JP2007516551A

JP2007516551A - ホログラフィック走査装置

Info

Publication number: JP2007516551A
Application number: JP2006543636A
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: 2007-06-21
Also published as: ATE393449T1; KR20060132838A; EP1695340A1; EP1695340B1; WO2005057557A1; US20070115789A1; DE602004013366D1; DE602004013366T2; TW200526013A

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。光ホログラフィック装置は、データページから画像化データページを形成する形成手段を有する。画像化データページは一方向に第１の寸法を有する画像化データビットを有する。光ホログラフィック装置は、画像化データページを検出する検出手段を有する。検出手段は、上記方向に第２の寸法を有する検出器素子を有する。第２の寸法は第１の寸法より大きい。光ホログラフィック装置は、画像化データページを検出手段に関して上記方向に変位させる変位手段を有し、それにより画像化データページを走査する。

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、かかるデータページを読み出す方法及びかかる方法を実行するコンピュータプログラムに係る。

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）により周知である。図１はこのような光学装置を示す。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は複数の画素又は検出器素子を含み、各検出器素子は、画像化されたデータページの各ビットに対応する。このことは、検出器素子の寸法が画像化されたデータビットの寸法に略等しいことを意味し、それにより、データビットが検出器素子上に衝突するとき、検出器素子の出力が、上記データビットの値についての情報を与えるようにする。他のホログラフィック装置は、１つのデータビットが１つより多い検出器素子に衝突するように設計される。

このようなホログラフィック装置の欠点は、ホログラフィック媒体のデータ容量が増えると、検出器の画素の数も合わせて増えなければならないことである。何故なら、画素数は、データページのデータビットの数に少なくとも等しくなければならないからである。ここで、検出器の画素数は限定される。何故なら、このような検出器の寸法及びコストが、画素数の増加とともに急激に跳ね上がるからである。このことは、このようなホログラフィック装置が、大きなデータ容量を有するホログラフィック媒体を読むことができないことを意味する。
国際公開第２００４／０５１３２３号パンフレット米国特許出願第５，６１５，０２９号明細書 H. J. Coufal、D. Psaltis、G. T. Sincerbox編「Holographic data storage」Springer series in optical sciences、 (2000)

本発明は、より高いデータ密度を有するホログラフィック媒体を読むことが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。

この目的を達成するために、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発案し、当該光ホログラフィック装置は、上記データページから画像化データページを形成する形成手段であり、上記画像化データページは第１の方向に第１の寸法を有する画像化データビットを有する、ところの形成手段、上記画像化データページを検出する検出手段であり、該検出手段は上記第１の方向に第２の寸法を有する検出器素子群を有し、上記第２の寸法は上記第１の寸法より大きい、ところの検出手段、及び上記画像化データページを上記検出手段に関して第１の方向に変位させる変位手段であり、それにより上記画像化データページを走査する変位手段、を有する。

本発明によれば、１つより多い画像化されたデータビットが、１つの検出器素子上に衝突する。したがって、検出手段の検出器素子の数は、１つのデータページのデータビットの数より少ない。このことは、上記データページを読み出すよう意図された検出手段の検出器素子の数を増やすことなく、１つのデータページのデータビットの数を増やすことを可能にする。変位手段を用いて画像化データページを走査することで複数のデータビットの値を回収することができ、単一の検出器素子上に衝突する画像化データビットの数が１つより多くても回収することができる。

好都合にも、変位手段は、エレクトロウェッティングベースの偏向装置又は液晶ベースの偏向装置を含む。このような装置は、電極間の電圧の印加によって放射線ビームを変位させることができる。したがって、画像化データページを検出手段に関して変位させる機械的手段を必要とせず、ホログラフィック装置の寸法及び電力消費を低減させる。

好ましくは、検出器素子群は、互いにずれた複数の行に配置され、１つの画像化データページを形成する手段は、１つの画像化データビットが少なくとも２つの検出器素子上に衝突するように配置されている。明細書中に詳細に説明するが、このことは、検出器素子群の出力の記憶に要するメモリ資源を低減させることを可能にする。更に、上記２つの検出器素子の出力を減算することで暗騒音を減らし、したがって、信号対雑音比が高くなる。

本発明はまた、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方法に係り、当該方法は、上記データページから画像化データページを検出手段に形成するステップであり、上記画像化データページは第１の方向に第１の寸法を有する画像化データビット群を有する、ところのステップ、上記画像化データページを上記検出手段に関して変位させる少なくとも１つの変位ステップ、及び、各変位ステップの後に、上記第１の方向に第２の寸法を有する少なくとも１つの検出器素子の出力を測定する測定ステップであり、上記第２の寸法は上記第１の寸法より大きい、ところの測定ステップ、を有し、当該方法は更に上記測定から上記データページを回収するステップを有する。

本発明は更に、命令セットを有するコンピュータプログラムに係り、当該命令セットは、プロセッサ又はコンピュータにロードされると、当該プロセッサ又はコンピュータに本方法を実行させる。

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。

本発明の好都合な実施形態によるホログラフィック装置を、図２ａ及び図２ｂに示す。図２ａ及び図２ｂは、画像化されたデータページを検出する検出器１１４及びエレクトロウェッティング装置２００を含む。エレクトロウェッティング装置２００を検出器１１４の前に設置し、それにより画像化データページを検出器１１４に関して変位させる。この例では、変位手段はしたがって、エレクトロウェッティング装置２００である。エレクトロウェッティング装置２００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って固定される。

エレクトロウェッティング装置２００は、区分されたエレクトロウェッティング装置である。図２ｂは、区分されたエレクトロウェッティング装置２００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２００は、複数の電極を含む。図２ａ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２００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２００は、国際公開第２００４／０５１３２３号パンフレット（特許文献１）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２００を通過する放射線ビームの角偏向（angular deflection）につながる。したがって、適切な電圧印加によって、画像化データページを検出器１１４に関して移動させることが可能である。

画像化データページを検出器１１４に関して変位させることに用いることができる電子光学装置の別の例は、米国特許出願第５，６１５，０２９号明細書（特許文献２）に記載されているような、液晶ベースのウェッジ装置である。

このような電子光学装置を変位手段として用いることで機械的手段を用いることを防ぎ、ホログラフィック装置の寸法、コスト及び電力消費を低減させる。しかしながら、機械的手段を用いて、画像化データページを検出器１１４に関して変位させてもよい。たとえば、検出器１１４を玄能（sledge）に取り付けて変位させ、それによって画像化データページを走査してもよい。代替的に、参照光の角度をホログラフィック媒体１０６に関して修正することによって、画像化データページを変位させることができる。このことは、角度多重を用いる際、特に好都合である。何故なら、追加の変位手段を必要としないからである。実際に、１つのデータページから別のデータページに切り替えるべく、参照光の角度の修正に用いられる変位手段を用いて、所与の画像化データページを変位させることができる。画像化データページを、参照光の回転及びホログラフィック媒体１０６の回転によって変位させて、ホログラフィック媒体１０６に関する参照光の角度が変化しないようにすることもできる。

図３ａから図３ｄは、本発明による方法を示す。図３ａから図３ｄにおいて、検出器素子１１４ａ並びに画像化されたデータページの一部分を示す。複数の画像化されたデータビットは、第１の寸法ｓ_１を方向Ｄに有し、検出器素子１１４ａは第２の寸法ｓ_２を上記方向Ｄに有する。この例では、第２の寸法ｓ_２は、第１の寸法ｓ_１よりも４倍大きい。しかしながら、本発明はこの比には限定されない。更に、この比は整数でなくてもよい。好ましくは、ホログラフィック媒体のデータ密度が少なくとも２倍であるように、第２の寸法ｓ_２は第１の寸法ｓ_１より少なくとも２倍大きい。

図３ｂにおいて、画像化データページは、画像化されたデータビットの第１の寸法ｓ_１に対応する距離にわたって、方向Ｄに変位されている。換言すれば、検出器素子１１４ａから１つの画像化データビットが出て行き、その一方で別の画像化データビットが検出器素子１１４ａに入ってくる。本発明による方法は、検出器素子の出力を測定し、次に画像化データページを検出器１１４に関して変位させ、検出器素子群の出力を測定する等がある。本方法は、データページの全てのデータビットを回収するため、十分な測定が実行されるまで続ける。

本発明により実行された測定から、複数のデータビットを回収するさまざまな方法がある。一例を、図３ａから図３ｄを参照して以下に説明する。高強度を有する１つの画像化データビットが黒で表され、出力強度が１に等しくなる。低強度を有する１つの画像化データビットが白で表され、出力強度が０に等しくなる。図３ａにおいて、検出器素子１１４ａの出力は２であり、２つの高強度の画像化データビット及び２つの低強度の画像化データビットがあることを意味する。図３ｂにおいて、検出器素子１１４ａの出力は３である。このことは、ここで３つの高強度の画像化データビットがあることを意味する。したがって、ｄと記された画像化データビットは、低強度の画像化データビットであると推定できる。何故なら、１つの低強度の画像化データビットが検出器素子１１４ａを出て行き、１つの高強度の画像化データビットが検出器素子１１４ａに入って来たからである。図３ｃにおいて、検出器素子１１４ａの出力は４である。したがって、ｃと記された画像化データビットは、低強度の画像化データビットであると推定できる。図３ｄにおいて、検出器素子１１４ａの出力は３である。したがって、ｂと記された画像化データビットは高強度の画像化データビットであると推定できる。何故なら、１つの高強度の画像化データビットが検出器素子１１４ａを出て行き、１つの低強度の画像化データビットが検出器素子１１４ａに入ってきたからである。検出器素子１１４ａの出力は２であるので、最後に、ａと記された画像化データビットは、高強度の画像化データビットであると推定できる。

同様の測定を、隣り合う検出器素子に実行する。このようにして、データページ全体を回収することが可能になる。検出器素子群の第２の寸法ｓ_２が、画像化データビット群の第１の寸法ｓ_１よりＸ倍大きい場合、画像化データページは、検出器１１４に関して(Ｘ−１)倍変位されなければならない。検出器素子群の出力を測定する代わりに、同一の検出器素子の２つの連続する出力間の差を測定することが可能である。図３ａから図３ｄの例において、＋１、＋１、−１の差を連続して測定する。この場合、少なくとも１つの追加の測定を考慮に入れる必要がある。それはたとえば、隣り合う検出器素子のために測定された差であることができる。

図４ａから図４ｄは、本発明の好ましい実施形態による方法を示す。好ましい実施形態において、検出器素子群は、互いにずれた複数の行（staggered rows）に配置され、１つの画像化データビットが少なくとも２つの検出器素子上に衝突する。図４ａから図４ｄにおいて、２つの特定の検出器素子が４１４ａ及び４１４ｂと記される。この好ましい実施形態による方法は、共通の画像化されたビット群を有する検出器素子群の出力を減算することにある。この例において、検出器素子４１４ａ及び４１４ｂは、たとえば、ａ、ｂ及びｃと記される共通の画像化データビットを有する。図４ａにおいて、検出器素子４１４ａと４１４ｂとの間の出力の差は、−１である。この差から、ｄと記された画像化データビットが低強度の画像化データビットであると推定することができる。図４ｂにおいて、画像化データページが検出器に関して変位された後、検出器素子４１４ａと４１４ｂとの間の出力の差は−１である。それ故、ｃと記された画像化データビットは、低強度の画像化データビットである。前述のステップを、画像化データビットａ、ｂ、ｃ及びｄが回収されるまで繰り返す。同様のステップを他の検出器素子群で実行し、それによりデータページ全体を回収できるようにする。

この好ましい実施形態において、検出器素子間の差のみを計算し、かかる差から画像化データビットの値を減算する。結果として、検出器の出力を記憶する必要はなく、図３ａから図３ｄに示す方法がそれにあてはまる。このことはメモリ資源の節約を可能にし、好都合である。何故なら、検出器が何百万もの検出器素子を含む場合があり、何百万もの出力を記憶することは比較的大きなメモリ資源を要するからである。更に、測定において雑音があると、検出器素子４１４ａ及び４１４ｂといった２つの隣り合う検出器素子の出力の減算によって、雑音が低減される。それ故Ｓ／Ｎ比が高くなる。たとえば、レーザー光源における雑音又は検出器の暗電流により、検出器素子群の出力に雑音が存在する場合がある。

本発明によるデータページを読み出す方法は、ホログラフィック装置に実装されるよう意図された集積回路で実現することができる。プログラムメモリにロードされた命令セットにより、集積回路はデータページを読み出す方法を実行する。命令セットは、たとえば、ディスク等のデータキャリヤに格納されてもよい。命令セットは、集積回路のプログラムメモリにロードされるために、データキャリヤから読み出されることができ、読み出されることで役割を果たす。

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。本発明の好都合な実施形態によるホログラフィック装置を示す。本発明の好都合な実施形態によるホログラフィック装置を示す。本発明によるホログラフィック装置におけるデータビットを回収する方法を示す。本発明によるホログラフィック装置におけるデータビットを回収する方法を示す。本発明によるホログラフィック装置におけるデータビットを回収する方法を示す。本発明によるホログラフィック装置におけるデータビットを回収する方法を示す。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におけるデータビットを回収する方法を示す。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におけるデータビットを回収する方法を示す。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におけるデータビットを回収する方法を示す。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におけるデータビットを回収する方法を示す。

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、
前記データページから画像化データページを形成する形成手段であり、前記画像化データページは一方向に第１の寸法を有する画像化データビットを有する、ところの形成手段、
前記画像化データページを検出する検出手段であり、該検出手段は前記一方向に第２の寸法を有する検出器素子群を有し、前記第２の寸法は前記第１の寸法より大きい、ところの検出手段、及び
前記画像化データページを前記検出手段に関して前記一方向に変位させる変位手段であり、前記画像化データページを走査する変位手段、
を有する、ところの光ホログラフィック装置。
前記第２の寸法は前記第１の寸法より少なくとも２倍大きい、
請求項１記載の光ホログラフィック装置。
前記変位手段はエレクトロウェッティングベースの偏向装置又は液晶ベースの偏向装置を有する、
請求項１記載の光ホログラフィック装置。
前記検出器素子群は互いにずれた行に配置され、画像化データページを形成する前記形成手段は画像化されたデータビットが少なくとも２つの検出器素子に衝突するよう配置される、
請求項１記載の光ホログラフィック装置。
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方法であって、
前記データページから画像化データページを検出手段に形成するステップであり、前記画像化データページは一方向に第１の寸法を有する画像化データビット群を有する、ところのステップ、
前記画像化データページを前記検出手段に関して変位させる少なくとも１つの変位ステップ、及び、各変位ステップの後に
前記一方向に第２の寸法を有する少なくとも１つの検出器素子の出力を測定する測定ステップであり、前記第２の寸法は前記第１の寸法より大きい、ところの測定ステップ、
を有する方法であり、
更に前記測定から前記データページを回収するステップを有する方法。
各測定ステップの後、更に２つの検出器素子の出力を減算するステップを有する、
請求項５記載のデータページを読み出す方法。
前記第２の寸法は前記第１の寸法よりＸ倍大きく、(Ｘ−１)の変位ステップを有する、
請求項５記載のデータページを読み出す方法。
命令セットを有するコンピュータプログラムであって、プロセッサ又はコンピュータにロードされると、該プロセッサ又はコンピュータに請求項５記載の方法を実行させるコンピュータプログラム。