(57)【要約】ホログラフィックデータシステムにおける位相共役を改良する新規なタイプのＦＴレンズが提供される。このタイプのＦＴレンズは、独特に大きいアイソプラナティックパッチを有する。これは、組み立て許容範囲の緩和、非対称の読み取り／書き込みアーキテクチャー、および媒体における傾斜したプレートの収差に対する補償を可能にする。
2010503025.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ホログラフィック記憶デバイスまたはシステムであって、
該デバイスまたはシステムが、
参照ビームを生成するための参照ビーム源；
データビームを生成するためのデータビーム源；および
該データビームがホログラフィック記憶媒体に入る前に通過する極限アイソプラナティックＦＴレンズ
を含み、
該参照ビームと該データビームとが該ホログラフィック記憶媒体中で干渉して、１以上のデータページを該ホログラフィック記憶媒体中に記録する、
デバイスまたはシステム。
【請求項２】
以下の工程：
（ａ）データビームを極限アイソプラナティックＦＴレンズに通過させて集光データビームを形成する工程；および
（ｂ）該集光データビームを参照ビームで干渉することにより１以上のデータページをホログラフィック記憶媒体中に記録する工程
を含む方法。
【請求項３】
ホログラフィック記憶回復デバイスまたはシステムであって、
該デバイスまたはシステムが、
再構成ビームを生成するための再構成ビーム源であって、該再構成ビームがホログラフィック記憶媒体を通過して、それによって、該ホログラフィック記憶媒体中に記憶された１以上のデータページから回復されたビームを形成する、再構成ビーム源；
該回復されたビームが通過する極限アイソプラナティックＦＴレンズ；および
該回復されたビームが該極限アイソプラナティックＦＴレンズを通過した後に該回復されたビームを検出するためのカメラ
を含む、デバイスまたはシステム。
【請求項４】
前記極限アイソプラナティックＦＴレンズが偏心されている、請求項３に記載のホログラフィック記憶回復デバイスまたはシステム。
【請求項５】
（ａ）再構成ビームをホログラフィック記憶媒体に通過させ、それによって、該ホログラフィック記憶媒体中に記憶された１以上のデータページから回復されたビームを形成する工程；および
（ｂ）該回復されたビームが極限アイソプラナティックＦＴレンズを通過した後に該回復されたビームを検出する工程
を含む方法。
【請求項６】
以下の工程：
（ｃ）１以上のデータページをホログラフィック記憶媒体中に記憶させる工程
をさらに含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記工程（ｃ）が、データビームおよび参照ビームを記憶レンズに通過させる工程を含み、そして前記極限アイソプラナティック記憶レンズが、該記憶レンズより少ないレンズ素子を有する、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記工程（ｃ）と工程（ｂ）との間で、前記ホログラフィック記憶媒体が、合計でブック幅の半分以下の平行移動シフトを受け、そしてＳＮＲ損失が１ｄＢの半分以下である、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記工程（ｃ）と工程（ｂ）との間で、前記ホログラフィック記憶媒体が、合計でシステムＮＡの２０％の回転シフトを受け、そしてＳＮＲ損失が１ｄＢの半分以下である、請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
前記極限アイソプラナティックＦＴレンズが偏心されている、請求項５に記載の方法。
【請求項１１】
物品であって、
該物品が、
１以上のデータページが中に記憶されたホログラフィック記憶媒体を含み、該ホログラフィック記憶媒体が、該１以上のデータページが通常の回折限界オンアクシスＦＴレンズを用いて記憶された場合に該ホログラフィック記憶媒体が有し得るよりも、小さい容量および放射照度のホットスポットを有する、
物品。
【請求項１２】
前記ホログラフィック記憶媒体が、前記１以上のデータページが通常の回折限界オンアクシスＦＴレンズを用いて記憶された場合に前記ホログラフィック記憶媒体が有し得るよりも、約２０％から１００倍小さいホットスポットの合計容量を有する、請求項１１に記載の物品。
【請求項１３】
前記ホログラフィック記憶媒体が、前記１以上のデータページが通常の回折限界オンアクシスＦＴレンズを用いて記憶された場合に前記ホログラフィック記憶媒体が有し得るよりも、約５倍小さいホットスポットの合計容量を有する、請求項１１に記載の物品。
【請求項１４】
前記ホログラフィック記憶媒体が、前記１以上のデータページが通常の回折限界オンアクシスＦＴレンズを用いて記憶された場合に前記ホログラフィック記憶媒体が有し得るよりも、約１．５倍から５００倍小さいホットスポットの合計放射照度を有する、請求項１１に記載の物品。
【請求項１５】
前記ホログラフィック記憶媒体が、前記１以上のデータページが通常の回折限界オンアクシスＦＴレンズを用いて記憶された場合に前記ホログラフィック記憶媒体が有し得るよりも、約１５倍小さいホットスポットの合計放射照度を有する、請求項１１に記載の物品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願への相互参照
本願は、同時係属中の「位相共役ホログラフィックシステムのために最適化されたシフト許容レンズ」（“SHIFT TOLERANT LENS OPTIMIZED FOR PHASE CONJUGATING HOLOGRAPHIC SYSTEMS”）との発明の名称で、2006年8月28日に出願された仮出願番号第60/840,458号の優先日を主張し、そしてこの仮出願の開示および内容の全体が、参照により本明細書に援用される。
【０００２】
共同研究の同意の陳述
37C.F.R（米国特許法施行規則）第1.71条(g)(1)に従って、本願発明は、インフェイズ  テクノロジーズ  インコーポレイテッドおよび任天堂株式会社により、またはインフェイズ  テクノロジーズ  インコーポレイテッドおよび任天堂株式会社を代表して、本願発明がなされた日以前に有効となった共同研究の同意（35U.S.C.（米国特許法）第103条(c)(3)に規定される）に従って、そして共同研究の同意の範囲内でなされた活動の結果としてなされたとの開示を、本明細書中に行う。
【０００３】
本発明は、ホログラフィックデータ記憶方法に関する。
【背景技術】
【０００４】
おそらく、ホログラフィックデータ記憶システム（ＨＤＳシステム）のための最も有望な設計は、ページベースのアーキテクチャーを用いている。このアーキテクチャーでは、データページのフーリエ変換がホログラフィック媒体中で平面波参照ビームに干渉される。図１を参照のこと。フーリエ変換は、高ＮＡフーリエ変換（ＦＴ）レンズを用いて達成される。このシステムでは、角度多重化およびポリトピック多重化によって高データ密度が達成される。K. Anderson、K. Curtis、“Polytopic multiplexing”、Opt. Lett.、第29巻、第1402-1404頁（2004年）およびK. Andersonら、“How to write good books”、Invited talk、ODS Proceedings（2006年）を参照のこと（これらの内容および開示の全体が、参照により本明細書に援用される）。数学的には、フーリエ変換（ＦＴ）操作はシフト不変であるが、この不変性は実際の光学システムではＦＴレンズの収差のため制限される。この事実は、厚い媒体における高ＮＡホログラフィック記憶システムの傾斜要件および熱的要件と結びついて、媒体の位置公差および光学設計を困難なものとし得る。A. Hoskinsら、“Tolerances of a Page-Based Holographic Data Storage System”、Invited talk、ODS Proceedings（2007年）を参照のこと（この内容および開示の全体が、参照により本明細書に援用される）。
【発明の概要】
【０００５】
本発明の第１の広い局面によれば、ホログラフィック記憶デバイスまたはシステムが提供され、該デバイスまたはシステムは、参照ビームを生成するための参照ビーム源；データビームを生成するためのデータビーム源；および該データビームがホログラフィック記憶媒体に入る前に通過する極限アイソプラナティックＦＴレンズを含み、該参照ビームと該データビームとが該ホログラフィック記憶媒体中で干渉して、１以上のデータページを該ホログラフィック記憶媒体中に記録する。
【０００６】
本発明の第２の広い局面によれば、以下の工程：
（ａ）データビームを極限アイソプラナティックＦＴレンズに通過させて集光データビームを形成する工程；および
（ｂ）該集光データビームを参照ビームで干渉することにより１以上のデータページをホログラフィック記憶媒体中に記録する工程
を含む方法が提供される。
【０００７】
本発明の第３の広い局面によれば、ホログラフィック記憶回復デバイスまたはシステムが提供され、該デバイスまたはシステムは、再構成ビームを生成するための再構成ビーム源であって、該再構成ビームがホログラフィック記憶媒体を通過して、それによって、該ホログラフィック記憶媒体中に記憶された１以上のデータページから回復されたビームを形成する、再構成ビーム源；該回復されたビームが通過する極限アイソプラナティックＦＴレンズ；および該回復されたビームが該極限アイソプラナティックＦＴレンズを通過した後に該回復されたビームを検出するためのカメラを含む。
【０００８】
本発明の第４の広い局面によれば、
（ａ）再構成ビームをホログラフィック記憶媒体に通過させ、それによって、該ホログラフィック記憶媒体中に記憶された１以上のデータページから回復されたビームを形成する工程；および
（ｂ）該回復されたビームが極限アイソプラナティックＦＴレンズを通過した後に該回復されたビームを検出する工程
を含む方法が提供される。
【０００９】
本発明の第５の広い局面によれば、物品が提供され、該物品は、１以上のデータページが中に記憶されたホログラフィック記憶媒体を含み、該ホログラフィック記憶媒体が、該１以上のデータページが通常の回折限界オンアクシスＦＴレンズを用いて記憶された場合に該ホログラフィック記憶媒体が有し得るよりも、小さい容量および放射照度のホットスポットを有する。
【００１０】
本発明を添付の図面とともに説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】データページをホログラフィック媒体中に記憶させるために高ＮＡ  ＦＴレンズを用いるページベースのホログラフィックデータ記憶システムの概略図である。
【図２】極限アイソプラナティックＦＴレンズの概略図である。
【図３】ＦＴレンズについてのゼルニケ係数対視野のグラフである。
【図４】極限アイソプラナティックＦＴレンズについてのＲＭＳ波面誤差対視野のグラフである。
【図５】極限アイソプラナティックＦＴレンズについてのＲＭＳ波面誤差偏差対視野のグラフである。
【図６】対称位相共役システムにおける記録プロセスの概略図である。
【図７】対称位相共役システムにおける読み出しプロセスの概略図である。読み出し条件が記録条件と同一である場合、結像は完全である。
【図８】媒体位置に９．５度の傾斜誤差を有する対称位相共役システムにおける読み出しの概略図である。
【図９】媒体位置に９．５度の傾斜誤差を有する対称位相共役システムにおけるＲＭＳ波面のグラフである。
【図１０】媒体位置に８０ミクロンの側方向シフト誤差を有する対称位相共役システムにおけるＲＭＳ波面のグラフである。
【図１１】媒体位置に８０ミクロンの軸方向シフト誤差を有する対称位相共役システムにおけるＲＭＳ波面のグラフである。
【図１２】非対称位相共役システムにおける記録プロセスの概略図である。
【図１３】非対称位相共役システムにおける読み出しプロセスの概略図である。
【図１４】媒体位置に９．５度の傾斜誤差を有する非対称位相共役システムにおけるＲＭＳ波面のグラフである。
【図１５】媒体位置に８０ミクロンの側方向シフト誤差を有する非対称位相共役システムにおけるＲＭＳ波面のグラフである。
【図１６】媒体位置に８０ミクロンの軸方向シフト誤差を有する非対称位相共役システムにおけるＲＭＳ波面のグラフである。
【図１７】対称位相共役システム（１／５０波基準）における平均ＳＮＲ対側方シフトのグラフである。
【図１８】非対称位相共役システム（１／２０波基準）における平均ＳＮＲ対側方シフトのグラフである。
【図１９】通常の回折限界オンアクシスＦＴレンズによる傾斜した媒体中の書き込みを示した概略図である。
【図２０】図１９の媒体の層厚を通る断面図であり、データビームの相対サイズおよび放射照度を示す。
【図２１】極限アイソプラナティックオンアクシスＦＴレンズによる傾斜した媒体中の書き込みを示した概略図である。
【図２２】図２１の媒体の層厚を通る断面図であり、データビームの相対サイズおよび放射照度を示す。
【図２３】軸外にシフトした素子を有する図２１の極限アイソプラナティックＦＴレンズによる傾斜した媒体中の書き込みを示した概略図である。
【図２４】図２３の媒体の層厚を通る断面図であり、データビームの相対サイズおよび放射照度を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明を記載する前に、種々の用語を定義することは好都合である。以下の定義は、本願を通して用いられることが理解されるべきである。
【００１３】
定義
用語の定義が、その用語の通常用いられる意味から逸脱する場合、出願人は、特に示さない限り、以下に提供する定義を用いることを意図する。
【００１４】
本発明の目的のために、「トップ」、「ボトム」、「上」、「下」、「左」、「右」、「水平の」、「垂直の」などのような方向の用語は、本発明の種々の実施態様を記載する上で便宜のためにのみ用いられる。本発明の実施態様は、種々の方向に向けられ得る。例えば、図６、７、１２および１３に示す実施態様は、反転、任意の方向に９０°回転などされ得る。
【００１５】
本発明の目的のために、用語「ｚ方向」とは、１以上のデータページのホログラフィック記憶媒体中への記録の間のホログラフィック記憶媒体の表面と垂直の方向をいう。ｘ方向とｙ方向とは、記録の間のホログラフィック記憶媒体の表面と平行であり、そしてｚ方向と垂直であり、互いに垂直である。
【００１６】
本発明の目的のために、用語「ｘシフト」、「ｙシフト」および「ｚシフト」とは、データページをホログラフィック記憶媒体中に記録することと１以上の記憶されたデータページをそのホログラフィック記憶媒体から回復することとの間での、ＦＴレンズに対するホログラフィック記憶媒体のそれぞれｘ、ｙおよびｚ方向への平行移動のシフトをいう。ｚシフトとは、回復プロセスで用いられるＦＴレンズが、ホログラフィック記憶媒体中のデータページの記憶に用いられるＦＴレンズよりホログラフィック記憶媒体に近づく、またはそれから遠くに離れることをいう。ｚシフトとは、回復プロセスで用いられるＦＴレンズが、ホログラフィック記憶媒体中のデータページの記憶に用いられるＦＴレンズよりホログラフィック記憶媒体に近づく、またはそれから遠くに離れることをいう。ｘシフトまたはｙシフトとは、記録プロセスと回復プロセスとの間での、ホログラフィック記憶媒体に対するＦＴレンズの光軸の平行移動のシフトをいう。記録プロセスおよび回復プロセスに用いられるＦＴレンズは、同じまたは異なり得る。
【００１７】
本発明の目的のために、用語「ビームブロック」とは、例えば、入射光ビームのような光を吸収し得る任意のデバイスをいう。
【００１８】
本発明の目的のために、用語「ブック」または「スタック」とは、特定の角度レンジに及ぶ一群の角度多重化ホログラムをいう。ブックは、すべてがホログラフィック記憶媒体中の１つの位置にあり得るか、あるいは互いからわずかにシフトし得る、または他の群のホログラムからシフトし得る一群の角度多重化ホログラムである。用語ブックとは、従来のブックと複合ブックとの両方をいう。
【００１９】
本発明の目的のために、用語「ブック幅」または「ブック間隔」とは、ホログラフィック記憶媒体中、隣接するブック中でのホログラムの同時読み出しを回避するための最小限の間隔をいう。「ブック幅」および「ブック間隔」の例は、「ホログラフィックメモリーシステムにおけるショートスタック記録」（“SHORT STACK RECORDING IN HOLOGRAPHIC MEMORY SYSTEMS”）との発明の名称で、2007年6月7日に公開された米国特許出願番号第2007/0127100号（Wilsonら）および「情報記憶のための多重レベルフォーマット」（“MULTI-LEVEL FORMAT FOR INFORMATION STORAGE”）との発明の名称で、2005年12月8日に公開された米国特許出願番号第2005/02709856号（Earhartら）に記載され、そして示され、そしてこれらの出願の内容および開示の全体が、参照により本明細書に援用される。
【００２０】
本発明の目的のために、用語「コヒーレント光ビーム」とは、例えば、レーザービームのような、特定の（例えば一定の）位相関係を有する波を含む光のビームをいう。コヒーレント光ビームは、光ビームの方向と垂直な直線上の各点でのすべての電磁波の位相が同一である光とも呼ばれ得る。
【００２１】
本発明の目的のために、用語「複合ブック」とは、ブックのショートスタックの少なくとも一部は同じ空間位置を占有していないブックをいう。実際に、ショートスタックを異なる空間位置に置くことによって、光学的に誘導されるあらゆるディストーションを目立たなくする（“smear” out）ことが有用であり得る。複合ブックでは、ショートスタックの空間位置は、互いに部分的に重なり得るが、同じ位置における多重記録によるあらゆる非理想の媒体ビルドアップを軽減するのに十分に空間的に異なり得る。
【００２２】
本発明の目的のために、用語「複合レンズ」とは、いくつかの他のレンズ／レンズ素子で構成されたレンズをいう。例えば、図２の極限アイソプラナティックＦＴレンズは複合レンズである。
【００２３】
本発明の目的のために、用語「データビーム」とは、データ信号を含むビームをいう。例えば、データビームとしては、空間光変調器（ＳＬＭ）のような変調器によって変調されたビーム、加えてホログラフィック記憶媒体上で衝突する参照ビームに応答して生成したビーム（この生成したビームはデータを含む）が挙げられ得る。データビームの変調は、振幅変調、位相変調、または振幅変調と位相変調との何らかの組み合わせであり得る。ＳＬＭは反射型または透過型であり得る。データビームは、２進状態または複数の状態に変調され得る。
【００２４】
本発明の目的のために、用語「データ変調ビーム」とは、空間光変調器（ＳＬＭ）のような変調器によって変調されたデータビームをいう。データビームの変調は、振幅変調、位相変調、または振幅変調と位相変調との何らかの組み合わせであり得る。ＳＬＭは反射型または透過型であり得る。データビームは、２進状態または複数の状態に変調され得る。
【００２５】
本発明の目的のために、用語「データ変調器」とは、信号ビームから１次元または２次元にデータを光学表示し得る任意のデバイスをいう。
【００２６】
本発明の目的のために、用語「データページ」または「ページ」とは、ホログラフィーに関して用いられるようなデータページの通常の意味をいう。例えば、データページは、ホログラフィック記憶媒体中に記録されるべき、または記録されたデータのページ（すなわち、データの２次元組み立て）、１以上の画像などであり得る。
【００２７】
本発明の目的のために、用語「偏心された」とは、複合レンズが複合レンズの他のレンズ素子と同軸上にない１以上のレンズ素子を有することをいい、オフアクシスレンズとも呼ばれる。
【００２８】
本発明の目的のために、用語「検出器」とは、何らかを検出し得る任意のタイプのデバイスをいう。例えば、代表的な検出器としては、例えば、カメラまたはクワッドセル、相補性金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）結像センサーまたはアレイ、電荷結合素子（ＣＣＤ）アレイなどのような、光の存在または放射照度を検出し得るデバイスが挙げられ得る。
【００２９】
本発明の目的のために、用語「デバイス」とは、器具、装置、設備、機械などをいい得る。
【００３０】
本発明の目的のために、用語「ディスク」とは、ディスク形のホログラフィック記憶媒体をいう。
【００３１】
本発明の目的のために、用語「ディザリング」とは、物体、例えば、レンズ、ミラー、反射層などを前後に動かすことをいう。
【００３２】
本発明の目的のために、用語材料の「ダイナミックレンジ」または「Ｍ＃」とは、特定の回折効率のどれだけ多くのホログラムが材料（例えば、記録材料層、ホログラフィック記憶媒体など）中の所定の位置で多重化され得るかという通常の尺度をいい、材料の屈折率変化、材料の厚さ、光の波長、光学的幾何配置などに関係する。
【００３３】
本発明の目的のために、用語「極限アイソプラナティックパッチ」とは、波面誤差が不変であるレンズ視野の領域をいう。この領域は、レンズの点像分布関数での極限アイソプラナティックと考えられる領域よりかなり大きい。
【００３４】
本発明の目的のために、用語「高ＮＡシステム」とは、開口数（ＮＡ）が０．３より大きい（しかし、代表的には０．５以上）ＦＴレンズを用いるシステムをいう。
【００３５】
本発明の目的のために、用語「ホログラフィックグレーティング」、「ホログラフ」または「ホログラム」（まとめてかつ互換的に本明細書では以後、「ホログラム」という）は、信号ビームと参照ビームとが互いに干渉する場合に形成される干渉パターンをいう通常の意味で用いられる。デジタルデータがページワイズ（page-wise）で記録される場合、信号ビームは、データ変調器、例えば、空間光変調器などで符号化され得る。
【００３６】
本発明の目的のために、用語「ホログラフィック記憶デバイスまたはシステム」とは、ホログラフィックデータの記録（記憶）、ホログラフィックデータの読み取り（回復）、またはホログラフィックデータの記録（記憶）および読み取り（回復）をし得るデバイスまたはシステムをいう。
【００３７】
本発明の目的のために、用語「ホログラフィック記憶媒体」とは、１以上のホログラム（例えば、ビットワイズ（bit-wise）、直線アレイワイズ（array-wise）またはページワイズ）を、媒体にインプリントされた屈折率変化の１以上のパターンとして、記録および記憶し得る少なくとも１つの部品、材料、層などを有する媒体をいう。本明細書で有用なホログラフィック媒体の例としては、米国特許番号第6,103,454号（Dharら）（2000年8月15日発行）;米国特許番号第6,482,551号（Dharら）（2002年11月19日発行）;米国特許番号第6,650,447号（Curtisら）（2003年11月18日発行）；米国特許番号第6,743,552号（Setthachayanonら）（2004年6月1日発行）;米国特許番号第6,765,061号（Dharら）（2004年7月20日）;米国特許番号第6,780,546号（Trentlerら）（2004年8月24日発行）;米国特許出願番号第2003/0206320号（Coleら）（2003年11月6日公開）、および米国特許出願番号第2004/0027625号（Trentlerら）（2004年2月12日公開）（これらの内容および開示の全体が、参照により本明細書に援用される）に記載のものが挙げられるが、これらに限定されない。本発明のホログラフィック記憶媒体は、任意のタイプのホログラフィック記憶媒体であり得、任意のタイプのホログラフィック記憶媒体としては、透明なホログラフィック記憶媒体、複数の部品または層（反射層など）を含むホログラフィック記憶媒体、反射層と偏光層とを含み反射が偏光で制御され得るホログラフィック記憶媒体、光ビームを通し、吸収し、反射し、光ビームに透過性であるなどし得る可変ビーム透過層、光ビームを反射するためのグレーティング層、基板、サーボマーキング付基板を含むホログラフィック記憶媒体などが挙げられる。
【００３８】
本発明の目的のために、用語「ホログラフィック記録」とは、ホログラフィック記憶媒体中にホログラムを記録する動作をいう。ホログラフィック記録は、ビットワイズ記憶（すなわち、１ビットのデータの記録）を提供し得、データの１次元直線アレイの記憶（すなわち、１×Ｎアレイ、ここで、Ｎは、直線データビットの数である）を提供し得、またはデータのページの２次元記憶を提供し得る。
【００３９】
本発明の目的のために、用語「アイソプラナティックパッチ」とは、波面誤差が不変であるレンズ視野の領域をいう。
【００４０】
本発明の目的のために、用語「極限アイソプラナティックレンズ」とは、レンズの視野の全域で波面が不変であるレンズをいう。アイソプラナティックレンズの点像分布関数は、１ミクロンまたは２ミクロンの桁にある。対照的に、極限アイソプラナティックレンズの点像分布関数は、１μｍよりかなり大きく、例えば、５０μｍ〜数ｍｍである。極限アイソプラナティックレンズの定義は、以下でもより詳細に説明する。
【００４１】
本発明の目的のために、用語「レンズ素子」とは、複合レンズを構成するレンズ素子の１つをいう。
【００４２】
本発明の目的のために、用語「光源」とは、単一波長または複数波長を有する電磁放射の源をいう。光源は、レーザー、１以上の発光ダイオード（ＬＥＤ）などに由来し得る。
【００４３】
本発明の目的のために、用語「モード」とは、光源によって生成した光の波長をいう。
【００４４】
本発明の目的のために、用語「マルチモード」とは、光源によって生成した複数波長の光をいう。例えば、マルチモードレーザーは、著しい出力とともに複数波長の光を生成する。
【００４５】
本発明の目的のために、用語「多重化」とは、記録パラメーター（角度、波長、位相コード、シフト、相関、ペリストロフィック（peristrophic）などを含むが、これらに限定されず、パラメーターの組み合わせ、例えば、角度−ポリトピック多重化を含む）を変化させることによって、複数のホログラムをホログラフィック記憶媒体の同じボリュームまたはほとんど同じボリューム中に記録する、記憶させるなどのことをいう。例えば、角度多重化は、複数のホログラムを同じボリューム中に記憶させるために記録する間、参照ビームの平面波またはほとんど平面状の波の角度を変化させることを含む。記録、記憶などされた多重化されたホログラムは、それぞれのホログラムを記録する、記憶させるためなどに用いられた同じ記録パラメーターを用いることによって、読み取り、復元、再構成、回復などされ得る。
【００４６】
本発明の目的のために、用語「オンアクシスＦＴレンズ」とは、すべてのレンズ素子が同軸上にあるＦＴレンズをいう。例えば、すべてが同心であるレンズを有するＦＴレンズは、オンアクシスＦＴレンズである。
【００４７】
本発明の目的のために、用語「光学的ステアリングサブシステム」とは、光を特定の方向に方向づけ得る任意のデバイスまたはデバイスの組み合わせをいう。代表的な光学的ステアリングサブシステムとしては、ミラー（例えば、ガルボミラー）、ミラー、レンズおよび／または他のデバイスの組み合わせなどが挙げられ得る。
【００４８】
本発明の目的のために、用語「部分的反射面」とは、光の一部を反射し得るが他の一部は表面の通過を可能とする任意の物体表面をいう。
【００４９】
本発明の目的のために、用語「位相共役波」とは、光ビームをいう場合、第２の光ビームの正確なまたは非常に近似した複製であるが、第２の光ビームの逆方向に正確にまたは非常に近似して伝搬する光ビームをいう。
【００５０】
本発明の目的のために、用語「位相共役光学システム」とは、ホログラフィック記憶デバイスまたはシステムの参照ビーム（データ回復について用いられる場合「再構成ビーム」とも呼ばれる）が、反対方向に参照（再構成）ビームの経路に沿って戻るように反射される（方向づけられる）ようにする任意のデバイスをいう。位相共役光学システムの例としては、コーナーキューブ、コーナーキューブアレイ、制御された電気光学（ＥＯ）結晶、制御されたブレーズドグレーティング、ホログラフィックグレーティング、表面レリーフ構造、および可変層とグレーティング（ホログラフィックグレーティングまたは表面レリーフ構造のいずれか）との組み合わせが挙げられ得る。
【００５１】
本発明の目的のために、「位相共役システム」は、位相共役光学システムを用いるホログラフィック記憶および／または読み出しシステムである。
【００５２】
本発明の目的のために、用語「平面波」とは、その波面（一定位相の表面）が、一定振幅の実質的にまたはほとんど平行な平面であり、そして波の方向と垂直であり、そして空間の局在領域に存在する、一定周波数の波をいう。代表的な平面波としては、平行光、例えば、レーザーポインター用のレーザービームに関連するものなどが挙げられ得る。
【００５３】
本発明の目的のために、用語「プロセッサー」とは、例えば、命令の実行、論理の実行、値の計算および記憶などをし得るデバイスをいう。代表的なプロセッサーとしては、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、中央演算処理装置、マイクロプロセッサー（例えば、ＩｎｔｅｌおよびＡＭＤから市販されているマイクロプロセッサーのようなもの）などが挙げられ得る。
【００５４】
本発明の目的のために、用語「データを読み取る」とは、ホログラフィック記憶媒体中に記憶されたホログラフィックデータを復元、回復、または再構成することをいう。
【００５５】
本発明の目的のために、用語「データを記録する」とは、ホログラフィックデータをホログラフィック記憶媒体に記憶させ、または書き込むことをいう。
【００５６】
本発明の目的のために、用語「記録光」とは、情報、データなどをホログラフィック記憶媒体に記録するために用いられる光源をいう。
【００５７】
本発明の目的のために、用語「回復されたビーム」とは、位相共役光学システムによって提供される、参照（再構成）ビームによって生成したビームをいう。参照（再構成）ビームの位相共役波は、データビームの位相共役波を再構成する。データビームの位相共役波は、もとのデータビームの光学経路に沿って逆行伝搬し、検出器（例えば、カメラ）によってデータページとして回復される。回復されたビームは、ホログラフィック記憶媒体中に記憶されたデータページのホログラムから位相共役波参照（再構成）ビームが回折することによって形成される。例えば、角度多重化ホログラムでは、所定の角度について、特定のデータページがブラッグ条件を満たし、そして位相共役波参照（再構成）ビームが回折し、そして回復されたビームを形成する。位相共役波参照（再構成）ビームがその正しい角度および波長（ブラッグ条件）で用いられてから、所望のデータページが、データビームが発生した方に戻るように伝搬する位相共役波ビームとして再構成される。位相共役波の性質により、回復されたビームは、ホログラムの記録の間に導入され得た収差を取り消し、そしてより高い質のデータページを検出器に形成することが可能になる。これは、ホログラムと参照（再構成）ビームとが、もとの参照ビームの位相共役であり、そして同様の光学系に対する相対位置にあるという許容範囲内の場合に生じる。いくつかの光学設計について、これらの許容範囲は、位相共役波参照（再構成）平面波では複数波収差であり得、そしてホログラムと光学システムとの相対位置では数十ミクロンであり得る。参照（再構成）ビームもまた、ブラッグ条件を満たし従来のホログラムを発し得るが、光学システムから外れて伝搬する（すなわち、検出器／ＳＬＭに戻らない）。
【００５８】
本発明の目的のために、用語「参照ビーム」とは、データで変調されない光のビームをいう。代表的な参照ビームとしては、データをホログラフィック記憶媒体に記録する、またはデータをホログラフィック記憶媒体から読み取る際に用いられる非データ保有レーザービームが挙げられる。いくつかの実施態様では、参照ビームとは、ホログラムを記録するために用いられるもとの参照ビーム、データをホログラフィック記憶媒体から回復するために用いられる際の再構成ビーム、またはもとの参照（再構成）ビームの位相共役波をいい得る。
【００５９】
本発明の目的のために、用語「屈折率プロファイル」とは、ホログラフィック記憶媒体中に記録された屈折率パターンの３次元（Ｘ、Ｙ、Ｚ）マッピングをいう。
【００６０】
本発明の目的のために、用語「シフト許容」とは、ＦＴレンズにおいて、ホログラフィック記憶媒体が３つの平行移動方向（ｘ、ｙ、ｚ）のいずれかおよび／または３つの回転方向のいずれかへのシフトを受ける場合にＳｎＲ損失が軽減されることをいう。ホログラフィック記憶媒体がすべての３つの平行移動方向に合計でブック幅の半分以下までシフトされる、すなわち、平行移動シフトのすべてのベクトルの和がブック幅の半分以下である場合、ＳＮＲの０．５ｄｂの半分以下より少ない損失があったなら、ＳＮＲ損失が軽減されたと考えられる。また、ホログラフィック記憶媒体がすべての３つの回転方向に合計でシステムＮＡの２０％以下まで回転される、すなわち、回転シフトのすべてのベクトルの和がシステムＮＡの２０％以下である場合、ＳＮＲの１ｄｂの半分以下より少ない損失があったなら、ＳＮＲ損失は軽減される。「システムＮＡ」とは、ＦＴレンズのＮＡをいう。
【００６１】
本発明の目的のために、用語「ショートスタック」とは、ブックのアドレスレンジ内のホログラムのサブグループをいう。例えば、ブックを、角度１〜５００を含む１セットのアドレスと考え得る。この角度レンジはさらに、ショートスタック＃１が角度１〜１００を含み、ショートスタック＃２が角度１０１〜２００を含むなどとなるように、「ショートスタック」に分割され得る。
【００６２】
本発明の目的のために、用語「シングルモード」とは、光源によって生成した単一波長の光をいう。例えば、シングルモードレーザーは、単一の主波長を生成する。
【００６３】
本発明の目的のために、用語「空間光変調器」（ＳＬＭ）とは、例えば、光ビームの空間放射照度および／または位相プロファイルを変調することによって、情報を光ビームに記憶させるデバイスをいう。
【００６４】
本発明の目的のために、用語「空間光放射照度」とは、所定容量の空間内の光放射照度分布または光放射照度変化のパターンをいう。
【００６５】
本発明の目的のために、用語「記憶媒体」とは、例えば、ホログラフィック記憶媒体のような、情報を記憶し得る任意の部品、材料などをいう。
【００６６】
本発明の目的のために、用語「テレセントリック」とは、主光線が物体または像と垂直であることをいう。これは、瞳が無限遠にあり、そしてすべてのピクセルが同じ立体角に対向することを意味する。同一の立体角に対向することは、当該技術分野ではｃｏｓ４補正として知られている。
【００６７】
本発明の目的のために、用語「上部面」とは、大気とホログラフィック記憶媒体との間の界面として働くホログラフィック記憶媒体の表面をいう。
【００６８】
本発明の目的のために、用語「波長板」とは、光の偏光を変更するために用いられ得る任意のデバイスをいう。波長板はリターダーとも呼ばれる場合があり、そしてこれらの用語は、本明細書では互換的に用いられ得る。代表的な波長板としては、λ／４波長板（ＱＷＰ）が挙げられ、これは、例えば、光ビーム中での１／４波長の位相シフトを引き起こすために用いられ得、その結果、直線偏光の円偏光への変換およびその逆を生じ得る。さらに、例えば、光ビームがλ／４波長板を２度通過することにより、光の直線偏光の９０度回転が生じ得る。
【００６９】
説明
本発明のシフト許容レンズは、位相共役ホログラフィックシステムにおいて用いられ得る。位相共役ホログラフィックシステムとしては、「単眼ホログラフィックデータ記憶システムアーキテクチャー」（“MONOCULAR HOLOGRAPHIC DATA STORAGE SYSTEM ARCHITECTURE”）との発明の名称で、2007年8月17日に出願された米国特許出願番号第11/840410号（Curtisら）（この内容および開示の全体が、参照により本明細書に援用される）に記載の位相共役ホログラフィックシステムが挙げられる。
【００７０】
図１は、ページベースのホログラフィック記憶システム１０２を示す。このシステムでは、データページのフーリエ変換がホログラフィック媒体中で平面波参照ビームに干渉される。システム１０２は、矢印１１２で示す方向に進行する参照ビーム１１０、内部ピクセル波面１１４（本明細書では以後、内部データビーム部分１１４という）と外部ピクセル波面１１６（本明細書では以後、外部データビーム部分１１６という）とで表示するデータビーム、空間光変調器（ＳＬＭ）１２２、カメラ１２４、偏光ビームスプリッター（ＰＢＳ）１３２、フィルターλ／２プレート１３４、高開口数（ＮＡ）レンズ１３６およびホログラフィック記憶媒体１３８を含む。レンズ１３６は対物レンズであり、光軸１４２を有する。ｚ方向は、両方向矢印１５２で示す。ｘ方向（両方向矢印１５４で示す）とｙ方向（図１では示していない）とは、互いに垂直であり、そしてｚ方向と垂直である。ホログラフィック記憶媒体１３８のｘシフトとｚシフトとの組み合わせは、矢印１６２で示す。
【００７１】
代表的な回折限界ＦＴレンズでは、ｚシフトは、波面シフトによる位相共役を無効にし得る。カメラでの波面誤差（ＷＦＥ）は、ｚシフトとともに急速に弱まる。本発明の極限アイソプラナティックレンズによれば、たとえホログラフィック記憶媒体ならびに回復されるデータページがｘ方向、ｙ方向および／またはｚ方向にシフトされ、または任意の方向に回転されても、位相共役をホログラフィック回復プロセスで用いることが可能となる。
【００７２】
本発明の極限アイソプラナティックＦＴレンズは、特に高ＮＡシステムについて、ホログラフィックデータ記憶において高い応用性を有し得る。本発明の極限アイソプラナティックＦＴレンズは、ｘシフト、ｙシフトおよびｚシフトに許容性であり得る。本発明の極限アイソプラナティックＦＴレンズは、回折限界レンズほど光学的自由度を必要としないため、より少ない素子で構成され得、より短い全長を有し得る。本発明の極限アイソプラナティックＦＴレンズは、本発明のホログラフィック回復および／または記憶システムへのポリトピックフィルターの配置許容範囲の緩和を提供し得る。本発明の極限アイソプラナティックレンズは、ホログラム／ホログラフィック記憶媒体のシフトがある場合に回折限界レンズよりディストーションがかなり良好であり得る。本発明の極限アイソプラナティックレンズは、本質的にｃｏｓ４補正されていない非テレセントリックなシステムについてさえ、各ＳＬＭまたはカメラピクセルについて、射出瞳が対向する立体角を一定に保持可能であり得る。
【００７３】
本発明のレンズは、アイソプラナティックまたは空間不変性の原理を利用する。これは、レンズの点像分布関数に関連する収差がレンズの視野の全域で変化しないことを意味する。W.T. Welford、“Aberrations of Optical Systems”、Adam Hilger Ltd（1986年）を参照のこと（この内容および開示の全体が、参照により本明細書に援用される）。レンズがフーリエ変換を実行するようにレンズの応答を線形化するには、微小の「アイソプラナティックパッチ」の制限されたアイソプラナティックが必要とされる。Joseph W. Goodman、“Introduction to Fourier Optics, 3rd ed.”、Roberts & Company（2005年）を参照のこと（この内容および開示の全体が、参照により本明細書に援用される）。代表的に、このようなＦＴレンズでの「アイソプラナティックパッチ」のサイズは、点像分布関数（ｐｓｆ）のサイズよりわずかに大きく（R.S. Longhurst、“Geometrical and Physical Optics”、Longman（1957年）を参照のこと；この内容および開示の全体が、参照により本明細書に援用される）、または数平方ミクロンである。本発明のレンズは、数平方ｍｍのアイソプラナティックパッチを有し、したがって、極限アイソプラナティックといわれる。
【００７４】
極限アイソプラナティックは、ホログラフィック位相共役をよりロバスト性にするＦＴレンズの特性である。「アイソプラナティックパッチ」が大きいほど、ＦＴレンズが、記録されたホログラムおよび位相共役波に対する完全またはほとんど完全なシフトができるようになる。極限アイソプラナティックは、ホログラフィックデータ記憶システムにおいて多くの改良を可能にする：（１）媒体の位置許容範囲が大きく緩和される、（２）ＦＴレンズの組み立て許容範囲が大きく緩和され、そしてシステム間の媒体の互換性が改良される、（３）記憶媒体内部のコマ収差および球面収差のような、コヒーレントホットスポットを引き起こす傾斜したプレートの収差が、ホットスポットの容量および放射照度を低下させることによって補正され得る、（４）媒体のシフト由来のディストーション（ピンクッション樽、台形）が最小化される、そして（５）記録ＦＴレンズと読み出しＦＴレンズとが完全に異なる非対称システムが可能となる。
【００７５】
本発明のいくつかの実施態様では、データページをホログラフィック記憶媒体中に記憶させるために極限アイソプラナティックＦＴレンズを用いることで、ホログラフィック記憶媒体中のホットスポットの合計容量は約２０％〜約１００倍、そして代表的には約５倍低下し得る。本発明のいくつかの実施態様では、データページをホログラフィック記憶媒体中に記憶させるために極限アイソプラナティックＦＴレンズを用いることで、ホログラフィック記憶媒体中のホットスポットの合計放射照度は約１．５〜５００倍、そして代表的には約１５倍低下し得る。
【００７６】
「無限小」アイソプラナティックのいくつかの定義が、文献中に見られる。それらとしては以下が挙げられる：
【００７７】
（１）物体空間における光束の無限小の平行移動は、像空間における対応する光束の形状の変化がない無限小の平行移動を生成する（T. Smith、Trans. Opt. Soc. London 24（1922-1923年）、第31頁を参照のこと；この内容および開示の全体が、参照により本明細書に援用される）。
【００７８】
（２）物体空間における光束の無限小の回転は、像空間における対応する光束の形状の変化がない無限小の回転を生成する（W.T. Welford、Optics Communications  第3巻第1号（1971年）、第1-6頁を参照のこと；この内容および開示の全体が、参照により本明細書に援用される）。
【００７９】
（３）瞳中の所定の点での波面収差の不変性（H. H. Hopkins、Japan. J. Appl. Phys. 4（1965年）、補遺1  第31頁を参照のこと；この内容および開示の全体が、参照により本明細書に援用される）。
【００８０】
（４）像空間中の所定のＰＳＦに対応する波面収差の不変性（W.T. Welford、“Aberrations of Optical Systems”、Adam Hilger Ltd（1986年）を参照のこと；この内容および開示の全体が、参照により本明細書に援用される）。
【００８１】
（５）無収差システムは、それらが所定の点でゼロの波面収差を有する、すなわち、すべての視野点について波面が平面波であるので、定義によれば、無限小アイソプラナティックを示す。
【００８２】
ページベースのホログラフィックデータ記憶における重要な性能基準は、信号対ノイズ比（ＳＮＲ）である。ＳＮＲは、主としてＦＴレンズ読み出しＰＳＦの関数である。したがって、本発明の目的のために、用語「極限アイソプラナティック」とは、位相共役ＦＴレンズが有限のシフトおよび傾斜の存在下で実質的に不変のＳＮＲを有することをいう。事実上、この「極限アイソプラナティック」の定義は、以下により上記「無限小アイソプラナティック」の定義を変更したものである。回転および平行移動が無限小の回転および平行移動に制限される代わりに「有限」であることを可能にし、そして波面収差が点または無限小アイソプラナティックパッチに制限される代わりに極限アイソプラナティックパッチにあることを可能にした。極限アイソプラナティックパッチは、点像分布関数に関連する無限小アイソプラナティックパッチより面積が数桁大きいものであり得る。
【００８３】
これらの上記定義は、極限アイソプラナティックをカバーするように一旦改変されると、現代のレンズ設計プログラムでレンズを最適化する場合の設計時制約事項として用いられ得る。W. Smith、“Modern Optical Engineering 2nd ed.”、McGraw-Hill Inc.（1990年）を参照のこと（この内容および開示の全体が、参照により本明細書に援用される）。ここで提示するレンズは、そのようにして最適化された。
【００８４】
図２は、レンズ素子２１２、２１４、２１６、２１８および２２０で構成される極限アイソプラナティックＦＴレンズ２０４を示す。ＦＴレンズ２０２は、レンズ性能を制約することによって、アイソプラナティックについて最適化される。波面２３２は、ＳＬＭ２６２で発生し、そしてＦＴレンズ２０２を通過する前に、フィルターλ／２プレート２６４を通過する。波面２３２は、１．５ｍｍ視野での単一ピクセルに対応する。波面対視野（上記アイソプラナティックの定義３を参照のこと）の変化を調べることによって、このＦＴレンズのアイソプラナティックパッチのサイズを直接調べることができる。これを行う１つの手段は、ゼルニケ多項式の係数（J. Wyant.、K Creath、“Basic Wavefront Aberration Theory for Optical Metrology”、Applied Optics and Optical Engineering  第XI巻、第1章を参照のこと；この内容および開示の全体が、参照により本明細書に援用される）およびＲＭＳ波面誤差の変化を調べることである。ゼルニケ係数と波面との間の関係は、以下の式１に与えられる。
【００８５】
【数１】
2010503025.tif 000003
【００８６】
式１の９つのゼルニケ項はすべて第１次および第３次の波面特性を表す。より一般的に、それらは波面の形状を特定する。図３は、第１の９つのゼルニケ係数が対視野でどのように変化するかを示す。これらの曲線の傾きは、ピクセル波面の形状がどのように変化しているかを示す。これらの曲線はまた、多くの異なるピクセル波面がＨＤＳシステムの各ホログラム中に記録されたことを表す。図４は、波面の大きさのＲＭＳが対視野でどのように変化するかを示す。アイソプラナティックパッチは、波面の形状および大きさが有意に変化しない領域である。発明者らのアイソプラナティックパッチのサイズを評価するために、インフェイズが開発した１／５０波のＲＭＳの実験に基づく基準をここで導入する。この値は、１／１４波のＲＭＳのマレシャル基準（J. Wyant.、K Creath、“Basic Wavefront Aberration Theory for Optical Metrology”、Applied Optics and Optical Engineering  第XI巻、第1章を参照のこと；この文献の内容および開示の全体は、参照により本明細書に援用される）よりかなり厳格である。
【００８７】
回折限界レンズの性能については、位相共役する際のＳＮＲ不変性を適切に予測することが証明された。なお留意すべきは、１／５０波の値は、４．６ミクロンピクセルを有するカメラにＳＮＲ不変性を与え、そしてより大きいピクセルが用いられる場合には緩和され得ることである。同様に、それは、より小さいピクセルが用いられる場合には緊縮される。図５を見ると、０〜１．４ｍｍの視野の極大のアイソプラナティックパッチが可能である。この１．４ｍｍ幅のパッチは、１／５０波未満のＲＭＳ変動を有する。視野の縁で、１／５０波の変動は、約４００ミクロンのアイソプラナティックパッチ幅に対応する。したがって、視野中の４００ミクロン桁の幅の近傍部にわたり、図３および４の波面の形状および大きさの変化は有意でないと結論することができる。これは、記載した理由により、位相共役する際の重大な結論を有する。
【００８８】
理想的には、位相共役読み出しを伴うホログラフィック記憶は２工程のプロセスである。
【００８９】
（１）種々の誤差を伴う多くのピクセル波面（図２および３を参照のこと）を、書き込み参照ビームを用いて媒体にホログラフィーとして記録する（図６を参照のこと）。
【００９０】
（２）次いで、記録されたピクセル波面を、読み取り参照ビームおよび同一のＦＴレンズを用いて読み出す（図７を参照のこと）。読み出しの際に、各ピクセル波面の誤差は、ＦＴレンズを通る逆行伝搬によって打ち消され、そして完全な結像が得られる。
【００９１】
これは、質または属性（アイソプラナティックなど）にかかわらず、任意のレンズにもあてはまる。
【００９２】
図６は、本発明の１つの実施態様による対称位相共役システムにおける記録プロセス６０２を示し、このシステムは、レンズ素子６１２、６１４、６１６、６１８および６２０で構成される極限アイソプラナティックＦＴレンズ６０４を含む。ＦＴレンズ６０４は、レンズ性能を制約することによって、アイソプラナティックについて最適化される。波面６３２、６３４、６３６、６３８、６４２および６４４は、ＳＬＭ６６２で発生し、そしてＦＴレンズ６０４を通過する前に、フィルターλ／２プレート６６４を通過する。波面６３２、６３４、６３６、６３８、６４２および６４４は、ＦＴレンズ６０４を通過した後に、ホログラフィック記憶媒体６７２に入る。そこでは、それらは、参照ビーム（矢印６７４で表示する）と干渉してデータページをホログラフィック記憶媒体６７２中に記録する。
【００９３】
図７は、本発明の１つの実施態様による対称位相共役システムにおける読み出しプロセス７０２を示し、このシステムは、レンズ素子７１２、７１４、７１６、７１８および７２０で構成される極限アイソプラナティックＦＴレンズ７０４を含む。ＦＴレンズ７０４は、レンズ性能を制約することによって、アイソプラナティックについて最適化される。回復された波面７３２、７３４、７３６、７３８、７４２および７４４は、参照ビーム／再構成ビーム（矢印７５２で示す）によって生成し、このビームはホログラフィック記憶媒体７５４に方向づけられ、または反射される。回復された波面７３２、７３４、７３６、７３８、７４２および７４４は、ＦＴレンズ７０４を通過した後に、フィルターλ／２プレート７６４を通過し、そしてカメラ７６６で検出される。
【００９４】
実際には、位相共役は、記録後、媒体がシフトし、傾斜し、縮小し、または温度変化し得る中間プロセスを伴う。読み出しは、製造誤差のため、記録ＦＴレンズとは異なるＦＴレンズで生じ得る。なお留意すべきは、一般的な場合、正当な市販品にはドライブ互換性が必要とされるため、位相共役は常に２レンズのプロセスであることである。このためにも、読み出しは、製造誤差のため、記録ＦＴレンズとは異なるＦＴレンズで生じ得る。これらの例では、波面誤差が解消せず、そして結像が不完全である。これは、不完全な位相共役として知られており、そしてそれは、極限アイソプラナティックＦＴレンズを用いることによって大きく軽減され得る。
【００９５】
約４００ミクロンの視野シフトを導入する傾斜誤差を考える。このシフトは、発明者らのアイソプラナティックパッチのサイズであり、したがって、ＲＭＳ波面誤差は、１／５０波未満であるべきである。図８は、本発明の１つの実施態様によるシステム８０２を示し、このシステムは、ホログラフィック記憶媒体８０６に対して傾斜した極限アイソプラナティック読み出しレンズ８０４を含む。ＦＴレンズ８０４は、レンズ素子８１２、８１４、８１７、８１８および８２０で構成される。ＦＴレンズ８０２は、レンズ性能を制約することによって、アイソプラナティックについて最適化される。回復された波面８３２、８３４および８３６は、参照ビーム（示していない）によって生成し、このビームはホログラフィック記憶媒体８０６に方向づけられ、または反射される。波面８３２、８３４および８３６は、ＦＴレンズ８０４を通過した後に、フィルターλ／２プレート８６４を通過し、そしてカメラ８６６で検出される。
【００９６】
傾斜の大きさは、アイソプラナティックパッチのサイズと有効焦点距離とから決定され得る：ａｓｉｎ（０．４／２．４）＝９．５度。図９は、９．５度の傾斜に対応するＲＭＳ  ＷＦＥは予測されたように１／５０波未満であることを示す。角度におけるこのような大きな誤差が波面におけるこのような小さな誤差に対応する理由は、このレンズの極限アイソプラナティックにある。これをよりよく理解するために、記録の間の視野が１．５ｍｍであったピクセル波面を考える。この傾斜では、この波面は１．１ｍｍの視野で読み出され、または位相共役された。両視野点での収差はほとんど同一であった、または定義によれば極限アイソプラナティックであったため、位相共役はほとんど完全であった。通常のＨＤＳシステムにおいて遭遇する傾斜は９．５度よりかなり小さいが、この傾斜に対する非感度は、熱効果に対する波長補償を行う場合に非常に重要である。A. Hoskinsら、“Tolerances of a Page-Based Holographic Data Storage System”、Invited talk、ODS Proceedings（2007年）を参照のこと（この内容および開示の全体が、参照により本明細書に援用される）。
【００９７】
ここで、ホログラムの位置のシフト誤差を考える。側方向シフトは、ポリトピック多重化で用いられ、そしてホログラフィックデータ記憶システムにおいて十分に制御されなければならない。それらは、ブック幅の約１／１０の精度に制御されなければならず（K. Anderson、K. Curtis、“Polytopic multiplexing”、Opt. Lett.、第29巻、第1402-1404頁（2004年）およびK. Andersonら、“How to write good books”、Invited talk、ODS Proceedings（2006年）を参照のこと；これらの内容および開示の全体が、参照により本明細書に援用される）、発明者らが用いているレンズのＨＤＳシステムについては約１５μｍである。同様に、軸方向シフトは、代表的にはほぼ同じ精度で制御される必要がある。図１０および１１は、８０ミクロンの側方向または軸方向シフトについて、ＲＭＳ  ＷＦＥがなお１／５０波基準付近にあることを示す。これは、必要とされる許容範囲の５倍を超える。なぜなら、ＦＴレンズは、極限アイソプラナティックであるからである。媒体のシフトは、記録されたピクセル波面を、傾斜とわずかに異なる経路（理想的にアイソプラナティックな傾斜）によって方向づけるが、位相共役はまだほとんど完全である。図１０および１１に見られるように、極限アイソプラナティックＦＴレンズは、位置誤差を大いに許容する。極限アイソプラナティックレンズは、必要とされるより大きい許容範囲の寛容度を有するため、極限アイソプラナティックレンズは、緩和された許容範囲で製造され得る。
【００９８】
図１２は、本発明の１つの実施態様による非対称位相共役システムにおける記録プロセス１２０２を示し、このシステムは、レンズ素子１２１２、１２１４、１２１６、１２１８および１２２０で構成される極限アイソプラナティックＦＴレンズ１２０４を含む。ＦＴレンズ１２０４は、レンズ性能を制約することによって、アイソプラナティックについて最適化される。波面１２３２、１２３４、１２３６、１２３８、１２４２および１２４４は、ＳＬＭ１２６２で発生し、そしてＦＴレンズ１２０４を通過する前に、フィルターλ／２プレート１２６４を通過する。波面１２３２、１２３４、１２３６、１２３８、１２４２および１２４４は、ＦＴレンズ１２０４を通過した後に、ホログラフィック記憶媒体１２７２に入る。そこでは、それらは、参照ビーム（矢印１２７４で表示する）と干渉してデータページをホログラフィック記憶媒体１２７２中に記録する。
【００９９】
図１３は、本発明の１つの実施態様による非対称位相共役システムにおける読み出しプロセス１３０２を示し、このシステムは、レンズ素子１３１２、１３１４および１３１６で構成される極限アイソプラナティックＦＴレンズ１３０４を含む。ＦＴレンズ１３０４は、レンズ性能を制約することによって、アイソプラナティックについて最適化される。回復された波面１３３２、１３３４、１３３６、１３３８、１３４２および１３４４は、参照ビーム／再構成ビーム（矢印１３５２で示す）によって生成し、このビームは傾斜したホログラフィック記憶媒体１３５４に方向づけられ、または反射される。回復された波面１３３２、１３３４、１３３６、１３３８、１３４２および１３４４は、ＦＴレンズ１３０４を通過した後に、フィルターλ／２プレート１３６４を通過し、そしてカメラ１３６６で検出される。
【０１００】
図１２および１３の記録および読み出しシステムは、読み出しＦＴレンズが記録ＦＴレンズと異なるため、非対称であると考えられる。ここで、記録レンズは、先の例と同じ５素子のＦＴレンズであるが、読み出しレンズは、同一の有効焦点距離およびほとんど同一のアイソプラナティックである単純化された３素子の設計である。また、このシステムの物体側および像側のすべてのピクセル波面が同一の立体角を有する。この特徴は、ｃｏｓ３補正としても知られ、ポリトピック多重化に必要とされる。この単純化は、複雑さおよびコストの点で大きい利点を有するが、ＳＮＲ不変性をわずかに弱めることとなる（０．２６ｄＢ）。これらのシステムについては、受容基準は、１／５０波のＲＭＳから１／２０波のＲＭＳに緩和される。摂動は、上記のものと同一のままである。図９、１０および１１のＲＭＳ  ＷＦＥの評価は、この非対称の場合について、それぞれ図１４、１５および１６で再現される。各場合に、緩和された１／２０波のｒｍｓの基準を満たしている。このシステムは、上記のものと同様に、ロバスト性である。なぜなら、各ＦＴレンズは、極限アイソプラナティックであるからである。
【０１０１】
インフェイズは、ホログラフィックシステムの数的モデルを開発した。このモデルは、ホイヘンスの方法を用いて作成されたＰＳＦとボリュームホログラムのｋ−球面式とを用いて、回復されたページのＳＮＲを予測する。このモデルの試験は、媒体のシフトおよび回転について実験データと良好な相関を示す。許容範囲の源を検証することに加えて、このモデルは、Ｚｅｍａｘ（登録商標）プラグインとして適応されている。本明細書中にあるＳＮＲの曲線は、この独占ツールを用いて作成される。
【０１０２】
図１７および１８は、対称および非対称位相共役システムにおいて、側方向の媒体シフトに対するＳＮＲ不変性を比較する。対称システム（１／５０波基準を満たす）のＳＮＲ不変性は、０．１４ｄＢである。非対称システム（１／２０波基準を満たす）のＳＮＲ不変性は、０．４ｄＢである。なお留意すべきは、もしＳＮＲ不変性を０．４ｄＢレベルまで弱めたならば、対称システムの誤差の許容性をさらにより大きなものとし得たことである。
【０１０３】
極限アイソプラナティックＦＴレンズは、ホログラムのシフトおよび傾斜に広い許容範囲の寛容度を提供する。極限アイソプラナティックＦＴレンズはまた、レンズ素子の傾斜および偏心に広い許容範囲の寛容度を提供する。極限アイソプラナティックＦＴレンズは、ホットスポットを防ぐために傾斜および偏心され得る。極限アイソプラナティックＦＴレンズは、別のより簡素なアイソプラナティックＦＴレンズと位相共役し得る。図１７は、対称位相共役システム（１／５０波基準）における平均ＳＮＲ対側方向シフトのグラフである。極限アイソプラナティックＦＴレンズは、ポリトピックフィルターの配置許容範囲を緩和する。極限アイソプラナティックＦＴは、ホログラムシフトがある場合にディストーションがかなり良好である。極限アイソプラナティックＦＴはまた、ポリトピック多重化で有用な非テレセントリックなシステムについてさえ、各ピクセルについて、射出瞳が対向する立体角を一定に保持し得る。極限アイソプラナティックレンズを単一のフーリエ変換によって表し、それによって、位相マスクを、そのために設計された理想的条件で働くことを可能にし得る。「放射照度調整素子を用いるホログラフィックデータ記憶能力増大方法およびシステム」（“METHOD AND SYSTEM FOR INCREASING HOLOGRAPHIC DATA STORAGE CAPACITY USING IRRADIANCE-TAILORING ELEMENT”）との発明の名称で、2007年4月26日に公開された特許出願番号第2007/0091399号（Ihasら）の記載などを参照のこと（この内容および開示の全体が、参照により本明細書に援用される）。
【０１０４】
コヒーレント光の光線が記憶媒体内部で重なって建設的に干渉する場合、コヒーレントホットスポットが形成される。図１９は、通常の回折限界オンアクシスＦＴレンズ１９０４による傾斜した媒体１９０６中の書き込みを示した記録プロセス１９０２を示す。オンアクシスＦＴレンズ１９０４は、レンズ素子１９１２、１９１４、１９１６、１９１８および１９２０で構成される。左にある平行光線１９３２（便宜のために、これらのうち３つのみに表示を付ける）は、ＳＬＭ（示していない）を照射する平面波の反射を表す。光線１９３２は、媒体１９０６（最も右の表面によって表す）の中心１９４２の近くに収斂する。光線は、収斂したときにコヒーレントに加算され得る。
【０１０５】
図２０は、図１９の媒体の層厚を通る断面図であり、データビームの相対サイズおよび放射照度を示す。図１９に示す光線の建設的な干渉が含まれる。図２０には、コヒーレントホットスポット２０１２があり、このスポットは、約８００ミクロン長である高放射照度の領域である。コヒーレントホットスポットは、Ｍ／＃を消耗して所定の位置で書き込まれ得るホログラムの数を制限する。コヒーレントホットスポットの放射照度および容量を最小化することが好都合である。
【０１０６】
極限アイソプラナティックＦＴレンズは、通常のＦＴレンズほど強いコヒーレントホットスポットを有さない。図２１は、本発明の１つの実施態様による極限アイソプラナティックＦＴレンズ２１０４による傾斜した媒体２１０６中の書き込みを示した記録プロセス２１０２を示す。極限アイソプラナティックＦＴレンズ２１０４は、レンズ素子２１１２、２１１４、２１１６、２１１８および２１２０で構成される。左にある平行光線２１３２（便宜のために、これらのうち３つのみに表示を付ける）は、ＳＬＭ（示していない）を照射する平面波の反射を表す。光線２１３２は、媒体２１０６（最も右の表面によって表す）の中心２１４２の近くに収斂する。光線は、収斂したときにコヒーレントに加算され得る。
【０１０７】
図２２は、図２１の媒体の層厚を通る断面図であり、データビームの相対サイズおよび放射照度を示す。図２２の媒体中のピークの放射照度は、図２０のものより１５倍小さい。ほとんどの光線が建設的に加算されないため、ピークの放射照度は軽減される。
【０１０８】
極限アイソプラナティックＦＴレンズ中のレンズ素子は、コヒーレントホットスポットの容量を最小化するために偏心され得る。
【０１０９】
図２３は、傾斜した媒体２１０６に書き込むために極限アイソプラナティックＦＴレンズ２３０４を用いる記録プロセス２３０２を示す。極限アイソプラナティックレンズ２３０４は、軸外にシフトされている、または偏心されている。なぜなら、レンズ素子２１２０が上にシフトされ、そしてレンズ素子２１１２、２１１４、２１１６および２１１８は下にシフトされているからである。
【０１１０】
図２４は、図２３の媒体の層厚を通る断面図であり、データビームの相対サイズおよび放射照度を示す。そこでは、レンズ素子２１２０が３００μｍ上にシフトされ、そしてレンズ素子２１１２、２１１４、２１１６および２１１８は３００μｍ下にシフトされた。この偏心された極限アイソプラナティックレンズは、図２０に示す通常のＦＴレンズのものの半分未満の容量のコヒーレントホットスポットを有する。偏心された素子は、容量を建設的干渉が生じ得るよりも最小化するように光線を方向づけた。
【０１１１】
図２３の偏心された極限アイソプラナティックＦＴレンズ２３０４を考える。この複合レンズ中のすべてのレンズ素子は、レンズ素子が偏心されていること以外は、図２１のオンアクシス極限アイソプラナティックレンズ２１０４と同一である。３００μｍを超えて偏心されたレンズ素子を有する場合でさえ、偏心レンズの性能は、オンアクシスレンズとほとんど同一である。レンズの位置に対するこの非感度は、緩い組み立て許容範囲を可能にする。ＳＮＲの損失なくレンズが許容し得る偏心の量は、極限アイソプラナティックパッチのサイズに直接関係し、パッチが大きくなるほど緩い許容範囲を与える。
【０１１２】
これらの緩い許容範囲は、異なるホログラフィックデータ記憶システムに属する読み取りＦＴレンズと書き込みＦＴレンズとの間で組み込まれ得る。このような組み込みは、ＳＮＲ損失を最小限にしてシステム間でのホログラムの互換を可能にする。
【０１１３】
オーバーサンプリングされるシステム（例えば、「ホログラフィックデータ記憶システムにおけるデータピクセルの処理」（“PROCESSING DATA PIXELS IN A HOLOGRAPHIC DATA STORAGE SYSTEM”）との発明の名称で、2005年12月29日に公開された特許出願番号第2005/0286388号（Ayresら）（この内容および開示の全体が、参照により本明細書に援用される）に記載されたもの）は、復号する前に像中のディストーションを除去する。少なくともいくつかの実施態様では、本発明の極限アイソプラナティックＦＴレンズは、ディストーションがより少なく、したがって、オーバーサンプリングアルゴリズムへのストレスがより少ない。これは、オーバーサンプリングアルゴリズムがうまくいかなくなる前に、ホログラムがさらにシフトし得ることを意味する。
【実施例】
【０１１４】
実施例１
図２に従って極限アイソプラナティックＦＴレンズを作製する。レンズについての有効焦点距離（ＥＦＬ）は２．４ｍｍであり、そしてレンズの視野は１．５ｍｍである。
【０１１５】
本出願で引用したすべての文書、特許、雑誌記事および他の材料が、参照により本明細書に援用される。
【０１１６】
本発明は、添付の図面を参照してそのいくつかの実施態様とともに十分に記載したが、種々の変更および改変が当業者に明らかであることが理解されるべきである。このような変更および改変は、添付の請求項から逸脱しない限り、添付の請求項により規定されるような本発明の範囲内に含まれるものとして理解されるべきである。
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【手続補正書】
【提出日】平成21年4月28日(2009.4.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ホログラフィック記憶デバイスまたはシステムであって、
該デバイスまたはシステムが、
参照ビームを生成するための参照ビーム源；
データビームを生成するためのデータビーム源；および
該データビームがホログラフィック記憶媒体に入る前に通過する極限アイソプラナティックレンズ
を含み、
該参照ビームと該データビームとが該ホログラフィック記憶媒体中で干渉して、１以上のデータページを該ホログラフィック記憶媒体中に記録する、
デバイスまたはシステム。
【請求項２】
以下の工程：
（ａ）データビームを極限アイソプラナティックレンズに通過させて集光データビームを形成する工程；および
（ｂ）該集光データビームを参照ビームで干渉することにより１以上のデータページをホログラフィック記憶媒体中に記録する工程
を含む方法。
【請求項３】
ホログラフィック記憶回復デバイスまたはシステムであって、
該デバイスまたはシステムが、
再構成ビームを生成するための再構成ビーム源であって、該再構成ビームがホログラフィック記憶媒体を通過して、それによって、該ホログラフィック記憶媒体中に記憶された１以上のデータページから回復されたビームを形成する、再構成ビーム源；
該回復されたビームが通過する極限アイソプラナティックレンズ；および
該回復されたビームが該極限アイソプラナティックレンズを通過した後に該回復されたビームを検出するためのカメラ
を含む、デバイスまたはシステム。
【請求項４】
前記極限アイソプラナティックレンズが偏心されている、請求項３に記載のホログラフィック記憶回復デバイスまたはシステム。
【請求項５】
（ａ）再構成ビームをホログラフィック記憶媒体に通過させ、それによって、該ホログラフィック記憶媒体中に記憶された１以上のデータページから回復されたビームを形成する工程；および
（ｂ）該回復されたビームが極限アイソプラナティックレンズを通過した後に該回復されたビームを検出する工程
を含む方法。
【請求項６】
以下の工程：
（ｃ）１以上のデータページをホログラフィック記憶媒体中に記憶させる工程
をさらに含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記工程（ｃ）が、データビームおよび参照ビームを記憶レンズに通過させる工程を含み、そして前記極限アイソプラナティックレンズが、該記憶レンズより少ないレンズ素子を有する、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記工程（ｃ）と工程（ｂ）との間で、前記ホログラフィック記憶媒体が、合計でブック幅の半分以下の平行移動シフトを受け、そしてＳＮＲ損失が１ｄＢの半分以下である、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記工程（ｃ）と工程（ｂ）との間で、前記ホログラフィック記憶媒体が、合計でシステムＮＡの２０％の回転シフトを受け、そしてＳＮＲ損失が１ｄＢの半分以下である、請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
前記極限アイソプラナティックレンズが偏心されている、請求項５に記載の方法。
【請求項１１】
物品であって、
該物品が、
１以上のデータページが中に記憶されたホログラフィック記憶媒体を含み、該記憶された１以上のデータページが、該ホログラフィック記憶媒体中で参照ビームとデータビームとの干渉によって得られ、該データビームが、該ホログラフィック記憶媒体に入る前に極限アイソプラナティックレンズを通過し、そして該ホログラフィック記憶媒体が、該１以上のデータページが通常の回折限界オンアクシスＦＴレンズを用いて記憶された場合に該ホログラフィック記憶媒体が有し得るよりも、小さい容量および放射照度のホットスポットを有する、
物品。
【請求項１２】
前記ホログラフィック記憶媒体が、前記１以上のデータページが通常の回折限界オンアクシスＦＴレンズを用いて記憶された場合に前記ホログラフィック記憶媒体が有し得るよりも、約２０％から１００倍小さいホットスポットの合計容量を有する、請求項１１に記載の物品。
【請求項１３】
前記ホログラフィック記憶媒体が、前記１以上のデータページが通常の回折限界オンアクシスＦＴレンズを用いて記憶された場合に前記ホログラフィック記憶媒体が有し得るよりも、約５倍小さいホットスポットの合計容量を有する、請求項１１に記載の物品。
【請求項１４】
前記ホログラフィック記憶媒体が、前記１以上のデータページが通常の回折限界オンアクシスＦＴレンズを用いて記憶された場合に前記ホログラフィック記憶媒体が有し得るよりも、約１．５倍から５００倍小さいホットスポットの合計放射照度を有する、請求項１１に記載の物品。
【請求項１５】
前記ホログラフィック記憶媒体が、前記１以上のデータページが通常の回折限界オンアクシスＦＴレンズを用いて記憶された場合に前記ホログラフィック記憶媒体が有し得るよりも、約１５倍小さいホットスポットの合計放射照度を有する、請求項１１に記載の物品。
【請求項１６】
前記極限アイソプラナティックレンズが偏心されている、請求項１に記載のホログラフィック記憶回復デバイスまたはシステム。
【請求項１７】
前記極限アイソプラナティックレンズが同軸上にある、請求項１に記載のホログラフィック記憶回復デバイスまたはシステム。
【請求項１８】
前記極限アイソプラナティックレンズが同軸上にある、請求項３に記載のホログラフィック記憶回復デバイスまたはシステム。
【請求項１９】
前記極限アイソプラナティックレンズが同軸上にある、請求項５に記載の方法。
【請求項２０】
前記極限アイソプラナティックレンズが偏心されている、請求項１１に記載の物品。
【国際調査報告】
2010503025.tif 000028