JP2007513457A - ホログラフィック装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、データビットをホログラフィック媒体に記録する光ホログラフィック装置に係る。該装置は、アドレス可能素子を含む光変調器を有し、アドレス可能素子の各々は領域及び該領域より小さい少なくとも１つの光学的に活性な副領域を有し、少なくとも第１のデータビット及び第２のデータビットを上記ホログラフィック媒体に記録するために、放射線ビームを符号化された放射線ビームを形成する上記光変調器に方向づける方向づけ手段、上記符号化された放射線ビームを上記ホログラフィック媒体に関して変位させる変位手段、及び上記第１のデータビットと上記第２のデータビットとの間に、第３のデータビットを記録するために上記変位手段を制御する制御手段、を有する。

Description

本発明は、データビットをホログラフィック媒体に記録する光ホログラフィック装置、データビットを記録する方法及びかかる方法を実行するコンピュータプログラムに係る。

ホログラフィック媒体への記録及びホログラフィック媒体からの読み出しが可能な光学装置は、H. J. Coufal、D. Psaltis、G. T. Sincerbox編「Holographic data storage」Springer series in optical sciences、 (2000) （非特許文献１）により公知である。図１はこのような光学装置を示す。この光学装置は、放射線源１００、コリメータ１０１、第１ビームスプリッタ１０２、空間光変調器１０３、第２ビームスプリッタ１０４、レンズ１０５、第１偏向器１０７、第１テレスコープ１０８、第１ミラー１０９、半波長板１１０、第２ミラー１１１、第２偏向器１１２、第２テレスコープ１１３及び検出器１１４を含む。光学装置は、ホログラフィック媒体１０６にデータを記録し、ホログラフィック媒体１０６からデータを読み出すことを意図する。

データページをホログラフィック媒体に記録する間に、放射線源１００により生成された放射線ビームの半分が、第１ビームスプリッタ１０２によって空間光変調器１０３へ送られる。放射線ビームのこの一部分を、信号光と呼ぶ。放射線源１００によって生成された放射線ビームのもう半分は、第１偏向器１０７によってテレスコープ１０８へ偏向される。放射線ビームのこの一部分を、参照光と呼ぶ。信号光は、空間光変調器１０３によって、空間変調される。空間光変調器１０３は、透過領域及び吸収領域としてアドレシングすることができるアドレス可能素子を含み、透過領域及び吸収領域は、記録されるデータページの０データビット及び１データビットに対応する。信号光が空間光変調器１０３を通過した後、信号光は、ホログラフィック媒体１０６に記録される信号、すなわち、記録されるデータページを運ぶ。信号光は次に、レンズ１０５によってホログラフィック媒体１０６に集束される。

参照光もまた、第１テレスコープ１０８によってホログラフィック媒体１０６に集束される。したがって、データページは、信号光と参照光との間の干渉を受けて、干渉縞の形態でホログラフィック媒体１０６に記録される。データページが一旦ホログラフィック媒体１０６に記録されると、別のデータページがホログラフィック媒体１０６の同位置に記録される。この目的を達成するために、このデータページに対応するデータが、空間光変調器１０３に送られる。第１偏向器１０７が回転して、それによりホログラフィック媒体１０６に関して参照信号の角度が修正される。第１テレスコープ１０８は、回転中、参照光を同じ位置に保つことに用いられる。したがって、干渉縞は、ホログラフィック媒体１０６の同じ場所に異なるパターンで記録される。これを、角度多重と呼ぶ。複数のデータページが記録される、ホログラフィック媒体１０６の同じ場所をブックと呼ぶ。

代替的に、同じブックの異なるデータページに記録するために、放射線ビームの波長を調整してもよい。これを、波長多重と呼ぶ。シフト多重等の他の種類の多重を用いて、ホログラフィック媒体１０６にデータページを記録してもよい。

１つのデータページは、複数のデータビットを含む。データページ中のデータビットの数は、空間光変調器１０３のアドレス可能素子の数と等しい。したがって、１つのデータページ中のデータビットの数、すなわち、ホログラフィック媒体１０６のデータ容量、には限りがある。実際、空間光変調器１０３のアドレス可能素子の数には限りがある。アドレス可能素子の数が増えると、空間光変調器１０３の寸法及びコストの増加、並びにホログラフィック装置の電力消費の増加につながるからである。更に、空間光変調器１０３の寸法が増加すると、データビットの記録に用いられる放射線ビームの寸法の増加につながる。しかしながら、均質な放射線ビームを比較的長い距離に生成することは困難であり、このことは、ホログラフィック装置の寸法並びに光学素子のコストを増大させる。
国際公開第２００４／０５１３２３号パンフレット 米国特許出願第５，６１５，０２９号明細書 H. J. Coufal、D. Psaltis、G. T. Sincerbox編「Holographic data storage」Springer series in optical sciences、 (2000)

本発明は、ホログラフィック媒体に記録されたデータ密度を高めるホログラフィック装置を提供することを目的とする。

この目的を達成するために、本発明は、データビットをホログラフィック媒体に記録する光ホログラフィック装置を提案する。当該装置は、アドレス可能素子を含む光変調器を有し、該アドレス可能素子の各々は領域及び該領域より小さい少なくとも１つの光学的に活性な副領域を有し、少なくとも第１のデータビット及び第２のデータビットを上記ホログラフィック媒体に記録するために放射線ビームを符号化された放射線ビームを形成する上記光変調器に方向づける方向づけ手段、当該符号化された放射線ビームを上記ホログラフィック媒体に関して変位させる変位手段、及び上記第１のデータビットと上記第２のデータビットとの間に第３のデータビットを記録するために上記変位手段を制御する制御手段を有する。

本発明によれば、光変調器のアドレス可能素子の数は、データページのデータビットの数より少ない。データページを記録するため、データページのデータビットの一部分のみを含む、第１の部分的なデータページが記録される。この目的を達成するために、この部分的なデータページは光変調器に送られ、放射線ビームがこれらのデータで符号化される。一旦第１の部分的なデータページが記録されると、第２の部分的なデータページが光変調器に送られる。放射線ビームがこれらのデータで符号化され、且つ符号化された放射線ビームが、第１の部分的なデータページのデータビットの間に第２の部分的なデータページのデータビットが記録されるよう、変位される。これを、データページ全体が記録されるまで繰り返す。

このことが可能なのは、光変調器のアドレス可能素子が、領域、及び当該領域よりも小さい少なくとも１つの光学的に活性な副領域を有するからである。これは、２つの隣接するデータビットがこの光変調器によってホログラフィック媒体に記録されるとき、当該２つのデータビットの間に、第３のデータビットが更に記録できるような場所があることを意味する。したがって、光変調器の寸法、画素数及びコストを増大させることなく、ホログラフィック媒体におけるデータ密度が高まる。

好都合にも、活性な副領域は、アドレス可能素子の領域の半分以下である。この場合、少なくとも１つのデータビットが、２つの事前に記録されたデータビットの間に記録されてもよい。これは、データ密度を少なくとも２倍に高めることができることを意味する。

好都合にも、変位手段は、エレクトロウェッティングベースの偏向装置又は液晶ベースの偏向装置を含む。このような装置は、電極間の電圧の印加によって放射線ビームを変位させることができる。したがって、符号化された放射線ビームをホログラフィック媒体に関して変位させる機械的手段を必要とせず、ホログラフィック装置の寸法及び電力消費を低減させる。

本発明は、データビットをホログラフィック媒体に記録する方法にも係り、当該方法は、少なくとも第１のデータビット及び第２のデータビットを符号化された放射線ビームによって記録するステップ、及び第１のデータビットと第２のデータビットとの間に第３のデータビットを記録するため、符号化された放射線ビームを変位させるステップを有する。

好都合にも、第１のデータビットは、１つの方向に所定の寸法を有し、符号化された放射線ビームが上記方向に上記寸法よりも短い距離にわたって変位される。言い換えれば、第１のデータビットと第２のデータビットとの間に記録された第１のデータビット及び第３のデータビットが、重なり合う。このことは、ランレングス制限コードによってデータをホログラフィック媒体に記録することを可能にし、したがって、同じホログラフィック媒体に記録できる情報量を増大させる。

本発明は更に、命令セットを有するコンピュータプログラムに係り、当該命令セットは、プロセッサ又はコンピュータにロードされると、当該プロセッサ又はコンピュータに本方法を実行させる。

本発明のこれら及び他の態様は、以下に記載する実施形態を参照して明らかになり、説明されるであろう。

本発明を、添付の図面を参照して例示として以下に詳細に説明する。

図２ａ及び図２ｂは、本発明によるホログラフィック装置を示す。図２ａでは、信号光分岐のみを示す。参照光分岐は、図１の参照光分岐と同様である。ホログラフィック装置は、放射線源１００、コリメータ１０１、第１ビームスプリッタ１０２、空間光変調器１０３、第２ビームスプリッタ１０４、及びレンズ１０５を含む。ホログラフィック装置は更に、変位手段２００を有するが、その役割は、図３及び図４で詳述する。

図２ａ及び図２ｂの例では、変位手段２００は、エレクトロウェッティング装置である。変位手段２００は、符号化された放射線ビームをホログラフィック媒体１０６に関して変位させるよう、空間光変調器１０３の後方に設置する。エレクトロウェッティング装置は、流体チャンバ、及びメニスカスによって分離された２つの異なる流体を有し、メニスカスは、縁部を流体チャンバによって固定される。

エレクトロウェッティング装置２００は、区分されたエレクトロウェッティング装置である。図２ｂは、区分されたエレクトロウェッティング装置２００の断面図である。区分されたエレクトロウェッティング装置２００は、複数の電極を含む。図２ａに示すように、Ｖ_１及びＶ_２といった異なる電圧を、与えられた電極と共通電極との間に印加してもよい。区分されたエレクトロウェッティング装置２００はしたがって、第１のエレクトロウェッティング電極及び第２のエレクトロウェッティング電極に異なる電圧を与える電圧制御手段を有する。第１のエレクトロウェッティング電極は、縁部の第１の側部に作用するよう配置され、第２のエレクトロウェッティング電極は、縁部の第２の側部に別々に作用するよう配置される。このような区分されたエレクトロウェッティング装置２００は、国際公開第２００４／０５１３２３号パンフレット（特許文献１）により公知である。本パンフレットに説明されるように、異なる電圧を第１電極及び第２電極に印加することは、区分されたエレクトロウェッティング装置２００を通過する放射線ビームの角偏向（angular deflection）につながる。したがって、適切な電圧印加によって、符号化された放射線ビームをホログラフィック媒体１０６に関して移動させることが可能である。

符号化された放射線ビームをホログラフィック媒体に関して変位させることに用いることのできる電子光学装置の別の例は、米国特許出願第５，６１５，０２９号明細書（特許文献２）に記載されているような、液晶ベースのウェッジ装置である。

このような電子光学装置を変位手段として用いることで機械的手段を用いることを防ぎ、ホログラフィック装置の寸法、コスト及び電力消費を低減させる。しかしながら、機械的手段を用いて、符号化された放射線ビームをホログラフィック媒体１０６に関して変位させてもよい。たとえば、ホログラフィック媒体１０６を、玄能（sledge）に取り付けて変位させてもよい。代替的に、符号化された放射線ビームを、空間光変調器１０３又はレンズ１０５の回転又は移動によって変位させることができる。重要なことは、変位手段は、かかる変位を達成することに用いる実際の手段が何であれ、符号化された放射線ビームをホログラフィック媒体１０６に関して変位させることが可能だということだ。

ホログラフィック装置は更に、変位手段を制御する手段を有する。これらの制御手段は、図２ａには示されない。この例では、制御手段は電圧制御手段に相当し、電圧制御手段は、エレクトロウェッティング装置２００の複数の電極に印加された電圧を制御する手段である。制御手段はマイクロプロセッサを含んでもよく、マイクロプロセッサは以下に記載の方法を実行するよう適切にプログラムされる。

図３は、図２の光変調器１０３の詳細を示す。光変調器１０３は、アドレス可能素子３０１等の複数のアドレス可能素子を含む。各アドレス可能素子は、領域及び副領域を有し、たとえば副領域３０２等を有する。副領域３０２は光学的に活性であるのに対し、残りのアドレス可能素子３０１は光学的に不活性である。以下の例では、副領域３０２は吸収性又は透過性に成されることができるのに対し、残りのアドレス可能素子３０１は吸収性である。

図３の光変調器１０３は、１６個のアドレス可能素子のみを含むが、１０００×１０００個の素子等、更に多くのアドレス可能素子を含んでも良い。各アドレス可能素子は個々にアドレシングすることができる。すなわち、各副領域は、吸収性又は透過性に成されることができる。放射線ビームが吸収副領域を通過する際はビームが遮断され、放射線ビームが透過領域を通過する際はビームが透過される。

図４ａから図４ｃは、本発明による記録方法を概略的に示したものである。図４ａは、本方法の第１のステップ後のホログラフィック媒体を示す。第１のステップ中で、第１の部分的なデータページを記録する。この目的を達成するために、この第１の部分的なデータページを、光変調器１０３に送る。放射線ビームをこれらのデータで符号化し、符号化されたビームを、参照光による干渉を受けてホログラフィック媒体に記録する。第１の部分的なデータページは、ビット４０１及び４０２といった少なくとも２個のデータビットを含む。

第１のステップの後、第２の部分的なデータページを光変調器１０３に送り、放射線ビームを当該第２のデータページで符号化してもよい。しかしながら、これは必須ではなく、光変調器１０３はもとのままであってもよい。このことは、記録されるデータがどのように符号化されるかに依存する。第１のステップのときと同じか又は別であってもよい、符号化された放射線ビームを取得する。したがって、本出願書類では、「符号化されたビーム」という表現は、含まれるデータに拘わらず符号化された放射線ビームを指す。

第２のステップは、符号化された放射線ビームをホログラフィック媒体１０６に関して変位させ、符号化されたビームを当該ホログラフィック媒体１０６に記録することを含む。この第２のステップの最中では、第１のステップ中で記録された２つのデータビットの間にデータビットを記録するといった方法で、符号化されたビームを変位させる。たとえば、第１のデータビット４０１と第２のデータビット４０２との間に、第３のデータビット４０３を記録する。その結果もたらされるホログラフィック媒体１０６を、図４ｃで示す。図４ｂは、第２のステップ中で記録されたデータビットを示す。図４ｂでは、第１のステップ中で既に記録されたデータビットは故意に省略してある。

図４ａから図４ｃの例では、１６個のアドレス可能素子のみを含む光変調器１０３によって、２８個のデータビットがホログラフィック媒体１０６に記録されている。これは、１６個のデータビットのみを記録できた従来技術よりも多い。アドレス可能素子の数が増えると、図４ａから図４ｃに記載の方法を適用することによって、データ密度が２倍になることを示すことができる。更に、符号化された放射線ビームを別方向へ変位させることによって、データ密度を更に高めることが可能である。たとえば、符号化された放射線ビームが、第２のステップにおける変位の方向に垂直方向に変位される場合、第１のデータビット４０１と第４のデータビット４０４との間に１つのデータビットを記録できる。したがって、この場合、データ密度を４倍に高めることを示すことができる。

データ密度の高まりは、アドレス可能素子の領域と光学的に活性な副領域との間の比に依存する。この比をＸと仮定すると、データ密度を少なくともＸだけ高めることを容易に示すことができる。好ましくは、活性な副領域は、アドレス可能素子の領域の半分以下である。この場合、データ密度を、少なくとも２倍に高めることができる。

図５において、本発明による方法のより好都合な実施形態を示す。図５は、この好都合な方法によって記録されたホログラフィック媒体を示す。図５から分かるように、ホログラフィック媒体は、様々な寸法を有するパターンを含み、個々のデータビットの寸法の倍数により異なり得る。この結果は、符号化された放射線ビームが個々のデータビットの寸法より短い距離にわたって変位されることにより得られる。したがって、本方法の２つの連続するステップ中で記録されたデータビットは重なり合う。たとえば、符号化された放射線ビームが、個々のデータビットの寸法の分数である距離にわたって変位される場合、寸法が、個々のデータビットの寸法の和及びこの個々のデータビットの寸法の分数のｘ倍であるパターンを記録することが可能である。ここで、ｘは整数である。

したがって、この好都合な方法を用いることで、ランレングス制限コードによってホログラフィック媒体１０６に記録される情報を符号化することが可能になる。ランレングス制限コードは、ＣＤ及びＤＶＤ等の従来の光記憶装置において周知であるが、ホログラフィには未だ用いられていない。個々のデータビットの倍数の寸法のパターンのみが、従来技術では記録できたからである。ランレングス制限コードを用いることで、ホログラフィック媒体に記録できる情報量を増大させることが可能になる。

本発明によるデータビットを記録する方法は、ホログラフィック装置に実装されるよう意図された集積回路で実現することができる。プログラムメモリにロードされた命令セットにより、集積回路はデータビットを記録する方法を実行する。命令セットは、たとえば、ディスク等のデータキャリヤに格納されてもよい。命令セットは、集積回路のプログラムメモリにロードされるために、データキャリヤから読み出されることができ、読み出されることで役割を果たす。

添付の特許請求の範囲内の如何なる参照符号をも、請求項を限定するものと解釈されるべきではない。動詞「有する」「含む」及びその活用形の使用は、如何なる請求項に定められる素子を除いて如何なる他の素子の存在を除外するものではないことは明らかであろう。素子の前にある用語「１つの」は、複数のかかる素子の存在を除外するものではない。

従来技術によるホログラフィック装置を示す図である。 本発明によるホログラフィック装置を示す図である。 本発明によるホログラフィック装置を示す図である。 本発明による光変調器を示す図である。 本発明による方法を示す図である。 本発明による方法を示す図である。 本発明による方法を示す図である。 本発明の好都合な実施形態による方法を示す図である。

Claims (6)

1. データビットをホログラフィック媒体に記録する光ホログラフィック装置であって、
   アドレス可能素子を含む光変調器を有し、当該アドレス可能素子の各々は領域及び該領域より小さい少なくとも１つの光学的に活性な副領域を有し、
   少なくとも第１のデータビット及び第２のデータビットを前記ホログラフィック媒体に記録するために、放射線ビームを符号化された放射線ビームを形成する前記光変調器に方向づける方向づけ手段、
   前記符号化された放射線ビームを前記ホログラフィック媒体に関して変位させる変位手段、及び
   前記第１のデータビットと前記第２のデータビットとの間に第３のデータビットを記録するために前記変位手段を制御する制御手段、
   を有する、ところの光ホログラフィック装置。
2. 前記活性な副領域は前記領域の半分以下である、
   請求項１記載の光ホログラフィック装置。
3. 前記変位手段はエレクトロウェッティングベースの偏向装置又は液晶ベースの偏向装置を有する、
   請求項１記載の光ホログラフィック装置。
4. データビットをホログラフィック媒体に記録する方法であって、
   少なくとも第１のデータビット及び第２のデータビットを符号化された放射線ビームによって記録するステップ、及び
   前記第１のデータビットと前記第２のデータビットとの間に第３のデータビットを記録するために前記符号化された放射線ビームを変位させるステップ、
   を有する方法。
5. 前記第１のデータビットは１つの方向に所定の寸法を有し且つ前記符号化された放射線ビームは前記方向に前記寸法よりも短い距離にわたって変位される、
   請求項４記載のデータビットを記録する方法。
6. 命令セットを有するコンピュータプログラムであって、プロセッサ又はコンピュータにロードされると、該プロセッサ又はコンピュータに請求項４記載の方法を実行させるコンピュータプログラム。

Images