JP3946181B2 - ホログラフィックデジタルデータ記録システム - Google Patents

Description

本発明は、体積ホログラフィックデジタルデータ記録システム（Volume Holographic Digital Data Storage System）に関し、さらに詳しくは、ホログラフィックデジタルデータの記録密度を向上させることができる体積ホログラフィックデジタルデータ記録システムに関する。

周知のように、動画像のためのデータのような多量のデータが記録できる体積ホログラフィックデジタルデータ記録システムに対する需要が増加しつつある。従って、高密度の光学的記録能力を実現するために、多様な形態のホログラフィックデジタルデータ記録システムが最近開発されてきた。

体積ホログラフィックデジタルデータ記録システムは、情報をその中に含めている信号光が参照光と干渉するようにして、その間に干渉縞を生成させた後、前記干渉縞を制御して光屈折性クリスタル（optical refractive crystal）からなるホログラフィック媒体に記録させる。光屈折性クリスタルは、干渉縞の強度（amplitude）及び位相（phase）により、相違して反応する物質である。

多様なホログラムは、参照光の入射角を変化させて同じ空間位置に記録することができ（角多重化：angular multiplexing）、そして／または記録領域を変化させるためにホログラフィック媒体を移動させ、同じ空間位置に記録することもできる（シフト多重化）。これにより、多量のバイナリデータ（binary data）のホログラムをページ単位でホログラフィック媒体に記録させることができる。

以下、角多重化方式を用いた従来のホログラフィックデジタルデータ記録システムについて図１を参照しながら説明する。

図１は、ホログラムデータ（即ち、干渉縞）を３次元ホログラフィック媒体に記録するための従来の体積ホログラフィックデジタルデータ記録システムのブロック図である。

従来の体積ホログラフィックデジタルデータ記録システムは、レーザー光を発生させる光源１００と、ホログラムデータを記録するホログラフィック媒体１１０（例えば、光屈折性クリスタル）とを含んでいる。

ビーム拡大器１０１は、拡大された直径を有する平面波状の平行レーザー光を提供するために、レーザー光を拡大し、拡大されたレーザー光をビームスプリッタ１０２に出力する。

ビームスプリッタ１０２とホログラフィック媒体１１０との間には、２つの光学的経路、即ち参照光経路ＰＳ１及び信号光経路ＰＳ２が形成されている。ビームスプリッタ１０２は、拡大されたレーザー光を２つの光に分離し、一方の光（参照光）は反射させて参照光経路（ＰＳ１）に沿って進行させ、他方の光（信号光）は透過させて信号光経路（ＰＳ２）に沿って進行させる。

参照光経路ＰＳ１上には、第１、第２反射鏡１０３、１０４、及び第１レンズ１０６が順に配置されている。従って、ホログラフィック媒体１１０にホログラムデータを記録する時、またはホログラフィック媒体１１０からホログラムデータを再生する時に用いられる参照光は、第１、第２反射鏡１０３、１０４、及び第１レンズ１０６を経てビームスプリッタ１０２からホログラフィック媒体１１０に伝達される。

第２反射鏡１０４は、第１レンズ１０６上における参照光の入射位置を変化させるために、アクチュエーター１０５により動かされる。前記入射位置を変更させることにより、参照光の偏向角（deflection angle）、即ち第１レンズ１０６に向けて反射される参照光の進行方向と第１レンズ１０６により偏向された参照光の進行方向との間の角度も変更される。偏向角の変更は、ホログラフィック媒体１１０に向けて進行する参照光の入射角の変化に対応する。

一方、空間光変調器（ＳＬＭ；spatial light modulator）１０７及び第２レンズ１０８は、信号光経路ＰＳ２上に信号光の伝達方向に沿って配置されている。

前記空間光変調器１０７では、信号光を空間光変調器１０７に入力される入力データに基づき、ページ単位でバイナリピクセルデータに変調させる。変調された信号光は、第２レンズ１０８を経てホログラフィック媒体１１０に伝達される。

角多重化方式を用いているホログラフィックデジタルデータ記録システムでは、第１レンズ１０６上の参照光の入射位置が互いに重ならないように変化させ、参照光の偏向角が相違するようにして、ホログラムデータ、即ち信号光及び参照光により生成される多様な干渉縞がホログラフィック媒体１１０の同じ地点または位置に記録される。

再生の間、好ましくは記録時に用いられた参照光と同じ光のみが第１レンズ１０６からホログラフィック媒体１１０に照射される。参照光が、ホログラフィック媒体１１０に記録された干渉縞により回折されることにより、第３レンズ１１２を経てＣＣＤ（Charge Coupled Device）１２０上にイメージングされた記録されたバイナリデータを、ページ単位で再生することができる。

前述したように、前記角多重化方式を用いるホログラフィックデジタルデータ記録システムは、参照光の偏向角を変えることにより、ホログラフィック媒体上に相違する干渉縞を記録することができる。その結果、多量のデータを重ねて記録することにより、このような多量のデータをホログラフィック媒体の一箇所に記録することができる。

図２は、レンズに入射する２つの参照光と、その２つの参照光の間に満たされるべきである角度選択性（angular seletivity）を示す。角度選択性とは、角度の観点で１つのページを他のページと区別できる能力の程度を意味する。この図面では、簡略な説明のために、２つの隣接した参照光が第１レンズ１０６に投影される時、２つの参照光の中心が直径ＯＤ上に配列されるようにした。

∠ａは、第１参照光の第１偏向角範囲に属する第１偏向角を示し、∠ｂは、第２参照光の第２偏向角範囲に属する第２偏向角を示し、ここで、｜∠ａ−∠ｂ｜が最小の角度の時、｜∠ａ−∠ｂ｜は１つのページと他のページを区分するために、角度選択性を満たすように、与えられた値より大きい必要がある。一般に、第１レンズ１０６上の参照光の隣接した入射位置は、ページ区分のためにある程度互いに離れる必要がある。

しかし、前記のホログラフィックデジタルデータ記録システムにおいて、ＳＬＭ１０７がバイナリピクセルデータを生成するために、ある程度のレーザー光サイズを必要とするので、レーザー光のサイズがビーム拡大器１０１により拡大される。従って、第１レンズ１０６上に投影されるそれぞれの参照光の大きさ（これらは角度選択性を満たしているものとする）はビーム拡大器１０１により定められた特定の大きさを有するため、第１レンズ１０６に投影できる参照光の数を制限する。従って、このような従来のホログラフィックデジタルデータ記録システムでは、記録密度を向上させることに限界があった。

本発明は、前述の問題を解決するために案出されたものであり、参照光の大きさを減らすことにより、ホログラムデータの記録密度を高めることができるホログラフィックデジタルデータ記録システムの提供することを目的とする。

本発明に係る体積ホログラフィックデジタルデータ記録システムは、レーザー光を発生させる光源と、前記レーザー光を参照光及び信号光に分離するビームスプリッタと、前記信号光を外部から入力されるデータに基づき、ページ単位でバイナリピクセルデータに変調させる空間光変調器と、前記参照光の選択された領域を通過させることにより、縮小された参照光を提供する光選択手段と、前記縮小された参照光をホログラフィック媒体に向けて偏向させるレンズと、前記光選択手段から入射された前記縮小された参照光を前記レンズ上の入射位置に反射させる反射手段とを備えて構成されている。

本発明に係るホログラフィックデジタルデータ記録システムによれば、参照光の大きさが減少し、参照光の入射位置を変更することにより、ホログラムデータの記録密度を高めることができる。

図３は、本発明の好適な実施の形態による体積ホログラフィックデジタルデータ記録システム２を示すブロック図である。

本発明の体積ホログラフィックデジタルデータ記録システム２は、アイリス（iris : a beam reducer）２０６及び第１アクチュエーター２０８を除いては、図１に示した従来技術のシステムと同じである。また、体積ホログラフィックデジタルデータ記録システム２の他の部分の機能は、アイリス２０６及び第１アクチュエーター２０８を除いては従来技術のシステムと基本的に同じである。

体積ホログラフィックデジタルデータ記録システム２は、レーザー光を発生する光源２００と、ホログラムデータを記録するホログラフィック媒体２３０（例えば、光屈折性クリスタル）とを含んでいる。

ビーム拡大器２０１は、光源２００から出射されるレーザー光の大きさを拡大し、ビームスプリッタ２０４に拡大されたレーザー光を出力する。

ビームスプリッタ２０４とホログラフィック媒体２３０との間には、２つの光学的経路、即ち参照光経路ＰＳ１及び信号光経路ＰＳ２が形成されている。ビームスプリッタ２０４は、拡大されたレーザー光を２つの光に分離し、一方の光（参照光）は反射させて参照光経路ＰＳ１に沿って進行させ、他方の光（信号光）は透過させて信号光経路ＰＳ２に沿って進行させる。

参照光経路ＰＳ１上には、アイリス２０６、第１、第２反射鏡２１０、２１２、及び第１レンズ２１６が順に配置されている。参照光は、アイリス２０６、第１、第２反射鏡２１０、２１２、及び第１レンズ２１６を経てホログラフィック媒体２３０に伝達される。

アイリス２０６は、参照光の一部を通過させる透過領域２０６ｂと、参照光の残り部分を反射または吸収させる非透過領域２０６ａとを含む。アイリス２０６は、好ましくは円形状であり、透過領域２０６ｂはアイリスの中心部に位置し、非透過領域２０６ａは環状で透過領域２０６ｂを取り囲んでいる。従って、アイリス２０６は、参照光の大きさを縮小させる。

更に、アイリス２０６を、好ましくは第１反射鏡２１０に向けて進行する参照光の進行方向に対して垂直な２次元平面上において、第１アクチュエーター２０８により移動させることで、縮小された参照光が投影される第１反射鏡２１０上の投影位置を変えることができる。即ち、透過領域２０６ｂの位置を移動させることにより、縮小された大きさの参照光の内、選択された領域のみを第１、第２反射鏡２１０、２１２、及び第１レンズ２１６を経由してホログラフィック媒体２３０に投影させることができる。

図４は、例示的に参照光及び参照光と重なる透過領域２０６ｂの多様な位置に関する断面図を示す。透過領域２０６ｂの位置は、参照光の全領域の中で選択された領域に対応する。例えば、図４では選択することができる領域の数は９になる。アイリス２０６の使用して参照光の大きさを縮小することにより、ホログラフィック媒体２３０の記録密度は、以下に説明するように向上する。

第１反射鏡２１０は、縮小された参照光を第２反射鏡２１２に向けて反射する。そして、第２反射鏡２１２は、第１反射鏡２１０から入射された縮小された参照光を、一定方向を維持しながら、第１レンズ２１６に向くようにし、好ましくは第１レンズ２１６の光学軸Ｏ'Ｆ'（図５に示す）に平行な方向を維持しながら、第１レンズ２１６に向くようにする。第２反射鏡２１２は、好ましくは、第２アクチュエーター２１４により移動することができ、ここで、第１レンズ２１６に向けて入射する縮小された参照光の入射角が変わらないように維持しながら移動させることにより、参照光が投影される第１レンズ２１６上の入射位置を調節することができる。アイリス２０６により参照光の大きさが縮小されるので、入射位置の面積を急激に縮小することができる。

第１レンズ２１６は、入射された縮小された参照光をホログラフィック媒体２３０に偏向させる。第１レンズ２１６上の入射位置は、第１アクチュエーター２０８及び第２アクチュエーター２１４の駆動により変わる。そして、それぞれの入射位置における参照光の大きさが大きく減少するので、ホログラフィック媒体２３０の記録密度は大きく増加する（第１レンズ２１６上における隣接した入射位置の間の距離は、ページ間の区別のためにはある程度互いに離れなければならないので、第１レンズ２１６上に入射される参照光の大きさが大きいと、第１レンズ２１６に投影できる参照光の数は制限される）。

信号光経路ＰＳ２上では、空間光変調器（ＳＬＭ）２１８及び第２レンズ２２０が信号光の進行方向に沿って連続的に配置されている。空間光変調器２１８は、ビームスプリッタ２０４から入射された信号光を、空間光変調器２１８に入力される入力データに基づき、ページ単位でバイナリピクセルデータに変調する。前記変調された信号光は、ホログラフィック媒体の内部に干渉縞を形成するために、第２レンズ２２０を経てホログラフィック媒体２３０に伝達される。

再生の間、好ましくは記録時に用いられた参照光と同じ光は、第１レンズ２１６からホログラフィック媒体２３０に照射される。また、ホログラフィック媒体２３０上に記録された干渉縞により参照光が回折されることにより、記録されたバイナリデータがページ単位で第３レンズ２３２を経てＣＣＤ（Charge Coupled Device）２４０上にイメージされる。

第１アクチュエーター２０８及び第２アクチュエーター２１４を駆動することにより、参照光の入射位置を変えるプロセスは、以下に詳述する。

まず、アイリス２０６を固定させて透過領域２０６ｂを所定位置に固定させる。参照光経路ＰＳ１を経て伝達される参照光の大きさは、透過領域２０６ｂを透過することにより縮小されて、第１反射鏡２１０に伝達される。その後、第１反射鏡２１０は、縮小された参照光を第２反射鏡２１２に向けて反射する。第２反射鏡２１２は、第１反射鏡２１０から伝達された縮小された参照光を第１レンズ２１６上の入射位置に向けて反射させる。第１レンズ２１６は、縮小された参照光をホログラフィック媒体２３０に向けて偏向させる。ホログラフィック媒体２３０に達した参照光は、変調された信号光と干渉して干渉縞を発生させる。干渉縞は、ホログラフィック媒体２３０に記録される。

その後、第１レンズ２１６上における参照光の入射位置は、アイリス２０６の透過領域２０６ｂの位置を固定させたまま、第２アクチュエーター２１４で第２反射鏡２１２を移動させることにより変更される。第２反射鏡２１２の移動が終わるまで透過領域２０６ｂは現位置に固定され、その後、第１アクチュエーター２０８により透過領域２０６ｂが移動される。

第１アクチュエーター２０８を用いて透過領域２０６ｂの位置を変えることにより、そして第２反射鏡２１２を移動させることにより、第１レンズ２１６上の参照光の入射位置が変わる。

このようなプロセスは、アイリス２０６及び第２反射鏡２１２の機械的な移動により生成された現在の参照光が、角度選択性が満たされるように、その前に生成された全ての参照光の入射位置と区別できる入射位置を有する限り、繰り返しつづけられる。即ち、第１レンズ２１６上の隣接した入射位置がある程度互いに離れる必要がある。

このようなプロセスの繰返し回数が増加するほど、ホログラフィックデジタルデータ記録システムの記録密度も増加する。参照光の大きさ、即ち、現在の参照光及び以前に生成された参照光の大きさがアイリス２０６により大きく減少されるので、入射位置における参照光の大きさが大きく減少するようになる。一般に、第１レンズ２１６上の隣接した入射位置は、ページ間の区分のために、ある程度互いに離れる必要がある。従って、多数の異なる参照光を、角度選択性を満たしながら、ホログラフィック媒体２３０に投影させることができる。その結果、ホログラフィックデジタルデータ記録システムの記録密度が急激に増加する。その後、ホログラフィック媒体２３０に多量のホログラムデータを記録するために、ホログラフィック媒体２３０を線形的に動かす。

なお、前記実施形態では、透過領域２０６ｂを一定位置に固定させた後、第２反射鏡２１２の位置変更により第１レンズ２１６上の参照光の入射位置を変更させたが、第２反射鏡２１２を一定位置に固定させた後、透過領域２０６ｂの位置変更により第１レンズ２１６上の参照光の入射位置を変更させることも可能である。この場合、ホログラフィック媒体２３０の一定領域に干渉縞を記録するために、透過領域２０６ｂを移動させることにより、第１レンズ２１６上の参照光の入射位置が変わるようになる。ホログラフィック媒体２３０の一定領域に干渉縞が記録された後、第２反射鏡２１２が他の位置に移動される。その後、ホログラフィック媒体２０３の前記一定領域に他の干渉縞が記録されるまで、透過領域２０６ｂを移動させることにより、第１レンズ２１６上の参照光の入射位置を変化させる。このようなプロセスにより、ホログラフィックデジタルデータ記録システムの記録密度を高めることができる。

また、前記実施形態では、アイリス２０６に連結されている第１アクチュエーター２０８を駆動することにより、透過領域２０６ｂの位置を変化させて、第１レンズ２１６上の参照光の入射位置を変更させているが、第２アクチュエーター２１４を第２反射鏡２１２の代わりに第１反射鏡２１０に連結させて、アイリス２０６及び第１反射鏡２１０を移動させることにより、第１レンズ２１６上の参照光の入射位置を変更させることも可能である。この場合、第１反射鏡２１０に向けて入射する縮小された参照光の入射角を一定に維持しながら、第１反射鏡２１０が移動される。

図５は、本実施形態における第１レンズ２１６に投影される２つの縮小された参照光及び２つの縮小された参照光の間で満たされるべきである角度選択性を説明している。縮小された第１参照光が、例えばアイリス２０６及び第２反射鏡２１２の位置を変化させて、第１レンズ２１６上の第１入射位置上に投影される。縮小された第２参照光は、例えばアイリス２０６及び第２反射鏡２１２の位置を変化させることにより、第１レンズ２１６上の第２入射位置上に投影される。図面では、簡略に説明するために、第１レンズ２１６の直径Ｏ'Ｄ'上に隣接した２つの参照光の中心が投影されると仮定した。

∠ａ'及び∠ｂ'が図２の角度と同じ意味に定義される場合、｜∠ａ−∠ｂ｜は角度選択性を満たし、１つのページが他のページと区別されるようにしなければならない。

参照光の大きさが減少されるほど、入射位置の大きさは減少される。従って、それぞれ異なる入射位置を有するさらに縮小された参照光を、角度選択性を満たしながら第１レンズ２１６に投影させることができる。

従って、本発明はアイリス２０６を用いて参照光の大きさを縮小させ、例えば、アイリス２０６及び第２反射鏡２１２の位置を変化させて第１レンズ２１６上の参照光の入射位置を変えることにより、ホログラフィックデジタルデータ記録システムの記録密度を高めることができる。

以上説明したように、好適な実施例を用いて本発明を説明してきたが、本発明の請求の範囲を逸脱することなく種々の改変が可能であることは当業者には明らかであろう。

従来の体積ホログラフィックデジタルデータ記録システムを示すブロック図である。 従来の体積ホログラフィックデジタルデータ記録システムによる、レンズに投影する２つの参照光とその２つの参照光の間に満たされるべきである角度選択性を示す図である。 本発明の好適な実施例による体積ホログラフィックデジタルデータ記録システムを示すブロック図である。 本発明の好適な実施例による参照光及び参照光と重なるアイリスの透過領域の全ての可能な位置を示す断面図である。 本発明の好適な実施例によるレンズに投影する２つの参照光及びその２つの参照光の間で満たされるべきである角度選択性を示す例示図である。

符号の説明

２００：光源
２０２：ビーム拡大器
２０４：ビームスプリッタ
２０６：ビームレデューサー
２０８：第１アクチュエーター
２１０：第１反射鏡
２１２：第２反射鏡
２１４：第２アクチュエーター
２１６：第１レンズ
２１８：空間光変調器
２２０：第２レンズ
２３０：ホログラフィック媒体
２３２：第３レンズ
２４０：ＣＣＤ

Claims (5)

1. 体積ホログラフィックデジタルデータ記録システムであって、
   レーザー光を発生させる光源と、
   前記レーザー光を参照光及び信号光に分離するビームスプリッタと、
   前記信号光を外部から入力されるデータに基づき、ページ単位でバイナリピクセルデータに変調させる空間光変調器と、
   前記参照光の選択された断面部分を通過させることにより、縮小された参照光を提供する光選択手段と、
   前記縮小された参照光をホログラフィック媒体に向けて偏向させるレンズと、
   前記光選択手段から入射された前記縮小された参照光を前記レンズの入射位置に反射させる反射手段とを含み、
   前記光選択手段は、
   前記参照光の選択された断面部分のみを通過させて前記縮小された参照光を提供する透過領域、及び前記参照光の残り領域を吸収又は反射する非透過領域を有するアイリスと、
   ホログラムデータの記録密度を高めるべく前記縮小された参照光の前記レンズへの入射位置を変化させるために、前記アイリスの前記透過領域の位置を移動させる第１アクチュエーターとを備える体積ホログラフィックデジタルデータ記録システム。
2. 前記反射手段は、
   前記アイリスから入射された前記縮小された参照光を反射させる第１反射鏡と、
   前記第１反射鏡から入射された前記縮小された参照光を前記レンズに向けて反射させる第２反射鏡とを含むことを特徴とする請求項１に記載の体積ホログラフィックデジタルデータ記録システム。
3. 前記第１アクチュエーターは、前記アイリスを前記第１反射鏡に向けて進行する前記縮小された参照光の進行方向に対して垂直である２次元平面上において移動させることを特徴とする請求項１に記載の体積ホログラフィックデジタルデータ記録システム。
4. 前記第２反射鏡の位置を、前記レンズ上における前記縮小された参照光の入射角を一定に保ちながら移動させる第２アクチュエーターをさらに含むことを特徴とする請求項２に記載の体積ホログラフィックデジタルデータ記録システム。
5. 前記第１反射鏡の位置を、前記レンズ上における前記縮小された参照光の入射角を一定に保ちながら移動させる第３アクチュエーターをさらに含むことを特徴とする請求項２に記載の体積ホログラフィックデジタルデータ記録システム。

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