JP3305656B2 - 複合入射ビームの制御システム - Google Patents

複合入射ビームの制御システム

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JP3305656B2 JP17740998A JP17740998A JP3305656B2 JP 3305656 B2 JP3305656 B2 JP 3305656B2 JP 17740998 A JP17740998 A JP 17740998A JP 17740998 A JP17740998 A JP 17740998A JP 3305656 B2 JP3305656 B2 JP 3305656B2
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    • G11C13/042Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00 using optical elements ; using other beam accessed elements, e.g. electron or ion beam using information stored in the form of interference pattern

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ホログラフメモリ
セル(holographic memory cell (HMC))に関し、
特にこのようなホログラフメモリセル内のデータロケー
ションにアクセスするための光学システムに関する。
【0002】関連出願として、出願人の以下の整理番号
のものがある。これらは同日に出願する予定である。9
80120、980124,980125,98012
6,980127(本出願),980133。
【0003】
【従来の技術】パソコン(PC)を含む現在のデータ処
理システムは、様々な種類の光学データ記憶に依存して
いる。例えばCD−ROMデバイスは、殆どのPCに搭
載される標準機器である。大部分のマルティメディアソ
フトウェア(ビデオゲーム,地図,百科事典等)はCD
−ROMの形態で販売されている。コンパクトディスク
は、音楽用に最も普及した記録媒体である。さらに近年
デジタルビデオディスク(DVD)が導入され、標準の
CD技術の記憶容量を0.5ギガバイトから5ギガバイ
トまで増加させている。
【0004】CD−ROMおよびDVDの大記憶容量と
低価格化が、さらに大容量で安い光学記憶媒体の大きな
需要を生み出している。数多くの大きなビジネス機器
が、数百枚のディスクのうちから1枚のディスクにアク
セスするためのジュークボックススタイルのCDチェン
ジャーを利用している。映画も沢山のCD,DVDある
いは大型のレーザディスクを依然として必要としてい
る。しかしCD−ROM技術やDVD技術も今や限界に
近付きつつある。光学記憶システムの容量と速度を改善
し続けるために、研究機関はCDサイズの記憶媒体中に
数百ギガバイトを記憶できるホログラフ記憶デバイスに
向けられている。
【0005】一度に大量のデータ全体を記憶し読み出す
ことのできるホログラフデータ記憶システムが開発され
ている。これらのシステムにおいては、記憶すべきデー
タは、例えば液晶ディスプレイ(LCD)スクリーン上
に二次元(2D)の光学アレイとしてまず符号化され
る。この光学アレイは空間光変調器(spatial light mo
dulator(SLM))の一種である。別の種類のSLM
は、Texas Instruments'社製のデジタルミラーデバイス
であり、これは各ピクセルの反射率を変化させるような
反射デバイスである。ここで「SLM」とは、光学密
度,光学位相,光学反射率を変化させるような固定マス
クを含む。
【0006】第1レーザビーム(即ち平面波)はSLM
内を伝播しこの二次元(2D)アレイ内のデータスクエ
ア(即ちデータ正方形あるいはデータ長方形(ピクセ
ル))からの強度パターンおよび/または位相パターン
をピックアップする。このデータ符号ビーム(物体光と
称する)は、感光性材料(ホログラフメモリセル(holo
graphic memory cell (HMC))中に投影される。第
2レーザビーム(参照光と称する)もまたこのホログラ
フメモリセル上およびその中に投射される。物体光と参
照光はその後HMCで交差してこのHMCの体積要素内
に干渉パターンを生成する。この干渉パターンがHMC
の材料を変化を引き起こし、ホログラムを生成させる。
【0007】ホログラフメモリセル内のホログラムの形
成は、物体光と参照光との間の振幅と極性状態と位相差
の関数である。中でもホログラフメモリセルに投射され
る物体光と参照光の入射角に依存する。ホログラムが記
憶された後、HMC内にホログラムを生成した参照光と
同一の再生照射光を投射することにより、このホログラ
ムと再生照射光が相互作用して、データが符号化された
物体光を再生し、そしてこの物体光が感光性検知器の二
次元列に投射され、明るいピクセルと暗いピクセルのパ
ターンを検知することによりデータが読み出される。
【0008】空間光変調器により生成された物体光は、
高い空間−バンド幅の積(space-bandwidth product
(SBP))を有する。このビームのSBPは、ビーム
が含む解像可能なピクセルの数に等しい。例えば、SV
GAコンピュータモニタにより生成された800×60
0のピクセル画像は480,000のSBPを有する。
高いSBPビームがホログラフメモリセルに投射される
場合には、ビームが横切る光学パス長を一定に維持する
ことが重要である。そうしないと高いSBP画像の焦点
がぼけデータが失われることがあるからである。
【0009】物体光の高いSBP画像の焦点を合わせる
ために、光学パス長を一定に維持すると、今度は物体光
をホログラフメモリセルの表面の様々な領域に向けるこ
とが困難となる。その理由は、このような方向変更は光
学パス長を変化させることになるからである。しかし、
多くのホログラフメモリシステムは、そのSBP=1の
参照光を組み込んでいる。
【0010】参照光のSBPが小さいために、このよう
なホログラフデータ記憶システムは、その参照光を音響
光学セルを介して投影し、そしてこのセルが固定光学パ
ス長を有する光学システム(4−f画像システム)内を
通る参照光を回折させる。音響波の周波数を変えること
は、参照光が回折される角度を変化させ、その結果ホロ
グラフメモリセルの表面への入射角を変化させる。
【0011】このような角度調整した参照光走査を用い
た方向制御システムは、角度多重化(angle multiplexi
ng)システムとして公知のものであり、ホログラフメモ
リセルの表面上の同一ロケーションに、異なるデータ・
ページを異なる参照光入射角で投射することができるた
め優れたものである。その後このデータは、再生用(in
terrogating) 参照光(再生照明光)を異なる入射角に
設定することにより取り出すことができる。
【0012】しかし、これらの従来システムは、例え
ば、通常の物体光のような高いSBPビームをホログラ
フメモリセルの異なる場所に向けるには不十分である。
その理由は、それら固有の空間−バンド幅積(space-ba
ndwidth prduct)のスループットには、固有の限界が存
在するからである。さらにまたこれらの従来システム
は、ホログラフメモリセルの所望の位置に高いSBP対
称ビームあるいは参照光を正確に向けるには限度があ
る。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】したがって本発明の目
的は、高い空間バンド幅積のビームを、その焦点を失わ
せることなく、ホログラフメモリセルの表面の別々の領
域に向けることのできる光学システムを提供することで
ある。さらにまた本発明は、2次元以上の座標系におい
て、高い空間−バンド幅積のビームを走査できる光学シ
ステムを提供することである。さらにまた本発明は、2
次元以上の座標系において、複合参照光ビームの方向を
制御する光学システムを提供することである。
【0014】
【課題を解決するための手段】従来技術の前記した欠点
を解決するために、本発明はHMCのデータロケーショ
ンにアクセスするためにコヒーレント光の空間変調複素
入射ビームの方向を制御するシステムと方法を提供す
る。本発明は請求項1に記載した特徴を有する。本発明
はミラーのような反射素子を回転させる技術思想および
HMCの異なるロケーションからデータを読み出したり
書き込んだりする技術思想を含む。さらに本発明の一実
施例は請求項2,3に記載した特徴を有する。本発明の
一実施例においては、第2焦点面はイメージ面である。
あるいはこの第2焦点面はフーリエ面でもよい。本発明
の一実施例は請求項4,5に記載した特徴を有する。別
の構成例によれば、この屈折透過素子は凹レンズでもよ
いが、但し他の素子が光ビームを集束させるものを含ん
でいることを条件とする。
【0015】本発明の一実施例は請求項6に記載した特
徴を有する。さらにこのような実施例においては、請求
項7に記載した特徴を有する。本発明の一実施例はさら
に請求項8に記載した特徴を有する。本発明の実施例で
はHMCの一次元方向の移動について説明したが、上記
の実施例は二次元方向の移動についても適用できる。第
1の反射素子と第2の反射素子が互いに直交した軸の周
囲に回転する場合にはこのようにして得られたビームを
デカルト面を横切るように形成され、それによりHMC
上のロケーションを面上に配置することができる。
【0016】
【発明の実施の形態】図1Aは、従来の単一レンズシス
テム10を表す。この単一レンズシステムは公知である
が、本発明をより理解し易くするために、この従来の単
一レンズシステム10の構成を詳述する。単一レンズシ
ステム10は空間光変調器(SLM)12と薄い凸レン
ズ16とを有する。この凸レンズ16は2個の焦点を有
する。焦点Xは、凸レンズ16から焦点距離fだけ離れ
た面14上にある(点線)。凸レンズ16の反対側には
焦点Yが凸レンズ16から焦点距離fだけ離れた面18
上にある(点線で示す)。
【0017】空間光変調器12は、例えば液晶表示(L
CD)スクリーンを有し、このスクリーン上にデータが
透明なピクセルと不透明なピクセルの二次元(2D)の
パターンで符号化される。空間光変調器12と凸レンズ
16は、光学パス22に直交するよう配置されている。
焦点距離fを有する薄いレンズは、入力対象物から距離
sの場所に配置されると、このレンズは次式のレンズの
公式に従ってレンズの反対側の距離dの所に出力像を形
成する。 1/f=1/s+1/d
【0018】図1Aに示した構成においては、空間光変
調器12は凸レンズ16から距離sの場所に配置されて
おり、その結果空間光変調器12の出力像は凸レンズ1
6から距離d離れた面20に形成される。以下に述べる
ような実施例においては、s,d,fはs=d=2fと
なるように選択すると、空間光変調器12と出力像との
間の全距離s+dは4fとなる。
【0019】図1Bは、従来の単一レンズのフーリエ変
換システム100を示す。入力対象物のフーリエ変換は
公知であるが、本発明の理解を容易にするために従来技
術にかかる単一レンズフーリエ変換システム100をま
ず詳述する。コヒーレントのレーザビームの物体光が空
間光変調器102を通過して投射され、符号化されたデ
ータパターンをピックアップし、距離f1 だけ伝播して
凸レンズ104に到達する。物体光は凸レンズ104を
通過し、距離f1 だけ伝播し再びフーリエ面106に到
達する。フーリエ面においては、全ての物体光の位置情
報は角度情報となり、この物体光の全ての角度情報は位
置情報となる。
【0020】この現象は、空間光変調器102上のA点
から出た光ビーム111,113および空間光変調器1
02上のB点から出た光ビーム112,114を参照す
ることにより理解できる。空間光変調器102上の二次
元アレイのパターン内の小ピクセルは小開口を形成し、
空間光変調器102を物体光が通過する際に物体光の回
析を引き起こす。かくして光は、A点とB点から幅広い
方向に亘って外側に出射する。
【0021】光ビーム111と112は互いに平行であ
り、空間光変調器102の面に直交する方向に伝播して
いる。光ビーム113と114もまた互いに平行であ
り、空間光変調器102から斜めの角度で(非法線方向
に)出射する。光ビーム111と112は平行であるた
め、凸レンズ104への入射角は同一である。同様に光
ビーム113と114も平行であるため凸レンズ104
への入射角は同一である。
【0022】凸レンズ104のような薄いレンズの特徴
は、レンズを通過する平行な光ビームは、フーリエ面の
同一点に集光(集束)することである。かくして平行な
2本の光ビーム111と112は空間光変調器102の
異なった別々の点から出射してもフーリエ面106のD
点に集束する。同様に平行な2本の光ビーム113と1
14は、空間光変調器102の別々の点から出射しても
フーリエ面106のC点に集束する。
【0023】同時にまた、凸レンズ104のような薄い
レンズの特徴は、入力物体(空間光変調器102)の同
一点から異なる角度で(即ち、非平行で)出射した複数
の光ビームは、この薄いレンズを通った後は平行光ビー
ムとなることである。かくして空間光変調器102の点
Aから異なる角度(即ち、非平行の)で出た光ビーム1
11,113は、凸レンズ104を通過した後は互いに
平行となり、それ故フーリエ面106のC点,D点では
同一の入射角となる。同様に空間光変調器102のB点
から異なる角度で(即ち、非平行に)出た光ビーム11
2,114は、凸レンズ104を通過した後は互いに平
行となり、そのためフーリエ面106のC点,D点で同
一の入射角を有するようになる。
【0024】前述したことにより、光ビームがフーリエ
面106へ入射する位置は、光ビームが空間光変調器1
02を出た角度(位置ではない)により決定されること
が分かる。同様に光ビームがフーリエ面106に入射す
る角度は、空間光変調器102を出た位置(角度ではな
い)により決定される。したがってフーリエ面において
は、全ての物体光の位置情報は角度情報となり、全ての
物体光の角度情報は位置情報となる。
【0025】図2は従来の4−f画像システム200を
表す図である。図に示した4−f画像システム200の
構成は無限共役(infinite conjugate)と称する。この
4−f画像システムは、公知であるが、本発明の理解を
容易にするためにこの4−f画像システム200を詳述
する。4−f画像システム200は、空間光変調器20
2と、焦点距離f1 を有する薄い凸レンズ204と、焦
点距離f2 を有する薄い凸レンズ208とからなる、こ
こで焦点距離f1 とf2 は等しくても等しくなくてもか
まわない。
【0026】空間光変調器202は、例えばデータが透
明なピクセルおよび不透明なピクセルからなる二次元ア
レイパターンで符号化される液晶ディスプレイ(LC
D)スクリーンを含む。空間光変調器202と凸レンズ
204と208とは光学パス215に直交して配置され
が、この点線で示される光学パス215は実線222と
一致している。
【0027】コヒーレントなレーザ光の平面波の物体光
は、空間光変調器202から出射され符号化したデータ
パターンをピックアップして、距離f1 伝播して凸レン
ズ204に到達する。光ビーム221−223で表され
る物体光は凸レンズ204を通過して距離f1 だけ伝播
して再びフーリエ面206に到達する。図1Bで説明し
たように、フーリエ面206においては、全ての物体光
の位置情報は角度情報となり、そして全ての物体光の角
度情報は位置情報となる。
【0028】フーリエ面206に形成された像は、凸レ
ンズ208の入力物体である。フーリエ面206から物
体光は距離f2 だけ伝播して凸レンズ208に到達す
る。凸レンズ208を通過後この物体光は距離f2 だけ
伝播して出力像面210に到達する。そこで空間光変調
器202の入力データ像が再構成される。出力像面21
0はフーリエ面206用のフーリエ面であり、かつまた
空間光変調器202がある面の出力像面でもある。かく
して出力像面210上に凸レンズ208により形成され
る像は、フーリエ面206上に凸レンズ204により形
成されるフーリエ面のフーリエ面である。
【0029】光ビーム221−223が示すように、出
力像面210上に形成された入力データ像は、空間光変
調器202上に現れる像に対し反転している。そのため
ホログラフメモリセルが出力像面210の場所に配置さ
れている場合には、空間光変調器202上の二次元アレ
イのパターンの反転像がホログラフメモリセル内のデー
タのページとして記憶される。レーザ光(レーザ光の別
の参照光)(図示せず)が、データ像を記憶するために
必要である。
【0030】上記した光学システムの別の実施例におい
ては、空間光変調器が最初のレンズとその後のフーリエ
面との間に配置される。最初のレンズに入射した物体光
は最初のレンズにより集束するが、最初のレンズの前で
はなく最初のレンズの後でSLMからの符号化データを
ピックアップする。この構成においては、フーリエ次数
のサイズ(位置)は、SLMとその後のフーリエ面との
間の距離により線形に変化する。さらにまたビームの入
射角は、SLMの位置によって変化する。
【0031】図3は本発明の一実施例によるフーリエ焦
点面方向制御システム300を示す。このフーリエ焦点
面方向制御システム300は、空間光変調器(SLM)
302とレンズ304と、回転可能なミラー306とレ
ンズ308とホログラフメモリセル(HMC)310と
を有する。レンズ304の焦点距離はf1 で、SLM3
02上の入力対象物のフーリエ変換をレンズ304から
距離f1 だけ離れた位置にあるフーリエ焦点面307上
に形成する。前述したようにSLM302上の入力対象
物は、例えばデータのページを表す二次元配列のパター
ンである。SLM302は位相マスクあるいは位相と振
幅変調を混ぜ合わせたマスクを有する。本発明の一実施
例においては、SLM302により生成されたデータ符
号光ビームは100以上の空間−バンド幅積を有する。
【0032】回転可能ミラー306はSLM302の入
力対象物のフーリエ焦点面307の上に配置される。ミ
ラー306は角度θだけ回転して、ミラー306により
反射されたビームは、その後レンズ308を経由してH
MC310上に投影する。フーリエ焦点面307におけ
るフーリエオブジェクトは、ミラー306により反射さ
れ、レンズ308の入力対象物を形成する。そしてこの
レンズ308は焦点距離f2 を有し、レンズ308から
距離f2 だけ離れたHMC310の表面上にそれ自身の
フーリエ変換を形成する。
【0033】理論的にはフーリエ焦点面方向制御システ
ム300は、4−f画像システムと類似するが、物体光
の方向を制御するために回転可能ミラー306が第1レ
ンズのフーリエ焦点面に配置されている点が異なる。か
くしてHMC310上に形成された出力像は、SLM3
02からの入力対象物の反転像である。図3の構成は、
本発明の無限共役装置である。
【0034】ミラー306の回転により引き起こされた
HMC310のイメージの移動量はΔである。ここでΔ
=f(tanθ)である。回転可能ミラー306が回転
する角度にかかわらず、HMC310上の像はΔRが妥
当な範囲で走査されている間ほぼ合焦状態を維持する。
このことは全てのビームの光学パス長さが等しいためゼ
ロ度のミラー回転でレンズの中心を通過する光ビームの
パスの物理的な長さがゼロでないミラーの回転角でレン
ズの縁を通過する光ビームのパスの物理的長さよりも短
くてもあてはまることである。
【0035】図4は本発明の第2実施例によるイメージ
焦点面方向制御システム400を表す。このイメージ焦
点面方向制御システム400は、空間光変調器(SL
M)402とレンズ404とレンズ406と回転可能な
ミラー408とレンズ410とホログラフメモリセル
(HMC)412とを有する。レンズ404は、焦点距
離f1 を有し、レンズ404から距離f1 だけ離れたフ
ーリエ焦点面414にSLM402の入力対象とフーリ
エ変換を形成する。前述したようにSLM402上の入
力対象物は、例えばデータのページを表す二次元配列パ
ターンである。
【0036】フーリエ焦点面414に形成されたフーリ
エ変換はレンズ406への入力対象物である。このレン
ズ406は、焦点距離f2 を有する。図3に示したのと
同様にf=f1 =f2 であり、その結果レンズ404と
406との間の距離は2fとなり、SLM402とレン
ズ404とレンズ406とが4−f画像システムを構成
する。回転可能ミラー408が4−f画像システム(S
LM402とレンズ404とレンズ406)により構成
される出力像焦点面416に配置される。かくして反転
されたSLM像は回転可能ミラー408上に結像する。
【0037】回転可能ミラー408が角度θだけ回転す
ると、ミラー408から反射されたビームは、レンズ4
10を通してHMC412上にフーリエ変換される。ミ
ラー408からの反射光は、レンズ410を通過する。
このレンズ410の焦点距離はf3 で一実施例において
はf=f1=f2=f3 となる。レンズ410がミラー4
08により反射された反転SLMイメージのフーリエ変
換をHMC412上に形成する。かくしてSLM像では
なく、このSLM像のフーリエ変換がHMC412上に
方向付けられている。
【0038】フーリエ焦点面方向制御システム300の
場合と同様に、ミラー408の回転により引き起こされ
たHMC412のイメージの移動量はΔである。ここで
Δ=f(tanθ)である。回転可能ミラー408が回
転する角度にかかわらず、HMC412上の像はΔRが
妥当な範囲で走査されている間ほぼ合焦状態を維持す
る。
【0039】図3,4に示された焦点面方向制御システ
ムは一次元の100以上のSBP像の方向制御に適した
ものである。一方、図5,6は、二次元の好ましくは直
交方向の高いSBP像の方向制御に適したものである。
【0040】図5は、本発明の第3実施例による二次元
(2D)方向制御システム500を表す。平面波物体光
は、SLM(例、図4のSLM402)から出射され
そしてこの物体光はレンズ502を通過する。このレン
ズ502は図3のレンズ304と図4のレンズ406と
等価のものである。それ故にミラー504は、元のSL
Mイメージのフーリエ焦点面あるいは出力イメージ焦点
面のいずれかの位置に配置される。
【0041】いずれの場合にも回転可能なミラー504
は、角度θXだけ回転し、入力対象物のフーリエ像また
はイメージ焦点面像をレンズ506方向に反射する。フ
ーリエ面508においては、レンズ506はミラー50
4により反射されたイメージのフーリエ変換を生成す
る。ミラー504の回転によりフーリエ面508のX軸
の変位ΔXが生成される。ここで、ΔX=f(tanθ
X)である。
【0042】フーリエ面508における変位したイメー
ジは、レンズ510への入力対象物を構成する。回転可
能なミラー512は、レンズ510のフーリエ焦点面に
配置される。入力対象面の位置情報はフーリエ変換面の
角度情報となり、入力対象面の角度情報はフーリエ変換
面の位置情報となることは前述した通りである。それ
故、フーリエ面508の入力対象物の位置変位量ΔX
は、ミラー512のどのような回転に対してもミラー5
12上の物体光の入射角の角度変位θXを生成する。
【0043】ミラー512上に形成されたイメージは、
レンズ514への入力対象物であり、そしてこのレンズ
514はHMC516にそれ自身のフーリエ変換を生成
する。入力対象面の位置情報はフーリエ変換面の角度情
報となり、入力対象面の角度情報はフーリエ変換面の位
置情報となることは前述した通りである。そのため回転
可能なミラー512により反射されたイメージの角度変
位θXは、ミラー512により反射されたHMC516
上での位置変位ΔXを生成する。HMC516上のレン
ズ514により形成されたフーリエ変換は、角度変位θ
Xを位置変位ΔXに変換する。かくしてミラー504の
回転は、フーリエ面508およびHMC516上での変
位を生成する。
【0044】しかし、回転可能なミラー512は直交す
るY軸上で変位ΔYを生成する。X軸上の変位ΔXだけ
ずれた面508上のイメージは、レンズ510の入力対
象物を形成する。回転可能なミラー512が角度θYだ
け回転し、レンズ510により形成されたフーリエ変換
をレンズ514方向に反射する。回転角θYがHMC5
16で位置変位ΔYを生成する。ここでΔY=f(ta
nθY)である。
【0045】レンズ510とミラー512とレンズ51
4は、フーリエ焦点面508で形成されるΔXだけ変位
した入力対象物用の4−f画像システムを構成する。こ
こで、ミラー512はY軸の第2変位を生成する。かく
してミラー504と512を組み合わせることによりH
MC516上に示される2本の直交軸において独立に方
向制御が可能となる。
【0046】図6は、本発明の第3実施例による二次元
(2D)方向制御システム600を表す。この2D方向
制御システム600は、2D方向制御システム500と
多くの類似点を有するが2D方向制御システム500と
は異なり、2D方向制御システム600は一軸上で入力
面の位置変位を生成し、それに直交する軸で入力面の角
度変位を生成する。
【0047】平面波物体光は、SLM(例、図4のSL
M402)から投影されて、物体光はレンズ602を通
して投影する、このレンズ602は図3のレンズ304
または図4のレンズ406と等価のものである。そのた
めミラー604は、元のSLMオブジェクトのフーリエ
焦点面または出力イメージ焦点面のいずれかの位置に配
置される。
【0048】いずれの場合にも回転可能なミラー604
は角度θXだけ回転して入力対象物のフーリエ面あるい
はイメージ焦点面をレンズ610の方向に反射する。回
転可能なミラー612はレンズ610のフーリエ焦点面
に配置され、その結果レンズ610はミラー612上に
ミラー604により反射された出力のフーリエ変換を生
成する。ミラー604の回転によりミラー612上で入
力イメージの変位ΔXが生成される、ここで、ΔX=f
(tanθX)である。
【0049】ミラー612上のΔXだけ変位したイメー
ジは、レンズ614への入力対象物を構成する。このレ
ンズ614は、ミラー612により反射されたΔXだけ
変位したイメージのフーリエ変換をHMC616に形成
する。ミラー612におけるビームの位置変位ΔXは、
ミラー612のいかなる回転に対してもHMC616に
おけるビームの角度変位θXを生成する。かくしてミラ
ー604の回転θXは、HMC616における出力ビー
ムの入射角の角度変位θXを生成する。
【0050】回転可能なミラー612は、直交するY軸
に変位ΔYを生成する。回転可能なミラー604により
反射されたビームは、レンズ610への入力対象物を形
成する。レンズ610と、ミラー612とレンズ614
は、ミラー604により反射された入力対象物用の4−
f画像システムを形成する。ここでミラー612は、Y
軸において第2変位を生成する。回転可能なミラー61
2が角度θYだけ回転すると、レンズ610により形成
されたフーリエ変換をレンズ614方向に反射する。角
度変位ΔYは、HMC616における位置変位を生成す
る。ここで、ΔY=f(tanθY)である。
【0051】ミラー604と612を組み合わせること
によりHMC616上の2本の直交する軸上で方向制御
ができる。さらにまた、入力ビームはミラー604によ
りX軸上で角度的に変位され、ミラー612により直交
するY軸上で位置的に変位する。
【0052】本発明の他の実施例においては、HMC6
16上の角度変位と位置変位は、同一の軸上に表すこと
ができる(例、変位はθXとΔX)。この種の構成は、
複数のメモリセルが積層されるような多層角度多重ホロ
グラフメモリシステムに特に有効である。
【0053】本発明の他の実施例においては、上記の方
向制御システムは、ホログラフメモリセルに対し、物体
光の粗い方向制御用に用いられ、一方、微細の制御走査
は、像を結像する前にSLMを、物理的に平行移動する
ことにより、達成してもよい。SLMを、Rだけ平行移
動すると、4−f画像システムにおいては、−R(f 2
/f1)だけ出力像を、平行移動させることになる。こ
こでf1は、第1レンズの焦点距離で、f2は、第2レン
ズの焦点距離である。SLMを、Rだけ平行移動するこ
とにより、単一レンズ画像システムにおいては、−R
(d/s)だけ、出力は平行移動させる。
【0054】一次元(1D)のビーム方向制御システム
と二次元(2D)のビーム方向制御システムは、さらに
HMCの反対側にミラーとレンズからなる対称配置装置
を用いて改善できる。このようにしてデータは、HMC
の両側に同時に記憶できる。図7の説明で後述するよう
に、HMCの対向側のミラーイメージ光学装置は、空間
光変調器を二次元の感光ディテクタのアレイでもって置
換することによりHMCからデータを読み出すのにも使
用することができる。
【0055】図7は本発明の第4実施例によるホログラ
フメモリシステム700を表す。ミラー705とレンズ
710は、物体光720(点線で示す)をホログラフメ
モリセル(HMC)715上に向けるビーム方向制御シ
ステムを含む。物体光720は、4−f画像システムあ
るいは単一レンズ画像システム(例、図3,4に示した
システム)のいずれかから受領される。
【0056】前述したように参照光725(実線で示
す)と、物体光720は相互作用して選択した位置にお
いてホログラフイメージを生成する。この位置はミラー
705の角度θk で決定される。ホログラムは物体光7
20と参照光725の相対振幅と極性状態と位相差と物
体光720と参照光725がHMC715に投影される
角度の関数である。
【0057】データはレンズ730とミラー735の対
称配置のレンズ710とミラー705を用いて再生され
る。物体光720はホログラム生成するのに用いられた
のと同一の角度と位置にHMC715に参照光725を
投影することにより再生される。ホログラムと参照光7
25は、相互作用して再構成された物体光745(実線
で示す)を再生する。
【0058】所望のデータページは、ホログラムを形成
されたときのミラー705が回転されたのと同一角θk
にミラー735を回転させることにより選択される。再
構成された物体光745は、その後光ディテクタ列74
0上に投影されて、この光ディテクタ列740が明るい
ピクセルと暗いピクセルのパターンを検知することによ
りデータを読み出す。レンズ730とミラー735は、
再構成された物体光745を光ディテクタ列740上に
脱方向制御(de-steer)だけでなく、ミラー705とレ
ンズ710により引き起こされる脱軸歪(off-axis dis
tortion)の影響を修正する。
【0059】
【発明の効果】以上述べたように、本発明のビーム方向
制御システムを用いて物体光をホログラフメモリセルの
所定の位置に向けることができる。さらにまたこのシス
テムは、参照光もまた所定の方向に向けることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】A 従来の単一レンズ画像システムを表す図 B 従来の単一レンズフーリエ変換システムを表す図
【図2】従来の4−f画像システムを表す図
【図3】本発明の第1実施例によるフーリエ焦点面方向
制御システムを表す図
【図4】本発明の第2実施例によるイメージ焦点面方向
制御システムを表す図
【図5】本発明の第3実施例による二次元の方向制御シ
ステムを表す図
【図6】本発明の第3実施例による二次元の方向制御シ
ステムを表す図
【図7】本発明の第4実施例によるホログラフメモリシ
ステムを表す図
【符号の説明】
10 単一レンズシステム 12 空間光変調器(SLM) 14,18,20 面 16 凸レンズ 22 光学パス 100 単一レンズフーリエ変換システム 102,202 空間光変調器 104,204,208 凸レンズ 106,206 フーリエ面 111,112,113,114 光ビーム 115,215 光学パス 200 従来の4−f画像システム 210 出力像面 221,222,223 光ビーム 300 フーリエ焦点面方向制御システム 302 空間光変調器(SLM) 304,308 レンズ 306 回転可能ミラー 307 フーリエ焦点面 310 ホログラフメモリセル(HMC) 400 イメージ焦点面方向制御システム 402 空間光変調器(SLM) 404,406,410 レンズ 408 回転可能ミラー 412 ホログラフメモリセル(HMC) 414 フーリエ焦点面 416 出力像焦点面 500 二次元(2D)方向制御システム 502,506,510,514 レンズ 504,512 回転可能ミラー 508 フーリエ面 516 ホログラフメモリセル(HMC) 600 二次元(2D)方向制御システム 602,610,614 レンズ 604,612 回転可能ミラー 616 ホログラフメモリセル(HMC) 700 ホログラフメモリシステム 705,735 ミラー 710,730 レンズ 715 ホログラフメモリセル(HMC) 720,745 物体光 725 参照光 740 光ディテクタ列
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (73)特許権者 596077259 600 Mountain Avenue, Murray Hill, New J ersey 07974−0636U.S.A. (72)発明者 ケヴィン リチャード カーティス アメリカ合衆国,07901 ニュージャー ジー,サミット,モーリス アヴェニュ ー 417,ナンバー8 (72)発明者 マイケル シー.タッキット アメリカ合衆国,07830 ニュージャー ジー,キャリフォン,ヒッコリー ラン 39 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02B 26/08

Claims (23)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ホログラフメモリセル(HMC)内のデ
    ータロケーションにアクセスするために、コヒーレント
    光の空間変調複合入射ビームを制御する複合入射ビーム
    の制御システムにおいて、(A) 第1焦点距離を持ち、この第1焦点距離に形成
    される第1焦点面に対して前記入射ビームを屈折透過す
    る第1屈折透過素子と、 (B) 前記第1焦点面近傍に配置された反射素子と、 (C) 前記反射素子に結合され、前記入射ビームを所
    望の方向に向けるために、前記反射素子を所望の回転角
    に従って方向付ける回転制御機構と、 (D) 第2焦点距離を持ち、前記反射素子から反射さ
    れた前記入射ビームを前記第2焦点距離に形成される第
    2焦点面に対して屈折透過する第2屈折透過素子と を有
    し、 前記ホログラフメモリセル(HMC)は前記所望の方向
    の関数であるロケーションで前記入射ビームを受光する
    ように前記第2焦点面近傍に回転可能に配置されている
    ことを特徴とする複合入射ビームの制御システム
  2. 【請求項2】 前記第1焦点面は、フーリエ変換面であ
    ることを特徴とする請求項1記載のシステム。
  3. 【請求項3】 前記第1焦点面は、イメージ面であるこ
    とを特徴とする請求項1記載のシステム。
  4. 【請求項4】 前記反射素子は、ミラー(鏡)であるこ
    とを特徴とする請求項1記載のシステム。
  5. 【請求項5】 前記屈折透過素子は、凸レンズであるこ
    とを特徴とする請求項1記載のシステム。
  6. 【請求項6】 (D) 光ソースからコヒーレント光を
    受光し、コヒーレントデータ符号化光ビームを出射する
    空間光変調器をさらに有し、前記データ符号光ビーム
    は、100以上のスペース−バンド幅積を有することを
    特徴とする請求項1記載のシステム。
  7. 【請求項7】 前記入射ビームは、前記データ符号光ビ
    ームから得られることを特徴とする請求項6記載のシス
    テム。
  8. 【請求項8】 (E) 第2焦点面近傍に配置された第
    2反射素子と、 (F) 前記第2反射素子に結合され、前記入射ビーム
    を、所望の方向に向けるため、前記第2反射素子を所望
    の第2回転角に方向つける第2回転制御機構と、 (G) 前記第2反射素子から反射された前記ビームを
    屈折透過して、前記ビーム用の第3焦点面を生成する第
    2屈折透過素子とをさらに有し、 前記ホログラフメモリセル(HMC)は前記第3焦点面
    近傍に配置され、前記第2所望方向の関数である平面状
    ロケーションで前記ビームを受光することを特徴とする
    請求項1記載のシステム。
  9. 【請求項9】 ホログラフメモリセル(HMC)内のデ
    ータロケーションにアクセスするために、コヒーレント
    光の空間変調複素入射ビームを制御する複合入射ビーム
    の制御方法において、(A) 第1焦点距離を持つ第1屈折透過素子によって
    前記第1焦点距離に形成される第1焦点面に対して前記
    入射ビームを屈折透過するステップと、 (B) 前記入射ビームを所望の方向に向けるために、
    前記第1焦点面近傍に配置された反射素子を所望の回転
    角に従って方向付けるステップと、 (C) 前記反射素子から反射された入射ビームを、第
    2焦点距離を持つ第2屈折透過素子によって前記第2焦
    点距離に形成される第2焦点面に対して屈折透過するス
    テップとを有し、前記ホログラフメモリセル(HMC)は前記所望の方向
    の関数であるロケーションで前記入射ビームを受光する
    ように前記第2焦点面近傍に回転可能に配置されている
    ことを特徴とする空間変調された複合入射ビームの制御
    方法。
  10. 【請求項10】 前記第1焦点面は、フーリエ変換面で
    あることを特徴とする請求項9記載の方法。
  11. 【請求項11】 前記第1焦点面は、イメージ面である
    ことを特徴とする請求項9記載の方法。
  12. 【請求項12】 前記反射素子は、ミラー(鏡)である
    ことを特徴とする請求項9記載の方法。
  13. 【請求項13】 前記屈折透過素子は、凸レンズである
    ことを特徴とする請求項9記載の方法。
  14. 【請求項14】 (C) 前記ビームを所望の第2方向
    に向けるために、前記第2焦点面近傍に配置された第2
    反射素子を所望の第2回転角に従って方向付けるステッ
    プと、 (D) 前記ビーム用の第3焦点面を生成する前記第2
    反射素子から反射された前記ビームを屈折透過するステ
    ップとをさらに有し、 前記ホログラフメモリセル(HMC)は前記第3焦点面
    近傍に配置され、前記ホログラフメモリセル(HMC)
    上の前記ロケーションは、前記第2所望方向の関数であ
    る平面状ロケーションで前記ビームを受光することを特
    徴とする請求項9記載の方法。
  15. 【請求項15】 データを記録するシステムにおいて、 (A) コヒーレント光ソースと、 (B) 前記コヒーレント光ソースから受光したコヒー
    レント光の空間変調複合ビームを変調するために配置さ
    れた空間光変調器と、(C) 第1焦点距離を持ち、この第1焦点距離に形成
    される第1焦点面に対して前記変調ビームを屈折透過す
    る第1屈折透過素子と、 (D) 前記第1焦点面近傍に配置された反射素子と、 (E) 前記反射素子に結合され、前記変調ビームを所
    望の方向に向けるために、前記反射素子を所望の回転角
    に従って方向付ける回転制御機構と、 (F) 第2焦点距離を持ち、前記反射素子から反射さ
    れた前記変調ビームを前記第2焦点距離に形成される第
    2焦点面に対して屈折透過する第2屈折透過素子と、 (G) 前記所望の方向の関数であるロケーションで
    記屈折透過されたビームを受光するために、前記第2焦
    点面近傍に配置されたほぼ平面状のホログラフメモリセ
    ル(HMC)とを有することを特徴とするデータ記録シ
    ステム。
  16. 【請求項16】 前記第1焦点面は、フーリエ面である
    ことを特徴とする請求項15記載のシステム。
  17. 【請求項17】 前記第1焦点面は、イメージ面である
    ことを特徴とする請求項15記載のシステム。
  18. 【請求項18】 前記反射素子は、ミラー(鏡)である
    ことを特徴とする請求項15記載のシステム。
  19. 【請求項19】 ホログラフメモリセル(HMC)内の
    選択されたロケーションから出射されたコヒーレント光
    の空間変調されたデータ符号化複合ビームの方向を制御
    する方向制御システムにおいて、 (A) 焦点距離を持ち、この焦点距離に形成される焦
    点面に対して前記出射されたビームを屈折透過する屈折
    透過素子と、 (B) 前記焦点面近傍に配置された反射素子と、 (C) 前記反射素子に結合され、前記出射されたビー
    ムを所望の方向に向けるために、前記反射素子を所望の
    回転角に方向付ける回転制御機構と、ここで前記所望の
    回転角は前記HMC内の前記選択されたロケーションの
    関数であり、 (D) 前記出射されたビームを受光し、そこからデー
    タを検出する光ディテクタ列とを有することを特徴とす
    データ符号化複合ビームの方向制御システム。
  20. 【請求項20】 前記第1焦点面は、フーリエ面である
    ことを特徴とする請求項19記載のシステム。
  21. 【請求項21】 前記第1焦点面は、像面であることを
    特徴とする請求項19記載のシステム。
  22. 【請求項22】 前記反射素子は、ミラー(鏡)である
    ことを特徴とする請求項19記載のシステム。
  23. 【請求項23】 前記屈折透過素子は、凸レンズである
    ことを特徴とする請求項19記載のシステム。
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