JP4184574B2 - 位相相関多重化（ｐｃｍ）ホログラフィックメモリシステム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はホログラフィックメモリシステムに関する。更に詳細には、本発明は、ホログラフィックメモリシステムの選択性を制御するシステム及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ホログラフィックメモリ又は記憶システムは、ニオブ酸リチウムの結晶のような記憶媒体の容量内に刻印される屈折率及び／又は吸収の変化パターンとして、データ要素（すなわち、ホログラム）のホログラフィック表示の三次元記憶を必要とする。ホログラフィックメモリシステム（ＨＭＳ）は、高密度に記憶する能力と記憶データにランダムにアクセスし変換することができる速度に特徴を有する。
【０００３】
一般的に、データ符号化オブジェクトビームを位相コヒーレント参照ビームと結合させ、ホログラフィックメモリセル（ＨＭＣ）のような感光性記憶媒体の隅から隅まで干渉パターンを生成することにより動作する。干渉パターンはホログラムを記録するＨＭＣ内の材料変性を誘発する。記憶媒体内のホログラムの応答は、オブジェクトビーム及び参照ビームの相対的振幅及びオブジェクトビームと参照ビームの位相差の関数である。また、この応答は、入射ビームの波長及び、オブジェクトビーム及び参照ビームが記憶媒体へ投射されるときの角度に大幅に依存する。
【０００４】
ホログラフィー的に記憶されたデータは、データをＨＭＣに記憶するのに使用された参照ビームと類似の参照ビームを、ホログラムを生成するのに使用される同じ角度、波長、位相及び位置で投射することにより再生される。ホログラム及び参照ビームは相互作用し、記憶されたオブジェクトビーム（すなわち、データ）を再生する。その後、再生されたオブジェクトビームは例えば、受光素子アレーを用いて検出される。次いで、回復データは出力デバイスへ送信するために事後処理される。
【０００５】
一般的に、ホログラフィック記憶媒体のダイナミックレンジは、容認可能な信号対雑音（Ｓ／Ｎ）比を有する単一のホログラムを記憶するのに必要なダイナミックレンジよりも大きい。従って、一層大きな記憶密度を達成するために、記憶媒体内の或る位置における多数のホログラムを多重化することが望ましい。多重化技術の一つは、位相相関多重化（ＰＣＭ）である。この技術では、記憶媒体内の重複ホログラムを識別するために、相関選択性及びブラッグ(Bragg)選択性が使用される。相関選択性は、その参照ビームに関する記憶媒体の相対シフト（任意方向）により生成される参照ビームの、振幅、位相及び角度内容に依拠する。
【０００６】
しかし、ＰＣＭのような多重化方式は比較的複雑な参照ビームを必要とする。この参照ビームの生成には、複雑な位相マスク、高品質レンズ及びフーリエ平面空間フィルタリングが必要である。生憎、位相マスクの構造はデリケートであり、レンズは高価であるばかりか、嵩高である。また、フーリエ位相空間フィルタは、入射光エネルギーの大部分をブロックし、システムの出力供給を大幅に増大させる。また、ＰＣＭホログラフィックメモリシステムの場合、これら構成要素の位置合わせはミクロン（μｍ）以下のレベル精度で行う必要があり、更に、一般的に、システム毎に整合させなければならない。このような整合性のレベルは、常用の部品類及び技術を用いて行うことが不可能でないとしても、非常に困難である。ホログラフィックメモリシステム用の参照ビームを生成又は再生するために、ホログラフィック光学要素（ＨＯＥ）を使用することができる。従って、ＨＯＥは、ＨＭＳにおける参照ビームを生成するために一般的に必要な１個以上の光学要素の比較的安価で、簡単な再現可能な整合配置をもたらす。ＨＯＥの一例は、米国特許出願第０８／９６８，０２４号明細書に開示されている。
【０００７】
ホログラフィックメモリシステムにおけるＰＣＭ又はその他の相関選択性技術を使用する場合、ＨＭＣに記憶された生成情報は、比較的高い解像度、従って、高選択性を特徴とする。高解像度及び高選択性は望ましい特性であり、しかも、ＨＭＣによるホログラムの高密度記録には正に必要であるが、記憶されたホログラフィックデータの検索にも高解像度及び高選択性技術と装置が必要である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、記憶されたホログラムの選択機能の幅を増大させ、それにより記憶されたホログラフィックデータを一層迅速にサーチし、検索する能力を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記課題は、ホログラフ的に記憶されたデータの一層迅速なロケーション（記憶位置の突き止め）と検索を可能にする、ホログラフィックメモリシステムにおける選択機能の制御システム及び方法により解決される。本発明によれば、参照ビームを例えば、開口のようなフィルタにより、ビームが、参照ビームのホログラムが記憶されたホログラフィック光学要素を照射する前に、ビームを制限帯域幅に割り当てる。
【００１０】
本発明は、位相相関多重化（ＰＣＭ）ホログラフィックメモリシステム（ＨＭＳ）を提供する。このＰＣＭは、この中に記憶されたホログラフィックデータを有するホログラフィックメモリセル（ＨＭＣ）を包含する。また、ＰＣＭホログラフィックメモリシステムは、所定の周波数スペクトルを有するＨＭＳ参照ビームのホログラムが記憶されたホログラフィック光学要素（ＨＯＥ）も有する。オブジェクトビームを生成し、このオブジェクトビームをホログラフィックメモリセルに向けるためのオブジェクトビーム源が配設されている。平面波信号を生成し、この平面波信号をＨＯＥに向けるための平面波源も配設されている。また、本発明のＰＣＭホログラフィックメモリシステムは、平面波光学野を操作するためのフィルタ（平面波源とＨＯＥとの間に配置されている）も有する。操作された平面波信号によりＨＯＥが照射されると、ＨＯＥは変更ＨＭＳ参照ビームをホログラフィックメモリセルに向かって投射する。
【００１１】
本発明は、ホログラフィックデータが記憶されたホログラフィックメモリセル（ＨＭＣ）を有するホログラフィックメモリシステム（ＨＭＳ）の選択性を制御する方法も提供する。このＨＭＳは、ＨＭＳ参照ビームのホログラムが記憶されたホログラフィック光学要素（ＨＯＥ）と、オブジェクトビームを生成し、このオブジェクトビームをホログラフィックメモリセルに向けるためのオブジェクトビーム源と、平面波信号を生成し、この平面波信号をＨＯＥに向けるための平面波源も包含する。この制御方法は平面波信号を操作するステップからなり、操作された平面波信号によりＨＯＥが照射されたときに、ＨＯＥは変更ＨＭＳ参照ビームをホログラフィックメモリセルに向けて投射する。
【００１２】
更に、本発明は、ＨＭＳ参照ビームのホログラムが記憶されたホログラフィック光学要素（ＨＯＥ）を有するホログラフィックメモリシステム（ＨＭＳ）で使用される複数のホログラフィックデータを有するホログラフィック記憶材料内に記憶されたホログラフィックデータの記憶位置を突き止める方法も提供する。この実施態様の方法は、オブジェクトビームをホログラフィック記憶材料に向けることからなる。この方法は更に、ＨＯＥに向けられる平面波信号を操作するステップも有する。これにより、操作された平面波信号によりＨＯＥが照射されたときに、ＨＯＥは変更ＨＭＳ参照ビームをホログラフィック記憶材料に向けて投射する。
【００１３】
更に、本発明は、ホログラフィック記憶材料中に記憶されたホログラフィックデータの記憶位置を突き止め、検索するシステムも提供する。この実施態様のシステムは、参照ビームのホログラムが記憶されたホログラフィック光学要素（ＨＯＥ）を有する。このシステムは更に、概ね視準された光信号を生成し、この光信号をＨＯＥに向けるための光源も有する。また、このシステムは、光信号を操作するための、光源とＨＯＥとの間に配置されたフィルタも有する。操作された光信号でＨＯＥが照射されると、ＨＯＥは変更参照ビームをホログラフィック記憶材料に向けて投射する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
ホログラフィック記憶材料内の高記録密度を得るために多数のホログラムを多重化する技術の一例は、位相相関多重化（ＰＣＭ）である。位相相関多重化は米国特許第５７１９６９１号公報に開示されている。
【００１５】
この明細書で使用される、「ホログラフィック媒体」又は「ホログラフィック記憶材料」という用語は、内部にホログラムを記録することができる光化学作用を有する材料を意味する。この材料は、例えば、分散銀ハロゲン化物粒子を含有するフィルム、アクリレート系ホトポリマー又は自立性ＬｉＮｂＯ３結晶などのような様々な形態をとることができる。
【００１６】
この明細書で使用される、「ホログラフィック光学要素（ＨＯＥ）」という用語は、ホログラフィックメモリシステム（ＨＭＳ）内で使用される参照ビームの一つ又は複数のホログラムを示すことができる屈折光学体を意味する。ＨＯＥは、平面波信号（すなわち、ＨＯＥ参照ビーム）とオブジェクトビーム（すなわち、ＨＭＳ参照ビーム）との間のホログラフィック記憶材料内の干渉により、生成、発生、形成等々させることができる。ＨＯＥは、ホログラムを記録するのに好適な任意の材料から構成することができる。ＨＯＥが生成されると、ＨＭＳ参照ビームは、ＨＯＥ参照ビームと同一の特性を有する平面波（すなわち、概ね視準された光信号）をＨＯＥに向けることにより再生させることができる。従って、再生参照ビームは、光学プロセッサを必要とすること無くＨＭＳ参照ビームを生成する手段を提供する。従って、ＨＯＥは、光学プロセッサに取って代わる参照ビームを生成する単一の光学要素を提供し、参照ビームをホログラフィックメモリシステム内に生成させる方法を簡単にする。
【００１７】
この明細書で使用される、「選択性」及び「選択機能」という用語は、ホログラフィック記憶材料内に記憶された複数のホログラフィックデータ（又はホログラフィック情報）を識別するための、ホログラフィックメモリシステム（又はホログラフィックデータ（情報）を記録及び／又は検索するその他のシステム）の能力を意味する。ホログラフィックメモリシステムの選択性は、少なくとも一部分は、ホログラフィックデータ（情報）を記録及び検索するために使用される参照信号の帯域幅に応じて変化する。
【００１８】
図１は、位相相関多重化（ＰＣＭ）ホログラフィックメモリシステム（ＨＭＳ）で使用される代表的な光学プロセッサ１３５を示す。光学プロセッサ１３５は、平面波信号１０５を符号化ビームに変換する。符号化ビームはＨＭＳ用の参照ビーム（すなわち、ＨＭＳ参照ビーム）として使用することができる。更に具体的には、平面波信号１０５（すなわち、レーザ光のコヒーレントビーム）は高精密参照マスク１１０（例えば、位相マスク及び／又は振幅マスク）を照射する。マスク１１０は、例えば、平面波信号の高空間帯域幅積を誘導することにより光ビーム１０５を符号化する。符号化ビームは、焦点距離Ｆ１を有する第１のレンズ１１５まで距離Ｆ１だけ伝搬する。第１のレンズ１１５を通過すると、第１のレンズ１１５を越えて別の距離Ｆ１の地点に、参照位相マスク１１０のフーリエ変換体を生成する。ハイパス空間フィルタ１２０がフーリエ変換体の面位置に設けられている。フィルタ１２０は一般的に、参照マスク１１０から放射する低空間周波数の大部分をブロックする。ハイパスフィルタ１２０を通過した後、符号化ビームは、焦点距離Ｆ２を有する第２のレンズ１２５まで距離Ｆ２だけ伝搬する。符号化ビームは第２のレンズ１２５を通過し、別の距離Ｆ２だけ伝搬し、その像面１３０に到達する。像面１３０において、符号化ビーム１４０は、ホログラフィックメモリシステム（ＨＭＳ）の参照ビーム（すなわち、ＨＭＳ参照ビーム）として特徴付けることができる。
【００１９】
像面１３０の位置にホログラフィック媒体を配置することにより、符号化ビーム１４０のホログラム（すなわち、ＨＭＳ参照ビームのホログラム）はホログラフィック媒体（図２及び図３参照）中に記憶させることができる。
【００２０】
この明細書で使用される「参照ビーム」及び「オブジェクトビーム」という用語は、ＨＯＥを生成するために使用されるビーム及びホログラフィックメモリシステムで使用されるビームをそれぞれ意味する。従って、これら用語を区別して使用するため、適当に「ＨＯＥ」及び「ＨＭＳ」を付けて区別する。
【００２１】
図２は、本発明によるホログラフィックメモリシステムで使用されるホログラフィック光学要素（ＨＯＥ）２５０の生成又は形成を示す。特に、図２は透過モードＨＯＥ２５０の生成を示す。（符号Ａが付された）ＨＯＥオブジェクトビーム２４０（ＨＭＳ参照ビームでもある）は、図１に関連して説明したように発生される。ＨＯＥオブジェクトビーム２４０は、ホログラフィック記憶材料２５２に向かって距離Ｄだけ、光学プロセッサ２３５から伝搬するか、又は別の方法で配向される。ＨＯＥオブジェクトビーム２４０はホログラフィック記憶材料２５２に入射し、そこで、ＨＯＥ参照ビーム２６０（平面波信号）と交差する。ＨＯＥ参照ビーム２６０はＨＯＥオブジェクトビーム２４０とコヒーレントである。ＨＯＥ参照ビーム２６０は、光源２６４により発生され、この光源からホログラフィック記憶材料２５２に向けられ、ホログラフィック記憶材料２５２を照明しそしてホログラフィック記憶材料２５２内の所定の位置でＨＯＥオブジェクトビーム２４０と交差する。ＨＯＥオブジェクトビーム２４０とＨＯＥ参照ビーム２６０との間で生成された干渉パターンは、ホログラフィック記憶材料２５２内でホログラムとして記録される。従って、ホログラフィック記憶材料２５２は、内部に記憶されたＨＯＥオブジェクトビーム２４０（すなわち、ＨＭＳ参照ビーム）のホログラムを有するホログラフィック光学要素（ＨＯＥ）２５０に変換される。
【００２２】
ＨＯＥ参照ビーム２６０は好適な任意のビームであることができるが、一般的に、平面波又は容易に再生可能なその他のビームである。ＨＯＥオブジェクトビーム２４０及びＨＯＥ参照ビーム２６０は一般的に、当業者に公知の同一又は類似のレーザ光源からのコヒーレント光により生成される。
【００２３】
ホログラフィック記憶材料２５２は好適な任意の材料であることもできるし、又は、表面ホログラム又は体積ホログラムの何れかを記録し、回折光学体を生成することができる材料の形状又はアレンジメントであることもできる。例えば、ホログラフィック記憶材料２５２は、ホトポリマー、ホトレジスト、熱可塑性材料、光屈折性材料又は光互換材料などである。ホログラフィック記憶材料２５２は一般的に、概ね平面状の第１の面２６５と、概ね平面状の、対向する第２の面２７０を有する。ホログラフィック記憶材料２５２は十分に平面状であるか、又は、１ｃｍ当たり概ね２波長の光に対して再生可能である。
【００２４】
図３は、本発明によるホログラフィックメモリシステムで使用される反射モードホログラフィック光学要素（ＨＯＥ）３５０の生成又は形成を示す。図３に示されたＨＯＥ３５０は、図２に示され、前記に説明した透過モードＨＯＥ２５０と異なる形状を有する。更に特定的には、ＨＯＥ参照ビーム３６０は（ビームＢ）は光源３６４から発生され、ホログラフィック記憶材料３５２の第２の面に向けられ、ホログラフィック記憶材料３５２内の所定の位置でＨＯＥオブジェクトビーム（ビームＡ）と交差する。生成された干渉パターンは、ホログラフィック記憶材料３５２内でＨＯＥオブジェクトビーム３４０のホログラムとして捕捉され、斯くして、ＨＯＥオブジェクトビーム３４０のＨＯＥ３５０が形成される。反射モードＨＯＥ３５０は次の点で透過モードＨＯＥ２５０と異なる。反射モードＨＯＥ３５０はホログラフィック記憶材料３５２の反対面に向けられたビームを用いて生成されるが、透過モードＨＯＥ２５０はホログラフィック記憶材料２５２の同じ面に向けられたビームを用いて生成される。
【００２５】
透過モード及び反射モードホログラフィック光学要素（ＨＯＥ）の両方とも、多重化により該光学要素内に複数のＨＯＥオブジェクトビームを記憶することができる。例えば、ホログラフィック記憶材料が比較的厚い（例えば、１ｍｍ）場合、複数のＨＯＥオブジェクトビームはホログラフィック記憶材料内で多重化させ、複数のオブジェクトビームのＨＯＥを形成することができる。複数のオブジェクトビームの多重化は、オブジェクトビーム特性を変化させながら、ＨＯＥ参照ビームの角度、波長又は位置を変化させることにより行うことができる。オブジェクトビーム特性の変化は、例えば、異なるマスク、フィルタ又はレンズ組合せ構成を使用することにより実施できる。
【００２６】
図４Ａ及び図４Ｂは、本発明により構成されたホログラフィックメモリシステム（ＨＭＳ）５００で使用される透過モードホログラフィック光学要素（ＨＯＥ）５５０を示す。ＨＯＥ５５０からのＨＯＥオブジェクトビーム５４０（ビームＡ）を再生するために、ＨＯＥ５５０を生成するために使用された参照ビーム同一又は類似の参照ビーム５６０が光源５６４から発生され、ＨＯＥ５５０に向けられ、ＨＯＥ５５０を照明する。照明の際にＨＯＥ５５０から放射するビームは、ＨＯＥオブジェクトビーム５４０（ビームＡ）の再生である。これは、ＨＯＥ５５０を生成するためにホログラフィック記憶材料５５２で元々捕捉されるオブジェクトビームであり、ＨＭＳ参照ビームを示す。ＨＯＥ５５０に対する参照ビーム５６０の内容及び方向は、少なくとも部分的に、ホログラフィック光学要素５５０（例えば、図２に示され、前記で説明されたような光学要素）の生成中に第２のレンズの焦点距離Ｆ２に比べて、光学プロセッサ２３５（図２参照）内の第２のレンズ５２５とホログラフィック記憶材料２５２との間の距離Ｄに応じて変化する。
【００２７】
図４Ａに示されるように、ＨＯＥ５５０生成中の距離Ｄが第２のレンズの焦点距離Ｆ２（図２参照）未満の場合、ＨＯＥオブジェクトビーム５４０の像面５７５（符号Ｐが付されている）はＨＯＥ５５０を越えて形成される。このような場合、ＨＯＥ５５０は、ＨＯＥ５５０を生成するために使用された場合と同様に、参照ビーム５６０を同じ面（すなわち、面５６５）に向けることにより照明される。その後、参照ビーム５６０とＨＯＥ５５０との相互作用によりＨＯＥオブジェクトビーム５４０が再生され、ＨＯＥ５５０を越えて、ＨＯＥオブジェクトビーム５４０の像面５７５（又は所望の他の面）を形成する。
【００２８】
図４Ｂに示されるように、ＨＯＥ５５０生成中の距離Ｄが第２のレンズの焦点距離Ｆ２（図２参照）よりも大きい場合、ＨＯＥオブジェクトビーム５４０の像面５７５（符号Ｐが付されている）はＨＯＥ５５０よりも手前又は正面に形成される。このような場合、光源５６３から発生された参照ビーム５６２の複合共役を使用し、第２の面、すなわち、ＨＯＥ５５０を生成するために使用されたものと同様な反対面から、ＨＯＥ５５０を照明する。ＨＯＥ参照ビーム５４２の複合共役（符号Ａ＊が付されている）は、参照ビーム５６２の複合共役とＨＯＥ５５０との相互作用により再生され、ＨＯＥ５５０の手前又は正面に、ＨＯＥオブジェクトビーム５４２の複合共役（符号Ａ＊が付されている）の所望の面５７５が形成される。
【００２９】
図４Ａ及び図４Ｂに示された両方の実施態様において、ホログラフィックメモリシステム５００は、複数のホログラフィックデータを記憶することができるホログラフィックメモリセル（ＨＭＣ）５８０を有する。ＨＭＣ５８０は、この中に記憶される任意のホログラフィックデータのロケーション及び検索用の像面５７５に関連して配置される。ホログラフィックデータは、複数のホログラフィックデータの各々の間の高選択度により特徴付けられる比較的緊密な又は高密度に構成されたアレイとして、ＨＭＣ５８０内に記憶される。例えば、ＰＣＭホログラフィックメモリシステムにおける記憶密度は約３００チャネルビット／μｍ２である。
【００３０】
図５Ａ及び図５Ｂは、本発明により構成されたホログラフィックメモリシステム６００の一部分としての、反射モードホログラフィック光学要素（ＨＯＥ）６５０を示す。ＨＯＥオブジェクトビーム６４０（ビームＡ）は、光源６６４からの再生参照ビーム６６０をＨＯＥ６５０に向けて照射し、ＨＯＥ６５０を照明することにより再生される。ＨＯＥ６５０に対する再生参照ビーム６６０（ビームＢ）の内容及び方向は、少なくとも部分的に、ＨＯＥ６５０の生成中の第２のレンズの焦点距離Ｆ２に比べて、光学プロセッサ６３５の第２のレンズ３２５（例えば、図３参照）とホログラフィック記憶材料６５２との間の距離Ｄに応じて変化する。
【００３１】
図５Ａに示されるように、ＨＯＥ６５０の生成中の距離Ｄが第２のレンズの焦点距離Ｆ２未満の場合、ＨＯＥオブジェクトビーム６４０の像面６７５（符号Ｐが付されている）はＨＯＥ６５０を越えて形成される。このような場合、ＨＯＥ６５０は、参照ビーム６６０を第２の面６７０に向けることにより照明される。その後、前記に説明したのと同様に、ＨＯＥオブジェクトビーム６４０は参照ビーム６６０とＨＯＥ６５０との相互作用により再生され、ＨＯＥ６５０を越えた位置に、ＨＯＥオブジェクトビーム６４０の像面６７５（又は所望の他の面）を形成する。
【００３２】
図５Ｂに示されるように、ＨＯＥ６５０の生成中の距離Ｄが第２のレンズの焦点距離Ｆ２よりも大きい場合、ＨＯＥオブジェクトビーム６４２の複合共役（符号Ａ＊が付されている）の像面６７５（符号Ｐが付されている）はホログラフィック光学要素（ＨＯＥ）６５０の正面又は手前に形成される。このような場合、ＨＯＥ６５０は、光源６６３から発生された参照ビーム６６２の複合共役により照明される。参照ビーム６６２の複合共役は、ＨＯＥ６５０を生成するために使用されたものと反対側の第１の面６６５からＨＯＥ６５０を照明する。ＨＯＥオブジェクトビーム６４２の複合共役（符号Ａ＊が付されている）は、参照ビーム６６２の複合共役とＨＯＥ６５０との相互作用により再生され、ＨＯＥ６５０の手前又は正面に、ＨＯＥオブジェクトビーム６４２の複合共役（符号Ａ＊が付されている）の像面６７５又はその他の所望の面を形成する。
【００３３】
図５Ａ及び図５Ｂに示された両方の実施態様において、ホログラフィックメモリシステム６００は、複数のホログラフィックデータを記憶することができるホログラフィックメモリセル（ＨＭＣ）６８０を有する。ＨＭＣ６８０は、この中に記憶される任意のホログラフィックデータのロケーョン及び検索用の像面６７５に関連して配置される。ホログラフィックデータは、複数の記憶されるホログラフィックデータの各々の間の高選択度により特徴付けられる比較的緊密な又は高密度に構成されたアレイとして、ＨＭＣ６８０内に記憶される。
【００３４】
図４Ａ、図４Ｂ、図５Ａ及び図５Ｂは、一般的に、高密度形態でホログラフィック記憶媒体内にホログラフィックデータを記録又は格納するシステム及び方法を示すものである。次に図６を参照する。本発明により記憶されたホログラフィックデータのロケーションと検索について詳細に説明する。ホログラフィックメモリシステム７００は、光学プロセッサ７３５を有する。平面波信号１０５はこのプロセッサを通過し、そして、このプロセッサから符号化オブジェクトビームが発生する。オブジェクトビーム７４０は所望の記憶されたホログラフィックデータを包含する。オブジェクトビーム７４０は、複数のホログラフィックデータを記憶することができ、かつ、所望のホログラフィックデータを含む、記憶されたホログラフィックデータを有することができるホログラフィックメモリセル（ＨＭＣ）７８０に向けられる。平面波源７６４は概ね視準された平面波信号７６５を発生し、平面波信号７６５をＨＯＥ７５０に向ける。ＨＯＥ７５０は、ホログラフィックメモリシステム（ＨＭＳ）参照ビーム７６０のホログラムを含む。ＨＯＥ７５０に到達する前に、平面波信号７６５は、フィルタ７９０により操作され、その結果、操作された平面波信号７６５'はＨＯＥ７５０を照明する。開口の具体例において、フィルタ７９０は所定の形状を有する固定又は可変エリア開口から構成される。開口形状は例えば、真円形、楕円形、矩形（すなわち、スリット）、半円形又は事実上任意のサイズ又は形状のものであることができる。但し、任意のサイズ又は形状のものは、その開口が平面波信号７６５を変更し、その結果、被操作平面波信号７６５'が、ＨＯＥ７５０を生成するのに使用された平面波信号２６０，３６０（例えば、図２及び図３参照）と異なる（すなわち、直径が異なる）ものとならなければならない。フィルタ７９０は、平面波信号７６５から高周波成分を除去し、信号７６５の帯域幅を効果的に制限する。
【００３５】
ＨＯＥ７５０内に元々記録されているデータはフーリエ変換体として記録される。従って、ＨＯＥを生成するために使用された参照ビーム（すなわち、ＨＯＥ参照ビーム）の周波数スペクトルと、周波数情報がＨＯＥ７５０内に空間的に記録されることとの間には関連性が存在する。従って、ＨＯＥ７５０がＨＯＥ参照ビームと異なる空間プロファイルを有する平面波信号により照明される場合、参照ビームの異なる記憶スペクトル成分が照明され、そして、変更参照ビーム７６０'がＨＯＥ７５０により生成される。変更参照ビーム７６０'は、ＨＯＥ７５０にホログラムを最初に記録するために使用された参照ビームと異なる周波数スペクトルを有し、その結果、若干の高周波成分の除去により、減容された情報内容を実際に有する。例えば、変更参照ビーム７６０'は、一層広い帯域幅選択性（例えば、図７Ｂ参照）と、元の参照ビームと同じピーク最大値（例えば、図７Ａ参照）を有する。
【００３６】
本発明は、ホログラフィックメモリシステムの選択性の幅を広げることにより、ホログラフィックメモリセル内に記憶された複数のホログラフィックデータのうちの任意のデータを迅速にロケーションし、検索する。参照ビームの空間周波数スペクトルは、参照ビームから高周波数成分を除去するために参照ビームの一部分を覆い隠すフィルタ７９０を通してビームを配向することにより制御される。フィルタ７９０は、平面波信号７６５を操作し、それにより、変更平面波信号７６５'の半値全幅が大幅に増大される（例えば、図７Ａ及び図７Ｂ参照）。従って、参照ビームの帯域幅は、ピーク位置はそのまま維持しながら、拡大される。よて、特定のホログラフィックデータの位置を突き止めるために必要なスキャン解像度（空間感度及びスキャンのステップ解像度）は大幅に低下される。その結果、ホログラフィックデータは一層迅速にその位置が突き止められ、かつ、検索され、ホログラフィックメモリシステムの性能が大幅に改善される。
【００３７】
フィルタの開口の形状（すなわち、サイズ及び形）が、この開口を通して配向されるビームの空間周波数スペクトルを制御する。一般的に、開口の面積が減少するにつれて、ビームの高周波成分は減衰され、及び／又はカットオフされる。本発明はまた、フィルタを通過する光ビームの直径を増大させるようなフィルタも企図する。幾つかの開口形状について説明してきたが、これらはあくまでも説明のために例示したに過ぎず、本発明は前記に説明したような特定の形状に限定されるものではない。
【００３８】
また、一般的に、図７Ａに示されるように、複合参照ビームによるホログラムの記録はＰＣＭホログラフィーにとって重要であり、概して非常に狭い選択機能を生じる。従って、ホログラフィックメモリセルにおけるホログラフィックデータの異常記録密度（例えば、約３００チャネルビット／μｍ２超）は、位相相関多重化（ＰＣＭ）ホログラフィーにより可能である。例えば、参照ビームと記憶ホログラフィックデータとの間の相関の半値全幅は約５μｍ未満である。図７Ａにおけるピーク値はＨＭＣ位置の関数として、記憶ホログラムの回折強度を示す。
【００３９】
記憶ホログラフィックデータの検索には従来は、対応する狭い選択機能も必要としてきた。複数のホログラフィックデータを高密度に集積させたホログラフィックメモリセルを特定のホログラフィックデータについてスキャンすることは時間がかかるばかりか、費用も高かった。好都合なことに、本発明によれば、ホログラフィックメモリシステムの選択機能を拡張又は拡大させ、ホログラフィックメモリセルからのホログラフィックデータの迅速なロケーション及び読み出しを可能にする。図７Ｂに示されたグラフは、本発明により構成されたホログラフィックメモリシステムの選択機能を示す。この場合、参照ビームは前記で詳細に説明したようにフィルタにより操作されている。所望の記憶ホログラフィックデータの位置がホログラフィックメモリセル内で突き止められたら、参照ビームの一つからフィルタを除去することにより、すなわち、例えば、開口を開放することにより、記憶データを再生させることができる。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、記憶されたホログラムの選択機能の幅を増大させ、それにより記憶されたホログラフィックデータを一層迅速にサーチし、検索することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 平面波信号を符号化オブジェクト信号に変換する光学プロセッサの模式的構成図である。
【図２】 位相相関多重化ホログラフィックメモリシステム用の透過モードホログラフィック光学要素の形成を示す模式的構成図である。
【図３】 位相相関多重化ホログラフィックメモリシステム用の反射モードホログラフィック光学要素の形成を示す模式的構成図である。
【図４】 本発明により構成された位相相関多重化ホログラフィックメモリシステムにおける図２のホログラフィック光学要素の使用状態を示す模式的構成図であり、図４Ａは、ＨＯＥ５５０生成中の距離Ｄが第２のレンズの焦点距離Ｆ２未満の場合の使用状態を示し、図４Ｂは、ＨＯＥ５５０生成中の距離Ｄが第２のレンズの焦点距離Ｆ２よりも大きい場合の使用状態を示す。
【図５】 本発明により構成された位相相関多重化ホログラフィックメモリシステムにおける図３のホログラフィック光学要素の使用状態を示す模式的構成図であり、図５Ａは、ＨＯＥ６５０生成中の距離Ｄが第２のレンズの焦点距離Ｆ２未満の場合の使用状態を示し、図５Ｂは、ＨＯＥ６５０生成中の距離Ｄが第２のレンズの焦点距離Ｆ２よりも大きい場合の使用状態を示す。
【図６】 本発明により構成されたホログラフィックメモリシステムの模式的構成図である。
【図７】 ホログラフィックメモリシステムの選択機能の特性図であり、図７Ａは従来技術のホログラフィックメモリシステムの選択機能の特性図であり、図７Ｂは本発明により構成されたホログラフィックメモリシステムの選択機能の特性図である。
【符号の説明】
１０５ 平面波信号
１１０ 参照マスク
１１５ 第１のレンズ
１２０ ハイパスフィルタ
１２５ 第２のレンズ
１３０ 像面
１３５ 光学プロセッサ
１４０ 符号化ビーム
２３５，３３５ 光学プロセッサ
２４０，３４０ オブジェクトビーム
２５０，３５０ ホログラフィック光学要素（ＨＯＥ）
２５２，３５２ ホログラフィック記憶材料
２６０，３６０ 参照ビーム
２６４，３６４ 参照ビーム源
２６５，３６５ 第１の面
３６５，３７０ 第２の面
５４０，５４２ オブジェクトビーム
５５０ ホログラフィック光学要素（ＨＯＥ）
５５２ ホログラフィック記憶材料
５６０，５６２ 参照ビーム
５６３，５６４ 参照ビーム源
５６５ 第１の面
５７０ 第２の面
５７５ 像面
５８０ ホログラフィックメモリセル
６００ ホログラフィックメモリシステム
６５０ ホログラフィック光学要素
６４０，６４２ オブジェクトビーム
６５０ ホログラフィック光学要素（ＨＯＥ）
６５２ ホログラフィック記憶材料
６６０，６６２ 参照ビーム
６６３，６６４ 参照ビーム源
６６５ 第１の面
６７０ 第２の面
６７５ 像面
５８０ ホログラフィックメモリセル
７００ ホログラフィックメモリシステム
７３５ 光学プロセッサ
７４０ オブジェクトビーム
７５０ ホログラフィック光学要素（ＨＯＥ）
７６０ 変更参照ビーム
７６４ 平面波源
７６５ 平面波信号
７６５' 操作平面波信号
７８０ ホログラフィックメモリセル（ＨＭＣ）
７９０ フィルタ
【発明の属する技術分野】
本発明はホログラフィックメモリシステムに関する。更に詳細には、本発明は、ホログラフィックメモリシステムの選択性を制御するシステム及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ホログラフィックメモリ又は記憶システムは、ニオブ酸リチウムの結晶のような記憶媒体の容量内に刻印される屈折率及び／又は吸収の変化パターンとして、データ要素（すなわち、ホログラム）のホログラフィック表示の三次元記憶を必要とする。ホログラフィックメモリシステム（ＨＭＳ）は、高密度に記憶する能力と記憶データにランダムにアクセスし変換することができる速度に特徴を有する。
【０００３】
一般的に、データ符号化オブジェクトビームを位相コヒーレント参照ビームと結合させ、ホログラフィックメモリセル（ＨＭＣ）のような感光性記憶媒体の隅から隅まで干渉パターンを生成することにより動作する。干渉パターンはホログラムを記録するＨＭＣ内の材料変性を誘発する。記憶媒体内のホログラムの応答は、オブジェクトビーム及び参照ビームの相対的振幅及びオブジェクトビームと参照ビームの位相差の関数である。また、この応答は、入射ビームの波長及び、オブジェクトビーム及び参照ビームが記憶媒体へ投射されるときの角度に大幅に依存する。
【０００４】
ホログラフィー的に記憶されたデータは、データをＨＭＣに記憶するのに使用された参照ビームと類似の参照ビームを、ホログラムを生成するのに使用される同じ角度、波長、位相及び位置で投射することにより再生される。ホログラム及び参照ビームは相互作用し、記憶されたオブジェクトビーム（すなわち、データ）を再生する。その後、再生されたオブジェクトビームは例えば、受光素子アレーを用いて検出される。次いで、回復データは出力デバイスへ送信するために事後処理される。
【０００５】
一般的に、ホログラフィック記憶媒体のダイナミックレンジは、容認可能な信号対雑音（Ｓ／Ｎ）比を有する単一のホログラムを記憶するのに必要なダイナミックレンジよりも大きい。従って、一層大きな記憶密度を達成するために、記憶媒体内の或る位置における多数のホログラムを多重化することが望ましい。多重化技術の一つは、位相相関多重化（ＰＣＭ）である。この技術では、記憶媒体内の重複ホログラムを識別するために、相関選択性及びブラッグ(Bragg)選択性が使用される。相関選択性は、その参照ビームに関する記憶媒体の相対シフト（任意方向）により生成される参照ビームの、振幅、位相及び角度内容に依拠する。
【０００６】
しかし、ＰＣＭのような多重化方式は比較的複雑な参照ビームを必要とする。この参照ビームの生成には、複雑な位相マスク、高品質レンズ及びフーリエ平面空間フィルタリングが必要である。生憎、位相マスクの構造はデリケートであり、レンズは高価であるばかりか、嵩高である。また、フーリエ位相空間フィルタは、入射光エネルギーの大部分をブロックし、システムの出力供給を大幅に増大させる。また、ＰＣＭホログラフィックメモリシステムの場合、これら構成要素の位置合わせはミクロン（μｍ）以下のレベル精度で行う必要があり、更に、一般的に、システム毎に整合させなければならない。このような整合性のレベルは、常用の部品類及び技術を用いて行うことが不可能でないとしても、非常に困難である。ホログラフィックメモリシステム用の参照ビームを生成又は再生するために、ホログラフィック光学要素（ＨＯＥ）を使用することができる。従って、ＨＯＥは、ＨＭＳにおける参照ビームを生成するために一般的に必要な１個以上の光学要素の比較的安価で、簡単な再現可能な整合配置をもたらす。ＨＯＥの一例は、米国特許出願第０８／９６８，０２４号明細書に開示されている。
【０００７】
ホログラフィックメモリシステムにおけるＰＣＭ又はその他の相関選択性技術を使用する場合、ＨＭＣに記憶された生成情報は、比較的高い解像度、従って、高選択性を特徴とする。高解像度及び高選択性は望ましい特性であり、しかも、ＨＭＣによるホログラムの高密度記録には正に必要であるが、記憶されたホログラフィックデータの検索にも高解像度及び高選択性技術と装置が必要である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、記憶されたホログラムの選択機能の幅を増大させ、それにより記憶されたホログラフィックデータを一層迅速にサーチし、検索する能力を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記課題は、ホログラフ的に記憶されたデータの一層迅速なロケーション（記憶位置の突き止め）と検索を可能にする、ホログラフィックメモリシステムにおける選択機能の制御システム及び方法により解決される。本発明によれば、参照ビームを例えば、開口のようなフィルタにより、ビームが、参照ビームのホログラムが記憶されたホログラフィック光学要素を照射する前に、ビームを制限帯域幅に割り当てる。
【００１０】
本発明は、位相相関多重化（ＰＣＭ）ホログラフィックメモリシステム（ＨＭＳ）を提供する。このＰＣＭは、この中に記憶されたホログラフィックデータを有するホログラフィックメモリセル（ＨＭＣ）を包含する。また、ＰＣＭホログラフィックメモリシステムは、所定の周波数スペクトルを有するＨＭＳ参照ビームのホログラムが記憶されたホログラフィック光学要素（ＨＯＥ）も有する。オブジェクトビームを生成し、このオブジェクトビームをホログラフィックメモリセルに向けるためのオブジェクトビーム源が配設されている。平面波信号を生成し、この平面波信号をＨＯＥに向けるための平面波源も配設されている。また、本発明のＰＣＭホログラフィックメモリシステムは、平面波光学野を操作するためのフィルタ（平面波源とＨＯＥとの間に配置されている）も有する。操作された平面波信号によりＨＯＥが照射されると、ＨＯＥは変更ＨＭＳ参照ビームをホログラフィックメモリセルに向かって投射する。
【００１１】
本発明は、ホログラフィックデータが記憶されたホログラフィックメモリセル（ＨＭＣ）を有するホログラフィックメモリシステム（ＨＭＳ）の選択性を制御する方法も提供する。このＨＭＳは、ＨＭＳ参照ビームのホログラムが記憶されたホログラフィック光学要素（ＨＯＥ）と、オブジェクトビームを生成し、このオブジェクトビームをホログラフィックメモリセルに向けるためのオブジェクトビーム源と、平面波信号を生成し、この平面波信号をＨＯＥに向けるための平面波源も包含する。この制御方法は平面波信号を操作するステップからなり、操作された平面波信号によりＨＯＥが照射されたときに、ＨＯＥは変更ＨＭＳ参照ビームをホログラフィックメモリセルに向けて投射する。
【００１２】
更に、本発明は、ＨＭＳ参照ビームのホログラムが記憶されたホログラフィック光学要素（ＨＯＥ）を有するホログラフィックメモリシステム（ＨＭＳ）で使用される複数のホログラフィックデータを有するホログラフィック記憶材料内に記憶されたホログラフィックデータの記憶位置を突き止める方法も提供する。この実施態様の方法は、オブジェクトビームをホログラフィック記憶材料に向けることからなる。この方法は更に、ＨＯＥに向けられる平面波信号を操作するステップも有する。これにより、操作された平面波信号によりＨＯＥが照射されたときに、ＨＯＥは変更ＨＭＳ参照ビームをホログラフィック記憶材料に向けて投射する。
【００１３】
更に、本発明は、ホログラフィック記憶材料中に記憶されたホログラフィックデータの記憶位置を突き止め、検索するシステムも提供する。この実施態様のシステムは、参照ビームのホログラムが記憶されたホログラフィック光学要素（ＨＯＥ）を有する。このシステムは更に、概ね視準された光信号を生成し、この光信号をＨＯＥに向けるための光源も有する。また、このシステムは、光信号を操作するための、光源とＨＯＥとの間に配置されたフィルタも有する。操作された光信号でＨＯＥが照射されると、ＨＯＥは変更参照ビームをホログラフィック記憶材料に向けて投射する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
ホログラフィック記憶材料内の高記録密度を得るために多数のホログラムを多重化する技術の一例は、位相相関多重化（ＰＣＭ）である。位相相関多重化は米国特許第５７１９６９１号公報に開示されている。
【００１５】
この明細書で使用される、「ホログラフィック媒体」又は「ホログラフィック記憶材料」という用語は、内部にホログラムを記録することができる光化学作用を有する材料を意味する。この材料は、例えば、分散銀ハロゲン化物粒子を含有するフィルム、アクリレート系ホトポリマー又は自立性ＬｉＮｂＯ３結晶などのような様々な形態をとることができる。
【００１６】
この明細書で使用される、「ホログラフィック光学要素（ＨＯＥ）」という用語は、ホログラフィックメモリシステム（ＨＭＳ）内で使用される参照ビームの一つ又は複数のホログラムを示すことができる屈折光学体を意味する。ＨＯＥは、平面波信号（すなわち、ＨＯＥ参照ビーム）とオブジェクトビーム（すなわち、ＨＭＳ参照ビーム）との間のホログラフィック記憶材料内の干渉により、生成、発生、形成等々させることができる。ＨＯＥは、ホログラムを記録するのに好適な任意の材料から構成することができる。ＨＯＥが生成されると、ＨＭＳ参照ビームは、ＨＯＥ参照ビームと同一の特性を有する平面波（すなわち、概ね視準された光信号）をＨＯＥに向けることにより再生させることができる。従って、再生参照ビームは、光学プロセッサを必要とすること無くＨＭＳ参照ビームを生成する手段を提供する。従って、ＨＯＥは、光学プロセッサに取って代わる参照ビームを生成する単一の光学要素を提供し、参照ビームをホログラフィックメモリシステム内に生成させる方法を簡単にする。
【００１７】
この明細書で使用される、「選択性」及び「選択機能」という用語は、ホログラフィック記憶材料内に記憶された複数のホログラフィックデータ（又はホログラフィック情報）を識別するための、ホログラフィックメモリシステム（又はホログラフィックデータ（情報）を記録及び／又は検索するその他のシステム）の能力を意味する。ホログラフィックメモリシステムの選択性は、少なくとも一部分は、ホログラフィックデータ（情報）を記録及び検索するために使用される参照信号の帯域幅に応じて変化する。
【００１８】
図１は、位相相関多重化（ＰＣＭ）ホログラフィックメモリシステム（ＨＭＳ）で使用される代表的な光学プロセッサ１３５を示す。光学プロセッサ１３５は、平面波信号１０５を符号化ビームに変換する。符号化ビームはＨＭＳ用の参照ビーム（すなわち、ＨＭＳ参照ビーム）として使用することができる。更に具体的には、平面波信号１０５（すなわち、レーザ光のコヒーレントビーム）は高精密参照マスク１１０（例えば、位相マスク及び／又は振幅マスク）を照射する。マスク１１０は、例えば、平面波信号の高空間帯域幅積を誘導することにより光ビーム１０５を符号化する。符号化ビームは、焦点距離Ｆ１を有する第１のレンズ１１５まで距離Ｆ１だけ伝搬する。第１のレンズ１１５を通過すると、第１のレンズ１１５を越えて別の距離Ｆ１の地点に、参照位相マスク１１０のフーリエ変換体を生成する。ハイパス空間フィルタ１２０がフーリエ変換体の面位置に設けられている。フィルタ１２０は一般的に、参照マスク１１０から放射する低空間周波数の大部分をブロックする。ハイパスフィルタ１２０を通過した後、符号化ビームは、焦点距離Ｆ２を有する第２のレンズ１２５まで距離Ｆ２だけ伝搬する。符号化ビームは第２のレンズ１２５を通過し、別の距離Ｆ２だけ伝搬し、その像面１３０に到達する。像面１３０において、符号化ビーム１４０は、ホログラフィックメモリシステム（ＨＭＳ）の参照ビーム（すなわち、ＨＭＳ参照ビーム）として特徴付けることができる。
【００１９】
像面１３０の位置にホログラフィック媒体を配置することにより、符号化ビーム１４０のホログラム（すなわち、ＨＭＳ参照ビームのホログラム）はホログラフィック媒体（図２及び図３参照）中に記憶させることができる。
【００２０】
この明細書で使用される「参照ビーム」及び「オブジェクトビーム」という用語は、ＨＯＥを生成するために使用されるビーム及びホログラフィックメモリシステムで使用されるビームをそれぞれ意味する。従って、これら用語を区別して使用するため、適当に「ＨＯＥ」及び「ＨＭＳ」を付けて区別する。
【００２１】
図２は、本発明によるホログラフィックメモリシステムで使用されるホログラフィック光学要素（ＨＯＥ）２５０の生成又は形成を示す。特に、図２は透過モードＨＯＥ２５０の生成を示す。（符号Ａが付された）ＨＯＥオブジェクトビーム２４０（ＨＭＳ参照ビームでもある）は、図１に関連して説明したように発生される。ＨＯＥオブジェクトビーム２４０は、ホログラフィック記憶材料２５２に向かって距離Ｄだけ、光学プロセッサ２３５から伝搬するか、又は別の方法で配向される。ＨＯＥオブジェクトビーム２４０はホログラフィック記憶材料２５２に入射し、そこで、ＨＯＥ参照ビーム２６０（平面波信号）と交差する。ＨＯＥ参照ビーム２６０はＨＯＥオブジェクトビーム２４０とコヒーレントである。ＨＯＥ参照ビーム２６０は、光源２６４により発生され、この光源からホログラフィック記憶材料２５２に向けられ、ホログラフィック記憶材料２５２を照明しそしてホログラフィック記憶材料２５２内の所定の位置でＨＯＥオブジェクトビーム２４０と交差する。ＨＯＥオブジェクトビーム２４０とＨＯＥ参照ビーム２６０との間で生成された干渉パターンは、ホログラフィック記憶材料２５２内でホログラムとして記録される。従って、ホログラフィック記憶材料２５２は、内部に記憶されたＨＯＥオブジェクトビーム２４０（すなわち、ＨＭＳ参照ビーム）のホログラムを有するホログラフィック光学要素（ＨＯＥ）２５０に変換される。
【００２２】
ＨＯＥ参照ビーム２６０は好適な任意のビームであることができるが、一般的に、平面波又は容易に再生可能なその他のビームである。ＨＯＥオブジェクトビーム２４０及びＨＯＥ参照ビーム２６０は一般的に、当業者に公知の同一又は類似のレーザ光源からのコヒーレント光により生成される。
【００２３】
ホログラフィック記憶材料２５２は好適な任意の材料であることもできるし、又は、表面ホログラム又は体積ホログラムの何れかを記録し、回折光学体を生成することができる材料の形状又はアレンジメントであることもできる。例えば、ホログラフィック記憶材料２５２は、ホトポリマー、ホトレジスト、熱可塑性材料、光屈折性材料又は光互換材料などである。ホログラフィック記憶材料２５２は一般的に、概ね平面状の第１の面２６５と、概ね平面状の、対向する第２の面２７０を有する。ホログラフィック記憶材料２５２は十分に平面状であるか、又は、１ｃｍ当たり概ね２波長の光に対して再生可能である。
【００２４】
図３は、本発明によるホログラフィックメモリシステムで使用される反射モードホログラフィック光学要素（ＨＯＥ）３５０の生成又は形成を示す。図３に示されたＨＯＥ３５０は、図２に示され、前記に説明した透過モードＨＯＥ２５０と異なる形状を有する。更に特定的には、ＨＯＥ参照ビーム３６０は（ビームＢ）は光源３６４から発生され、ホログラフィック記憶材料３５２の第２の面に向けられ、ホログラフィック記憶材料３５２内の所定の位置でＨＯＥオブジェクトビーム（ビームＡ）と交差する。生成された干渉パターンは、ホログラフィック記憶材料３５２内でＨＯＥオブジェクトビーム３４０のホログラムとして捕捉され、斯くして、ＨＯＥオブジェクトビーム３４０のＨＯＥ３５０が形成される。反射モードＨＯＥ３５０は次の点で透過モードＨＯＥ２５０と異なる。反射モードＨＯＥ３５０はホログラフィック記憶材料３５２の反対面に向けられたビームを用いて生成されるが、透過モードＨＯＥ２５０はホログラフィック記憶材料２５２の同じ面に向けられたビームを用いて生成される。
【００２５】
透過モード及び反射モードホログラフィック光学要素（ＨＯＥ）の両方とも、多重化により該光学要素内に複数のＨＯＥオブジェクトビームを記憶することができる。例えば、ホログラフィック記憶材料が比較的厚い（例えば、１ｍｍ）場合、複数のＨＯＥオブジェクトビームはホログラフィック記憶材料内で多重化させ、複数のオブジェクトビームのＨＯＥを形成することができる。複数のオブジェクトビームの多重化は、オブジェクトビーム特性を変化させながら、ＨＯＥ参照ビームの角度、波長又は位置を変化させることにより行うことができる。オブジェクトビーム特性の変化は、例えば、異なるマスク、フィルタ又はレンズ組合せ構成を使用することにより実施できる。
【００２６】
図４Ａ及び図４Ｂは、本発明により構成されたホログラフィックメモリシステム（ＨＭＳ）５００で使用される透過モードホログラフィック光学要素（ＨＯＥ）５５０を示す。ＨＯＥ５５０からのＨＯＥオブジェクトビーム５４０（ビームＡ）を再生するために、ＨＯＥ５５０を生成するために使用された参照ビーム同一又は類似の参照ビーム５６０が光源５６４から発生され、ＨＯＥ５５０に向けられ、ＨＯＥ５５０を照明する。照明の際にＨＯＥ５５０から放射するビームは、ＨＯＥオブジェクトビーム５４０（ビームＡ）の再生である。これは、ＨＯＥ５５０を生成するためにホログラフィック記憶材料５５２で元々捕捉されるオブジェクトビームであり、ＨＭＳ参照ビームを示す。ＨＯＥ５５０に対する参照ビーム５６０の内容及び方向は、少なくとも部分的に、ホログラフィック光学要素５５０（例えば、図２に示され、前記で説明されたような光学要素）の生成中に第２のレンズの焦点距離Ｆ２に比べて、光学プロセッサ２３５（図２参照）内の第２のレンズ５２５とホログラフィック記憶材料２５２との間の距離Ｄに応じて変化する。
【００２７】
図４Ａに示されるように、ＨＯＥ５５０生成中の距離Ｄが第２のレンズの焦点距離Ｆ２（図２参照）未満の場合、ＨＯＥオブジェクトビーム５４０の像面５７５（符号Ｐが付されている）はＨＯＥ５５０を越えて形成される。このような場合、ＨＯＥ５５０は、ＨＯＥ５５０を生成するために使用された場合と同様に、参照ビーム５６０を同じ面（すなわち、面５６５）に向けることにより照明される。その後、参照ビーム５６０とＨＯＥ５５０との相互作用によりＨＯＥオブジェクトビーム５４０が再生され、ＨＯＥ５５０を越えて、ＨＯＥオブジェクトビーム５４０の像面５７５（又は所望の他の面）を形成する。
【００２８】
図４Ｂに示されるように、ＨＯＥ５５０生成中の距離Ｄが第２のレンズの焦点距離Ｆ２（図２参照）よりも大きい場合、ＨＯＥオブジェクトビーム５４０の像面５７５（符号Ｐが付されている）はＨＯＥ５５０よりも手前又は正面に形成される。このような場合、光源５６３から発生された参照ビーム５６２の複合共役を使用し、第２の面、すなわち、ＨＯＥ５５０を生成するために使用されたものと同様な反対面から、ＨＯＥ５５０を照明する。ＨＯＥ参照ビーム５４２の複合共役（符号Ａ＊が付されている）は、参照ビーム５６２の複合共役とＨＯＥ５５０との相互作用により再生され、ＨＯＥ５５０の手前又は正面に、ＨＯＥオブジェクトビーム５４２の複合共役（符号Ａ＊が付されている）の所望の面５７５が形成される。
【００２９】
図４Ａ及び図４Ｂに示された両方の実施態様において、ホログラフィックメモリシステム５００は、複数のホログラフィックデータを記憶することができるホログラフィックメモリセル（ＨＭＣ）５８０を有する。ＨＭＣ５８０は、この中に記憶される任意のホログラフィックデータのロケーション及び検索用の像面５７５に関連して配置される。ホログラフィックデータは、複数のホログラフィックデータの各々の間の高選択度により特徴付けられる比較的緊密な又は高密度に構成されたアレイとして、ＨＭＣ５８０内に記憶される。例えば、ＰＣＭホログラフィックメモリシステムにおける記憶密度は約３００チャネルビット／μｍ２である。
【００３０】
図５Ａ及び図５Ｂは、本発明により構成されたホログラフィックメモリシステム６００の一部分としての、反射モードホログラフィック光学要素（ＨＯＥ）６５０を示す。ＨＯＥオブジェクトビーム６４０（ビームＡ）は、光源６６４からの再生参照ビーム６６０をＨＯＥ６５０に向けて照射し、ＨＯＥ６５０を照明することにより再生される。ＨＯＥ６５０に対する再生参照ビーム６６０（ビームＢ）の内容及び方向は、少なくとも部分的に、ＨＯＥ６５０の生成中の第２のレンズの焦点距離Ｆ２に比べて、光学プロセッサ６３５の第２のレンズ３２５（例えば、図３参照）とホログラフィック記憶材料６５２との間の距離Ｄに応じて変化する。
【００３１】
図５Ａに示されるように、ＨＯＥ６５０の生成中の距離Ｄが第２のレンズの焦点距離Ｆ２未満の場合、ＨＯＥオブジェクトビーム６４０の像面６７５（符号Ｐが付されている）はＨＯＥ６５０を越えて形成される。このような場合、ＨＯＥ６５０は、参照ビーム６６０を第２の面６７０に向けることにより照明される。その後、前記に説明したのと同様に、ＨＯＥオブジェクトビーム６４０は参照ビーム６６０とＨＯＥ６５０との相互作用により再生され、ＨＯＥ６５０を越えた位置に、ＨＯＥオブジェクトビーム６４０の像面６７５（又は所望の他の面）を形成する。
【００３２】
図５Ｂに示されるように、ＨＯＥ６５０の生成中の距離Ｄが第２のレンズの焦点距離Ｆ２よりも大きい場合、ＨＯＥオブジェクトビーム６４２の複合共役（符号Ａ＊が付されている）の像面６７５（符号Ｐが付されている）はホログラフィック光学要素（ＨＯＥ）６５０の正面又は手前に形成される。このような場合、ＨＯＥ６５０は、光源６６３から発生された参照ビーム６６２の複合共役により照明される。参照ビーム６６２の複合共役は、ＨＯＥ６５０を生成するために使用されたものと反対側の第１の面６６５からＨＯＥ６５０を照明する。ＨＯＥオブジェクトビーム６４２の複合共役（符号Ａ＊が付されている）は、参照ビーム６６２の複合共役とＨＯＥ６５０との相互作用により再生され、ＨＯＥ６５０の手前又は正面に、ＨＯＥオブジェクトビーム６４２の複合共役（符号Ａ＊が付されている）の像面６７５又はその他の所望の面を形成する。
【００３３】
図５Ａ及び図５Ｂに示された両方の実施態様において、ホログラフィックメモリシステム６００は、複数のホログラフィックデータを記憶することができるホログラフィックメモリセル（ＨＭＣ）６８０を有する。ＨＭＣ６８０は、この中に記憶される任意のホログラフィックデータのロケーョン及び検索用の像面６７５に関連して配置される。ホログラフィックデータは、複数の記憶されるホログラフィックデータの各々の間の高選択度により特徴付けられる比較的緊密な又は高密度に構成されたアレイとして、ＨＭＣ６８０内に記憶される。
【００３４】
図４Ａ、図４Ｂ、図５Ａ及び図５Ｂは、一般的に、高密度形態でホログラフィック記憶媒体内にホログラフィックデータを記録又は格納するシステム及び方法を示すものである。次に図６を参照する。本発明により記憶されたホログラフィックデータのロケーションと検索について詳細に説明する。ホログラフィックメモリシステム７００は、光学プロセッサ７３５を有する。平面波信号１０５はこのプロセッサを通過し、そして、このプロセッサから符号化オブジェクトビームが発生する。オブジェクトビーム７４０は所望の記憶されたホログラフィックデータを包含する。オブジェクトビーム７４０は、複数のホログラフィックデータを記憶することができ、かつ、所望のホログラフィックデータを含む、記憶されたホログラフィックデータを有することができるホログラフィックメモリセル（ＨＭＣ）７８０に向けられる。平面波源７６４は概ね視準された平面波信号７６５を発生し、平面波信号７６５をＨＯＥ７５０に向ける。ＨＯＥ７５０は、ホログラフィックメモリシステム（ＨＭＳ）参照ビーム７６０のホログラムを含む。ＨＯＥ７５０に到達する前に、平面波信号７６５は、フィルタ７９０により操作され、その結果、操作された平面波信号７６５'はＨＯＥ７５０を照明する。開口の具体例において、フィルタ７９０は所定の形状を有する固定又は可変エリア開口から構成される。開口形状は例えば、真円形、楕円形、矩形（すなわち、スリット）、半円形又は事実上任意のサイズ又は形状のものであることができる。但し、任意のサイズ又は形状のものは、その開口が平面波信号７６５を変更し、その結果、被操作平面波信号７６５'が、ＨＯＥ７５０を生成するのに使用された平面波信号２６０，３６０（例えば、図２及び図３参照）と異なる（すなわち、直径が異なる）ものとならなければならない。フィルタ７９０は、平面波信号７６５から高周波成分を除去し、信号７６５の帯域幅を効果的に制限する。
【００３５】
ＨＯＥ７５０内に元々記録されているデータはフーリエ変換体として記録される。従って、ＨＯＥを生成するために使用された参照ビーム（すなわち、ＨＯＥ参照ビーム）の周波数スペクトルと、周波数情報がＨＯＥ７５０内に空間的に記録されることとの間には関連性が存在する。従って、ＨＯＥ７５０がＨＯＥ参照ビームと異なる空間プロファイルを有する平面波信号により照明される場合、参照ビームの異なる記憶スペクトル成分が照明され、そして、変更参照ビーム７６０'がＨＯＥ７５０により生成される。変更参照ビーム７６０'は、ＨＯＥ７５０にホログラムを最初に記録するために使用された参照ビームと異なる周波数スペクトルを有し、その結果、若干の高周波成分の除去により、減容された情報内容を実際に有する。例えば、変更参照ビーム７６０'は、一層広い帯域幅選択性（例えば、図７Ｂ参照）と、元の参照ビームと同じピーク最大値（例えば、図７Ａ参照）を有する。
【００３６】
本発明は、ホログラフィックメモリシステムの選択性の幅を広げることにより、ホログラフィックメモリセル内に記憶された複数のホログラフィックデータのうちの任意のデータを迅速にロケーションし、検索する。参照ビームの空間周波数スペクトルは、参照ビームから高周波数成分を除去するために参照ビームの一部分を覆い隠すフィルタ７９０を通してビームを配向することにより制御される。フィルタ７９０は、平面波信号７６５を操作し、それにより、変更平面波信号７６５'の半値全幅が大幅に増大される（例えば、図７Ａ及び図７Ｂ参照）。従って、参照ビームの帯域幅は、ピーク位置はそのまま維持しながら、拡大される。よて、特定のホログラフィックデータの位置を突き止めるために必要なスキャン解像度（空間感度及びスキャンのステップ解像度）は大幅に低下される。その結果、ホログラフィックデータは一層迅速にその位置が突き止められ、かつ、検索され、ホログラフィックメモリシステムの性能が大幅に改善される。
【００３７】
フィルタの開口の形状（すなわち、サイズ及び形）が、この開口を通して配向されるビームの空間周波数スペクトルを制御する。一般的に、開口の面積が減少するにつれて、ビームの高周波成分は減衰され、及び／又はカットオフされる。本発明はまた、フィルタを通過する光ビームの直径を増大させるようなフィルタも企図する。幾つかの開口形状について説明してきたが、これらはあくまでも説明のために例示したに過ぎず、本発明は前記に説明したような特定の形状に限定されるものではない。
【００３８】
また、一般的に、図７Ａに示されるように、複合参照ビームによるホログラムの記録はＰＣＭホログラフィーにとって重要であり、概して非常に狭い選択機能を生じる。従って、ホログラフィックメモリセルにおけるホログラフィックデータの異常記録密度（例えば、約３００チャネルビット／μｍ２超）は、位相相関多重化（ＰＣＭ）ホログラフィーにより可能である。例えば、参照ビームと記憶ホログラフィックデータとの間の相関の半値全幅は約５μｍ未満である。図７Ａにおけるピーク値はＨＭＣ位置の関数として、記憶ホログラムの回折強度を示す。
【００３９】
記憶ホログラフィックデータの検索には従来は、対応する狭い選択機能も必要としてきた。複数のホログラフィックデータを高密度に集積させたホログラフィックメモリセルを特定のホログラフィックデータについてスキャンすることは時間がかかるばかりか、費用も高かった。好都合なことに、本発明によれば、ホログラフィックメモリシステムの選択機能を拡張又は拡大させ、ホログラフィックメモリセルからのホログラフィックデータの迅速なロケーション及び読み出しを可能にする。図７Ｂに示されたグラフは、本発明により構成されたホログラフィックメモリシステムの選択機能を示す。この場合、参照ビームは前記で詳細に説明したようにフィルタにより操作されている。所望の記憶ホログラフィックデータの位置がホログラフィックメモリセル内で突き止められたら、参照ビームの一つからフィルタを除去することにより、すなわち、例えば、開口を開放することにより、記憶データを再生させることができる。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、記憶されたホログラムの選択機能の幅を増大させ、それにより記憶されたホログラフィックデータを一層迅速にサーチし、検索することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 平面波信号を符号化オブジェクト信号に変換する光学プロセッサの模式的構成図である。
【図２】 位相相関多重化ホログラフィックメモリシステム用の透過モードホログラフィック光学要素の形成を示す模式的構成図である。
【図３】 位相相関多重化ホログラフィックメモリシステム用の反射モードホログラフィック光学要素の形成を示す模式的構成図である。
【図４】 本発明により構成された位相相関多重化ホログラフィックメモリシステムにおける図２のホログラフィック光学要素の使用状態を示す模式的構成図であり、図４Ａは、ＨＯＥ５５０生成中の距離Ｄが第２のレンズの焦点距離Ｆ２未満の場合の使用状態を示し、図４Ｂは、ＨＯＥ５５０生成中の距離Ｄが第２のレンズの焦点距離Ｆ２よりも大きい場合の使用状態を示す。
【図５】 本発明により構成された位相相関多重化ホログラフィックメモリシステムにおける図３のホログラフィック光学要素の使用状態を示す模式的構成図であり、図５Ａは、ＨＯＥ６５０生成中の距離Ｄが第２のレンズの焦点距離Ｆ２未満の場合の使用状態を示し、図５Ｂは、ＨＯＥ６５０生成中の距離Ｄが第２のレンズの焦点距離Ｆ２よりも大きい場合の使用状態を示す。
【図６】 本発明により構成されたホログラフィックメモリシステムの模式的構成図である。
【図７】 ホログラフィックメモリシステムの選択機能の特性図であり、図７Ａは従来技術のホログラフィックメモリシステムの選択機能の特性図であり、図７Ｂは本発明により構成されたホログラフィックメモリシステムの選択機能の特性図である。
【符号の説明】
１０５ 平面波信号
１１０ 参照マスク
１１５ 第１のレンズ
１２０ ハイパスフィルタ
１２５ 第２のレンズ
１３０ 像面
１３５ 光学プロセッサ
１４０ 符号化ビーム
２３５，３３５ 光学プロセッサ
２４０，３４０ オブジェクトビーム
２５０，３５０ ホログラフィック光学要素（ＨＯＥ）
２５２，３５２ ホログラフィック記憶材料
２６０，３６０ 参照ビーム
２６４，３６４ 参照ビーム源
２６５，３６５ 第１の面
３６５，３７０ 第２の面
５４０，５４２ オブジェクトビーム
５５０ ホログラフィック光学要素（ＨＯＥ）
５５２ ホログラフィック記憶材料
５６０，５６２ 参照ビーム
５６３，５６４ 参照ビーム源
５６５ 第１の面
５７０ 第２の面
５７５ 像面
５８０ ホログラフィックメモリセル
６００ ホログラフィックメモリシステム
６５０ ホログラフィック光学要素
６４０，６４２ オブジェクトビーム
６５０ ホログラフィック光学要素（ＨＯＥ）
６５２ ホログラフィック記憶材料
６６０，６６２ 参照ビーム
６６３，６６４ 参照ビーム源
６６５ 第１の面
６７０ 第２の面
６７５ 像面
５８０ ホログラフィックメモリセル
７００ ホログラフィックメモリシステム
７３５ 光学プロセッサ
７４０ オブジェクトビーム
７５０ ホログラフィック光学要素（ＨＯＥ）
７６０ 変更参照ビーム
７６４ 平面波源
７６５ 平面波信号
７６５' 操作平面波信号
７８０ ホログラフィックメモリセル（ＨＭＣ）
７９０ フィルタ
Claims (10)
- （ａ）ホログラフィックデータを記憶して内部に有するホログラフィックメモリセル（ＨＭＣ）と、
（ｂ）所定の周波数スペクトルを有するホログラフィックメモリシステム（ＨＭＳ）参照ビームのホログラムを内部に記憶しているホログラフィック光学要素（ＨＯＥ）と、
（ｃ）オブジェクトビームを発生し、かつ、前記オブジェクトビームを前記ホログラフィックメモリセルに向けるオブジェクトビーム源と、
（ｄ）平面波信号を発生し且つ前記平面波信号を前記ＨＯＥに向ける平面波源と、
（ｅ）前記平面波源と前記ＨＯＥとの間に配置された、前記平面波信号から高周波成分を除去するフィルタとを有し、高周波成分が除去された前記平面波信号により前記ＨＯＥが照射されたときに、前記ＨＯＥは変更ＨＭＳ参照ビームを前記ホログラフィックメモリセルに向けて投射することを特徴とする位相相関多重化（ＰＣＭ）ホログラフィックメモリシステム。 - 前記フィルタは前記平面波信号の一部分を覆い隠すことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
- 前記フィルタは一定面積の開口部からなり、該開口部を通して前記平面波信号が配向されることを特徴とする請求項２に記載のシステム。
- 前記フィルタは可変面積の開口部からなり、該開口部を通して前記平面波信号が配向されることを特徴とする請求項２に記載のシステム。
- 前記オブジェクトビーム源は、
レーザと、
光学プロセッサとを有し、
該光学プロセッサを通して前記レーザが配向され、かつ、該光学プロセッサから前記オブジェクトビームが出現することを特徴とする請求項１に記載のシステム。 - 前記ＨＯＥは透過モードＨＯＥであることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
- 前記ＨＯＥは反射モードＨＯＥであることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
- ホログラフィックデータを内部に記憶しているホログラフィックメモリセル（ＨＭＣ）と、ＨＭＳ参照ビームのホログラムを内部に記憶しているホログラフィック光学要素（ＨＯＥ）と、オブジェクトビームを発生し且つ前記オブジェクトビームを前記ホログラフィックメモリセルに向けるオブジェクトビーム源と、平面波信号を発生し且つ前記平面波信号を前記ＨＯＥに向ける平面波源とを有するホログラフィックメモリシステム（ＨＭＳ）の選択性を制御する方法であって、該方法は、
前記平面波信号から高周波成分を除去するステップを有し、高周波成分が除去された前記平面波信号により前記ＨＯＥが照明されたときに、前記ＨＯＥは変更ＨＭＳ参照ビームを前記ホログラフィックメモリセルに向けて投射することを特徴とする方法。 - 内部に記憶された複数のホログラフィックデータを有するホログラフィック記憶材料に記憶され且つホログラフィックメモリシステム（ＨＭＳ）のホログラムを内部に記憶しているホログラフィック光学要素（ＨＯＥ）を具備するホログラフィックメモリシステムで使用されるホログラフィックデータの記憶位置を突き止める方法であって、該方法は、
（ａ）オブジェクトビームを前記ホログラフィック記憶材料に向けるステップと、
（ｂ）前記ＨＯＥに向けられる前記平面波信号から高周波成分を除去するステップとを 有し、高周波成分が除去された前記平面波信号により前記ＨＯＥが照明されたときに、前記ＨＯＥは変更ＨＭＳ参照ビームを前記ホログラフィック記憶材料に向けて投射することを特徴とする方法。 - ホログラフィック記憶材料内に記憶されたホログラフィックデータの記憶位置を突止め、検索するシステムであって、該システムは、
（ａ）ＨＭＳ参照ビームのホログラムを内部に記憶しているホログラフィック光学要素（ＨＯＥ）と、
（ｂ）概ね視準された光信号を発生し且つ前記光信号を前記ＨＯＥに向ける光源と、
（ｃ）前記光源と前記ＨＯＥとの間に配置された、前記光信号から高周波成分を除去するフィルタとを有し、高周波成分が除去された前記光信号により前記ＨＯＥが照射されたときに、前記ＨＯＥは変更参照ビームを前記ホログラフィック記憶材料に向けて投射することを特徴とするシステム。
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