JP4889793B2 - ホログラフィックストレージ媒体に記録されたフーリエ・ホログラムの読み出し方法、及びホログラフィックストレージシステム - Google Patents

Description

本発明は、フーリエ・ホログラムを読み出すシステムに向けられ、特にホログラフィックストレージ媒体に記録されたフーリエ・ホログラムを読み出す方法、及びホログラフィックストレージシステムに向けられる。

ホログラフィックデータの保存は、データを搬送するデータ符号化信号ビーム（また物体波と呼ばれる）と、ホログラフィックストレージ媒体での参照ビームとの干渉縞を記録するという概念に基づく。一般的に、空間光変調器（ＳＬＭ）は物体波を生成するために用いられ、ホログラフィックストレージ媒体は、例えばフォトポリマーあるいは光屈折結晶、又は参照ビームの相対的な振幅、及び物体波と参照ビームとの間の位相差を記録するのに適している他のいずれかの材料であり得る。ホログラムがストレージ媒体に生成された後、ストレージ媒体へ参照ビームを投射することは、元のデータ符号化された物体波と相互に作用し物体波を再構成し、それは、ＣＣＤアレイ・カメラ又はその他同種のもののような検出器によって検出することができる。その再構成されたデータ符号化物体波は、一般には技術的にそれ自身、再構成ホログラムと呼ばれる。この用語によれば、ホログラムの再構成は、元のデータ符号化物体波の再構成を意味する。即ち、ホログラムを読み出すことは、再構成されたホログラム、特に再構成されたホログラムの画像を検出することを意味する。この用語は、本明細書に適用される。

ホログラムの書き込みは、物体波と参照ビームとの空間的な重なりにより大きく影響を受けるが、一方、ホログラムの読み出しは、ストレージ媒体に格納された再構成参照ビームとホログラムとの相対位置により強く影響される。参照ビーム及び物体波の両方がストレージ媒体の表面の比較的大きなスポットをカバーする場合、ホログラフィックストレージ媒体の読み出しは、比較的容易に達成可能である。ホログラムの中心と参照ビームの中心との間の変位の許容誤差は、ビーム直径のおよそ１０％であり、それは、通常、従来システムの機械的な限界内である。しかしながら、ホログラム・サイズを減少することは、媒体を読むとき、参照ビームとホログラムの位置合わせのより高い要求につながる。高精度な位置合わせは、また、例えば、格納されたホログラフィックデータの多重化及び／又は安全な暗号化の場合にも必要になりえる。

ホログラムを多重化する及び／又は暗号化する多くの既知の方法がある。このような方法は、実際の及び／又はフーリエ面の両方において物体波及び／又は参照ビームの位相符号化を含むことができる。参照ビームの位相符号化による位相符号多重化及び暗号化の方法及び装置は、ＷＯ ０２／０５２７０ Ａ１に開示されている。位相符号多重化及び暗号化を適用するとき、ホログラムの再構成の間の、参照ビームの中央とホログラムとの間の変位の許容誤差は、ビーム直径の１％まで落ちる場合がある。ビームとホログラムとの位置合わせのズレは、一般的に、システムの光学部品の位置合わせのズレに関係しており、それは機械的衝撃、温度変化などによるものである。それは、また、ホログラフィックの身分証明証のようなリムーバブルストレージ媒体を受け入れるように設計されたシステムの共通の問題である。

米国特許７，１１６，６２６ Ｂ１は、上に指摘した位置合わせズレの問題を克服するためのマイクロ位置決め方法を教示する。記述された方法の目的は、光源、レンズ、検出器、及びストレージ媒体のような各種の機器によりＳＬＭのようなシステムの様々な構成部品の正確な位置合わせを保証することにより、ホログラフィックストレージシステム、つまり変調された画像の質、の性能を増加させることである。位置合わせ技術は、ＳＬＭの各画素が検出器の単一の画素に投影され、より良いデータ回復効率に帰着するように、ＳＬＭ、格納されたホログラフィック画像、及び検出器の画素を整列する「画素マッチング」に焦点を合わせている。上記方法は、上記構成部品の全てあるいはいくつかを物理的に移動させることを含んでおり、また、サーボ機構は、検出された画像から生じた位置合わせズレに関するフィードバックに基づいて構成部品の位置決めを制御することを示唆している。

ＷＯ ０２／０５２７０ Ａ１ 米国特許第７，１１６，６２６号明細書

様々な例示的な方法は、検出された画像の位置合わせズレの決定に関して記述されている。一例において、位置合わせズレは、検出された画像に関する経路距離の計測に基づく。経路距離は、一般に画素の位置合わせズレを示すスカラー量であり、例えば平均の画素強度つまりＳＮＲである。経路距離は、位置合わせズレの量又は程度を示し、位置合わせズレの方向を示していない。従って、画素登録ミスを最小限にするために、システムの少なくとも一つの構成部品は、移動する必要があり、経路距離は、構成部品の新しい位置で再計算されなければならない。お互いに関して構成部品の最適位置を見つけるには多数のステップを必要とし、このことは時間を非常に消費する。別の例では、位置合わせズレは、検出された画像に関して、ページ距離の計測に基づく。ページ距離は、一般に、基準画素、つまりユーザーの符号化データ内にある、あるいはユーザーの符号化データの周りの境界領域にある画素ブロックのような既知の画素パターンあるいは登録マーク、を含む。既知の画素パターンは、ホログラフィックストレージシステムの様々な構成部品の位置合わせズレを決定するために検出かつ使用可能である。この解決策の欠点は、ホログラムが基準画素ブロックを設けなければならず、基準画素ブロックが大きすぎる場合には貴重なデータ領域を占領し、小さすぎる場合には画像内に置くことが困難であるということである。基準画素ブロックは、システムの点広がり関数（ＰＳＦ）の計算に役立ち、システムの構成部品を整列させることに関与する既知のサーボ方法により用いられる重要な情報である。しかしながら、システムのＰＳＦを必要としないサーボ方法を有することは望ましいであろう。

本発明は、基準画素ブロックを適用する必要性が無く、又は繰り返し構成部品の再配置をすることなく、ホログラフィックデータストレージシステムの構成部品の位置合わせズレを検出する単純な方法を提供することを目的とする。

この目的は、請求項１に記載の方法、及び請求項４に記載のホログラフィックストレージシステムによって達成される。

図１ａは、本発明による反射型のホログラフィックストレージシステムの例示的な実施態様の模式図である。 図１ｂは、本発明による透過型のホログラフィックストレージシステムの例示的な実施態様の模式図である。 図２は、空間光変調器によって生成された例示的な参照ビーム符号パターンを示す。 図３は、一つのＳＬＭ画素によって参照ビーム符号パターンの移動を図示する。 図４は、空間光変調器によって生成された別の例示的な参照ビーム符号パターンを示す。 図５は、スパース変調コーディングを用いた例示的なデータ・コード・ブロックを示す。 図６は、図５に図示したデータ・コード・ブロックの再構成されたデータ・コード・ブロックを示す。 図７は、ＳＬＭ画素変位に対してプロットされた例示的なＳＮＲ関数の図である。 図８は、例示的なサーボ関数の図である。 図９は、図８のサーボ関数がどのように得られるかを図示する図７におけるＳＮＲ関数の注釈付きの図である。

本発明の更なる細部は、添付の図及び例示的な実施形態から明白になる。
図１ａは、本発明によるホログラフィックストレージシステム１の第１の例示的な実施形態を示す模式図である。システム１は、参照ビーム３を提供する光源２を含む。光源２は、一般にレーザーとビーム拡大器から成る。好ましい実施形態において、光源２の後に、参照ビーム３を符号化する空間光変調器（ＳＬＭ）４がある。システム１は、さらに検出器５と、ホログラム７を有するホログラフィックストレージ媒体６を受け入れるための手段（図示せず）とを備える。検出器５は、ＣＣＤカメラ、ＣＭＯＳ、フォトダイオード・マトリックス、あるいは画素アレイに配列されたセンサ素子を含む他の既知の検出器であることができる。

ホログラム７は、画像面ホログラムよりもストレージ媒体の表面欠陥への感度が小さいため、フーリエ・ホログラムである。フーリエ・ホログラムの場合、参照ビーム３を位相符号化するために用いられるＳＬＭ４によって表示された位相符号・パターンが、ホログラム７を生成するとき、物体波のフーリエ変換上に画像化される。その良好な回折効率及び低い波長選択性のために、例えば薄い偏光ホログラムがホログラム７として使用可能である。適切なホログラフィックストレージ媒体は、例えばアゾベンゼン型の光異方性ポリマーである。

この実施形態は、反射モードにおいてホログラフィックストレージ媒体６の読み出し用に設計されている。即ち、参照ビーム３は、媒体６の後ろのミラー８から反射され、再構成された物体波９は、再構成されたホログラム７の画像を捕らえるための検出器５の結像面上に逆フーリエ変換される。反射されたビーム９及び参照ビーム３は、ビームスプリッター１０で互いに分離される。ビームスプリッター１０は、中立のビームスプリッターあるいは偏光ホログラムの場合には偏光ビームスプリッターであってもよく、又はＥＰ １４９２０９５Ａ２に開示されるように、中心層不連続性を有するビーム分割キューブのような他の任意のビーム分離素子であってもよい。

符号化された参照ビーム３は、ＳＬＭ４により生成され、画像システムによってホログラム７の面に画像化される。この画像システムは、当該技術分野で知られているように、ビームスプリッター１０前後に配置された第１及び第２のフーリエ・レンズ１１、１２を好ましくは備える。更に、開口１３が第１のフーリエ・レンズ１１とビームスプリッター１０との間に置くことができ、ビームの直径を制限することにより画像品質を改善し、かつ後述するようにＳＬＭ４の形状を制限するという更なる利点を提供する。

参照ビーム符号化は、位相符号化、振振幅符号化、偏光符号化、あるいは技術分野内で知られている他の任意の光変調符号化であることができる。好ましい実施形態において、参照ビーム符号化は、振幅符号化で存在する情報損失を回避するため位相符号化である。位相符号は、例えば暗号化されたホログラム７を読むためのセキュリティーの鍵あるいは多重ホログラム７を読むための鍵になりえる。しかしながら、本発明は、また暗号化又は多重化以外の応用にも関するものである。また、機械的隙間が排除できず、これにより挿入されたストレージ媒体６の位置のある不確実性を導き、よって、参照ビーム３及びストレージ媒体６が互いに対して繰り返し再配置する必要があり、特にストレージ媒体６がしばしば除去され、あるいは複数のストレージ媒体６がシステム１により読み出されるような全ての場合にも適用可能である。

参照ビーム位相符号化に加えて、ＳＬＭ４は、円形の参照ビーム３を位置決めするのを容易にする開口を使用することもできる。これは、複数のホログラム７が互いに近づいてストレージ媒体６に書かれている場合に、ホログラム再構成でのホログラム間のクロストークを減じるのに有用である。

参照ビーム符号化が適用されない場合、ＳＬＭ４は、完全に省略することができる、あるいは、円形の参照ビーム３の位置決めを容易にする開口として使用可能である。

図１ｂは、本発明によるホログラフィックストレージシステム１の別の好ましい実施形態を図示し、これは、ホログラフィックのストレージ媒体６の読み出し及び書き込みの両方に適合している。この実施形態では、ストレージ媒体６は透過モードにて読まれる。従って、検出器５は、第３のフーリエ・レンズ１１１によって検出器５の結像面上に逆フーリエ変換された、再構成された物体波９を検出するストレージ媒体６の反対側に配置される。この場合、ビームスプリッター１０は、システム１がストレージ媒体６にホログラム７を記録するために用いられるとき、物体波ＳＬＭ４’から来る参照ビーム３及び物体波３’を結合するのに使用される。物体波３’は、別の光源（図示せず）によって提供可能であり、あるいは、参照ビーム３を提供する同じ光源２は、当該技術分野で知られているように両方のビームに３’、３を提供するために用いることができる。

検出器５は、サーボ制御ユニット１４に接続され、それは、参照ビーム３とストレージ媒体６とを互いに相対的に位置決めするのに関与する。サーボ制御ユニット１４は、検出器５によって検出された画像を分析し、後述するようにサーボ信号を計算する。第１の実施形態において、参照ビーム３とストレージ媒体６との相対位置は、ＳＬＭ４の別位置で参照ビーム符号パターンを表示することにより変更することができる。サーボ信号は、ＳＬＭ４によって表示された符号パターンの位置を制御するために用いられる。サーボ制御ユニット１４は、例えばコンピューター、又はデジタル・シグナル・プロセッサー（ＤＳＰ）あるいはＳＬＭ４を操作するフィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）を含む内蔵システムでありえる。

図２は、ＳＬＭ４に表示された参照ビーム符号パターン１５を図示する。参照ビーム符号パターン１５は、好ましくは位相符号パターンである。この実施形態で見ることができるように、各参照ビーム符号画素１６は、５×５のＳＬＭ画素１７から構成される。単一の符号画素１６を表示するために用いられるＳＬＭ画素１７の数は、応用例に応じて変更可能である。複数のＳＬＭ画素１７から成る符号画素１６を用いることは、符号パターン１５をシフトする単純な方法を可能にする。例えば、１つのＳＬＭ画素１７による符号パターン１５を右へシフトすることは、図３に明示するように、ＳＬＭ画素１７の一つの行によってシフトされる。新しい符号画素１６ｂは、もとの符号画素１６ａと重なる５×４のＳＬＭ画素１７と、もとの符号画素１６ａから右への１×４のＳＬＭ画素１７とからなる５×５のＳＬＭ画素１７の新しいブロックによって表示される。符号パターン１５は、ＳＬＭ画素１７の行又は列と平行でない方向を含み、上述の概念に従いいずれの方向にもシフトすることができる。

特定の参照ビーム符号パターン１５を有するホログラム７は、ホログラム７を記録するために用いられるものと同一か、非常に類似している参照ビーム符号パターン１５により再構成することができ、よって、参照ビーム３の符号化は、暗号化あるいは多重化セキュリティを可能にする。参照ビーム符号パターン１５は、例えば２^１００のコードの組み合わせを可能にする１０×１０の符号画素１６のサイズを有することができる。しかしながら、暗号化及び多重化のセキュリティの目的で、ホログラム７は、ホログラム７を記録するために用いられたもの以外の参照ビーム符号パターンにより読み出し可能にすべきではない。従って、十分に異なる符号パターン１５の１セットのみが可能な符号パターンのうちから用いられるべきであり、それは実際上依然として非常に大きい数であり、例えば約２^２５のコードの組み合わせが使用可能である。別個の符号パターン１５を生成する方法は、ＷＯ ０２／０５２７０に開示されている。

開口１３を用いることは、ＳＬＭ４の分解能を限定することにさらなる利益を有し、その結果、個々のＳＬＭ画素１７は、検出器５により検出された画像上で識別可能ではなく、一方、符号画素１６の符号化効果は依然として知覚可能である。ＳＬＭ４の端近くのケラレの影響を避けるため、開口１３は、フーリエ空間における高周波成分をフィルターにかけるために、ＳＬＭ４（あるいはその近い付近）のフーリエ面に配列され、それにより、生じた画像をぼけさせる。

円形ビームの位置決めを容易に生成する開口としてＳＬＭ４が用いられる応用例において、参照ビーム符号パターン１５は、図４で示されるような不透明な外側縁部１９を有する単純な光透過内側円１８になりえる。これは、例えば振幅変調器としてＳＬＭ４を用いて、透過円１８内の光の振幅を維持しながら縁部１９の振幅を減少させることにより達成することができ、それにより円形の参照ビーム３の位置決めを容易に生成する。円形の参照ビーム３は、ＳＬＭ４の別の場所で光透過内側円１８を生成するように、個々のＳＬＭ画素１７の振幅変調を変更することにより容易に位置決めすることができる。

振幅変調モードを実現する既知の方法は、ＳＬＭ４の前に偏光子を、ＳＬＭ４の後にアナライザーを設けることである。内側円１８内に収まる参照ビーム３の偏光は、ＳＬＭ４により不変とすることができ、一方、外側縁部１９内で９０度、回転することができる。不変の偏光のみがアナライザーを通過し、円形の参照ビーム３の位置決めを容易に生成する。

円形の参照ビーム３の位置決めの容易さは、参照ビーム３の光学通路に沿って配置された、同一のあるいはさらなる参照ビーム符号化ＳＬＭ４を使用して、さらに位相符号化と一緒に提供されることが可能である。同じＳＬＭは、同時の位相及び振幅変調、例えば特別のＳＬＭの三重変調（ternary modulation）モードにおいて使用可能である。位相及び振幅変調を分離するために２つのＳＬＭを用いることは、お互い上に２つのＳＬＭを画像化するために追加の光学素子を必要とする。

第２実施形態において、サーボ制御ユニット１４は、システム１の一若しくは複数の構成部品（ストレージ媒体６、ＳＬＭ４、及び光源２のそれぞれ）を互いに関して機械的に移動するための移動手段２０、２１、２２（図１ａ）に作用する。移動手段２０、２１、２２は、マイクロアクチュエータ、あるいはシステム１の構成部品を物理的に移動するための他の装置を含むことができる。上述の実施形態に類似して、サーボ制御ユニット１４は、検出器５によって検出された画像を分析し、サーボ信号を計算する。これは、ストレージ媒体６、ＳＬＭ４、及び光源２をそれぞれ移動して配置する移動手段２０、２１、２２を制御するのに使用される。３つの移動手段２０、２１、２２の全てを設けることができ、あるいはそれらのいくつかのみを設けることが可能である。また、ストレージ媒体６に対する入射参照ビーム３の位置に影響を及ぼす更なる光学的あるいは機械的素子を設けることも可能である。これらもまたサーボ制御ユニット１４によって制御することができる。更に、第１と第２の実施形態を組み合わせることも可能である。

ホログラム７は、多重ホログラムの場合には１データ・ページあるいはより多くのデータ・ページを含むことができる。これらのデータ・ページは、好ましくは複数のデータ・コード・ブロック２４からなる。例示的なデータ・コード・ブロック２４が図５に示されている。データ・コード・ブロック２４は、４×４のデータ・符号画素２５からなり、それらのそれぞれは２値変数（「オン」又は「オフ」）を表わす。２^１６の可能なパターンがあるが、それらのごく少量のみがホログラム７に蓄えられる情報ユニット（例えば文字、数、シンボルなど）の符号化のために用いられる。通常、情報を符号化するために数百の異なるデータ・コード・ブロック２４を用いることで十分である。例えば、１セットの２５６データ・コード・ブロック２４は、ＡＳＣＩＩコード表のシンボルを符号化するために用いることができる。

データ・コード・ブロック２４は、例えば、一定重み変調符号化（「オン」及び「オフ」のデータ符号画素２５の比が約１：１である）、あるいはスパース変調コーディング（図５に図示するように、「オン」データ符号画素２５の実質的に低い比率、つまり３つの「オン」データ符号画素２５と１３の「オフ」データ符号画素２５）を用いて生成可能である。データ・コード・ブロック２４のセットは、好ましくはスパース変調コーディングにより生成され、セットのデータ・コード・ブロック２４は、できるだけ互いから異なるように選択される。そのようなデータ・コード・ブロック２４のセットを生成する方法は、当該技術分野において知られている。例えば、参照テーブルを用いて変調符号により生成したデータ・コード・ブロックを用いたデータ符号化及び復号化は、Ａ．Ｓｕｔｏ等により記述されている（“Optimisation of data density in Fourier holographic system using spatial light filtering and sparse modulation coding”, Optik, International Journal for Light and Electron Optics, １１５巻、１２、５４１−５４６ページ、２００４年）。

ホログラム７を読み出すとき、サーボ制御ユニット１４は、どの特定データ・コード・ブロック２４が読まれるべきかを決定するために、ホログラム７が有するデータ・ページを書くために用いられるデータ・コード・ブロック２４のセットの要素により、検出器によって検出された、再構成されたデータ・コード・ブロック２６（図６に図示された）のうちのいくつかあるいはすべてを比較する。参照ビーム３及びストレージ媒体６の相対位置、及び参照ビーム符号化（もしあれば）が、ホログラム７が記録されたときのと同じであれば、それぞれの再構成されたコード・ブロック２６は、データ・コード・ブロック２４のセットの一つの要素のみに一致する。しかしながら、参照ビーム３及びストレージ媒体６が正しく整列されていない、あるいは読み取り参照ビーム３の符号化が記録参照ビーム３の符号化と異なる場合には、データ・ページの再構成されたデータ・コード・ブロック２６は、データ・コード・ブロック２６のセットの要素のどれとも正確には一致しないが、それらの複数に似ることができる。

サーボ制御ユニット１４は、参照ビーム３とストレージ媒体６との所定の相対位置で検出器５により検出された画像の特性値を計算する。特性値は、参照ビーム３とストレージ媒体６との位置合わせズレを示す画像の適切な数値化された特性になりえる。

好ましい実施形態において、特性値は、多くの再構成されたデータ・コード・ブロック２６の信号対雑音比（ＳＮＲ）である。

ここで、Ｅは、期待値関数であり、ＳＮＲ_{ｂｌｏｃｋ}は、再構成されたデータ・コード・ブロック２６の信号対雑音比を表わす。

ＳＮＲ_{ｂｌｏｃｋ}は、全ての再構成されたデータ・コード・ブロック２６、あるいは幾らかの再構成されたデータ・コード・ブロック２６の計算をすることができる。およそ２０００のデータ・コード・ブロック２４から成るデータ・ページの場合、上記ＳＮＲ値を計算するために、例えば、少なくとも１００、好ましくは少なくとも３００、さらにより好ましくは、少なくとも６００の再構成されたデータ・コード・ブロック２６を選択することができる。検査された、再構成されたデータ・コード・ブロック２６は、検出された画像中で同じ領域から取ることができ、あるいは、当業者には明白であろうように、データ・ページの重要な領域を表わすように選択することができる。

再構成されたデータ・コード・ブロック２６の信号対雑音比は、種々の方法で計算することができる。ＳＮＲ_{ｂｌｏｃｋ}を得る好ましい方法は、再構成されたデータ・コード・ブロック２６とデータ・コード・ブロック２４のセットのすべての可能な要素との間の最大及び平均相関値の比率を計算することである。

ここで、ｍａｘ（．）は、余分な指数を取った独立変数の最大を表わし、ａｖｅｒａｇｅ（．）は、余分な指数を取った独立変数の平均を表わし、＊記号はスカラー積を表わし、ｂ_ｊは、再構成されたデータ・コード・ブロック２６のｊ番目の構成部品を表わし、これは一般的にはｎ×ｍ次元ベクトルで、データ・コード・ブロック２４が４×４画素アレイである場合の上述の特別なケースにおける１６次元ベクトルであり、また、ｖ^ｉ _ｊは、データ・コード・ブロック２４のセットのｉ番目のデータ・コード・ブロック２４のｊ番目の構成部品を表わし、これは、ｂ_ｊと同様に、この特別なケースにおける１６次元ベクトルである。

例えば、図５に示されるデータ・コード・ブロック２４を表わすｉ番目のｖ^ｉベクトルは、［００００１０１００００００１００］であり、その５番目の構成部品は、ｖ^ｉ _５＝１である。

別の例において、ＳＮＲ_{ｂｌｏｃｋ}は、再構成されたデータ・コード・ブロック２６とデータ・コード・ブロック２４のセットのすべての可能なデータ・コード・ブロック２４との間の２番目に高い相関値と最大値との間の差として計算される。

ここで、ｍａｘ_２（．）は、指数ｉを取った独立変数の２番目に高い最大値を表わし、ｍａｘ（．）関数の最大を与えるために見つけられたｋ指数を省略することにより得られる。

ＳＮＲ及びＳＮＲ_{ｂｌｏｃｋ}を計算するための他の多くの可能性は、当業者に明らかなように手近にある。

参照ビーム３とストレージ媒体６との所定の相対位置に関して、一旦、ＳＮＲ値が得られたならば、サーボ制御ユニット１４は、参照ビーム３及びストレージ媒体６の互いに関し、このＳＮＲ値が参照ビーム３及びストレージ媒体６の整列状態あるいは位置合わせされていない状態かを決定し、位置合わせされていない状態の場合には、サーボ制御ユニット１４は、参照ビーム３及びストレージ媒体６の整列された、満足な画質を与える相対位置を決定する。一旦、整列した相対位置が決定されれば、サーボ制御ユニット１４は、上述したように構成部品のすべてあるいは一部を物理的に及び/又は光学的に移動することにより、参照ビーム３及びストレージ媒体の相対位置を整列した相対位置にセットするために、システム１の構成部品のすべてあるいは一部分に作用するサーボ信号を生成する。一旦、参照ビーム３及びストレージ媒体６がそれらの整列した相対位置に存在すれば、満足な画質を有する画像は、更なる使用のため検出され、あるいは捕らえることができる。

整列状態と位置合わせされていない状態との間を識別するため、並びに位置合わせされていない程度を決定するために、システム１は、特定のアプリケーションに関して予め調整される。該調整は、参照ビーム３及びストレージ媒体６に記録されたキャリブレーション・ホログラムを用いて実行することができ、それにより、キャリブレーション・ホログラムを有するストレージ媒体６は、ホログラム７を有するストレージ媒体６があとで読まれることになっているのと同じ場所へ差し込まれる。好ましくは、参照ビーム３は、ホログラム７を記録するために使用される参照ビーム符号パターン１５のセットの代表である一般的な参照ビーム符号パターン１５にて符号化され、及び、好ましくは、キャリブレーション・ホログラムは、ホログラム７上の情報を符号化するのに使用されるデータ・コード・ブロック２４のセットの要素の代表であるデータ・ページにて符号化された物体波３’を使用して記録されたホログラムである。ある応用例において、読まれるべきストレージ媒体６のセットの一つは、キャリブレーション・ホログラムを提供するために用いることができ、あるいは、各ストレージ媒体６は、将来、ストレージ媒体６のより速い読み出しを容易にするためとともに、キャリブレーション目的のために用いられる。このことは、例えば図１ｂに図示されたシステム１と同じシステムがホログラム７の書き込み及び読み出しの両方に使用されるときに、特に有利である。この場合、キャリブレーションは、ホログラム７を書いた後に、及びシステム１から最初にそれを取り除く前に行なうことができる。

更に、少数の参照ビーム符号パターン１５のみが用いられる応用例において、キャリブレーションは、すべての適用可能性のある参照ビーム符号パターン１５に関して行なうことができる。これは、少数のデータ・ページのみが同じホログラムに蓄えられるところの多重化ホログラムに関する場合で可能である。同様に、少数のデータ・ページのみが可能である応用例において、キャリブレーションは、これらのデータ・ページを有するすべての可能なキャリブレーション・ホログラムに関して実行することができる。

システム１により再構成される一若しくは複数のホログラム７に、一若しくは複数のキャリブレーション・ホログラムが一致可能であることが理解される。

キャリブレーションの第１ステップにおいて、特有の関数は、参照ビーム３及びキャリブレーション・ホログラムの多数の相対位置に対して計算された多数の特性値をプロットすることにより得られる。キャリブレーション値は、後に読み出されるときに、参照ビーム３及びストレージ媒体６の位置合わせズレを確認するために計算されるであろう方法と同じ若しくは実質的に同じ方法にて計算される。

上述の好ましい実施形態において、特性値は、再構成されたデータ・コード・ブロック２６の全てあるいはある数のＳＮＲ_{ｂｌｏｃｋ}から計算されたＳＮＲである。参照ビーム３とホログラム／キャリブレーション・ホログラムとの相対位置がＳＬＭ２により表示される参照ビーム符号パターンを光学的にシフトすることにより設定されるという実施形態を取ることで、異なった相対位置で得られたＳＮＲ値は、ＳＬＭ画素１６において測定された符号パターン１５の変位に対してプロットすることができる。図７は、ＳＬＭ画素変位に対してプロットされた例示的なＳＮＲ関数を示す。ＳＮＲ関数は、一般的に個々のＳＮＲ_{ｂｌｏｃｋ}値及び使用される再構成されたデータ・コード・ブロック２６の正確な数を計算する正確な方法に関わらず実質的に対称的なガウス曲線であり、提供されたこの数は、データ・ページのデータ・コード・ブロック２４に関する代表的な例を与えるのに十分に高い。図７で示されたＳＮＲ関数は、すべての再構成されたデータ・コード・ブロック２６に関して式（２）を用いて得られた。

座標の原点は、最大ＳＮＲ値に対応するように設定可能であるが、これは相対位置として強制されたものではなく、相対位置における変化がオフセットを用いて記述することもできるということに注意すべきである。

図７にプロットされたＳＮＲ関数は、１次元の位置決め問題に関する。例えば、ストレージ媒体６は、クレジットカード又は身分証明証に組み込むことができ、どのホログラフィックストレージシステム１に、いつ挿入されたかは、２つの垂直の軸の方向に沿ってしっかりと保持され、一方、それは、挿入のラインに対応する第３の垂直軸の線に沿って変位することができる。この場合、ストレージ媒体６と参照ビーム３との相対位置は、第３軸のみに沿って変化可能であり、１次元の位置決め問題を導く。挿入されたストレージ媒体６の位置が第１及び第２の軸に沿っても変化可能な場合、位置決めは、２次元及び３次元のそれぞれにおいて行われる必要がある。複数の軸に沿った参照ビーム３に対するストレージ媒体６の位置決めは、各軸に沿って整列した相対位置を後で見つけるために、すべての線に沿ってストレージ媒体６と参照ビーム３との相対位置を後に変更することにより実行可能である。ストレージ媒体６と参照ビーム３との相対位置は、ＳＬＭ４の参照ビーム符号パターン１５をシフトすることにより２つの軸のみに沿って変更することができる。３次元の位置決めに関し、符号パターン１５のシフトは、光学的軸に沿ったストレージ媒体の物理的移動と結合することができ、又はシステム１の焦点を変えることにより結合することができる。あるいは、２又は３の可変のＳＮＲ関数を得ることができる。１次元の位置決めのみが、さらに詳しく述べられ、２次元及び３次元のケースは１次元の位置決めの単なる延長である。

ＳＮＲ関数を得た後に、キャリブレーションの第２の工程は、そこからサーボ関数を導き出すことである。それはまたサーボ制御ユニット１４によって行なわれる。

好ましいサーボ関数は、参照ビーム３の２つの相対位置ｘ１、ｘ２でのＳＮＲ値の対、及びストレージ媒体６に格納されたキャリブレーション・ホログラムをとることにより得られる。相対位置ｘ１及びｘ２は、相対位置ｘ１及びｘ２における参照ビーム３及びキャリブレーション・ホログラムの距離間の差がｄであるようなものである。例えば、参照ビーム符号パターン１５をシフトすることにより位置決めが実行される場合、相対位置ｘ１及びｘ２はＳＬＭ４上の符号パターン１５の２つの位置に対応し、ｄは２つの位置間の距離（好ましくはＳＬＭ画素１７の数において測定した）である。そして、より小さなＳＮＲ値は、高い方のもので割られる。よって、各相対位置の対の結果は、０と１との間になる。結果は、原点に対する相対位置ｘ１とｘ２との間の中間点の変位ｓに対してプロットされる。上述の例において、変位ｓは、第１及び第２の符号パターン位置（つまり相対位置ｘ１及びｘ２）間の半分の符号パターン位置になるであろう。

サーボ関数は図８に図示され、また、図９は、それがどのように得られるかを図示する。単純化のため、参照ビーム７とキャリブレーション・ホログラム（つまり原点）との相対位置がゼロの位置は、最大ＳＮＲに対応する整列状態と一致すると仮定される。しかしながら、当業者に明白であろうように、サーボ関数は、オフセットによっても計算することができる。

図８及び図９に図示された例において、ＳＮＲ関数は、横座標に中心があるガウス分布であり、一方、サーボ関数は、ｓ＝０変位でその最大値１（ＳＮＲ（ｘ１）＝ＳＮＲ（ｘ２）に対応する）を有する減少関数である。

サーボ関数は可逆であるという唯一の条件の多数の異なる方法にてサーボ関数が構築可能であることは注目すべきである。本発明の内容において、可逆なサーボ関数は、いずれかの関数値からの変位ｓの大きさ及び方向（つまり算術符号）を導き出すことを可能にする関数である。例えば、可逆なサーボ関数は、第１の相対位置ｘ１と第２の相対位置ｘ２との間のＳＮＲ関数を統合し、参照ビーム３とキャリブレーション・ホログラムとの間の距離の差が２つの相対位置ｘ１及びｘ２に関してｄであり、得られたサーボ値をｘ１（ｓの代わりに）に対してプロットすることにより、得ることができる。

ストレージ媒体６に格納されたホログラム７を読み出す目的のためにストレージ媒体６に対する参照ビーム３の位置決めは、上で説明した好ましいサーボ関数を使用した場合、以下のように実行される。

ＳＮＲ値は、参照ビーム３及びストレージ媒体６の第１の相対位置ｘ１でサーボ制御ユニット１４によって計算される。そして、第２の相対位置ｘ２は、参照ビーム３とストレージ媒体６との間に設定され、第１及び第２の相対位置ｘ１及びｘ２は、上述で導入されるような差ｄを定義する。従って、第２のＳＮＲ値は、第２の相対位置ｘ２で計算される。より小さなＳＮＲ値は、より高いＳＮＲ値で割られる。従って、結果は、最も高いＳＮＲ値、つまり参照ビーム３とストレージ媒体６とが整列した位置、を与える整列した相対位置を決定するために用いられる。参照ビーム３及びホログラム７を位置決めするとき、図９における点線の横座標が予期される原点、つまり予期された整列した相対位置（２つの相対位置ｘ１及びｘ２の中間点であるように予期された整列した相対位置を考える）であろう。予期された整列した相対位置が実際の整列した相対位置に対応する場合、上で説明したようにＳＮＲ（ｘ１）＝ＳＮＲ（ｘ２）となる。もし、予期された整列した相対位置と実際のものとの間に変位ｓがあるならば、２つのＳＮＲ値の商は１と異なる。変位ｓは、図８に示されるように、ＳＮＲ（ｘ１）／ＳＮＲ（ｘ２）でサーボ関数の逆数をとることにより、あらかじめ記録されたサーボ関数から得ることができる。２つのＳＮＲ値のどちらが除数として用いられたかを考えることで、変位ｓの算術符号も容易に決定することができる。そして、参照ビーム３とストレージ媒体６との相対位置は、得られた変位ｓを用いることにより、整列した相対位置に対応するように設定される。

特に、上述の位置決めは、以下の工程を行なうことにより実行することができる。
１）第１の相対位置ｘ１に対応するＳＬＭ４の参照ビームパターン１４の第１位置でのＳＮＲ値を計算すること、
２）第２の相対位置ｘ２を得るために、ＳＬＭ４のＳＬＭ画素１７のｄの数値によって符号パターン１４をシフトすること、
３）第２の相対位置ｘ２でＳＮＲ値を計算すること、
４）より小さなＳＮＲ値（ＳＮＲ（ｘ１））を、より高いＳＮＲ値（ＳＮＲ（ｘ２））で割ること、
５）サーボ関数値ＳＮＲ（ｘ１）／ＳＮＲ（ｘ２）から変位ｓを導き出すこと、
６）整列した相対位置を得るため、下記のものにより符号パターン１４をシフトすること：
・ＳＮＲ（ｘ１）＜ＳＮＲ（ｘ２）の場合、ＳＬＭ画素１７の（ｄ／２＋ｓ）数値は第１の相対位置ｘ１から出発する、
・ＳＮＲ（ｘ１）＞ＳＮＲ（ｘ２）の場合、ＳＬＭ画素１７の（ｄ／２−ｓ）数値は第１の相対位置ｘ１から出発する
７）整列した相対位置でホログラム７を読むこと。

位置決めの精度を改善するために、上述の工程は、互いからＳＬＭ画素１７のｄ数値で表示された符号パターン１４に対応する第１及び第２の相対位置の他の対に関して繰り返すことができ、また、平均は、各対に関して得られた、整列した相対位置から計算することができる。それにより、ありえるエラーを排除することができる。

上述の実施形態は、単に実施例を図示したものであり、発明を制限するように考えられるべきではない。様々な変更は、添付の請求範囲によって決定される保護の範囲から逸脱せずに、当業者に明白になるであろう。

Claims (4)

1. ホログラフィックストレージ媒体に記録されたフーリエ・ホログラムをホログラフィックストレージシステムにより読み出す方法であって、該方法は、
   ａ．参照ビームとストレージ媒体との少なくとも２つの相対位置において、再構成されたフーリエ・ホログラムの検出された画像から特性値を計算し、ここで、それぞれの特性値は、それぞれの相対位置での参照ビームとストレージ媒体との位置合わせズレを示しており、位置合わせズレを示す画像の適切な数値化された特性であり、
   ｂ．測定された特性値からサーボ値を計算し、
   ｃ．計算されたサーボ値を用いて、予め決定されたサーボ関数によって参照ビーム及びストレージ媒体の整列した相対位置を決定し、ここで、上記サーボ関数は、キャリブレーション・ホログラムの特性値を用いてキャリブレーション手順によって生成される、
   ｄ．参照ビーム及び上記ストレージ媒体の相対位置を整列した相対位置へ設定し、
   ｅ．整列した相対位置で画像を検出する、
   工程を備える、読み出し方法。
2. 上記予め決定されたサーボ関数は、キャリブレーション手順により生成され、該キャリブレーション手順は下記の工程を備える、
   −互いに関して参照ビームとキャリブレーション・ホログラムとの相対位置を変更することにより特有の関数を得て、ここで上記キャリブレーション・ホログラムは、フーリエ・ホログラムであり、また、それぞれの相対位置での参照ビームとキャリブレーション・ホログラムとの位置合わせズレを示す各相対位置での再構成されたキャリブレーション・ホログラムの検出された画像の特性値を計算し、
   −予め決定されたサーボ関数として用いられるように上記特有の関数から可逆なサーボ関数を計算する、
   請求項１に記載の方法。
3. 上記フーリエ・ホログラムは、複数のデータ・コード・ブロックを備え、各データ・コード・ブロックは、データ・コード・ブロックのセットの一つである、請求項１又は２に記載の方法。
4. データ・コード・ブロックの上記セットの各データ・コード・ブロックは、独特のパターンを有するｎ×ｍ、好ましくはｎ×ｎ、さらに好ましくは４×４の画素アレイである、請求項３に記載の方法。

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