JP2010097687A - 改善されたデータページの品質を有するホログラフィックストレージシステム - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、改善されたデータページの品質を有するホログラフィックストレージシステムに関する。前記ホログラフィックストレージシステムは、特殊な光フィルタ（７）又は特殊な光源（９）を含む。
【解決手段】本発明によると、参照波（２）及び／又は物体波（１）の高周波成分は、強調される。これは、端部より中心でより高い減衰を有する、フーリエ面に配される光フィルタ（７）により実現される。代替的に、前記参照波（２）及び／又は前記物体波（１）を生成する適合した光源（９）が、フーリエ面に配される。前記光源（９）によって発せられる光ビームは、前記中心よりも前記端部の近くでより高い強度を有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、ホログラフィックストレージシステムに関し、より具体的には、改善されたデータページの品質を有するホログラフィックストレージシステムに関する。このホログラフィックストレージシステムは、特殊な光フィルタ又は特殊な光源を含む。

ホログラフィクデータストレージでは、デジタルデータは、２つのコヒーレントなレーザービームの重ね合わせにより生成される干渉パターンを記録することによって格納され、この場合、１つのビームは「物体波」といわれ、空間光変調器により変調され、記録すべき情報を運ぶ。第２のビームは参照波として働く。干渉パターンは、ストレージマテリアルの具体的な性質の変更を導き、これは干渉パターンの局所強度に依存する。記録されたホログラムの読み出しは、記録している間と同一の条件を使用する参照波を有するホログラムを照射することにより、実行される。このことは、記録された物体波の復元をもたらす。

ホログラフィックデータストレージの１つの利点は、増加したデータ容量である。従来の光ストレージ媒体に反し、ホログラフィックデータストレージ媒体のボリュームが、数層だけではなく、情報を格納するために使用される。ホログラフィックデータストレージのもう１つの利点は、例えば２つのビーム間で角度を変化させることや、シフト多重を使用すること等により、複数のデータを同一のボリュームに格納する可能性である。更に、シングルビットを格納する代わりに、データはデータページとして格納される。典型的には、データページは、明暗パターンのマトリックス、即ち二次元バイナリアレイ又はグレー値のアレイから成り、これは複数のビットを符号化する。このことは、増加した記録密度に加え、増加したデータ転送速度を実現できるようにする。データページは、ＳＬＭ（spatial light modulator 、空間光変調器）により物体波上にインプリントされ、検出アレイにより検出される。ＳＬＭの簡単な例は、振幅ＳＬＭであり、値「０」を有するピクセルは光を遮り、値「１」を有するピクセルは光を伝え又は反射し、位相ＳＬＭでは、情報ビット「０」及び「１」はそれぞれ（あるいは逆でも）、「０」及び「π」の位相シフトにより表現される。

特許文献１は、いわゆる逆伝播共線ホログラフィックストレージシステムを開示する。
物体波及び参照波は、反対方向に伝播し、ホログラフィックストレージ媒体内で重なり合う。逆伝播ビームを生成するために、参照波がホログラフィックストレージ媒体を通じて伝えられ、反射型ＳＬＭに作用する。反射型ＳＬＭは、伝送された参照波上にデータページをインプリントすることにより物体波を生成する。

逆伝播システムの概略図が、図１に示される。光源９は、参照波２を生成するために使用される。光源９は更に、物体波を生成してもよいが、これは概略図中に示されない。物体波１及び参照波２は、２つの対物レンズ３、４の間のフーリエ面に、又はその近くに配された、ホログラフィックストレージ媒体５内部で重なり合う。ホログラフィックストレージ媒体５内の参照波２の強度分布は、一般的には、図２に示すように、ガウシアンのような形状を有する。結果として、焦点の中心から遠くにある物体波１の高周波成分は、低強度の参照波成分と干渉する。対照的に、物体波１の中心近くと中心にある、物体波１の低周波成分は、高強度の参照波成分と干渉する。これは、ホログラフィックストレージプロセスの間、ホログラムが効果的にローパスフィルタリングされることを意味する。

国際公開第０５／１０９４１０号パンフレット

本発明の目的は、ホログラムのローパスフィルタリングを補償する解決法を提示することである。

本発明の第一の態様によると、この目的は、参照波及び／又は物体波を生成する光源を有するホログラフィックストレージシステムにより達成され、ここで、ホログラフィックデータストレージための領域は、ホログラフィックストレージシステムのフーリエ面に又はその近くに配され、参照波及び／又は物体波の強度プロファイルを修正するため共役なフーリエ面に配される少なくとも一つの光フィルタを有し、これは、参照波及び／又は物体波の高周波成分を強調するために適合される。

高周波成分を強調することにより、データページのより鮮明なイメージが取り出されるので、格納されるデータページは改善された品質を有する。より鮮明なイメージは、より多くのロバストデータの復調をもたらし、従って、より低いビット誤り率をもたらす。

好適には、光フィルタは、光フィルタの端部よりも光フィルタの中心でより低い透過率を有する透過フィルタ、又は光フィルタの端部よりも光フィルタの中心でより低い反射率を有する反射フィルタである。例えば、透過率又は反射率は、光フィルタの中心から光フィルタの端部迄、放物線、ガウシアン、又は別のプロファイルに従う。この種の光フィルタは、容易に実現することができ、本発明のかなり安価な実装を可能にする。

本発明の更なる態様によると、この目的は、参照波及び／又は物体波を生成するため共役なフーリエ面に配される光源を有するホログラフィックストレージシステムにより達成され、ここで、ホログラフィックデータストレージのための領域は、ホログラフィックストレージシステムのフーリエ面に又はその近くに配され、光源は、ビームプロファイルの中心よりビームプロファイルの端部に近くでより高い強度を有する参照波及び／又は物体波を発する。

適合した光源の使用は、本発明の実装のために追加的な光コンポーネントが全く必要されないという利点を有する。

好適には、光源により発せられる光ビームは、ドーナツ型を有する。「ドーナツ型」とは、本明細書では、光ビームの横断面が、低強度を有する中心領域の周りの高強度を有する輪を表すことを意味する。

中心で減弱した強度と組み合わせて光ビームの端部で強度の急激な減少を得ることはかなり難しい。ドーナツ型、即ち、より低い強度の中心を有するより高い強度の輪は、有用且つより簡単に実現可能な、望ましい強度プロファイルの実装である。

共役なフーリエ面を得るために、ホログラフィックストレージシステム内で４ｆシステムが必要とされる。上記の４ｆシステムは、既に、ほとんどのホログラフィックストレージシステム内で存在する。従って、提示された光フィルタを加えることは、格納されるデータページの品質を改善する単純な方法である。同時に、低周波領域で高変調を避けるように、ホログラフィックマテリアル（即ちＭ＃）が効果的に使用される。

ホログラフィックデータストレージの方法は、参照波及び／又は物体波を生成するステップと、参照波及び／又は物体波の高周波成分を強調するステップと、参照波及び／又は物体波でホログラフィックストレージ媒体を照射するステップとを有する。

既に前で述べたように、高周波成分を強調することにより、データページのより鮮明なイメージが取り出されるので、格納されるデータページは改善された品質を有する、より鮮明なイメージは、より多くのロバストデータの復調をもたらし、従って、より低いビット誤り率をもたらす。

好適には、参照波及び／又は物体波の高周波成分は、上で説明したように光フィルタにより参照波及び／若しくは物体波をフィルタリングすることによって、又は、フーリエ面に配される上述のような光源で参照波及び又は物体波を生成することによって、強調される。

両解決法は、かなり容易且つ安価な本発明の実装を可能にする。

より良い理解のために、本発明をこれより、図面を参照して以下の説明でより詳細に説明するものとする。本発明がこの例示的な実施形態に限定されないこと、並びに特定の特徴はまた、都合良く組み合わせ、及び／又は本発明の範囲から逸脱することなく変更できることが理解されるべきである。

公知の逆伝播ホログラフィックストレージシステムを概略的に示す図である。 図１のシステム内のホログラフィックストレージ媒体の位置での参照波の強度プロファイルを示す図である。 本発明によるホログラフィックストレージシステムを示す図である。 本発明によるシステム内のホログラフィックストレージ媒体の位置での参照波の強度プロファイルを示す図である。 従来のフーリエフィルタの透過プロファイルを示す図である。 アポダイズされたフーリエフィルタを示す図である。 図５及び図６のフーリエフィルタから生じた参照波の強度分布を示す図である。 図５及び図６のフーリエフィルタから生じた物体波の強度分布を示す図である。 アポダイゼーションなしの擬似読み出しデータページを示す図である。 物体波及び参照波の経路に挿入されるアポダイズされたフーリエフィルタによる擬似読み出しデータページを示す図である。

本発明による単純化されたホログラフィックストレージシステムが図３に示される。図示されたシステムは逆伝播のシステムであるが、本発明はこの種のシステムに限定されない。本発明は、フーリエコンポーネントのローパスフィルタリングが発生する任意の種類のホログラフィックストレージシステムに適用可能である。

図示されたホログラフィックストレージシステムは、図１に示されるホログラフィックストレージシステムと大部分は同一である。アポダイゼーションフィルタ７は、ホログラフィックストレージ媒体５の共役なフーリエ面に配される。これは、２つの追加のレンズ６、８と共に実現され、いわゆる４ｆイメージングシステムを形成する。線形スケーリングファクタまで、ホログラフィックストレージ媒体５の位置での強度分布とアポダイゼーションフィルタ７の位置での強度分布は、同一である。アポダイゼーションフィルタ７は、中心での低透過率、及び中心から離れての高透過率を有する。この透過関数は、アポダイゼーションフィルタ７の位置での強度分布を修正し、結果的に、ホログラフィックストレージ媒体５の位置での強度分布も修正する。結果として生じる有利な参照波２の強度分布が、図４に示される。この例示的な強度分布では、高周波成分の部分は、増幅される。

以下では、提示される発明の有効性を示すシミュレーションの結果を表すものとする。このシミュレーションでは、アポダイジングフーリエフィルタを、参照波２と物体波１の両方に対して作用させる。

図５は、従来のフーリエフィルタの透過プロファイルを示す。ｘ軸は、ナイキスト周波数の次元の半径を表す。ｙ軸は、透過率を表す。この例では、フィルタのカットオフ周波数は、ｆ_ny＝１．５である。図５からわかるように、透過率は、カットオフ周波数以下の周波数全域にわたって一定である。

アポダイズされたフーリエフィルタ７の透過プロファイルは、図６に示される。前述同様に、フィルタ７のカットオフ周波数は、ｆ_ny＝１．５である。しかしながら、透過率は、カットオフ周波数以下の周波数全域にわたって一定ではない。代わりに、プロファイルは８０％の中心減衰を持つ放物線に従う。

図５及び図６のフーリエフィルタプロファイルから生じるフーリエ面内の参照波２の強度分布が、図７に示される。線１は、アポダイゼーションなし、即ち従来のフーリエフィルタで生じる強度分布を表す。これに対し、線２は、アポダイズされたフーリエフィルタを用いた結果生じる強度分布を表す。両方の強度分布は正規化されて、各光ビームにおける全出力は同一となっている。ナイキスト周波数の次元の半径位置に対する平均強度がプロットされる。「平均強度」は、強度が局所的に平均化されて、グラフ内のスペックル雑音による強い変調を避けることを意味する。

図５及び図６のフーリエフィルタプロファイルから生じるフーリエ面内の物体波の強度分布が、図８に示される。図７に示すのと同様に、線１は、アポダイゼーションなしで生じる強度分布を表すのに対し、線２は、アポダイズされたフーリエフィルタ７を用いた結果生じる強度分布を表す。ナイキスト周波数の次元の半径位置に対する平均強度がプロットされる。図８からわかるように、より高い空間周波数は、従来のフィルタと比較すると、アポダイズされたフーリエフィルタにより強調される。

図９は、アポダイゼーションなし、即ち従来のフーリエフィルタによる擬似読み出しデータページを表す。図１０は、物体波１及び参照波２の経路に挿入されるアポダイズされたフーリエフィルタによる擬似読み出しデータページを表す。アポダイズされたフーリエフィルタによるイメージは、高周波数の強調のおかげでより鮮明である。このより鮮明なイメージを、より低いビット誤り率で復号することができる。

Claims (11)

1. 参照波及び／又は物体波を生成する光源を有するホログラフィックストレージシステムであって、ホログラフィックデータストレージための領域は、前記ホログラフィックストレージシステムのフーリエ面に又はその近くに配され、前記参照波及び／又は前記物体波の強度プロファイルを修正するため共役なフーリエ面に配される少なくとも一つの光フィルタを有し、前記光フィルタは、前記参照波及び／又は前記物体波の高周波成分を強調するように適合された、アポダイズされた透過プロファイル又は反射プロファイルを有することを特徴とするホログラフィックストレージシステム。
2. 請求項１に記載のホログラフィックストレージシステムにおいて、前記光フィルタは、前記光フィルタの端部より前記光フィルタの中心でより低い透過率を有する透過フィルタ、又は前記光フィルタの端部よりも光フィルタの中心でより低い反射率を有する反射フィルタであることを特徴とするホログラフィックストレージシステム。
3. 請求項２に記載のホログラフィックストレージシステムにおいて、前記透過率又は前記反射率は、前記光フィルタの中心から前記光フィルタの端部迄、放物線又はガウシアン又は別のプロファイルに従うことを特徴とするホログラフィックストレージシステム。
4. 参照波及び／又は物体波を生成するため共役なフーリエ面に配される光源を有するホログラフィックストレージシステムであって、ホログラフィックデータストレージのための領域は、前記ホログラフィックストレージシステムのフーリエ面に又はその近くに配され、光源により発せられる前記参照波及び／又は前記物体波の強度は、ビームプロファイルの中心よりビームプロファイルの端部に近くでより高いことを特徴とするホログラフィックストレージシステム。
5. 請求項４に記載のホログラフィックストレージシステムにおいて、前記光源により発せられる前記参照波及び／又は前記物体波は、ドーナツ型を有することを特徴とするホログラフィックストレージシステム。
6. 参照波及び／又は物体波を生成するステップと、
   前記参照波及び／又は前記物体波の高周波成分を強調するステップと、
   前記参照波及び／又は前記物体波でホログラフィックストレージ媒体を照射するステップと
   を有するホログラフィックデータストレージのための方法。
7. 請求項６に記載の方法において、前記参照波及び／又は前記物体波の高周波成分を強調するステップは、アポダイズされた透過プロファイル又は反射プロファイルを有する光フィルタにより前記参照波及び／又は前記物体波をフィルタリングすることによって実行されることを特徴とする方法。
8. 請求項７に記載の方法において、前記光フィルタは、前記光フィルタの端部より前記光フィルタの中心でより低い透過率を有する透過フィルタ、又は前記光フィルタの端部よりも光フィルタの中心でより低い反射率を有する反射フィルタであることを特徴とする方法。
9. 請求項８に記載の方法において、前記透過率又は前記反射率は、前記光フィルタの中心から前記光フィルタの端部迄、放物線又はガウシアン又は別のプロファイルに従うことを特徴とする方法。
10. 請求項６に記載の方法において、前記参照波及び／又は前記物体波の高周波成分を強調するステップは、フーリエ面に配される光源により前記参照波及び／又は前記物体波を生成することによって実行され、前記光源により発せられる前記参照波及び／又は前記物体波の強度は、ビームプロファイルの中心よりビームプロファイルの端部に近くでより高いことを特徴とする方法。
11. 請求項１０に記載の方法において、前記光源により発せられる前記参照波及び／又は前記物体波は、ドーナツ型を有することを特徴とする方法。

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