(57)【要約】  ホログラムの書き込みおよび読み出しの装置であって、位相モードで動作可能であり参照光（１２０）と重なり合う物体光（１１０）を生成するための複数のピクセル（１０６）を有している空間光変調器（ＳＬＭ、１０４）、物体光の経路にあるホログラフィック記録媒体（ＨＲＭ、１１４）、およびＳＬＭとＨＲＭとの間の物体光の経路に配置された第１のレンズ素子（１０８）を有しており、ＨＲＭが、第１のレンズ素子のフーリエ変換平面またはその近傍に配置されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ホログラムを書き込みおよび読み出す装置であって、
位相モードで動作することができ、複数のピクセルを有し、各ピクセルが参照光と重なり合う物体光を生成する空間光変調器（ＳＬＭ）と、
前記物体光の経路に位置するホログラフィック記録媒体（ＨＲＭ）と、
前記ＳＬＭと前記ＨＲＭとの間の前記物体光の経路に配置された第１のレンズ素子とを備え、
前記ＨＲＭが、前記第１のレンズ素子のフーリエ変換平面またはその近傍に配置されている、ホログラムの書き込みおよび読み出し装置。
【請求項２】
請求項１において、さらに、
前記物体光の光学経路に配置された偏光フィルタを備えた、ホログラムの書き込みおよび読み出し装置。
【請求項３】
請求項２において、前記偏光フィルタが、偏光ビーム・スプリッタ、非偏光ビーム・スプリッタ、偏光子、波長板もしくはリターダ、またはこれらの組み合わせであるホログラムの書き込みおよび読み出し装置。
【請求項４】
請求項１において、前記ＳＬＭが、強誘電性液晶ＳＬＭであるホログラムの書き込みおよび読み出し装置。
【請求項５】
請求項１において、さらに、
ホログラムを読み取る光検出器と、
前記ホログラフィック記録媒体と前記光検出器との間の光学経路に配置された第２のレンズ素子とを備えた、ホログラムの書き込みおよび読み出し装置。
【請求項６】
請求項１において、前記ＳＬＭが、任意的に振幅モードで動作可能であるホログラムの書き込みおよび読み出し装置。
【請求項７】
請求項６において、前記ＳＬＭが２値振幅モードで動作するホログラムの書き込みおよび読み出し装置。
【請求項８】
請求項１において、前記ＳＬＭの各ピクセルが第１の状態および第２の状態のいずれかにあり、第１の状態にあるピクセルの数が、第２の状態にあるピクセルの数と等しいホログラムの書き込みおよび読み出し装置。
【請求項９】
請求項２において、前記ＳＬＭの各ピクセルが第１の状態および第２の状態のいずれかにあり、前記ＳＬＭの各ピクセルから反射されるか、または前記ＳＬＭの各ピクセルを通って伝播され、さらに前記偏光フィルタを通過する、光の波面の位相が、前記ピクセルの状態に応じてφだけ変化し、ただし、０≦φ≦２πである、ホログラムの書き込みおよび読み出し装置。
【請求項１０】
請求項９において、φ＝２π×ｎ／ｍであり、ただし、ｎは整数またはゼロであり、ｍは自然数であるホログラムの書き込みおよび読み出し装置。
【請求項１１】
請求項１０において、φがゼロまたはπであるホログラムの書き込みおよび読み出し装置。
【請求項１２】
請求項５において、前記検出器のピクセルが、それぞれ、前記ＳＬＭのピクセルよりも大きいホログラムの書き込みおよび読み出し装置。
【請求項１３】
請求項５において、前記ＳＬＭの各ピクセルが長さｘおよび幅ｙを有し、前記検出器の各ピクセルが、長さｘ／ｋおよび幅ｙ／ｐを有し、ただし、ｋおよびｐは、２以上の整数または非整数である、ホログラムの書き込みおよび読み出し装置。
【請求項１４】
均質化ホログラムを記録する方法であって、
位相モードで動作することができる空間光変調器（ＳＬＭ）を照射する工程であって、前記ＳＬＭが複数のピクセルを有し、このＳＬＭの各ピクセルが第１の状態および第２の状態のいずれかにある工程と、
前記ＳＬＭの選択されたピクセルの状態を制御可能に変化させて、前記ＳＬＭの各ピクセルから反射されるか、または前記ＳＬＭの各ピクセルを通って伝播される、光の波面の偏光を変化させ、出力ビームを形成する工程と、
前記出力ビームを偏光フィルタに導いて、前記ＳＬＭの各ピクセルから反射されるか、または前記ＳＬＭの各ピクセルを通って伝播される光の波面の位相を、前記ピクセルの状態に応じてφだけ変化させ、位相変調された物体光を生成する工程と、
前記位相変調された物体光を、前記ＳＬＭとホログラフィック記録媒体（ＨＲＭ）との間の前記物体光の経路に配置された第１のレンズ素子を通して導く工程であって、前記ＨＲＭが前記第１のレンズ素子のフーリエ変換平面またはその近傍に配置されている工程と、
参照光と前記位相変調された物体光とを前記ＨＲＭ内の選択された記憶場所において重ね合わせるように参照光をＨＲＭに導いて、前記ＨＲＭにおいて干渉パターンを生成してホログラムを記録する工程とを備えた、均質化ホログラムの記録方法。
【請求項１５】
請求項１４において、前記偏光フィルタが、偏光ビーム・スプリッタ、非偏光ビーム・スプリッタ、偏光子、波長板もしくはリターダ、またはこれらの組み合わせである均質化ホログラムの記録方法。
【請求項１６】
請求項１４において、１つ以上のホログラムが、１つ以上の多重化方法によって前記記憶場所に記録される均質化ホログラムの記録方法。
【請求項１７】
請求項１６において、前記記憶場所に記録されたホログラムが、角度多重化されているか、または角度多重と少なくとも１つの他の多重化方法との組み合わせによって多重化されている均質化ホログラムの記録方法。
【請求項１８】
請求項１７において、前記多重化ホログラムの記録に使用される参照光の間の角度が、ブラッグ角度選択性曲線の主回折ピークと第１の極小との間の角度の離間よりも小さい均質化ホログラムの記録方法。
【請求項１９】
請求項１６において、前記記憶場所に記録されたホログラムが、シフト多重化されているか、またはシフト多重化と少なくとも１つの他の多重化方法との組み合わせによって多重化されている均質化ホログラムの記録方法。
【請求項２０】
請求項１９において、前記ホログラフィック記録媒体の任意の方向の変位が、ブラッグ変位選択性曲線の主回折ピークと第１の極小との間の変位よりも小さい均質化ホログラムの記録方法。
【請求項２１】
請求項１６において、前記記憶場所に記録されたホログラムが、波長多重化されている均質化ホログラムの記録方法。
【請求項２２】
請求項１７において、前記多重化ホログラムの記録に使用される参照光の間の波長の差が、ブラッグ波長選択性曲線の主回折ピークと第１の極小との間の波長の離間よりも小さい均質化ホログラムの記録方法。
【請求項２３】
請求項１４において、φ＝２π×ｎ／ｍであり、ただし、ｎは整数またはゼロであり、ｍは自然数である均質化ホログラムの記録方法。
【請求項２４】
請求項２３において、φがゼロまたはπである均質化ホログラムの記録方法。
【請求項２５】
位相変調されたホログラムを読み出す方法であって、
参照光を位相変調フーリエ変換ホログラムまたは非整数次フーリエ変換ホログラムが記録されているホログラフィック記録媒体内の記憶場所に導いて、前記位相変調ホログラムを再生する工程であって、前記再生されたホログラムが、ピクセルのエッジの画像を含み、前記画像が異なる位相を有する光の波面によって記録されたピクセル間の変わり目に対応している工程と、
前記再生されたホログラムを、前記ピクセルのエッジを検出するのに十分な解像度を有する検出器によって検出する工程と、
前記ピクセルのエッジの画像にもとづいて、各ピクセルに「０」または「１」の値を割り当てる工程であって、前記画像が異なる位相を有する光の波面によって記録されたピクセル間の変わり目に対応している工程とを備えた位相変調ホログラムの読み出し方法。
【請求項２６】
請求項２５において、各ピクセルに「０」または「１」の値を割り当てる工程が、オーバーサンプリングを含み、前記ＳＬＭの各ピクセルが、前記検出器の２つ以上のピクセルによって検出される位相変調ホログラムの読み出し方法。
【請求項２７】
請求項２５において、各ピクセルに「０」または「１」の値を割り当てる工程が、画像処理を含む位相変調ホログラムの読み出し方法。
【請求項２８】
請求項２５において、各ピクセルに「０」または「１」の値を割り当てる工程が、前記再生されたホログラムの強度の勾配を検出する工程を含む位相変調ホログラムの読み出し方法。
【請求項２９】
請求項２５において、さらに、
前記検出器を前記検出器の平面内で平行移動させる工程を備えた位相変調ホログラムの読み出し方法。
【請求項３０】
請求項２５において、各ピクセルに「０」または「１」の値を割り当てる工程が、既知の状態のピクセルに対応する少なくとも１つの基準マークを検出し、検出した基準マークと比較して、各ピクセルに「０」または「１」の値を割り当てる位相変調ホログラムの読み出し方法。
【請求項３１】
ホログラムを読み出す方法であって、
参照光を位相変調フーリエ変換ホログラムまたは非整数次フーリエ変換ホログラムが記録されているホログラフィック記録媒体内の選択された記憶場所に導いて、第１の物体光を再生し、この第１の物体光を検出器に導く工程と、
均一なデータ・ページを表示している位相空間光変調器（ＳＬＭ）を照射して、第２の物体光を形成し、この第２の物体光を前記検出器に導いて、前記検出器において振幅変調データ・ページを再現する、前記第１の物体光と前記第２の物体光との間の干渉パターンを作り出す工程と、
前記振幅変調データ・ページを検出する工程とを備えたホログラムの読み出し方法。
【請求項３２】
請求項３１において、前記ＳＬＭの任意のピクセルから反射されるか、または前記ＳＬＭの任意のピクセルを通って伝播される光の波面が、φ＝０またはπの位相を有するホログラムの読み出し方法。
【請求項３３】
請求項３１において、前記第２の物体光の強度が、前記第１の物体光の強度と等しいホログラムの読み出し方法。
【請求項３４】
均質化ホログラムを記録する方法であって、
均一なデータ・ページのホログラムを記録する工程と、
同一記憶場所にフーリエ変換ホログラムまたは非整数次フーリエ変換ホログラムを記録する工程とを備えた均質化ホログラムの記録方法。
【請求項３５】
請求項３４において、前記フーリエ変換ホログラムまたは非整数次フーリエ変換ホログラムが、位相変調均質化ホログラムである均質化ホログラムの記録方法。
【請求項３６】
請求項３４において、ＳＬＭの任意のピクセルから反射されるか、またはＳＬＭの任意のピクセルを通って伝播される光の波面が、φ＝０またはπの位相を有する均質化ホログラムの記録方法。
【請求項３７】
請求項３５において、前記均一なデータ・ページのホログラムおよび前記均質化ホログラムが、同一の参照光を使用して記録される均質化ホログラムの記録方法。
【請求項３８】
請求項３５において、前記均一なデータ・ページのホログラムおよび前記均質化ホログラムが、同一の回折効率を有する均質化ホログラムの記録方法。
【請求項３９】
請求項３７において、第１の均一なデータ・ページのホログラムおよび第１の均質化ホログラムが、第１の参照光を使用して記録され、さらに第２の均一なデータ・ページのホログラムおよび第２の均質化ホログラムが、同一の記憶場所または重なり合った記憶場所に、第２の参照光を使用して記録される均質化ホログラムの記録方法。
【請求項４０】
請求項３５において、前記均一なデータ・ページのホログラムおよび前記位相変調均質化ホログラムが、同一回折効率で記録される均質化ホログラムの記録方法。
【請求項４１】
請求項３５において、前記均一なデータ・ページのホログラムおよび２つ以上の位相変調均質化ホログラムが、同一記憶場所に記録される均質化ホログラムの記録方法。
【請求項４２】
請求項３５において、前記均一なデータ・ページのホログラムおよび前記均質化ホログラムが、異なる参照光を使用して記録される均質化ホログラムの記録方法。
【請求項４３】
請求項４２において、前記均一なデータ・ページのホログラムおよび前記位相変調均質化ホログラムが、同一回折効率で記録される均質化ホログラムの記録方法。
【請求項４４】
請求項４２において、２つ以上の均質化ホログラムが記録され、各均質化ホログラムが異なる参照光で記録される均質化ホログラムの記録方法。
【請求項４５】
均質化ホログラムを読み出す方法であって、
位相変調フーリエ変換ホログラムまたは非整数次フーリエ変換ホログラムおよび均一な位相変調データ・ページ・ホログラムが同一参照光を使用して記録されているホログラフィック記録媒体内の選択された記憶場所に参照光を導いて、第１の均質化ホログラムの記録に使用された第１の物体光および前記均一なデータ・ページ・ホログラムの記録に使用された第２の物体光を再生し、振幅変調データ・ページを再現する、前記第１および第２の物体光の間の干渉パターンを作り出す工程と、
前記振幅変調データ・ページを光検出器で検出する工程とを備えた均質化ホログラムの読み出し方法。
【請求項４６】
均質化ホログラムを読み出す方法であって、
位相変調フーリエ変換ホログラムまたは非整数次フーリエ変換ホログラムおよび均一な位相変調データ・ページ・ホログラムが第１の参照光および第２の参照光を使用して記録されているホログラフィック記録媒体内の選択された記憶場所に第１の参照光を導いて、第１の位相変調フーリエ変換ホログラムまたは非整数次フーリエ変換ホログラムの記録に使用された第１の物体光を再生する工程と、
前記ホログラフィック記録媒体内の前記選択された記憶場所に前記第２の参照光を導いて、前記均一なデータ・ページの記録に使用された第２の物体光を再生し、振幅変調データ・ページを再現する、前記第１および第２の物体光の間の干渉パターンを作り出す工程と、
前記振幅変調データ・ページを光検出器で検出する工程とを備えた均質化ホログラムの読み出し方法。
【請求項４７】
請求項４６において、前記再生された第１および第２の物体光の強度が同一になるように、前記第１および第２の参照光の強度が調節される均質化ホログラムの読み出し方法。
【請求項４８】
請求項４６において、前記第１および第２の参照光の位相が同一である均質化ホログラムの読み出し方法。
【請求項４９】
指定されたコンテンツについてホログラフィック記録媒体を検索する方法であって、
選択されたコンテンツに対応する少なくとも１つの検索パターンを表示している空間光変調器（ＳＬＭ）を照射して、検索ビームを形成する工程と、
少なくとも１つの位相変調フーリエ変換ホログラムまたは非整数次フーリエ変換ホログラムが記録されているホログラフィック記録媒体上の１つ以上の記憶場所に前記検索ビームを導いて、前記１つ以上の記憶場所が前記検索パターンの選択されたコンテンツを含んでいる１つ以上の位相変調フーリエ変換ホログラムまたは非整数次フーリエ変換ホログラムを含む場合、少なくとも１つの再生された参照光を作り出す工程と、
前記少なくとも１つの再生された参照光を１つ以上の光検出器で検出する工程とを備えたホログラフィック記録媒体の検索方法。
【請求項５０】
請求項４９において、前記ＳＬＭは位相モードで動作することができるホログラフィック記録媒体の検索方法。
【請求項５１】
多重化ホログラムを記録する方法であって、
第１の位相変調フーリエ変換ホログラムまたは非整数次フーリエ変換ホログラムを、第１の参照光で記録する工程と、
第２の位相変調フーリエ変換ホログラムまたは非整数次フーリエ変換ホログラムを、第２の参照光で、ホログラフィック記録媒体上の同一記憶場所または重なり合った記憶場所に記録する工程とを備え、
前記第１および第２の参照光の間の角度が、前記第１または第２のホログラムのブラッグ角度選択性曲線の主回折ピークと第１の極小との間の角度の離間よりも小さい多重化ホログラムの記録方法。
【請求項５２】
請求項５１において、前記第１および第２の参照光の角度の離間が、前記第１または第２のホログラムのブラッグ角度選択性曲線の主回折ピークと第１の極小との間の角度の離間の約１／１０よりも小さい多重化ホログラムの記録方法。
【請求項５３】
多重化ホログラムを記録する方法であって、
第１の位相変調フーリエ変換ホログラムまたは非整数次フーリエ変換ホログラムを、第１の波長で記録する工程と、
第２の位相変調フーリエ変換ホログラムまたは非整数次フーリエ変換ホログラムを、第２の波長で、ホログラフィック記録媒体上の同一記憶場所または重なり合った記憶場所に記録する工程とを備え、
前記第１および第２の波長の間の差が、前記第１または第２のホログラムのブラッグ波長選択性曲線の主回折ピークと第１の極小との間の波長の離間よりも小さい多重化ホログラムの記録方法。
【請求項５４】
請求項５３において、前記第１および第２のホログラムの波長の離間が、前記第１または第２のホログラムのブラッグ波長選択性曲線の主回折ピークと第１の極小との間の波長の離間の約１／１０よりも小さい多重化ホログラムの記録方法。
【請求項５５】
指定されたコンテンツについてホログラフィック記録媒体を検索する方法であって、
位相モードで動作することができ、選択されたコンテンツに対応する少なくとも１つの検索パターンを表示している空間光変調器（ＳＬＭ）を照射して、検索ビームを形成する工程と、
少なくとも１つのフーリエ変換ホログラムまたは非整数次フーリエ変換ホログラムが記録されているホログラフィック記録媒体上の１つ以上の記憶場所に前記検索ビームを導いて、前記１つ以上の記憶場所が前記検索パターンの選択されたコンテンツを含んでいる１つ以上のフーリエ変換ホログラムまたは非整数次フーリエ変換ホログラムを含む場合、少なくとも１つの再生された参照光を作り出す工程と、
前記少なくとも１つの再生された参照光を１つ以上の光検出器で検出する工程とを備えたホログラフィック記録媒体の検索方法。
【請求項５６】
多重化ホログラムを記録する方法であって、
第１のフーリエ変換ホログラムまたは非整数次フーリエ変換ホログラムを、第１の参照光で記録する工程と、
第２のフーリエ変換ホログラムまたは非整数次フーリエ変換ホログラムを、第２の参照光で、ホログラフィック記録媒体上の同一記憶場所または重なり合った記憶場所に記録する工程とを備え、
前記第１および第２の参照光の間の角度が、前記第１または第２のホログラムのブラッグ角度選択性曲線の主回折ピークと第１の極小との間の角度の離間よりも小さい多重化ホログラムの記録方法。
【請求項５７】
請求項５６において、前記第１および第２の参照光の角度の離間が、前記第１または第２のホログラムのブラッグ角度選択性曲線の主回折ピークと第１の極小との間の角度の離間の約１／４よりも小さい多重化ホログラムの記録方法。
【請求項５８】
請求項５６において、前記記録された多重化ホログラムが、位相変調されたデータ・ページである多重化ホログラムの記録方法。
【請求項５９】
請求項５６において、前記第１および第２の参照光の角度の離間が、前記第１または第２のホログラムのブラッグ角度選択性曲線の主回折ピークと第１の極小との間の角度の離間の約１／１０よりも小さい多重化ホログラムの記録方法。
【請求項６０】
多重化ホログラムを記録する方法であって、
第１のフーリエ変換ホログラムまたは非整数次フーリエ変換ホログラムを、第１の波長で記録する工程と、
第２の位相変調フーリエ変換ホログラムまたは非整数次フーリエ変換ホログラムを、第２の波長で、ホログラフィック記録媒体上の同一記憶場所または重なり合った記憶場所に記録する工程とを備え、
前記第１および第２の波長の間の波長の差が、前記第１または第２のホログラムのブラッグ波長選択性曲線の主回折ピークと第１の極小との間の波長の離間よりも小さい多重化ホログラムの記録方法。
【請求項６１】
請求項６０において、前記記録された多重化ホログラムが、位相変調されたデータ・ページである多重化ホログラムの記録方法。
【請求項６２】
請求項６０において、前記第１および第２のホログラムの波長の離間が、前記第１または第２のホログラムのブラッグ波長選択性曲線の主回折ピークと第１の極小との間の波長の差の約１／４よりも小さい多重化ホログラムの記録方法。
【請求項６３】
請求項６０において、前記第１および第２のホログラムの波長の離間が、前記第１または第２のホログラムのブラッグ波長選択性曲線の主回折ピークと第１の極小との間の波長の差の約１／１０よりも小さい多重化ホログラムの記録方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、体積ホログラムの記録および再生に関する。
【背景技術】
【０００２】
この出願は、２００３年１２月２４日付の米国特許仮出願第60/532,795号および２００３年１０月９日付の米国特許仮出願第60/509,983号の利益を主張する。上記出願の教示の全体は、ここでの言及によって本明細書に組み込まれたものとする。
【０００３】
体積ホログラムについて考えられる重要な用途の１つは、デジタル・データ・ストレージにある。体積ホログラムとは、各ビットを記録媒体の全体積にわたって広がるホログラムとして記憶することを指すが、この三次元的性質が、体積ホログラムを、大容量のデジタル・データ・ストレージにおける使用に適したものにしている。複数のビットからなるグループを、ページと称されるビットの二次元アレイとして、まとめて変調および復元することができる。
【０００４】
ホログラフィック・データ・ストレージ（ＨＤＳ）システムにおいては、記録および読み出しに使用される光学系の構成が、典型的には、４ｆ光画像化システムを使用するフーリエ変換（ＦＴ）ジオメトリを有する。４ｆ光画像化システムは、記録のために、空間光変調器（ＳＬＭ）または情報を表示する他の光変調装置を備える。
【０００５】
相互にコヒーレントである物体光および参照光が、それらの重なり合った箇所において、干渉パターンを形成する。記録媒体内のそれらの重なり合った箇所において生じさせる光重合などの光誘導された変化が、生じた干渉パターンの記録をもたらすと、ホログラムが記録される。ホログラムの記録のための４ｆ光学系の設計において不可欠な素子および配置は、物体光を変調するＳＬＭと、有効焦点距離ｆ１を有するレンズ素子Ｌ１であって、変調された物体光の光学経路においてＳＬＭから距離ｆ１に位置し、変調された物体光の空間パターンの２Ｄフーリエ変換を１焦点距離だけ先の平面に中継するレンズ素子Ｌ１と、レンズ素子Ｌ１によって中継される変調された物体光の光学経路において、レンズ素子Ｌ１から距離ｆ１に位置しているホログラフィック記録媒体（ＨＲＭ）とである。
【０００６】
ホログラムの再生は、まず、ホログラムの記録に使用した参照光とほぼ同一の参照光でホログラムを照射し、次に、得られた回折光（再生された物体光）を前記４ｆ光学系の設計の第２レンズ素子で検出器アレイ上に画像化することによって、達成される。以下の素子が、再生されたホログラムを読み取るために使用される。すなわち、参照光をＨＲＭ内の記録位置へと導くことによって再生された物体光を中継するレンズ素子Ｌ２であって、有効焦点距離ｆ２を有し、生成された物体光の光学経路においてＨＲＭから距離ｆ２に位置する第２のレンズ素子Ｌ２と、レンズ素子Ｌ２によって導かれる再生された物体光の光学経路においてレンズ素子Ｌ２から距離ｆ２に位置する光検出器とである。前記４ｆ光学系の設計においては、ｆ１＝ｆ２であるが、他の光学系の構成においてはｆ２＞ｆ１が有利であり、その結果、光リレー・システムの使用によって再生ホログラムのＳＮＲが改善される。さらに、光学系の構成において拡大または縮小が好まれる場合、ｆ２とｆ１は等しくない。
【０００７】
典型的には、ＳＬＭが振幅モードで動作し、これによってデータ・ページが明暗のピクセルからなる二次元アレイとして出現する。このような振幅変調されたデータ・ページのフーリエ変換（ＦＴ）がレンズ素子Ｌ１を使用して得られると、明るい状態のＳＬＭピクセルからの光の強め合い干渉によって、０次の回折に相当する強力な高強度の直流（ＤＣ）スパイクが、フーリエ平面（焦点面）においてフーリエ変換の中心に現われる。多数のホログラムが媒体内において、同一の位置またはほぼ重なり合って多重化されている場合、この強力なＤＣピークによって、記録媒体のダイナミックレンジがすぐに飽和してしまい（すなわち、利用可能な光重合成分を使い果たしてしまう）、媒体の効率的使用が妨げられるとともに、ＦＴのＤＣおよび「交流」（ＡＣ）成分に対応するホログラフィック記録の干渉パターンの空間周波数についての記録の変調度にかなりの不均一がもたらされる。これにより、再生されるデータ・ページの正確さが低下する。さらに、中央における強力なＤＣピークおよびＦＴスペクトルのＡＣ成分の概ね大きい振幅分布は、非線形な格子形成につながる可能性があり、再生されるデータ・ページの雑音レベルを増加させてしまう。
【発明の開示】
【０００８】
本発明は、位相変調フーリエ変換ホログラムおよび非整数次フーリエ変換ホログラムの記録および再生に使用できる方法および装置に関する。
【０００９】
一実施形態において、本発明は、ホログラムを書き込み、読み出す装置であって、
位相モードで動作することができ、複数のピクセルを有し、各ピクセルが参照光と重なり合う物体光を生成する空間光変調器（ＳＬＭ）と、
前記物体光の経路に位置するホログラフィック記録媒体（ＨＲＭ）と、
前記ＳＬＭと前記ＨＲＭとの間の前記物体光の経路に配置された第１のレンズ素子とを備える。
前記ＨＲＭは、前記第１のレンズ素子のフーリエ変換平面またはその近傍に配置されている。
【００１０】
別の実施形態において、本発明は、均質化ホログラムを記録する方法であって、
位相モードで動作することができる空間光変調器（ＳＬＭ）を照射する工程であって、前記ＳＬＭが複数のピクセルを有し、このＳＬＭの各ピクセルが第１の状態および第２の状態のいずれかにある工程と、
前記ＳＬＭの選択されたピクセルの状態を制御可能に変化させて、前記ＳＬＭの各ピクセルから反射され、または前記ＳＬＭの各ピクセルを通って伝播される、光の波面の偏光を変化させ、出力ビームを形成する工程と、
前記出力ビームを偏光フィルタに導いて、前記ＳＬＭの各ピクセルから反射され、または前記ＳＬＭの各ピクセルを通って伝播される光の波面の位相を、前記ピクセルの状態に応じてφだけ変化させ、位相変調された物体光を生成する、出力ビーム案内工程と、
前記位相変調された物体光を、前記ＳＬＭとホログラフィック記録媒体（ＨＲＭ）との間の前記物体光の経路に配置された第１のレンズ素子を通して導く工程であって、前記ＨＲＭが前記第１のレンズ素子のフーリエ変換平面またはその近傍に配置されている工程と、
参照光と前記位相変調された物体光とを前記ＨＲＭ内の選択された記憶位置において重ね合わせるように参照光をＨＲＭに導いて、前記ＨＲＭにおいて干渉パターンを生成してホログラムを記録する工程とを備える。
【００１１】
別の実施形態において、本発明は、位相変調されたホログラムを読み出す方法であって、
参照光を位相変調フーリエ変換ホログラムまたは非整数次フーリエ変換ホログラムが記録されているホログラフィック記録媒体内の記憶場所に導いて、前記位相変調ホログラムを再生する工程であって、前記再生されたホログラムが、ピクセルのエッジの画像を含み、前記画像が異なる位相を有する光の波面によって記録されたピクセル間の変わり目に対応している工程と、
前記再生されたホログラムを、前記ピクセルのエッジを検出するのに十分な解像度を有する検出器によって検出する工程と、
前記ピクセルのエッジの画像にもとづいて、各ピクセルに「０」または「１」の値を割り当てる工程であって、前記画像が異なる位相を有する光の波面によって記録されたピクセル間の変わり目に対応している工程とを備える。
【００１２】
別の実施形態において、本発明は、ホログラムを読み出す方法であって、
参照光を位相変調フーリエ変換ホログラムまたは非整数次フーリエ変換ホログラムが記録されているホログラフィック記録媒体内の選択された記憶場所に導いて、第１の物体光を再生し、この第１の物体光を検出器に導く工程と、
均一なデータ・ページを表示している位相空間光変調器（ＳＬＭ）を照射して、第２の物体光を形成し、この第２の物体光を前記検出器に導いて、前記検出器において振幅変調データ・ページを再現する、前記第１の物体光と前記第２の物体光との間の干渉パターンを作り出す工程と、
前記振幅変調データ・ページを検出する工程とを備える。
【００１３】
別の実施形態において、本発明は、均質化ホログラムを記録する方法であって、
均一なデータ・ページのホログラムを記録する工程と、
同一記憶場所にフーリエ変換ホログラムまたは非整数次フーリエ変換ホログラムを記録する工程とを備える。
【００１４】
別の実施形態において、本発明は、均質化ホログラムを読み出す方法であって、
位相変調フーリエ変換ホログラムまたは非整数次フーリエ変換ホログラムおよび均一な位相変調データ・ページ・ホログラムが同一参照光を使用して記録されているホログラフィック記録媒体内の選択された記憶場所に参照光を導いて、第１の均質化ホログラムの記録に使用された第１の物体光および前記均一なデータ・ページ・ホログラムの記録に使用された第２の物体光を再生し、振幅変調データ・ページを再現する、前記第１および第２の物体光の間の干渉パターンを作り出す工程と、
前記振幅変調データ・ページを光検出器で検出する工程とを備える。
【００１５】
別の実施形態において、本発明は、均質化ホログラムを読み出す方法であって、
位相変調フーリエ変換ホログラムまたは非整数次フーリエ変換ホログラムおよび均一な位相変調データ・ページ・ホログラムが第１の参照光および第２の参照光を使用して記録されているホログラフィック記録媒体内の選択された記憶場所に第１の参照光を導いて、第１の位相変調フーリエ変換ホログラムまたは非整数次フーリエ変換ホログラムの記録に使用された第１の物体光を再生する工程と、
前記ホログラフィック記録媒体内の前記選択された記憶場所に前記第２の参照光を導いて、前記均一なデータ・ページの記録に使用された第２の物体光を再生し、振幅変調データ・ページを再現する、前記第１および第２の物体光の間の干渉パターンを作り出す工程と、
前記振幅変調データ・ページを光検出器で検出する工程とを備える。
【００１６】
別の実施形態において、本発明は、指定されたコンテンツについてホログラフィック記録媒体を検索する方法であって、
選択されたコンテンツに対応する少なくとも１つの検索パターンを表示している空間光変調器（ＳＬＭ）を照射して、検索ビームを形成する工程と、
少なくとも１つの位相変調フーリエ変換ホログラムまたは非整数次フーリエ変換ホログラムが記録されているホログラフィック記録媒体上の１つ以上の記憶場所に前記検索ビームを導いて、前記１つ以上の記憶場所が前記検索パターンの選択されたコンテンツを含んでいる１つ以上の位相変調フーリエ変換ホログラムまたは非整数次フーリエ変換ホログラムを含む場合、少なくとも１つの再生された参照光を作り出す工程と、
前記少なくとも１つの再生された参照光を１つ以上の光検出器で検出する工程とを備える。
【００１７】
別の実施形態において、本発明は、多重化ホログラムを記録する方法であって、
第１の位相変調フーリエ変換ホログラムまたは非整数次フーリエ変換ホログラムを、第１の参照光で記録する工程と、
第２の位相変調フーリエ変換ホログラムまたは非整数次フーリエ変換ホログラムを、第２の参照光で、ホログラフィック記録媒体上の同一記憶場所またはほぼ重なり合った記憶場所に記録する工程とを備え、
前記第１および第２の参照光の間の角度は、前記第１または第２のホログラムのブラッグ角度選択性曲線の主回折ピークと第１のヌルとの間の角度の離間よりも小さい。
【００１８】
別の実施形態において、本発明は、多重化ホログラムを記録する方法であって、
第１の位相変調フーリエ変換ホログラムまたは非整数次フーリエ変換ホログラムを、第１の波長で記録する工程と、
第２の位相変調フーリエ変換ホログラムまたは非整数次フーリエ変換ホログラムを、第２の波長で、ホログラフィック記録媒体上の同一記憶場所またはほぼ重なり合った記憶場所に記録する工程とを備え、
前記第１および第２の波長の間の差は、前記第１または第２のホログラムのブラッグ波長選択性曲線の主回折ピークと第１のヌルとの間の波長の離間よりも小さい。
【００１９】
本発明は、記録情報の面積密度が約16Gbits／インチ２を超え、かつコンテンツ指定可能なメモリの使用が望まれるホログラフィック・データ・ストレージの用途に特に有用である。本発明は、比較的薄いフォトポリマーなどのホログラフィック媒体に記録できる有効データ密度を大きく向上させることができる。その理由は、第１には、フーリエ変換平面において均一な変調度の記録を提供することで、記録の正確さおよび効率を改善するとともに、記録の際のレーザ出力条件を減らすことによる。また、第２には、ホログラム間の角度、シフト、および／または波長の増分が、多重化ホログラムの対応するブラッグ選択性の主回折ピークと第１のヌルとの間の角度、シフト、または波長の増分よりも小さい多重化ホログラムを提供することによる。本発明は、コンテンツ指定可能な検索における相互相関を大きく減少させ、さらに、小さなサブ画像の特定であって、このサブ画像が大きな記録画像内に位置して記録されている場合におけるコンテンツ指定可能な検索から得られる相関信号強度を増加させる。
【００２０】
本発明は、振幅または位相モードのいずれかで表示されたデータ・ページで記録されたホログラムについて、全ページまたは部分ページのコンテンツ指定可能な検索を直接に実行できるようにする。本発明の検索方法は、ホログラフィック的に記録された情報の正確さとはほぼ無関係である。位相ＳＬＭを使用してデータを検索することの他の利点は、検索結果の信号対雑音比（ＳＮＲ）を一般的には劣化させる相互相関を引き起こすことなくホログラムの検索を容易にし、検索の識別能を向上させる点にある。
【００２１】
本発明の別の実施形態は、元の振幅データ・ページ情報を再生するために、再生された位相データ・ページの前記エッジ強調された特徴を検出し、さらに／または前記特徴に例えば２進値の「０」おょび「１」のいずれかの値を割り当てることよって、ホログラムとして記録された位相データ・ページのエッジ強調再生を促進する。
【００２２】
さらに別の実施形態において、本発明は、ホログラムの読み出しプロセスの際にホログラフィ干渉分光法を実行することによって、多重化位相データ・ページ・ホログラムとして記録された元のデータの再生を提供する。
【００２３】
本発明の方法および装置のさらなる利点は、ホログラフィック的に記録される情報の面積密度が従来の方法と比べて大きく向上できるような方法で、記録されるホログラムを多重化し、そのようなホログラムをコンテンツに関して検索する能力にある。これにより、きわめて大きな容量、より高いデータ転送レート、および、より高速なデータ検索がもたらされる。
【００２４】
本発明の前記目的、特徴、および利点、ならびに他の目的、特徴、および利点が、添付の図面に示されている本発明の好ましい実施形態についての以下のさらに詳細な説明から、明らかになるであろう。添付の図面においては、種々の図のすべてを通して、同一の参照符号は同一の部分を指し示している。図面は必ずしも縮尺どおりではなく、本発明の原理を説明するために強調がおかれている場合もある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の好ましい実施形態を説明する。
【００２６】
ここに開示される発明は、ホログラフィック・データ・ストレージ（ＨＤＳ）システム用の装置であり、１つ以上のレンズおよび／または１つ以上のミラーなどの中程度〜高い開口数の構成要素と、信号ビームに対して位相モードで使用されるように動作可能な空間光変調器（ＳＬＭ）とを備える。当該システムは、記憶される情報について中程度〜高い面積密度を達成するように動作でき、記憶される情報は、多重化されたホログラムを備える。本発明の装置および方法は、多重化ホログラムで構成される記憶情報について、約25ビット／μｍ２よりも大きいとして定義される高い面積密度を、10Ｅ−2以下のエラー率（生のビット誤り率（ＢＥＲ））に相当するＳＮＲとして定義される受容可能なＳＮＲで達成されるように動作する。ここで、検索可能となるように記録された情報に対する受容可能なＳＮＲは、10Ｅ−2を超えてもよいＢＥＲに相当する。０およびπ位相モードで動作でき、あるいは他の位相モードで動作できる空間光変調器が、記録平面（すなわち、ホログラフィック記録媒体が配置される平面）におけるフーリエ変換（ＦＴ）からｄｃピークをほとんど取り除くために、記録の際に任意的に設けられている。これにより、前記フーリエ変換スペクトルの振幅分布の均質化を提供する。さらに、０およびπ位相モードで動作でき、あるいは他の位相モードで動作できる空間光変調器が、ＨＤＳシステムが全体または部分的なコンテンツ指定可能な検索を実行でき、本発明の装置および方法においてホログラフィックに記録されたデータの受容可能なエラー率（生のＢＥＲ）が、前記検索方法について10Ｅ−2よりも大きくてもよいように、追加的に設けられている。
【００２７】
図１は、本発明における使用に適した４ｆシステムを示す。光源１０３およびビーム整形用光学系（ＢＳＯ）によって生成された信号ビーム１０２が、複数のピクセル１０６を有する空間光変調器（ＳＬＭ）１０４を通過する。この複数のピクセル１０６は、二次元のアレイに配置されている。ＳＬＭ１０４は、記録すべきデータ情報で信号ビーム１０２を変調する。ＳＬＭ１０４は、後でさらに詳しく説明するように、振幅モードおよび位相モードのいずれのモードでも動作可能である。一般に、ＳＬＭは、図１に示したＳＬＭ１０４のように、透過によって動作できるが、図２にＳＬＭ２０４について示すように、反射によっても動作できる。図１を参照して、ＳＬＭ１０４の平面１０７は、第１のフーリエ変換レンズ素子１０８から１焦点距離ｆ１に位置している。このレンズ１０８は、ＳＬＭ１０４から回折または反射する光を受け入れるのに十分大きな直径（開口）を有する。
【００２８】
本明細書にて使用される際、用語「レンズ素子」は、レンズのような光出力を有する１つ以上の素子にあてはまる。この１つ以上の素子は、単独または組み合わせにおいて、光の入射ビームの波面の曲率を変化させることによって、光の入射ビームを変化させる。例えば、レンズ素子１０８が、２つ以上のレンズを備えてもよい。
【００２９】
図１に示した４ｆ光学配置において、第１のフーリエ変換レンズ素子１０８は、ＳＬＭによって変調された信号ビーム１１０の空間パターンの２‐Ｄフーリエ変換を、レンズ素子１０８から１焦点距離ｆ１だけ離れており、さらに、ＳＬＭ１０４からは２焦点距離（２ｆ１）だけ離れている平面１１２（フーリエ変換平面すなわち焦点面）に中継する。ホログラフィック記録材料１１４を、平面１１２またはその近くに位置させることができる。
【００３０】
有効焦点長さｆ２を有する第２のフーリエ変換レンズ素子１１６が、平面１１２から距離ｆ２に位置している。一実施形態においては、ｆ２がｆ１と等しくてもよい。レンズ素子Ｌ２は、第２のフーリエ変換を実行し、ＳＬＭ１０４の空間パターンの反転画像を、１焦点距離ｆ２だけ第２のレンズ素子１１６の後方に位置する平面１１８に出現させる。参照光１２０ａまたは１２０ｂが、記録されているホログラムに、ホログラムの記録の実行に使用された入射角度で衝突すると、ホログラムから回折された光が再生光ビーム１２２を形成する。この再生光ビーム１２２は、第２のレンズ素子１１６に渡り、平面１１８に中継される。ｆ１がｆ２に等しい実施形態においては、平面１１８は焦点距離ｆ１の４倍だけＳＬＭ１０４から離れている。平面１１８は、検出器アレイ（光検出器）１２４における相関面（２次元的に相関値を配置したもの）に相当する。光検出器１２４は、ＳＬＭ１０４のピクセル１０６の座標（ｘ，ｙ）と同一または異なる線形座標（ｘ’，ｙ’）の複数のピクセル１２６を有する。
【００３１】
３種類のホログラム記録方法が、記録媒体の位置にもとづいて区別される。図１に示したフーリエ変換ホログラムにおいては、媒体は、ＳＬＭによって変調された物体光の経路に配置されたレンズ素子の焦点面（平面１１２）に設置される。残りの２種類は、画像平面ホログラムおよびフレネル帯ホログラム（非整数次ＦＴホログラムとも称される）である。図３に示すように、ＳＬＭ３０２に表示されたデータ・ページをホログラフィック記録媒体３０８に画像化するためにレンズ素子３０４および３０６を使用する４ｆ光学系構成において、ＬＭ３０２が最初の素子であり、記録媒体３０８がこの構成における最後の素子である。この構成において、画像平面ホログラムは記録される。第３の種類のホログラフィック記録方法であるフレネル帯すなわち非整数次ＦＴ平面ホログラムは、図４に示されている。この仕組みにおいては、ホログラフィック記録媒体４１４が、距離ｌだけフーリエ変換平面４１２からずれている。上記の方法のいずれも、本発明の方法および装置の使用に従ったホログラムの記録に使用することができるが、非整数次ＦＴ法が好ましい。
【００３２】
次に、振幅モードおよび位相モードで動作可能なＳＬＭの動作の原理を、それぞれ図５および６を参照して説明する。
【００３３】
本明細書において「空間光変調器（ＳＬＭ）」と称される装置は、光ビームが衝突する複数のピクセルを備え、光ビームはＳＬＭから反射する（反射型ＳＬＭ）か、あるいはＳＬＭを通過して伝播する（透過型ＳＬＭ）。図１のＳＬＭ１０４は透過型ＳＬＭであり、図２のＳＬＭ２０４は反射型ＳＬＭである。考えられるＳＬＭとしては、例えば、ネマティック液晶ＳＬＭ、ねじれネマティック液晶ＳＬＭ、強誘電性液晶ＳＬＭ、コレステリックＳＬＭ、偏光変調用の光弾性結晶のアレイを使用するＳＬＭ、シリコンライトマシンズ（Silicon Light Machines）社の「Grating Light Valve（ＧＬＶ）」技術などの制御可能な微細格子を使用するＳＬＭ、または屈折もしくは光路長を動的に制御する手段を使用する装置のうちの１つであってもよい。
【００３４】
本発明における使用に適したＳＬＭの一例は、ディスプレーテック（Displaytech）社が製造するLightcaster（商標）（1280×768ピクセル）などの強誘電性液晶（ＦＬＣ）ＳＬＭである。図５および６の説明は、例としてＦＬＣ  ＳＬＭを使用するが、これに限定されるわけではない。ホログラフィーの技術分野における当業者であれば、本発明の目的のために、他の任意の種類のＳＬＭ装置を容易に採用できるであろう。
【００３５】
振幅モードの動作が、図５に概念的に示されている。光源５０４によって生成されたコヒーレント・ビーム５０２が、直線偏光器５０６を通過し、偏光５１０（ここでは、垂直である）を有する入力ビーム５０８がもたらされる。ＦＬＣ  ＳＬＭの各ピクセル５１２は、それを構成している液晶の45°離れた方向を向く２つの状態のうちの一方を有することができ、これにより45°の角度を向いたＦＬＣ軸５１４ａおよび５１４ｂが形成される。図５には両方の軸５１４ａおよび５１４ｂが示されているが、各ピクセル５１２は、自身の液晶を軸５１４ａまたは軸５１４ｂのいずれかを形成するように向けることができ、両方ではないことを理解すべきである。各ピクセルに制御可能に電圧を加えて、液晶の状態を切り替え、すなわちＦＬＣ軸５１４ａおよび５１４ｂの間の切り替えを行なうことによって、各ピクセルの光学的偏光特性が変化する。
【００３６】
本明細書において使用されるとき、用語「光学的偏光特性」とは、材料に衝突してそのような材料で反射または通過する光の波面の偏光の方向を変化させる当該材料の能力を指す。
【００３７】
ＳＬＭは、２つの軸のうちの一方（ここでは軸５１４ａ）が、入力ビーム５０８の直線偏光５１０の方向と平行な方向を向くように配置される。図５に示されているように、ピクセル５１２を通って伝播するとき、あるいはピクセル５１２から反射されるとき、入力ビーム５０８の直線偏光５１０の方向が、偏光軸とＦＬＣ軸５１４ａまたは５１４ｂとの間の角度の２倍だけ、回転させられる。図５および６に示した例では、ＦＬＣ  ＳＬＭは反射型ＳＬＭである。したがって、入力ビーム５０８がピクセル５１２から反射されると、各ピクセル５１２の状態に応じて、直線偏光５１８ａ（垂直）を有する出力ビーム５１６ａまたは直線偏光５１８ｂ（水平）を有する出力ビーム５１６ｂのいずれかが生成される。すなわち、偏光５１０の回転は、ピクセル５１２が軸５１４ａを有する状態であるときは０°であり、ピクセル５１２が軸５１４ｂを有する状態であるときは９０°である。
【００３８】
次いで、出力ビーム５１６ａまたは５１６ｂは、直線偏光器５２０を通って導かれる。直線偏光器５２０は、直線偏光器５２０の偏光方向と一致する偏光方向を有しているピクセルからの光のみを通過させる。一実施形態においては、反射型ＳＬＭが使用される際、直線偏光器５２０と直線偏光器５０６とが、１つの同一直線偏光器であってもよい。結果として、観察者は、各ピクセルの偏光の状態に応じて、黒（０）または明るい（１）ピクセルのいずれかを見ることになる。
【００３９】
上述の振幅変調の仕組みは、２値の振幅の仕組みである。振幅の「階調（グレー・スケール）」を使用する他の仕組みも、本発明の方法において使用することが可能であり、そこでは、検出光によって検出される振幅を、ゼロと入力ビーム５０８の振幅との間で連続的に変化させることができる。
【００４０】
ＳＬＭ装置の位相モードの動作が、図６に示されている。
【００４１】
光源６０４によって生成されたコヒーレント・ビーム６０２が、直線偏光器６０６を通過し、偏光方向６１０（ここでは、垂直である）を有する入力ビーム６０８がもたらされる。
【００４２】
ＳＬＭは、２つの軸のうちの一方（ここでは軸６１４ａ）が、入力ビーム６０８の直線偏光６１０の方向に対して−22.5°に位置するように配置される。図６に示されているように、ピクセル６１２から反射されるとき、入力ビーム６０８の直線偏光６１０の方向が、偏光軸とＦＬＣ軸６１４ａまたは６１４ｂとの間の角度の２倍だけ、回転させられる。したがって、入力ビーム６０８がピクセル６１２から反射されると、各ピクセル６１２の状態に応じて、直線偏光６１８ａを有する出力ビーム６１６ａまたは直線偏光６１８ｂを有する出力ビーム６１６ｂのいずれかが生成される。
【００４３】
次いで、出力ビーム６１６ａまたは６１６ｂは、偏光素子６２０を通って導かれる。偏光素子６２０は、偏光ビーム・スプリッタまたは波長板であってもよく、偏光方向を選択する。図６の例では偏光ビーム・スプリッタである偏光素子６２０が、ｐ偏光（ここでは、水平向き）を伝達するとともに、ｓ偏光（ここでは、垂直向き）を反射する。その結果、偏光素子６２０の後方の観察者は、各ピクセルの状態に応じて、ψ０＝０の位相を有する光（偏光素子６２０からの反射光）、またはψ０から±π／２だけ相違する位相ψ１を有する光（偏光素子６２０からの透過光）のいずれかを見ることになり、したがって２つの状態についてピクセル６１２から反射される光の間の位相差は、偏光素子６２０によって反射された光についてπである。
【００４４】
上述の仕組みは、一組の位相（０、π）が使用される位相変調について言及している。組（０，φ＝２π×ｎ／ｍ）（ここで、ｎは整数であり、ｍは自然数である）を使用する他の仕組みも、利用可能である。
【００４５】
一般に、ホログラフィック・ストレージに使用される２値のデータ・ページは、そのようなデータ・ページの生成の際に使用される種々の変調コードによって、２値のランダム画像のようである。このように変調によってコード化されたデジタル・データ・ページであって、同数の０と１とを有するデジタル・データ・ページが、位相ＳＬＭ上に表示されて、例えばそのフーリエ変換がレンズによって得られる場合、ＳＬＭの０およびπピクセルまたは他の位相モードからのｄｃ領域のフィールドの弱め合い干渉が、ｄｃピークのないフーリエ・スペクトルをもたらす。
【００４６】
図７（ａ）は、振幅変調による代表的なデータ・ページを示している。図７（ｂ）は、図７（ａ）に示したデータ・ページのフーリエ変換のＭＡＴＬＡＢシミュレーション結果を示している。図７（ｃ）に見られるように、２値のデータ・ページの表示に対して（０、π）の位相モードを使用することによって、ｄｃピークを完全に取り除くことができる。その結果、ＦＴ平面において、強い強度のｄｃピークが存在しないほぼ均質化されたフーリエ・スペクトルが存在する。
【００４７】
本明細書において使用されるとき、用語「均質化ホログラム」は、位相変調された（エンコードされた）物体光によって記録され、その結果フーリエ変換平面またはその近傍に位置する記録面においてフーリエ変換からＤＣピークがほぼ除去されており、したがって当該フーリエ変換スペクトルの振幅分布が均質化されているホログラムを指す。好ましい実施形態においては、ホログラフィによって記録されるべきデータ・ページが、（振幅モードで動作するＳＬＭによって表示される場合、）同数の透明または不透明なピクセルを含んでおり、あるいは（位相モードで動作するＳＬＭによって表示される場合、）それぞれの偏光状態に同数のピクセルを含んでいる。
【００４８】
しかしながら、データ・ページが位相モードで動作可能なＳＬＭによって記録されるとき、ホログラムの回折のＣＣＤまたはＣＭＯＳ検出器上への画像化をもたらすように第２のフーリエ変換を通常のように適用しても、再生データを直接取り戻すことはできない。
【００４９】
データ再生に対する本発明の一実施形態は、本明細書において、「エッジ検出」法と称される。従来は、ホログラムの再生の際に、物体光部分を遮断し、ホログラムの記録に使用した参照光によってホログラムを照射していた。本発明の方法および装置の一実施形態においては、従来の方法で、物体光部分を遮断しつつ、参照光を使用することによってホログラムが読み出される。この方法は、位相データ・ページを再生する。しかしながら、ＦＴ平面にｄｃピークが存在しないため、ホログラフィック記録がＦＴのａｃ成分についてのみ生じており、その結果、前記再生が、図１０（ａ）および１０（ｂ）にそれぞれ４×４および８×８の２つのレベルのオーバーサンプリング（データ・ページについてのＳＬＭのピクセル・サイズが、検出器のピクセル・サイズよりも大きい）について示すように、ａｃ周波数成分に相当するデータ・ページの「エッジ強調された」再生のみをもたらす。なお、オーバーサンプリングは、異なる位相を有するピクセル間の変わり目に対応している。
【００５０】
一実施形態において、本発明の方法および装置は、前記変わり目の識別によって前記エッジ強調された画像からデータを得る高解像度の検出器を使用することによって、データの回復をもたらす。データを回復するために、前記変わり目を識別するさまざまな方法を、本発明によって考えることができる。例えば、前記変わり目を識別する手段が、ピクセルの周囲に位置する検出信号を、ピクセルについての０または１のいずれかの２進値に割り当ててもよい。検出器のｘ／１およびｙ／１ピクセル（ここで、ｘおよびｙは２以上の整数である）が前記光学変調装置のフィールドの各ピクセルに対応して、前記位相の変わり目の区別を改善させるように、位相データ・ページの再生および検出においてオーバーサンプリングを使用することが好ましい。オーバーサンプリングが使用されず、あるいは高解像度の検出器についてのように、検出器ピクセルのフィルファクタが１００％未満である場合には、代わりに、前記位相の変わり目の区別を改善するために、検出器を例えばｘまたはｙ方向にピクセル寸法の１／２などの或る量だけシフトすることが好ましい。この技術分野における経験を有する者であれば、特定の検出器について最適なシフト量を選択することができるであろう。
【００５１】
別の実施形態においては、本発明の方法および装置は、前記エッジ強調された画像の検出を提供し、さらに、例えばアドビシステムズ（Adobe Systems）社もしくはアークソフト（ArcSoft）社から入手でき、またはコグネックス（Cognex）社もしくはアデプトテクノロジー（Adept Technology）社などのマシン・ビジョン（光学的感知機構によって対象物の像を解読すること）・ソフトウェアのベンダーから入手できるソフトウェア、または例えば好ましくはピクセル・レベルについて勾配エッジ強調検出を実行できる方法を使用することによってエッジ強調画像の分析を実行できる他の適切な画像キャプチャおよび分析ソフトウェアを使用して実装できるデジタル画像のエッジ抽出および／またはエッジ輪郭削りを実行できるようなエッジおよび／または線の検出および分析の画像処理の使用を提供する。この方法の一実施形態においては、位相データ・ページに記録された１つ以上の基準マーキング、または他の既知のマーキングもしくはパターンが、前記位相データ・ページの再生における「１」または「０」エッジの描写用の基準位置を割り出すために使用され、その結果、当該ページにおける他のすべての位相変化の変わり目が、対応する「１」または「０」の２進値に割り当てられ、元の振幅データ・ページの再生が提供される。
【００５２】
角度（平面角または平面外の角度）、空間角、方位角、シフト（面内のシフトまたは面外のシフト）、波長、位相コード、スペックル、および関連の方法、ならびにこれらの組み合わせなど、さまざまな多重化方法が、同一の体積内または部分的に重なり合う体積内の同一位置に複数のページを記憶するのに使用される。
【００５３】
データの回復のための本発明の別の方法は、本明細書において、リアルタイム・ホログラフィ干渉分光法（Real-time holographic interferometry）と称される。さらに、本発明は、読み出しプロセスの間にホログラフィ干渉分光法を提供することによって、多重化ホログラムとして記録された元のデータの再生を提供する。
【００５４】
本発明のリアルタイム・ホログラフィ干渉分光法の一実施形態においては、所定の記憶位置からの記憶データの再生の間における参照光によるホログラムの照射の際に物体光を「オン」に保つ。この方法で、記録された物体光が参照光によって再生され、この再生が、例えば記録の際に使用された光学変調装置の０およびπピクセルまたは他の位相モードの分布に対応する波面を含んでいる。同時に、位相ＳＬＭまたは前記光学変調装置において、均一なページ（すなわち、例えばすべてのピクセルが、０位相モードもしくはπ位相モードまたは他の位相モードにある）が表示され、所定の記録位置にある記憶済みデータに伝播される。
【００５５】
この位相ＳＬＭまたは前記光学変調装置からの新たな物体光が、好ましい実施形態においては、この物体光の強度が参照光の照射によって得られるホログラフィック的に再生された物体光の強度にほぼ等しくなるように調整され、ＣＣＤまたはＣＭＯＳ検出器上の共通の画像平面において、ホログラフィック的に再生された物体光と干渉パターンを形成するように機能する。このようにして、前記干渉分光法からの再生強度パターンが、画像のビット誤り率に起因するものなどの影響にもかかわらず、元の振幅データ・ページに対応する画像を生成する。図８は、例として、０位相のピクセルと０位相のピクセルとが生み出す強め合いの干渉（２進値の１）、および０のピクセルとπのピクセルとが生み出す弱め合いの干渉（２進値の０）を示している。さらに、本発明のこの実施形態は、強め合いの干渉が４倍の強度を与えるため、再生されたデータ・ページにおいてより良好なコントラストを生む。
【００５６】
データの記録および再生についての本発明の他の実施形態は、本明細書において、二重露光ホログラフィ干渉分光法（Double exposure holographic interferometry）と称される。この実施形態においては、位相データ・ページの記録に加えて、ブランク・データ・ページ（すなわち、全フィールド面積にわたるピクセル）の記録が、同一場所またはほぼ重なり合って記録される多重化ホログラムに使用される各参照光条件について、ＦＴ平面またはその近傍において実行される。各参照光条件に対して位相データ・ページと対になるブランク・データ・ページを記録するとき、当該ブランク・データ・ページの記録の際の物体光のＦＴのｄｃ成分を、その強度が当該ブランク・データ・ページの記録の際に使用される参照光の強度にほぼ等しくなる、すなわち［Ｉobj（ＤＣ）／Ｉref］〜１になるように減衰させることが好ましい。選択された参照光条件で再生すると、ブランク・ページ・ホログラムが位相ページ・ホログラムとの組み合わせで存在することで、２つの得られた回折波面の干渉がもたらされ、その結果、元の振幅データ・ページの再生がもたらされる。ブランク・データ・ページ・ホログラムのそれぞれの回折効率が、重ね合わせられるそれぞれのデータ・ページ位相ホログラムのそれぞれの回折効率とほぼ同一であるのが好ましく、したがって、この方法は、好ましくは最適化された記録スケジュールを使用する。
【００５７】
データの記録および回復についての本発明のさらに別の実施形態は、本明細書において、二重参照光干渉分光法（Double reference beam interferometry）と称される。前記実施形態においては、固有の参照光条件を伴うブランク・データ・ページ（すなわち、全フィールド面積にわたるピクセル）の記録が、すでに述べたように好ましくはＩobj（ＤＣ）／Ｉrefの比がほぼ１になるようにＦＴのｄｃ成分の減衰の使用をともなって、ＦＴ平面またはその近傍において実行される。重なり合う多重化ホログラム中にこのブランク・ホログラムが存在することで、正しい参照光による再生の際に回折波面がもたらされ、これがさらに、他のすべての位相データ・ページからの回折波面との干渉パターンの生成をもたらすことができる。したがって、この実施形態は、２つの参照光条件の使用を同時に必要とし、１つは前記ブランク・ページのためのものであり、１つは再生しようとする選択された位相データ・ページのためのものである。それらが記録されたときとほぼ同一である２つの回折パターンの重なり合いが、選択されたデータ・ページの振幅表現を再生するための必要条件である。ブランク・データ・ページの再生のための参照光の強度は、データ・ページ位相ホログラムのそれぞれを再生するために使用される参照ビームの強度に対して、回折された強度がほぼ同一になるように調節可能である。読み出しの時の２つの参照光は、それぞれの回折光が同一方向に移動するとき、好ましくは位相が同一（０または２πの倍数）である必要があり、これは、必要であれば、再生イベントにおいて調節可能である。
【００５８】
データの記録および回復についての本発明の方法および装置について、他の実施形態が考えられ、したがって本発明の範囲は、本明細書に記載の仕様には限定されない。例えば、回復された波面とシヤーされた（ずらされた）波面との間に所定の角度の干渉条件をもたらすように動作するシヤープレートの使用が、振幅画像の再生をもたらすことができ、そこから元の振幅データ・ページを得ることができる。
【００５９】
本発明の方法および装置の別の実施形態は、コンテンツ指定にもとづくデータ検索に関する。このような実施形態の１つにおいては、振幅モードで動作しているＳＬＭまたは他の光学変調装置上にデータ・ページを従来と同様に表示することによって、ＦＴ平面または非整数次ＦＴ平面において、ホログラフィック記録が実行される。本発明においては、コンテンツ指定可能な検索が、位相モードで動作している光学変調装置（ＳＬＭ）上に検索データ・パターンを表示することによって実行される。相関マッチングが、例えばB. J. Goertzen and P. A. Mitkas, Opt. Engineering, Vol. 35, No. ７, pp. 1847-1853（1995）、およびG. W. Burr, S. Kobras, H. Hanssen, and H. Coufal, Appl. Optics, Vol. 38, No. 32, pp. 6779-6784（1999）、ならびにG. W. Burr, SPIE, Vol. 5181, pp. 70-84（2003）に記載されている。一実施形態においては、相関マッチングが、検索パターンを位相モードのＳＬＭに表示する工程と、位相検索パターンを含む物体光を、ホログラフィック記録媒体内の記録位置にある１つ以上の記録済みデータ・ページ・ホログラムにレンズ素子で中継する工程と、これにより記録済みホログラムを前記検索物体光で照射する工程と、検索パターンのコンテンツを含む１つ以上のデータ・ページ・ホログラムから再生された回折参照光を検出する工程とを備える。ここで、回折参照光の出力の量は、入力検索パターンと関連するデータ・ページ・ホログラムとの間の相関の度合いに比例する。
【００６０】
有利な実施形態では、検索の独創的な方法は、マッチしたピクセルの連続領域のサイズが、完全にマッチしたデータ・ページからマッチしたピクセルのより小さいグループに低減されたときに、相関マッチングを可能にする。この実施形態においては、検索パターン内のマッチしたピクセルがそれらの元の位置からｘまたはｙ方向のいずれかに移動または回転させられている場合についても、相関マッチングを達成できる。このような検索パターンの移動または回転の量は、記録材料の厚さ、ブラッグ選択性、多重化方法、などのパラメータに依存し、当業者であれば適切な条件を決定できるであろう。
【００６１】
本発明の方法および装置の別の実施形態は、やはりコンテンツ指定にもとづくデータ検索に関する。この実施形態においては、ホログラフィック記録が、ほぼ位相モードで動作しているＳＬＭまたは他の光学変調装置上にデータ・ページを表示することによって、ＦＴ平面または非整数次ＦＴ平面において行なわれ、コンテンツ指定可能な検索が、やはり位相モードで動作している前記光学変調装置上に選択された検索データ・ページまたは検索パターンを表示し、位相モードのパターンを記録位置に伝搬させることによって実行される。
【００６２】
前記実施形態においては、マッチしたピクセルの連続領域のサイズが、完全にマッチしたデータ・ページから、全データ・ページの約５０％未満に相当するマッチしたピクセルのより小さいグループに縮小されたときに、相関マッチングを容易かつ有利に達成できる。より有利には、前記マッチしたピクセルのより小さいグループの面積が全データ・ページの約１０％未満に相当するときに相関マッチングは達成される。さらにより有利には、前記マッチしたピクセルのより小さいグループの面積が全データ・ページの約５％未満に相当するときに相関マッチングは達成される。さらに、前記実施形態において、検索パターン内のマッチしたピクセルがそれらの元の位置からｘまたはｙ方向のいずれかに移動または回転させられると、相関マッチングが達成される。検索パターンのこのような移動または回転の量は、記録材料の厚さ、ブラッグ選択性、多重化方法、などのパラメータに依存し、当業者であれば適切な条件を決定できるであろう。
【００６３】
本発明の方法および装置の別の実施形態は、コンテンツ指定にもとづくデータ検索、ならびに記憶情報に対する高い面積密度、高データ・レート、および高検索レートを有利に達成するためのホログラム多重化の方法に関する。参照光が斜めの角度で入射するときに遭遇される形状の制約を大きく緩和するために、薄い媒体に高い面積密度で有利に情報を記録することができる。
【００６４】
図１３を参照して、記録済みホログラムの再生物体光の検出信号強度（Ｉ）が、図１３に描かれた関数に従って、ホログラムの再生に使用される参照光の波長λとともに変化し、あるいはそのような参照光とこの例においてはホログラフィック記録媒体の表面に直交している物体光の光学軸との間の角度φとともに変化する。図１３に示されている曲線は、アドレスに基づく読み出しのためのブラッグ選択性（この例では、角度または波長）曲線またはデチューニング曲線と称される。図１３に示すように、検出されたホログラムの最も高い信号強度は、第１または主回折ピーク（Ｉ０）の位置に対応する波長λ０または角度φ０で達成される。第１副極大（強度Ｉ１を有する）が、第１のヌルまたは極小によって主回折から隔てられており、第２のヌルまたは極小によって第２副極大から隔てられている。本発明の一実施形態においては、２つ以上の多重化ホログラムを記録するのに使用される参照光間の角度が、ホログラフィック角度選択性曲線の主回折ピークと第１のヌルとの間の角度の隔たりよりも小さい。別の実施形態においては、多重化ホログラムを記録するのに使用される参照光間の波長の差が、ホログラフィック波長選択性曲線の主回折ピークと第１のヌルとの間の波長の間隔よりも小さい。さらに別の実施形態においては、シフト多重化ホログラムを記録するために使用される位置の差が、ホログラフィック・シフト選択性曲線の主回折ピークと第１のヌルとの間の位置の増分よりも小さい。
【００６５】
本発明によれば、ホログラムは、これらホログラムからの情報の記録および／または回復のための角度もしくは波長または位置の増分が、対応するブラック選択性曲線の主回折ピークと第１のヌルまたは極小との間のそれぞれの増分未満に相当するような方法で、同一位置にあるいはほぼ重なり合って多重化される。この方法で記録されたホログラムは、光学変調装置（ＳＬＭ）が位相モードで動作可能であるとき、前述のコンテンツ指定可能な検索の際に容易に区別することができる。好ましくは、少なくとも約５〜２５の値による多重化係数（すなわち、１つの記録位置の直径と交わって記録される同じ位置に多重化され、あるいは重なり合って多重化されるホログラムの数）の増加をもたらすように、前記増分が、ブラック選択性曲線の主回折ピークと第１のヌルとの間の増分よりも極めて小さく、主回折ピークと第１のヌルとの間の増分の１／５〜約１／２５程度である。
【００６６】
この改良は、平面角および方位角または接線方向のシフトおよび半径方向のシフトなどの多重化方法を組み合わせることによって他の方法で達成できる多重化係数の改良に、少なくとも匹敵できるものである。しかし、有利なことには、記録および／または読み出しの光学機械システムが、多重化方法を組み合わせる場合に必要とされるものに比べて、簡素化される。
【００６７】
例えば、従来からのデジタル・データ・ページの平面角多重化においては、多重化のための参照光の角度の増分は、極めて良好なＳＮＲを提供するために、典型的には、ブラック選択性曲線（図１３を参照）の主回折ピークと第２のヌルまたは極小との間の角度の増分に等しい。記録された情報の検索が位相モードで動作できるＳＬＭによって実行されると、例えば多重化ホログラムによって生成される参照光の集合をデジタル検出器に向けるために使用できるレンズのＮＡ、フォト・ダイオードまたはＣＭＯＳ検出器などの検出器の寸法および数、検出器と媒体との間の距離などの制限とともに、多重化ホログラムの記録の際に、１０〜２０またはそれ以上の因数で前記増分を大きく減らすことができる。
【００６８】
本発明の関連の構成は、ホログラフィック的に記録される情報の面積密度を、従来の方法に比べて大きく向上させることができる。これにより、有利なことには、記録媒体の単位厚さ当たりの容量の大きな向上、データ・レートの向上、およびデータ検索速度の向上がもたらされる。本発明の別の関連の構成は、多重化ホログラムのＢＥＲおよびＳＮＲについての要件を、コンテンツ指定可能な検索の動作を損なうことなく緩和でき、したがって変調コードおよびエラー訂正コードでのデータの変調に関するオーバーヘッドを低減できる。本発明は、ＤＶＤの形状因子でテラバイト・オーダの情報の記録をもたらし、わずか約400ミクロンの厚さの薄い記録材料を提供する。本発明の方法によって、例えば1000rpmでディスク媒体を回転させつつの実際の光学検索レートを、少なくとも約100Ｇバイト／秒のオーダとすることができる。
【実施例】
【００６９】
実施例１  均質化位相変調データ・ページの記録、および検出器における４倍および８倍×オーバーサンプリングを有するエッジ強調再生による記録済みホログラムの読み出し
コヒーレント（Coherent）社の315M DPSSレーザ放射を使用して、532nmで記録を実行した。空間的にフィルタ処理されたコヒーレントな参照光および信号ビームを使用し、すべての光学系について従来からのダブレット（ｆ＝70mm）を使用して、古典的な４ｆ光学系の構成を実装した。フーリエ変換面において０‐π位相マスク条件でディスプレイテック（Displaytech）社の強誘電性ＬＣＤ  ＳＬＭ（1280×768ピクセル）によって実行される記録に対して、記録平面における信号ビームおよび参照光について適合した電力密度を実装した。ＳＬＭは、22.5°単位のＳＬＭの回転によって、２値の振幅（０および１）ならびに２値の位相（０およびπ）モードで動作させることができる。代わりに、ＳＬＭの振幅および位相モード動作は、その前面に保持された２分の１波長板を回転させることによって達成された。２値位相モード動作の際、ディスプレイテック社のＳＬＭが、その前面の偏光ビーム・スプリッタと協働して、ピクセルから反射される光に−π／２および＋π／２の位相シフトを与える。フォトビット（Photobit）社のMV02 CMOSカメラ（512×512ピクセル、ピクセル・ピッチ16μm）を、検出装置として使用した。厚さ50μm〜400μmのアプリリス社（Aprilis CROP）のフォトポリマー材料を、ホログラフィック記録媒体として使用した。
【００７０】
規則的に間隔をあけた基準マーキングを含んでいるバランスした（すなわち、ほぼ同数の不透明ピクセルおよび透明ピクセルを有する）６〜８変調コード化された２値データ・ページを、ＳＬＭ上に表示した。図９（ａ）は、前記基準マーキングの一例について、前記ピクセル・グループの前記データ・ページの一部を示す。図９（ｂ）は、ＳＬＭが振幅モードで動作する場合に、ＦＴ平面に位置したＣＭＯＳカメラによって捉えたフーリエ・パワー・スペクトルを示している。図９（ｂ）において見られるように、中央における高い強度のｄｃピークの存在によって、典型的には、正確なＦＴ面の前方または後方の平面において記録が行なわれることが要求され、あるいは何らかの他のビーム調整技法が使用されてもよい。図９（ｃ）は、ＳＬＭが０‐π位相モードで動作している場合について、ＦＴ平面に位置したＣＭＯＳカメラによって捉えたフーリエ・パワー・スペクトルを示す。図９（ｃ）は、バランスした２値データ・ページが前記ＳＬＭに提示された場合に、ＳＬＭの０のピクセルからの光とπのピクセルからの光との間の弱め合い干渉によって、高い強度のｄｃピークが事実上存在しないことを示している。
【００７１】
データ・ページを位相モードで動作している前記ＳＬＭに表示した後、ホログラムが、ＦＴ平面に配置されたフォトポリマー材料に記録される。ホログラムが、物体光部分を遮断しながら、参照光によって従来の方法で読み出されると、得られる再生は、位相データ・ページである。しかしながら、フーリエ・スペクトルのａｃ成分についてのみホログラフィック記録が生じているため、ＦＴ平面にｄｃピークは存在していない。したがって、得られる再生は、それぞれ図１０（ａ）および１０（ｂ）に示すように、ＳＬＭに示された２値のデータ・ページの４×４および８×８のオーバーサンプリングの場合についての位相の変わり目を呈するデータ・ページのエッジ強調された再生である。既知の基準マーキングにおける場合がそうであるように、「０」または「１」の値が、再生されたデータ・ページのいずれか特定のピクセル位置について既知であるならば、エッジ検出手段によってすべてのピクセルに「０」または「１」を割り当てることができ、したがって元のデータ・ページを再生できる。
【００７２】
実施例２  再生された位相変調データ・ページとＳＬＭ上に表示された画像化均一ページとの干渉による振幅データ・ページの再生
位相ホログラムが実施例１のように記録されると、位相画像からの元の振幅データ・ページの再生が、リアルタイムなホログラフィ干渉分光法を使用することによって達成される。一実施形態においては、ブランク（均一な）ページが、位相ＳＬＭ上に表示される。物体光を「オン」に保ったままで、データ・ページ・ホログラムを、当該データ・ページ・ホログラムに対する正しい参照光角度を使用する参照光の同時照射によって読み出した。図８に示すように、ホログラフィックに再生されたデータ・ページとＳＬＭからのブランク（均一な）ページとの間の干渉が、図１１（ａ）に示される元のデータ・ページをＣＭＯＳカメラによる検出用の振幅モードで再現する。実施例１の前記ＣＭＯＳカメラによって捉えられた回復データ・ページが、図１１（ｂ）に示されている。図１１（ｃ）は、ＦＴ平面の記録材料なしで前記ＣＭＯＳカメラによって直接捉えられた位相画像を示している。
【００７３】
実施例３  再生された位相変調データ・ページと同位置に記録されたブランク・ページとの干渉による振幅データ・ページの再生
データ回復のために二重露光ホログラフィ干渉分光法を使用するように、位相ホログラムが記録されると、ブランク・データ・ページ（すなわち、全フィールド面積にわたるピクセル）が、位相データ・ページの記録に加えて、ＦＴ平面の近傍において実行される。参照光による再生の際、位相ページ・ホログラムと組み合わせたブランク・ページ・ホログラムの存在が、得られる２つの回折波面の干渉をもたらし、これにより図１１（ｄ）に示す元の振幅データ・ページの再生をもたらした。
【００７４】
実施例４  ２値モードならびに高変調度および低変調度の振幅モードで記録された多重化データ・ページＦＴおよび非整数次ＦＴホログラムについて、データ・ページの面積の１００％およびデータ・ページの面積の０％を有する検索パターンについての相関マッチングの程度
いくつかの異なる種類の記録条件で記録したホログラムについて、相関マッチングの程度を評価した。完全にマッチするデータ・ページをＳＬＭに提示して使用したとき、および１５種類の非マッチのデータ・ページを同様にＳＬＭに提示して使用したときについて、参照光再生の強度の比を割り出した。１５種類の非マッチのデータ・ページのそれぞれは、標準的なデータ・ページをシミュレートするために、（１）および（０）のバランスしたランダム分布を有していた。振幅モードで動作するディスプレイテック社のＳＬＭを用いて、記録材料をフーリエ変換平面の約１０％後方の位置に配置して１つのデータ・ページが記録されたとき、弱い相関マッチングが達成され、大きな相互相関が示された。複数（１５〜３０）の振幅データ・ページが、フーリエ変換平面において平面角多重化によって多重化されたとき、良好な相関マッチングが示され、相互相関はわずかであった。
【００７５】
ケース（i）においては、記録材料（厚さ400ミクロンのアプリリス社の光重合可能材料）をフーリエ変換平面に配置し、実施例１の設定を使用して、０‐π位相条件で動作する前記ディスプレイテック社のＬＣＤ  ＳＬＭを用いてデータ・ページのＦＴ平面記録を実行した。参照光および信号ビームの入射電力密度は、記録平面において一致した。
【００７６】
ケース（ii）においては、記録材料（厚さ400ミクロンのアプリリス社の光重合可能材料）をフーリエ変換平面に配置し、実施例１の設定を使用して、振幅モードで動作する前記ディスプレイテック社のＬＣＤ  ＳＬＭを用いてデータ・ページのＦＴ平面記録を実行した。参照光および信号ビームのｄｃ部分の入射電力密度は、記録平面において一致した。
【００７７】
ケース（iii）においては、記録材料（厚さ400ミクロンのアプリリス社の光重合可能材料）をフーリエ変換平面に配置し、実施例１の設定を使用して、振幅モードで動作する前記ディスプレイテック社のＬＣＤ  ＳＬＭを用いてデータ・ページのＦＴ平面記録を実行した。参照光および信号ビームの入射電力密度は、記録平面において一致しておらず、ＩRef／ＩACmax＝１（ここで、ＩACは、物体光のＦＴのａｃ成分の強度分布である）であった。したがって、ａｃ成分のホログラフィック記録について大きな変調度が達成され、ＤＣ成分については小さな変調度であった。この手法は、記録されるデータ・ページについて良好な品質を達成するために参照光の強度が典型的にはＩＡＣよりも極めて大きい従来の方法と、対照的である。
【００７８】
ケース（iv）においては、記録材料（厚さ400ミクロンのアプリリス社の光重合可能材料）を焦点距離の約１０％に等しい距離だけフーリエ変換平面の後方に配置し、実施例１の設定を使用して、振幅モードで動作する前記ディスプレイテック社のＬＣＤ  ＳＬＭを用いてデータ・ページの非整数次ＦＴ平面記録を実行した。参照光および平均信号ビームの入射電力密度は、記録平面においてほぼ一致した。
【００７９】
ケース（v）においては、記録材料（厚さ400ミクロンのアプリリス社の光重合可能材料）を焦点距離の約１０％に等しい距離だけフーリエ変換平面の後方に配置し、実施例１の設定を使用して、０‐π位相モードで動作する前記ディスプレイテック社のＬＣＤ  ＳＬＭを用いてデータ・ページの非整数次ＦＴ平面記録を実行した。参照光および信号ビームの入射電力密度は、記録平面において一致した。
【００８０】
マッチするデータ・ページをＳＬＭにおいて使用した参照光再生と、（１）および（０）のバランスしたランダム分布を有する１５種類の非マッチのデータ・ページとの強度の比についての結果は、以下のとおりであった。
【００８１】
ケース（i）
強度比＝（80〜82）／（2.1〜2.5）であり、１５の非マッチのデータ・ページのそれぞれとの相関において、ｄｃ信号強度にほとんど変わりはないが、いずれの場合も、ｄｃレベルはマッチするデータ・ページに対して達成される値に比べて大きく減少する。この比は、記録されたデータ・ページの回折効率によってのみ制限されるはずである。例えば、より大きな回折効率に対しては、148／0.5の比が達成された。
【００８２】
ケース（ii）
強度比＝（62）／（60）であり、１５の非マッチのデータ・ページのそれぞれとの相関において、ｄｃ信号強度にほとんど変わりはないが、いずれの場合も、ｄｃレベルはマッチするデータ・ページに対して達成される値とほぼ同一である。
【００８３】
ケース（iii）
強度比＝（53）／（5.35）であり、１５の非マッチのデータ・ページのそれぞれとの相関において、ｄｃ信号強度にほとんど変わりはないが、いずれの場合も、ｄｃレベルはマッチするデータ・ページに対して達成される値にくらべて中程度に減少する。
【００８４】
ケース（iv）
強度比＝（97）／（20〜22）であり、１５の非マッチのデータ・ページのそれぞれとの相関において、ｄｃ信号強度にほとんど変わりはないが、いずれの場合も、ｄｃレベルはマッチするデータ・ページに対して達成される値にくらべて中程度に減少する。
【００８５】
ケース（v）
０‐π位相およびＦＴ平面の焦点距離の１０％後方への媒体位置のシフトを使用して、強度比＝（60）／（0.9〜1.1）であり、１５の非マッチのデータ・ページのそれぞれとの相関において、ｄｃ信号強度にほとんど変わりはないが、いずれの場合も、ｄｃレベルは、やはりマッチするデータ・ページに対して達成される値にくらべて大きく減少する。
【００８６】
実施例５  データ・ページの面積の１００％に対する検索パターンの連続領域に対する相関信号強度の関係
コンテンツ指定可能な検索において、実施例４のケース（i）においてマッチするピクセルの総数が一定に保たれる場合について、データ・ページのマッチするピクセルの連続領域のサイズは、相関の強度比の大きさと関連する。例えば、マッチするピクセルの連続領域が、全データ・ページの幅の５０％であってデータ・ページの全長に沿っている（すなわち、領域の５０％が左から右へと一致している）とき、この５０％マッチする部分が全データ・ページに沿って水平方向のいずれに位置しているかにかかわらず、相関の強度比は、完全にマッチするデータ・ページに対して観測される56／1.2から、25／1.2に減少する。しかしながら、全データ・ページの幅の５０％に等しいマッチするピクセルの連続領域が、データ・ページの２つの両端の全長に沿って２つの方向付けられた領域に分割され、それらがデータ・ページの全長に沿って延びる全ピクセルの約５０％に等しいランダムなピクセルの中央領域によって分離されるとき、相関の強度比はさらに減少して、データ・ページの２５％が連続領域においてマッチする場合よりもわずかに大きい値となる。
【００８７】
実施例６  バランスした同位置にある２値の振幅データ・ページであって、主回折ピークと第１の極小との間の角度差よりも小さい角度増分で多重化されたデータ・ページについての、位相コンテンツ検索における区別の改良（バランスした同位置にある２値の振幅データ・ページの振幅検索との比較）
コンテンツ指定可能な検索におけるデータ・ページのマッチするピクセルの連続領域のサイズへの影響を、各ページがバランスしたランダム変調２値ページであって多重化が振幅および位相記録の両方についてブラッグ選択性条件未満で行なわれている多重化振幅データ・ページが記録された場合について、さらに調べた。３０の262kbitの実質的な位相データ・ページを、平面角多重化を使用し、ブラッグ・デチューニング曲線の半値全幅の約1／5に減らされた参照光の角度の増分で、同一位置に多重化した（これは従来の平面角多重化に対して１０倍の密度に相当する）。別の位置に、３０の262kbitの振幅データ・ページを、平面角多重化を使用し、ブラッグ・デチューニング曲線の半値全幅の約1／3に減らされた参照光の角度の増分で、同一位置に多重化した（これは従来の平面角多重化に対して６倍の密度に相当する）。ホログラムは、実施例１において説明したように、図２の光学系構成を使用して記録し、露光時間は、各多重化データ・ページについて同様の回折効率が達成されるようにスケジュールした。
【００８８】
同位置にある振幅データ・ページのコンテンツ指定可能な検索を、第１に、角度増分が従来の密度の１０倍の因数をもたらすように低減された場合について、実質的に位相モードのＳＬＭに検索パターンを提示して実行し、第２に、角度増分が従来の密度の６倍の因数をもたらすように低減された場合について、振幅モードで実行した。図１２Ａについての検索パターンは、位相モードで動作するＳＬＭに提示されたブランク・ページに相当している。完全には位相モードで動作していないＳＬＭの結果として存在する残余のｄｃ成分のために、再生参照光の全体集合が、従来の密度の１０倍で記録された３０の多重化ホログラムについて示された。図１２Ｂについての検索パターンは、振幅モードにおけるものであって、振幅モードで同一位置に多重化された３０のうちの完全にマッチする１つのページに相当している。図１２Ｂは、再生された参照光の強度における多大な相互相関およびわずかな区別性を示している。第３に、同一位置にある振幅データ・ページのコンテンツ指定可能な検索を、位相モードのＳＬＭに検索パターンを提示して実行した。検索パターンは、やはり、同一位置に多重化された３０のデータ・ページのうちの完全にマッチする１つのページに相当している。図１２Ｃは、相互相関のわずかな形跡、およびマッチする検索データのデータ・ページに対応する参照光の正しい識別を示している。さらに、同一位置にある振幅データ・ページのコンテンツ指定可能な検索を、位相モードのＳＬＭに検索パターンを提示するが、同一位置にある多重化データ・ページの１つについて完全にマッチするデータ・ページの７５％、５０％、および２５％に減少させた検索データで実行した。図１２Ｄ、１２Ｅ、および１２Ｆは、それぞれ７５％、５０％、および２５％の場合についての相関マッチングを示しており、やはり相互相関のわずかな形跡を示している。
【００８９】
実施例７  連続検索パターンの領域をデータ・ページの領域の100％と約5％との間で変化させたときの多重化位相データ・ページについての相関マッチングの程度
コンテンツ指定可能な検索に使用するマッチしたピクセルの連続グループを、全データ・ページ領域の約5.45％と100％の間で変化させたときに、相関マッチングの程度を、実施例３のケース（i）の条件で記録した位相データ・ページについて割り出した。
【００９０】
ページの元の領域の５５０２ピクセルのうちの約３０×５５０（すなわち、約5.45％）が、連続領域においてマッチし、ページの残りの約94.5％が非マッチであって、さらにバランスした変調コードを保ってランダムに分布しているとき、相関の強度比は、領域が完全にマッチする場合の56／1.2に比べて、約3／1.2の値に低下した。
【００９１】
ページの元の領域の５５０２ピクセルのうちの約６０×５５０（すなわち、約10.9％）が、連続領域においてマッチし、ページの残りの約89％が非マッチであって、さらにバランスした変調コードを保ってランダムに分布しているとき、相関の強度比は、領域が完全にマッチする場合の56／1.2に比べて、約6.8／1.2の値に低下した。
【００９２】
ページの元の領域の５５０２ピクセルのうちの約１２０×５５０（すなわち、約21.8％）が、連続領域においてマッチし、ページの残りの約78％が非マッチであって、さらにバランスした変調コードを保ってランダムに分布しているとき、相関の強度比は、領域が完全にマッチする場合の56／1.2に比べて、約16／1.2の値に低下した。
【００９３】
ページの元の領域の約50％（すなわち、両方向において２２５×５５０ピクセル）が連続領域においてマッチし、ページの残りの50％が非マッチであって、さらにバランスした変調コードを保ってランダムに分布しているとき、相関の強度比は、領域が完全にマッチする場合の56／1.2から、25／1.2に減少した。
【００９４】
ページの元の領域の５５０２ピクセルのうちの約３２０×５５０（すなわち、58.2％）が、連続領域においてマッチし、ページの残りの約42％が非マッチであって、さらにバランスした変調コードを保ってランダムに分布しているとき、相関の強度比は、領域が完全にマッチする場合の56／1.2に比べて、約40／1.2の値に低下した。
【００９５】
ページの元の領域の５５０２ピクセルのうちの約４２０×５５０（すなわち、76.4％）が、連続領域においてマッチし、ページの残りの約23.6％が非マッチであって、さらにバランスした変調コードを保ってランダムに分布しているとき、相関の強度比は、領域が完全にマッチする場合の56／1.2に比べて、約49／1.2の値に低下した。
【００９６】
本発明を、その好ましい実施形態を参照しつつ詳しく示して説明したが、当業者であれば、添付の特許請求の範囲によって包含される本発明の技術的範囲から離れることなく、形態や詳細についてさまざまな変更が可能であることを、理解できるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】本発明における使用に適した４ｆ光学系を示す図である。
【図２】本発明における使用に適した４ｆ光学系の別の実施形態を示す図である。
【図３】画像平面ホログラムを記録するのに使用される光学的仕組みを示す図である。
【図４】非整数次フーリエ変換ホログラムを記録するのに使用される光学的仕組みを示す図である。
【図５】ＳＬＭ動作の振幅モードの概念図である。
【図６】ＳＬＭ動作の位相モードの概念図である。
【図７】（ａ）は代表的な振幅変調データ・ページを示す図であり、（ｂ）は（ａ）に示したデータ・ページのフーリエ変換のＭＡＴＬＡＢシミュレーション結果を示す図であり、（ｃ）は０およびπ位相モードのデータ・ページのフーリエ変換のＭＡＴＬＡＢシミュレーション結果を示す図である。
【図８】干渉分光法を使用するデータ再生プロセスの概念図である。
【図９】データ・ページのＤＣ除去フーリエ変換（ＦＴ）の実験結果を示す図であり、（ａ）はデータ・ページを示し、（ｂ）は振幅データ・ページのＦＴ（拡大されている）を示し、（ｃ）は位相データ・ページのＦＴ（拡大されている）をＤＣピークを低減して示している。
【図１０】エッジ検出法についての実験結果を示す図であり、（ａ）は４×４ピクセル・データ・ページのホログラフィック・エッジ再生を示し、（ｂ）は８×８ピクセル・データ・ページのホログラフィック・エッジ再生を示す。
【図１１】データ・ページの干渉分光法再生についての実験結果を示す図であり、（ａ）は直接の振幅画像（ＳＬＭが振幅モード）を示し、（ｂ）はリアルタイム干渉分光法によって再生されたデータを示し、（ｃ）は、位相データ・ページ（ＳＬＭが位相モード）、同心状の円環、およびＣＭＯＳセンサのカバーガラスに関する干渉効果によって生じた画像のすぐ周囲の暗い環状領域を示し、（ｄ）は、二重露光干渉分光法によって再生されたデータを示す。
【図１２Ａ】記録の際に位相モードで動作されるＳＬＭによる３０の２値データ・ページのホログラフィック記録について、「コンテンツ指定」検索の結果を示す図であり、位相モードで動作するＳＬＭでのブランク・ページについての検索結果を示す。
【図１２Ｂ】記録の際に振幅モードで動作されるＳＬＭによる３０の２値データ・ページのホログラフィック記録について、「コンテンツ指定」検索の結果を示す図であり、データ・ページ検索パターンを表示する、振幅モードで動作するＳＬＭでの１５番目のデータ・ページについての検索結果を示しており、相関は極めて大きい。
【図１２Ｃ】記録の際に振幅モードで動作されるＳＬＭによる３０の２値データ・ページのホログラフィック記録について、「コンテンツ指定」検索の結果を示す図であり、１５番目のデータ・ページのコンテンツ領域の１００％についての検索パターンを表示する、位相モードで動作するＳＬＭでの１５番目のデータ・ページについての検索結果を示しており、相関はほぼゼロである。
【図１２Ｄ】記録の際に振幅モードで動作されるＳＬＭによる３０の２値データ・ページのホログラフィック記録について、「コンテンツ指定」検索の結果を示す図であり、１５番目のデータ・ページのコンテンツ領域の７０％についての検索パターンを表示する、位相モードで動作するＳＬＭでの１５番目のデータ・ページについての検索結果を示しており、相関はほぼゼロである。
【図１２Ｅ】記録の際に振幅モードで動作されるＳＬＭによる３０の２値データ・ページのホログラフィック記録について、「コンテンツ指定」検索の結果を示す図であり、１５番目のデータ・ページのコンテンツ領域の５０％についての検索パターンを表示する、位相モードで動作するＳＬＭでの１５番目のデータ・ページについての検索結果を示しており、相関はほぼゼロである。
【図１２Ｆ】記録の際に振幅モードで動作されるＳＬＭによる３０の２値データ・ページのホログラフィック記録について、「コンテンツ指定」検索の結果を示す図であり、１５番目のデータ・ページのコンテンツ領域の２５％についての検索パターンを表示する、位相モードで動作するＳＬＭでの１５番目のデータ・ページについての検索結果を示しており、相関はほぼゼロである。
【図１３】記録されたホログラムの代表的な角度または波長の選択性曲線を示す巣である。
【符号の説明】
【００９８】
１０４  空間光変調器
１１４  ホログラフィック記録媒体
１０８  第１のレンズ素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１２Ｄ】
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【図１２Ｅ】
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【図１２Ｆ】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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