(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターゲット媒体にホログラムを格納する方法であって、
第一の複数のホログラムを、複数のデータページを含む第一の情報レイヤの形で、第一のホログラフィック媒体に逐次的に記録する工程であって、該複数のデータページの近接するデータページが互いに一部空間的にオーバーラップする、工程；
第二の複数のホログラムを、複数のデータページを含む第二の情報レイヤの形で、第二のホログラフィック媒体に逐次的に記録する工程であって、該複数のデータページの近接するデータページが互いに一部空間的にオーバーラップする、工程；
該第一の複数のホログラムを、該第一のホログラフィック媒体から該第一の情報レイヤを並列に読み出すことにより再構築し、該再構築された第一の複数のホログラムをホログラフィックマスタ媒体に記録する工程；
該第二の複数のホログラムを、該第二のホログラフィック媒体から該第二の情報レイヤを並列に読み出すことにより再構築し、該再構築された第二の複数のホログラムをホログラフィックマスタ媒体に記録する工程；および
該ホログラフィックマスタ媒体に格納されたホログラムを同時に再構築し、該再構築されたホログラムを該ターゲット媒体内に格納する工程；
を包含し、
該第一の複数のホログラムを、該第一のホログラフィック媒体から該第一の情報レイヤを並列に読み出すことにより再構築し、該再構築された第一の複数のホログラムをホログラフィックマスタ媒体に記録する工程が、第一の単一の参照光線で該第一のホログラフィック媒体および該ホログラフィックマスタ媒体の両方を照射する工程を包含し；
該再構築された第一の複数のホログラムが、該第一の単一の参照光線と干渉して、該ホログラフィックマスタ媒体内に該再構築された第一の複数のホログラムを記録し；
該第二の複数のホログラムを、該第二のホログラフィック媒体から該第二の情報レイヤを並列に読み出すことにより再構築し、該再構築された第二の複数のホログラムをホログラフィックマスタ媒体に記録する工程が、第二の単一の参照光線で該第二のホログラフィック媒体および該ホログラフィックマスタ媒体の両方を照射する工程を包含し；
該再構築された第二の複数のホログラムが、該第二の単一の参照光線と干渉して、該ホログラフィックマスタ媒体内に該再構築された第二の複数のホログラムを記録する、方法。
【請求項２】
前記ターゲット媒体が、ホログラフィック読み出し専用媒体である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第一のホログラフィック媒体および前記ホログラフィックマスタ媒体が、該ホログラフィックマスタ媒体に入射する前記第一の単一の参照光線の一部が該第一のホログラフィック媒体によって消耗されないように配置され、そして
前記第二のホログラフィック媒体および前記ホログラフィックマスタ媒体が、該ホログラフィックマスタ媒体に入射する前記第二の単一の参照光線の一部が該第二のホログラフィック媒体によって消耗されないように配置される、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記再構築された第一の複数のホログラムおよび前記再構築された第二の複数のホログラムが、角度多重化、波長多重化、共焦点多重化、フラクタル多重化、位相コード多重化、およびペリストロピック多重化からなる群から選択される多重化技術を用いてオーバーラップ様式にて前記ホログラフィックマスタ媒体内に格納される、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記第一の複数のホログラムを、前記第一のホログラフィック媒体に逐次的に記録する工程が、該第一のホログラフィック媒体を第一の物体光線で照射する工程を包含し、該第一の物体光線のフーリエ平面が該第一のホログラフィック媒体に配置されることにより特徴付けられており；そして
前記第二の複数のホログラムを、前記第二のホログラフィック媒体に逐次的に記録する工程が、該第二のホログラフィック媒体を第二の物体光線で照射する工程を包含し、該第二の物体光線のフーリエ平面が該第二のホログラフィック媒体に配置されることにより特徴付けられている、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記ホログラフィックマスタ媒体に格納されたホログラムを同時に再構築し、該再構築されたホログラムを前記ターゲット媒体内に格納する工程が、該ターゲット媒体の外に存在する該再構築されたホログラムのフーリエ平面を用いて行われる、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記ホログラフィックマスタ媒体に格納されたホログラムを同時に再構築し、該再構築されたホログラムを前記ターゲット媒体内に格納する工程が、該ターゲット媒体内に存在する該再構築されたホログラムのフーリエ平面を用いることなく行われる、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
複数のホログラフィック媒体に情報レイヤのセットを格納する工程であって、該情報レイヤのセットが、該複数のホログラフィック媒体のそれぞれに複数のホログラムを含み、ここで：
該複数のホログラフィック媒体が、前記第一のホログラフィック媒体および前記第二のホログラフィック媒体を含み；
該第一のホログラフィック媒体の該情報レイヤのセットが、前記第一の複数のホログラムを含み；そして
該第二のホログラフィック媒体の該情報レイヤのセットが、前記第二の複数のホログラムを含む、工程；ならびに
該複数のホログラフィック媒体のそれぞれを参照光線で照らして、該複数のホログラフィック媒体のそれぞれから前記ホログラフィックマスタ媒体に、該複数のホログラムを再構築し記録する工程；
をさらに包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記複数のホログラムが、角度多重化、波長多重化、共焦点多重化、フラクタル多重化、位相コード多重化、およびペリストロピック多重化からなる群から選択される多重化技術を用いてオーバーラップ様式にて前記ホログラフィックマスタ媒体内に記録される、請求項８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の参照）
本出願は、２００３年９月８日に出願され「ＭＥＴＨＯＤＳ  ＦＯＲ  ＩＭＰＬＥＭＥＮＴＩＮＧ  ＰＡＧＥ  ＢＡＳＥＤ  ＨＯＬＯＧＲＡＰＨＩＣ  ＲＯＭ  ＲＥＣＯＲＤＩＮＧ  ＡＮＤ  ＲＥＡＤＩＮＧ」と題され、先に出願された米国特許出願第１０／６５８，０５５号の一部継続出願であり、該出願は、２００２年１１月２２日に出願され、「Ａ
ＭＥＴＨＯＤ  ＦＯＲ  ＩＭＰＬＥＭＥＮＴＩＮＧ  Ａ  ＰＡＧＥ  ＢＡＳＥＤ  ＨＯＬＯＧＲＡＰＨＩＣ  ＲＯＭ」と題され、先に出願された米国仮出願第６０／４２９，０１２号の利益を主張する。これらの出願の双方が、本明細書においてそれら全体が参考として援用される。
【０００２】
（発明の分野）
本発明は、概してホログラフィックデータストレージ媒体およびシステムに関し、より詳しくは、ホログラフィック媒体を記録および／または読み出す方法およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００３】
（関連技術の記載）
ホログラフィックデータストレージシステムは、ホログラフィックストレージ媒体において参照光線と干渉する信号光線の概念に基づいて情報またはデータを格納する。信号光線と参照光線との干渉は、データエレメントのホログラフィック表現、すなわちホログラムを、ストレージもしくは記録媒体、例えば、感光性ポリマまたは光屈折クリスタルのボリュームにインプリントされた（ｉｍｐｒｉｎｔｅｄ）屈折率および／または吸収性を変更するパターンとして、生成する。物体光線と呼ばれるデータコード化された信号光線を参照光線と結合することは、ストレージ媒体に干渉パターンを生成し得る。例えば、空間的光変調器（ＳＬＭ）またはリソグラフィックデータマスクは、データコード化された信号光線を生成し得る。干渉パターンは、ホログラムを生成するストレージ媒体の材料変化を引き起こす。
【０００４】
ストレージ媒体におけるホログラムの形成は、一般的には、信号光線および参照光線の相対振幅および偏光状態、ならびに信号光線と参照光線との間の位相差の関数である。ホログラムはまた、信号光線および参照光線がストレージ媒体に投影される波長および角度にも依存する。ホログラムがストレージ媒体において作成された後、参照光線をストレージ媒体に投影することは、元のデータコード化された信号光線と相互作用し、元のデータコード化された信号光線を再構築する。再構築された信号光線は、検出器、例えば、ＣＭＯＳ受光器アレイなどによって検出され得る。次いで、復元されたデータは、受光器アレイによって、元のコード化されたデータにデコードされる。
【０００５】
基本的なホログラフィックシステムが、図１に図示される。ホログラフィックストレージシステムは、光源１１０、例えば、コヒーレントな光線を提供するレーザを含む。光線スプリッタ１１４は、レーザ光線を物体光線と参照光線とに分割するように配置される。物体光線はＳＬＭまたはデータマスク１１６に配向され、ここで物体光線は２次元画像のとしての情報でコード化され、ミラー１１８およびレンズ１２０によって記録ストレージ媒体１２４に配向され、ここで物体光線は、ミラー１３０を経由して配向された参照光線と干渉する。複雑な干渉パターンが、ストレージ媒体１２４に記録され、ここで物体光線と参照光線とが相互作用する。第一の画像またはレイヤが記録された後、システムは、追加の画像がストレージ媒体１２４に記録されることを可能にするように変更され得る。例えば、参照光線の角度および／または波長を変更することによって、連続的な画像がストレージ媒体１２４に記録され得る。
【０００６】
特定の画像が、画像を格納するために使用されるもとの参照光線に類似する参照光線を用いて記録媒体１２４から抽出され得る。光は、格納されたホログラムに従ってストレージ媒体１２４によって回折され、記録媒体１２４に格納された２次元画像は、レンズ１２６によって、受光器アレイ１２８に配向される。
【０００７】
ホログラフィック読み出し専用メモリ（ホログラフィックＲＯＭまたはＨＲＯＭ）ストレージ媒体は周知である。過去において、ホログラフィック情報は、ＨＲＯＭ上の様々な位置を物体光線および参照光線と連続的に整列させて連続的にデータビットを記録することによって、ディスクフォーマットＨＲＯＭに、増分方法で記録された。例えば、空間的光変調器（ＳＬＭ）または連続的なデータマスクを通過して与えられる情報を変えることによって、様々な情報が、各連続的な位置に記録され得る。Ｌｉｕ他による「Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｓｔｏｒｉｎｇ  ａｎｄ／ｏｒ  Ｒｅａｄｉｎｇ  Ｄａｔａ  ｏｎ  ａｎ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｄｉｓｋ」と題された特許文献１は、例示的な従来の記録技術の数例を記載し、該文献はその全体が本明細書において参考として援用される。さらに、複数のホログラムは、例えば、波長多重化、角度多重化、シフト多重化、共焦点多重化または他の多重化技術を介して、仮想画像レイヤにスタックされ得る。スタック内の各ホログラムは、情報のページを備え得、ここで「ページ」は、例えば、２０４８×２０４８アレイまたは１０×１０アレイのような、共に格納されたビットまたは画素データの集合である。Ｄａｉｂｅｒ他による「Ｖｏｌｕｍｅ  Ｔｒａｃｋ  Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ  ｆｏｒ  Ｄａｔａ  Ｓｔｏｒａｇｅ  Ｍｅｄｉａ  Ｕｓｅｄ  ｔｏ  Ｒｅｃｏｒｄ  Ｄａｔａ  ｂｙ  Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  Ａｌｔｅｒｎａｔｉｏｎ  ｏｆ  ａ
Ｆｏｒｍａｔ  Ｈｏｌｏｇｒａｍ」と題された特許文献２は、例示的な従来の体積記録技術の数例を記載して、該文献はその全体が本明細書において参考として援用される。さらに、記録技術およびＨＲＯＭのビットワイズな検索を記載する別の参考文献は、Ｓｏｎｙ  ＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎのＥｒｎｅｓｔ  Ｃｈｕａｎｇ他によって、米国ハワイにおいて２００２年７月８日に発表された「Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ  ＲＯＭ  Ｓｙｓｔｅｍ
ｆｏｒ  Ｈｉｇｈ  Ｓｐｅｅｄ  Ｒｅｐｌｉｃａｔｉｏｎ」を含む。
【０００８】
ホログラムを記録するこのような方法の１つの欠点は、位置ごとのベースで、またはビットごとのベースで情報を増分的に記録するために、かなりの時間が必要とされることである。それゆえ、記録プロセスの改善が提案され、ここにおいてホログラフィック画像または情報の「レイヤ」は、ストレージ媒体全体にわたって同時に記録される。例示的な方法は、情報を用いてコード化された透過光学媒体、例えば、透過リソグラフィックデータマスクを通過する平面波を当てることにより、平面波物体光線／信号光線を生成することを含む。コード化された平面波物体光線は、ストレージ媒体の１つの面を照明する。例えば、円錐形の平面波参照光線は、ホログラフィックストレージ媒体の反対の面を照明し得る。物体光線と参照光線とは、ホログラフィックストレージ媒体内で干渉して、ストレージ媒体内に情報レイヤを生成する。
【０００９】
媒体に格納されたデータの読み出しは、データを記録するために使用された同一の参照光線を用いて、または共役読み出し光線（すなわち、反対の方向に伝播される元の参照光線と類似する光線）を用いることによって、続いて達成されて、元の記録の経路を引き返す後方伝播信号光線を再構築し得る。格納された情報は、ビットワイズな様式で、例えば、上で参照されたＳｏｎｙ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎのアプローチで説明されたように、ある時間に１ビット、またはある時間に数ビット、逐次的な様式で読み出される。システムのピックアップレンズは、読み出し光線を用いて生成されたデータの実像を、互いに対して変換および／または回転し得るホログラフィック媒体および／またはドライブのような適切な受光器上に集束し得る。
上記の記録方法の１つの欠点は、情報が、典型的に、ある時間に１ビット、またはある時間に数ビットを逐次的な様式で読み出されることである。従って、相対的に高い並列読み出しレートをより容易に可能にするホログラフィックストレージ媒体を記録する必要性がある。特に、ある時間に少なくとも１ページの情報の並列な読み出し（例えば、並列で多くのビットの読み出す）に対する必要性がある。さらに、ビットごとの読み出しアーキテクチャは、一般的に、合理的な転送レートを得るためにディスクを回転させるインプリメンテーションを限定する。実用的であるために、新しい、よりコンパクトでポータブルなフォーマットを可能にし得るページワイズな読み出しに対する必要性がある。従来の提案された記録方法の別の欠点は、ホログラフィックストレージ媒体、例えば、ＨＲＯＭ媒体において複数のデータを整列させ、記録するために必要なアラインメントと時間とを含む。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国特許第６，２７２，０９５号明細書
【特許文献２】米国特許第６，３２２，９３３号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一局面において、ホログラフィックストレージ媒体を記録する方法およびシステムが提供される。この局面の一実施例において、方法は、物体（データマスクまたはＳＬＭ）を、物体光線（しばしば「信号」光線と呼ばれる）を用いて照明することと、結果生じる変調された物体光線をホログラフィックストレージ媒体に記録することとを含む。一実施例において、データマスクは、複数のデータページに分割された情報レイヤを含む。参照光線は、ホログラフィックストレージ媒体にさらに伝播されて、ホログラフィックストレージ媒体を用いて、情報レイヤの複数のデータページを並列様式で記録する。
【００１２】
別の局面において、物体の画像が増幅されるホログラフィック媒体を記録する方法およびシステムが提供される。一実施例において、システムは、光源と、光源からの物体光線を変調する物体と、変調された光線（例えば、物体の画像）を出力画像に（正または負に）増幅するように適合されたリレーシステムとを含む。参照光線もまた配向されるホログラフィックストレージ媒体に、出力画像は配向されて、結果として生じる干渉パターンを記録する。さらに、リレーシステムは、出力画像を、ホログラフィックストレージ媒体内に配置され得る出力フーリエ平面に集束させる。一実施例において、フィルタが出力フーリエ平面の前に位置する中間フーリエ平面に配置され得る。さらに位相マスクは、一実施例において出力画像の位置に配置され得る。物体は、複数のデータページを備えている情報レイヤを用いて物体光線を変調するように動作するＳＬＭを含み得る。他の実施例において、リレーシステムは、物体光線を増幅することなしに使用され得、中間フーリエ平面または出力画像に配置される位相マスクの利点を提供し得る。
【００１３】
本明細書に記載される別の局面において、ホログラフィック媒体および／またはホログラフィックマスタデータマスクを記録する方法およびシステムが提供される。本局面の一実施例において、方法は少なくとも１つの情報レイヤをホログラフィックマスタデータマスクに格納することと、ホログラフィックマスタデータマスクを照明して、格納された情報レイヤを再構築し、該情報レイヤの画像をホログラフィックストレージ媒体に配向することと、参照光線をホログラフィックストレージ媒体に伝播して、該媒体に情報レイヤを記録することとを含む。
【００１４】
別の例において、ホログラフィック媒体および／またはホログラフィックマスタデータマスクを記録する方法は、第一のホログラフィック媒体（例えば、「サブマスタ」）を用いて、少なくとも第一のホログラムを記録することと、第二のホログラフィック媒体（例えば、第二の「サブマスタ」）を用いて、少なくとも第二のホログラムを記録することとを含む。次いで、第一のホログラフィック媒体および第二のホログラフィック媒体からの第一のホログラムおよび第二のホログラムは、単一のホログラフィックマスタ媒体（例えば、「マスタ」）を用いて逐次的に再構築され、格納される。次いで、ホログラフィックマスタ媒体は第一のホログラムおよび第二のホログラムをさらなるのホログラフィック媒体、例えば、ＨＲＯＭデバイスなどに格納するために使用され得る。ホログラフィックマスタデータマスクを生成するためにホログラフィックサブマスタを用いる例示的な方法は、格納される情報レイヤの回折効率および最終的なホログラフィックストレージデバイスの増加したストレージ容量に関する利益を提供し得る。
【００１５】
本発明の別の局面において、ホログラフィック媒体を読み出す様々な方法が提供される。一実施例において、ホログラフィックストレージ媒体を読み出す方法は、参照光線を提供することと、ホログラフィックストレージ媒体からある距離で配置された検出器を用いてホログラフィックストレージ媒体内の格納された情報を検出することとを含む。一実施例において、ストレージ媒体は、その中に格納された複数のデータページに分割され、該距離の検出器において検出されるように適合される少なくとも１つの情報レイヤを含む（例えば、レンズまたは他の光学素子は読み出しに必要とされ得ない）。
本発明は、以下の詳細な記載の考慮の際に、添付の図面および特許請求の範囲と関連するとより良く理解される。
例えば、本発明は以下の項目を提供する。
（項目１）
ホログラフィックストレージ媒体を製造する方法であって、
第一のホログラムを、第一のホログラフィック媒体に記録することと、
第二のホログラムを、第二のホログラフィック媒体に記録することと、
該第一のホログラフィック媒体から該第一のホログラムを、ホログラフィックマスタ媒体に再構築および記録することと、
該第二のホログラフィック媒体から該第二のホログラムを、該ホログラフィックマスタ媒体に再構築および記録することと
を包含する、方法。
（項目２）
前記ホログラフィックマスタ媒体を照明して、前記第一のホログラムおよび前記第二のホログラムを再構築することと、該第一のホログラムおよび該第二のホログラムをターゲットホログラフィック媒体に記録することとをさらに包含する、項目１に記載の方法。
（項目３）
前記第一のホログラムを再構築および記録することは、前記第一のホログラフィック媒体を、前記ホログラフィックマスタ媒体に対して配置することと、単一の参照光線を用いて、該第一のホログラフィック媒体および該ホログラフィックマスタ媒体の両方を照明して、該第一のホログラムを再構築することとを含み、これらにより該再構築されたホログラムは、該参照光線と干渉して、該第一のホログラムを該ホログラフィックマスタ媒体に記録する、項目１に記載の方法。
（項目４）
前記第一のホログラフィック媒体および前記第二のホログラフィック媒体を、前記ホログラフィックマスタ媒体と連続的に整列させて、該ホログラフィックマスタ媒体に記録された前記ホログラムを整列させることをさらに含む、項目１に記載の方法。
（項目５）
前記第一のホログラムは、透過ジオメトリで前記ホログラフィックマスタ媒体に記録される、項目１に記載の方法。
（項目６）
前記第一のホログラフィック媒体および前記ホログラフィックマスタ媒体は、該マスタ媒体上に入射する参照光線の一部分が、該第一のホログラフィック媒体の該ホログラム読み出しによって消耗されないように配置される、項目５に記載の方法。
（項目７）
一式のホログラムは、複数の第一のホログラムおよび複数の第二のホログラムに分割され、該複数の第一のホログラムは、前記第一のホログラフィック媒体に記録され、該複数の第二のホログラムは、前記第二のホログラフィック媒体に記録される、項目１に記載の方法。
（項目８）
前記複数の第一のホログラムは、前記ホログラフィックマスタ媒体に同時に再構築および記録され、前記複数の第二のホログラムは、該ホログラフィックマスタ媒体に同時に再構築および記録される、項目７に記載の方法。
（項目９）
前記複数の第一のホログラムおよび前記複数の第二のホログラムは、１つ以上の多重化技術によって、前記ホログラフィックマスタ媒体から再構築される、項目８に記載の方法。
（項目１０）
前記１つ以上の多重化技術は、ポリトピック多重化、角度多重化、波長多重化、共焦点多重化またはペリストロピック多重化を含む、項目９に記載の方法。
（項目１１）
前記第一のホログラムを前記第一のホログラフィック媒体に記録することは、該第一のホログラフィック媒体内側に配置された物体光線のフーリエ平面によって特徴付けられる該物体光線を用いて該第一のホログラフィック媒体を照明することを含む、項目１に記載の方法。
（項目１２）
前記物体光線は、前記第一のホログラフィック媒体に配置された前記フーリエ平面の前の第二のフーリエ平面においてアパーチャを介してフィルタされている、項目１１に記載の方法。
（項目１３）
前記アパーチャのサイズの少なくとも１つの寸法が、ポリトピック多重化に対するナイキスト一次因子の０．５倍から４．０倍である、項目１２に記載の方法。
（項目１４）
前記第一のホログラムを再構築および記録することは、該第一のホログラムの共役読み出しを含む、項目１に記載の方法。
（項目１５）
前記第一のホログラムは、並列に記録される複数のデータページに分割されたデータの情報レイヤを含む、項目１に記載の方法。
（項目１６）
２つ以上のホログラムは、複数のホログラムをターゲットホログラフィック媒体に格納するために、前記マスタ媒体に格納され、多重化される、項目１に記載の方法。
（項目１７）
項目１の方法によって製造されるホログラフィックストレージ媒体。
（項目１８）
項目２の方法によって製造されるホログラフィックストレージ媒体。
（項目１９）
光源と、
それにより格納され、ターゲットホログラフィックストレージ媒体にリレーされ、記録されるように適合された複数のホログラムを有するホログラフィックマスタ媒体とを備え、該複数のホログラムは、複数のホログラフィックサブマスタ媒体から該ホログラフィックマスタ媒体に記録され、該サブマスタ媒体の各々は、該複数のホログラムのうちの一部分を含む、
ホログラフィック記録システム。
（項目２０）
前記ホログラフィックマスタは、透過ジオメトリによって前記ターゲットターゲットホログラフィックストレージ媒体に記録するために配置される、項目１９に記載のシステム。
（項目２１）
前記ホログラフィックマスタ媒体は、前記ターゲット媒体に入射する前記光源からの参照光線の一部分が該ホログラフィックマスタ媒体の前記ホログラムの読み出しによって消耗されないように配置される、項目２０に記載のシステム。
（項目２２）
前記ホログラフィックマスタ媒体によって変調された物体光線の経路に沿って配置されるフィルタをさらに含み、該フィルタは、前記ターゲットホログラフィック媒体の近くまたは該ターゲットホログラフィック媒体に配置されるフーリエ平面の前の中間フーリエ平面に配置される、項目１９に記載のシステム。
（項目２３）
前記フィルタはアパーチャを備え、該アパーチャの寸法はポリトピック多重化に対するナイキストアパーチャサイズの０．５倍から４．０倍である、項目２２に記載のシステム。
（項目２４）
前記複数のホログラムは、複数のデータページにグループ化された情報レイヤを含む、項目１９に記載のシステム。
（項目２５）
前記複数のホログラムは、ポリトピック多重化、角度多重化、波長多重化、共焦点多重化またはペリストロピック多重化のうちの１つ以上によって格納される、項目１９に記載のシステム。
（項目２６）
ホログラフィック記録材料と、
該ホログラフィック記録材料に格納されることにより、第一の参照光線によって照明される場合に、第一のセットのホログラムが並列に再構築され、第二の参照光線によって照明される場合に、第二のセットのホログラムが並列に再構築される、複数のホログラムと
を備え、
該第一のセットのホログラムおよび該第二のセットのホログラムの平均的な回折効率は５％よりも大きく、該ホログラフィック記憶材料の記録面密度は１０ビット／平方マイクロメートルよりも大きい、ストレージデバイス。
（項目２７）
前記第一の参照光線および前記第二の参照光線は、前記ホログラフィック媒体に対する該参照光線の角度が変わる、項目２６に記載のストレージデバイス。
（項目２８）
前記第一のセットのホログラムおよび前記第二のセットのホログラムは、それらが前記参照光線の波長を変化することによって再構築され得るように格納される、項目２６に記載のストレージデバイス。
（項目２９）
各セットのホログラムは、それらがポリトピック多重化によって並列に再構築され得るように格納される、項目２６に記載のストレージデバイス。
（項目３０）
近接のホログラムとの間隔は、少なくとも一方向において、ポリトピック多重化に対するナイキスト一次因子の０．５倍から４．０倍までである、項目２９に記載のストレージデバイス。
（項目３１）
その中に記録された複数のホログラムを有するホログラフィック記録材料を備え、
媒体が、媒体面積の相当な部分上を所定の特徴の参照光線で照明される場合に、第一のセットのホログラムが並列に再構築され、
該参照光線の特徴を変えることが、並列に再構築される第二のセットのホログラムという結果を生じ、
該第一のセットのホログラムおよび該第二のセットのホログラムの平均的な回折効率は、（Ｍ／Ｎ）２よりも高く、ここでＭは、該複数のホログラムがない場合の該ホログラフィック記録材料のダイナミックレンジ（Ｍ／＃）であり、Ｎは該ホログラフィック記録媒体に記録されたオーバーラップするホログラムの平均数である、
ストレージデバイス。
（項目３２）
前記第一の参照光線および前記第二の参照光線は、前記ホログラフィック記録材料に対する該参照光線の角度が変わる、項目３１に記載のストレージデバイス。
（項目３３）
前記第一のセットのホログラムおよび前記第二のセットのホログラムは、それらが前記参照光線の波長を変化することによって、再構築され得るように格納される、項目３１に記載のストレージデバイス。
（項目３４）
各セットのホログラムは、それらがポリトピック多重化によって並列に再構築され得るように格納される、項目３１に記載のストレージデバイス。
（項目３５）
近接のホログラムとの間隔は、少なくとも一方向において、ポリトピック多重化に対するナイキスト一次因子の０．５倍から４．０倍までである、項目３４に記載のストレージデバイス。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、例示的なホログラフィック記録読み出しシステムを図示する。
【図２】図２Ａは、複数のデータページを含む、例示的なデータマスクを図示する。図２Ｂは、各レイヤに複数のデータページを有する情報レイヤの例示的なスタックを図示する。
【図３】図３は、ホログラフィックマスタデータマスクまたはホログラフィック媒体を生成する例示的なホログラフィックデータ記録システムを図示する。
【図４】図４は、ホログラフィックデータを、検出器を用いて直接検出する例示的なシステムを図示する。
【図５】図５Ａおよび図５Ｂは、マスタホログラフィックデータマスクを記録する例示的なシステムを図示する。
【図６】図６は、マスタホログラフィックデータマスクをホログラフィックストレージ媒体に画像化する例示的なシステムを図示する。
【図７】図７は、ホログラフィック光学素子を含むホログラフィックストレージ媒体を読み出す例示的なシステムを図示する。
【図８】図８は、ホログラフィックストレージ媒体から画像を読み出す例示的なシステムおよび方法を図示する。
【図９】図９Ａおよび図９Ｂは、ホログラフィックストレージ媒体を記録および読み出す例示的なシステムおよび方法を図示する。
【図１０】図１０は、物体の拡大出力図を提供するためにリレーシステムを含むホログラフィックストレージ媒体を記録する例示的なシステムおよび方法を図示する。
【図１１】図１１Ａ〜図１１Ｃは、物体を画像化する例示的なレンズ構成を図示する。
【図１２】図１２Ａ〜図１２Ｃは、物体を画像化および拡大する例示的なリレーシステムを図示する。
【図１３】図１３は、拡大出力画像を生成するリレーシステムのレジ的なシミュレーションを示す。
【図１４】図１４Ａおよび図１４Ｂは、反射および透過ジオメトリに従って、ホログラフィックマスタデータマスクから、ホログラフィックストレージ媒体を形成する例示的な方法を図示する。
【図１５Ａ】図１５Ａは、ホログラムを複数のホログラフィックサブマスタ媒体に記録し、該ホログラムを単一のホログラフィックマスタ媒体にコピーする例示的な方法を図示する。
【図１５Ｂ】図１５Ｂは、ホログラムを複数のホログラフィックサブマスタ媒体に記録し、該ホログラムを単一のホログラフィックマスタ媒体にコピーする例示的な方法を図示する。
【図１６】図１６Ａ〜図１６Ｃは、マスタホログラフィックデータマスクおよび複数のサブマスタ媒体からホログラフィック媒体を製造するデータマスクおよびホログラフィック媒体の例示的な配置を図示する。
【図１７】図１７は、ホログラフィック媒体を記録および製造する例示的な方法を図示する。
【図１８】図１８は、ホログラフィック媒体を記録および製造する例示的な方法を図示する。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
ホログラフィックストレージ媒体に記録および読み出しをする方法およびシステムが提供される。該媒体は、例えば、ホログラフィック読み出し専用媒体またはＨＲＯＭ媒体を含む。以下の記載は、当業者が様々な例を作成および使用することを可能にするために提示される。特定の技術およびアプリケーションの記載は例としてのみ提供される。本明細書に定義される例に対する様々な修正が当業者にとって容易に明らかであり、本明細書に記載される一般的な原理は、本発明の精神および範囲から逸脱することなしに、他の例およびアプリケーションに適用され得る。従って、本発明は、記載され示される例に限定されることを意図しないが、本明細書に開示される原理および特徴と矛盾しない最大の範囲に一致する。
【００１８】
本発明の一局面において、ホログラフィックストレージ媒体上の様々な位置に中心を合わせられた複数のデータページを有する仮想レイヤまたはホログラフィック画像を記録することによって、読み出しが、ページワイズな（ｐａｇｅ−ｗｉｓｅ）様式で達成され得るように、データマスクが使用される。一実施例において、各レイヤ内の複数のデータページの並列な記録は、増加したストレージ容量を用いてＨＲＯＭ媒体の高速複製を可能にし、ＨＲＯＭ媒体のページワイズな読み出しは、ビットワイズな（ｂｉｔｗｉｓｅ）読み出しよりも速い読み出しレートを可能にする。増加したストレージ容量は、複数のデータページをストレージ媒体に並列に記録することによって増加した回折効率に部分的に起因する。データ転送レートは、ＣＤ、磁気ディスクなどのような逐次ストレージデバイスのような媒体を移動させることなしに、データページ全体の並列検出に部分的に起因して増加する。実施例は、高性能カードストレージデバイスを作成するために特に適している；しかしながら、当業者によって認識されるように、実施例は、様々なストレージデバイスおよび構成、例えば、ディスクおよびテープ媒体に適用可能である。
【００１９】
本発明の別の局面において、１つ以上のデータマスクは、ホログラフィック媒体に格納されて、ホログラフィックストレージ媒体を記録することに使用するためのホログラフィックマスタデータマスク（本明細書において、時折「マスタ」または「マスタホログラフィック媒体」と呼ばれる）を生成する。一実施例において、ホログラフィックマスタデータマスクは、複数の情報レイヤまたはデータレイヤを用いて製造され、格納されたデータレイヤのうちの１つ以上を、ホログラフィックストレージ媒体、例えば、ＨＲＯＭ媒体に記録およびコピーするために使用される。ホログラフィックマスタデータマスクは、複数のデータマスクを移動し整列させる必要性なしに、異なるレイヤを記録する間の向上したアラインメントおよび速度で、様々なデータを抽出するように多重化され得る。さらに、ホログラフィックマスタデータマスクは、ＶａｎｄｅｒＬｕｇｔセットアップまたは他の変換光学システムを用いて、格納されたデータマスクの準フーリエ変換平面またはその近くに配置され得る。ホログラフィックマスタデータマスクは、フーリエ平面または光学システムの画面またはその近くに記録され得る。これらのシステムにおけるフーリエ変換の位置は、ホログラフィックマスタデータマスクを記録する間に、高次の変換成分を取り除き得、ＨＲＯＭなどを記録する場合の格納されたデータページ間の干渉を減少させ、それにより読み出し性能を向上させ得る。
【００２０】
本発明の別の局面において、複数のサブマスタホログラフィック媒体を用いてホログラフィックマスタ媒体を形成するホログラフィック記録方法およびシステムが、提供される。一実施例において、方法は、所望のホログラムのセットを逐次的に複数の別々のホログラフィック媒体、例えば、複数の「サブマスタ」に記録することを含む。その後、サブマスタに記録されたホログラムは、第二のホログラフィックストレージ媒体、「マスタ」にコピーされる。マスタホログラフィック媒体は、さらなるホログラフィックストレージ媒体を複製するためにマスタデータマスクなどとして使用され得る。例示的な方法は、従来の方法およびシステムを介して増加したストレージ容量およびホログラム回折効率を、ホログラフィック媒体に提供し得る。
【００２１】
本発明の別の局面において、ホログラフィック記録方法およびシステムは、物体光線経路に配置された光学リレーシステムを含んで、出力物体画像に対して入力物体画像を（正または負に）増幅する。リレーシステムの増幅は、物体画像のサイズを、格納され、適切なホログラフィック媒体から後に再構築される、所望の出力画像サイズまで増幅するように調節され得る。例えば、物体画像は、該物体のそれとは異なる所望のピクセルサイズおよびピッチまで増幅され得る。
【００２２】
さらに、リレーシステムを含む例示的な方法およびシステムは、それら自体がさらなる利点（増幅なしで物体画像をリレーする例を含む）を導く。例えば、位相マスクは、出力画面に配置され得る。さらに、一実施例において、リレーシステムの出力画像の光路は、出力フーリエ平面に集束して、中間フーリエ平面は、出力フーリエ平面の前に含まれ得る。（例えば、ポリトピック多重化（ｐｏｌｙｔｏｐｉｃ  ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）のためのアパーチャを含む）フィルタは、中間フーリエ平面に配置され得、それにより出力フーリエ平面がストレージ媒体内側に配置されることを可能にする。
【００２３】
１つ以上のデータマスクがホログラフィック媒体またはホログラフィックマスタデータマスクに格納される、本発明の別の局面において、データページは、波長多重化または角度多重化のような多重化技術を用いて、スタックに多重化される。さらに、データページは、ポリトピック多重化を用いて、空間的にオーバーラップして格納され得る。ポリトピック多重化は、例えば、２００３年３月１０日に出願され、「Ａ  ＭＥＴＨＯＤ  ＦＯＲ
ＯＶＥＲＬＡＰＰＩＮＧ  ＨＯＬＯＧＲＡＭＳ  ＵＳＩＮＧ  ＬＯＣＡＴＩＯＮ  ＢＡＳＥＤ  ＦＩＬＴＥＲＩＮＧ  ＴＯ  ＳＥＰＡＲＡＴＥ  ＯＵＴ  ＴＨＥ  ＳＩＧＮＡＬ」と題された、米国特許出願第６０／４５３，５２９号に記載され、該出願は、本明細書に完全に記述されるかのごとく参考として援用される。
【００２４】
以下の記載は、本発明の様々な例および局面を含む。当業者によって認識されるように、様々な例は、単独で使用され得るか、または特定のアプリケーションに依存する様々な他の方法およびシステムと組み合わせて使用され得る。
【００２５】
体積ホログラフィは、同一のホログラフィックストレージ媒体の複数のレイヤを多重化するために使用され得る。例えば、第一の透過性マスク媒体またはデータマスクは、第一の情報レイヤを用いてコード化され得、第二の透過性マスク媒体は、第二の情報レイヤを用いてコード化され得る。第一の透過性マスク媒体および第二の透過性マスク媒体からの情報は、例えば、角度多重化技術または波長多重化技術を介して、ホログラフィックストレージ媒体上に多重化され得る。この方法で、それぞれ異なる情報を用いてコード化された複数の透過性マスク媒体は、複数の情報レイヤを生成するために使用され得る。すなわち、ホログラムのスタックが生成され得、ここにおいて、所与のスタックの異なるレイヤに格納された情報は、異なる透過性マスク媒体または連続する透過性マスク媒体によって生成される。スタックにおいて、用語「レイヤ」の使用は、体積ホログラフィック記録することの物理的な実態が、スタック内の全てのホログラムが、同一またはほぼ同一の体積内に存在し、かつ媒体内で物理的に離れたレイヤには存在しないということとする、論理的な説明または用語である。
【００２６】
１つの例示的な記録方法において、単一のホログラム画像または情報レイヤに含まれる複数のデータページは、ホログラフィックストレージ媒体の少なくとも一部分に並列に記録される。さらに、複数のレイヤがホログラフィックストレージ媒体に記録されて、データページの複数のスタック（しばしばデータページの「ブック」と呼ばれる）を生成し得る。
【００２７】
図２Ａは、複数のデータページ２１０を含む例示的なデータマスク２００を図示する。各データページ２１０は、数百以上の画素数の画素のアレイを含み得る。例えば、各データページ２１０は、２０４８×２０４８のピクセルのアレイを含み得るが、各データページ２１０の様々なサイズおよび形状が可能である。各データページは、データマスク２００およびストレージ媒体内で、数マイクロメートル以上の距離だけ分離され得る。あるいは、例えば、ポリトピック多重化が使用される場合には、データページは以下にさらに詳細に記載するように、ストレージ媒体内にオーバーラップし得る。
【００２８】
図２Ｂは、データマスクによってホログラフィックストレージ媒体に格納され得る複数の情報のデータページ２１２を有するホログラム画像または仮想情報レイヤ２０２の例示的な表現を示す。各レイヤ２０２が、同時にホログラフィック媒体の一部または全てに格納され、共通するレイヤの複数のデータページ２１２が並列に記録され得る。さらに、複数のレイヤ２０２は、データページ２１２と整列し、データページ２１２のスタック２１４を形成し得る。ここで１つのスタック２１４は、全体が矢印によって示される。読み出しの間に検出器は、ストレージ媒体の１つ以上のデータページ２１２のスタック２１４およびページワイズな様式で逐次的に検出または読み出しされる各データページ２１２と整列させ得る。例えば、スタック２１４の各レイヤ２０２およびデータページ２１２は、角度、波長または他の適切な方法によって、媒体に多重化され得、適宜読み出され得る。スタック２１４の全体が読み出された後、検出器および／または媒体は、平行移動、および／または回転させられ得、検出器を別のスタック２１４と整列させ得、ページワイズな読み出しは続く。以下に記載される、ポリトピック多重化と呼ばれる別の例において、データページ２１０は、格納される際、空間的にオーバーラップし得る。
【００２９】
複数のデータページ２１２を含む情報レイヤ２０２を、ホログラフィックストレージ媒体にわたって格納することは、ホログラフィック媒体のダイナミックレンジをより効率的に利用し得、これにより媒体のストレージ容量を増加させる。一般的に、ストレージ容量および回折効率は、ホログラムの数、この例においては情報レイヤ２０２が、体積媒体の類似の位置に格納される場合には、減少する。例えば、回折効率は１／ｍ２に比例し、ここでｍはその中に格納されるホログラムの数である。しかしながら、複数のデータページが媒体に、単一の画像の一部として並列に格納される場合には、ホログラフィックストレージ媒体内に記録される各データページ２１２に対する減少というよりむしろ、回折効率の減少は、複数のデータページ２１２の各レイヤ２０２に対して一度のみ発生する、すなわちｍ＝１である。典型的には、レイヤ２０２に並列にデータページ２１２全てを記録することは、媒体の露光の均一性の向上に起因するより高い記録密度および媒体体積のより良好な使用を生じ、かつ可能にする。対照的に、各データページ２１２がそれ自体によって逐次的に記録される場合には、各データページ２１２が同時にすなわち並列に記録される場合よりも広い媒体のダイナミックレンジを用いる。ダイナミックレンジにおける違いは、少なくとも部分的に、媒体の伝播を伴い、媒体をより露光する信号光線および参照光線のオーバーラップに起因する。このことが、より効果的な露光を生じさせ、逐次的な記録の間に同一の情報を記録し、並列の記録よりも媒体のより広いダイナミックレンジを使用する。さらに、データページ２１２の局所的な逐次記録は、レイヤ２０２全体を並列に記録することに比べると、システムの信号対ノイズ比（ＳＮＲ）を低下させ得る局所的なバルクインデックス変化を生成し得る。
【００３０】
さらに、より速い読み出し時間は、例示的な方法を用いて達成され得る。各レイヤ２０２の複数のデータページ２１２を有するホログラフィックストレージ媒体の読み出しの間、システムは検出器をデータページ２１２またはデータページ２１２のスタック２１４と整列させ得、ページワイズな様式でデータページ２１２を読み出し得、例えば、ここで、各データページ２１２に格納される情報のアレイが並列に読み出される。一実施例において、検出器は、スタック２１４と整列し得、データページ２１４のスタック２１４全体が、（多重化などを介して）ページワイズに読み出される。次いで、検出器は、ストレージ媒体の別のスタック２１４に移動して、データページ２１２を読み出し得る。ページワイズな様式で読み出すことは、読み出しが逐次的またはビットワイズな様式で行われる方法およびシステムに比べて、読み出しレートを実質的に増加し得る。
【００３１】
さらに、データページ２１２を並列に検出することは、ページワイズなエラー補正方法を考慮する。例えば、データページ２１２の画像を検出することは、様々なエラー補正およびチャネル変調技術を考慮し、検出された信号の復元およびそれらをより高い精度を有するストレージ情報にデコードすることを考慮する。例えば、「ＭＩＣＲＯ−ＰＯＳＩＴＩＯＮＩＮＧ  ＭＯＶＥＭＥＮＴ  ＯＦ  ＨＯＬＯＧＲＡＰＨＩＣ  ＤＡＴＡ  ＳＴＯＲＡＧＥ  ＳＹＳＴＥＭ  ＣＯＭＰＯＮＥＮＴＳ」と題された米国特許出願第１０／３０５，７６９号は、いくつかのエラー補正方法を記載し、該出願は本明細書においてその全体が参考として援用される。
【００３２】
図３は、複数のデータページを含むデータマスク２００を、複数のデータページが有利に並列に記録されるホログラフィックストレージ媒体２２０上に記録する例示的なシステムの一部を図示する。本明細書に示され記載される例示的なシステムは、当業者に認識されるように、様々な追加の光学素子または異なる光学素子、例えば、レンズ、プリズム、アパーチャ、フィルタ、光線スプリッタ、回折格子などを含み得る。しかしながら、明確にする目的で、このような追加の機能は、記載から省略されている。
【００３３】
この例において、データマスク２００は、光源２３６によって提供され、光源２３６によって提供された参照光線２４０と干渉する物体光線２４２によって照明される。光源２３６は、レーザのような任意の適切な光源または他のコヒーレントな光源を含み得る。さらに、物体光線２４２および参照光線２４０は、同一の光源または異なる光源によって提供され得る。例示的な記録方法が、反射ジオメトリホログラフィックプロセス構成（対向する側から媒体に入射する物体光線および参照光線）で示され、ここで平面波参照光線は、ホログラフィックストレージ媒体２２０内部でデータコード化された物体光線と干渉する。例示されるシステムは、当業者によって認識されるように、本明細書に明示的には記載されない、様々な方法で構成され得、様々な他の機能を含み得る。例えば、透過ジオメトリホログラフィプロセスも、データマスク２００の情報を格納するためにも使用され得、ここで平面波参照波光線は、媒体２２０のデータマスク２００と同一の側から提供されることが容易に認識されるべきである。さらに、物体光線経路における光学システムは、示されるように単一のレンズ２３０を含み得るか、レンズを含み得ないか、または複数のレンズを含み得る。
【００３４】
この例において、データマスク２００は、光源２３６から物体波２４２によって照明され。透過システム内を、ホログラフィックストレージ媒体２２０の中心から距離「ｄ」にある画面２２２に伝播される。距離ｄは、正、ゼロ、または負（すなわち点線で示されるストレージ媒体２２０のもう一方の側）であり得る。画面２２２は、ストレージ媒体２２０内にも位置され得る。ホログラフフィックにインプリメントする複数のレイヤ（複数の画面）の１つの利点の可能性は、該レイヤが物理的にストレージ媒体上にある必要がないということである。例えば、現在の多層ＣＤ、ニアフィールド、または高ＮＡシステムを用いると、レイヤは媒体上か媒体内側に存在する。データのデータマスク２００を画像化または配置することによって、レイヤは、記録の間にデータマスク２００画面２２２がどこに位置するかに依存して、ストレージ媒体２２０の外側、ストレージ媒体２２０の内側、またはストレージ媒体２２０上に配置されているように、検出器またはドライブに見え得る。従って、光がそれを介して進行する基板の量の変化に起因する球面収差の補償という通常の問題は、必須ではあり得ず、一部の例においては、１つまたは複数のピックアップレンズなしに検出され得る。さらに、ストレージ媒体２２０の外側にデータの画面２２２を配置することによって、様々な媒体欠陥または汚染の問題、例えば、ダスト、スクラッチなどが軽減され得る。
【００３５】
さらに、画像化の場合、レンズシステム２３０は、マスクの増幅を正（拡大する）または負（収縮する）の両方に変え得る。一実施例において、レンズ２３０は、画像を１０倍だけ縮小する。レンズシステム２３０は、レンズ、レンズアレイ、プリズム、光線スプリッタなどを含む１つ以上の光学素子を含み得る。さらに、データマスクを媒体の近く、例えば、媒体２２０から距離ｄに配置して、この位置で記録することによって、データマスクは、レンズなしで記録され得る。
【００３６】
データマスク２００は、ホログラフィックストレージ媒体に、任意の適切な方法で伝播され得る。複数のデータマスク２００の場合には、逐次的なデータマスク２００および２０１は、各データマスク２００、２０１などが、読み出しの目的で効率的に多重化される手順を利用して、ホログラフィックストレージ媒体に格納され得る。データマスク２００の複数のページを並列に記録する一例において、データマスク２００は、各データページ２１０に対するレンズ素子を含むレンズアレイを用いて、媒体２２０上にフーリエ変換される。
【００３７】
データマスク２００の複数のデータページを並列に記録する方法は、ＶａｎｄｅｒＬｕｇｔ画像化システムをさらに含み得る。例えば、ＶａｎｄｅｒＬｕｇｔ画像化システムは、一般的に、データマスク２００の前にレンズ２３０を有することにより、データマスク２００が集束光線によって照明されることを含むか、またはデータマスク２００が集束光線によって照明されるようにデータマスク２００の前にレンズ２３０を有することを特徴とする。以下に記載される図５Ａは、例示的なＶａｎｄｅｒＬｕｇｔ画像化構成を含む。ＶａｎｄｅｒＬｕｇｔシステムが、ストレージ媒体２２０がフーリエ変換平面にあるか、該平面近くにあることを可能にし、例えば、位相共役読み出しと共に用いられる場合には、画面がレンズの必要性なしに生成されるという点で、該システムは好ましい。ストレージ媒体２２０はまた、フーリエ平面近くに配置されることにより、アパーチャが記録の間に高次の変換成分を取り除くことを可能にし得る。さらに、フーリエ変換平面は、特定のアプリケーションに依存して、媒体内に含まれ得るか、または媒体近くに含まれ得る。フーリエ変換平面が媒体内に存在する場合には、フーリエ平面フィルタリングは、リレーシステムの別のフーリエ平面においてなされ得る。さらに、残りの次数の強度に対してＤＣスポットエネルギを低下させる位相マスクまたは他の素子が含まれて、情報のより良好な記録を可能にし得る。
【００３８】
波長多重化の１つの例示的な方法において、光線２４０、２４２の波長は変えられ得、異なる情報を有するデータページを有する新しいデータマスク２０１が格納される。さらに、データマスク２０１は、（以下に記載されるように）使用され得る１つ以上のレイヤを有するホログラフィックデータマスクを含み得る。一実施例において、調整可能なレーザデバイスが、例えば、波長が、「Ｓｙｓｔｅｍ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｂｉｔｗｉｓｅ  Ｒｅａｄｏｕｔ  Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ  ＲＯＭ」と題された米国特許出願第１０／３４６，３９９号に記載されるようにダイオードの温度を調整することによって変更され得、該出願は、本明細書において完全に記載されるかのごとく、参考により援用される。さらに、様々な波長を有する一連の離散レーザ源が使用され得る。システムにおいて様々な波長をインプリメントする他の方法は、電気通信アプリケーションのために開発された技術を含む。例えば、これらは、電気吸収性変調と、波長を変えるためにレーザキャビティ上へのマイクロエレクトロメカニカルシステム（ＭＥＭＳ）構造の使用とを含む。関心のある中心波長は、３５０ｎｍ〜９５０ｎｍのどれででもあり得、関心のある現実的なチューニング範囲は、１ｎｍもの小ささであり得る。好ましい調整可能範囲は、約５ｎｍから１５ｎｍまでの間である。読み出しレーザは、連続波またはパルス光線を含み得る。パルス光線は、エネルギの使用において、一般的により効率的である。角度多重化はまた、参照光線の入射角を変更することによって、達成され得る。さらに、位相コード多重化、ポリトピック多重化、シフト多重化、相関多重化または他の公知の多重化方法も単独でまたは組み合わせて使用され得る。
【００３９】
別の例において、共焦点多重化が、連続する記録データマスク２００と２０１とでの画面２２２の距離ｄを変更することによって、インプリメントされ得る。距離ｄは、再配置デバイスコントローラ２３２を介して変更され得、該コントローラ２３２は、データマスク２００に垂直な方向、レンズ２３０の光学軸に沿って、レンズ２３０を平行移動させ、連続するレイヤ間の距離ｄの位置を変更する。再配置デバイスは、レンズ２３０（または複数のレンズ）を平行移動させることが可能で、適切なマイクロプロセッサによって制御される任意の適切なデバイスを含み得る。このことはまた、連続するレイヤ間でマスクを移動させることによっても達成され得る。読み出しの際に、検出器は、再配置デバイスによって同様に変更されて、格納された画像を画像化および検出し得る。例えば、波長多重化のために波長を変え、または共焦点多重化のために検出器の位置を変えること。さらに、共焦点多重化のために、例えば、画面上において、すなわち検出器アレイ上において、または中間画面においてピンホールのアレイのようなフィルタを有し、他の共焦点で格納されたホログラムからノイズを取り除くことが望ましい。これらおよび当該分野で周知の他の多重化方法は、単独でまたは任意の組み合わせでインプリメントされ、ストレージ媒体２２０内で高密度のストレージおよび容量を達成する。
【００４０】
共焦点多重化の利点は、光学システムがほぼテレセントリックである（ｔｅｌｅｃｅｎｔｒｉｃ）ことを仮定すると、データマスク２００が、著しい画質の損失なしで、かつ著しい増幅の変化なしで、例えば、１００マイクロメートル以上の距離にわたって移動し得ることである。共焦点顕微鏡に類似するピンホールフィルタを用いて、ピクセル単位で他のデータを取り除くことによって、スタック内の複数のページは様々な深さで記録され得る。このことは、ホログラフィック媒体２２０に格納され得る密度を著しく増加させ得る。共焦点多重化はまた、Ｂｒａｇｇベース、例えば、角度、波長、シフトおよび／またはモーメントベースの多重化技術、例えば、フラクタル、アパーチャ、ペリストロピック（ｐｅｒｉｓｔｒｏｐｈｉｃ）多重化技術と結合されて、記録密度を増加させる。
【００４１】
データマスク２００は、位相マスク、振幅マスクまたは振幅マスクおよび位相マスクの任意の組み合わせを含み得、ここで位相および／または振幅がデータを表す。例えば、バイナリ情報は、（１，０）または（１，−１，０）として格納され得、任意の適切な検出器、例えば、ＣＣＤ画像センサ、ＣＭＯＳ画像センサまたはエリアアレイセンサのような他の適切なセンサにおいて、１，０として検出され得る。データマスク２００は、従来のＤＶＤディスク上で見出される情報と類似の情報を含み得、該情報は、１および０に対応する光点と暗点、データトラックおよびサーボパターン（ｓｅｒｖｏ  ｐａｔｔｅｒｎ）をデータ内に含む。
【００４２】
データマスク２００は、当該分野で公知の任意の適切なリソグラフィック方法を介して製造され得る。あるいは、ＳＬＭまたはホログラフィックストレージ媒体は、物体光線をコード化するために使用され得る。一実施例において、複数のページを有するレイヤを有する１つ以上のデータマスク２００は、ホログラフィック媒体に、ホログラフィックマスタデータマスクとして、ホログラフィックに格納され得、ホログラフィックストレージ媒体、例えば、ＨＲＯＭにデータを格納するために使用され得る。ホログラフィックに格納されたレイヤは、以下にさらに詳細に記載されるように、ＨＲＯＭに画像化され得、複数のページの場合には、ＨＲＯＭに多重化されて、複数のページを有する各ホログラムを格納する。
【００４３】
一実施例において、ホログラフィックストレージ媒体２２０は、高性能カードストレージデバイスなどのようなカード媒体を含み得る。あるいは、ストレージ媒体２２０は、従来のＣＤまたはＤＶＤ媒体と類似するか、または異なるディスク媒体、テープあるいは光学媒体が製造され得る任意の他の都合の良い形式を含み得る。一般的に、ホログラフィックストレージ媒体２２０は、保護基板上または保護基板の間に、感光性ポリマを含む。保護基板は、ガラス、サファイア、ポリカーボネート、ポリ（メチルメタクリレート）またはＰＭＭＡ、プラスチック、石英、または使用される波長の光を一般的に透過する他の適切な材料から有利に選択され、これはホログラフィックストレージ媒体において十分な機械的特性を有する。あるいは、ストレージ媒体は、カートリッジまたは他の保護構造に少なくとも部分的に囲まれる。
【００４４】
感光性ポリマレイヤは、所望の干渉パターンを記録可能な感光性ポリマを含み得る。例示的なホログラフィック媒体の１つは、ＩｎＰｈａｓｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓによって製造されたＴａｐｅｓｔｒｙＴＭを含むが、ホログラムを記録可能な任意の体積型（ｖｏｌｕｍｅｔｒｉｃ）媒体が使用され得る。感光性ポリマおよびストレージ媒体の他の例は、米国特許第６，４８２，５５１号に記載され、該特許は本明細書において、その全体が参考として援用される。媒体の光学品質がかなり高い（例えば、波長電力／ｃｍ２が４よりも大きい）ことにより、良好な画像再構築および良好なＢｒａｇｇ選択性を達成することも望ましい。米国特許第５，９３２，０４５号は、例示的な媒体を製造する例示的な方法を記載し、本明細書においてその全体が参考として援用される。
【００４５】
図４は、ホログラフィックストレージ媒体、例えば、図３のシステムを用いて記録されるストレージ媒体２２０を読み出す例示的なシステムを図示する。ストレージ媒体２２０に格納されるデータの読み出しは、多くの異なる方法で達成され得る。例えば、位相共役参照光線は、ホログラムの単一のページまたはスタックのサイズの参照波で使用され得る（平面波参照光線に対して、これは対向する方向の平面波を含み得る）。参照光線２６０は、光線スプリッタ２７０によって媒体に誘導され得、偏向され得る。光線スプリッタ２７０は、標準の光線スプリッタ、偏光光線スプリッタ、または参照光線２６０をストレージ媒体２２０に再配向するホログラフィック光学素子を含み得る。光線スプリッタ２７０とストレージ媒体２２０との間のアパーチャまたは角度フィルタの使用（ゼロ次数またはゼロ次数のごく一部だけを通過させる）は、適切なサイズの光線を得て、その他のデータページを取り除くために使用され得る。このようなフィルタまたはアパーチャはまた、媒体構造自体の一部であり得る。
【００４６】
画像がストレージ媒体２２０の外側に距離ｄで格納された一例において、適切な検出器２５０は、光学レンズまたは他の光学素子を必要とせずに、画面距離および検出されるデータページに配置され得る。再配置デバイスコントローラ２５２は、検出器２５０とストレージ媒体２２０との間の距離を、適切な再配置デバイスを介して変更して平行移動検出器２５０によってスタックの様々な距離ｄで格納された様々なデータページを読み出すために使用され得る。あるいは、またはさらに、再配置デバイスコントローラはまた、適切な再配置デバイスを介してストレージ媒体２２０の位置を平行移動し得る。
【００４７】
さらに、検出器２５０およびストレージ媒体２２０は、互いに平行にし、ストレージ媒体２２０の他のデータページおよびスタックと、検出器２５０を整列させることが可能である。例えば、ホログラムの他方のスタックが検出器２５０および参照光線照明を移動させることによって、所望されるスタックにアクセスされ得る。反対に、媒体が、コンパクトディスク（ＣＤ）またはデジタル多用途／ビデオディスク（ＤＶＤ）システムのように、スタック位置まで移動されるか、またはヘッドと媒体の移動が組み合わされ得る。
【００４８】
例示的なシステムのコストおよび／またはコンパクト性、例えば、ピックアップレンズなどのない読み出しドライブが、この方法で大きく改善され得る。描かれる例示的なシステムは、レンズなどのような光学素子を含む様々な他のデバイスまたは素子を含み得ることが理解されるべきである。例えば、様々なレンズ、アパーチャ、フィルタ、回折格子などが当該分野で公知の検出器にデータページを画像化するために使用され得る。
【００４９】
一例において、検出器２５０は、ストレージ媒体２２０に格納された単一のデータページと同一のピクセル数を含む。検出器２５０は、データページを格納するために使用されるデータマスクピクセルサイズおよびある場合には光学システム増幅に部分的に依存する適切なピクセルサイズを含み得る。他の例において、検出器２５０は、格納された画像よりも小さいサイズのより多いピクセルを含み得、検出器２５０が格納された画像をオーバーサンプルすることを可能にする。検出器２５０は、光学情報に感度の高いＣＭＯＳセンサ、ＣＣＤ画像センサなどのような任意の適切な検出器を含み得る。さらに、検出器２５０に結合されたデコーディングユニットは、復元されるデータの対応する値を決定し得る。
【００５０】
様々な例において、検出器はまた、ライン検出器ＣＣＤまたはＣＭＯＳライン検出器を含み得る。ライン検出器が、データページ全体を読み出すために、スキャンされ得（画像にわたって物理的に移動される）、これは、ストレージ媒体のサイズであり得るか、または任意の一部であり得る。データページは、ページワイズな様式で多重化され得、読み出され得、ラインカメラを用いて検出され得る。データページはまた、同様の様式で、ＣＭＯＳまたはＣＣＤカメラあるいは他のこのようなカメラで検出され得、これは再構築されるデータページを検出するためのピクセルのアレイを含む。
【００５１】
スタックにおけるホログラム、すなわちストレージ媒体２２０の同一の位置で多重化されたデータページは、それらを格納するために使用された方法で参照光線を変えることによって、全てが読み出され得る。例えば、波長多重化に対しては波長を変え、または共焦点多重化に対しては検出器の位置を変える。さらに、共焦点多重化に対し、画面、すなわち検出器上または中間画面におけるピンホールのアレイのようなフィルタを有して、他の共焦点で格納されたホログラムからノイズを取り除くことが望ましい。レンズまたは他の光学素子が読み出しの間に使用される例において、フィルタは検出器の前の中間画面位置に存在し得る。
【００５２】
ホログラフィックストレージ媒体、例えば、ＨＲＯＭ媒体を読み出す別の例において、様々なデータページは、位相共役読み出しを用いることなしに読み出され得る。このことは、ドライブにレンズがあってもなくてもなされ得る。例えば、再び図３を参照して、ホログラムまたはレイヤが距離−ｄ（破線で示されるストレージ媒体２２０の反対側の画像）に格納される場合、図３に示されるものと同一の参照光線がデータのレイヤを読み出すために使用され得る。ホログラムは、媒体から距離−ｄ（媒体の他の側）に画像として見える。従って、検出器は、位置−ｄに配置され得る。ピックアップレンズを含む様々な光学素子はまた、所望されるように、画像化または変換されるために使用され得、それは当業者によって十分に理解される。
【００５３】
本明細書の様々な例は、ホログラフィックストレージ媒体またはホログラフィックマスタデータマスクにおいて、高い記録密度を得るために複数のページを多重化することを含み得る。例えば、波長、角度、共焦点（媒体の中心から異なる距離で格納する）、ペリストロピック、ポリトピックなどである。さらに、多重化技術のうちの１つ以上が、結合されて、記録密度を増加させ得る、例えば、（波長、共焦点）、（角度、共焦点）、（波長、ポリトピック）または３つ全てなど。さらに、データページおよびレイヤは、安全性の目的などのために、視認可能な画像と結合され得る。
【００５４】
本発明の様々な局面と連結して使用され得る他の例示的なホログラフィックデータストレージシステムは、「Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ  Ｄａｔａ  Ｓｔｏｒａｇｅ  Ｓｙｓｔｅｍ」と題された、米国特許第５，９２０，５３６号、「Ｐｈａｓｅ  Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ  Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｙ」と題された、同第５，７１９，６９１号および「Ｐｒｏｃｅｓｓ  ｆｏｒ  Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｙ  Ｕｓｉｎｇ  Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ  Ｂｅａｍ  Ｈａｖｉｎｇ  Ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ  Ｐｈａｓｅ  Ｃｏｎｔｅｎｔ」と題された、同第６，１９１，８７５号に記載されるシステムを含み、これらの特許の全ては、それらの全体が、本明細書において参考として援用される。
【００５５】
本発明の別の局面において、１つ以上のデータマスクがホログラフィックマスタデータマスクに記録される。次いで、ホログラフィックマスタデータマスクは、ホログラフィックストレージ媒体、例えば、ＨＲＯＭストレージ媒体などに、複数のホログラフィックレイヤを記録するために使用され得る。例えば、ホログラフィックマスタデータマスクは、ホログラフィックストレージ媒体にわたって情報レイヤ全体をホログラフィカルに記録するために使用され得る。各レイヤは、並列に記録される情報の複数のデータページに分割され得る。複数のレイヤは、波長、角度、ペリストロピック、共焦点、ポリトピック、位相コードまたは他の多重化技術を用いて、媒体上に多重化され得る。ホログラフィックマスタデータマスクの生成において、データページおよびデータページのスタックは、ホログラフィックマスタデータマスクに、注意深く整列され得、記録され得、アラインメントはホログラフィックマスタデータマスクを用いて維持され、ホログラフィックストレージ媒体を複製する。例えば、連続したデータマスクを整列させるよりもむしろ、記録される様々なデータマスクが、整列され、次いで、波長多重化または角度多重化によって、ホログラフィックマスタデータ内に記録され得る。正確なデータマスクは、それが画像化され格納されることが所望される場合には、適切な波長または角度を用いて呼び出され得る。このことは、複製プロセスの間に、データマスクの交換を非常に素早くかつ容易にし、短いサイクル時間を可能にする。媒体の読み出しにおいて、ホログラフィックマスタデータマスクによって生成されたページおよびページのスタックのアラインメントが増進されることにより、スタックの異なるページ間のドライブにおける機械的なアラインメントおよびサーボの時間が最小となり、読み出しが改良される。さらに、レイヤまたはレイヤ内のデータページのスタック間の注意深いアラインメントは、偽造のストレージ媒体、認証されないストレージ媒体、または海賊板ストレージ媒体を検出するために使用され得る。例えば、所定の方法でページスタック間またはレイヤ間のアラインメントを意図的に変更すること、特定のアラインメントを保持することによって、正当なストレージ媒体のサイン（ｓｉｇｎａｔｕｒｅ）が媒体自体に生成され得る。
【００５６】
図５Ａは、データマスクをマスタホログラフィックデータマスクに記録する例示的なシステムを図示する。この例において、ホログラフィックマスタデータマスク５２０は、その中に格納されるデータマスク５００の準フーリエ変換平面の近くに配置される。さらに、例示的なシステムは、ＶａｎｄｅｒＬｕｇｔ画像化設定を含んで、準フーリエ変換配置を達成し得る。ポリトピックフィルタはまた、例示的なシステムに含まれ得る。
【００５７】
平面波はデータマスク５００を照明して、これはＳＬＭ、リソグラフィックデータマスクまたは他の適切な物体を含み得、ホログラムを、ホログラフィックマスタデータマスク５２０の一部に格納する。この例において、平面波は、レンズ５３０、例えば、集束レンズを通過する。平面波参照光線も、ホログラフィックマスタデータマスク５２０に入射して、例えば、波長または角度を変更されて、ホログラフィックマスタデータマスク５２０に複数のデータマスクを記録し得る。システムは、透過性ジオメトリまたは反射ジオメトリを含み得る。アパーチャ、角度フィルタまたは位相マスクはまた、図５Ａのシステムに組み込まれ得る。
【００５８】
ホログラフィックマスタデータマスク５２０および／または画像化システムは、図５Ｂに示されるように媒体にわたって複数のデータページ５１０を空間的に多重化またはポリトピックに多重化するために、移動し得る。例えば、システムは、第一の空間的位置に１つ以上のマスク５００を整列させて、１つ以上の多重化技術を介して、ホログラフィックマスタデータマスク５２０に、データページ５１０のスタックを記録し得る。次いで、システムは、再配置されて、別のデータページ５１０のスタックなどを記録し、ホログラフィックマスタデータマスク５２０を完成する。格納されたデータページ５１０は、記録されるために使用されたものと同一の平面波参照を用いて、ホログラフィック媒体に画像化され得る。
【００５９】
ホログラフィックマスタデータマスク５２０をデータマスク５００の準フーリエ変換平面近くに配置することは、記録の間、およびデータページ５１０が、例えば、ホログラフィックマスタデータマスク５２０から読み出される場合、またはＨＲＯＭ媒体を用いて記録される場合には、同一のスタック内のページ間の干渉を減少させ得る。次に、これは、ホログラフィックマスタデータマスク５２０を用いて記録され製造されたＨＲＯＭ媒体の読み出しの間の同一のスタックのページ間の干渉を減少させ得る。より具体的には、ホログラフィックマスタデータマスク５２０からの読み出しの間に、フーリエフィルタは、ＨＲＯＭ媒体などの表面近くの、ホログラフィックマスタデータマスク５２０のフーリエ変換平面内に有利に配置されて、高次の変換成分を取り除き得る。例えば、４−Ｆシステムは、４−Ｆシステムのフーリエ変換平面内のフーリエフィルタを用いて、ＶａｎｄｅｒＬｕｇｔ画像化システムに画像化するために使用され得る。４−Ｆシステムは、一般的に、それらの焦点距離の合計だけ離れており、レンズの組の前方に一方の焦点距離で、およびレンズの組の後方にもう一方の焦点距離で位置する、２次元の入力および出力平面を有する２つのレンズを含む。４−Ｆシステムを用いて、フーリエ平面はまた媒体内側に配置され得る。
【００６０】
フーリエ変換平面内、またはフーリエ変換平面近くでＨＲＯＭ媒体を記録することの別の利点は、読み出しの間の増加したＨＲＯＭ媒体と検出器との位置の許容範囲を含む。増加した位置の許容範囲は、フーリエ変換平面が一般的にシフト不変であることに少なくとも部分的に起因する。例えば、フーリエ変換平面が、例えば、ｘ、ｙ、ｚの任意において正しい位置から（例えば＋／−１００マイクロメートルだけ）外れても、かなり小さい（例えば約１０マイクロメートル）ピクセルを有する検出器に対し整列された画像を依然復元することが可能である。フーリエ変換平面のシフト不変性は、読み出しに対し、従来のシステムよりも大きい許容範囲を生成する。さらに、フーリエ変換平面における情報が均一に分布されるので、媒体欠陥、例えば、スクラッチおよびダストは、データ復元に対しては画面における場合ほどには厳しい問題ではない。
【００６１】
一実施例において、図５Ａおよび図５Ｂを参照して記載されるシステムは、物体光線内に位相マスクを含み、位相共役読み出しを用い、ここで位相マスクは一定の著作権保護を提供し得る。格納された情報の良質な再構築のために、位相マスクは、記録に使用された場合の位相マスクと同一かまたはほぼ同一であることが望ましく、システム内の同一の位置またはほぼ同一の位置に配置されることが望ましい。位相マスクおよび位相マスク位置の知識が、格納された情報の保護を考慮する。さらに、このような保護は、例えば、カスタマＸに対して、ある位相マスク（特定のドライブを用いて読み出し可能）を用いて、カスタマＹに対して、別の位相マスク（異なるドライブを用いて読み出し可能）を用いて情報を記録することによって、カスタマ特定（ｃｕｓｔｏｍｅｒ  ｓｐｅｃｉｆｉｃ）でなされ得る。カスタマＸは、カスタマＹのドライブ（または記録に使用される特定の位相マスクおよび位置の知識）なしに、カスタマＹの媒体を読み出すことは出来ない。
【００６２】
別の局面において、ホログラフィックマスタデータマスクを記録する例示的な方法は、各データマスクがマスタストレージ媒体の中心から異なる距離ｄに画像化される共焦点多重化を用いることを含む。例えば、図５Ａに示されるデータマスク５００、すなわちデータマスク５００の画像のホログラフィックマスタデータマスク５２０に対する距離を異なるレイヤの記録の間に変更する。読み出しは、共焦点顕微鏡を用いて行われる方法と類似のフィルタを用いて共焦点で検出され得る。共焦点検出の例示的な記載は、米国特許第５，２０２，８７５号、同６，１１１，８２８号および同６，２７２，０９５号に記載され、これら全ては、本明細書において、それら全体として参考として援用される。共焦点多重化技術は、上記のように、体積ホログラフィック多重化技術と有利に結合され得る。ホログラフィカルに複数のレイヤ（画面）をインプリメントする利点の１つの可能性は、レイヤが物理的にストレージ媒体上にある必要が無いことである。例えば、現在の多層ＣＤ、ニアフィールドまたは高ＮＡシステムを用いると、レイヤは媒体上または媒体内側にある。データのデータマスクを画像化または配置することによって、検出器またはドライブに対して、レイヤが、データマスク画面が記録の間にどこに位置するかに依存して、ストレージ媒体の外側、媒体内側、または媒体上に位置するように見え得る。従って、光が進行する基板の量に起因する球面収差の補償という通常の問題は、必要ではあり得ず、一部の場合には１つまたは複数のピックアップレンズなしで検出され得る。
【００６３】
例えば、図３に示される調節可能なレンズシステムおよび上記のレンズシステムは、図５Ａに示されるようなホログラフィックマスタデータマスク５２０に記録するために使用され得る。さらに、ホログラフィックマスタデータマスク５２０は、平行移動して、様々な距離ｄで格納される異なるデータページまたはレイヤを画像化し得る適切なピックアップレンズによって読み出され得る。あるいは、画面および検出器平面は、様々な距離で記録するために移動し得る。次いで、ホログラフィックマスタデータマスク５２０は、共焦点多重化を用いて、ＨＲＯＭ媒体上に複数のレイヤをホログラフィカルに記録するために使用され得る。同様に、ホログラフィックストレージ媒体、例えば、ＨＲＯＭ媒体は、媒体から様々な距離で、調節可能なレンズシステムを用いて記録および読み出され得る。
【００６４】
例えば、図３および図５Ａを参照して記載されるように生成されたホログラフィックマスタから体積ホログラムをコピーすることは、反射ジオメトリおよび透過性ジオメトリに対して（それぞれ）図１４Ａおよび図１４Ｂに図示される。一般的に、ホログラフィックマスタ１４００は、複製のためにターゲット媒体１４２０（例えば、ＨＲＯＭデバイス）の近くに配置される。参照光線は、ホログラフィックマスタ１４００とターゲット媒体１４２０とに配向される。参照光線は、ホログラフィックマスタ１４００に格納されたホログラムを再構築し、同時に該ホログラムをターゲット媒体１４２０に格納するために十分である。特に、回折されたホログラムと、ホログラフィックマスタ１４００を読み出すために使用される大きな参照光線との両方からの光が、ターゲット媒体内で干渉して、ターゲット媒体１４２０内に記録されているホログラムの同一のセットを生じるように、ターゲット媒体１４２０がホログラフィックマスタ１４００に対して配置される。コピーの間のホログラフィックマスタ１４００とターゲット媒体１４２０との間の変位によるいくらかの位置的オフセットがあり得る。さらに、図１４Ｂに示されるような透過性ジオメトリの場合には、ターゲット媒体１４２０への参照光線の入射は、ホログラフィックマスタ１４００のホログラム回折によって部分的に歪められ得るか、または減少され得る。
【００６５】
ターゲット媒体１４２０に対して意図される複数のホログラムは、単一のマスタホログラム媒体、例えば、マスタ媒体１４００に含まれ得る。マスタホログラフィック媒体１４００が逐次的なページ記録プロセス（図３に関して上記されたように）によって記録される場合には、ホログラムは高容量のストレージデバイスに対して低い回折効率、例えば、１％未満を有し得る。相対的に弱いホログラム（例えば、低い回折効率を有する）は、ホログラフィック読み出しシステムにおいて検出可能であり得るが、それらは一般的には大量複製プロセスにおける使用に対して非効率的であるかまたは望ましくない。一般的に、物体光線および参照光線がほぼ等しい強度を有する場合に、最適のホログラフィック記録が生じる。例えば、マスタホログラムからの物体光線強度が参照光線の強度の１％未満である場合には、ターゲット媒体内の記録の効率は不十分であり、読み出し転送速度の減少などをし得る、媒体のダイナミックレンジの非効率な使用、長い複製サイクル時間、弱いホログラムを生じる。
【００６６】
図１５Ａおよび図１５Ｂは、ホログラフィックマスタデータマスクを含むホログラフィック媒体を製造する例示的な方法およびシステムを図示し、これらは先の方法に対して、向上したストレージ容量および向上したホログラム回折効率を提供し得る。例示的な方法は、一般的に、ホログラフィックマスタを製造する２段階または２つのプロセスの方法を含み、第一のプロセスにおいて、ホログラムまたは情報レイヤのセットが、複数のホログラフィックサブマスタにわたって記録され、第二のプロセスにおいて、ホログラムのセットがホログラフィックサブマスタからホログラフィックマスタに記録または転送される。次いでマスタは、ターゲットデバイス、例えば、ＨＲＯＭデバイスなどを製造するために使用され、該ターゲットデバイスは、ホログラムのセットの一部または全てを含み得る。
【００６７】
図１５Ａを特に参照すると、情報レイヤの所望のセットが、第一のプロセスにおいて、複数のホログラフィック媒体またはサブマスタ１５２０ａ〜ｃに逐次的に記録される。例えば、少なくとも第一のホログラムは、第一のホログラフィック媒体１５２０ａに記録され、少なくとも第二のホログラムは、第二のホログラフィック媒体１５２０ｂに記録され、以下同様である。特に、光源１５１０は、光線スプリッタ１５１４およびミラー１５１８によって、データマスク１５００に配向される物体光線を提供する。レンズ１５２６は、物体光線を、データマスクを照明して、第一のサブマスタ１５２０ａの近くのフーリエ平面で集束するように配向する。（例えば、本明細書または他で記載されるような）様々な光学素子およびリレーシステムは、光源１５１０とサブマスタ１５２０ａの位置との間に含まれ得る。
【００６８】
光源１５１０は、参照光線を、ミラー１５１２を経由してサブマスタ１５２０ａに配向する。最終的なホログラフィックマスタ媒体に所望されるホログラムのセットの第一の部分は、第一のサブマスタ１５２０ａに格納され得る。ホログラムの第一の部分は、任意の適切な多重化プロセスを介して、サブマスタ１５２０ａに格納された複数のホログラムを含み得る。次いで、第二のサブマスタ１５２０ｂは、所望のホログラムのセットの第二の部分を記録するように適切に配置され得、全ての所望のホログラムがホログラフィックサブマスタに格納されるまで、サブマスタ１５２０ｃなどが続く。
【００６９】
図１５Ａに示される例は、反射ジオメトリに対するものであり、フーリエ平面の近くでき記録するが、当業者によって認識されるように、方法は透過性ジオメトリまたは反射ジオメトリのいずれかおよび種々の記録構成および多重化方法に対して一般化され得る。例えば、ホログラムは、例えば、空間的、ポリトピック、角度または波長多重化方法のような方法のうちの１つまたは組み合わせで多重化され得る。
【００７０】
次いで、第二のプロセスにおいて、ホログラフィックサブマスタ１５２０ａ〜１５２０ｃに格納されるホログラムのセットは、単一のホログラフィックマスタ１５２０（図１５Ｂを参照）に再生され、記録され得る。該単一のホログラフィックマスタ１５２０は、例えば、ＨＲＯＭデバイスなどのような１つ以上のターゲットデバイス内のホログラムの一部または全てを記録するために、ホログラフィックマスタデータマスクとして使用され得る。この方法で製造されたマスタホログラフィック媒体（この例ではホログラフィックマスタ１５２０）は、多くの配布用コピー（例えば、ＨＲＯＭデバイスなど）を複製するために特に適切であり得る。例えば、各サブマスタ１５２０ａ〜１５２０ｃに記録されるホログラムの数を制限することは、ホロログラフィックマスタ１５２０に格納される各ホログラムにおけるより強い回折効率を保持することとなり得る。
【００７１】
図１５Ｂに図示されるように、光源１５１０は、サブマスタ１５２０ａおよびマスタ１５２０の両方を照明するように、ミラー１５１２を経由して参照光線を配向する。サブマスタ１５２０ａに格納されたホログラムは、再構築され、参照光線と干渉することにより、マスタ１５２０に格納される。図１５Ｂに図示される、サブマスタ１５２０ａ〜１５２０ｃからマスタ１５２０にホログラムを転送するシステムは、図１５Ａのものと同一であり得るか、または異なり得る。
【００７２】
一例において、回折されたホログラムからの光が、ホログラフィックマスタ１５２０内側で、参照光線と干渉して、ホログラフィックマスタ１５２０に同時に転送またはコピーされる複数の格納されたホログラムを生じるように、サブマスタ１５２０ａに格納される複数のホログラムが参照光線によって同時に読み出される。一例において、これは、参照光線の必要な数（例えば、異なる角度または波長で）に対して繰り返されて、サブマスタ１５２０ａからマスタ１５２０まで全てのホログラムを転送する。
【００７３】
次いで、サブマスタ１５２０ｂは、マスタ１５２０近くに適切に配置され得、サブマスタ１５２０ａと同様のプロセスが繰り返され得る。一部のアラインメントプロセスが、所望の許容範囲内で異なるサブマスタ（１５２０ａ〜１５２０ｃ）の間での位置における一貫性を保証するために必要であり得るが、アラインメントプロセスはホログラフィックマスタ１５２０を生成するプロセスにのみ使用されることに留意されたい。このことは、一般的に、スワッピング（ｓｗａｐｐｉｎｇ）またはアラインメントが、複製プロセスの間に、複数のデータマスクまたはホログラフィックマスタに対して必要とされる代替的な場合に好ましい。従って、記載されるような例示的なホログラフィックマスタ媒体に関し、追加のデバイスの複製が単一のマスタから生成され得、ホログラムの適切なアラインメントが、サブマスタ１５２０ａ〜１５２０ｃからマスタ１５２０までの転送の間に、先に設定されている。
【００７４】
さらに、例示的な方法は、最終的なマスタホログラフィック媒体および物体光線経路に対する複製された媒体またはターゲット媒体の配置におけるさらなる柔軟性を可能にする。全てのホログラムがマスタに逐次的に記録される、単一のステップのマスタリングに関し、媒体ダイナミックレンジの効率的な使用が、さらなる複製に対して強いホログラムを達成するために所望される。それゆえ、ホログラフィックマスタを物体光線のフーリエ平面の可能な限り近くで記録することが一般的に最適であり、ここで近接する空間的ホログラムの間のオーバーラップが最小化される。しかしながら、このことは、複製された媒体がその他の場所に（すなわちフーリエ平面から離れて）配置される必要があることを意味する。なぜなら、ホログラフィックマスタおよび複製された媒体は、複製の間に同一の物理的なスペースを共有し得ないからである。例えば、コンパクトな再生ドライブシステムに対して、回折されたホログラムのフーリエ平面の非常に近くに複製された媒体を有して、信号をフィルタする（例えば、ポリトピック多重化のために）一方で、光線の経路を可能な限り短く保つことが望ましくあり得る。
【００７５】
従って、複数のホログラムの逐次的な記録に起因する近接のホログラムのオーバーラップに一般的に敏感な、本実施例の第一のサブマスタリングプロセス（図１５Ａに全体が示される）において、サブマスタ１５２０ａ〜１５２０ｃは、媒体ダイナミックレンジの効率的な使用を増加させるために、フーリエ平面において記録され得る。第二のプロセス（図１５Ｂに全体が示される）において、マスタ１５２０は、位置がサブマスタ１５２０ａ〜１５２０ｃの位置または複製される媒体（例えば、ターゲット）の所望の位置と一致しないように柔軟に配置される。このことは、最終的な複製される媒体の位置に対する増加した自由度を提供する。なぜなら、２つのマスタリングステップのうちのそれぞれが、ソース媒体のフォワード読み出しまたは共役読み出しのいずれかを用いて行われ得るからである。
【００７６】
図１６Ａ〜図１６Ｃは、例示的なマスタリングおよび複製プロセスにおける、ホログラフィックサブマスタ１５２０ａ、ホログラフィックマスタ１５２０およびターゲット媒体１６２０の例示的な配置を図示する。例示的な方法は、図１６Ａに示されるように、物体光線のフーリエ平面に配置されるサブマスタ１５２０ａを用いて、ホログラムまたは情報レイヤを記録することを含む。次いで、ホログラムは、図１６Ｂに示されるように、フォワード参照光線によって、サブマスタ１５２０ａからマスタ１５２０まで転送またはコピーされる。マスタ１５２０からターゲット媒体１６２０までのホログラムの複製が、図１６Ｃに示され、ターゲット媒体１６２０は、マスタ１５２０から回折されたホログラムのフーリエ平面近くに配置されるが、その位置は、サブマスタ１５２０ａと位置のオーバーラップにし、１つのステップのマスタリングによっては一般的に実行不可能な位置である。
【００７７】
さらに、透過性ジオメトリの場合に対して、例示的な方法の各プロセスは、ターゲット媒体に入射する参照光線の部分が、図１７に示されるように、ホログラム回折によって消耗されない参照光線の部分であることを保証するように配置されるソース（例えば、図１６Ｂのサブマスタ１５２０ａおよび図１６Ｃのマスタ１５２０）およびターゲット媒体（例えば、図１６Ｂのマスタ１５２０および図１６Ｃのターゲット媒体１６２０）を用いて行われ得る。このようなシステムは、ターゲット媒体を記録するために使用される物体光線および参照光線の相対的強度に対するより優れた制御を可能にする。
【００７８】
本明細書に記載される様々な例におけるソース媒体およびターゲット媒体のアラインメントは、当該分野で公知の様々な方法で実行され得る。データピクセルをホログラフィック記録システムに整列させる１つの例示的な方法は、２００５年２月２８日に出願され、「Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｄａｔａ  Ｐｉｘｅｌｓ  ｉｎ  ａ  Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ  Ｄａｔａ  Ｓｔｏｒａｇｅ  Ｓｙｓｔｅｍ」と題された、同時係属中の米国特許出願第１１／０６９，００７号に記載され、該出願は本明細書において完全に記載されるかのごとく、参考として援用される。これらおよび他のアラインメントプロセスは、記録の間およびホログラムの読み出しの間の両方で実行可能である。
【００７９】
ホログラムのセットを複数のホログラフィックサブマスタにわたって格納して、次いで該ホログラムのセットを単一のホログラフィックマスタに再構築および格納するプロセスは、より強いホログラム（例えば、より大きい回折効率）が、マスタおよびマスタから複製された媒体において達成されることを可能にする。一般的にストレージ媒体のホログラムの強度（例えば、回折効率）に影響する２つの係数は、媒体内でホログラムが記録された変調デプスと、媒体の体積の単位におけるオーバーラップホログラム露光の数とである。
【００８０】
ホログラムの指数回折格子の変調デプスｍは、以下
【００８１】
【数１】
0005841461.tif 000002
のように書かれ、ＩＳおよびＩＲは、記録の間の物体（または信号）光線および参照光線強度である。変調デプスは、物体光線および参照光線の強度が等しい場合に、１という最大値を有する。強度が不均衡である場合、変調強度は減少する。例えば、強度比率が１００：１である場合には、変調デプスは約０．２であり、これは媒体のダイナミックレンジの約２０％のみが、ホログラム指数変調に有効に寄与する。ダイナミックレンジの残りは、均一な光線によって照明されるかのように、本質的に浪費される。従って、ホログラフィックマスタ内の強い回折効率を有する強いホログラムは、効率的な複製に対し、そして次に強い複製されたホログラムの生成にて重要である。
【００８２】
回折効率ηは、媒体のダイナミックレンジ（Ｍ／＃）および媒体体積内でオーバーラップされるホログラム露光の数Ｍに関係する。これは、
【００８３】
【数２】
0005841461.tif 000003
のように書かれ得る。
【００８４】
角度多重化およびポリトピック多重化の組み合わせによる特定の記録の例を考えると、図１８に全体的に図示されるように、オーバーラップする露光の数Ｍは、２つの成分、ブック（またはスタック）当たりの数Ｎｐａｇｅおよび隣接するブックの空間的なオーバーラップ係数Ｎｏｖｅｒｌａｐに分けられる。
【００８５】
【数３】
0005841461.tif 000004
従って、ホログラフィックマスタ媒体を記録するために、複数のサブマスタ媒体を用いる例示的な方法およびシステムは、多くの方法で、回折効率を向上させ得るか、または最大化し得る。図１５Ａおよび図１５Ｂを参照して、複数のサブマスタ１５２０ａ〜１５２
０ｃを記録する第一のステップにおいて、各サブマスタ１５２０ａ〜１５２０ｃは、各ブック（またはスタック）の総ページ数の一部を含み得るが、ブックの位置の全てを含み得る。例えば、３０ページは、１０ページごとに、３つのサブマスタ１５２０ａ〜１５２０ｃに分割され得る。このことは、利用可能なダイナミックレンジＭ／＃に、利用されるサブマスタの数を効果的に乗算する。さらに、サブマスタ１５２０ａ〜１５２０ｃが、物体光線サイズが最小になるフーリエ平面において記録され得るので、空間的なオーバーラップＮｏｖｅｒｌａｐは、最小化され得るかまたは減少され得る。高ＮＡシステムにとって、フーリエ平面からほんの小さなオフセットで記録することでさえも、オーバーラップ係数を劇的に上昇させ得る。
【００８６】
第二のプロセス（例えば、ホログラムをマスタ媒体に転送する）において、特定の入射角を有する広い平面波参照光線が、参照角度を有する全てのホログラムページを、特定のサブマスタ１５２０ａ〜１５２０ｃにおける全てのブックからマスタ１５２０まで同時に転送するために使用され得る。１つのホログラフィックマスタ１５２０のみが使用され、それによってダイナミックレンジＭ／＃に対する乗数はない。しかしながら、空間的なオーバーラップＮｏｖｅｒｌａｐは、効果的に１になる。なぜならば、空間的に隣接する（ポリトピック多重化された）ページは、このステップにおいて別々には露光されないからである。同一の参照角度を有する全ての空間的なホログラムが、マスタ１５２０に並列に、１つのホログラムとして効果的に記録される。
【００８７】
例示的な方法の望ましさは、４５というダイナミックレンジ（Ｍ／＃）を有する１．５ｍｍの厚さの記録媒体を用いるポリトピック多重化ホログラフィックシステムによって例示され得、これは、現在の最先端のホログラフィック記録媒体の典型である。物体光線をフーリエ変換するために合理的に高いＮＡ、例えば、約０．５０のレンズを用いて、１．２のナイキスト面積係数（または１．０８一次因子）だけ近接するホログラムスタックと間隔を開けると、オーバーラップ係数Ｎｏｖｅｒｌａｐは、物体光線のフーリエ平面で正確に記録する場合でさえも、約２０であり得る。フーリエ平面から均等に４〜５ｍｍのオフセットの媒体を用いて記録すると、Ｎｏｖｅｒｌａｐは、高ＮＡ変換の素早い発散に起因して、１００以上まで素早く増加する。各ホログラムスタックが、Ｎｐａｇｅ＝４０のホログラムを含む（例えば、角度多重化または波長多重化による）場合には、上式より、フーリエ平面で正確に記録された場合は、約０．３％であり、そしてフーリエ平面から数ミリメートル離れて記録される場合は、ほんの約０．０１％であるホログラム回折効率を推定し得る。フーリエ平面において記録することに加え、ホログラムが、本明細書において記載されたように５つのサブマスタのページにさらに分割される（利用可能なＭ／＃は５×４５＝２２５まで効果的に上昇する）場合には、回折効率は、約８％まで上昇し得る。
【００８８】
本明細書に記載される２ステップのマスタリング方法によって、これらの複数のサブマスタに格納されるホログラムは、単一のホログラフィックマスタに再構築および記録される。サブマスタから約８％の回折効率を達成すると、マスタに記録する変調デプスは、約０．５であり、これによってマスタで利用可能な有効なＭ／＃は、元の値４５の半分になる。オーバーラップ係数は、ポリトピカルに多重化されたページを並列にマスタにコピーし、４０ページが、３０％を超える増加した回折効率でマスタに記録され得る場合には、無視され得る。このより高い回折効率は、複製プロセスに対してより高い変調デプスを可能にさえし、これにより、回折効率が最終の複製されたコピーまで、繰り返し増幅され、理論的には１００％近くにさえも増幅され得る。
【００８９】
対照的に、記載されたようなホログラフィックサブマスタの使用なしに、例えば、単一のホログラフィック媒体を用いて、ホログラムをページごとに記録し生成されたマスタでは、マスタ内のホログラムの回折効率は、合理的に高いデータ記録密度において、１％を十分に下回る（例えば、上記の例においては、フーリエ平面で記録する場合でさえ０．３％）。０．３％において、このようなマスタから複製する変調デプスは、約０．１であり、このことはマスタ媒体のＭ／＃の１０％のみが有効利用可能であることを意味する。次いで、４０ページに対して、最終の複製されたホログラムの回折効率は、限定され、２％の回折効率を下回る。
【００９０】
最終的な複製された媒体の回折効率は、利用可能な読み出しレーザ電力が限定され得る再生ドライブ、特に低電力消費デバイスにおける素早いデータ転送レートを可能にするために重要である。本発明の方法によって生成された媒体は、必要とされる検出器の積分時間における対応する減少とともに、強度において１オーダ超える大きさの増加したホログラム回折を有し得、従って達成可能な転送レートが増加する。従って、一例において、マスタ（またはターゲット媒体）に記録されるホログラムのセットの平均的な回折効率は、５％よりも大きく、ここでホログラフィック記録材料の面積記録密度は、１０ビット／ｕｍ２よりも大きい。別の実施例において、ホログラムのセットの平均的な回折効率は、（Ｍ／Ｎ）２よりも高く、ここでＭは複数のホログラムなしのストレージ媒体（例えば、記録する前の空の媒体）のダイナミックレンジ（Ｍ／＃）であり、Ｎはストレージ媒体に記録されたオーバーラップするホログラムの平均数である。
【００９１】
従って、第一のプロセスにおいて、ホログラムの所望のセットを、１つ以上のホログラフィック媒体、例えば、複数のサブマスタに記録することは、ホログラムが単一の媒体に全て逐次的に記録された場合に比べて、より強いホログラム（例えば、より大きな回折効率）が各個別のサブマスタに記録されることを可能にし得る。より強いホログラムは、一般的に、複数のサブマスタからマスタまでの物体光線と参照光線との間のより最適な光線強度比率と、マスタのダイナミックレンジのより有効な使用を可能にする。さらに、第二のプロセスは、多くのホログラムを、サブマスタからマスタまで並列に転送するので、ホログラム記録の有効数は減少する。これらの利益の組み合わせは、サブマスタからマスタまでホログラム強度が増幅されることを可能にし得る。
【００９２】
ここで図６を参照すると、ホログラフィックストレージ媒体６２０、例えば、ＨＲＯＭストレージ媒体に格納するために、ホログラフィックマスタデータマスク５２０（これは図５を参照して記載されるように、または図１５Ａおよび図１５Ｂを参照して記載されるように製造され得る）を用いて記録する例示的なシステムおよび方法が示される。ホログラフィックマスタデータマスク５２０は、平面波光線を用いて照明され得、データマスクが、該ホログラフィックデータマスク５２０内にどのように格納されたかに依存して、多重化、例えば、波長多重化され得、様々なデータマスクをホログラフィックストレージ媒体６２０に画像化する。従って、ホログラフィックマスタデータマスク５２０は、複製されたホログラフィックストレージ媒体６２０に記録されたデータソースである。ホログラフィックマスタデータマスク５２０によってコード化された平面波は、レンズ６３０によって、ホログラフィック媒体６２０に画像化され得、リレーされ得、または伝播され得る。レンズ６３０は、高性能のフォトリソグラフィックレンズを含み得る。あるいは、ホログラフィックマスタデータマスク５２０は、ストレージ媒体６２０の近傍に配置され得、レンズなしで記録され得る（自然な光線伝播）。ホログラフィックストレージ媒体６２０は、平面波参照光線を用いてさらに照明され、コード化された光線と干渉し、ホログラフィックマスタデータ５２０からのデータを格納する。様々な他のシステムおよび構成が実行可能であり、ホログラフィックマスタデータマスク５２０を用いて記録することが考えられるということが認識されるべきである。
【００９３】
ホログラフィックマスタデータマスク５２０の記録におけるフーリエ変換平面の利点は、大きなピクセルが使用され得、小さいホログラムがホログラフィックマスタデータマスク５２０に記録され得、次いで複製されたホログラフィック媒体６２０にコピーされ得ることを含む。さらに、ＶａｎｄｅｒＬｕｇｔ画像化システムの利点は、該システムがストレージ媒体６２０の外側に、位相共役参照光線または標準の参照光線を用いて読み出され得る、準フーリエ平面（小さい）における情報レイヤを用いて画像を形成し得ることである。本発明のＶａｎｄｅｒＬｕｇｔシステムは、一例であり、フーリエ変換または準フーリエ変換を生じる任意のシステムは同様の利点を含む。ＶａｎｄｅｒＬｕｇｔシステムは一つには、位相共役光線が読み出しに使用される場合には、レンズはドライブに必要とされないので望ましい。
【００９４】
図７は、例えば、ＶａｎｄｅｒＬｕｇｔ画像化システムを含む図６の例示的なシステムを用いて生成されるホログラフィックストレージ媒体６２０の位相共役読み出しを図示する。検出器２５０は、ホログラフィックストレージ媒体６２０に対向して配置され得る。この例において、ホログラフィック光学素子（ＨＯＥ）回折格子７８０は、検出器２５０の近くに配置される。参照光線は、側方からＨＯＥ回折格子７８０を照明し、ＨＯＥ回折格子７８０からストレージ媒体６２０まで配向され、それにより位相共役光線７９０を提供する。位相共役画像７９２は、反射されて、読み出しのために、ストレージ媒体６２０から検出器２５０に戻る。ＨＯＥ回折格子７８０または他の類似の回折格子を使用して、読み出し参照光線を光学経路に入れるように誘導することは、相対的にコンパクトなシステムにおける読み出しを可能にする。
【００９５】
他の例において、様々な角度における標準的な光線スプリッタ、偏光光線スプリッタ、波長板、回折格子などがまた、当業者によって認識されるように、参照光線をシステムに誘導するために使用され得る。
【００９６】
レンズの使用なしに読み出され得るホログラフィックストレージ媒体を記録する例示的な方法は、図３を参照して上記されるように、ストレージ媒体の外側に位置し、ホログラフィックストレージ媒体からある距離において、複数の画面またはレイヤを格納することを含む。検出器は、画像が格納された距離に有利に配置され得、格納された画像の一部または全て、例えば、データページ全体またはより多く並列に検出し得る。一実施例において、ホログラフィックストレージ媒体の各ストレージレイヤは、図３に示されるデータマスクから同一の距離「ｄ」に画像化される。ホログラフィックストレージ媒体がホログラフィックマスタデータマスクを含む例において、ホログラフィックマスタデータマスクを用いて記録された、ホログラフィックストレージ媒体、例えば、ＨＲＯＭの各レベルが記録されることにより、ホログラフィックマスタデータマスクがＨＲＯＭから同一の距離ｄに画像化され得る。
【００９７】
例示的な方法は、ストレージ媒体からのホログラフィック画像の読み出しの間にレンズを必要としない。具体的には、検出器は、ホログラフィックストレージ媒体から距離ｄに配置され得、画像は、レンズに対する必要性なしで検出器に対して直接読み出され得る。さらなる利点は、データのページ全体が、検出器に並列に読み出され得ることを含む。媒体から離れて画面上または画面前に画像化することによって、通常のホログラフィック再構築は、レンズに対する必要性なしで自然に画像化される。例えば、システムの画面が媒体の前に有り、それらの間にレンズがない場合には、位相共役波は、読み出しのためのその画面にレンズなして画像を生成するために使用され得る。ドライブが検出器をその画面に有する場合には、スタックのページが検出され得、ページのそのスタック内の情報が読み出される。他のスタックは、カメラを媒体に対して移動させることにより、複製の間に媒体上に記録された他方のスタックに対してアドレスされる。他の例において、位相共役波の使用は、レンズまたは光学画像化素子を用いた読み出しのために使用され得る。
【００９８】
ＨＲＯＭ媒体のようなホログラフィックストレージ媒体またはホログラフィックマスタデータマスクのための別の例示的な記録方法は、ポリトピック多重化を含む。上記の米国特許出願第６０／４５３，５２９号（該出願は本明細書において参考として援用される）に記載されるポリトピック多重化は、個別のデータページスタックを空間的により小さく作成することよってレイヤ密度を増加させるための例示的な方法である。ポリトピック多重化は、波長、角度、フラクタルまたは他のホログラフィック多重化技術と関連して使用され得る。ポリトピック多重化方法は、ホログラムが、隣接するホログラムおよび／またはホログラムのスタック間の部分的な空間オーバーラップを用いて、ホログラフィック材料に空間的に多重化されることを可能にする。データページの各個別のスタックは、角度、波長、位相コード、ペリストロピックまたはフラクタル多重化のような代替的な多重化スキームをさらに利用する。一般的に、ホログラムは、ホログラムを書くデータビームのビームウェストに等しい量によって分離される。しかしながら、より従来的なアプローチとは異なり、ビームウェストは、ホログラフィック媒体の外側に意図的に配置されることにより、媒体内側のスタック間に有意なビームオーバーラップが存在する。再構築の際に、データページおよびその隣接するデータページは、全て同時に読み出されるが、再構築されたデータのビームウェストに配置されたアパーチャ（フィルタ）は、所望のデータのみが検出されるように、読み出される隣接部分を取り除く。ポリトピック多重化は、別のフーリエ平面に配置されたアパーチャを有する媒体内側のビームウェストによって、または隣接するデータページ再構築を取り除く角度フィルタを用いることによって、インプリメントされ得る。
【００９９】
ホログラムは、標準の多重化技術の組み合わせによって、およびポリトピック多重化によって多重化され得る。記録密度における有意な増加は、厚い媒体およびスポットサイズが相対的に小さい場合の、高い開口数の光学システムに対して特に達成され得る。先の技術は、有意な量の光線発散に起因してホログラムのスタックを空間的に分離するようにそれらの能力において限定された。小さいビームウェストにもかかわらず高い開口数の光学素子は、非常に素早く拡大する。従来技術におけるスタックの空間的な分離は、一般的に拡大の後の媒体のビームサイズによって限定され、スポットサイズによっては限定されない。この時点までには、一般的に、媒体の厚さ（それゆえダイナミックレンジ）とレンズの開口数との間にトレードオフがあった。それゆえ、従来技術によって与えられるアプローチを用いて任意のホログラフィックストレージシステムに対して得られ得る達成可能な能力は飽和している。本明細書で記載されるポリトピック方法は、システムが高い開口数レンズをフルに利用し、媒体の厚さを無関係に選択し、それゆえビット密度および媒体ダイナミックレンジの両方を獲得することを可能にする。
【０１００】
図８は、望ましくない再構築をフィルタまたはブロックし得る位相共役参照光線を用いる例示的な読み出しシステムを図示する。図８に示されるように、ビームウェスト８０２におけるブロック８２０は、参照光線８０６がホログラフィックストレージ媒体８００に入射する際に、望ましくない再構築をブロックアウトする。図８は、検出器８３０、フーリエ変換レンズ８３２、８３４、ビームスプリッタ８３６およびＳＬＭ８３８を含むフーリエ変換配列を示す。しかしながら、このシステムは画像化システムで同様に使用され得ることが認識されるべきである。
【０１０１】
この例において、スタックの完全な多重化（角度、波長など）が使用され得、スタックは互いから、媒体８００の厚さによって決定されない最小の距離に配置され得る。このことは、厚い膜（＞１００マイクロメートル）の増加した使用を考慮し、４００マイクロメートルよりも大きく数ミリメートルまでの膜に対して特に有用である。
【０１０２】
さらに、スタックは一時に完全に記録される必要が無い。材料的理由から、隣接するスタックを部分的に記録し、次いでスタックの隣が記録されるときに戻り、スタックを完全に記録することが望ましくあり得る。米国特許出願第０９／５８８，９０８号、「Ｐｒｏｃｅｓｓ  ｆｏｒ  Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｙ  Ｉｎｖｏｌｖｉｎｇ  Ｓｋｉｐ−Ｓｏｒｔｅｄ  Ｈｏｌｏｇｒａｍ  Ｓｔｏｒａｇｅ」を参照されたい。上記出願は、本明細書において完全に記載されるかのごとく、本明細書によって、参考として援用される。
【０１０３】
例示的な方法はまた、高い開口数レンズまたはレンズとして機能するホログラフィック光学素子と共に使用され得る。ホログラムは、反射または透過ホログラフィジオメトリプロセスにおいて記録され得る。例示的なシステムおよびポリトピックな方法が位相共役参照光線なしで使用され得ることが当業者によって認識されるべきである。
【０１０４】
図９Ａおよび図９Ｂは、別の例示的な記録読み出し方法を図示する。この例において、ポリトピック多重化が高次のフィルタリングを強化するために位相共役読み出し光線と共に使用され、ここでデータコード化信号光線は、先に議論されたような媒体９００の背後とは反対に、媒体９００の前で集束する。焦点位置は、ここで光線ブロック９２０が配置されるところである。このことは、ＳＬＭまたはデータマスクからの望ましくない高次の回折をブロックするさらなる利益を有する。次いで、図９Ａに示されるように、光線は媒体に伝播し、参照光線を用いてホログラフィカルに記録される。次いで多重化されたホログラムは、Ｂｒａｇｇ多重化方法（角度、波長など）によって、１つの位置で記録され得る。媒体９００は、ビームウェストの寸法によって所与の量だけ移動し、次いで別のスタックが記録され得る。読み出しの際に、位相共役読み出しが、入力参照光線として使用され、このことが、検出器９５０への、元の記録の経路を引き返す後方伝播信号光線を再構築する。ブロック９２０は、所望の信号光線から、望ましくない再構築を分離する。
【０１０５】
例示的な方法は、その位置またはその位置の近くで、フーリエ平面あるいは画面によってインプリメントされ得る。それは、単一のレンズ、２つ以上のレンズまたは読み出しの場合にはレンズのないＶａｎｄｅｒＬｕｇｔ画像化システムによってもインプリメントされ得る。このことはまた、リレーにおける準フーリエ平面フィルタおよびストレージ媒体近くまたはストレージ媒体内のホログラム平面のフーリエ平面を用いて、リレーされ得る。
【０１０６】
図４、図５Ａ、図７、図９Ａおよび図９Ｂを参照して記載されたものと同様の、レンズなしで格納された画像を検出する検出器は、一般的に、格納された画像と関連する特定の画像化仕様に適合され、該仕様は物体光線を変調し、画像を格納するために使用されるＳＬＭによって決定され得る。例えば、ＳＬＭまたはデータマスクのピクセルサイズまたはピッチが、ピクセル適合された読み出しのための検出器のセンサアレイと適合される。あるいは、ピクセルサイズおよびピッチは、オーバーサンプルされた読み出しに対する所望の比率に対応し得る。典型的に、ＣＭＯＳ検出器技術は、現在、６μｍのオーダでアレイにピクセルピッチを提供し得、一方でＳＬＭデバイスは典型的に１０μｍ以上のピクセルピッチを有するので、ＳＬＭおよびカメラデバイスの正確な適合を見出すことは、いつでも可能ではなく、費用対効果が悪い。従って、一部のアプリケーションにおいて、物体画像を、適切なホログラフィック媒体を用いて格納される出力画像サイズまで拡大することが、例えば、所望の検出器特性、サンプリング特性などに対する所望の読み出しサイズに適合させるために、望ましくあり得る。
【０１０７】
図１０は、入力物体を、増幅された（正または負）出力画像にリレーするリレーシステム１０３０（例えば、データマスクまたは物体光線を変調する他の手段）を含む例示的なホログラフィック記録システムを図示する。この特定の例において、リレーシステム１０３０は、物体画像、例えば、データマスク１０００のサイズを、ホログラフィック媒体１０２０への格納のために所望の増幅された画像サイズまで減少させるために、物体光線経路に含まれる。ホログラムは、その後増幅されたサイズで再構築され得、読み出され得る。さらに、リレーシステム１０３０の出力画像は、フーリエ平面に集束し得、ここで出力画像は実像または虚像であり得、出力フーリエ平面のいずれかの側にあり得る。リレーシステム１０３０を含む例示的なシステムは、出力フーリエ平面の前に中間フーリエ平面を配置することをさらに容易にし得、ここで、例えば、フィルタまたはアパーチャが配置され得る。
【０１０８】
一般的に、物体光線は、光源１０１０（例えば、コヒーレントな光源）から伝播されて、光線スプリッタ１０１４およびミラー１０１８を経由してレンズ１０２６に配向される。レンズ１０２６は、物体光線をデータマスク１０００に配向し、情報レイヤで物体光線をコード化する。情報レイヤは本明細書に記載されるように１つ以上のデータのページを含み得る。さらに、レンズ１０２６は、物体光線をリレーシステム１０３０および出力フーリエ平面の前に配置された中間フーリエ平面に配向し、（以下にさらに詳細に議論されるように）ここでフィルタ１００２が配置され得る。
【０１０９】
リレーシステム１０３０は、この例において、変調された物体光線をより小さな出力増幅された画像にまで負に増幅するように構成されている。様々な増幅率（正および負）が実行可能であり、考えられる。例えば、物体画像の増幅率は、０．２と５．０との間であり得る。さらに一部の例において、リレーシステム１０３０は、増幅なしに（例えば、１．０の増幅率）物体光線をリレーするように動作し得る。このようなシステムは、中間および／または出力フーリエ平面の位置および構成から利益があり得る（例えば、位相マスクおよび／またはフィルタの使用に関して）。
【０１１０】
リレーシステム１０３０の出力画像は、ホログラフィックストレージ媒体１０２０の近くまたは該媒体内に位置する出力フーリエ平面に集束するように配向される。出力画像はストレージ媒体１０２０において参照光線と干渉し、これによりストレージ媒体１０２０内に出力画像を格納する。この例において、参照光線は、共通光源１０１０から配向され、光線スプリッタ１０１４およびミラー１０１９を経由してストレージ媒体１０２０に配向される。図１０は、透過ジオメトリの特定の場合に対し描かれているが、当業者によって認識されるように、記載される例は透過および反射ジオメトリホログラフィック記録システムの両方に対して等しく適用可能であることが認識される。
【０１１１】
一実施例において、（例えば、ポリトピック多重化などのための）フィルタ１００２は、物体光線をフィルタするために、中間フーリエ平面に配置され得、これにより出力フーリエ平面がストレージ媒体１０２０の内側または非常に近くに位置することを可能にする。典型的に、ホログラムは、（例えば、ポリトピック多重化のための）フィルタがフーリエ平面近くで使用される場合には、画像のフーリエ平面またはその近くには記録され得ない。例えば、図９Ａを参照して記載されるシステムを参照されたい。しかしながら、物体光線の最小ウェストから離れて記録することは、相対的に大きなホログラムを生じ、これは記録密度を低下させ、媒体のダイナミックレンジの非効率的な使用に導く、隣接するホログラム間のオーバーラップを増加させる。従って、フィルタ１００２を中間フーリエ平面に配置することは、ストレージ媒体１０２０に対する出力フーリエ平面の配置におけるさらなる自由度を可能にする。
【０１１２】
一実施例において、フィルタ１００２は、中間フーリエ平面に配置されたアパーチャを含む。アパーチャは、ポリトピック多重化のためのナイキストアパーチャサイズの０．５倍から４．０倍のサイズを有する少なくとも１つの寸法（例えば、直径、幅、高さなど）を含む（例えば、ここでナイキストアパーチャサイズは、ナイキストサンプリング条件を満足させる最小のアパーチャ寸法であることにより、データマスク１０００上をサンプリングする空間周波数が、アパーチャ寸法を通過することを許される最大空間周波数の２倍になる）。当業者は、様々な他のフィルタおよび／またはアパーチャ寸法が、様々な他のアプリケーションおよび設計の考慮のために中間フーリエ平面に、またはその近くに配置され得ることを認識する。
【０１１３】
一実施例において、図１０のシステムのデータマスク１０００の照明は、リレーシステム１０３の所望の出力ＮＡよりも低い開口数（ＮＡ）を有し得る。この特徴は、例えば、特定の照明角に対して設計されるＳＬＭを使用するシステムにおいて望ましくあり得、予期される角度と異なる角度で照明される場合には、有害な効果（例えば、低いコントラスト）を有し得る。一実施例において、リレーシステムの出力ＮＡは、０．２よりも大きく、データマスク１０００またはデータマスクのＮＡは、０．２未満である。さらに、一例において、出力画像が、０．５波長未満の光学収差および１％未満の歪みを有する。
【０１１４】
反対に、Ｚ１−Ｚ２、４−ＦおよびＶａｎｄｅｒＬｕｇｔ画像化システム（それぞれ図１１Ａ〜図１１Ｃに全体的に示される）のような従来の画像化システムは、大きな視野に対して高いＮＡでうまく機能せず、一般的に、（例えば、画像の後に光線の形状を集束させる）画像の位相を保持する（同時に出力画像およびフーリエ平面の両方で低い光学収差を維持しながら）ために最適化されない。例えば、画像化システムは、典型的に、その位相については厳格な関連なしに、主として、画像の強度を複製する意図で設計される。
【０１１５】
再び図１０を参照して、リレーシステム１０３０を含む例示的な記録システムは、出力画像の非常に近くに参照光線の挿入を可能にする（例えば、リレーシステム１０３０なしの記録システムに対して）。リレーシステム１０３０の追加は、物理的なデータマスク１０００がストレージ媒体１０２０から離れるように動くことを可能にし、このことが増幅される画像近傍でのさらなるスペースを可能にし得る。例えば、位相マスク（図示されない）が、所望の場合には、物体経路に配置され得、出力画面に正確に位置し得、これにより、画質に対する最小の劣化でストレージ媒体１０２０に、より均等にエネルギを分散する。他の実施例において、位相マスクは、データマスク１０００に位置し得る。
【０１１６】
記録システムへのリレーシステム１０３０の追加は、読み出し方法およびシステムに複雑さを追加しないことに留意されたい。例えば、読み出しシステムは、ストレージ媒体１０２０を用いて格納されたホログラムを再構築するためにリレーシステム１０３０を必要とせず、本明細書に記載されるように、様々な光学システムによって、レンズなしで（例えば、共役読み出し）などで達成され得る。
【０１１７】
図１０に示される光学リレーシステムは、物体の増幅された（この例では負の増幅）実像を出力フーリエ平面の前に生成する例示的なリレーシステムを図示する。他の例において、出力画像は、実像または虚像であり得、出力フーリエ平面のいずれかの側に位置され得る。図１２Ａ〜図１２Ｃは、物体画像を増幅するための、ホログラフィック記録システム、例えば、図１０を参照して記載されるホログラフィック記録システムと共に使用するための例示的なリレーシステム１２３０ａ〜１２３０ｃを図示する。特に、図１２Ａは、物体１２００ａの増幅された実像１２０１ａを出力フーリエ平面の前に生成する例示的なリレーシステム１２３０ａを図示する。図１２Ｂは、物体１２００ｂの増幅された虚像１２０１ｂを出力フーリエ平面の前に生成する例示的なリレーシステム１２３０ｂを図示する。図１２Ｃは、物体１２００ｃの増幅された実像１２０１ｃを出力フーリエ平面の後ろに生成する例示的なリレーシステム１２３０ｃを図示する。
【０１１８】
増幅された画像および出力フーリエ平面を達成するリレーシステムは、例えば、１つ以上のレンズ、プリズムおよび他の適切な光学素子の組み合わせを含む光学素子の多数の構築によって達成され得る。図１３は、０．５という高い出力ＮＡおよび−０．５倍の増幅率（すなわち物体画像を５０％縮小する）を有し、一方で０．０２波長の誤差（山から谷まで）および０．０２％の歪みという画像化性能を達成するリレーシステムに対する１つの例示的なレンズ設計シミュレーションを図示する。入力ＮＡは出力ＮＡの半分である０．２５で、設計は、ポリトピック多重化などのためのアパーチャの挿入のためのリレーシステムの前の中間フーリエ平面へのアクセスを考慮する。当業者は、本明細書に記載されるようなリレーシステムが、所望の機能を達成するために、光学素子の様々な組み合わせを含む多数の方法で達成され得ることを認識する。
【０１１９】
さらに、本明細書に記載されるようなリレーシステムを含むホログラフィック記録システムおよび方法は、ポリトピック多重化、角度多重化、波長多重化、シフト多重化、相関多重化、共焦点多重化またはペリストロピック多重化ホログラムのうちの１つ以上を経由してホログラフィック記録をさらに実行し得る。
【０１２０】
上記の詳細な記載は、例示的な実施形態を図示するために提供され、限定することを意図していない。本発明の範囲内で多数の修正および変更が可能であることは当業者にとって明白である。例えば、ホログラフィック媒体に記録し、ホログラフィック媒体から読み出す様々な方法が、ホログラフィックストレージシステムにおいて、単独で、または他の方法と組み合わせて、使用され得る。さらに、本明細書に記載される装置および方法は、いかなる特定のホログラフィックストレージシステムにも限定されるべきではなく、例えば、方法およびシステムは一般的に様々なシステム構成および多重化方法に適用可能である。従って、本発明は、添付の特許請求の範囲によって規定され、本明細書の記載によっては限定されるべきではない。
【図１】
0005841461.tif 000005
【図２】
0005841461.tif 000006
【図３】
0005841461.tif 000007
【図４】
0005841461.tif 000008
【図５】
0005841461.tif 000009
【図６】
0005841461.tif 000010
【図７】
0005841461.tif 000011
【図８】
0005841461.tif 000012
【図９】
0005841461.tif 000013
【図１０】
0005841461.tif 000014
【図１１】
0005841461.tif 000015
【図１２】
0005841461.tif 000016
【図１３】
0005841461.tif 000017
【図１４】
0005841461.tif 000018
【図１５Ａ】
0005841461.tif 000019
【図１５Ｂ】
0005841461.tif 000020
【図１６】
0005841461.tif 000021
【図１７】
0005841461.tif 000022
【図１８】
0005841461.tif 000023