JP5190980B2 - コモンパス干渉計に基づくホログラフィック・ストレージ・システム - Google Patents

Description

本発明は、ホログラフィック・ストレージ・システムに関し、より具体的には、位相空間光変調器（ｐｈａｓｅ ｓｐａｔｉａｌ ｌｉｇｈｔ ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）を用いたホログラフィック・ストレージ・システムに関する。

ホログラフィック・データ・ストレージにおいて、ディジタル・データは、２つのコヒーレント・レーザ光の重畳によって作成される干渉パターンを記録することによって格納される。一方の光、いわゆる「物体光（ｏｂｊｅｃｔ ｂｅａｍ）」は、空間光変調器によって変調され、記録される情報を搬送する。第２の光は、参照光（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｂｅａｍ）として機能する。干渉パターンにより、ストレージ材料の特定の特性が変更される。この特性の変更は、干渉パターンのローカル強度に依存する。記録されたホログラムの読み出しは、記録の際と同様の条件を用いて参照光をホログラムに照射することによって行われる。これにより、記録された物体光が再構築される。

ホログラフィック・データ・ストレージの１つの利点は、データ容量の増加である。従来の光学ストレージ媒体とは異なり、単に数少ないレイヤーでなく、ホログラフィック・ストレージ媒体のボリュームが情報の保存に使用されることである。ホログラフィック・データ・ストレージの別の利点は、例えば、２つの光の間の角度の変更や、シフト多重化の使用などにより、同一のボリュームに複数のデータを格納することができることにある。さらに、単一のビットを格納する代わりに、データはデータ頁（ｄａｔａ ｐａｇｅｓ）として格納される。通常、データ頁は、明暗パターンのマトリックス、即ち、複数のビットを符号化する、２次元的な二値配列（アレイ）またはグレイ値の配列（アレイ）からなる。これにより、記録密度の向上に加え、データ・レートの向上が達成される。データ頁は、空間光変調器（ＳＬＭ：ｓｐａｔｉａｌ ｌｉｇｈｔ ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）によって物体光上にインプリントされ、検出器アレイによって検出される。ＳＬＭの分かり易い例は振幅ＳＬＭであり、この振幅ＳＬＭでは、値「０」のピクセルは光をブロックし、値「１」のピクセルは光を透過、または反射させる。簡潔に言えば、これは、振幅ＳＬＭがブラックとホワイトのピクセルを有することを意味する。ブラックのピクセルとホワイトのピクセルが存在する可能性が同じであると仮定すると、物体光のパワーの約５０％がブロックされる。ブロックされた光は、浪費され、書き込みデータ・レートを減少させる。さらに、ホログラフィック・ストレージの分野ではよくあることであるが、低ホワイト・レート・コードが適用される場合には、物体光の光損失が５０％を超えることもある。例えば、２０％のホワイト・レート・コードを使用すると、光損失は、約８０％になる。

上述した問題は、物体光に情報をインプリントする位相ＳＬＭを用いて克服することができる。この場合、ピクセルの位相シフト「０」および「π」は、入力データの情報ビット「０」および「１」（またはその逆）にそれぞれ対応する。位相シフト「π」は、λ／２の光路差に対応する。λは、物体および参照光の波長である。勿論、さらに、中間的な位相シフトを適用することも可能である。光がブロックされないため、位相ＳＬＭを使用して物体光に情報をインプリントする際に光損失は生じない。しかしながら、検出器アレイは、光強度を検出するのみであるため、再構築された物体光の位相分布は、光が光検出器アレイに衝突する前に強度分布に変換されなければならない。

国際公開第０４／１１２０４５号は、位相差（コントラスト）フィルタ（ｐｈａｓｅ ｃｏｎｔｒａｓｔ ｆｉｌｔｅｒ）が読み出し光路に配置されて位相変調を振幅変調に変換し、これがアレイ検出器によって検出されるホログラフィック・ストレージ・システムを開示している。

国際公開第０２／４９０１８号および国際公開第０２／０３１４５号においては、物体光上に情報をインプリントするために位相ＳＬＭが提供される。再構築された位相分布を強度分布に変換するために、反射した参照光と読み出された光との干渉が使用される。検出器面上で、ホログラフィック・ストレージ媒体の表面から反射された参照光は、一定の位相を有する平面波であり、読み出された光は、二値位相変調された光である。これらの２つの光の干渉は、二値強度分布である。この解決法には、干渉する光が同様の振幅を有することを必要とする。振幅が大幅に異なる場合には、干渉パターンの強度分布の視認性は非常に低い。多重化の場合には、しかしながら、読み出された光の回折効率は、１０^−４〜１０^−６、即ち、干渉する光の強度差は、４〜６桁の範囲にある。これは、この解決法が、高度に多重化されたホログラムを使用したホログラフィック・ストレージ・システムには適用されないことを意味する。なぜならば、視認性およびＳＮ比が非常に低いからである。
国際公開第０４／１１２０４５号

本発明の目的は、上述した欠点を克服する、位相ＳＬＭを用いたホログラフィック・ストレージ・システムを提案することにある。

本発明によれば、この目的は、２次元位相データ・パターンを物体光上にインプリントするための位相ＳＬＭを有するホログラフィック・ストレージ・システムであって、物体光の位相データ・パターンを強度データ・パターンに変換するコモンパス干渉計を含むホログラフィック・ストレージ・システムによって達成される。

同様に、ホログラフィック・データ・ストレージのための方法は、
位相ＳＬＭを用いて物体光上に２次元位相データ・パターンをインプリントするステップと、
コモンパス干渉計を用いて位相データ・パターンを強度データ・パターンに変換するステップとを含む。

本発明によれば、位相差顕微鏡法のために発展した位相差法がホログラフィック・ストレージ・システムに適用される。強度分布内に位相ＳＬＭによって物体光にインプリントされる位相分布を強度分布に変換するために、単純な光学構成が記録する物体光のパスに配置される。この光学構成は、コモンパス干渉計を構成する。本発明の解決法は、振幅ＳＬＭを用いたホログラフィック・ストレージ・システムと比較してデータ転送レートを大幅に増加させることを可能にする。書き込み時間は、振幅ＳＬＭを用いた書き込み時間の１／４〜１／５に短くなる。位相データ・パターンを振幅データ・パターンに変換するために位相差法と位相ＳＬＭを組み合わせて用いることにより、光効率は、使用されるホワイト・レートと反比例して向上する。コモンパス干渉計の使用は、ガラスの均質性および位相ＳＬＭ、さらに、他の光学要素の機械的な特性をカバーするために幾分厳密な公差を要する。しかしながら、実際には、位相差法の変換機能を最適化することにより、公差の条件を緩和させることができる。

好ましくは、コモンパス干渉計は、非線形変換を行う位相コントラスト・フィルタを含む。焦点を共有するように配置された３つのフーリエ平面を有する１２ｆホログラフィック・ストレージ・システムの場合には、位相差フィルタは、１２ｆ光学システムの第１のフーリエ平面内に挿入されるとよい。適切な形および位相の分布を用いることにより、この位相差フィルタは、位相ＳＬＭの位相データ・パターンを強度データ・パターンに変換する。位相データ・パターンは二値であるので、非線形変換により、エラーの影響を受けない堅牢なストレージ・システムを実現することができる。

位相差フィルタは、物体光のフーリエ変換の中心部分の位相を第１の値だけシフトさせる内側中心領域と、物体光のフーリエ変換の外側部分の位相を第２の値だけシフトさせる、内側中心領域を囲繞する円環状領域とを含むとよい。このようにして、段階的（二値）変換が達成される。好ましくは、第１の値と第２の値との間の差は、「π」の相対位相シフトに達する。「π」の相対位相シフトは、強度データ・パターンの最適なコントラストを導く。しかしながら、結果が正確な相対位相シフトの値に過度に影響を受けるものではないため、他の相対位相シフトを実現することも可能である。

好ましくは、位相差フィルタは、物体光のフーリエ変換にローパス・フィルタをかけるための外側ブロッキング領域を有する。フーリエ対物レンズの数値的な開口（ａｐｅｒｔｕｒｅ）は制限されている。フーリエ空間において、これは、対物レンズの空間周波数帯域幅が制限されていることを意味する。この制限された空間周波数領域のためのみに対物レンズは最適化される。フィルタの外側ブロッキング領域は、この制限を実現する。さらに、良好な視認性のために、コモンパス干渉計において干渉する波面のエネルギー含量は、概ね同じでなければならない。外側ブロッキング領域の直径を調節することにより、物体光のフーリエ変換の外側部分のエネルギーを制御することができる。また、円環状領域の外側直径を小さくすることにより、ホログラムのサイズを小さくすることができるというさらなる利点が得られる。結果として、データ密度が増加する。

より良好な理解のために、図面を参照して以下により詳細に本発明を説明する。本発明はこの例示的な実施の形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく、特定の各特徴事項の適切な組み合わせ、または／さらに、変更が可能である。

ホログラフィック・データ・ストレージにおいて、ディジタル・データは、２つのコヒーレントのレーザ光（ビーム）の重畳によって作成される干渉パターンを記録することによって格納される。一般的な、３×４ｆ（１２ｆ）のホログラフィック・ストレージ・システムを例示的にセットアップしたものを図１に示す。コヒーレント光の光源、例えば、レーザ・ダイオード２は、光ビーム３を発し、光ビーム３は、コリメート・レンズ４によって平行光になるようにコリメートされる。次に、光ビーム３は、２つの別個の光ビーム７、８に分割される。この例においては、光ビーム３の分割は、第１のビーム・スピリッタ５を用いて実現される。しかしながら、この目的のために他の光学的コンポーネントを使用することも可能である。位相空間光変調器（ＳＬＭ）６は、２つの光（ビーム）のうちの一方、いわゆる「物体光」７を変調し、２次元位相データ・パターンをインプリントする。第２の光、いわゆる「参照光」８は、簡略化のために図面より省略されている。物体光７は、フーリエ対物レンズ３１によってフーリエ変換される。フーリエ対物レンズ３１のフーリエ平面には、位相シフタ４０が位置し、この位相シフタ４０については、図３および図４を参照してより詳細に後述する。位相シフタ４０からのフーリエ変換された物体光７は、この物体光７には作用しない偏光ビーム・スピリッタ９を通過し、さらに、フーリエ対物レンズ３２を通過する。最後に、四分の一波長板１２は、物体光７の偏光の方向を回転させる。記録のために、物体光７および参照光８の双方が、フーリエ対物レンズ３３により、ホログラフィック・ストレージ媒体１０、例えば、ホログラフィック・ディスクまたはカードに集光される。物体光７および参照光８が交差する部位においては、干渉パターンが現れ、この干渉パターンがホログラフィック・ストレージ媒体１０の感光層に記録される。

格納されたデータは、参照光８のみを記録されたホログラムに照射することによってホログラフィック・ストレージ媒体１０から取得される。参照光８は、ホログラム構造によって回折され、オリジナルの物体光７のコピー、即ち、再構築された物体光１１を発生させる。この再構築された物体光１１は、対物レンズ３４によってコリメートされ、四分の一波長板１２を通過する。次に、再構築された物体光１１は、２つのフーリエ対物レンズ３５、３６、およびピンホール・フィルタ３７を介して偏光ビーム・スピリッタ９により、２次元アレイ検出器１３、例えば、ＣＣＤアレイに向けられる。アレイ検出器１３は、記録されたデータを再構築することを可能にする。

図２は、３×４（１２ｆ）のホログラフィック・ストレージ・システム２０をより簡略化したものを示している。より分かりやすくするために、たたまれているシステム２０をたたまれていない状態で図示し、偏光ビーム・スピリッタ９を考慮していない。１２ｆの光学システム２０は、基本的に３つの４ｆシステム２１、２２、２３からなり、各４ｆシステム２１、２２、２３は、２つのフーリエ対物レンズ３１、３２、３３、３４、３５、３６を備えている。位相ＳＬＭ６、例えば、液晶素子は、第１の４ｆシステム２１の物体平面２４に配置されている。２つの中間物体／画像平面２６、２８は、第１および第２の４ｆシステム２１、２２および第２および第３の４ｆシステム２２、２３のそれぞれの共通平面である。アレイ検出器１３は、第３の４ｆシステム２３の物体平面３０に位置している。１２ｆ光学システム２０は、焦点を共有して配置された３つのフーリエ平面２５、２７、２９を有する。第１の４ｆシステム２１のフーリエ平面２５内、またはその近傍に位置するのは、特別に小型の位相シフタ４０であり、この位相シフタ４０は、第１の４ｆシステム２１の第１のレンズ３１によって作成された、位相ＳＬＭ６のフーリエ変換の小さな中心領域の位相を「π」だけシフトさせる。第２の４ｆシステム２２のフーリエ平面２７に位置するのは、ホログラフィック・ストレージ媒体１０であり、再構築された物体光にフィルタをかけるために、第３の４ｆシステム２３のフーリエ平面２９には、ピンホール・フィルタ３７が配置されている。

図３は、位相シフタ４０をより詳細に示している。位相シフタまたは位相差フィルタ４０は、第１の４ｆシステム２１のフーリエ平面２５に位置し、２つの良好に定義された直径を有する。直径ＤＣｅｎｔＦｌｔの内側の円形領域４１は、第１の４ｆシステム２１の第１のフーリエ対物レンズ３１によって作成された位相ＳＬＭ６のフーリエ変換の高強度中心部分の位相を「π」だけシフトさせる。内側直径ＤＣｅｎｔＦｌｔと外側直径ＤＡｐｅｒｔｕｒｅとの間の位相シフタ４０のリング型領域４２は、フーリエ変換のフーリエ成分には影響を及ぼさない。しかしながら、内側中心領域４１において位相シフトをさせずに、リング型領域４２において「π」の位相シフトをさせてもよく、または、相対的な位相シフトの合計が「π」になるようにどのように位相シフトを組み合わせてもよい。最後に、直径ＤＡｐｅｒｔｕｒｅで始まる外側領域４３は、不透明であり、位相ＳＬＭ６の高次のフーリエ成分をブロックする。このように、位相ＳＬＭ６のフーリエ変換にローパス・フィルタをかけることが実現される。勿論、外側領域４３は、反射型、または吸収型でもよく、他の手段によって高次フーリエ成分をブロックしてもよい。さらに、外側領域４３をブロックする代わりに、別個のフィルタ絞り開口（ｆｉｌｔｅｒ ａｐｅｒｔｕｒｅ）を使用してもよい。

図４は、位相シフタ４０および第１の４ｆシステム２１の第２のフーリエ対物レンズ３２によってバック変換された（ｂａｃｋ‐ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｄ）波面５０、５１の側面図を示す。第２のフーリエ対物レンズ３２の後、位相ＳＬＭ６のフーリエ変換の高強度の小さな中心領域４１から発せられた位相シフトされた光は、中間画像平面２６で一様平面波（ｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓ ｐｌａｎｅ ｗａｖｅ）と考えられる。これは、平面波面５０によって示される。リング型領域４２から生じるバック変換された物体光は、「二値（ｂｉｎａｒｙ）」波面５１によって示されるような中間画像平面２６における二値位相分布である。二値波面５１は、現実の状況の第一近似を示している。実際には、リング型領域４２からの波面５１はより複雑である。また、形は完全に矩形ではなく、複数の異なる領域の間で連続的な遷移が存在する。他方、複数の異なる領域は、平面ではなく、凹凸がある。２つの光の干渉により、中間画像平面２６で概ね二値強度分布となる。従って、位相シフタ４０は、位相分布を強度分布に変換する。

本質的に、１２ｆ光学システム２０の第１の４ｆシステム２１は、例えば、位相差顕微鏡法から知られているように、コモンパス干渉計を構成する。しかしながら、位相差顕微鏡法では、線形変換が使用される。J. Gluckstad, P. C. Mogensen著「Optimal phase Contrast in common path interferometry」、Appl. Opt. Vol. 40, pp268-282、およびJ. Gluckstad, P. C. Mogensen著「Reverse Phase contrast： experimental demonstration」、Appl. Opt. Vol. 41、pp2103-2110の各文献では、コモンパス干渉計を用いた位相画像の強度分布への変換のデモンストレーションが行われている。視認性および線形変換のための光効率についての基本的な等式が与えられている。線形変換の場合には、強度変化は、「０」〜「２π」の範囲の位相変化に比例している。

本発明に係る位相シフタ４０は、線形変換を実行しないが、非線形変換、好ましくは、段階的（二値）変換を実施する。この変換関数は、位相シフト要素のための適切な内側直径ＤＣｅｎｔＦｌｔおよび外側直径ＤＡｐｅｒｔｕｒｅを用いて最適化される。段階的変換により、堅牢な、エラーによる影響を受けないストレージ・システムが実現される。

本発明に係る位相シフタ４０を用いたホログラフィック記録のための方法を図５に概略的に示す。位相データ・パターンを物体光７にインプリントするステップ５０の後、物体光７にローパス・フィルタをかけるステップ５１が行われ、位相データ・パターンを強度データ・パターンに変換するステップ５２が行われる。フィルタをかけるステップ５１と変換するステップ５２は、位相シフタ４０により、単一のステップにおいて実施するとよい。次に、フィルタ後、変換後の物体光７をホログラフィック・ストレージ媒体１０に記録するステップ５３が行なわれる。

本発明に係る解決法を示すコンピュータ・シミュレーションを図６〜図９に示す。シミュレーションは、第１の４ｆシステム２１に限定され、完全な１２ｆ光学システム２０を網羅するものではない。レンズ３１、３２のフーリエ変換特性をシミュレートするために、ＭＡＴＬＡＢソフトウエアにおいて実施される高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ）が使用された。３００×３００のマトリックスによって位相ＳＬＭ６がシミュレートされた。マトリックスの円形の部分のみが二値（ｂｉｎａｒｙ ｖａｌｕｅ）「＋１」または「−１」によって満たされた。なぜならば、フーリエ対物レンズ３１の物体平面に使用可能な領域は円形だからである。マトリックスの他のピクセルは、「０」で満たされた。これは、物体平面の円形の物体領域外からは光が発せられないことを意味する。「＋１」の値は、「０」の位相シフトを表し、「−１」の値は、「π」の位相シフトを表す。なお、各図は、複数の異なるデータ・パターンを示している。これは、数値的なシミュレーションのために使用されるプログラムが、メモリの要求条件を低減させ、シミュレーション速度を向上させるためにマトリックスを格納しないという事実によるものである。ＳＬＭマトリックスも、中間マトリックスも、いずれも格納されず、結果が格納される。従って、各シミュレーション・ステップのために、新たなランダム入力データ・パターンが作成される。

図６は、シンボルとしてブラックおよびホワイトのピクセルを有する位相ＳＬＭ６の拡大部分を表している。画像のホワイト・ピクセルは、「π」の位相シフトがされた位相ＳＬＭピクセルを表し、画像のブラック・ピクセルは、「０」の位相シフトがされた位相ＳＬＭピクセルを表している。マトリックスは、フーリエ変換のために、「４」のファクタによってオーバーサンプリングされる。次に、マトリックスは、ブラック（零）フレームを用いて拡大される。このステップは、ＦＦＴアルゴリズムの開口効果（ａｐｐｅｒｔｕｒｅ ｅｆｆｅｃｔｓ）を取り除くために必要である。

位相差フィルタ４０を通過した後の位相ＳＬＭ６のフーリエ変換済された画像を図７に示す。まず、直径ＤＡｐｅｒｔｕｒｅを有する円形の開口がフーリエ変換された画像に適用されて、高周波数成分がカットされる。この開口は、第１のフーリエ平面でのフーリエ変換のサイズを決定し、ローパス・フィルタを構成する。このローパス・フィルタの処理と平行して、フーリエ変換された画像の中心の低周波数成分が、ＤＣｅｎｔＦｌｔの直径の位相シフト・フィルタによって「π」だけシフトされる。

図８は、フーリエ対物レンズ３２によるバック変換後の位相ＳＬＭ６のローパス・フィルタされ、位相がシフトされた画像の拡大部分を中間物体／画像平面２６で示している。このバック変換された画像におけるブラックとホワイトの領域は、適用される位相差法を介して得られる実際の強度値である。理解できるであろうが、位相ＳＬＭ６の二値強度分布は、非線形変換関数により中間物体／画像平面２６で概ね二値強度分布に変換される。第１の４ｆシステム２１および第２の４ｆシステム２２に対して中間物体／画像平面２６は共通である。変換された画像は、第２の４ｆシステム２２の物体として使用可能である。

比較のために、振幅ＳＬＭのローパス・フィルタがかけられ、バック変換された画像を図９に示す。ローパス・フィルタをかけるために、図８を計算する際に使用されたＤＡｐｅｒｔｕｒｅと同様の直径を有するフーリエ・フィルタが使用された。従って、ホログラムの直径、結果として、単一のホログラムの容量は、両方の場合において同一である。理解できるであろうが、バック変換された画像の強度分布は、振幅ＳＬＭと位相差法を用いた位相ＳＬＭ６とで同様である。図９の画像は、若干高いコントラストを有する。しかしながら、ブラックとホワイトのピクセルの判定のための決定スキームは、コントラストに敏感ではない。データは、ｋ×ｋのピクセル・ブロックに符号化される。例えば、ｋ＝３、４、または５である。各ブロックは、全く同じ数ｍのホワイト・ピクセルを含む。読み出しの間、ｋ×ｋピクセル・ブロック内で最も輝度の高いｍ個のピクセルのみが考慮される。図９のシミュレーションは、コントラスト・ウェイト、２５％のホワイト・レートの低ホワイト・レート・コードｗｈｉｔを使用する。１２ｆシステム２０の第２のフーリエ平面２７の近傍でフィルタがかけられた画像のホログラムは、ローパス・フィルタがかけられた振幅ＳＬＭのホログラムと非常に類似している。中間物体／画像平面２６の後、即ち、第２および第３の４ｆシステム２２、２３内の光分布は、振幅ＳＬＭと位相差法を用いた位相ＳＬＭ６とで非常に類似している。これは、振幅ＳＬＭが使用されるか位相ＳＬＭが使用されるかに係らず、ビット・エラー・レートが同様のレベルで同様のデータ容量が得られることを意味する。

図１０は、位相ＳＬＭ６および振幅ＳＬＭの双方について、バック変換された画像のシミュレートされた合計エネルギー［ａ．ｕ．］（任意の単位（ａｒｂｉｔｒａｒｙ ｕｎｉｔｓ））をローパス・フィルタ開口４２の直径ＤＡｐｅｒｔｕｒｅの関数として示している。位相ＳＬＭ６の曲線のパラメータは、内側円形領域４１の直径ＤＣｅｎｔＦｌｔである。なお、ＤＣｅｎｔＦｌｔ＝１０とＤＣｅｎｔＦｌｔ＝４０の各曲線は、本質的に重なる。図面より、位相ＳＬＭ６を用いた合計エネルギーが同じ条件で振幅ＳＬＭを用いた合計エネルギーの約４〜５倍になることが分かる。これは、位相ＳＬＭ６の効率が振幅ＳＬＭの効率よりも約４〜５倍高いことを意味する。理論上は、光効率の向上は、ホワイト・レートに反比例する。なぜならば、振幅ＳＬＭの場合、ブラック・ピクセルは、光をブロックするからである。位相ＳＬＭ６の場合は、バック変換されたブラック・ピクセルからの光は、バック変換されたホワイト・ピクセルにシフトされる。これは、同じホワイト・レートで位相差フィルタを使って位相ＳＬＭを用いたホログラムの書き込み時間が振幅ＳＬＭを用いた書き込み時間の１／４〜１／５に短くなることを意味する。

位相ＳＬＭ６および振幅ＳＬＭの双方について、バック変換したホワイト・ピクセルのピーク強度（任意の単位）の平均を、ローパス・フィルタ開口の直径ＤＡｐｅｒｔｕｒｅの関数として図１１に示す。位相ＳＬＭ６の各曲線のパラメータは、内側領域４１の直径ＤＣｅｎｔＦｌｔである。図面より、バック変換されたホワイト・ピクセルのピーク強度は、内側円形領域４１の直径ＤＣｅｎｔＦｌｔに依存して、振幅ＳＬＭの場合よりも位相ＳＬＭ６の場合のほうが２〜５倍高いことが分かる。これはまた、位相ＳＬＭ６を用いたホログラムを用いた書き込み時間が振幅ＳＬＭを用いた書き込み時間よりも短いことを意味する。

図１２および図１３は、例示的なシミュレーションに基づいてＤＡｐｅｒｔｕｒｅおよびＤＣｅｎｔＦｌｔのための適切な値をどのように得るかを示している。数値的なシミュレーションから、ビット・エラー・レートがＤＣｅｎｔＦｌｔおよびＤＡｐｅｒｔｕｒｅの関数として計算される。図１２は、このような数値的なシミュレーションの結果を示している。垂直軸は、ビット・エラー・レートを対数目盛で示し、水平軸は、直径ＤＡｐｅｒｔｕｒｅをミクロンで示す。各曲線のパラメータは、ミクロンで示した中心フィルタの直径ＤＣｅｎｔＦｌｔである。理解できるであろうが、シミュレーションされたホログラフィック・ストレージ・システムでは、ビット・エラー・レートの最良の結果は、直径ＤＣｅｎｔＦｌｔが１μｍ〜２０μｍの間である場合に得られる。ビット・エラー・レートは、振幅ＳＬＭを用いて得られるビット・エラー・レートと比べて、同一であるか、または良好である。

図１３は、中心フィルタの直径ＤＣｅｎｔＦｌｔに依存したビット・エラー・レートを示している。垂直軸は、ビット・エラー・レートを対数目盛で示し、水平軸は、直径ＤＡｐｒｅｔｕｒｅをミクロンで示す。各曲線のパラメータは、ミクロンで示した直径ＤＡｐｅｒｔｕｒｅである。理解できるであろうが、ビット・エラー・レートは、フィルタの直径が大きくなると徐々に増加するが、フィルタの直径が非常に小さくなると、急激に増加する。

図１は、ホログラフィック・ストレージ・システムを概略的に示す図である。 図２は、３×４ｆ（１２ｆ）のホログラフィック・ストレージ・システムを簡略化して示した図である。 図３は、本発明に係る位相コントラスト・フィルタを示す図である。 図４は、位相コントラスト・フィルタを示す側面図である。 図５は、位相コントラスト・フィルタを使用したホログラフィック記録のための方法を概略的に例示する図である。 図６は、シンボルとしてホワイトとブラックのピクセルを用いた位相ＳＬＭを拡大した部分を示す図である。 図７は、位相コントラスト・フィルタを通過した後の位相ＳＬＭをフーリエ変換した画像を示す図である。 図８は、位相ＳＬＭのローパス・フィルタがかけられ、位相がシフトされ、バック変換された画像を中間物体／画像平面で示す図である。 図９は、比較のために振幅ＳＬＭのローパス・フィルタがかけられ、バック変換された画像を示す図である。 図１０は、バック変換された画像のシミュレートされた合計エネルギーをローパス・フィルタ開口の直径の関数として示す図である。 図１１は、バック変換されたホワイト・ピクセルのピーク強度の平均をローパス・フィルタ開口の直径の関数として示す図である。 図１２は、リング型領域の直径ＤＡｐｅｒｔｕｒｅに依存したビット・エラー・レートを示す図である。 図１３は、中心フィルタの直径ＤＣｅｎｔＦｌｔに依存したビット・エラー・レートを示す図である。

符号の説明

１ ホログラフィック・ストレージ・システム
２ レーザ・ダイオード
３ 光ビーム
４ コリメート・レンズ
５ 第１のビーム・スピリッタ
６ 位相空間光変調器（ＳＬＭ）
７ 物体光
８ 参照光
９ 偏向ビーム・スピリッタ
１０ ホログラフィック・ストレージ媒体
１１ 物体光
１２ 四分の一波長板
１３ ２次元アレイ検出器
２０ １２ｆ光学システム
２１ ４ｆシステム
２２ ４ｆシステム
２３ ４ｆシステム
２４ 物体平面
２５ フーリエ平面
２６ 中間物体／画像平面
２７ フーリエ平面
２８ 中間物体／画像平面
２９ フーリエ平面
３０ 物体平面
３１ フーリエ対物レンズ
３２ フーリエ対物レンズ
３３ フーリエ対物レンズ
３４ フーリエ対物レンズ
３５ フーリエ対物レンズ
３６ フーリエ対物レンズ
３７ ピンホール・フィルタ
４０ 位相シフタ
４１ 内側中心領域
４２ リング型領域
４３ 外側領域
５０ 平面波面
５１ 二値波面
５２ ステップ
５２ ステップ
５３ ステップ

Claims (10)

1. ２次元位相データ・パターンを物体光上にインプリントするための位相ＳＬＭを有する、ホログラフィック・ストレージ媒体に書き込みを行う装置であって、
   前記物体光の位相データ・パターンを強度データ・パターンに変換するコモンパス干渉計と、
   参照光および前記強度データ・パターンを有する前記物体光を前記ホログラフィック・ストレージ媒体に照射するための対物レンズとを含む、前記装置。
2. 前記コモンパス干渉計が非線形変換を行う位相差フィルタを含む、請求項１に記載の装置。
3. 前記位相差フィルタが前記物体光のフーリエ変換の中心部分の位相を第１の値だけシフトさせる内側中心領域と、前記物体光のフーリエ変換の外側部分の位相を第２の値だけシフトさせる、前記内側中心領域を囲繞する円環状領域とを含む、請求項２に記載の装置。
4. 前記第１の値と前記第２の値との間の差が「π」の相対位相シフトに達する、請求項３に記載の装置。
5. 前記位相差フィルタが、前記物体光のフーリエ変換にローパス・フィルタをかけるための外側ブロッキング領域を有する、請求項２乃至４のいずれか１項に記載の装置。
6. 位相ＳＬＭを用いて物体光上に２次元位相データ・パターンをインプリントするステップと、
   コモンパス干渉計を用いて前記位相データ・パターンを強度データ・パターンに変換するステップと、
   参照光および前記強度データ・パターンを有する前記物体光をホログラフィック・ストレージ媒体に照射するステップとを含む、ホログラフィック・ストレージ媒体にデータ・パターンを書き込むための方法。
7. 非線形変換を用いた位相差フィルタによって前記位相データ・パターンを強度データ・パターンに変換する、請求項６に記載の方法。
8. 前記位相差フィルタが前記物体光のフーリエ変換の中心部分の位相を第１の値だけシフトさせる内側中心領域と、前記物体光のフーリエ変換の外側部分の位相を第２の値だけシフトさせる、前記内側中心領域を囲繞する円環状領域とを含む、請求項７に記載の方法。
9. 前記第１の値と前記第２の値との間の差が「π」の相対位相シフトに達する、請求項８に記載の方法。
10. 前記物体光のフーリエ変換にローパス・フィルタをかけるステップをさらに有する、請求項７乃至９のいずれか１項に記載の方法。

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