JP2007513387A

JP2007513387A - 倍率補正を有するホログラフィック装置

Info

Publication number: JP2007513387A
Application number: JP2006543637A
Authority: JP
Inventors: リーデンバウム，クーン
Original assignee: Koninklijke Philips NV; Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2003-12-08
Filing date: 2004-11-26
Publication date: 2007-05-24
Also published as: EP1695354A1; TW200530626A; KR20060132844A; WO2005057583A1

Abstract

本発明は、ホログラフィック媒体に記録されたデータページを読み出す光ホログラフィック装置に係る。当該装置は、ホログラフィック媒体を受容する受容手段、データページを画像化する画像化手段、画像化されたデータページを検出する検出手段、及び、受容手段と検出手段との間に位置し、電極間の電圧印加によって倍率を変更することができる電気光学システムを有する。

Description

本発明は、ホログラフィック媒体に記録されたデータページを読み出す光ホログラフィック装置に係る。

ホログラフィック媒体への記録及びホログラフィック媒体からの読み出しが可能な光学装置は、H. J. Coufal、D. Psaltis、G. T. Sincerbox編「Holographic data storage」Springer series in optical sciences、 (2000) （非特許文献１）により公知である。図１はこのような、位相共役読み出しを用いた光学装置を示す。この光学装置は、放射線源１００、コリメータ１０１、第１ビームスプリッタ１０２、空間光変調器１０３、第２ビームスプリッタ１０４、レンズ１０５、第１偏向器１０７、第１テレスコープ１０８、第１ミラー１０９、半波長板１１０、第２ミラー１１１、第２偏向器１１２、第２テレスコープ１１３及び検出器１１４を含む。光学装置は、ホログラフィック媒体１０６にデータを記録し、ホログラフィック媒体１０６からデータを読み出すことを意図する。

データページをホログラフィック媒体に記録する間に、放射線源１００により生成された放射線ビームの半分が、第１ビームスプリッタ１０２によって空間光変調器１０３へ送られる。放射線ビームのこの一部分を、信号光と呼ぶ。放射線源１００によって生成された放射線ビームのもう半分は、第１偏向器１０７によってテレスコープ１０８へ偏向される。放射線ビームのこの一部分を、参照光と呼ぶ。信号光は、空間光変調器１０３によって、空間変調される。空間光変調器１０３は、透過領域及び吸収領域を含み、それぞれ記録されるデータページの０データビット及び１データビットに対応する。信号光が空間光変調器１０３を通過した後、信号光は、ホログラフィック媒体１０６に記録される信号、すなわち、記録されるデータページを運ぶ。信号光は次に、レンズ１０５によってホログラフィック媒体１０６に集束される。

参照光もまた、第１テレスコープ１０８によってホログラフィック媒体１０６に集束される。したがって、データページは、信号光と参照光との間の干渉を受けて、干渉縞の形態でホログラフィック媒体１０６に記録される。データページが一旦ホログラフィック媒体１０６に記録されると、別のデータページがホログラフィック媒体１０６の同位置に記録される。この目的を達成するために、このデータページに対応するデータが、空間光変調器１０３に送られる。第１偏向器１０７が回転して、それによりホログラフィック媒体１０６に関して参照信号の角度が修正される。第１テレスコープ１０８は、回転中、参照光を同じ位置に保つことに用いられる。したがって、干渉縞は、ホログラフィック媒体１０６の同じ場所に異なるパターンで記録される。これを、角度多重と呼ぶ。複数のデータページが記録される、ホログラフィック媒体１０６の同じ場所をブックと呼ぶ。

代替的に、同じブックの異なるデータページに記録するために、放射線ビームの波長を調整してもよい。これを、波長多重と呼ぶ。シフト多重等の他の種類の多重を用いて、ホログラフィック媒体１０６にデータページを記録してもよい。

ホログラフィック媒体１０６からデータページを読み出す間、空間光変調器１０３は完全に吸収性に成され、それによりビームの一部分でも空間光変調器１０３を通過できないようにされる。ビームスプリッタ１０２を通過する放射線源１００によって生成されたビームの一部分が、第１ミラー１０９、半波長板１１０及び第２ミラー１１１を経て第２偏向器１１２に到達するよう、第１偏向器１０７を取り除く。角度多重をホログラフィック媒体１０６中のデータページの記録に用いて所与のデータページを読み出す場合、ホログラフィック媒体１０６に関する第２偏向器１１２の角度がこの所与のホログラムを記録するのに用いられた角度と同一であるように、第２偏向器１１２を配置する。第２偏向器１１２によって偏向され且つ第２テレスコープ１１３によってホログラフィック媒体１０６に集束された信号は、したがって、この所与のホログラムの記録に用いられた参照信号の位相共役である。たとえば波長多重を、ホログラフィック媒体１０６中のデータページの記録に用いて所与のデータページを読み出す場合、同一の波長をこの所与のデータページの読み出しに用いる。

次に、参照信号の位相共役を、情報パターンによって回折し、再生信号光を作成し、次にレンズ１０５及び第２ビームスプリッタ１０４を経て検出器１１４に到達させる。このようにして、画像化されたデータページが、検出器１１４上に作成され且つ当該検出器１１４によって検出される。検出器１１４は複数の画素を含み、各画素は、画像化されたデータページの各ビットに対応する。したがって、ホログラフィック装置は、画像化されたデータページが検出器１１４と慎重に整合されるように、画像化されたデータページの１つのビットが検出器１１４の対応する画素上に衝突されるように設計されなければならない。他のホログラフィック装置において、画像化されたデータページのビットよりも多く画素が存在する。たとえば、ホログラフィック装置は、１つのビットが４つの画素に衝突されるよう設計される。

したがって、かかるホログラフィック装置は、当該装置用に設計されていないホログラフィック媒体を読み出すことができない。たとえば、ホログラフィック装置が１画素が１つのビットに対応するよう設計され且つ１５００×１５００個のビットのデータページから構成されるホログラフィック媒体を読み出すために設計された場合、１０００×１０００個のビットのデータページから構成されるホログラフィック媒体を読み出すことができないであろう。何故なら、この場合１つのビットが１つより多い画素の上に画像化されるからである。このことは、欠陥である。何故なら、より高いデータ容量を備える新規のホログラフィック装置が、古いホログラフィック装置で記録されたホログラフィック媒体を読み出すことができないからである。しかしながら古い装置との互換性が、ホログラフィック装置を設計する際鍵となる問題である。
米国特許第６，４１４，２９６号明細書米国特許出願第２００３／０２２３１０１号明細書米国特許第５，８３８，６５０号明細書国際公開第９９／１８４５６号パンフレット国際公開第２００４／０３８４８０号パンフレット国際公開第２００４／０５１３２３号パンフレット H. J. Coufal、D. Psaltis、G. T. Sincerbox編「Holographic data storage」Springer series in optical sciences、 (2000) H.R. Stapert、J. Lub、E. J. K. Verstegen、B. M. van der Zande、及びS. Stallinga著「Photo replicated anisotropic liquid crystalline lenses for aberration control and dual layer read out of optical disks」、Adv. Functional Materials vol. 13，pp. 732-738、2003

本発明は、複数の異なるホログラフィック媒体を読み出すことのできるホログラフィック装置を提供することを目的とする。

この目的を達するため、本発明は、ホログラフィック媒体に記録されたデータページを読み出す光ホログラフィック装置を提案し、当該装置は、ホログラフィック媒体を受容する受容手段、データページを画像化する画像化手段、画像化されたデータページを検出する検出手段、及び、受容手段と検出手段との間に位置し、電極間の電圧印加によって倍率を変更することができる電気光学システムを有する。

本発明によれば、電気光学システムの倍率は、ホログラフィック装置に挿入されたホログラフィック媒体の種類に応じて修正される。たとえば、１０００×１０００個の画素のデータページを有するホログラフィック媒体が、１５００×１５００個の画素から構成されるデータページを有するホログラフィック媒体を読み出すために設計され且つ１つのビットが１つの画素に衝突するように設計されたホログラフィック装置に挿入される場合、１つのデータページの１ビットが検出器の１画素上に画像化（imaged）されるように電気光学システムの倍率を設定される。この場合、検出器の一部分は、ホログラフィック媒体の読み出しに用いられない。

電気光学システムを用いることは、機械的手段の使用を低減させることから、特に有効である。機械的手段は、費用がかかり、かさばり、且つ比較的大きな電力を消費する。

本発明はまた、ホログラフィック装置が、画像化されたデータページを読み出すために設計されたとしても、有効にもこのデータページの倍率を修正するために用いることもできる。実際のところ、ホログラフィック装置では、しばしば倍率エラーが生じる。何故なら、ホログラフィック媒体の製造中の欠陥又は機械的洗浄により、ホログラフィック装置が設計した場所にホログラフィック媒体が常に位置するわけではないからである。倍率エラーとは、たとえば、装置は１つのビットが１つの画素に衝突するように設計されているのにも拘わらず、１つのビットが１つより多い画素上に画像化されてしまうことである。倍率エラーは、データページの検出にエラーを生じさせる。本発明によれば、これらの倍率エラーを補正することができる。

米国特許第６，４１４，２９６号明細書（特許文献１）が、ホログラフィックデータページをステアリングする光画像形成システムを含む、ホログラフィック装置を記載していることに留意されたい。しかしながら、この光画像形成システムの倍率は、変更することができない。更に、この光画像形成システムは、ホログラフィックデータページをステアリングするのに機械的手段を利用する。

また、米国特許出願第２００３／０２２３１０１号明細書（特許文献２）が、ホログラフィック媒体と検出器との間に電圧の印加によって焦点距離を変更できるレンズを含む、ホログラフィック装置について記載していることにも留意されたい。しかしながら、この特許出願に記載のレンズは、倍率が変化しない。この技術は、ＣＤ又はＤＶＤといった他の光記憶媒体との互換性のために用いられる。

好ましくは、電気光学システムは、エレクトロウェッティング装置を含む。エレクトロウェッティング装置は、メニスカスによって分離された２つの異なる流体を有し、流体を包囲する電極間で適切な電圧を印加することによって形状を変更することができる。メニスカスの形状の変更は迅速で、大量の電力を必要としない。

エレクトロウェッティング装置は、流体チャンバ、縁部を流体チャンバにより固定されたメニスカスによって分離された２つの異なる流体、縁部の第１の側部に作用するよう配置された第１のエレクトロウェッティング電極、縁部の第２の側部に別々に作用するよう配置された第２のエレクトロウェッティング電極、及び第１のエレクトロウェッティング電極及び第２のエレクトロウェッティング電極に異なる電圧を与える電圧制御手段を含むことが有効である。かかるエレクトロウェッティング装置を用いることで、検出器に対する画像化されたデータページの移動を可能にする。このことは、機械的洗浄の結果ホログラフィック装置内で起こる移動エラーの補正を可能にする。このことは、したがって、データページの検出を向上させる。

本発明のこれら及び他の態様は、以下に記載する実施形態を参照して明らかになり、説明されるであろう。

本発明を、添付の図面を参照して例示として以下に詳細に説明する。

本発明によるホログラフィック装置を図２ａ及び図２ｂで示す。ホログラフィック装置は、画像化されたデータページを検出する検出器１１４及び電気光学システム２００を含み、電気光学システム２００の倍率は、電極間の電圧の印加によって変更することができる。この例では、電気光学システム２００は、液晶装置２０１及び収束レンズ２０２を含む。ホログラフィック装置は更に、ホログラフィック媒体１０６を受容する受容手段を含み、当該手段は、ホログラフィック媒体１０６の位置に配置される。この受容手段は、たとえば、記録媒体を置くことができるテーブルである。たとえば、従来ＣＤ又はＤＶＤプレイヤーに用いられたようなテーブルを用いることができる。

液晶装置２０１は、凸表面によって分離されるように配置された液晶材料及びガラスを包囲する２つの電極を含む。液晶材料は、常光線屈折率ｎ_ｏ及び異常光屈折率ｎ_ｅを有する。ガラスの屈折率が、ｎ_ｏに等しくなるよう選択される。図２ａ及び図２ｂの例では、電極間に電圧が印加されないとき、液晶分子が電極に対して平行に配向されるように液晶材料を選択する。このことは、液晶装置２０１における適切な整合層を用いることにより達成することができる。図２ａ及び図２ｂの例では、第２の偏光ビームスプリッタ１０４からの放射線ビームの偏光は、液晶装置２０１の電極と平行である。

図２ａでは、液晶装置２０１の電極間に電圧が印加されない。したがって、液晶分子は、放射線ビームの偏光に対して平行に配向される。液晶材料の屈折率はそれ故、ｎ_ｅである。ｎ_ｅはｎ_ｏより上位であるので、液晶装置２０１は正レンズとして作用する。この構成では、電気光学システム２００の倍率が１であるように、収束レンズ２０２が放射線ビームの通り道に配置される。

図２ｂでは、液晶装置２０１の電極間に電圧が印加される。したがって、液晶分子は上記電極に対して垂直方向へと向きを変え、液晶材料の屈折率は低下する。結果として、液晶装置２０１の焦点距離が長くなる。このことは、たとえば、H.R. Stapert、J. Lub、E. J. K. Verstegen、B. M. van der Zande、及びS. Stallinga著「Photo replicated anisotropic liquid crystalline lenses for aberration control and dual layer read out of optical disks」、Adv. Functional Materials vol. 13，pp. 732-738、2003（非特許文献２）に記載される。結果として、電気光学システム２００の倍率が低くなる。液晶装置２０１の焦点が収束レンズ２０２の焦点と一致するように収束レンズ２０２を変位させることによって、ビームの質を向上させることができることを留意されたい。この場合、平行なビームが検出器１１４上に衝突する。この場合、収束レンズ２０２を変位させるために機械的手段を利用する。しかしながら、１つのみの光学部品が変位される必要がある。

このことは、ホログラフィック装置における倍率エラーを相殺するために用いることができる。倍率エラーは、たとえば、米国特許第５，８３８，６５０号明細書（特許文献３）に記載されているように、ホログラフィック媒体１０６中の整合マークを用いて検出することができる。倍率エラーが検出されると、倍率エラーが解消されるまで、液晶装置２０１の電極間の電圧が修正される。図２ａ及び図２ｂのホログラフィック装置では、電気光学システム２００の電極間の電圧の変更によって倍率の縮小のみが取得できるが、倍率を拡大及び／又は縮小できる電気光学システム２００を設計することが可能である。たとえば、電圧が印加されないときに、図２ｂにおいて液晶材料が配向されるように液晶材料が選択された場合、正の電圧の印加により倍率を縮小させるのに対し、負の電圧の印加が倍率を拡大させる。

電気光学システム２００を、互換性を目的として用いてもよい。１０００×１０００個のビットから構成される１つのデータページが、１５００×１５００個の画素から構成される検出器上に画像化されなくてはならない場合で、且つホログラフィック装置が１つの画素につき１つのビットに対応するよう設計された場合、倍率は１より低くなければならない。データページのビットの領域が、検出器の画素の領域より大きいからである。適用されなくてはならない倍率は、整合マークを用いるシステム等、倍率エラー検出システムによって検出することができる。代替的に、データページのビットの数をデータとしてホログラフィック媒体１０６に記録し、且つ検出器１１４によって検出してもよい。データページのビット数及び検出器の画素数に依存して、ホログラフィック装置は、どちらの倍率を適用し次にどちらの電圧を印加するべきかを決定する。これらのデータを、ルックアップテーブルに格納することができる。

収束レンズ２０２の代わりに、別の液晶装置を用いてもよいことを留意されたい。２つの液晶装置は、分離させることができるか、又は同一且つ１つの電気光学素子の一部であることができる。たとえば、２つの液晶装置は共通電極を有することができる。２つの液晶装置を用いることで、２つの液晶装置の焦点距離を依存せずに変更できることから、如何なる機械的手段をも用いることを回避する。

本発明の好ましい実施形態によるホログラフィック装置を、図３a及び図３ｂに示す。ホログラフィック装置は、図２ａ及び図２ｂのホログラフィック装置と同一の素子から構成されるが、電気光学システム２００が、エレクトロウェッティング装置３０１及び収束レンズ３０２を含む電気光学システム３００に差し替えられている。エレクトロウェッティング装置は、流体チャンバ及びメニスカスによって分離された２つの異なる流体を有し、メニスカスは、縁部を流体チャンバにより固定される。流体チャンバの電極に電圧を印加すると、印加電圧に依存して、メニスカスをより凹状又は凸状にさせる。エレクトロウェッティング装置は当業者に周知である。たとえば、かかるエレクトロウェッティング装置は、国際公開第９９／１８４５６号パンフレット（特許文献４）に記載される。

図３ａの例では、エレクトロウェッティング装置３０１の電極間に電圧を印加しない。メニスカスは凸形状を有し、凸形状は流体チャンバ内の２つの流体の性質に依存する。この例では、エレクトロウェッティング装置３０１が電圧が印加されないとき正レンズとして作用するよう、２つの流体の屈折率を選択する。図３ｂにおいて、エレクトロウェッティング装置３０１の電極間に電圧を印加する。結果として、メニスカスはより緩やかな凸状になり、エレクトロウェッティング装置３０１はそれに応じて、より緩やかな収束となる。それ故、電気光学システム３００の倍率は低くなる。図２ａの説明で言及されたとおり、収束レンズ３０２は検出器１１４上のビームの質を高めるために変位されてもよい。

収束レンズ３０２を別のエレクトロウェッティング装置によって差し替えてもよいことに留意されたい。この場合、２つのエレクトロウェッティング装置は、同一且つ１つの電気光学素子の一部であってもよい。たとえば、国際公開第２００４／０３８４８０号パンフレット（特許文献５）に記載されるズームレンズを、電気光学システム３００として用いてもよい。代替的に、電気光学システム３００は、図２ａ及び図２ｂに記載されたようなエレクトロウェッティング装置及び液晶装置を含んでもよい。これら装置の焦点距離を、電気光学システム３００の倍率を機械的手段を用いることなく変更できるよう、依存せずに変更することができる。

本発明の有効な実施形態によるホログラフィック装置を、図４ａ及び図４ｂに示す。ホログラフィック装置は、図３ａ及び図３ｂのホログラフィック装置と同一の素子から構成されるが、電気光学システム３００が区分されたエレクトロウェッティング装置４０１及び収束レンズ４０２を含む電気光学システム４００に差し替えられている。図４ｂは、区分されたエレクトロウェッティング装置４０１の断面図である。区分されたエレクトロウェッティング装置４０１は、複数の電極を含む。図４ａに示すように、Ｖ_１及びＶ_２といった異なる電圧を、与えられた電極と共通電極との間に印加してもよい。区分されたエレクトロウェッティング装置４０１はしたがって、第１のエレクトロウェッティング電極及び第２のエレクトロウェッティング電極に、異なる電圧を与える電圧制御手段を有する。第１のエレクトロウェッティング電極は、縁部の第１の側部に作用するよう配置され、第２のエレクトロウェッティング電極は、縁部の第２の側部に別々に作用するよう配置される。このような区分されたエレクトロウェッティング装置４０１は、国際公開第２００４／０５１３２３号パンフレット（特許文献６）により公知である。

本パンフレットに説明されるように、異なる電圧を第１電極及び第２電極に印加することは、区分されたエレクトロウェッティング装置４０１を通過する放射線ビームの角偏向（angular deflection）につながる。このようにして、ホログラフィック装置における移動エラーを補正することが可能である。画像化されたデータページの複数のビットが検出器１１４の複数の画素に関してずれる場合、画像化されたデータページが慎重に検出器１１４と整合されるまで、適切な電圧を、区分されたエレクトロウェッティング装置４０１の電極に印加する。このことで、移動エラーを補正するために機械的手段を用いて、たとえば検出器１１４を移動させることを防ぐ。

添付の特許請求の範囲内の如何なる参照符号をも、請求項を限定するものと解釈されるべきではない。動詞「有する」「含む」及びその活用形の使用は、如何なる請求項に定められる素子を除いて如何なる他の素子の存在を除外するものではないことは明らかであろう。素子の前にある用語「１つの」は、複数のかかる素子の存在を除外するものではない。

従来技術による、ホログラフィック装置を示す。本発明による、修正された図１のホログラフィック装置の検出部を示す。本発明による、修正された図１のホログラフィック装置の検出部を示す。本発明の好ましい実施形態によるホログラフィック装置を示す。本発明の好ましい実施形態によるホログラフィック装置を示す。本発明の有効な実施形態によるホログラフィック装置を示す。本発明の有効な実施形態によるホログラフィック装置を示す。

Claims

ホログラフィック媒体に記録されたデータページを読み出す光ホログラフィック装置であって、
前記ホログラフィック媒体を受容する受容手段、
前記データページを画像化する画像化手段、
前記の画像化されたデータページを検出する検出手段、及び、
前記受容手段と前記検出手段との間に位置し、電極間の電圧印加によって倍率を変更することができる電気光学システム、
を有する、ところの光ホログラフィック装置。
前記電気光学システムはエレクトロウェッティング装置を有する、
請求項１記載の光ホログラフィック装置。
前記エレクトロウェッティング装置は、
流体チャンバ、
縁部を前記流体チャンバにより固定されたメニスカスによって分離された２つの異なる流体、
前記縁部の第１の側部に作用するよう配置された第１のエレクトロウェッティング電極、
前記縁部の第２の側部に別々に作用するよう配置された第２のエレクトロウェッティング電極、及び
異なる電圧を前記第１のエレクトロウェッティング電極及び前記第２のエレクトロウェッティング電極に与える電圧制御手段、
を有する、
請求項２記載の光ホログラフィック装置。
前記電気光学システムは液晶装置を有する、
請求項１記載の光ホログラフィック装置。