JP2007517349A

JP2007517349A - ホログラフィック読み出し装置

Info

Publication number: JP2007517349A
Application number: JP2006543645A
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: 2007-06-28
Also published as: KR20060132841A; WO2005057561A1; US20070091767A1; TW200540582A; EP1695344A1

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。データページはデータビット群を有する。本装置は、強度を有する放射線ビームを生成する手段、データページを画像化するために、放射線ビームをホログラフィック媒体へと方向づける方向づけ手段、画像化されたデータページ中の画像化された１組のデータビットを検出する検出手段、画像化された１組のデータビットのうち、所定のデータ状態を有する画像化されたデータビットの数をカウントするカウント手段、及び強度を上記数に応じて修正する修正手段、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、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）により公知である。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。

ホログラフィック媒体１０６は、このようにして、異なるデータビット分布を有する複数のデータページを含む。簡単な例では、１つのデータページのデータビット群が「１」及び「０」等の２つの起こり得るデータ状態を有するとする。理論上は、検出器１１４上で第１の強度が第１のデータ状態に対応し、第２の強度が第２のデータ状態に対応する。しかしながら、様々な要因により、同一のデータ状態を有するデータビット群が検出器１１４上で異なる強度により表される場合がある。これらの要因は特に、記録されたデータページの回折効率の差又は記録中の放射線源１００の出力における電源変動を含む。これらの差は、２つの異なるデータ状態を有するデータビット群が検出器１１４上で等しい強度によって表されるために、非常に重要であり得る。したがって、検出器１１４上の画像化されたデータビットの強度を単に監視することによってデータビットのデータ状態を検出することは不可能である。

米国特許第５，９９５，６７６号明細書（特許文献１）は、ホログラフィック装置中のデータビット群のデータ状態を判断する方法を記載する。この方法によれば、画像化された１組のデータビットの強度が測定される。たとえば、１つの画像化されたデータページの全ての画像化されたデータビットの強度を測定する。次に、これらの強度の平均値を測定し、各画像化されたデータビットの強度をこの平均値と比較する。強度が平均値より低い場合、対応する画像化されたデータビットのデータ状態を０と判断する。強度が平均値より高い場合、対応する画像化されたデータビットのデータ状態を１と判断する。

当該方法の欠点は、以下の通りである。記録されたデータページの回折効率の差及び記録中の放射線源１００の出力における電源変動によって、検出器１１４上の平均強度が比較的低い可能性がある。検出器１１４上の平均強度が低いとき、当該方法はノイズの影響を受けやすい。実際のところ、検出器１１４自体の暗電流等の、異なるノイズ源が、画像化されたデータビットの強度に寄与する。このノイズは、ノイズなしの平均強度と同程度高い。したがって、当該方法は、誤った結果に至る。たとえば、データ状態０を有するべきデータビットがデータ状態１として識別される場合がある。上記データビットに対応する検出器１１４の画素のノイズが、比較的大きいからである。
米国特許第５，９９５，６７６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、ノイズの影響を受けにくい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、当該データページはデータビット群を有し、光ホログラフィック装置は、強度を有する放射線ビームを生成する手段、データページを画像化するために、放射線ビームをホログラフィック媒体へと方向づけ手段、画像化されたデータページ中の画像化された１組のデータビットを検出する手段、画像化された１組のデータビットのうち所定のデータ状態を有する画像化されたデータビットの数をカウントするカウント手段、及び強度を数に応じて修正する修正手段、を有する。

本発明によれば、所定のデータ状態を有する、画像化されたデータビットの数をカウントし、放射線ビームの強度を上記数に応じて調整する。このようにして、検出器上の平均強度を、ノイズの寄与が比較的低い、比較的高レベルに保つことが可能である
好都合にも、カウント手段は、画像化されたデータビットの値を所定の閾値と比較する、少なくとも１つのコンパレータを有する。このようにして、簡単な決定回路を、所定のデータ状態を有する画像化されたデータビットの数のカウントに用いることができる。したがって、このことは各検出器画素の後にＡＤ変換器を用いることを回避する。このようにして、ホログラフィック装置のコストが低減し、ユーザのビットレートが向上する。

好ましくは、上記画像化された１組のデータビットの上記データビットの数の４０％から６０％の間を上記数が表すまで、放射線ビームの強度を修正するよう、放射線ビームの強度を修正する修正手段が配置される。従来のホログラフィック装置において、データビット群は２つのデータ状態のみを有することができる。データページ群は通常、第１の状態を有するデータビットの数が、第２の状態を有するデータビットの数より２０％を超えて異ならないよう、符号化される。本発明によれば、画像化されたデータページ中で同一の分布が回収されるまで、放射線ビームの強度を修正する。より好ましくは、上述した比率は、略５０％に等しい。実際のところ、第１及び第２の状態の均等な分布をデータページの符号化にしばしば用いる。

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も係り、当該データページはデータビット群を有し、方法は、画像化されたデータページを、強度を有する放射線ビームを用いてデータページから検出する手段に形成するステップ、画像化されたデータページ中の画像化された１組のデータビットを検出するステップ、画像化された１組のデータビットのなかから所定のデータ状態を有する画像化されたデータビットの数をカウントするステップ、及び強度を数に応じて修正するステップ、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、該プロセッサ又はコンピュータにこの方法を実行させる。

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。

本出願書類では、「データビット」という表現は、ホログラフィック媒体中の１つのデータページの１つのデータビットに対応するのに対して、「画像化されたデータビット（imaged data bit）」という表現は、検出器上の、１つの画像化されたデータページの１つのデータビットに対応する。画像化されたデータビットの測定されたデータ状態は、対応するデータビットのデータ状態に対応しないかも知れない。本発明の目的は、画像化されたデータビットの測定されたデータ状態が、対応するデータビットのデータ状態に真に対応することである。

図２は、本発明によるホログラフィック装置を概略的に示す。ホログラフィック装置は、放射線ビームを生成する放射線源２００、当該放射線ビームをホログラフィック媒体２０２へと方向づける方向づけ手段２０１、１つの画像化されたデータページの画像化されたデータビット群の強度を検出する検出手段２０３、カウントするカウント手段２０４及び放射線ビームの強度を修正する修正手段２０５を含む。方向づけ手段２０１は、放射線ビームを情報担体へと方向づける従来の手段である。方向づけ手段２０１は、図１の第２テレスコープ１１３等の光学素子群を含んでもよい。

ホログラフィック媒体２０２によって、放射線ビームを回折させ、検出手段２０３上に１つの画像化されたデータページを形成する。画像化されたデータページは、画像化されたデータビット群から構成される。検出手段２０３は、複数の画素から構成される検出器アレイである。画素数は、好ましくは、画像化されたデータページの画像化されたデータビットの数と等しいが、このことは本発明の実施には必須ではない。カウント手段２０４は、画像化された１組のデータビットのうち、所定のデータ状態を有する画像化されたデータビットの数をカウントするために適合される。この数に依存して、放射線ビームの強度を修正する。この目的を達成するために、ホログラフィック装置は、カウント手段２０４の出力によって制御される、修正手段２０５を含む。

以下の説明において、データビットは、高いデータ状態及び低いデータ状態という２つのデータ状態をとり得る。しかしながら、本発明は、２つより多いデータ状態でデータが符号化されたホログラフィック装置に適用することができる。

図３は、本発明による方法を示す。ステップ３０１において、１つの画像を検出手段２０３上に形成する。ステップ３０２において、画像化された１組のデータビットを検出する。この１組は、画像化されたデータページの一部分又は画像化されたデータページ全体であることができるが、それについては後述する。ステップ３０３において、所定のデータ状態を有する、画像化されたデータビットの数をカウントする。この例では、高い状態を有する、画像化されたデータビットの数をカウントする。カウントは、たとえば画像化されたデータビットの強度を所定の閾値と比較するという、簡単な方法で実行する。たとえば、複数のホログラフィック媒体における画像化されたデータビットの強度が、任意の単位において０から１００の間で変化する場合、５０に等しい閾値を選択してもよい。高い状態を有する画像化されたデータビットの数Ｎを次に数Ｘと比較する。数Ｘは、符号化された１組のデータビットにおける、高い状態を有するデータビットの数に対応する。たとえば、データページが、５０％が高い状態である、或る割合のデータビットで符号化される場合、数Ｘは、１組のデータビット中のデータビットの数を２で除算した数に等しい。以下の例において、データページは１０００×１０００個のデータビットから構成され、１組のデータビットもまた１０００×１０００個のデータビットから構成される。符号化されたデータページで高い状態を有するデータビットの割合は、５０％に等しい。したがって数Ｘは５０００００である。高い状態を有する画像化されたデータビットの数Ｎが５０００００より大きい場合、高い状態で検出された画像化されたデータビットのうちの一部が、低い状態を有するデータビットに真に対応することを意味する。したがって、放射線ビームの強度がステップ３０４で低下される。このようにして、放射線ビームの強度を低下させることで、画像化されたデータビットの強度を低下させる。画像化された１組のデータビットは、次にステップ３０２で検出され、ステップ３０３で、高い状態を有する画像化されたデータビットの数がカウントされる。この数Ｎが依然として５０００００よりも大きい場合、放射線ビームの強度を再度、ステップ３０４で低下させる。これを、数Ｎが５０００００に等しくなるまで繰り返す。

以下は、画像化されたデータビットの強度が低すぎて、どの画像化されたデータビットもステップ３０３で高い状態を有していない例である。たとえば、最大の強度が１０であるのに対し、所定の閾値は５０である。これは、データページの回折効率が低い場合に可能であり、たとえば記録角度が大きいときに起こり得る。この場合、ステップ３０４で、放射線ビームの強度を上げる。放射線ビームの強度を上げることで、画像化されたデータビットの強度を上げる。これを、半分の強度が５０より高く且つもう半分の強度が５０より低くなるまで繰り返す。結果として、ノイズは、画像化されたデータビットの検出に影響を及ぼさない。たとえば、ノイズの強度が約１である場合、５０の平均値を有する強度にノイズが与える影響は僅かである。

ステップ３０２で、画像化されたデータページ全体の代わりに、画像化されたデータページの一部分のみを検出してもよい。実際のところ、放射線ビームの強度を修正するのに、画像化されたデータページ全体を検出する必要はなくてもよい。たとえば、データページが１０００×１０００個のデータビットを有する場合、１００×１００個のデータビットを有するデータページの一部分のみを検出するのに十分であろう。実際のところ、この一部分における高い状態及び低い状態の分布は通常、データページ全体における分布と統計的に同一である。

画像化されたデータページの一部分が、残りのデータページよりも異なる特性を有すると分かれば、上記一部分のみを検出することもまた有効であろう。たとえば、画像化されたデータページの一部分の強度が、残りの画像化されたデータページの強度よりも常に高いと分かれば、この一部分を、第１の強度を有する放射線ビームで読み出し、残りのデータページを、第２の、第１の強度より高い強度を有する第２の放射線ビームで読み出すことが有効であろう。

符号化された１組のデータビットで高い状態を有するデータビットの数Ｘは、主にホログラフィック媒体に依存する。通常、高い状態を有するデータビットの割合は、４０％から６０％の間、より通常では、略５０％に等しい。

所定のデータ状態を有する画像化されたデータビットが所望の数に達するために、ステップ３０２、３０３及び３０４を繰り返す必要がない場合があることに留意されたい。代わりに、放射線ビームの必要とされる強度と所定のデータ状態を有する画像化されたデータビットの数との間の関係を、ホログラフィック装置に格納してもよい。たとえば、ホログラフィック装置は、ルックアップテーブルを含んでもよい。ルックアップテーブルは、所定のデータ状態を有するデータビットの数Ｎが、放射線ビームの或る一定の強度で測定されるときに、放射線ビームの強度が適用されることを含む。

本発明による方法は、１枚のデータページのみ、又は数枚のデータページのみに実行してもよいこともまた留意するべきである。たとえば、一旦放射線ビームの強度が１枚のデータページの読み出しにセットされると、次のデータページの読み出しは、放射線ビームの強度の修正を必要としない場合がある。２枚の連続するデータページの記録条件が類似している為である。しかしながら、記録条件及び読み出し条件に依存して、読み出される各新しいデータページについて、本発明による方法を実行するよう選択することもできる。

図４は、所定のデータ状態を有する画像化されたデータビットの数のカウントに用いることができる、コンパレータを示す。このコンパレータは、画像化されたデータビットの強度Ｉ_ｂｉｔを参照強度Ｉ_ｒｅｆと比較する、従来のコンパレータである。参照強度Ｉ_ｒｅｆは、図２及び図３に記載の所定の閾値に対応する。

したがって、カウント手段２０４で比較的簡単な決定回路を用いる。簡単な決定回路を用いることは、従来技術に関して特に好都合である。従来のホログラフィック装置では、検出器の各画素の後にＡＤ変換器が用いられる。画像化されたデータビットが高い状態か又は低い状態を有するか判断するため、次に検出回路においてＡＤ変換器の出力を閾値と比較する。十分な分解能を得るため、比較的大きなビット深さがＡＤ変換器に要求される。たとえば、８〜１２ビットのビット深さが要求されるであろう。ここで、検出器は、限定された出力信号帯域を有し、比較的大きなビット深さを有するＡＤ変換器を導入することは、検出器の利用可能な帯域よりも大きな帯域を必要とする。このことは、したがって、かかるホログラフィック装置の全体のユーザビットレートを制限する。

本発明のホログラフィック装置では、読み出し方法は放射線ビームの強度の修正に基づくので、画像化されたデータビットの強度を正確に測定する必要がない。その為、本発明のホログラフィック装置では、簡単な決定回路を用いることができる。したがって、本発明による方法を用いることで、ユーザビットレートが向上する。

図４に示すコンパレータを、検出手段の複数の画素に用いてもよいことに留意されたい。たとえば、ホログラフィック装置は、画素の１行毎に１つのコンパレータを含んでもよく、又は唯一のコンパレータであってもよい。これらの場合、データビットの強度を、適切なコンパレータに連続的に送る。

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図である。本発明によるホログラフィック装置を示す図である。本発明による方法を示す図である。本発明による、ホログラフィック装置に用いられるコンパレータを示す図である。

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、当該データページはデータビット群を有し、
強度を有する放射線ビームを生成する生成手段、
前記データページを画像化するために、前記放射線ビームを前記ホログラフィック媒体へと方向づける方向づけ手段、
前記画像化されたデータページ中の画像化された１組のデータビットを検出する検出手段、
前記画像化された１組のデータビットのうち、所定のデータ状態を有する画像化されたデータビットの数をカウントするカウント手段、及び
前記強度を前記数に応じて修正する修正手段、
を有する、ところの光ホログラフィック装置。
前記カウント手段は、画像化されたデータビットの値を所定の閾値と比較する少なくとも１つのコンパレータを有する、
請求項１記載の光ホログラフィック装置。
前記放射線ビームの強度の前記修正手段は、前記画像化された１組のデータビットの前記画像化されたデータビットの数の４０％から６０％の間を前記数が表すまで前記放射線ビームの強度を修正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。
前記放射線ビームの強度の前記修正手段は、前記画像化された１組のデータビットの前記画像化されたデータビットの数の略５０％を前記数が表すまで前記放射線ビームの強度を修正するよう配置される、
請求項３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、当該データページはデータビット群を有し、
画像化されたデータページを、強度を有する放射線ビームを用いて前記データページから検出する手段に形成するステップ、
前記画像化されたデータページ中の画像化された１組のデータビットを検出するステップ、
前記画像化された１組のデータビットのうち、所定のデータ状態を有する画像化されたデータビットの数をカウントするステップ、及び
前記強度を前記数に応じて修正するステップ、
を有する方法。
前記カウントするステップは、前記画像化されたデータビットの値を所定の閾値と比較するサブステップを有する、
請求項５記載のデータページを読み出す方法。
前記修正するステップは、前記画像化された１組のデータビットの前記画像化されたデータビットの数の４０％から６０％の間を前記数が表すまで前記放射線ビームの強度を修正することを有する、
請求項５記載のデータページを読み出す方法。
前記修正するステップは、前記画像化された１組のデータビットの前記画像化されたデータビットの数の略５０％を前記数が表すまで前記放射線ビームの強度を修正することを有する、
請求項７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。