(57)【要約】【課題】  ホログラフィック媒体上に形成された素子を用いた自己参照ホログラフィを提供する。【解決手段】  本発明は、データ符号化物体ビームのゼロ周波数フーリエ成分から参照ビームを生成するのにホログラフィック媒体の素子を利用する自己参照ホログラフィック記録技法に関する。換言すれば、自己参照素子は、ホログラフィック記録システムの別個の素子ではなく、ホログラフィック媒体上に形成可能である。この素子は、制御角度、位相および／又は振幅を有する参照ビームを生成するように設計された、本媒体上の拡散素子を含むこともできる。【選択図】図１
2004265572.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ホログラフィック記録材料と、
ホログラフィック媒体に向けられたデータ符号化物体ビームのゼロ周波数フーリエ成分から参照ビームを生成する素子であって、前記ホログラフィック記録材料における前記物体ビームの非ゼロ周波数フーリエ成分および前記参照ビームの干渉時に前記ホログラフィック記録材料がホログラムを形成する素子と、
を含む、ホログラフィック媒体。
【請求項２】
前記媒体に向けられたデータ符号化物体ビームのゼロ周波数フーリエ成分から参照ビームを生成するのに前記媒体上に形成された複数の拡散パッチ又はバンドをさらに含む、請求項１記載のホログラフィック媒体。
【請求項３】
光を生成するレーザと、
前記レーザにより生成された前記光を状態調整して物体ビームを生成する１つ以上の光学素子と、
前記物体ビームにおいてデータを符号化するデータ符号器と、
ホログラフィック記録材料と、データ符号化物体ビームのゼロ周波数フーリエ成分から参照ビームを生成するのにホログラフィック媒体上に形成された素子とを含むホログラフィック媒体であって、前記物体ビームの非ゼロ周波数フーリエ成分および前記参照ビームが前記ホログラフィック記録材料において干渉してホログラムを生成するホログラフィック媒体と、
を含む、ホログラフィックデータ記憶システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ホログラフィに関し、より詳しくは、ホログラフィックデータ記憶装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの異なる種類のデータ記憶媒体が、情報を記憶するのに開発されている。従来のデータ記憶媒体には、例えば２、３例をあげると、磁気媒体、光学媒体および機械媒体がある。データ記憶密度を高くすることは、新しい又は改良された種類のデータ記憶媒体の開発において最優先の目標である。
【０００３】
従来の媒体では、媒体の表面上における別個の機械的、光学的又は磁気的変化として個々のビットを記憶する。このような理由で、媒体表面積は一般に、従来の媒体のデータ密度に物理的制約を招く。
【０００４】
ホログラフィックデータ記憶媒体では、従来の媒体よりも高い記憶密度を呈することができる。ホログラフィック媒体において、データは、媒体表面ではなく、媒体の体積の全体にわたって記憶される。さらに、多重化技法を用いて同じ媒体体積内でデータを重ね合わせることができる。このような理由で、理論上のホログラフィック記憶密度は、１立方センチメートル当たり数十テラビットに近づくことができる。
【０００５】
ホログラフィックデータ記憶媒体では、全ページの情報、例えばビットマップを、感光性光学材料内で光学干渉縞として記憶することができる。これは、光学材料内で２本のコヒーレントなレーザビームを交差させることにより行われる。物体ビームと呼ばれる第１のレーザビームは、記憶すべき情報を含む。参照ビームと呼ばれる第２のレーザビームは、物体ビームと干渉して、ホログラムとしてホログラフィック記録材料に記憶できる干渉縞を生成する。ほとんどの従来のホログラフィック記録システムにおいて、物体ビームおよび参照ビームは通常、別々の光路を追従する。
【０００６】
記憶ホログラムを参照ビームのみで照明すると、参照ビーム光の一部は、ホログラム干渉縞で回折される。さらに、回折光を向けて元の物体ビームを再構成することができる。従って、記録ホログラムを参照ビームで照明することにより、物体ビームに符号化されたデータを、再構成して、カメラ等のデータ検出器により検出することができる。
【０００７】
「自己参照ホログラフィック記憶装置」（Ｓｅｌｆ−Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｄ  Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ  Ｓｔｏｒａｇｅ）と称するジャタン・エドワーズ（Ｊａｔｈａｎ  Ｅｄｗａｒｄｓ）による特許文献１（２００１年３月２０日出願）に記載のような自己参照ホログラフィにより、ホログラフィックデータ記憶システムを改良できる。自己参照ホログラフィにおいて、物体ビームおよび参照ビームは、共通の光路を追従する。特に、自己参照ホログラフィにおいて、参照ビームは、物体ビームのゼロ周波数フーリエ成分から生成される。特許文献１に記載のように、物体ビームのゼロ周波数フーリエ成分から参照ビームを生成することは、レンズ又は鏡を用いて実現可能である。
【０００８】
例えば、レンズは、参照ビームを生成するために物体ビームのゼロ周波数成分を光学的に向ける媒体の前で物体ビームの光路に配置可能である。一方、鏡は、物体ビームが媒体を通過した後に物体ビームのゼロ周波数成分を光学的に反射する媒体の後で物体ビームの光路に配置可能である。一般に、自己参照ホログラフィは、ホログラフィックデータ記憶システムにおいて、システムのサイズを縮小でき、考えられる位置合わせの懸念をも減少できるホログラフィック記録媒体に向けられた１本の光路の実現を含む、多くの利点をもたらすことができる。
【特許文献１】米国特許出願第０９／８１３，０６６号明細書
【特許文献２】米国特許出願第１０／１８６，３７８号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
概して、本発明は、データ符号化物体ビームのゼロ周波数フーリエ成分から参照ビームを生成するのにホログラフィック媒体の素子を利用する自己参照ホログラフィック記録技法に関する。換言すれば、自己参照素子は、ホログラフィック記録システムの別個の素子ではなく、ホログラフィック媒体自体の上に形成可能である。例えば、ホログラフィック媒体は、ゼロ周波数フーリエ成分をランダムに拡散可能な拡散素子を含むこともでき、又は整列又は部分整列方法でゼロ周波数フーリエ成分を拡散させることもできる。場合によっては、特定の制御角度、位相および／又は振幅を有する参照ビームを生成するようにホログラフィック媒体の拡散素子を設計することもできる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
一実施形態において、本発明は、ホログラフィック記録材料と、データ符号化物体ビームのゼロ周波数フーリエ成分から参照ビームを生成する素子とを含むホログラフィック媒体を提供する。例えば、ホログラフィック記録媒体はホログラフィック記録材料を挟む２つの基板を含むこともでき、素子を基板の１つの上に形成することもできる。
【００１１】
別の実施形態において、本発明は、第２の光学ビームを生成するのにホログラフィック媒体上に形成された素子を用いて第１の光学ビームのゼロ周波数フーリエ成分を光学的に向けるステップと、第１の光学ビームの非ゼロ周波数フーリエ成分および第２の光学ビームでホログラフィック媒体の記録材料を照明するステップと、を含む方法を提供する。
【００１２】
別の実施形態において、本発明は、ホログラフィックデータ記憶システムを提供する。このシステムは、光を生成するレーザと、レーザにより生成された光を状態調整して物体ビームを生成する１つ以上の光学素子と、物体ビームにおいてデータを符号化するデータ符号器とを含む。このシステムは、ホログラフィック記録材料と、データ符号化物体ビームのゼロ周波数フーリエ成分から参照ビームを生成するのにホログラフィック媒体上に形成された素子とを含むホログラフィック媒体であって、物体ビームの非ゼロ周波数フーリエ成分および参照ビームがホログラフィック記録材料において干渉してホログラムを生成するホログラフィック媒体をさらに含むこともできる。
【００１３】
異なる実施形態では、１つ以上の利点をもたらすことがある。特に、自己参照ホログラフィは、１本の光路を有するホログラフィックシステムを実現することができる。さらに、物体ビームからゼロ周波数フーリエ成分を除去して参照ビームを生成すると、望ましくない強度の物体ビームを減少することができる。換言すれば、物体ビームのゼロ周波数フーリエ成分を除去すると、ホログラフィック記録中に感光性ホログラフィック記録材料の望ましくない過度露光を減少又は回避することができる。
【００１４】
また、ホログラフィック媒体自体の上に自己参照素子を組み込むと、自己参照ホログラフィックシステムをさらに改良することもできる。媒体の一部として素子を組み込むことにより、位置合わせの問題を克服することもできる。換言すれば、自己参照素子が媒体の一部を形成する場合、素子の媒体への位置合わせを保証することができる。複製技法、塗布などを用いて素子を媒体の基板上に生成することもできる。いずれにせよ、ホログラフィック媒体上に自己参照素子を組み込むことにより、ホログラフィック読取りシステムの複雑さを減少することもできる。
【００１５】
一例では、媒体上の素子は、さらに利点を追加可能な拡散素子を含むこともできる。例えば、拡散素子は、望ましい位相、角度および強度などの望ましい特性を有する参照ビームを生成することもできる。媒体上の拡散素子を使用して、特定の角度、位相および振幅を有する参照ビームを生成することにより、ホログラフィック媒体の記憶容量を増大できる多重化を改良することができる。
【００１６】
多重化は、例えば実質的に重複する又は部分的に重複する方法で、同じ体積のホログラフィック媒体に２つ以上のホログラムを記録する処理を指す。位相、角度、振幅などの規定特性を有するのに参照ビームを生成する場合、多重化ホログラムを再構成する性能を向上させることもできる。従って、媒体上の拡散素子を使用して、望ましい角度、位相および振幅を有するそのような参照ビームを生成することができる。しかし、他の例において、素子は、屈折又は回折素子などの非拡散素子を含むこともできる。
【００１７】
本発明における１つ以上の実施形態の詳細を下記の明細書および添付図面に記載する。本発明の他の特徴、目的および利点は、明細書および図面、ならびに特許請求の範囲から明らかであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明は、参照ビームを生成するのにホログラフィック媒体の素子を利用する自己参照ホログラフィック記録技法に関する。自己参照ホログラフィは、参照ビームをデータ符号化物体ビームのゼロ周波数フーリエ成分から生成するホログラフィック記録技法を指す。特に、ホログラフィック媒体にホログラムを生成するために物体ビームの高次成分と干渉するようにデータ符号化物体ビームのゼロ周波数フーリエ成分を光学的に向けることができる。換言すれば、参照ビームは、データ符号化物体ビームのゼロ周波数フーリエ成分を含み、物体ビームの非ゼロ周波数フーリエ成分と干渉してホログラフィック媒体にホログラムを生成する。本発明によれば、物体ビームのゼロ周波数フーリエ成分から参照ビームを生成するのに使用される素子は、ホログラフィック媒体上に形成された素子を含むこともできる。
【００１９】
一例において、ホログラフィック媒体は、ゼロ周波数フーリエ成分をランダムに拡散可能な１つ以上の拡散素子を含むこともでき、又は整列又は部分整列方法でゼロ周波数フーリエ成分を拡散させることもできる。特定の角度、位相および振幅又は必要に応じてランダム特性を有する参照ビームを生成するようにホログラフィック媒体の拡散素子を設計することもできる。一部の実施形態では、物体ビームのゼロ周波数フーリエ成分が拡散されて参照ビームを生成する領域を拡散素子が含み、物体ビームの高次成分を通過する領域を拡散素子間の干渉領域が含むように、複数の拡散素子をパッチ、バンド、スポット等として配列することもできる。従って、物体ビームの高次成分は、ホログラフィック記録材料において拡散ゼロ周波数フーリエ成分と干渉して記録材料にホログラムを生成することもできる。
【００２０】
物体ビームのゼロ周波数フーリエ成分から参照ビームを生成することにより、１本の光路を有するホログラフィックシステムを実現することができる。さらに、物体ビームからゼロ周波数フーリエ成分を除去して参照ビームを生成すると、望ましくない強度の物体ビームを減少することができる。例えば、物体ビームのゼロ周波数フーリエ成分は、感光性ホログラフィック記録材料を過度に露光することができる強度を有する場合がある。従って、物体ビームのゼロ周波数フーリエ成分のみを除去しゼロ周波数フーリエ成分のみを参照ビームとして使用することにより、感光性ホログラフィック記録材料の望ましくない過度露光を除去又は減少することができる。
【００２１】
本発明によれば、物体ビームのゼロ周波数フーリエ成分から参照ビームを生成するのに使用される素子は、ホログラフィック媒体上に形成された素子を含むこともできる。ホログラフィックシステムで別個の素子を使用するのではなく、媒体の一部として素子を組み込むことにより、位置合わせの問題を克服することもできる。換言すれば、自己参照素子が媒体の一部を形成する場合、媒体の製造中に素子の媒体への位置合わせを確実に行うことができる。
【００２２】
場合によっては、物体ビームのゼロ周波数フーリエ成分から参照ビームを生成するのにホログラフィック媒体上に形成された素子は、拡散素子を含むこともできる。データ符号化物体ビームのゼロ周波数フーリエ成分から参照ビームを生成する拡散素子を使用すると、後で詳しく略述するようにホログラフィック記録において確実な利点が得られる。
【００２３】
ゼロ周波数フーリエ成分をランダムに拡散させるようにホログラフィック媒体上の拡散素子を構成することもできる。代わりに、例えばある望ましい特性を有する参照ビームを生成するのに、整列又は規定方法でゼロ周波数フーリエ成分を拡散させるように媒体上の拡散素子を構成することもできる。他の例において、素子は、非拡散素子、例えば回折又は屈折素子であってもよい。
【００２４】
拡散素子を使用する場合、特定の角度、位相および振幅を有する参照ビームを生成するのに拡散素子をホログラフィック媒体上に形成することができ、媒体上の多重化の改良を考慮することができる。特に、参照ビームの制御位相は、多重化を改良できる。多重化は、例えば重複する又は部分的に重複する方法で、同じ領域の媒体に２つ以上のホログラムを記録する処理を指す。特定の角度、位相および振幅を有する参照ビームを生成するのに媒体上の拡散素子を使用することにより、記憶容量を増大でき、移動多重化方法の簡略化機構を可能にする多重化を改良できる。
【００２５】
ホログラフィックデータ記憶に使用される典型的な多重化技法は、角度、波長又は移動多重化方法の変形例又は組合せを含む。多重化の（ホログラム間の）選択性が増大するにつれて、より高い記憶密度を達成できる。この選択性は、異なる重複ホログラムを記録するのに使用されると、参照ビームの相関関係に反比例して変わる。角度多重化では、ホログラムを記録するのに使用される参照ビームおよび物体ビーム間の媒体に対して異なる傾斜角度で記録されていると多数のホログラムを識別する。角度多重化ホログラムの読出しは通常、初期記録状態を一致させるために媒体に対する参照ビームの正確な向き変更を必要とする。
【００２６】
波長多重化では、記録に使用される物体および参照ビームの両方に対してコヒーレント源の波長を調整することにより、ホログラム間の識別を制御する。多数のホログラムの後の読出しは通常、前の記録工程中に使用された正確な波長の繰返しを必要とする。移動多重化では、参照ビームは、各ホログラムに関する記録ビームに対する媒体の横方向移動が識別を与えるように十分な角度および／又は位相量を取り入れる。移動多重化方法を用いた後の読出しは通常、前の記録状態を一致させるために媒体に対する参照ビーム横方向位置を必要とする。媒体に対するヘッドの横方向位置決めは駆動機構においてより定常的に実施されるので、移動多重化方法は角度又は波長多重化に比べてより好都合であろう。
【００２７】
図１は、本発明の実施形態による自己参照ホログラフィック記録システム１０のブロック図である。図１に示すように、ホログラフィック記録システム１０は、レーザ光１４を生成するレーザ１２を含む。光１４は、有効データ符号化のために光１４を状態調整するレンズ、鏡、フィルタなどの種々の光学素子１６を通過する。
【００２８】
空間光変調器（ＳＬＭ）１８などのデータ符号器を使用して、光１４においてデータを符号化する。特に、ＳＬＭ１８は、光においてホログラフィックビットマップ、例えば画素配列を符号化することもできる。データ符号化された光は、ホログラフィック記録の業界で既知のように物体ビームと呼ばれている。フーリエ変換レンズ２０は、データ符号化物体ビームのフーリエ分解を与えるように配置されている。
【００２９】
媒体３０は、データ符号化物体ビーム２９で照明される。後で詳細に略述するように、媒体３０は、データ符号化物体ビーム２９のゼロ周波数フーリエ成分を光学的に向けて参照ビームを生成する１つ以上の素子で形成されている。データ符号化物体ビームの高次フーリエ成分、即ち、非ゼロ周波数フーリエ成分は、光学的に向けられたゼロ周波数フーリエ成分と干渉して媒体３０にホログラムを生成する。換言すれば、参照ビームは、データ符号化物体ビームのゼロ周波数フーリエ成分のみを含み、物体ビームの非ゼロ周波数フーリエ成分と干渉してホログラフィック媒体にホログラムを生成する。このようにして、物体ビーム上に符号化されたビットマップのホログラムを、媒体３０に記憶することができる。
【００３０】
例として、ホログラフィック媒体３０は、ディスク又はカードという形をとることもできるが、本発明の範囲はその点に関して限定されない。どちらの場合でも、媒体は、感光材料が２枚の基板の間に挟まれたサンドウィッチ構造を有することもできる。サンドウィッチ構造を有するディスク状媒体の文脈で下記の多くの例を与えているが、本発明はその点に関して必ずしも限定されない。
【００３１】
カメラなどのデータ検出器３２は、媒体を参照ビームのみで照明した場合、媒体３０上の記憶ホログラムを検出するのに配置されることもできる。その場合、物体ビーム上に符号化され媒体３０に記憶されたビットマップを再構成できるようにゼロ周波数フーリエ成分のみが媒体３０を照明することもできる。フィルタ、マスク、不透明素子など（図示せず）を使用して、読出し中に物体ビームの高次成分を阻止することもできるので、読出し中にだけ媒体３０を参照ビームで照明して物体ビームの再構成を容易にすることができる。換言すれば、ゼロ周波数フーリエ成分のみが媒体３０を照明し、媒体３０で光学的に向けられて参照ビームを生成するように、前記データ符号化物体ビームの高次成分のすべてを読出し中に阻止することもできる。
【００３２】
自己参照ホログラフィック記録をより良く説明するために、フーリエ分解の基本的な説明をここで行う。フーリエ分解の説明に役立つように図２を使用する。図２に示すように、例示的ＳＬＭ画素配列４０を、物体ビーム上のビットマップとして符号化することができる。特に、種々の形状、サイズ又は画素数を有することもできる画素配列４０を規定するのにＳＬＭを使用することもできる。ＳＬＭを通過した後、物体ビームは、ＳＬＭ４０から１焦点距離の場所に位置するフーリエ変換レンズ４２を通過することができる。レンズ４２からさらに１焦点距離離れた場所に、データ符号化物体ビームが、フーリエ変換面４４におけるフーリエ成分の集まりとして現れる。本発明によれば、参照ビームを生成するためにゼロ周波数フーリエ成分４６を光学的に向けるのに、ホログラフィック媒体（図２に示していない）の上に形成された素子を使用することもできる。
【００３３】
フーリエ成分は、ＳＬＭ画素配列４０の全情報を含む。しかし、符号化データは、フーリエスペクトルの「高次成分」に含まれている。フーリエスペクトルの中心にあるゼロ周波数（又はＤＣ）成分４６は、高次成分ではなく、符号化データのいずれも含まない。むしろ、ゼロ周波数フーリエ成分は、ＳＬＭ画素配列４０の光の平均強度を規定する情報のみを含む。さらに、このゼロ周波数フーリエ成分は通常、フーリエスペクトルにおける光の全量の重要な部分を含む。
【００３４】
従来のシステムの中には、物体ビームにおけるゼロ周波数フーリエ成分の強度が、感光記録材料を過度に露光することによって記録する上で問題を生じる場合もある。しかし、自己参照記録では、ゼロ周波数フーリエ成分を物体ビームから除去し、参照ビームとして使用するので、このような過度露光を減少又は除去できる。また、別個の参照ビームおよび参照ビーム用の別個の光路の必要性も無くなる。
【００３５】
本発明の実施形態によれば、ホログラフィック記録媒体上に形成された素子を用いてフーリエスペクトルのゼロ周波数成分から参照ビームを生成することができる。素子は、高次フーリエ成分で照射されたものと同じ体積の記録材料によってフーリエスペクトルのゼロ周波数成分を光学的に向けることができる。
【００３６】
参照ビームとしてフーリエスペクトルのゼロ周波数成分を使用すると、従来のホログラフィックデータ記憶システムの多くの問題に対処することができる。例えば、フーリエスペクトルのゼロ周波数成分を使用して参照ビームを生成する場合、システムは、媒体に向けられたほんの１本の光路を有するだけでよい。さらに、システムで必要とされる光学素子（例えば、高価な高品質レンズ）の数を減らすこともできる。従って、光学素子の別の参照路を無くすことができ、システムのサイズを大幅に縮小することができる。その上、上述のように、参照ビームのようなフーリエスペクトルのゼロ周波数成分により、強過ぎる物体ビームに従来伴う過度露光問題を減らすことができる。
【００３７】
また、自己参照素子を媒体上に形成することにより、媒体の記録材料に対する自己参照素子を確実に位置合わせすることができる。特に、媒体の製造は、自己参照素子を前記記録材料に対して確実に正しく位置合わせすることができる。
【００３８】
図３は、本発明の一実施形態による例示的ホログラフィック記憶媒体５０の側断面図である。図示のように、媒体５０は、第１の基板５２、第２の基板５４、およびそれぞれの基板５２、５４の間に挟まれたホログラフィック記録材料５６を含む。しかし、ホログラフィック媒体の他の構造は、この開示の教示を利用することもできる。
【００３９】
基板５２、５４は、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、アモルファスポリオレフィン、ガラスなどを含んでもよく、基板５２、５４の一方又は両方の外面には、反射防止塗膜を塗布してもよい。製造中、例えば現場で硬化前に、ホログラフィック記録材料５６を収容するのを助けるのに、必要に応じて、流体格納機能（図示せず）を基板５２、５４上に形成してもよい。
【００４０】
ホログラフィック記録材料５６は、感光記録材料を含んでもよい。例えば、ホログラフィック記録材料５６は、２つ以上のオリゴマー成分の混合から生じるマトリックス重合体を含んでもよい。光開始剤を第１のオリゴマー成分に混合することができ、書込み単量体を第２のオリゴマー成分に混合することができる。また、１つ以上の添加剤をオリゴマー成分に溶かすこともできる。代理人事件整理番号１０３２８ＵＳ０１である、「ホログラフィック媒体に関する記録材料形成」と称するヘーゲル（Ｈｅｇｅｌ）らによる同時係属で本発明の譲受人に譲渡された特許文献２（２００２年６月２７日出願）には、有用であるかもしれない種々のホログラフィック材料形成について詳しく記載されている。しかし、他の実施形態において、ここに教示のものと合致したホログラフィック記録媒体は、任意の種々様々な他のホログラフィック記録構成を想定することもできる。
【００４１】
本発明の実施形態によれば、ホログラフィック記録媒体５０は、データ符号化物体ビーム５９のゼロ周波数フーリエ成分５８から参照ビーム５５を生成する１つ以上の素子５７Ａ〜５７Ｅ（一括して素子５７）も含む。例えば、素子５７は、基板５２上に形成、複製、塗布などを行うこともできる。換言すれば、例として、素子５７は、基板５２の複製表面、基板上の塗膜を含んでもよく、又は、例えば基板製造中に現場でされた、基板内に分散され硬化された粒子を含んでもよい。素子５７は、図示のように基板５２の外面上、基板５２の内面上、又は場合により基板５２の内部の表面でない部分上に形成してもよい。
【００４２】
本発明によれば、素子５７は、記録材料５６において物体ビーム５９の高次フーリエ成分と干渉する参照ビーム５５を生成するのにデータ符号化物体ビーム５９のゼロ周波数フーリエ成分５８を光学的に向けることができる媒体５０の任意の光学的特性を含むこともできる。物体ビーム５９の高次フーリエ成分は、ゼロ周波数フーリエ成分５８以外の１つ以上の成分、即ち、非ゼロ周波数フーリエ成分を含む。
【００４３】
素子５７は、屈折素子、回折素子、拡散素子などを含むこともできる。本発明の多くの詳細について、素子５７が拡散素子を含む例を用いて後述する。しかし、本発明は、その点に関して必ずしも限定されることはなく、参照ビーム５５を生成するのにデータ符号化物体ビーム５９のゼロ周波数フーリエ成分５８を光学的に向ける媒体５０上に形成される他種の素子５７を用いて実現することもできる。
【００４４】
上述のように、素子５７は、記録材料５６において物体ビーム５９の高次フーリエ成分と干渉する参照ビーム５５を生成するのにデータ符号化物体ビーム５９のゼロ周波数フーリエ成分５８を光学的に向けることができる任意の種々様々な光学的特性を含むこともできる。しかし、本発明の多くの詳細について、拡散素子を含む素子５７の文脈で説明する。その場合、素子５７は、基板５２の複製表面、拡散塗膜、基板５２に分散された拡散粒子の集まりなどを含んでもよい。
【００４５】
素子５７Ｃは、例えば、角度分散、位相、および／又は振幅の点で整列方法で物体ビーム５９のゼロ周波数フーリエ成分５８を拡散させるように設計可能である。換言すれば、素子５７は、ホログラフィック記録を改良する特定の機能を含むこともできる。一般に、例えば位相、角度、強度などの点で特定の特性を有する参照ビームを生成するのに、媒体上の拡散素子を使用することができる。参照ビームにおけるそのような特性は、例えば多重化する性能を改良することにより、ホログラフィック記録を改良することができる。多重化は、重複又は部分重複方法でホログラムを媒体に記録する技法を指す。
【００４６】
位相、角度、強度などの点で参照ビームにおける望ましい特性は、所与のホログラフィック記録媒体に伴う記憶密度を高めることもでき、記憶保全性を向上させることもできる。特に、位相、角度、振幅などの規定の特性を有するように参照ビームを生成する場合、多重化ホログラムを再構成する性能を向上させることもできる。素子５７は、拡散膜、拡散塗膜、基板５２の複製素子、ランダム又は整列方法で基板５２に分散された光学拡散粒子、ホログラフィック光学素子（ＨＯＥ）などを含んでもよい。
【００４７】
場合によっては、データ符号化物体ビームのゼロ周波数フーリエ成分から参照ビームを生成するのに使用される素子５７は、ゼロ周波数フーリエ成分をランダムに拡散させることもある。望ましい特性を有する参照ビームが得られるように拡散を整列する、即ち詳細に規定する場合もある。例えば、規定の角度でのみデータ符号化物体ビームのゼロ周波数フーリエ成分を拡散させる素子５７を生成することにより、例えば記憶容量を高めることができる感光性重合体記録材料の効率使用の点で改良を実現することができる。
【００４８】
参照ビームの特性、例えば位相、振幅などを、素子５７により規定する場合もある。例えば、所望の位相量を含むように参照ビームの位相を詳細に規定すると、媒体上の多重化の改良を考慮することもできる。その場合、素子５７は、位相マスクと呼ばれる拡散素子を含むこともできる。
【００４９】
位相マスクの形態における拡散素子は、位相整列ビームで照明される場合に位相ビームを生じる構造を指す。位相整列ビームは、１本の光線、又は角度を連続的に変える光線のセット、例えば平面波、又は集束又は発散ビームを指す。位相整列ビームの自己相関関数は、その断面積に略等しい。対照的に、位相ビームは、入射角を変える多くの光線および不均一な位相量を有するビームを指し、必要な選択性に適した自己相関関数になる。確定的光線および位相量のビームは、位相ビームである。位相マスクの形態における拡散素子は、位相整列ビームで照明される場合に位相ビームを生じる。参照ビームとして位相ビームを使用すると、媒体上でビットマップを多重化する性能を大幅に向上させることができる。
【００５０】
位相選択性を使用して、ホログラフィック記録媒体における重複ホログラムの識別性を向上させることができる。例えば格子じま模様のような構成を有する位相マスクでは、重複連続のホログラムを識別する性能を向上させることができる参照ビームに所望の位相量を投入することができる。このような位相相関多重化は、ホログラムの多重化を容易にするのに使用される場合があるブラッグ選択性技法と無関係であってもよい。いずれにせよ、例えば拡散素子を用いた、自己参照ホログラフィック記録システムにおける位相選択性を投入すると、システムを改良することができる。
【００５１】
参照ビームのさらに他の特性、例えばビームの振幅、又は場合により偏光などの他の特性を、素子５７により規定する場合もある。所望の偏光を必要とする場合、素子５７は、拡散偏光子を含んでもよい。いずれにせよ、拡散素子の形態における素子５７は、例えばランダム性、又は所望の位相、所望の振幅、所望の角度分散、所望の偏光などの望ましい特性を有する参照ビームを生成する性能を与える。媒体５０の一部として素子５７を組み込むことにより、ホログラフィック記録システムにおいて参照ビームを生成するのに別々の光学素子の必要性を回避することができ、そのような別々の光学素子に伴う位置合わせ問題を減少又は回避することができる。
【００５２】
図４〜図７は、それぞれ媒体６２、６４、６６および６８の例示的平面図である。媒体６２（図４）は、複数の拡散素子６１（簡単にするために、素子６１Ａ〜６１Ｆのみにラベルで表示する）を含む。特に、拡散素子６１は、データ符号化物体ビームで媒体６２の照明時に拡散素子６１のうち１つがデータ符号化物体ビームのゼロ周波数フーリエ成分から参照ビームを生成できるように媒体６２上に配列された拡散方形パッチ（又は他の形状）を含むこともできる。媒体６４（図５）および媒体６６（図６）上には、拡散素子６３および６５がそれぞれバンドとして配列されている。媒体６８（図７）上には、拡散素子６７が、媒体上の位置（ｒ、θ）、即ち半径方向位置および角度により規定される位置により規定されるバンドとして配列されている。拡散素子の種々の他の配列を、本発明に従って使用することもできる。
【００５３】
図８は、自己参照ホログラフィを容易にするホログラフィック媒体上に形成可能な拡散素子７１のセットを示す。特に、素子７１は、図４に示す媒体６２のものと同様な拡散パッチを含むこともできる。また、図８に示すのは、データ符号化物体ビームのフーリエ成分７２および７３Ａ〜７３Ｌの集まりである。ゼロ周波数フーリエ成分７２を素子７１の１つに位置合わせする場合、高次フーリエ成分７３Ａ〜７３Ｌ、即ち非ゼロ周波数フーリエ成分を拡散素子７１の１つに位置合わせしないように、素子７１を配列することができる。その場合、高次フーリエ成分７３は、通過して記録材料を照明することができる。従って、ゼロ周波数フーリエ成分７２は、関連媒体でホログラムを生成するために高次成分７３と干渉するように拡散される。ゼロ周波数フーリエ成分７２を素子７１の１つに位置合わせする場合、所望量の高次フーリエ成分７３が拡散素子７１の間を確実に通過できるようにするために、素子７１の配列を規定することもできる。
【００５４】
十分な高次フーリエ成分７３が素子７１間の領域を確実に通過するために、拡散素子７１の間隔をフーリエ成分７２、７３の集まりに対して詳細に規定することもできる。特に、それぞれのフーリエ成分７２、７３の間の離隔距離に基づいて、長さ（Ｌ）および幅（Ｗ）を選択することもできる。
【００５５】
フーリエ成分の離隔距離は一般に、次式により与えられる。
Ｓ＝２ｆλ／ｐ
ここで、Ｓは離隔距離、ｆはレンズ焦点距離、λはレーザ光の波長、ｐはＳＬＭ画素間のピッチである。一例では、ホログラフィックシステム（図１）が、約１７μｍのピッチを規定するＳＬＭビットマップ、１２ｍｍの焦点距離を有するフーリエ変換レンズおよび５３２ｎｍのレーザ光の波長を含む場合、それぞれの隣接するフーリエ成分７２、７３の間の離隔距離は約０．７５ｍｍである。その場合、長さ（Ｌ）を約１．０ｍｍに選択し、幅（Ｗ）を約０．２５ｍｍに選択することもできる。このように規定された長さおよび幅は、ゼロ周波数フーリエ成分７２を素子７１の１つに位置合わせする場合、１次、２次および３次フーリエ成分（１次および２次のみを図８に示す）が素子７１間の領域に実質的に確実に位置合わせすることができる。このように、特定のシステムのそれぞれのフーリエ成分７２、７３の間の離隔距離に基づいて長さ（Ｌ）および幅（Ｗ）を選択することにより、所望の解決を図ることができる。
【００５６】
図９は、自己参照ホログラフィを容易にするホログラフィック媒体上に形成可能な拡散素子７１のセットを示す図８のものと同様な別の説明図である。図９に示すように、種々の異なる集まりのフーリエ成分８０を、互いに移動直線方向に媒体上で位置合わせすることができる。このようにして、多重化を実現することができる。概略を上述のように、素子７１の拡散特性は、図９に示す異なる集まりのフーリエ成分８０に対応するそのような多重化ビットマップを再構成する性能を向上させることができる。
【００５７】
図１０は、自己参照ホログラフィを容易にするホログラフィック媒体上に形成可能な拡散素子７１のセットを示す図８のものと同様なさらに別の説明図である。図１０に示すように、種々の異なる集まりのフーリエ成分９０を、互いに移動角度方向に媒体上で位置合わせすることができる。この追加又は別の方法で、多重化を実現することができる。換言すれば、フーリエ成分のセットを、図９に示すような直線方向、図１０に示すような角度方向、又は直線と角度の両方の方向に移動させることもできる。いずれにせよ、素子７１の拡散特性は、異なる集まりのフーリエ成分に対応するかかる多重化ビットマップを再構成する性能を向上させることができる。
【００５８】
図１１は、自己参照ホログラフィを容易にするホログラフィック媒体上に形成可能な拡散バンド１０１を示す。特に、バンド１０１は、図５に示す媒体６４又は図６に示す媒体６６のものと同様な拡散バンドを含んでもよい。また、図１１に示すのは、データ符号化物体ビームのフーリエ成分１０２および１０３Ａ〜１０３Ｌの集まりである。ゼロ周波数フーリエ成分１０２をバンド１０１に位置合わせする場合、高次フーリエ成分１０３、即ち非ゼロ周波数フーリエ成分をバンド１０１に位置合わせしないように、バンド１０１をフーリエ成分１０２および１０３に対して配列することができる。例えば高次フーリエ成分１０３がバンド１０１に決して位置合わせしないように規定された角度（α）により、フーリエ成分１０２および１０３をバンドに対して角度的に移動させることもできる。従って、高次フーリエ成分１０３は、通過して記録材料を照明することができ、ゼロ周波数フーリエ成分１０２は、バンド１０１により拡散され、記録材料において高次成分１０３と干渉してホログラムを生成することができる。
【００５９】
図１２は、自己参照ホログラフィを容易にするホログラフィック媒体上に形成可能な拡散バンド１０１を示す図１１のものと同様な別の説明図である。図１２に示すように、種々の異なる集まりのフーリエ成分１１０を、バンド１０１に対して移動角度方向および互いに移動直線方向に媒体上で位置合わせすることができる。このようにして、多重化を実現することができる。概略を上述のように、バンド１０１の拡散特性は、図１２に示す異なる集まりのフーリエ成分１１０に対応するそのような多重化ビットマップを再構成する性能を向上させることができる。
【００６０】
図１３は、ホログラフィック媒体の２本の拡散バンド１２１Ａ、１２１Ｂを示す別の説明図である。それぞれのフーリエ成分１２０Ａ、１２０Ｂ間の離隔距離に基づいて距離（Ｄ）を選択することもできる。特に、実質的な重複なしでバンド１２１Ａ、１２１Ｂ間に存在できる高次フーリエ成分１２０Ａ、１２０Ｂの数の点でホログラフィックシステムにおいて所望の解決を図るように距離（Ｄ）を選択することもできる。その場合、例えば図１２における説明図と同様なバンド１２１Ａ、１２１Ｂの主要な長さにより規定される直線方向にのみ多重化を実施することもできる。
【００６１】
例として、バンド１２１Ａおよび１２１Ｂ間の距離を、フーリエ間隔、即ち１２０Ａの隣接成分又は１２０Ｂの隣接成分の間の間隔を掛けられた約２．８５（以上）に選択することもできる。そのような間隔は、１次および２次フーリエ成分のすべてが重複なしでバンド１２１Ａおよび１２１Ｂ間に確実に存在できる。間隔をより大きくすると、さらに改良された解決、即ち記憶ホログラムを再構成する改良性能を考慮することもできるが、記憶容量を減少する場合がある。
【００６２】
例えば、それぞれのフーリエ成分間の離隔距離、例えば１２０Ａの成分又は１２０Ｂの成分間の離隔距離が約０．７５ｍｍである場合、例えば各ビットマップに対して少なくとも５×５のフーリエ成分画素配列を考慮する１次および２次フーリエ成分の重複を回避するために、バンド１２１Ａ、１２１Ｂ間の距離（Ｄ）を約２．１ｍｍに選択することもできる。選択可能な別の変数は、図１１に示すような角度移動、例えば角度（α）である。これらの変数を選択することにより、受入れ可能な解決策を有するホログラフィックシステムを実現することができる。さらに、バンド１２１Ａ、１２１Ｂの拡散特性は、図１３に示す異なる集まりのフーリエ成分１２０Ａ、１２０Ｂに対応するそのような多重化ビットマップを再構成する性能を向上させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明の種々の実施形態について説明している。例えば、自己参照ホログラフィック記録技法を、ホログラフィックデータ記憶媒体用に説明している。特に、データ符号化物体ビームのゼロ周波数フーリエ成分から参照ビームを生成するのにホログラフィック媒体の素子を利用する自己参照ホログラフィを説明している。これらおよび他の実施形態は、特許請求の範囲内にある。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の実施形態による自己参照ホログラフィック記録システムのブロック図である。
【図２】画素配列のフーリエ分解を示す概念図である。
【図３】本発明の一実施形態による例示的ホログラフィック記憶媒体の側断面図である。
【図４】本発明の実施形態による媒体の例示的平面図である。
【図５】本発明の実施形態による媒体の例示的平面図である。
【図６】本発明の実施形態による媒体の例示的平面図である。
【図７】本発明の実施形態による媒体の例示的平面図である。
【図８】自己参照ホログラフィを容易にするホログラフィック媒体上に形成可能な拡散素子のセットを示す。
【図９】自己参照ホログラフィを容易にするホログラフィック媒体上に形成可能な拡散素子のセットを示す。
【図１０】自己参照ホログラフィを容易にするホログラフィック媒体上に形成可能な拡散素子のセットを示す。
【図１１】自己参照ホログラフィを容易にするホログラフィック媒体上に形成可能な拡散バンドを示す。
【図１２】自己参照ホログラフィを容易にするホログラフィック媒体上に形成可能な拡散バンドを示す。
【図１３】自己参照ホログラフィを容易にするホログラフィック媒体上に形成可能な拡散バンドのセットを示す。
【符号の説明】
【００６５】
１０  自己参照ホログラフィック記録システム
１２  レーザ
１４  レーザ光
１６  光学素子
１８  空間光変調器（ＳＬＭ）
２０  フーリエ変換レンズ
２９  データ符号化物体ビーム
３０  媒体
３２  データ検出器
４０  ＳＬＭ画素配列
４２  フーリエ変換レンズ
４４  フーリエ変換面
４６  ゼロ周波数成分
５０  ホログラフィック記憶媒体
５２  基板
５４  基板
５５  参照ビーム
５６  ホログラフィック記録材料
５７  素子
５８  ゼロ周波数フーリエ成分
５９  データ符号化物体ビーム
６１  拡散素子
６２  媒体
６３  拡散素子
６４  媒体
６５  拡散素子
６６  媒体
６７  拡散素子
６８  媒体
７１  拡散素子
７２  ゼロ周波数フーリエ成分
７３  高次フーリエ成分
８０  フーリエ成分
９０  フーリエ成分
１０１  拡散バンド
１０２  ゼロ周波数フーリエ成分
１０３  高次フーリエ成分
１１０  フーリエ成分
１２０Ａ、１２０Ｂ  フーリエ成分
１２１Ａ、１２１Ｂ  拡散バンド
【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１２】
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【図１３】
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【外国語明細書】
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