを再生する手段であって、前記参照ビームはホログラフィック記録媒体上に誘導され、前記ホログラフィック撮像系は第1焦点距離を有する手段と、
前記再生された信号ビームを、第2焦点距離を有する付加光学系を通して誘導し、この再生された信号ビームをフィルタリングする手段であって、前記付加光学系は前記第2焦点距離が前記第1焦点距離より長くなるように構成された手段と、
前記フィルタリングされた信号ビームを検出する手段と、
を備えた装置。 - 請求項89において、前記ホログラフィック記録媒体は、この記録媒体上の少なくとも1つの記憶位置に完全または部分的に重なった多重化ホログラムを記憶している装置。
- ホログラフィック画像を記録する装置であって、
信号ビームを、1)間隔を空けて配置された、結像レンズ素子およびホログラフィック記録媒体と、2)前記レンズ素子とホログラフィック記録媒体との間に配置された開口フィルタとを有するホログラフィック撮像系を通して誘導して、この信号ビームをフィルタリングする手段と、
前記フィルタリングされた信号ビームと参照ビームとを前記ホログラフィック記録媒体に誘導して、前記フィルタリングされた信号ビームと前記参照ビームとの間の干渉パターンを記録する手段と、
を備えた装置。 - 請求項91において、前記ホログラフィック記録媒体は、この記録媒体上の少なくとも1つの記憶位置に完全または部分的に重なった多重化ホログラムを記憶している装置。
- 請求項92において、ホログラムは、角度多重化方法により、または角度多重化方法と少なくとも1つの別の多重化方法との組み合わせにより記録されている装置。
- 請求項92において、一連のホログラム内の第1ホログラムは、この一連のホログラムに後に記録されるホログラムより小さいビーム間角度を用いて記録されている方法。
- 請求項93において、ホログラムは角度多重化と方位角多重化との組み合わせにより記録されている装置。
- 請求項93において、ホログラムは角度多重化とシフト多重化との組み合わせにより記録されている装置。
- ホログラフィック媒体内に複数のホログラフィック画像を記録する方法であって、
複数の多重化ホログラムのうちの第1ホログラムを前記ホログラフィック記録媒体上の少なくとも1つの記憶位置に第1ビーム間角度を用いて記録するステップと、
複数の多重化ホログラムのうちの別のホログラムをホログラフィック記録媒体上の前記記憶位置に第2ビーム間角度を用いて記録するステップと、
を含み、
前記第2ビーム間角度は前記第1ビーム間角度より大きく、前記記憶位置における前記多重化ホログラムは、完全または部分的に重なっている方法。 - ホログラフィック媒体内に記録された複数のホログラフィック画像を読み出す方法であって、
参照ビームを、第1調整角度により調整された第1入射角でホログラフィック記録媒体内の選択された記憶位置に誘導するステップと、
少なくとも1つの記憶位置内の複数の多重化ホログラムのうちの第1ホログラムを検出して、読み出しするステップと、
参照ビームを、第2調節角度により調節された第2入射角度で、ホログラフィック記録媒体上の前記記憶位置に誘導するステップと、
前記少なくとも1つの記憶位置に記録された複数の多重化ホログラムのうちの第2ホログラムを検出して、読み出すステップと、
を含み、
前記第1調節角度および第2調節角度がほぼ等しい方法。
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JP2006078942A (ja) * | 2004-09-13 | 2006-03-23 | Sony Corp | ホログラム記録装置 |
US7852538B2 (en) | 2004-07-07 | 2010-12-14 | Sony Corporation | Hologram recording apparatus and hologram recording method |
JP2006235406A (ja) * | 2005-02-25 | 2006-09-07 | Tohoku Univ | フーリエ面を介する投射光学系 |
JP2006277873A (ja) * | 2005-03-30 | 2006-10-12 | Fujitsu Ltd | ホログラム記録再生装置 |
JP2006308613A (ja) * | 2005-04-26 | 2006-11-09 | Sony Corp | ホログラム記録再生装置 |
CN100456365C (zh) * | 2005-05-11 | 2009-01-28 | 索尼株式会社 | 全息再现方法以及全息再现设备 |
EP1894191B1 (en) | 2005-06-08 | 2009-07-22 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Holographic storage medium, method of manufacturing a holographic storage medium and method of reading data from a holographic storage medium. |
WO2007034435A2 (en) * | 2005-09-23 | 2007-03-29 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Compact holographic data storage device. |
EP1939698A1 (en) * | 2005-10-17 | 2008-07-02 | Matsushita Electric Industries Co., Ltd. | Hologram multiplex recording and method, and hologram reproducing device and method |
JP4548333B2 (ja) * | 2005-12-26 | 2010-09-22 | 富士ゼロックス株式会社 | データ再生方法及び装置 |
US7511867B2 (en) * | 2005-12-26 | 2009-03-31 | Fuji Xerox Co., Ltd. | Hologram reproduction method and apparatus |
WO2007096972A1 (ja) * | 2006-02-23 | 2007-08-30 | Fujitsu Limited | ホログラフィック記録装置 |
KR100694321B1 (ko) | 2006-03-03 | 2007-03-14 | 주식회사 대우일렉트로닉스 | 광정보 기록장치 및 이를 이용한 광정보 기록방법, 광정보재생장치 및 이를 이용한 광정보 재생방법 |
JP2007240581A (ja) * | 2006-03-06 | 2007-09-20 | Fujitsu Ltd | ホログラム記録装置 |
FR2902531B1 (fr) * | 2006-06-16 | 2008-09-05 | Thales Sa | Systeme optronique passif trichamp |
JP4605104B2 (ja) * | 2006-06-19 | 2011-01-05 | 富士ゼロックス株式会社 | ホログラム再生方法及び装置 |
EP1873766B1 (en) * | 2006-06-27 | 2010-03-17 | Thomson Licensing | Holographic storage system based on common path interferometry |
EP1873765A1 (en) | 2006-06-27 | 2008-01-02 | Deutsche Thomson-Brandt Gmbh | Holographic storage system based on common path interferometry |
JP2008130137A (ja) * | 2006-11-20 | 2008-06-05 | Sharp Corp | 情報記録装置および情報再生装置 |
JP4748043B2 (ja) | 2006-12-01 | 2011-08-17 | 富士ゼロックス株式会社 | 光記録装置、光記録方法、記録媒体及び再生方法 |
HU0700133D0 (en) * | 2007-02-06 | 2007-05-02 | Bayer Innovation Gmbh | Holographic storage system for reading a hologram stored on a holographic storage medium and a method carried out the rewith |
JP4830989B2 (ja) * | 2007-06-27 | 2011-12-07 | 富士ゼロックス株式会社 | ホログラム記録装置、ホログラム再生装置、ホログラム記録方法及びホログラム再生方法 |
KR101416230B1 (ko) * | 2007-09-17 | 2014-07-16 | 삼성전자주식회사 | 홀로그래픽 정보 기록/재생 장치, 기록/재생 방법 및홀로그래픽 정보 저장매체 |
WO2009051774A1 (en) * | 2007-10-18 | 2009-04-23 | Stx Aprilis, Inc. | Holographic content search engine for rapid information retrieval |
JP2009283040A (ja) * | 2008-05-20 | 2009-12-03 | Sony Corp | 記録装置、記録方法、再生装置、再生方法、記録再生装置、記録再生方法 |
JP4775408B2 (ja) | 2008-06-03 | 2011-09-21 | ソニー株式会社 | 表示装置、表示装置における配線のレイアウト方法および電子機器 |
JP5201508B2 (ja) * | 2008-09-18 | 2013-06-05 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | 導波路型波長ドメイン光スイッチ |
US9293017B2 (en) * | 2009-02-26 | 2016-03-22 | Tko Enterprises, Inc. | Image processing sensor systems |
US9277878B2 (en) * | 2009-02-26 | 2016-03-08 | Tko Enterprises, Inc. | Image processing sensor systems |
WO2011052405A1 (ja) * | 2009-10-30 | 2011-05-05 | 国立大学法人北海道大学 | 光通信システム |
US8289830B2 (en) * | 2009-12-16 | 2012-10-16 | International Business Machines Corporation | Storing data on fiber data storage media |
FR2964475B1 (fr) * | 2010-09-08 | 2013-05-17 | Commissariat Energie Atomique | Procede de dissimulation d'un hologramme synthetique dans une image binaire |
US20150042780A1 (en) * | 2012-01-06 | 2015-02-12 | Danmarks Tekniske Universitet | 4f-based optical phase imaging system |
US8619533B1 (en) | 2012-07-31 | 2013-12-31 | General Electric Company | Holographic data storage medium and an associated method thereof |
JP2015103265A (ja) * | 2013-11-27 | 2015-06-04 | 株式会社日立エルジーデータストレージ | 光情報記録再生装置および光情報記録再生方法 |
US9730649B1 (en) | 2016-09-13 | 2017-08-15 | Open Water Internet Inc. | Optical imaging of diffuse medium |
KR20180052357A (ko) * | 2016-11-10 | 2018-05-18 | 삼성전자주식회사 | 확장된 시야창을 제공하는 홀로그래픽 디스플레이 장치 |
JP6915839B2 (ja) * | 2017-02-24 | 2021-08-04 | 学校法人東京理科大学 | ホログラム記録再生装置 |
US10506181B2 (en) | 2018-03-31 | 2019-12-10 | Open Water Internet Inc. | Device for optical imaging |
US10778912B2 (en) | 2018-03-31 | 2020-09-15 | Open Water Internet Inc. | System and device for optical transformation |
US10778911B2 (en) | 2018-03-31 | 2020-09-15 | Open Water Internet Inc. | Optical transformation device for imaging |
CN111145790A (zh) * | 2020-01-23 | 2020-05-12 | 广东紫晶信息存储技术股份有限公司 | 一种高速并行再现的全息光盘读取方法和装置 |
Family Cites Families (23)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US741343A (en) * | 1903-05-09 | 1903-10-13 | John William Keddington | Float-operated valve. |
BE760000A (fr) * | 1969-12-10 | 1971-05-17 | Ampex | Dispositif de memorisation et de restitution holographique |
US4607344A (en) * | 1984-09-27 | 1986-08-19 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Triple matrix product optical processors using combined time-and-space integration |
JPH0397827A (ja) * | 1989-09-11 | 1991-04-23 | Agency Of Ind Science & Technol | チタン―クロム―銅系水素吸蔵合金 |
US5128693A (en) * | 1990-09-14 | 1992-07-07 | Nippon Telegraph & Telephone Corporation | Information recording apparatus |
JPH05100615A (ja) | 1991-10-08 | 1993-04-23 | Res Dev Corp Of Japan | ホログラム再生法及び再生装置 |
US5274385A (en) * | 1992-06-18 | 1993-12-28 | General Electric Company | Optical time delay units for phased array antennas |
JP3317463B2 (ja) | 1993-07-16 | 2002-08-26 | 日本電信電話株式会社 | 動画記録装置 |
US6272095B1 (en) * | 1994-07-22 | 2001-08-07 | California Institute Of Technology | Apparatus and method for storing and/or reading data on an optical disk |
CA2172643C (en) | 1995-05-05 | 2000-02-15 | Kevin Curtis | Multiplex holography |
US5793504A (en) * | 1996-08-07 | 1998-08-11 | Northrop Grumman Corporation | Hybrid angular/spatial holographic multiplexer |
KR100269365B1 (ko) * | 1997-12-01 | 2000-10-16 | 구자홍 | 홀로그래픽저장장치 |
JP3521113B2 (ja) * | 1998-03-27 | 2004-04-19 | パイオニア株式会社 | 体積ホログラフィックメモリ光情報記録再生装置 |
US6147782A (en) * | 1998-05-01 | 2000-11-14 | Siros Technologies, Inc. | Positive unit magnification reflective optics for holographic storage |
JP4214601B2 (ja) | 1999-02-24 | 2009-01-28 | ソニー株式会社 | ホログラム記録再生装置及びホログラム記録再生方法 |
US6322931B1 (en) * | 1999-07-29 | 2001-11-27 | Siros Technologies, Inc. | Method and apparatus for optical data storage using non-linear heating by excited state absorption for the alteration of pre-formatted holographic gratings |
GB9923428D0 (en) * | 1999-10-04 | 1999-12-08 | Thomas Swan & Company Limited | Optical switch |
US6842285B2 (en) * | 2000-12-22 | 2005-01-11 | Riso National Laboratory | Method and apparatus for generating a phase-modulated wave front of electromagnetic radiation |
US6788443B2 (en) * | 2001-08-30 | 2004-09-07 | Inphase Technologies, Inc. | Associative write verify |
US7116626B1 (en) * | 2001-11-27 | 2006-10-03 | Inphase Technologies, Inc. | Micro-positioning movement of holographic data storage system components |
US8199388B2 (en) * | 2002-11-22 | 2012-06-12 | Inphase Technologies, Inc. | Holographic recording system having a relay system |
US7092133B2 (en) * | 2003-03-10 | 2006-08-15 | Inphase Technologies, Inc. | Polytopic multiplex holography |
JP4591447B2 (ja) * | 2003-05-15 | 2010-12-01 | トムソン ライセンシング | 高データ密度ボルメトリック・ホログラフィック・データ・ストレージの方法およびシステム |
-
2004
- 2004-06-07 WO PCT/US2004/018116 patent/WO2004112045A2/en active Application Filing
- 2004-06-07 KR KR1020057023498A patent/KR20060014069A/ko not_active Application Discontinuation
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- 2004-06-07 JP JP2006509075A patent/JP2006527395A/ja active Pending
- 2004-06-07 EP EP04754668A patent/EP1631957A2/en not_active Withdrawn
-
2005
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-
2008
- 2008-07-17 US US12/218,766 patent/US20090046337A1/en not_active Abandoned
-
2009
- 2009-09-28 US US12/568,214 patent/US20100014138A1/en not_active Abandoned
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