JP4457016B2 - 多層ホログラフィックデータ記録方法 - Google Patents

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Description

本発明は、多層ホログラフィックメモリ装置に関し、より具体的には、このような装置内のメモリ記憶位置を光学的にアドレス指定する方法に関する。
新型のデータ記憶技術は、高データ密度と、例えば30メガビット/秒(Mb/s)よりも速い高アクセス速度とを必要とする。純粋容量法が試みられてきたが、これは、不安定性に問題がありまた低い動作温度を必要とすることになる非常に特殊な材料を必要とする。さらに、クリスタル及び感光性高分子を使用するホログラフィック記憶法が試みられてきたが、容量要件及びアドレス指定能力が、これらの解決策が高速用途で実用化されるのを妨げてきた。
米国特許第6191875号
従って、当技術分野において高速かつ正確なホログラフィックデータ記憶及び検索のためのシステム及び方法に対する必要性が未だ存在する。
ホログラフィックメモリ装置は、互いに重ねて配置された複数のホログラフィック記録媒体と、複数のホログラフィック記録媒体間に交互配置された複数のメモリアドレスアクセス媒体とを含む。読取り方法は、干渉効果を使用して、複数のホログラフィック記録媒体層内の特定の垂直メモリ記憶位置を選択する。
図1には、ホログラフィックメモリ装置100を示す。ホログラフィックメモリ装置100は、基板102を含む。基板102上には、複数のホログラフィック記録媒体104が配置される。複数のホログラフィック記録媒体104間には、複数のメモリアドレスアクセス媒体106が交互配置される。ホログラフィックメモリ装置100はさらに、保護層108を含むことができる。
ホログラフィック記録媒体104の各々は、その中に、従来型の静止又は動画像のホログラム或いは例えば文書テキストを表わすバイナリデータのようなデータ・セットを包含することができる1つ又はそれ以上のホログラム114を包含する。このようなホログラム114は、反射ホログラム、送信ホログラム又はコンピュータ生成ホログラムとすることができる。
従って、図1に示すように垂直に交互配置することによって、各ホログラム114は、メモリ記憶位置内に垂直アドレスを所有する。メモリアドレスはまた、当技術分野ではよく知られるようなセクタアドレスを含む。選択ホログラムの垂直メモリアドレスにアクセスするために、僅かに異なる波長(λ、λ)を有する2つの光ビーム110、112を、適切なセクタアドレス118(図7)において干渉させる。2つの光ビーム110、112の干渉は、干渉ボリューム内に干渉パターン120を形成し、その単一次元xを、図4及び図5に干渉層116として示す。干渉層116を越えると、干渉パターンは存在しない。干渉層116の深さxが、隣接層104間へのクロストークを排除するようにホログラフィック記録媒体114の各層の厚さtに比べて十分小さい(例えば、図5におけるようにx<<t)場合には、メモリアドレスアクセス媒体層106は、離散的ホログラフィック記録媒体層104を維持しながら、光学的に薄くするか又は排除することができることを理解されたい。図6では、干渉層は、ホログラフィック層104の全厚さまで広がる。薄い干渉層116は、例えば拡張光源又は広域スペクトル含有量を有する光源を使用することによって形成することができる。僅かに異なる波長にすることによって、2つの光ビーム110、112によって生成された干渉層116内の干渉パターン120は、時間の経過と共にその位置が前進して、ホログラフィック記録媒体104の垂直層の次のレベルを通って前進することになる連続的移動干渉パターン120を生成するようになる。読取りのこの波長掃引方法は、ホログラフィック媒体104の層を通って行われる連続的読取り掃引を非常に高速に行うことができるという利点を有する。
これに代えて、2つの光ビーム110、112を同じ波長にすることができ、ビームの1つにおける光経路長さLを変えるための手段を使用して、干渉層116を連続的高速掃引ではなく制御した方法で垂直に前進させることができる。光経路長さLは、例えば電気光学結晶又は圧電ミラー312(図3)を使用することによって変えることができる。光経路長さLを変えることによって干渉層116を移動させる方法は、媒体層104のランダムアドレス指定能力を提供するという利点を有する。
2つの光ビーム110、112の干渉によって生成された干渉パターン120の位相が、規定メモリアドレスアクセス媒体106によって定まる位相に一致する場合、メモリアクセス媒体106は、光ビーム110、112の位相偏移を生じさせ、それによって干渉パターンが対応するホログラム114において生成されるようにする。
選択ホログラム114における2つのビーム110、112の干渉によって生成された干渉パターン120の位相が特定のメモリ記憶位置に記録されたホログラムの位相に一致する場合には、相関ピークが生じることになり、選択ホログラム114に包含されたデータは、光検出器404によって検出可能な方法で読取ることができる(図8)。位相が一致しない場合には、相関ピークは生じないことになる。光検出器404は、ホログラムによって回折された光を検出し、この光は、相関ピーク信号とホログラフ的に記憶されたデータ信号との両方を含み、信号処理ユニット408に出力信号406として提供される。信号処理ユニット408は、ホログラムからの回折データとホログラムからの相関ピーク信号との間で逆畳み込み演算を実行し、出力として記録データ410を提供する。相関信号が存在しない場合には、信号処理ユニット408によって信号は提供されない。読取りパターンの空間的又は他の符号化を使用して、読取り信号をあらゆる雑音信号から分離することを可能にすることができる。ホロラフィック読取りの空間的又は他の符号化はまた、データセキュリティの目的にも使用することができる。
図9には、ホログラフィックメモリ装置に記憶されたデータ・セットを読取る方法を示す。第1の光ビーム110は、ホログラフィックメモリ装置のホログラム104において第2の光ビーム112とそれらの間の規定角度θで干渉するようにされる。これにより、干渉パターンが発生する。Nが整数であるN次回折次数波面126が、ホログラム114から回折され、検出器404によって検知される。N次回折次数波面126は、相関ピーク信号とホログラフ的に記憶されたデータとを含む。ホログラフ的に記憶されたデータは、相関ピーク信号と関連付けられる。相関ピークが生じた場合には、ホログラフ的に記憶されたデータと相関ピーク信号とを逆畳み込みすることが逆畳み込み演算され、N次回折次数波面126内のデータ・セットが読取られる。第1の光ビーム110と第2の光ビーム112は、拡張光源又は広域スペクトル成分を有する光源から照射することができ、或いはコヒーレント光源から照射しかつ僅かに異なる波長λ、λとすることができる。
図10には、ホログラフィックメモリ装置に記憶されたデータ・セットを読取る方法を示す。第1の光ビーム110は、ホログラフィックメモリ装置のホログラム104において第2の光ビーム112とそれらの間の規定角度θで干渉するようにされる。Nが整数であるN次回折次数波面126が、ホログラム114から回折され、検出器404で検知される。N次回折次数波面126は、データ・セットを含む相関パターン128と関連付けられる。相関ピークが生じた場合には、N次回折次数波面126と相関パターン128とは逆畳み込みされ、N次回折次数波面126のデータ・セットが読取られる。逆畳み込みは、標準デジタル画像処理方法によって行うことができる。第1の光ビーム110及び第2の光ビーム112はまた、拡張光源又は広域スペクトル成分を有する光源から照射することができ、或いはコヒーレント光源から照射しかつ僅かに異なる波長λ1、λ2とすることができる。
読取り干渉パターン(すなわち、ビーム110及び112の干渉によって生成された干渉パターン)を選択ホログラフィック記録媒体層114に記録されたホログラフィックデータに一致させるように読取りビームを符号化する1つの方法は、記録ホログラフィックデータに同調(ビート)することになる、読取りビーム全体にわたって空間的に変化する特定のパターンを生成することである。得られた空間ビートパターンは、検出システム404によって読取られて、適切なデータがホログラフィック記録媒体114から読取られるようになる。これに代えて、ホログラフィックデータ又は情報に加えた搬送波パターンを使用して、情報を読取ることができる。読取りビーム内に形成された空間的に変化するパターンがホログラフィック記録内に符号化されたパターンと一致する場合、ホログラフィックデータ又は情報は、再構成され、それによって検出器404によって読取り可能になる。簡単な例として、ホログラムを特定の周波数の正弦波パターンに重ね合わせることができる。2つの光ビーム110、112が同一周波数の正弦波パターンを生成するように干渉する場合、メモリアクセス媒体106は、光ビーム110、112の位相偏移を引き起こし、それによって干渉パターンが対応するホログラム114において生成され、その中の包含データが読取られるようになる。ビーム110、112が選択ホログラフィック記録媒体層104を通過すると、ビーム110、112は、次のアクセス媒体層106によってその元の非干渉状態に戻り、或いは他の方法で空間干渉パターンはもはや示さなくなり、従って異なる層において何らの次のホログラムも読取らない。特定の方法について説明してきたが、本発明の技術的範囲から逸脱することなく、ホログラフィック記録媒体内の特定の記憶位置において干渉パターンを生成するための他の手段を、類似の方法で動作するように置き換えることができることを理解されたい。ホログラフィック記録を読取るようにする他の方法は、ホログラフィック記録の基準ビームの角度及び波形内容を一致させる段階を含むことができる。
図1から最もよく分かるように、メモリ内の様々な垂直記憶位置におけるホログラム114は、ホログラフィックメモリ装置100とは別なものとして構成することができ、或いはホログラフィックメモリ装置100の一部として構成することができる。図2には、別の実施形態として、ホログラフィックメモリ装置200を示す。ホログラフィックメモリ装置200は、基板202を含む。基板202上には、複数のホログラフィック記録媒体204が配置される。複数のホログラフィック記録媒体204間には、複数のメモリアドレスアクセス媒体206が交互配置される。ホログラフィックメモリ装置200はさらに、保護層208を含むことができる。
ホログラフィック記録媒体204の各々は、その中に、従来型の静止又は動画像のホログラム或いは例えば文書テキストを表わすバイナリデータのようなデータ・セットを同様に包含することができる1つ又はそれ以上のホログラム214を包含する。このようなホログラム214は、反射ホログラム、送信ホログラム又はコンピュータ生成ホログラムとすることができる。
従って、図2に示すように垂直に交互配置することによって、各ホログラム214は、メモリ記憶位置内に垂直アドレスを所有する。メモリアドレスはまた、当技術分野ではよく知られるようなセクタアドレスを含む。メモリアドレスアクセス媒体206は、特定の波長の光ビームの偏光遅延を引き起こす材料を含む。クロス偏光光ビームは干渉しないことが知られている。従って一対の光ビーム210、212の偏光回転を制御することによって、特定のホログラム214のホログラフ的な読取りを可能にするように該光ビームの干渉を制御することができる。干渉する光ビーム210、212の波長を変えることによって、異なるメモリアドレス媒体層206は、光ビーム210、212における偏光遅延に影響を与えるようになる。従って、ビーム210、212の波長を選択することによって、メモリアドレス媒体層206が光ビーム210、212の偏光回転を変えるか又は偏移させるかのいずれかが選択される。適切なホログラムメモリ214が、アドレス指定される。メモリアドレス媒体層206は、光ビーム210、212の偏光の偏移を引き起こすがそれによってビーム210、212はクロス偏光されず、従って適切なホログラム214において干渉パターンを形成することが可能になる。選択ホログラム214において2つのビーム210、212の干渉によって生成された干渉パターンの位相が、特定のメモリ記憶位置に記録されたホログラムの位相に一致する場合には、相関ピークが生じることになり、選択ホログラム214に包含されたデータは、光検出器404によって検出可能な方法で読取ることができる(図8)。位相が一致しない場合には、相関ピークは生じないことになる。
ホログラム層214においてアクセス媒体206によって生成された干渉パターンは、次にホログラム情報と或いはホログラム情報に加えられた搬送波パターンと空間的にビートすることになる。この得られた空間ビートパターンは、検出システムによって読取られて、適切なデータがホログラフィック記録媒体214から読取られるようになる。ホログラム層214を一度通過した光は、次のアクセス媒体層206によってその元の状態に戻される。
図2から最もよく分かるように、メモリ内の様々な垂直記憶位置におけるホログラム214は、ホログラフィックメモリ装置200とは別なものとして或いはホログラフィックメモリ装置200の一部として構成することができる。
図11に示すように、信号処理ユニット408は、ローカルエリアネットワーク(LAN)又はワイドエリアネットワーク(WAN)のような分散形コンピュータ又は通信ネットワーク、グローバルネットワーク(例えばインターネット)又はイントラネット502のようなネットワーク500と通信する状態にすることができる。コンピュータネットワーク500は、有線又は無線接続によって、無線ベースの通信によって、電話ベースの通信によって、或いは他のネットワークベースの通信によって地理的遠隔場所からサーバーに接続された少なくとも1つのパーソナルコンピュータ412又はディスプレイ装置を含む。コンピュータ412又はディスプレイ装置はまた、他の同様のコンピュータ又はディスプレイ装置に直接接続することができる。コンピュータ412は、同様にインターネット502を介して他のコンピュータ412、ディスプレイ装置又はネットワークに順次に接続される。ネットワークのコンピュータ412、ディスプレイ装置及び他の電子媒体装置は、それらが、ネットワーク及びインターネット502を介してそれらの2つ又はそれ以上の間でコマンド又はアルゴリズムを送信し、受信し、記録し、記憶しまた処理することができるようにするコンピュータプログラムソフトウェアを実行して、ホログラフィックメモリ装置に記憶されたデータを読取るように構成することができる。コマンド又はアルゴリズムのこのような処理は、例えば種々のタイプの暗号化、解読、画像圧縮及び復元アルゴリズム、並びに他のタイプのフィルタ処理、コントラスト強調、画像鮮明化、雑音除去及び画像分類の相関を含む。
第1の、第2のなど、前方又は後方、右側又は左側、上部又は下部、上方又は下方、水平又は垂直というあらゆる言い方、或いは一つの対象、量又は変数の他に対する相対的な位置付けを示すあらゆる他の表現は、他の記載がない限り、説明の便宜のためのものであり、本発明又はその構成要素をいずれか1つの位置的、空間的又は時間的な位置付けに限定するものではない。添付図面における構成要素の全てのディメンションは、本発明の技術的範囲から逸脱することのなく、可能性のある設計及び実施形態の意図した使用に合わせて変えることができる。
本発明をその幾つかの実施形態に関して説明してきたが、本発明の技術的範囲から逸脱することなく、本発明の要素に様々な変更を加えることができまた本発明の要素を均等物で置き換えることができることは、当業者には明らかであろう。さらに、本発明の本質的な技術的範囲から逸脱することなく、特定の状況又は物的要素を本発明の教示に適応させるために、多くの修正を加えることができる。従って、本発明は、本発明を実施するために考えられる最良の形態として開示した特定の実施形態に限定されるものではなく、本発明は、特許請求の範囲の技術的範囲内に属する全ての実施形態を含むことになることを意図している。
複数のホログラフィック層及び位相選択層を有するホログラフィックメモリ装置の断面図。 複数のホログラフィック層及び偏光選択層を有するホログラフィックメモリ装置の断面図。 ホログラムを作るための光学的構成を示す図。 図1及び図2のホログラフィックメモリ装置のホログラフィック層内における2つの光ビームの干渉を示す第1の概略図。 図1及び図2のホログラフィックメモリ装置のホログラフィック層内における2つの光ビームの干渉を示す第2の概略図。 図1及び図2のホログラフィックメモリ装置のホログラフィック層内における2つの光ビームの干渉を示す第3の概略図。 ホログラフィックメモリ装置内のセクタアドレスを示す図。 図1及び図2のホログラフィックメモリ装置のホログラフィック層に記録されたデータを読取るための光学的/電子的構成を示す図。 それによってN次回折次数回折波面を発生する、図1及び図2のホログラフィックメモリ装置のホログラフィック層内における2つの光ビームの干渉を示す第1の概略図。 それによってN次回折次数回折波面を発生する、図1及び図2のホログラフィックメモリ装置のホログラフィック層内における2つの光ビームの干渉を示す第2の概略図。 図1及び図2のホログラフィックメモリ装置と通信する状態になったコンピュータ又は通信ネットワークの概略図。
符号の説明
100 ホログラフィックメモリ装置
102 基板
104 ホログラフィック記録媒体
106 メモリアドレスアクセス媒体
108 保護層
110、112 光ビーム
114 ホログラム

Claims (22)

  1. メモリ装置(100、200)に記憶されたデータ・セットを読取る方法であって、
    少なくとも前記データ・セットのセグメントを包含しかつ前記メモリ装置(100、200)内の離散的記憶位置と対応するアドレスとを有する第1の選択ホログラム(114、214)において、波長、光経路長さ及び偏光状態を特徴とする第1の光ビーム(110、210)と第2の光ビーム(112、212)とをそれらの間の規定角度で干渉させて、それによって相関パターン(128)と、前記データ・セットを含む、Nが整数であるN次回折次数波面(126)を発生させる段階と、
    前記ホログラム(114、214)から回折した前記相関パターン(128)と前記N次回折次数波面(126)を検知する段階と、
    相関ピークが生じた場合に前記選択ホログラム(114、214)に対応しかつ前記N次回折次数波面(126)に包含された前記データ・セットを読取る段階と、
    を含む方法。
  2. 前記N次回折次数波面(126)を、前記相関パターン(128)と関連付ける段階を含む、請求項1に記載の方法。
  3. 前記N次回折次数波面(126)と前記相関パターン(120)とを逆畳み込みすることにより、前記N次回折次数波面(126)に包含された前記データ・セットを読取る、請求項2に記載の方法。
  4. メモリ装置(100、200)に記憶されたデータ・セットを読取る方法であって、
    前記メモリ装置(100、200)内の離散的記憶位置と対応するアドレスとを有するホログラム(114、214)において、波長、光経路長さ及び偏光状態を特徴とする第1の光ビーム(110、210)と第2の光ビーム(112、212)とをそれらの間の規定角度で干渉させて、それによって干渉パターンを発生させる段階と、
    前記ホログラム(114、214)から回折した、相関ピーク信号と前記ホログラフ的に記憶されたデータとを含むNが整数であるN次回折次数波面(126)を検知する段階と、
    相関ピークが生じた場合に、前記N次回折次数波面(126)内の前記データ・セットを読取る段階と、
    を含む方法。
  5. 前記N次回折次数波面(126)内の前記ホログラフ的に記憶されたデータと前記相関ピーク信号とを関連付ける段階を含む、請求項4に記載の方法。
  6. 前記ホログラフ的に記憶されたデータと前記相関ピーク信号と逆畳み込みすることにより、前記N次回折次数波面(126)に包含された前記データ・セットを読取る、請求項5に記載の方法。
  7. 前記第1の光ビーム(110、210)及び第2の光ビーム(112、212)が、拡張光源又は広域スペクトル成分を有する光源から照射される、請求項1乃至6のいずれかに記載の方法。
  8. 前記第1の光ビーム(110、210)が第1の波長λ1を有し、また前記第2の光ビーム(112、212)が第2の波長λ2を有する、請求項1乃至7のいずれかに記載の方法。
  9. 一方の光ビームの光経路長さ又は波長を他方に対して変えることによって、第2の選択ホログラム(214)における前記N次回折次数波面(126)内のデータ・セットを読取る段階をさらに含む、請求項1乃至8のいずれかに記載の方法。
  10. 一方の光ビームの偏光状態を他方に対して変えることによって、第2の選択ホログラム(214)における前記N次回折次数波面(126)内のデータ・セットを読取る段階をさらに含む、請求項1乃至9のいずれかに記載の方法。
  11. 各々が対応するメモリアドレスによって識別される、離散的メモリ記憶位置にホログラフ的に記録されたデータ・セットを包含する複数の記録媒体(104、204)と、
    前記記録媒体(104、204)内の離散的メモリ記憶位置の選択位置において2つの光ビーム間での干渉パターンを生成し、それによってN次回折次数波面(126)を発生させるための手段と、
    前記選択離散的メモリ記憶位置から発する前記N次回折次数波面(126)を検知するための手段と、
    前記N次回折次数波面(126)から前記ホログラフ的に記憶されたデータを読取るための手段と、
    を含むホログラフィックメモリ装置(100、200)。
  12. 前記離散的メモリ記憶位置に記録された前記データにアクセス可能にするための、前記複数の記録媒体(104、204)間に交互配置された複数のメモリアドレスアクセス媒体(106、206)をさらに含む、請求項11記載のホログラフィックメモリ装置(100、200)。
  13. 前記複数の記録媒体(104、204)が、積層ホログラム(114、214)を含み、前記干渉パターンが、前記光ビームの移動方向に沿った前記記録媒体(104、204)の厚さよりも小さい寸法にわたって存在する、請求項11又は12に記載ホログラフィックメモリ装置(100)。
  14. 2つの光ビーム間に干渉パターンを生成するための前記手段が、拡張光源(302)又は広域スペクトル成分を有する光源を含む、請求項11乃至13のいずれかに記載のホログラフィックメモリ装置(100、200)。
  15. 2つの光ビーム間に干渉パターンを生成するための前記手段が、コヒーレント光源(302)を含む、請求項11乃至14のいずれかに記載のホログラフィックメモリ装置(100、200)。
  16. 前記2つの光ビーム(110、112、210、212)が、第1の波長λ1を有する第1の光ビーム(110、210)と、第2の波長λ2を有する第2の光ビーム(210、212)とを含む、請求項11乃至15のいずれかに記載のホログラフィックメモリ装置(100、200)。
  17. 前記2つの光ビーム(110、112、210、212)が、互いにクロス偏光される、請求項11乃至16のいずれかに記載のホログラフィックメモリ装置(100、200)。
  18. 前記第1の光ビーム又は前記第2の光ビームの光経路長さ又は波長を変えるための手段をさらに含む、請求項11乃至17のいずれかに記載のホログラフィックメモリ装置(100、200)。
  19. 前記複数のメモリアドレスアクセス媒体(106、206)が、前記2つの光ビーム(110、112、210、212)の位相を互いに変化させ、それによって非クロス偏光の光ビームを発生させる媒体を含む、請求項11乃至18のいずれかに記載のホログラフィックメモリ装置(100、200)。
  20. 前記N次回折次数波面(126)から前記ホログラフ的に記憶されたデータを読取るための前記手段が、ネットワーク装置を含む分散形コンピュータネットワーク(500)と通信する状態になっており、前記ネットワーク装置が、前記ネットワークを介して2つ又はそれ以上の該ネットワーク装置間で元の圧縮及び復元ホログラム又はデータ・セットを送信し、受信し、記録し、記憶し或いは処理することができるようにするプログラムソフトウェアを実行するように構成されている、請求項11乃至19のいずれかに記載のホログラフィックメモリ装置(100、200)。
  21. 前記選択離散的メモリ記憶位置から発する相関パターン(128)を検知するための手段と、
    相関ピークが生じた場合に、前記N次回折次数波面(126)と前記相関パターン(120)とを逆畳み込みする手段と、
    を含み、
    前記データを読取るための手段は、逆畳み込みされた前記N次回折次数波面(126)から前記ホログラフ的に記憶されたデータを読取る、請求項11乃至20のいずれかに記載のホログラフィックメモリ装置(100、200)。
  22. 前記選択離散的メモリ記憶位置から発する相関ピーク信号を検知するための手段と、
    相関ピークが生じた場合に、前記N次回折次数波面(126)と前記相関ピーク信号とを逆畳み込みする手段と、
    を含み、
    前記データを読取るための手段は、逆畳み込みされた前記N次回折次数波面(126)から前記ホログラフ的に記憶されたデータを読取る、請求項11乃至20のいずれかに記載のホログラフィックメモリ装置(100、200)。
JP2004557348A 2002-11-27 2003-11-25 多層ホログラフィックデータ記録方法 Expired - Fee Related JP4457016B2 (ja)

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