JP4132715B2 - ホログラフィーデジタルデータ記憶システム - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ホログラフィーデジタルデータ記憶システムに関し、特に、CDプレーヤ及びDVDプレーヤと互換可能なホログラフィーデジタルデータ記憶システムに関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、半導体レーザ、CCD(Charge Coupled Device)、LCD(Liquid Crystal Display)などの開発によって、ホログラフィーデジタルデータ記憶システムが活発に研究されてきた。ホログラフィーデジタルデータ記憶システムは大容量の記憶能力と超高速データ伝送速度というメリットを有しているので、すでに指紋を記憶・再生する指紋認識システムとして実用化されているだけではなく、その応用分野が徐々に拡大されている。
【0003】
このようなホログラフィーデジタルデータ記憶システムは、対象物体から伝達された物体光(signal beam)と基準光(reference beam)を干渉させた後、このような干渉によって発生する干渉じまを、干渉じまの強度(intensity)と位相(phase)に応じて異なって反応するクリスタル(crystal)のような記憶媒体に記録する。ホログラフィーデジタルデータ記憶システムにおいて、基準光の入射角度を変化させることにより、物体光の強度はもちろん位相(phase)も記録し、それにより物体の3次元像を具現することができる。ページ(page)単位のバイナリデータで構成される数百から数千個のホログラフィーデジタルデータを記憶媒体内の同一場所に記憶させることもできる。
【0004】
図11は通常的な透過型ホログラフィーデジタルデータ記憶システムを示す。透過型ホログラフィーデジタルデータ記憶システムは、光源20、ビーム拡大器(beam expander)21、ビームスプリッタ(beam splitter)22、2つの反射ミラー23、24、空間光変調器(SLM:Spatial Light Modulator)25、記憶媒体26及びCCD27を含む。
【0005】
光源20はホログラフィーが求める一定の波長帯域の光信号、例えば、レーザ光を発生し、ビーム拡大器21はレーザ光の大きさを拡大させる。ビームスプリッタ22は、ビーム拡大器21を通じて拡大されたレーザ光を基準光及び物体光に分離し、基準光及び物体光がそれぞれの伝送経路を介して伝送する。
【0006】
基準光は反射ミラー24によって反射され、反射された基準光は記憶媒体26に伝送される。一方、物体光は反射ミラー23によって反射され、反射された物体光は空間光変調器25に伝送される。空間光変調器25は反射された物体光を入力されるデータによってピクセル(pixel)がなすバイナリデータへページ単位で変調させ、変調された物体光は記憶媒体26に伝送される。例えば反射された物体光のデータがフレーム単位で提供される場合、データはフレーム単位で変調されることが望ましい。反射された物体光をページ単位で変調させる場合、反射ミラー24によって反射された基準光の反射角度が少しずつ変化される。
【0007】
反射された基準光と変調された物体光を干渉させて得られる干渉じまは記憶媒体26に記憶されるが、干渉じまは空間光変調器25に入力されるデータによって異なる。換言すれば、記憶媒体26に入射する変調された物体光はページ単位で変調されており、反射された基準光は変調された物体光に対応する角度で反射される。変調された物体光と反射された基準光は記憶媒体26の内部で干渉を起こすようになる。干渉によって発生される干渉じまの強度に応じて、記憶媒体26内部に光誘導現象が生じ、結果的として記憶媒体26に干渉じまが記録される。
【0008】
一方、記憶媒体26に記録されたデータを読取るために、基準光のみを記憶媒体26に照射すると、記憶媒体内部の干渉じまによって基準光が回折され、ピクセル単位の元の明暗で構成される碁盤じまが再生され、再生された碁盤じまをCCD27に照射して元のデータを再生する。この時、記憶媒体26に記録されたデータを読取るために用いられる基準光は記憶媒体26にデータを記録する時、用いられた基準光と実質的に同一角度で入射する必要がある。
【0009】
図12は従来のCDプレーヤまたはDVDプレーヤの内部構成図を示し、CDプレーヤまたはDVDプレーヤは高周波重複モジュール10、2つのミラー11、18、偏光プリズム12、円柱レンズ13、フォトダイオード14、λ/4板15、ディスク16、対物レンズ17などで構成される。このようなCD/DVDプレーヤの詳細構成及び作動原理は当業者であれば容易に理解可能な事項であり、具体的な説明は省略する。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようなCD/DVDプレーヤとホログラフィーデジタルデータ記憶システムにおいては、図11及び図12に示すように、例えば、フォトダイオードなどを用いたデテクタ(detector)の位置が互いに異なるため、CD/DVDプレーヤとホログラフィーデジタルデータ記憶システム間の相互互換が不可能であるという問題点があった。つまり、CD/DVDプレーヤは反射方向にデテクタが存在し、ホログラフィーデジタルデータ記憶システムは伝送方向にデテクタが位置し、1つのデテクタを2つのシステムで共用することは不可能であり、さらにホログラフィーデジタルデータ記憶システムとCD/DVDプレーヤで用いられる光の大きさの差が大きいことから、互いに異なる光学系を使用しなければならないという問題点があった。
【0011】
従って、本発明は上述した問題を解決するために案出されたものであり、空間多重化方法(spatial multiplexing technique)と角多重化方法(angular multiplexing technique)により提供された多数の光の大きさ及び開口数を有するホログラフィー光学要素を用いて、CDプレーヤ及びDVDプレーヤと互換可能なホログラフィーデジタルデータ記憶システムを提供することにその目的がある。
【0012】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するための本発明の第一の好適な実施例によると、ホログラフィーデジタルデータ記憶システムは、
基準光を生成する光源と、
前記基準光と多数の特定の大きさの光との多数の干渉パターンを記憶し、前記基準光のみが照射される場合、前記多数の特定の大きさの光に対応する多数の再生光が生成される手段と、
再生光をそれぞれ反射光と透過光に分離し、前記反射光と前記透過光のうちの1つをホログラフィー基準光として用いる手段と、
前記反射光と前記透過光のうちの他方を、ホログラフィー入力信号に対応するホログラフィー信号光へ変調させる手段と、
前記ホログラフィー基準光と前記ホログラフィー信号光の干渉パターンを記憶し、前記ホログラフィー基準光を反射させて、前記ホログラフィー基準光の経路を逆行する反射情報光を生成する手段と、
前記ホログラフィー基準光のみが照射される場合、前記ホログラフィー信号光に対するホログラフィー再生光をディスプレイし、前記反射情報光を検出する手段とを含む。
【0013】
本発明のその他の好適実施例によると、ホログラフィーデジタルデータ記憶システムは、
基準光を生成する光源と、
前記基準光の偏光方向を調節して多数の偏光成分を有する多数の偏光を生成する手段と、
前記多数の偏光と複数の特定の大きさの反射光との複数の干渉パターン及び前記多数の偏光と特定の大きさのホログラフィー光との複数の干渉パターンを記録する手段であって、前記特定の大きさのホログラフィー光は前記多数の偏光成分を備え、前記多数の偏光を照射する場合、前記特定の大きさの反射光に対応する反射再生光を生成し、前記特定の大きさのホログラフィー光に対応するホログラフィー再生光を生成するが、前記ホログラフィー再生光は異なる経路で出力される多数のホログラフィー偏光成分を備える手段と、
前記ホログラフィー再生光の偏光方向を一致させ、第1及び第2ホログラフィー光を生成し、前記第1及び第2ホログラフィー光のうちの1つをホログラフィー基準光として用いる手段と、
前記第1及び第2光のうち、他方をホログラフィー入力信号に対応するホログラフィー信号光に変調させる手段と、
前記ホログラフィー基準光と前記ホログラフィー信号光の干渉パターンを記憶し、前記反射再生光を反射させて、前記反射再生光の経路を逆行する反射情報光を生成する手段と、
前記ホログラフィー基準光のみを照射する場合、前記ホログラフィー信号光に対するホログラフィー再生光をディスプレイし、前記反射情報光を検出する手段と、
前記反射再生光を前記記憶媒体に入射させ、前記反射情報光を前記信号検出手段に入射させる手段とを含む。
【0014】
本発明の更に別な好適実施例によると、ホログラフィーデジタルデータ記憶システムは、
基準光を生成する光源と、
前記基準光を第1光と第2光に分離して、異なる経路に進行させる手段と、
前記第1光をホログラフィー入力信号に対応するホログラフィー信号光に変調する手段と、
前記第2光と特定の大きさの反射光との複数の干渉パターン、及び前記第2光と特定の大きさのホログラフィー光との複数の干渉パターンを記憶し、前記第2光を照射する場合、前記特定の大きさの反射光に対応する反射再生光及び前記特定の大きさのホログラフィー光に対応するホログラフィー再生光を生成するが、前記ホログラフィー再生光はホログラフィー基準光として働く手段と、
前記ホログラフィー基準光と前記ホログラフィー信号光の干渉パターンを記録し、前記反射再生光を反射させて、前記反射再生光の経路を逆行する反射情報光を生成する手段と、
前記ホログラフィー基準光のみが照射される場合、前記ホログラフィー信号光に対するホログラフィー再生光をディスプレイし、前記反射情報光を検出する手段と、
前記反射再生光を前記記憶手段へと導き、前記反射情報光を前記信号検出手段に向かわせる手段を含む。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面を参照して本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。
【0016】
図1は本発明の1実施例によるCDプレーヤ及びDVDプレーヤと互換可能なホログラフィーデジタルデータ記憶システム100の構成図であり、光源102、ホログラフィービームスプリッタ104、ビームスプリッタ106、3つのレンズ108、124、126、記憶媒体110、2つのミラー112、120、荷電結合素子(charge coupled device:CCD)114、フォトダイオード(photodiode:PD)116、シャッター118、空間光変調器(spatial light modulator:SLM)122から構成される。
【0017】
光源102はホログラフィーデジタルデータ記憶システムの記録及び再生動作に必要な必須構成要素として、例えばレーザ(LASER)を用いることができ、ホログラフィーデジタルデータ記憶システム用記憶媒体110に最も効率的に用いられる波長帯域の光を提供する。使用可能な波長帯域は記憶媒体110に添加される感光剤(photo-sensitizer)及びイニシエータ(initiator)によって決定される。
【0018】
ホログラフィービームスプリッタ104はホログラフィーメモリ物質を用いて製造される。光源102から発生される光は基準光として用いられ、特定の大きさの光がスプリッタ104に基準光と所定の角度をなして入射される場合、基準光と特定の大きさの光の干渉じまパターンがホログラフィービームスプリッタ104に記録される。
【0019】
図2は角多重原理を用いて製造されたホログラフィービームスプリッタ104の1実施例を示す。説明の便宜上、回転可能なホログラフィービームスプリッタ104の3つの入射角に対応する基準光BREF CD、BREF DVD、BREF HDDSが示されているが、それぞれの基準光BREF CD、BREF DVD、BREF HDDSは入射角のみが異なるだけで、同一の波長を有する。基準光BREF CD、BREF DVD、BREF HDDSに対応される特定の大きさの光BCD、BDVD、BHDDSがそれぞれの基準光BREF CD、BREF DVD、BREF HDDSと所定の角度をなして入射される場合、基準光BREF CD、BREF DVD、BREF HDDSと特定の大きさの光BCD、BDVD、BHDDSの干渉じまパターンが角多重化方法によってホログラフィーメモリ物質に記録される。特定の大きさの光BCD、BDVD、BHDDSの光の大きさ及び形状は、記録しようとする媒体によって異なる。干渉じまパターンが記録されたホログラフィーメモリ物質に、それぞれの基準光BREF CD、BREF DVD、BREF HDDSを対応する所定の入射角で入射させると、それぞれの特定の大きさの光BCD、BDVD、BHDDSの再生光BCD RE、BDVD RE、BHDDS REが生成される。再生光の強度は干渉じまパターンの回折効率(diffraction efficiency)で表現されうる。フォトポリマー(photopolymer)の場合、ほぼ100%に近い回折効果を得ることができる。
【0020】
ホログラフィーデジタルデータ記憶システムにおいて、CD/DVDプレーヤと互換可能にするためには、まず、CD/DVDプレーヤのビームファクター(beam factor)BFを一定に維持しなければならない。一般的に、CDプレーヤのビームファクターは0.5769μm- 1であり、DVDビームファクターは0.9230μm- 1である。ビームファクターBFは次の式1で表され、λは波長、N.Aは開口数(Numerical Aperture)を示す。
【0021】
【数1】
【0022】
波長λが変化する場合、N.Aを調節してビームファクターBFを一定に維持することによって、CD/DVDプレーヤを再生することができる。開口数N.Aは次の式2で表され、nはレンズを通過した後の媒質の屈折率であり、αはレンズに垂直に入射するビームが焦点に集束する場合、レンズの光学軸に対する集束角度である。
【0023】
【数2】
【0024】
換言すれば、sinαはレンズの焦点距離Fとレンズに入射するビームの幅Wの関数であり、次の式3で表される。
【0025】
【数3】
【0026】
従って、入射するビームの幅Wは次の式4で表される。
【0027】
【数4】
【0028】
結果的に、入射するビームの幅Wを調整してN.Aを調整することによって、ビームファクターを一定に維持し、CD/DVDプレーヤの再生を可能にする。
【0029】
波長λが532nmであるホログラフィーデジタルデータ記憶システム用Nd-YAGレーザを使用し、レンズの焦点距離Fが1cm、空気中の光の屈折率nが1である場合、CDのビームファクターBF CDとDVDのビームファクターBF DVDがそれぞれ0.5769μm- 1、0.9230μm- 1であるので、CD/DVDプレーヤで要求されるビームの幅(WCD/WDVD)はそれぞれ以下の式5、式6で表される。
【0030】
【数5】
【0031】
【数6】
【0032】
従って、特定の大きさの光BCD、BDVDの光の幅WCD/WDVDはそれぞれ0.64495cm、1.12734cmである。
【0033】
波長λが650nmであるDVD用レーザを用い、レンズの焦点距離Fが1cmであれば、CD/DVDプレーヤで要求される光の幅WCD/WDVDはそれぞれ以下の式7、式8で表される。
【0034】
【数7】
【0035】
【数8】
【0036】
従って、特定の大きさの光BCD、BDVDの光の幅WCD/WDVDはそれぞれ0.80900cm、1.49980cmである。
【0037】
前記のように製造されたホログラフィービームスプリッタ104を用いることによって、同一の波長を使用しながらホログラフィーモードとCD/DVDモードで使用できるように光の大きさを調節することができる。
【0038】
ホログラフィーモードではホログラフィービームスプリッタ104に一定の入射角で基準光BREF HDDSが入射するようになる。ホログラフィービームスプリッタ104は基準光BREF HDDSと特定の大きさの光BHDDSに対応する再生光BHDDS REを生成し、ビームスプリッタ106は再生光BHDDS REを反射光と透過光に分ける。反射光は経路Aに沿って記憶媒体110に照射される。経路A上にあるシャッター118はホログラフィーモードの記録状態でのみ反射光を通過させ、再生状態では反射光が通過しないように動作する。シャッター118を通過した反射光はミラー120によって反射され、入力信号に対応するように空間光変調器122によって変調され、ホログラフィー信号光になる。ホログラフィー信号光はレンズ124によって記憶媒体110に集束される。一方、透過光は経路Bに沿って記憶媒体110にホログラフィー基準光として照射され、レンズ108はホログラフィー基準光を集束する役割を随行する。記憶媒体110にはホログラフィー基準光とホログラフィー信号光の干渉パターンが記録される。
【0039】
記憶媒体110を上下に移動することによって、レンズ124及び108により、光を記憶媒体110の前方或いは後方で集束させることができる。一例としてシフト(shift)多重化を用いる場合に、ホログラフィーモードでは光がレンズ124及び108により記憶媒体110の前方で集束することが好ましく、CD/DVDモードではレンズ124及び108により光が記憶媒体110の後方で集束することが好ましい。必要に応じて、焦点距離が異なる2つのレンズを用いる場合、焦点距離が短いものはホログラフィーモードで用いられることが好ましく、それに対して焦点距離が長いものはCD/DVD用で用いられうる。
【0040】
ホログラフィーモードの再生状態ではシャッター118が遮断され、透過光のみが経路Bを介して記憶媒体110に入射される。透過光はホログラフィー基準光として作用するので、記録状態で記憶媒体110に入射されたホログラフィー信号光の再生光はレンズ126によって集束され、荷電結合素子(charge coupled device:CCD)114にディスプレイされる。
【0041】
CD/DVDモードではホログラフィービームスプリッタ104を回転させ、所定の入射角で基準光BREF CD/BREF DVDが入射するようになり、それによりホログラフィービームスプリッタ104によって、基準光BREF CD/BREF DVDに対応する再生光BCD RE/BDVD REが生成される。ビームスプリッタ106は再生光BCD RE/BDVD REを反射光と透過光の2つの光に分け、シャッター118は反射光の進行を遮断する。透過光は経路Bを通じて、レンズ108を介してCD/DVD用記憶媒体110に入射する。記憶媒体110に入射する光は既にビームファクターBFが調整された状態である。記憶媒体110によって反射されることにより生成された再生光は経路Bに沿って進行し、ビームスプリッタ106によってさらに反射および透過され反射再生光と透過再生光が形成されるが、ホログラフィービームスプリッタ104の方に進行する透過再生光は再生信号に影響せず、反射再生光のみが経路Cに沿って進行し、フォトダイオード116や荷電結合素子(CCD:114)によって検出される。
【0042】
図3は本発明のさらに異なる実施例によるCDプレーヤ及びDVDプレーヤと互換可能なホログラフィーデジタルデータ記憶システム300であって、光源302、λ/2プレート303、ホログラフィー偏光スプリッタ304、ビームスプリッタ306、3つのレンズ308、324、326、記憶媒体310、2つのミラー312、320、荷電結合素子(charge coupled device:CCD)314、フォトダイオード(photodiode:PD)316、シャッター318、ビーム拡大器(beam expander)321及び空間光変調器(spatial light modulator:SLM)322から構成される。図1と比較するとλ/2プレート303、ホログラフィー偏光スプリッタ304、ビーム拡大器321のみが追加された。
【0043】
λ/2プレート303は光源302より入射される直線偏光の偏光方向を必要な角度だけ回転させ得る。偏光方向が回転した光は、ホログラフィー偏光スプリッタ304に入射される。
【0044】
ホログラフィー偏光スプリッタ304はLiNbO3またはBaTiO3のような複屈折特性の強い物質を用いて製造され、正常光(ordinary beam)と異常光(extraordinary beam)の間の屈折率の差を用いて、偏光の相違を有する基準光に対応する再生光が選択的に再生されるようになる。
【0045】
図4は複屈折特性を用いて製造されたホログラフィー偏光スプリッタ304の1実施例を示す。特定の大きさのCD/DVD用水平/垂直偏光BCD&DVDを用い、CDプレーヤとDVDプレーヤが再生されると仮定する。特定の大きさのCD/DVD用水平/垂直偏光BCD&DVDは、それぞれCDプレーヤまたはDVDプレーヤに求められる光の大きさと形状を有する。λ/2プレート303から水平/垂直偏光基準光BREFが入射され、特定の大きさのCD/DVD用水平/垂直偏光BCD&DVDも水平/垂直偏光基準光BREFと一定の角度をなして入射される。基準光BREFと特定の大きさのCD/DVD用水平/垂直偏光BCD&DVDの干渉パターンがホログラフィー偏光スプリッタ304に記録される。再生モードで水平/垂直偏光基準光BREFを照射すると、特定の大きさのCD/DVD用水平/垂直偏光BCD&DVDに対応する再生光BCD&DVD REが特定の大きさのCD/DVD用水平/垂直偏光BCD&DVDの入射方向の延長線に沿って生成される。再生光BCD&DVD REは特定の大きさのCD/DVD用水平/垂直偏光BCD&DVDに対応する水平/垂直の2つの光から構成される。
【0046】
λ/2プレート303を用いて偏光を変えるため、ホログラフィー偏光スプリッタ304を移動、または回転させるための追加装置は必要ではない。但し、水平/垂直の2つの偏光のみを用いてCDプレーヤやDVDプレーヤのビームファクターをホログラフィー用ビームファクターに変化させるため、ビーム拡大器321が追加されうる。
【0047】
CD/DVDモードではλ/2プレート303を調節して光の偏光方向を水平または垂直に変える。水平/垂直偏光方向は、それぞれCDまたはDVDモードを意味し、対応する光の大きさを有する再生光BCD&DVD REが生成され、ビームスプリッタ306に入射する。ビームスプリッタ306は再生光BCD&DVD REを反射光と透過光の2つの光に分離し、シャッター318は反射光の進行を遮断する。残りの過程は図1に示したホログラフィーデジタルデータ記憶システムのCD/DVDモードの過程と同様である。
【0048】
ホログラフィーモードでは、λ/2プレート303を所定の偏光角だけ回転させて光の偏光を変える。偏光角は任意で、所定の偏向角を有する光が基準光としてホログラフィー偏光スプリッタ304に入射される。ホログラフィー偏光スプリッタ304は基準光BREFのうち、水平または垂直成分に対応する再生光BCD&DVD REを生成し、ビームスプリッタ306は再生光をホログラフィー基準光とホログラフィー信号光に分離する。ホログラフィー基準光は経路Bに沿って進行し、ホログラフィー信号光は経路Aに沿って進行して記憶媒体310に干渉パターンを形成する。ホログラフィー信号光の光の大きさを調節するためにビーム拡大器321が経路A上に加えられる。再生モードではシャッター318が動作してホログラフィー基準光だけが記憶媒体310に入射してホログラフィー信号光に対応するホログラフィー再生光が生成され、生成されたホログラフィー再生光がCCD314にディスプレイされる。
【0049】
図5は本発明のさらに異なる実施例によるCDプレーヤ及びDVDプレーヤと互換可能なホログラフィーデジタルデータ記憶システム500であって、光源502、2つのλ/2プレート503、532、ホログラフィー偏光スプリッタ504、ビームスプリッタ506、4つのレンズ508、524、526、528、記憶媒体510、3つのミラー512、520、530、荷電結合素子(charge coupled device:CCD)514、フォトダイオード(photodiode:PD)516、シャッター518、空間光変調器(spatial light modulator:SLM)522から構成される。図5に示すホログラフィーデジタルデータ記憶システム500は、CD/DVDモードの光経路とホログラフィーモードの光経路が分離されている。図1と比較すると2つのλ/2プレート503、532、ホログラフィー偏光スプリッタ504、レンズ528、ミラー530が加われ、シャッター518の位置が変更された。
【0050】
λ/2プレート503は光源502から入射される直線偏光を必要な角度だけ回転させる。回転された直線偏光はホログラフィー偏光スプリッタ504に入射される。
【0051】
ホログラフィー偏光スプリッタ504はLiNbO3またはBaTiO3のような複屈折特性の強い物質を用いて製造され、正常光(ordinary beam)と異常光(extraordinary beam)の間の屈折率の差を用いて、偏光の相違を有する基準光に対応する再生光が選択的に再生される。
【0052】
図6は複屈折特性を用いて製造されたホログラフィー偏光スプリッタ504の1実施例を示す。特定の大きさのCD/DVD用水平/垂直偏光BCD&DVDを用いて、CDプレーヤ及びDVDプレーヤを再生し、特定の大きさのホログラフィー用水平/垂直偏光BHDDSH、BHDDSVを用いてホログラフィー信号を再生する。特定の大きさのCD/DVD用水平/垂直偏光BCD&DVDは、それぞれCDプレーヤまたはDVDプレーヤに求められる光の大きさと形状を有する。λ/2プレート503から水平/垂直偏光基準光BREFが入射され、特定の大きさのCD/DVD用水平/垂直偏光BCD&DVDが水平/垂直偏光基準光BREFと所定の角度をなして入射され、特定の大きさのホログラフィー用水平/垂直偏光BHDDSH、BHDDSVも互いに所定の角度をなして入射される。つまり、水平成分を有する水平偏光基準光BREFが入射される場合、異なる入射角を有する2つの特定の大きさの水平偏光BCD、BHDDSHがホログラフィー偏光スプリッタ504に記録され、垂直偏光基準光BREFが入射される場合、異なる入射角を有する2つの特定の大きさの垂直偏光BDVDとBHDDSVが記録される。再生モードで水平偏光基準光BREFを照射すると、2つの特定の大きさの水平偏光BCD、BHDDSHの入射方向の延長線に沿って対応する2つの再生光BCD&DVD RE、BHDDSH REが生成される。説明の便宜上、特定の大きさのCD/DVD用水平/垂直偏光BCD&DVDはそれぞれCD及びDVDに用いられ、特定の大きさのホログラフィー用水平/垂直偏光BHDDSH、BHDDSVはそれぞれホログラフィー基準光及びホログラフィー信号光に用いられると仮定する。
【0053】
CDモードではλ/2プレート503を調節して光の偏光方向を水平に変える。水平偏光をホログラフィー偏光スプリッタ504に入射すると、水平偏光であるCD用再生光BCD REとホログラフィー用再生光BHDDSH REが生成され、経路B及び経路Cの方向に進行される。経路Bに進行するCD用再生光BCD REはシャッター518、ビームスプリッタ506、レンズ508を通過して記憶媒体510に入射され、記憶媒体510によって反射されたCD用再生光BCD REはCD用信号光としてビームスプリッタ506によって反射され、その後、経路Dに沿って進行してPD516やCCD514によって検出される。一方、経路Cに沿って進行する水平偏光であるホログラフィー用再生光BHDDSH REはλ/2プレート532、ミラー530、レンズ528を通じて記憶媒体510に入射するが、記憶媒体510がCDモードでは反射形であるため、ホログラフィー用再生光BHDDSH REが入射角と同じ角で反射され、CDの再生に影響しない。必要に応じて経路C上にシャッターを加えて設けることができる。
【0054】
DVDモードではλ/2プレート503を調節して光の偏光方向を垂直に変える。垂直偏光をホログラフィー偏光ビームスプリッタ504に入射すると垂直偏光であるDVD用再生光BDVD REとホログラフィー用再生光BHDDSV REが生成され、経路B及び経路A方向に進行する。経路Bに進行するDVD用再生光BDVD REを用いてDVDプレーヤを再生するが、経路Aに進行するホログラフィー用再生光BHDDSV REは記億媒体510によって反射されDVD信号に影響しない。
【0055】
ホログラフィーモードでは基準光が水平成分と垂直成分を有するようにλ/2プレート503を調節する。ホログラフィー偏光スプリッタ504を介して3つの方向に再生光が生成される。しかし、シャッター518が作動し、経路Bには光は進行せず、経路A及び経路Cへと進行する。経路Aに進行する光はSLM522で入力信号に対応するホログラフィー信号光に変調され記憶媒体510に入射する。経路Cに進行する光はホログラフィー基準光としてλ/2プレート532によって偏光方向が90度回転して、経路Aに進行する信号光と同じ偏光方向を有した後、ホログラフィー信号光との干渉パターンが記憶媒体510に記録される。ホログラフィー再生モードではシャッター518を閉じた状態でλ/2プレート503を調節して水平偏光の基準光のみがホログラフィー偏光スプリッタ504に入射するようにする。ホログラフィー偏光スプリッタ504によって再生された水平偏光の再生光のうち、経路Cに進行する光をホログラフィー基準光としてλ/2プレート532によって偏光方向が回転された後記憶媒体510に入射される。従って、ホログラフィー再生光が経路Aの延長線上に進行し、CCD514にディスプレイされる。
【0056】
必要に応じて、角多重化技法を用いることによって、CD/DVDモード及びホログラフィーモードで入射角を変化させ、ホログラフィー偏光スプッリタ504に特定の大きさの光を記録することができる。ホログラフィー偏光スプリッタ504を回転させ、基準光と特定の大きさの光との干渉パターンを記録する場合、図5に示したλ/2プレート503を除去し、シャッター518の位置を経路Aに移し、ホログラフィーモードの記録モードを除いて、経路A上のシャッター518を閉じておくと、図1に示した実施例のようなホログラフィーデジタルデータ記憶システムになる。
【0057】
図7は本発明のさらに異なるCDプレーヤ及びDVDプレーヤと互換可能なホログラフィーデジタルデータ記憶システム700であって、光源702、2つのλ/2プレート703、732、ホログラフィー偏光スプリッタ704、ビームスプリッタ706、4つのレンズ708、724、726、728、記憶媒体710、3つのミラー712、720、730、荷電結合素子(charge coupled device:CCD)714、フォトダイオード(photodiode:PD)716、シャッター718、空間光変調器(spatial light modulator:SLM)722、偏光スプリッタ734から構成される。図7に示したホログラフィーデジタルデータ記憶システム700はCD/DVDモードの光経路とホログラフィーモードの光経路が分離されている。図1と比較すると2つのλ/2プレート703、732、ホログラフィー偏光スプリッタ704、レンズ728、ミラー730の他に偏光スプリッタ734が追加され、シャッター718の位置が変更された。
【0058】
λ/2プレート703は光源702から入射される直線偏光を必要な角度だけ回転させる。回転された直線偏光はホログラフィー偏光スプリッタ704に入射される。
【0059】
ホログラフィー偏光スプリッタ704は、LiNbO3またはBaTiO3のような複屈折特性の強い物質を用いて製造される。図8は複屈折特性を用いて製造されたホログラフィー偏光スプリッタ704の1実施例を示す。特定の大きさのCD/DVD用水平/垂直偏光BCD&DVDを用いてCDプレーヤ及びDVDプレーヤを再生し、特定の大きさのホログラフィー光BHDDSを用いてホログラフィー信号を再生する。特定の大きさのCD/DVD用水平/垂直偏光BCD&DVDと特定の大きさのホログラフィー光BHDDSは一定の角度をなして入射される。特定の大きさのCD/DVD用水平/垂直偏光BCD&DVDはそれぞれCDプレーヤまたはDVDプレーヤに求められる光の大きさ及び形状を有する。特定の大きさホログラフィー光は45度の偏光角で入射されることが好ましい。説明の便宜上、特定の大きさのCD/DVD用水平/垂直偏光BCD&DVDはそれぞれCD及びDVDに用いられ、45度の偏光角で偏光スプリッタ734に入射された特定の大きさのホログラフィー光BHDDSは、水平及び垂直偏光に分けられ、水平偏光は透過され、垂直偏光は反射されると仮定する。
【0060】
CDモードではλ/2プレート703を調節して光の偏光方向を水平に変える。水平偏光をホログラフィー偏光スプリッタ704に入射すると、水平偏光であるCD用再生光BCD REとホログラフィー用再生光BHDDS REの水平偏光成分が生成される。CD用再生光は図5を参照して前述したように経路Bと経路Dを経てPD716やCCD714に検出される。ホログラフィー用再生光BHDDS REの水平偏光成分は偏光スプリッタ734を透過した後、経路Cに沿って移動し、記憶媒体710によって反射されるが、CDの再生には影響しない。ホログラフィー用再生光BHDDS REの強度が高くて再生に影響する場合、ホログラフィー偏光スプリッタ704と偏光スプリッタ734の間にシャッターを置くこともできる。
【0061】
DVDモードである場合、λ/2プレート703を用いて偏光方向を垂直方向に変え、垂直偏光であるDVD用再生光BDVD REはCDの場合と同様に経路B及び経路Dを経て検出されるが、ホログラフィー用再生光BHDDS REの垂直偏光成分は偏光スプリッタ734によって反射されて経路Aに移動するため、DVD再生に影響しない。
【0062】
ホログラフィー記憶モードである場合、λ/2プレート703を任意の角度に調節する。CD/DVDプレーヤに用いられる光は経路B上のシャッター718によって遮断され、ホログラフィー光のみが偏光スプリッタ734によって水平偏光と垂直偏光に分離される。水平偏光は偏光スプリッタ734を透過した後、λ/2プレート732によって垂直偏光に変換され、ホログラフィー基準光として経路Cに沿って記憶媒体710に入射される。垂直偏光は偏光スプリッタ734によって反射された後、空間光変調器722によって変調され、ホログラフィー信号光として経路Aに沿って記憶媒体710に入射される。ホログラフィー再生モードではλ/2プレート703を調節して、水平成分の光だけをホログラフィー偏光スプリッタ704に入射させる。シャッター718を遮断状態にすることによって経路Bに沿って光が進行しないようにし、偏光スプリッタ734及びλ/2プレート732を透過した光がホログラフィー基準光として記憶媒体710に入射し、ホログラフィー再生光がレンズ726を経由してCCD714にディスプレイされる。
【0063】
図9は本発明のさらに異なる実施例によるCDプレーヤ及びDVDプレーヤと互換可能なホログラフィーデジタルデータ記憶システム900であって、光源902、2つのビームスプリッタ905、906、3つのミラー907、912、920、ホログラフィー光学部材(holographic optical element:HOE)レンズ909、記憶媒体910、荷電結合素子(charge coupled device:CCD)914、フォトダイオード(photodiode:PD)916、シャッター918、ビーム拡大器921、空間光変調器(spatial light modulator:SLM)922及び2つのレンズ924、926から構成される。図9に示したホログラフィーデジタルデータ記憶システム900は、空間多重化方法または角多重化方法を用いてHOEレンズ909にCD/DVD及びホログラフィー用開口数を記録する。HOEレンズ909はフォトポリマー(photopolymer)を用い、100%に近い回折効率が得られる。
【0064】
図10は空間多重化方法を用いて製造されたHOEレンズ909の1実施例を示す。太い実線で示した基準光に対応して特定のCD/DVD開口数を有する光及び特定のホログラフィー開口数を有する光を順次入射させる。互いに異なる3つのレンズ911を用い、互いに異なる開口数の光を得ることが好ましい。説明の便宜上、第1の位置にCD用開口数、第2の位置にDVD用開口数、第3の位置にホログラフィー用開口数を有するようにHOEレンズ909が製造されたと仮定する。
【0065】
光源902で生成された光はビームスプリッタ905によって透過光と反射光に分けられる。透過光はミラー907によって反射された後、ビームスプリッタ906を透過し、HOEレンズ909に基準光として照射される。HOEレンズ909がCD/DVDモードまたはホログラフィーモードに対応する位置に移動することによってそれぞれのモードに対応する特定の開口数の光が経路Bに沿って記録媒体910に照射される。一方、反射光は経路Aに沿って進行する。具体的に反射光はシャッター918を通過した後、ホログラフィー光に対応するように光の大きさを拡大させるビーム拡大器921を透過し、ミラー920によって反射された後、空間光変調器922によって変調され、ホログラフィー信号光としてレンズ924を経由して記憶媒体910に照射される。
【0066】
CDモードではシャッター918を遮断することによって、光が経路Bのみに進行するようになる。HOEレンズ909は第1の位置に移動し、CDプレーヤが求める開口数を有した光が記憶媒体910に入射するようになる。記憶媒体910によって反射された光が、さらにHOEレンズ909に基準光として作用し、入射された光と同一の角度を有して、方向が反対である光を生成するようにし、こうして生成された光はビームスプリッタ906によって反射される。ビームスプリッタによって反射された光はPD916やCCD914に検出される。DVDモードではHOEレンズ909が第2の位置に移動すればよい。
【0067】
ホログラフィー記録モードではシャッター918が開放され、HOEレンズ909も第3の位置に移動する。経路Bに進行する光はホログラフィー基準光として作用し、経路Aに進行する光はホログラフィー信号光として作用する。ホログラフィー再生モードではシャッター918が遮断され、HOEレンズ909は第3の位置に移動してホログラフィー基準光のみが記憶媒体910に入射され、こうしてホログラフィー基準光に対応するホログラフィー再生光がホログラフィー信号光の延長線上にあるCCD914にディスプレイされる。
【0068】
必要に応じて、シャッター918の代わりに偏光子とウェーブプレートを用いて信号光を制御することが可能であり、HOEレンズ909の前後にウェーブプレートを置いて検出される光の強度を調節することも可能である。
【0069】
【発明の効果】
従って、本発明はホログラフィービームスプリッタ、ホログラフィー偏光スプリッタまたはホログラフィー光学部材レンズのようなホログラフィー光学部材をさらに構成して、CD/DVDプレーヤとホログラフィーデジタルデータ記憶システムの相互互換を可能にすることによって、装備購入による費用が節減できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例によるCDプレーヤ及びDVDプレーヤと互換可能なホログラフィーデジタルデータ記憶システムの構成図である。
【図2】図1に示したホログラフィービームスプリッタの1実施例を示す図である。
【図3】本発明の異なる実施例によるCDプレーヤ及びDVDプレーヤと互換可能なホログラフィーデジタルデータ記憶システムの構成図である。
【図4】図3に示したホログラフィー偏光スプリッタの1実施例を示した図である。
【図5】本発明の異なる実施例によるCDプレーヤ及びDVDプレーヤと互換可能なホログラフィーデジタルデータ記憶システムの構成図である。
【図6】図5に示したホログラフィー偏光スプリッタの1実施例を示した図である。
【図7】本発明の異なる実施例によるCDプレーヤ及びDVDプレーヤと互換可能なホログラフィーデジタルデータ記憶システムの構成図である。
【図8】図7に示したホログラフィー偏光スプリッタの1実施例を示した図である。
【図9】本発明の異なる実施例によるCDプレーヤ及びDVDプレーヤと互換可能なホログラフィーデジタルデータ記憶システムの構成図である。
【図10】図9に示したホログラフィー光学的部材の1実施例を示す図である。
【図11】従来のホログラフィーデジタルデータ記憶システムの構成図である。
【図12】従来のCDまたはDVDプレーヤの構成図である。
【符号の説明】
102 光源
104 ホログラフィービームスプリッタ
106 ビームスプリッタ
108、124、126 レンズ
110 記憶媒体
112、120 ミラー
114 荷電結合素子(charge coupled device:CCD)
116 フォトダイオード(photodiode:PD)
118 シャッター
122 空間光変調器
Claims (12)
- CDまたはDVDプレーヤと互換可能なホログラフィーデジタルデータ記憶システムであって、
基準光を生成する光源102と、
前記基準光と多数の特定の大きさの光との多数の干渉パターンを記憶しておき、前記基準光が入射されたときに、前記多数の特定の大きさの光に対応するCD再生光、DVD再生光またはホログラフィー再生光の内の1つの再生光を生成する記憶手段104と、
前記記憶手段でホログラフィー再生光が生成された場合に、前記ホログラフィー再生光を反射光と透過光とに分離し、前記反射光及び透過光の一方をホログラフィー基準光とする分離手段106と、
前記反射光及び前記透過光の他方を、ホログラフィー入力信号に対応するホログラフィー信号光に変調させる変調手段122と、
ホログラフィー媒体に記ホログラフィー基準光と前記ホログラフィー信号光との干渉パターンを伝達する手段124,108と、
前記ホログラフィー基準光のみが前記ホログラフィー媒体に入射された場合に、前記ホログラフィー記録媒体から再生されたホログラフィーを検出する手段114と、
前記CDまたはDVD再生光がCDまたはDVD記録媒体に入射された場合に、前記CDまたはDVD記録媒体から反射された光を検出する光検出手段116と
を含むことを特徴とするシステム。 - 請求項1に記載のシステムであって、
前記記憶手段104は、前記基準光と前記多数の特定の大きさの光との多数の干渉パターンを角多重化方法によって記憶することを特徴とするシステム。 - 請求項1に記載のシステムであって、
前記記憶手段は、
前記基準光の偏光方向を調節して、特定の偏光を生成する手段303と、
前記特定の偏光と前記特定の偏光に対応する多数の特定の大きさの光との多数の干渉パターンを記憶しておき、前記特定の偏光が入射されたときに、前記多数の特定の大きさの光に対応するCD再生光、DVD再生光またはホログラフィー再生光の内の1つの再生光を生成する手段304と
を含むことを特徴とするシステム。 - 請求項1に記載のシステムであって、
前記ホログラフィー信号光の大きさを調節する手段321をさらに含むことを特徴とするシステム。 - 請求項1に記載のシステムであって、
前記反射光を前記変調手段122,322によって前記ホログラフィー信号光に変調し、前記透過光を前記ホログラフィー基準光として用いるようにしたことを特徴とするシステム。 - 請求項1に記載のシステムであって、
前記CDまたはDVD記録媒体から反射された光を前記分離手段106,306によって前記光検出手段116,316に導くようにしたことを特徴とするシステム。 - CDまたはDVDプレーヤと互換可能なホログラフィーデジタルデータ記憶システムであって、
基準光を生成する光源502と、
前記基準光の偏光方向を調節して、特定の偏光成分を有する偏光を生成する手段503と、
前記特定の偏光成分を有する偏光と複数の特定の大きさのCDまたはDVD再生用偏光との干渉パターン、及び、前記特定の偏光成分を有する偏光と、それぞれ偏光方向が異なる偏光成分を有する多数の特定の大きさのホログラフィー光との干渉パターンを記憶しておき、前記特定の偏光成分を有する偏光が入射されたときに、前記特定の大きさのCDまたはDVD再生用偏光に対応するCDまたはDVD再生光を生成する、かつ、前記特定の偏光成分を有する偏光に応じて異なる経路で出力される前記特定の大きさのホログラフィー光に対応する1つ以上のホログラフィー再生光を生成する記憶手段504と、
前記ホログラフィー再生光が2つ生成された場合に、前記2つのホログラフィー再生光の一方の偏光方向を変えて、前記2つのホログラフィー再生光の偏光方向を一致させ、偏光方向が一致した前記2つのホログラフィー再生光の一方をホログラフィー基準光として用いる手段532と、
偏光方向が一致した前記2つのホログラフィー再生光の他方をホログラフィー入力信号に対応するホログラフィー信号光に変調させる手段522と、
ホログラフィー媒体に前記ホログラフィー基準光と前記ホログラフィー信号光との干渉パターンを伝達する手段524,528と、
前記ホログラフィー基準光のみが前記ホログラフィー記録媒体に入射された場合に、前記ホログラフィー記録媒体から再生されたホログラフィーを検出する手段514と、
前記CDまたはDVD再生光がCDまたはDVD記録媒体に入射された場合に、前記CDまたはDVD記録媒体から反射された光を光検出手段516に導く手段506と
を含むことを特徴とするシステム。 - 請求項7に記載のシステムであって、
前記特定の偏光成分を有する偏光は、水平/垂直偏光成分を有することを特徴とするシステム。 - 請求項8に記載のシステムであって、
前記特定の偏光成分を有する偏光は、前記水平/垂直偏光成分とは異なる所定の偏光方向を有する所定の偏光成分をさらに有することを特徴とするシステム。 - 請求項9に記載のシステムであって、
前記記憶手段は、
前記特定の偏光成分を有する偏光と前記特定の偏光成分を有する偏光に対応する特定の大きさのホログラフィー光とのホログラフィー干渉パターンを記憶しておき、前記特定の偏光成分を有する偏光が入射されたときに、前記特定の大きさのホログラフィー光に対応するホログラフィー再生光を生成する手段704と、
前記ホログラフィー再生光を複数の光に分離する手段734と
を含むことを特徴とするシステム。 - CDまたはDVDプレーヤと互換可能なホログラフィーデジタルデータ記憶システムであって、
基準光を生成する光源902と、
前記基準光を第1光と第2光に分離して、異なる経路に進行させる手段905と、
前記第1光をホログラフィー入力信号に対応するホログラフィー信号光に変調させる手段922と、
前記第2光の開口数を変化させて、CD再生光、DVD再生光またはホログラフフィー基準光の内の1つに変換する手段909と、
前記第2光が前記ホログラフィー基準光に変換された場合は、ホログラフィー媒体に前記ホログラフィー基準光と前記ホログラフィー信号光との干渉パターンを伝達する手段924と、
前記第2光がホログラフィー基準光に変換され、前記ホログラフィー基準光のみがホログラフィー記録媒体に入射された場合は、前記ホログラフィー記録媒体から再生されたホログラフィーを検出する手段914と、
前記第2光が前記CDまたはDVD再生光に変換された場合は、前記CDまたは前記DVD再生光を、CDまたはDVD記録媒体へ入射させ、前記CDまたはDVD記録媒体から反射された光を光検出手段916に導く手段906と
を含むことを特徴とするシステム。 - CDまたはDVDプレーヤと互換可能なホログラフィーデジタルデータ記憶システムであって、
基準光を生成する光源702と、
前記基準光の偏光方向を調節して、特定の偏光成分を有する偏光を生成する手段703と、
前記特定の偏光成分を有する偏光と複数の特定の大きさのCDまたはDVD再生用偏光との干渉パターン、及び、前記特定の偏光成分を有する偏光と、それぞれ偏光方向が異なる偏光成分を有する多数の特定の大きさのホログラフィー光との干渉パターンを記憶しておき、前記特定の偏光成分を有する偏光が入射されたときに、前記特定の大きさのCDまたはDVD再生用偏光に対応するCDまたはDVD再生光を生成する、かつ、前記特定の大きさのホログラフィー光に対応する1つ以上のホログラフィー再生光を生成する記憶手段704と、
前記ホログラフィー再生光を複数の光に分離し、前記分離された光の一方をホログラフィー基準光とする手段734と、
前記分離された光の他方をホログラフィー入力信号に対応するホログラフィー信号光に変調させる手段722と、
ホログラフィー媒体に、前記ホログラフィー基準光と前記ホログラフィー信号光との干渉パターンを伝達する手段724,728と、
ホログラフィーモードの場合に、前記CDまたはDVD再生光を遮断する手段718と、
前記ホログラフィー基準光のみが前記ホログラフィー記録媒体に入射された場合に、前記ホログラフィー記録媒体から再生されたホログラフィーを検出する手段714と、
前記CDまたはDVD再生光がCDまたはDVD記録媒体に入射された場合に、前記CDまたはDVD記録媒体から反射された光を光検出手段716に導く手段706と
を含むことを特徴とするシステム。
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