JP2007193330A - ホログラフィックストレージにおけるデータページの輝度プロファイル補正 - Google Patents

Abstract

【課題】データページをホログラフィック記録媒体に記録する方法に関し、ホログラフィック記録媒体のホログラフィック材料の感度変化を補正する方法に関する。
【解決手段】データページをホログラフィック記録媒体に記録する方法は、
空間光変調器を用いて光ビームを変調して、記録されるデータを伴うデータページを生成（１１）し、及び
再構成されたデータページのコントラスト変化を減少するために、記録の間に補正プロファイルをデータページに印加（１２）するという工程を含み、補正プロファイルは、記録位置での照射履歴とホログラフィック記録媒体の材料の感度曲線から決定される。
【選択図】図４

Description

本発明は、データページをホログラフィック記録媒体に記録する方法に関し、及びさらに具体的には、ホログラフィック記録媒体のホログラフィック材料の感度変化を補正する方法に関する。

ホログラフィックデータストレージでは、ユーザデータは通常、０又は１の２値を伴う画素から成る二次元のデータページに変調される。データを記録するために、空間光変調器（ＳＬＭ）がユーザデータ縞を目的ビームの輝度変調に変える。この目的ビームは参照ビームと重ね合わされ、それにより干渉縞が生じる。この縞は、ホログラフィックストレージ媒体、例えばホログラフィックディスク又はカードに記録される。読み取り工程の間、参照ビーム（通常プローブ・ビームと呼ばれる）が干渉縞により回折される。これにより、保存された情報を保持する再構成された目的ビームが生じる。再構成された目的ビームを感光性検出器上に投影することによりデータページが再生される。

最適な場合、再構成されたデータページは、全ての領域が同じ画素コントラストを示す均一の輝度プロファイルを有する。しかし、いくつかの理由によりこれは通常の場合ではない。１つの理由は、例えば用いられたホログラフィックポリマーの化学的特性による材料の不均一な感度である。他のホログラムによりすでに照射を受けた領域は、例えば、シフト多重化の場合、まだ照射を受けていない領域とは異なる感度を有する。感度の差異は、材料の感度曲線に左右される。この影響のために、ホログラフィック干渉縞の一部が他よりも高いコントラストを示すことが起きる。このことにより、再生されたデータページの不均一なコントラストがもたらされる。１つの領域内のコントラストとは、この領域の「０」状態のデータ画素の平均輝度と「１」状態のデータ画素の平均輝度間の差異として理解される。高いコントラストとは、差異が大きいことを意味する。

信頼性のある画素検出のために、再生されたデータページの低いコントラストの部分が画素検出にとって十分明るいことは確実であるべきだが、一方で、高いコントラストの部分は検出器のダイナミックレンジを超えるべきではない。さらに、明るい部分は検出に必要な明るさよりも高い明るさを示すので、利用できるビームエネルギーの一部分が消費される。

本発明の目的は、データページをホログラフィック記録媒体に記録する方法を提供することであり、それはホログラフィック記録媒体のホログラフィック材料の感度変化を補正することができる。

本発明によると、本目的は、
空間光変調器を用いて光ビームを変調して、記録されるデータを有するページデータを生成し、
再構成されたデータページのコントラスト変化を減少するために、記録の間に補正プロファイルをデータページに印加するという工程を有するデータページをホログラフィック記録媒体に記録する方法により達成される。

本目的のために、ホログラフィックストレージシステムは、ホログラフィック記録媒体上に記録されるデータに従って光ビームを変調する空間光変調器を伴い、再構成されたデータページのコントラスト変化を減少するために、記録の間に補正プロファイルをデータページに印加するコントラスト変化補正器を有する。

本発明は、記録工程の間にホログラフィック材料の感度変化を補正することを目的とする。感度変化に従ってＳＬＭデータページ画素の輝度を変調することにより、読み取り工程の間にデータページ全体に渡る更に均一なコントラストが達成される。

異なる感度を有する領域の相対位置は、すでに書き込まれたホログラムの時間的履歴及び空間的履歴に左右される。この履歴は、しばしば「書き込みスケジュール」又は「書き込み計画」と呼ばれる。従って、データページに印加される輝度プロファイルは、それぞれの新しいホログラムに対して個々に計算される。必要なプロファイルは、好ましくは、照射履歴及び材料感度曲線から計算される。照射履歴は、書き込み時間の間に使用された位置を記憶することにより又は保存媒体又は別の場所に保存されている使用された位置に関する情報を用いたプロトコルを利用することにより取得できる。ホログラフィック材料の感度曲線は、シミュレーション、計算又は測定により前もって予測できる、又は書き込み及び読み取り工程による駆動で直接測定される。その後、計算されたプロファイルはＳＬＭによりデータページに印加される。この目的のために、ＳＬＭは「０」と「１」の状態を切り替えるだけでなく、グレー値も有効にする。この方法でホログラムを書き込むことにより、再生されたデータページにおけるコントラスト変化が大きく抑えられる。これにより低いビット誤り率がもたらされる。代替案として、データページを生成するために、グレー値を有効にする更なるＳＬＭがバイナリＳＬＭと組み合わせて使用される。更なるＳＬＭはバイナリＳＬＭより低い画素を有する、というのは、コントラストが通常データページの画素と比較して大きな規模で変化するからである。さらに、更なるＳＬＭの画素は、標準的な照射履歴により引き起こされる特定の繰り返し補正プロファイルに適合できる。例えば、画素は縞模様である。

材料の不均一な感度により引き起こされる効果の補正は別として、本発明はまた、再生されたデータページの異なる画素コントラストを伴う領域をもたらす別の効果を補正することも可能にする。こうした効果に対する例示は、不均一なビーム輝度プロファイル、例えばガウス分布である、又は光学装置により引き起こされる効果である、というのは単純な光学装置は不均一な画像をもたらすからである。シングル駆動では、これらの効果は各ホログラムに対して静的である一方で、それらは異なる駆動間で変化する。本発明による方法により、こうした公差を補正することが可能となる。しかし、この場合補正プロファイルは、好ましくは、テストデータページを媒体を伴う又は伴わない検出器上に投影するために、１つ又はそれ以上のテストホログラムを連続的に書き込む及び読み取ることにより、又は光学装置のすべて又はその一部を使用することにより決定される。また、特定の光学装置も使用できる。その後補正プロファイルは、均一なコントラストが達成されるように調整される。決定された補正プロファイルは静的であり及びすべての更なるホログラムに印加される。この目的のために、具体的には適合されたフィルタのような単純な光学要素もまた使用される。もちろん、静的な補正プロファイルを決定すること及び動的な補正プロファイルを計算することの両方ともが同様に可能である。その後プロファイルは記録の間に組み合わせられ及び印加される。

よりよい理解のために、本発明は図面を参照して以下の記述で更に詳細に説明される。本発明はこの例示的な実施形態に限定されず及び特定の特徴が、好ましくは、本発明の範囲から逸脱することなく組み合わされる及び／又は改良されることを理解されたい。

図１は、ホログラフィック記録媒体１の材料の垂直断面を示している。照射履歴に従って、材料の感度がホログラフィック材料のボリウムの中で変わる。記録されたホログラムの履歴がホログラフィック材料内部で不均一な感度分布を引き起こす２つの異なる場合が示されている。図１ａ）では、実際のホログラムは、細かい線領域で示されるすでに記録されたホログラム３に起因する２つ以上の感度領域間に記録ビーム２により記録される。矢印４は、ｓ＝１の高い感度を伴う領域を示し、一方で矢印５はｓ＝０．５の低い感度を伴う領域を示している。感度値は、図示する目的でのみ使用される任意の値である。図１ｂ）では、一連の既に記録されたホログラム３が矢印６で示される領域における感度のステップをもたらす。感度ステップは、再び任意の値でｓ＝１、ｓ＝０．７５、ｓ＝０．５、ｓ＝０．２５である。

ビーム伝搬法を使用して、データページの領域におけるコントラストでの上述の感度分布の効果がシミュレートされた。図１ａ）及び図１ｂ）の２つの例示に対する再生されたデータページ内の結果として生じるコントラスト分布が図２ａ）及び図２ｂ）にそれぞれ示されている。明らかに、再構成されたデータページの一部は低いコントラストを示している。図２ａ）において、「Ａ」で示される領域ではコントラストはｓ＝１であり、一方で「Ｂ」で示される領域ではコントラストはｓ＝０．５である。図２ｂ）では、「Ｃ」で示される領域ではコントラストはｓ＝１であり、一方で「Ｄ」で示される領域ではコントラストはｓ＝０．２である。

図３ａ）では、図１ｂ）の不均一状態に起因するビット誤りが示されている。間違って検出されたビットは白で示されている。図３ｂ）は、均一な場合のビット誤りを示している。

本発明による方法は、図４に概略的に示されている。データページをホログラムとしてホログラフィック記録媒体上に記録する前に、補正プロファイルが決定される（１０）。補正プロファイルは、静的な及び／又は位置依存型のコントラスト変化を考慮に入れる。続いてデータページが、空間光変調器を用いて光ビームを変調することにより生成される（１１）。決定された補正プロファイルは、その後データページに印加される（１２）。これは、データページの生成の間に空間光変調器により、又は更なる空間光変調器又はフィルタを用いて行われる。最後に、データページがホログラフィック記録媒体上に記録される（１３）。

ホログラフィックデータストレージでは、デジタルデータは２つのコヒーレントレーザビームの重ね合わせにより作られる干渉縞を記録することにより保存される。図５では、本発明による例示的なホログラフィックストレージシステム２０が表されている。もちろん、本発明は他の型のホログラフィックストレージシステムでも同様に実行できる。コヒーレント光、例えばレーザダイオードの光源２１が光ビーム２２を放ち、それがコリメータレンズ２３により平行にされる。その後光ビーム２２は、２つの個々の光ビーム２、２６に分割される。例示では、光ビーム２２の分割はビームスプリッタ２４を使用して達成される。しかし、この目的のために他の光学部品を使用することも同様に可能である。空間光変調器（ＳＬＭ）２５は、２つのビームのうちの１つ、いわゆる「目的ビーム」、すなわち記録ビーム２を変調して、データページ、つまり二次元のデータ縞を印加する。記録ビーム２及び「参照ビーム」と呼ばれる更なるビーム２６は両方とも、対物レンズ２７によりホログラフィック記録媒体１、例えばホログラフィックディスクに集束される。記録ビーム２と参照ビーム２６の交点で干渉縞が現れ、それはホログラフィック記録媒体１の感光層に記録される。記録の間、空間光変調器２５はまた、補正プロファイルを記録ビーム２にも印加させる。代替案として、補正プロファイルは、参照ビーム２６に又は２つのビーム２、２６の両方に、それら個別に又はそれらの重ね合わせの後に印加できる。

保存データは、参照ビーム２６だけを用いて記録されたホログラムを照射することによりホログラフィック記録媒体１から読み出される。参照ビーム２６は、ホログラム構造により回折され及び元の記録ビーム２のコピー、つまり再構成された記録ビーム２９を作り出す。この再構成された記録ビーム２９は、対物レンズ２７により平行にされ及び更なるビームスプリッタ２８により二次元アレイ検出器３０、例えばＣＣＤアレイに方向付けられる。アレイ検出器３０により記録データの再構成が可能となる。

不均一な感度分布を有するホログラフィック記録媒体の材料の垂直断面を示している。 再生されたデータページ内の結果として生じるコントラスト分布を示している。 図１ｂ）の不均一な状態に起因するビット誤り率を示している。 本発明による方法を概略的に示している。 本発明によるホログラフィックストレージシステムを表している。

符号の説明

１ ホログラフィック記録媒体
２ 記録ビーム
３ すでに記録されたホログラム
４ 矢印
５ 矢印
６ 矢印
１０ 補正プロファイルの決定
１１ データページの生成
１２ 補正プロファイルの印加
１３ データページの記録
２０ ホログラフィックストレージシステム
２１ 光源
２２ 光ビーム
２３ コリメータレンズ
２４ ビームスプリッタ
２５ 空間光変調器
２６ 参照ビーム
２８ ビームスプリッタ
２９ 再構成された記録ビーム
３０ 二次元アレイ検出器

Claims (9)

1. 空間光変調器（２５）を用いて光ビーム（２）を変調して、記録されるデータを伴うデータページを生成（１１）し、及び
   再構成されたデータページのコントラスト変化を減少するために、記録の間に補正プロファイルを前記データページに印加（１２）するという工程を有し、
   前記補正プロファイルが、記録位置での照射履歴とホログラフィック記録媒体（１）の材料の感度曲線から決定されることを特徴とする前記データページを前記ホログラフィック記録媒体（１）上に記録する方法。
2. 前記補正プロファイルが、１つ又はそれ以上のテストホログラムを連続的に書き込む及び読み込むことにより、及び前記補正プロファイルを調整することにより決定されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記補正プロファイルが、前記光ビーム（２）のプロファイルの少なくとも１つ及び光学装置に起因するコントラストの不均一性を考慮に入れることを特徴とする請求項１及び２のうちのいずれか１項に記載の方法。
4. 前記補正プロファイルが、前記空間光変調器（２５）により前記データページに印加されることを特徴とする請求項１から３のうちのいずれか１項に記載の方法。
5. 前記補正プロファイルが、更なる空間光変調器により前記データページに印加されることを特徴とする請求項１から３のうちのいずれか１項に記載の方法。
6. 前記補正プロファイルが、フィルタにより前記データページに印加されることを特徴とする請求項１から３のうちのいずれか１項に記載の方法。
7. 前記補正プロファイルが、前記データページの画素の輝度を変調することにより適用されることを特徴とする請求項４から６のうちのいずれか１項に記載の方法。
8. ホログラフィック記録媒体（１）上に記録されるデータに従って光ビームを変調する空間光変調器を伴い、
   再構成されたデータページのコントラスト変化を減少するために、記録の間、補正プロファイルをデータページに印加するコントラスト変化補正器を有し、
   前記補正プロファイルが、記録位置での照射履歴と前記ホログラフィック記録媒体（１）の材料の感度曲線により決定されることを特徴とするホログラフィックストレージシステム。
9. 前記コントラスト変化補正器が、空間光変調器、更なる空間光変調器、又はフィルタであることを特徴とする請求項８に記載のホログラフィックストレージシステム。

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