JP2007025055A - Ｐｄｌｃ光学要素を備えたｓｌｍを使用するホログラフィックデータ記憶システム - Google Patents

Abstract

【課題】 ＰＤＬＣ光学要素を備えたＳＬＭを使用するホログラフィックデータ記憶システムを提供する。
【解決手段】 本発明は、高分子分散型液晶（ＰＤＬＣ）要素の形態の光学要素を含む空間光変調器デバイス（ＳＬＭ）を含むホログラフィックデータ記憶システムに関する。ＰＤＬＣ要素は、個別に制御可能であり、かつ実質的に透過性または実質的に拡散性にすることができる。各ＰＤＬＣ要素の「オン」または「オフ」状態は、所与のＰＤＬＣ要素が透過性であるか拡散性であるかによって画定される。付加的な状態も、たとえばＰＤＬＣ要素の拡散性のレベルに基づいて、ＰＤＬＣ要素について画定してもよい。また、ミラー層をＰＤＬＣ要素に隣接して加えて、反射モードＳＬＭを画定してもよい。いずれにせよ、ＳＬＭは、ビットマップをホログラフィック物体ビームに符号化するのに用いられる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光をピクセルごとに制御するために使用される空間光変調器デバイス（ＳＬＭ）に関し、より詳しくは、ＳＬＭを使用するホログラフィックデータ記憶システムに関する。

空間光変調器デバイス（ＳＬＭ）が、ピクセルごとの光の制御が必要とされるいくつかの分野で使用される。たとえば、ＳＬＭは、光データ処理、適応光学、光相関、マシンビジョン、画像処理、画像分析、ビームステアリング、ディスプレイ、およびホログラフィックデータ記憶システムで使用されている。多くの異なったタイプのＳＬＭが、これらおよび他の用途のために存在する。

一般に、ＳＬＭは、ピクセルアレイを画定する１組の制御可能な光学要素を含む。ＳＬＭは、入力光を受け、光学要素の各々は、入力光の一部を操作して、所与のピクセルの状態を画定する。たとえば、従来のＳＬＭの光学要素の各々を、「オン」状態または「オフ」状態であるように制御することができる。どの光学要素が「オン」であり、どれが「オフ」であるかを制御することによって、ＳＬＭの出力をピクセルごとに符号化することができる。

従来のＳＬＭは、典型的には、反射モードＳＬＭまたは透過モードＳＬＭである。従来の反射モードＳＬＭにおいて、制御可能な光学要素は鏡面反射ミラーを含む。その場合、異なったミラーから出力光が向けられる方向に基づいて、ピクセルのオン／オフ状態を画定するように、ミラーの配向を制御することができる。従来の透過モードＳＬＭにおいて、光を通すか遮断し、それにより、それぞれのピクセルのオン／オフ状態を画定するために、透過性または不透過性にすることができる要素のセット。機械語を、特定のピクセルアレイまたはピクセルアレイのサブセットについて画定してもよい。

ホログラフィックデータ記憶の場合、ＳＬＭを使用して、ビットマップを含むピクセルアレイをシステムの物体ビームに符号化する。特に、物体ビームのための入力光がＳＬＭを照明するとき、ＳＬＭは、どのピクセルが「オン」であり、どのピクセルが「オフ」であるかを制御することによって、情報を物体ビームに符号化することができる。次に、符号化された物体ビームは、参照ビームと干渉させられて、媒体にホログラムを記録する。後で、記憶されたホログラムが参照ビームのみで照明されると、参照ビーム光の一部が、ホログラム干渉パターンによって回折される。さらに、回折光を、元の符号化物体ビームを再構成するように向けることができる。したがって、記録されたホログラムを参照ビームのみで照明することによって、物体ビームに符号化されたデータを再構成し、カメラまたは他の像捕捉デバイスなどのデータ検出器によって検出することができる。このようにして、記録されたホログラムに記憶された情報をホログラフィック媒体から読出すことができる。

一般に、本発明は、ホログラフィックデータ記憶用途での使用に適した空間光変調器デバイス（ＳＬＭ）、ならびにホログラフィックデータ記憶のためにＳＬＭを使用するさまざまな方法およびシステムに関する。ＳＬＭは、高分子分散型液晶（ＰＤＬＣ）要素の形態の光学ピクセル要素を含む。ＰＤＬＣ要素は、個別に制御可能なピクセルであり、かつ実質的に透過性または実質的に拡散性にすることができる。特に、電界を異なったＰＤＬＣ要素に個別に印加して、要素を実質的に透過性にすることができる。しかし、電界が所与のＰＤＬＣ要素に印加されなければ、要素は実質的に拡散性のままである。したがって、ピクセルのアレイが、入力光がＰＤＬＣ要素の１つ以上によって散乱されるかどうかに基づいて、ＳＬＭによって画定される。各ＰＤＬＣ要素の「オン」または「オフ」状態は、所与のＰＤＬＣ要素が透過性であるか拡散性であるかによって画定される。他の例において、各ＰＤＬＣ要素の「オン」または「オフ」状態は、所与のＰＤＬＣ要素が鏡面反射性に見えるか拡散性に見えるかによって画定される。その場合、１つ以上の鏡面反射ミラーをＰＤＬＣ要素に隣接して位置決めして、反射モードＳＬＭを画定することができる。さらに、さらなる他の例において、２を超える状態も、たとえばＰＤＬＣ要素の拡散性のレベルに基づいて、ＰＤＬＣ要素について画定してもよい。

一実施形態において、本発明は、空間光変調器の第１の高分子分散型液晶（ＰＤＬＣ）要素を、第１のＰＤＬＣ要素が実質的に透過性であるように制御する工程と、第２のＰＤＬＣ要素を、第２のＰＤＬＣ要素が実質的に拡散性であるように制御する工程と、空間光変調器を照明して、ピクセルアレイを、ホログラフィックデータ記憶システムの物体ビームに符号化する工程とを含む方法を提供する。

別の実施形態において、本発明は、空間光変調器の第１の高分子分散型液晶（ＰＤＬＣ）要素を、第１のＰＤＬＣ要素が透過性の第１のレベルおよび拡散性の第１のレベルを画定するように制御する工程と、空間光変調器の第２のＰＤＬＣ要素を、第２のＰＤＬＣ要素が透過性の第２のレベルおよび拡散性の第２のレベルを画定するように制御する工程と、空間光変調器を照明して、ピクセルアレイを、ホログラフィックデータ記憶システムの物体ビームに符号化する工程とを含む方法を提供する。この場合、第１のＰＤＬＣ要素を制御する工程は、第１の電界を第１のＰＤＬＣ要素に印加する工程を含んでもよく、第２のＰＤＬＣ要素を制御する工程は、第２の電界を第２のＰＤＬＣ要素に印加する工程を含んでもよい。あるいは、第１のＰＤＬＣ要素を制御する工程は、電界を第１のＰＤＬＣ要素に印加する工程を含んでもよく、第２のＰＤＬＣ要素を制御する工程は、電界を第２のＰＤＬＣ要素に印加しない工程を含んでもよい。

別の実施形態において、本発明は、ホログラフィック媒体と、入力光を発生させるためのレーザと、入力光からデータ符号化物体ビームを発生させるように位置決めされた空間光変調器デバイスとを含むホログラフィックデータ記憶システムを提供する。空間光変調器デバイスは、入力光をピクセルごとに制御する制御可能な高分子分散型液晶（ＰＤＬＣ）要素を含んでもよい。このシステムは、データ符号化物体ビームおよび参照ビームがホログラフィック媒体で干渉して、ホログラフィック媒体でホログラムを作成するように配列することができる。

本発明のさまざまな実施形態は、１つ以上の利点をもたらすことができる。特に、説明されたＳＬＭは、ホログラフィックデータ記憶用途のための向上した性能をもたらすことができる。その場合、要素のいくつかによる拡散は、フーリエ変換ホログラムが記憶されるときにゼロ次フーリエ成分（ｚｅｒｏ−ｏｒｄｅｒ Ｆｏｕｒｉｅｒ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ）のゼロ次燃焼（ｚｅｒｏ−ｏｒｄｅｒ ｂｕｒｎｉｎｇ）または露出過度（ｏｖｅｒｅｘｐｏｓｕｒｅ）を低減するかなくす散乱効果をもたらすことができる。さらに、いくつかの実施形態において、実質的に透過性にされた制御可能なＰＤＬＣ要素を通る入力光の一部からホログラフィック参照ビームが生成されるように、ホログラフィックデータ記憶システムを配列してもよい。

また、いくつかの場合、たとえば、３つ以上の異なった電界を異なったＰＤＬＣ要素を横切って提供することによって、２を超えるピクセル状態を異なったＰＤＬＣ要素について画定することができる。その場合、ＳＬＭは、データ記憶ホログラムのより複雑な符号化を提供することによって、ホログラフィックデータ記憶システムのデータ記憶容量を向上させることができる。

本発明の１つ以上の実施形態の詳細は、添付の図面および以下の説明に記載されている。本発明の他の特徴、目的、および利点は、説明および図面、ならびに特許請求の範囲から明らかであろう。

本発明は、ホログラフィックデータ記憶用途での使用に適した空間光変調器デバイス（ＳＬＭ）、ならびにホログラフィックデータ記憶のためにＳＬＭを使用するさまざまな方法およびシステムに関する。ＳＬＭは、高分子分散型液晶（ＰＤＬＣ）要素の形態の光学要素を含む。ＰＤＬＣ要素は、高分子マトリックスに埋込まれた液晶小滴を含む。ＰＤＬＣ要素は、印加電界によって個別に制御可能であり、かつ、高分子マトリックスおよび液晶の光屈折率によって、実質的に透過性または実質的に拡散性にすることができる。特に、電界を異なったＰＤＬＣ要素に個別に印加して、液晶小滴を印加電界と整列させることができる。この場合、要素を実質的に透過性にするために、液晶小滴の光屈折率は、高分子マトリックス材料の光屈折率と一致してもよい。しかし、電界が所与のＰＤＬＣ要素に印加されなければ、液晶配向はランダムなままであり、光屈折率は不一致であり、要素は実質的に拡散性のままである。

したがって、ピクセルのアレイが、入力光がＰＤＬＣ要素の１つ以上によって散乱されるかどうかに基づいて、ＳＬＭによって画定される。各ＰＤＬＣ要素の「オン」または「オフ」状態は、所与のＰＤＬＣ要素が透過性であるか拡散性であるかによって画定される。付加的な状態、すなわち、２を超えるオン／オフ状態も、ＰＤＬＣ要素の透過性または拡散性のレベルに基づいて、ＰＤＬＣ要素について画定してもよい。また、他の実施形態において、反射モードＳＬＭが、ＰＤＬＣ要素が鏡面反射性または拡散性に見えるように、ＰＤＬＣ要素に隣接して反射層を含んでもよく、その場合、拡散性のさまざまなレベルも、付加的なピクセル状態を画定するために用いてもよい。

説明されたＳＬＭは、ホログラフィックデータ記憶用途に十分に適しているであろう。特に、要素のいくつかによって引起された拡散は、フーリエ変換ホログラムが記憶されるときにゼロ次フーリエ成分のゼロ次燃焼または露出過度を低減するかなくす散乱効果をもたらすことができる。さらに、実質的に透過性にされた制御可能なＰＤＬＣ要素を通る入力光の一部からホログラフィック参照ビームが生成されるように、ホログラフィックデータ記憶システムを配列してもよい。

図１は、本発明の実施形態による空間光変調器デバイス（ＳＬＭ）１０の概念斜視図である。ＳＬＭ１０は、入力光をピクセルごとに制御する制御可能な高分子分散型液晶（ＰＤＬＣ）要素１２を含む。特に、ＰＤＬＣ要素１２の各々は、個別に制御可能である。たとえば電位差などの電界を、所与のＰＤＬＣ要素を横切って印加して、ＰＤＬＣ要素の液晶を一般的に整列させることができる。その場合、ＰＤＬＣ要素は、ＰＤＬＣ要素内の整列した液晶小滴の屈折率が高分子マトリックスの屈折率に一致するので、透過性である。光学的透明性または透過性の程度は、整列した液晶材料および高分子マトリックスの光屈折率による。

電界が所与のＰＤＬＣ要素を横切って印加されなければ、そのＰＤＬＣ要素の液晶はランダムに配向され、液晶小滴の光屈折率を高分子マトリックスの光屈折率と不一致にし、ＰＤＬＣ要素を拡散性にする。拡散性の程度は、ランダムに配向された液晶小滴および高分子マトリックスの光屈折率による。このようにして、ＰＤＬＣ要素１２を、オン／オフピクセル状態を画定するように個別に制御することができる。いくつかの実施形態において、拡散のレベルを、所与のＰＤＬＣ要素を横切って印加される電界の強度に基づいて、より精密に制御することができる。その場合、多数の状態を所与のピクセルについて画定してもよい。これは、たとえば、ホログラフィックデータ記憶システムの記憶容量を向上させることができるホログラフィックビットマップのより複雑な符号化を可能にすることによって、ホログラフィック記憶用途に有利であろう。液晶要素整列の異なったレベルの範囲を、異なった電界の範囲をＰＤＬＣ要素１２の異なったものを横切って印加することによって達成してもよい。したがって、拡散性および透過性の異なったレベルの範囲を、ＰＤＬＣ要素１２の異なったものについて画定してもよい。

図１のＳＬＭ１０は、透過モードＳＬＭである。ＰＤＬＣ要素１２をハウジング１４内に収容してもよい。ハウジング１４は、入力窓１６と、出力窓１８とを含んでもよい。入力光１７が、入力窓１６を通してＰＤＬＣ要素１２を照明する。最も単純なケースにおいて、ＰＤＬＣ要素１２は、実質的に透過性または実質的に透過拡散性であるように個別に制御される。このようにして、ピクセルのオン／オフ状態を画定することができる。異なった実現において、「オン」状態は、透過状態または拡散状態に対応してもよい。機械語も、要素１２の集合的な状態によって画定された特定のピクセルアレイまたはピクセルアレイのサブセットについて画定してもよい。出力光１９が、ＰＤＬＣ要素１２から出力窓１８を通って進み、要素１２によって画定されたピクセルアレイで符号化される。

図２は、本発明の実施形態による空間光変調器デバイス（ＳＬＭ）２０の別の概念斜視図である。図２のＳＬＭ２０は、反射モードＰＤＬＣ ＳＬＭであり、ＰＤＬＣ要素２２が、ＰＤＬＣ要素２２を通して光を反射して戻すミラー層２６に隣接している。ミラー層２６は、１つの鏡面反射表面または複数の鏡面反射表面を含んでもよい。このようにして、ＰＤＬＣ要素２２は、入力光の反射性をピクセルごとに制御する。しかし、この場合、ミラー層２６の存在のため、ＰＤＬＣ要素２２は、反射が実質的に鏡面反射性または拡散性に見えるように個別に制御される。

ＰＤＬＣ要素２２をハウジング２４内に収容してもよい。ハウジング２４は、入力および出力のために使用される窓２８を含んでもよい。入力光２９が、窓２８を通してＰＤＬＣ要素２２を照明する。ＰＤＬＣ要素２２の各々は、個別に制御可能である。たとえば電位差などの電界を、所与のＰＤＬＣ要素を横切って印加して、ＰＤＬＣ要素内の液晶小滴を一般的に整列させることができる。その場合、所与のＰＤＬＣ要素は、鏡面反射性に見え、その要素を横切り、層２６から反射する光が、鏡面反射で窓２８を通って出る。

電界が所与のＰＤＬＣ要素を横切って印加されなければ、そのＰＤＬＣ要素の液晶はランダムに配向され、ＰＤＬＣ層を拡散性にする。光は、拡散性ＰＤＬＣ要素を横切り、層２６から反射し、拡散性ＰＤＬＣ要素を横切って戻り、拡散反射で窓２８を通って出る。このようにして、ＰＤＬＣ要素２２を、オン／オフピクセル状態を画定するように個別に制御することができる。ＰＤＬＣの液晶および高分子マトリックス要素のために選択され使用される材料が、２つのピクセル状態の透明性または拡散性の程度を定める。また、いくつかの実施形態において、拡散のレベルを、所与のＰＤＬＣ要素を横切って印加される電界の強度に基づいて、より精密に制御することができる。その場合、多数の状態を所与のピクセルについて画定してもよい。たとえば、第１の電界、第２の電界、第３の電界、第４の電界などを用いて、ＰＤＬＣ要素１２（図１）または２２（図２）の異なったものによって、拡散の異なったレベルを画定してもよい。

図３は、デバイス３０の個別のＰＤＬＣ要素３４を制御する制御ユニット３３に結合された空間光変調器デバイス（ＳＬＭ）３０を示す概念ブロック図である。ＳＬＭ３０は、透過モードＳＬＭまたは反射モードＳＬＭであってもよい。簡単にするためＰＤＬＣ要素３４Ａ〜３４Ｅのみが標記される。ＰＤＬＣ要素３４は二次元アレイを構成してもよいが、本発明は必ずしもその点において限定されない。

また、ＰＤＬＣ要素３４は、透過拡散性または透過性にすることができる要素を含んでもよい。あるいは、ＰＤＬＣ要素３４は、たとえば、要素に隣接したミラー層を加えて、反射拡散性または鏡面反射性に見えるようにすることができる要素を含んでもよい。制御ユニット３３は、どのＰＤＬＣ要素３４が拡散性にされるかを制御する。

制御ユニット３３は、オペレーティングシステム環境において汎用マイクロプロセッサで実行するソフトウェアモジュールを含んでもよい。たとえば、制御ユニット３３を、ソフトウェアとして実現し、別個のコンピュータまたはワークステーションのプロセッサ上で実行してもよい。ＳＬＭ３０がホログラフィックデータ記憶用途に使用される場合、制御ユニット３３は、ホログラフィック媒体ドライブ用ソフトウェアドライバの一部を形成してもよい。その場合、制御ユニット３３は、物体ビームに符号化されるビットマップを画定する。

図４および図５は、たとえば、要素３４Ａまたは他のＰＤＬＣ要素３４のいずれかに対応してもよい、例示的な高分子分散型液晶（ＰＤＬＣ）要素の概念斜視図である。図４において、電界がＰＤＬＣ要素３４Ａに印加されない。したがって、液晶要素４２がランダムに配向され、ＰＤＬＣ要素３４Ａを拡散性にする。図５において、電界がＰＤＬＣ要素３４Ａに印加される。したがって、液晶要素４２は、一般的に配向され、ＰＤＬＣ要素３４Ａを透過性にする。また、拡散性のさまざまなレベルも、異なったＰＤＬＣ要素３４について異なった電界レベルを選択することによって画定してもよく、これは、ＳＬＭによるより複雑な符号化を考慮することができる。

ＰＤＬＣは、一般に、高分子マトリックス４４に分散された液晶小滴４２からなる。結果として生じる材料は、高分子マトリックス４４全体にわたってランダムに散在した液晶小滴４２を、典型的には３０−７０％の液晶−高分子マトリックス混合物で含む高分子混合物である。液晶要素４２の配向を電界で変えることによって、透過光に影響を及ぼすことが可能である。特に、上述されたように、図４に示されているように電界が印加されなければ、液晶要素４２はランダムに配向され、ＰＤＬＣ要素３４Ａを拡散性にする。しかし、電界がＰＤＬＣ要素３４Ａを横切って印加されると、液晶要素４２は一般的に配向されるようになり、これは、ＰＤＬＣ要素３４Ａを実質的に透過性にする。本発明は、従来のＳＬＭの制御可能なミラーなどの従来の光学要素に取って代わるために、ＰＤＬＣ要素を使用する。反射モードＳＬＭの場合、１つ以上のミラーを使用して、異なったＰＤＬＣ要素の透過光または拡散光を反射することができる。

ＰＤＬＣ要素を使用するＳＬＭは、従来のＳＬＭに対して、特定の用途のための向上した性能をもたらすことができる。たとえば、説明されたＳＬＭは、ホログラフィックデータ記憶用途に十分に適しているであろう。その場合、要素のいくつかによる拡散は、フーリエ変換ホログラムが記憶されるときにゼロ次フーリエ成分のゼロ次燃焼または露出過度を低減するかなくす散乱効果をもたらすことができる。さらに、実質的に透過性にされた制御可能なＰＤＬＣ要素を通る入力光の一部からホログラフィック参照ビームが生成されるように、ホログラフィックデータ記憶システムを配列してもよい。さらに、ＰＤＬＣ ＳＬＭの拡散性または散乱の程度を、収集または結像光学素子の捕捉角度に合せて調整してもよい。たとえば、Ｆ／１光学素子が軸外（ｏｆｆ−ａｘｉｓ）約＋／−２６度を収集するか、またはＦ／２光学素子が軸外約＋／−１４度を収集する。そのような光学素子に適した低角度散乱を促進するように、ＰＤＬＣ組成物材料の注意深い選択を行ってもよい。特に、本発明の好ましい実施形態は、拡散性要素に入射した光の５０％を超えるものの散乱が、光軸の＋／−２６度以内または光軸の＋／−１４度以内であることを含む。また、拡散のレベルを、所与のＰＤＬＣ要素を横切って印加される電界の強度に基づいて制御することができる。その場合、多数の状態を所与のピクセルについて画定してもよい。ホログラフィック記憶用途において、これは、より複雑な符号化を可能にすることができ、これは、ホログラフィックデータ記憶システムの記憶容量を向上させることができる。

図６〜８は、本発明の実施形態による例示的なホログラフィックデータ記憶システムを示すブロック図である。図６の例示的なシステム６０において、レーザ６１がレーザ光を発生し、レーザ光は、ビームスプリッタ６２によって２つの成分に分けられる。ビームスプリッタ６２を出るこれらの２つの成分は、一般に、ほぼ等しい強度を有し、かつ光波面誤差を除去するように空間的にフィルタ処理してもよい。

第１の成分は、ビームスプリッタ６２を出て、物体経路に従う。次に、この「物体ビーム」は、物体ビーム光学要素６３Ａ〜６３Ｅの集まり、および空間光変調器デバイス（ＳＬＭ）６５を含むデータエンコーダを通ってもよい。たとえば、レンズ６３Ａおよびレンズ６３Ｂがレーザビーム拡大器を形成して、平行ビームをＳＬＭ６５に提供してもよい。

ＳＬＭ６５は、たとえばホログラフィックビットマップ（またはピクセルアレイ）の形態で、物体ビームにデータを符号化する。特に、ＳＬＭ６５は、ホログラフィック記録のためのビットマップを画定するように個別に制御することができる１組の制御可能な要素を含む。制御可能な光学要素は、多数の状態を画定するように、拡散性または透過性、またはおそらくは多少拡散性にすることができる、ここで説明されるようなＰＤＬＣ要素を含む。このようにして、ホログラフィックビットマップがＳＬＭ６５によって物体ビームに符号化される。

符号化された物体ビームを、拡散性であるようにされたＳＬＭ６５のＰＤＬＣ要素によって散乱させてもよい。述べられたように、散乱角度の範囲は、好ましくは、収集光学素子の最大捕捉範囲より小さい。特に、選択されたレンズ６３ＣがＦ／１光学素子である場合、最大収集角度は軸外約＋／−２６度であり、ＰＤＬＣ要素は、好ましくは＋／−２６度未満の角度で散乱する。同様に、選択されたレンズ６３ＣがＦ／２光学素子である場合、最大収集角度は軸外約＋／−１４度であり、ＰＤＬＣ要素は、好ましくは＋／−１４度未満の角度で散乱する。符号化された物体ビームは、ホログラフィック記録媒体平面５８を照明する前、レンズ６３Ｃ、６３Ｄ、および６３Ｅを通る。したがって、レンズ６３Ｃ、６３Ｄ、および６３Ｅによって光を収集できることを確実にするために、散乱は過度であってはならない。この例示的な「４Ｆ」構成において、レンズ６３Ｃは、ＳＬＭ６５からの１つの焦点距離およびフーリエ変換平面６４Ａからの１つの焦点距離に配置される。レンズ６３Ｄは、フーリエ変換平面６４Ａからの１つの焦点距離および像平面６７Ａからの１つの焦点距離に配置される。レンズ６３Ｅは、像平面６７Ａからの１つの焦点距離およびフーリエ変換平面６４Ｂからの１つの焦点距離に配置される。

ビームスプリッタ６２を出る、レーザ６１の第２の光成分は、物体経路と異なった参照経路に従う。この「参照ビーム」は、レンズ６８Ａ〜６８Ｃおよびミラー６９Ａ〜６９Ｂなどの参照ビーム光学要素によって向けられる。参照ビームは、ホログラフィック記録媒体平面５８を照明し、データ符号化物体ビームと干渉して、媒体５５上にホログラムを作成する。

例として、媒体５５またはここで説明される他のホログラフィック媒体は、ディスクまたはカード、または任意の他のホログラフィック媒体フォーマットの形態をとってもよい。たとえば、媒体５５は、感光性材料が２つの光学的に透明なガラス基板またはプラスチック基板の間に挟まれたサンドイッチ構造を有してもよい。トラッキングパターンを、基板上に含めてもよく、別個のプローブビーム（図示せず）によって読出してもよい。ホログラムは、一般に、物体ビームに符号化されたピクセルアレイまたはビットマップを含む。物体ビームおよび参照ビームは、媒体５５の感光性材料中で干渉して、ホログラムを作成する。

ホログラムを記録するとき、記憶媒体５５は、典型的には、フーリエ変換平面の１つにまたはその近くに配置される。このシステムを使用すると、ＳＬＭ６５によって物体ビームに符号化されたデータは、物体経路および参照経路の両方を同時に照明し、それにより物体ビームおよび参照ビームが媒体５５の感光性材料中で干渉することによって、媒体５５に記録される。さらに、拡散性ＰＤＬＣ要素によって引起された散乱は、そうでなければフーリエ変換平面６４Ｂでまたはその近くで記録する間に媒体５５の部分を露出過度にすることがある望ましくないゼロ次燃焼を低減するかなくすことができる。

ホログラムが媒体５５上に記憶された後、ホログラムに符号化されたデータを、システムによって読出してもよい。読出しの間に物体ビームが媒体を照明しないようにするために、シャッタ（図示せず）を配置してもよい。データの読出しの場合、参照ビームのみが、媒体５５上のホログラムを照明することを可能にされる。光が、媒体５５上に記憶されたホログラムから回折し、物体ビームを再構成または「再生成する」。この再構成された物体ビームは、レンズ６３Ｆを通り、物体ビームに符号化されたビットマップの再構成が、像平面６７Ｂで観察されることを可能にする。したがって、ホログラムに符号化されたデータを読出すために、カメラ５９などのデータ検出器を像平面６７Ｂに位置決めすることができる。再構成された物体ビームはいくらかのわずかな散乱を含むが、ＳＬＭ６５の位置によって画定された元の像平面で拡散が発生させるので、散乱は最小である。

ＳＬＭ６５によって符号化されたホログラフィックビットマップは、ホログラフィックデータの１つの「ページ」を含んでもよい。たとえば、ページは、ホログラフィック媒体上の特定の位置にホログラムとして記憶されたバイナリ情報のアレイであってもよい。例として、ホログラフィックデータの典型的なページが、数平方ミリメートルの媒体表面領域に記憶された１０００ビット×１０００ビットのピクセルアレイを含んでもよい。しかし、他のケースにおいて、いかなるサイズのピクセルアレイも画定することができる。一般に、１ページあたりのデータ容量は、ピクセル要素の数が増加するにつれて増加し、対応するピクセル要素寸法の減少が、１ホログラフィックページあたりのより多くのピクセルを可能にする。さらに、異なったピクセルについて拡散性の異なったレベルを画定することによって、より複雑な非バイナリ情報を符号化してもよい。ホログラフィックデータ記憶用途のためのサイズにされるとき、ＳＬＭ６５の制御可能なＰＤＬＣ要素のセットは、５ｃｍ^２未満、おそらくは１ｃｍ^２未満の表面領域をまとめて画定してもよい。さらに、ＰＤＬＣ要素の各々は、４０μｍ^２未満、より好ましくは１５０μｍ^２未満の表面領域を画定してもよい。

図７のシステム７０は、図６のシステム６０と非常に同様である。両方ともフーリエ変換ホログラムの記憶のために「４Ｆ」構成を使用する。しかし、システム７０において、ビームスプリッタは除去され、参照経路は異なっている。特に、システム７０において、参照ビームは、実質的に透過性にされた制御可能なＰＤＬＣ要素を通る、ＳＬＭ７５への入力光の一部から生成される。

レーザ７１はレーザ光を発生し、レーザ光は、ここで説明されたような制御可能なＰＤＬＣ要素を含むＳＬＭ７５を照明する前に、レンズ光学要素７３Ａ、７３Ｂによって調整される。たとえば、レンズ７３Ａおよびレンズ７３Ｂがレーザビーム拡大器を形成して、平行ビームをＳＬＭ７５に提供してもよい。この例において、レーザ７１は、入力光を、ＳＬＭ７５の方に、ＳＬＭ７５の制御可能なＰＤＬＣ要素のセットによって画定された平面に対して非垂直に向けるように配向される。したがって、透過性にされたＰＤＬＣ要素を透過した光の部分は、物体経路から離れて向けられ、参照ビーム７２になる。

ＳＬＭ７５は、たとえばホログラフィックビットマップ（またはピクセルアレイ）の形態で、物体ビームにデータを符号化する。特に、ＳＬＭ７５は、多数の状態を画定するように、拡散性または透過性、またはおそらくは多少拡散性にすることができる、ここで説明されるような１組の制御可能なＰＤＬＣ要素を含む。このようにして、ホログラフィックビットマップがＳＬＭ７５によって物体ビームに符号化される。

符号化された物体ビームは、ホログラフィック記録媒体平面７４を照明する前、レンズ７３Ｃ、７３Ｄ、および７３Ｅを通る。透過性にされたＰＤＬＣ要素を透過した光の部分を含む参照ビーム７２は、物体経路と異なった参照経路に従う。この「参照ビーム」は、レンズ７８およびミラー７９Ａ〜７９Ｂなどの参照ビーム光学要素によって向けられる。参照ビームは、ホログラフィック記録媒体平面７４を照明し、データ符号化物体ビームと干渉して、媒体７７上にホログラムを作成する。

ホログラムが媒体７７上に記憶された後、ホログラムに符号化されたデータを、システムによって読出してもよい。データの読出しの場合、参照ビームのみが、媒体７７上のホログラムを照明することを可能にされる。読出しの間に物体ビームが媒体を照明しないようにするために、シャッタ（図示せず）を配置してもよい。光が、媒体７７上に記憶されたホログラムから回折し、物体ビームを再構成または「再生成する」。この再構成された物体ビームは、レンズ７３Ｆを通り、物体ビームに符号化されたビットマップの再構成が、カメラ９５によって結像されることを可能にする。

図８は、さらに別の例示的なホログラフィック記録システムを示すブロック図である。システム８０は、入力光源をシステム８０に提供するためにレーザ８１を含む。ＳＬＭ８５を照明するために、１つ以上の光学要素８２を使用して、レーザ８１からの光を調整することができる。レーザ８１からの光は、１つ以上の光学要素８２によって調整され、ビームスプリッタ８４によってＳＬＭ８５に反射される。

ＳＬＭ８５は、１組のＰＤＬＣ要素、およびまた、たとえば図２のＳＬＭ２０に示されているようにＳＬＭ出力を反射させるためにミラー層を含む。物体ビーム９２は、ＳＬＭ８５から拡散反射し、ビームスプリッタ８４およびレンズ８６を通り、ホログラフィック媒体８７で参照ビーム８３と干渉して、ホログラムを記録する。参照ビーム８３は、ビームスプリッタ８４を出る光から生成してもよく、１つ以上のミラー９１およびレンズ９３によって向けてもよい。あるいは、鏡面反射性に見えるＳＬＭ８５の要素から反射する非拡散光を用いて、物体ビーム９２と同じ光学経路に沿って進む参照ビームを生成してもよい。その場合、ミラー９１およびレンズ９３は必要でないであろう。

媒体８７は、ディスクまたはカード、または任意の他のホログラフィック媒体フォーマットの形態をとってもよい。たとえば、媒体８７は、感光性材料が２つの光学的に透明なガラス基板またはプラスチック基板の間に挟まれたサンドイッチ構造を有してもよい。示された例において記憶されたホログラムを読出すために、空間光変調器８５は、物体経路を通る光を実質的に遮断するように制御されるか、または、たとえばビームスプリッタ８４と媒体８７との間の物体経路を遮断するためにシャッタ（図示せず）を加えてもよい。媒体８７上の記憶されたホログラムが、その所与のホログラムのため参照ビーム８３によってのみ照明されると、データ符号化物体ビームの再構成が生成され、検出器８９によって検出することができる。たとえば、検出器８９はカメラを含んでもよい。１つ以上の光学要素８８を使用して、検出器８９上への符号化されたピクセルアレイの適切な照明のために、再構成された物体ビームを調整してもよい。この例において、ＳＬＭ８５は、拡散反射性または鏡面反射性に見えるようにすることができる１組のＰＤＬＣ要素を含む。ＰＤＬＣ要素に隣接した１つ以上のミラー層が、この反射モード効果を容易にすることができる。

図９は、本発明の実施形態によるフロー図である。図９を、図３のＳＬＭ３０を参照して説明する。制御ユニット３３は、ＳＬＭ３０の第１のＰＤＬＣ要素を制御し（９６）、制御ユニット３３は、また、ＳＬＭ３０の第２のＰＤＬＣ要素を制御する（９７）。たとえば、ＳＬＭの第１のＰＤＬＣ要素は、ＰＤＬＣ要素３４のサブセットを含んでもよく、第２のＰＤＬＣ要素は、ＰＤＬＣ要素３４の異なったサブセットを含んでもよい。１つの例示的な例として、要素３４の遮蔽されたものが、第１のサブセットを構成してもよく、要素３４の遮蔽されていないものが第２のサブセットを構成してもよい。第１のＰＤＬＣ要素を制御することは、第１の電界を第１のＰＤＬＣ要素に印加することを含んでもよく、第２のＰＤＬＣ要素を制御することは、第２の電界を第２のＰＤＬＣ要素に印加することを含んでもよい。その場合、ＰＤＬＣ要素の付加的なサブセットも異なった電界レベルで制御してもよい。

あるいは、第１のＰＤＬＣ要素を制御することは、電界を第１のＰＤＬＣ要素に印加することを含んでもよく、第２のＰＤＬＣ要素を制御することは、電界を第２のＰＤＬＣ要素に印加しないことを含んでもよい。その場合、ＳＬＭ３０のピクセルは「オン」または「オフ」である。いずれにせよ、ＳＬＭ３０を照明して、ビットマップを物体ビームに符号化する（９８）。さらに、いくつかの場合、透過性であるように制御されたＰＤＬＣ要素を透過した入力光から参照ビームを発生してもよい。

本発明のいくつかの実施形態を説明した。たとえば、ホログラフィックデータ記録システムに特に有利であろうＳＬＭを説明した。ＳＬＭは、入力光をピクセルごとに制御する制御可能なＰＤＬＣ要素を組入れる。それにもかかわらず、ここで説明された実施形態にさまざまな修正を行ってもよい。たとえば、多数の他のホログラフィック記録配列も、ここで説明されたＳＬＭを使用することができ、いくつかの非ホログラフィック用途も利益を得ることができる。これらおよび他の実施形態は、特許請求の範囲の範囲内である。

本発明の実施形態による空間光変調器デバイス（ＳＬＭ）の概念斜視図である。 本発明の実施形態による空間光変調器デバイス（ＳＬＭ）の概念斜視図である。 ＳＬＭの個別の要素を制御する制御ユニットに結合されたＳＬＭを示す概念ブロック図である。 例示的な高分子分散型液晶（ＰＤＬＣ）要素の概念斜視図であり、電界が要素に印加されない。 例示的な高分子分散型液晶（ＰＤＬＣ）要素の概念斜視図であり、電界が印加されて、液晶を一般的に配向させる。 本発明の実施形態による例示的なホログラフィックデータ記憶システムを示すブロック図である。 本発明の実施形態による例示的なホログラフィックデータ記憶システムを示すブロック図である。 本発明の実施形態による例示的なホログラフィックデータ記憶システムを示すブロック図である。 本発明の実施形態によるフロー図である。

符号の説明

１０ 空間光変調器デバイス（ＳＬＭ）
１２ 高分子分散型液晶（ＰＤＬＣ）要素
１４ ハウジング
１６ 入力窓
１７ 入力光
１８ 出力窓
１９ 出力光
２０ 空間光変調器デバイス（ＳＬＭ）
２２ ＰＤＬＣ要素
２４ ハウジング
２６ ミラー層
２８ 窓
２９ 入力光
３０ 空間光変調器デバイス（ＳＬＭ）
３３ 制御ユニット
３４ ＰＤＬＣ要素
３４Ａ〜３４Ｅ ＰＤＬＣ要素
４２ 液晶要素
４４ 高分子マトリックス
５５ 媒体
５８ ホログラフィック記録媒体平面
５９カメラ
６０ システム
６１ レーザ
６２ ビームスプリッタ
６３Ａ〜６３Ｆ レンズ（６３Ａ〜６３Ｅ 物体ビーム光学要素）
６４Ａ、６４Ｂ フーリエ変換平面
６５ 空間光変調器デバイス（ＳＬＭ）
６７Ａ、６７Ｂ 像平面
６８Ａ〜６８Ｃ レンズ
６９Ａ〜６９Ｂ ミラー
７０ システム
７１ レーザ
７２ 参照ビーム
７３Ａ〜７３Ｆ レンズ（７３Ａ、７３Ｂ レンズ光学要素）
７４ ホログラフィック記録媒体平面
７５ ＳＬＭ
７７ 媒体
７８ レンズ
７９Ａ〜７９Ｂ ミラー
８０ システム
８１ レーザ
８２ 光学要素
８３ 参照ビーム
８４ ビームスプリッタ
８５ ＳＬＭ
８６ レンズ
８７ ホログラフィック媒体
８８ 光学要素
８９ 検出器
９１ ミラー
９２ 物体ビーム
９３ レンズ
９５ カメラ

Claims (7)

1. ホログラフィック媒体と、
   入力光を発生させるためのレーザと、
   前記入力光からデータ符号化物体ビームを発生させるように位置決めされた空間光変調器デバイスであって、前記入力光をピクセルごとに制御する制御可能な高分子分散型液晶（ＰＤＬＣ）要素を含む空間光変調器デバイスとを含むホログラフィックデータ記憶システムであって、前記システムが、前記データ符号化物体ビームおよび参照ビームが前記ホログラフィック媒体で干渉して、前記ホログラフィック媒体でホログラムを作成するように配列される、ホログラフィックデータ記憶システム。
2. 前記入力光から前記参照ビームを生成するための光学要素をさらに含み、前記入力光の一部を用いて前記参照ビームを発生し、前記入力光の一部を用いて前記データ符号化物体ビームを発生させる、請求項１に記載のシステム。
3. 前記制御可能なＰＤＬＣ要素の各々が、ピクセルの状態を画定するように実質的に透過性または実質的に拡散性であるように制御可能である、請求項１に記載のシステム。
4. 前記参照ビームが、実質的に透過性にされた前記制御可能なＰＤＬＣ要素を通る前記入力光の一部から発生される、請求項３に記載のシステム。
5. 前記レーザが、前記入力光を、前記空間光変調器デバイスの方に、前記制御可能なＰＤＬＣ要素によって画定された平面に対して非垂直に向けるように配向される、請求項４に記載のシステム。
6. 前記制御可能なＰＤＬＣ要素の各々が、前記ＰＤＬＣ要素の各々について２を超える可能な状態を画定するように、透過性または拡散性の異なったレベルを画定するように制御可能である、請求項１に記載のシステム。
7. 前記デバイスが透過モード空間光変調器デバイスであり、前記制御可能なＰＤＬＣ要素の各々が、ピクセルの状態を画定するように実質的に透過性または実質的に透過拡散性にすることができる、請求項１に記載のシステム。

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