(57)【要約】高い信号対雑音比を有する高面密度ホログラフィック記憶情報を記録または読出する装置に関する。本装置は、第１開口数および第１焦点距離を有し、ホログラフィック画像を記録または再生するホログラフィック撮像システムと、第２開口数および第２焦点距離を有し、信号ビームをフィルタリングする付加光学システムとを備え、前記付加光学システムの開口数はホログラフィック撮像システムの開口数より小さく、および／または付加光学システムの焦点距離はホログラフィック撮像システムの焦点距離より長い。
2006527395.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ホログラフィック記憶情報を記録または読み出す装置であって、
第１開口数および第１焦点距離を有し、ホログラフィック画像を記録または再生するホログラフィック撮像システムと、
第２開口数および第２焦点距離を有する付加光学システムと、
を備え、
前記付加光学システムの開口数は前記ホログラフィック撮像システムの開口数より小さい装置。
【請求項２】
請求項１において、前記付加光学システムはさらに、間隔を空けて位置する第１付加レンズ素子および第２付加レンズ素子を含む装置。
【請求項３】
請求項２において、さらに、信号ビームの光路に沿って前記第１付加レンズ素子と第２付加レンズ素子との間に配置された開口フィルタを含む装置。
【請求項４】
請求項３において、前記開口フィルタは、前記第１付加レンズ素子の焦平面の位置またはその近傍に配置されている装置。
【請求項５】
請求項３において、前記第１付加レンズ素子は焦点距離ｆ３を有し、前記第２付加レンズ素子は焦点距離ｆ４を有し、
前記ホログラフィック撮像システムは第１結像レンズ素子および第２結像レンズ素子を含み、前記第１結像レンズ素子は焦点距離ｆ１を有し、前記第２結像レンズ素子は焦点距離ｆ２を有する装置。
【請求項６】
請求項５において、前記第１および第２付加レンズ素子は、信号ビームの光路に沿ってｆ３＋ｆ４の距離の間隔を空けて配置された装置。
【請求項７】
請求項５において、前記第１および第２結像レンズ素子は、信号ビームの光路に沿ってｆ１＋ｆ２の距離の間隔を空けて配置された装置。
【請求項８】
請求項５において、前記第１および第２付加レンズ素子は、信号ビームの光路に沿ってｆ３＋ｆ４とは異なる距離の間隔を空けて配置された装置。
【請求項９】
請求項５において、前記第１および第２結像レンズ素子は、信号ビームの光路に沿ってｆ１＋ｆ２とは異なる距離の間隔を空けて配置された装置。
【請求項１０】
請求項６において、ｆ３とｆ４は同一である装置。
【請求項１１】
請求項６において、ｆ１とｆ２は同一である装置。
【請求項１２】
請求項６において、ｆ３とｆ４は異なっている装置。
【請求項１３】
請求項５において、ｆ２＜ｆ３である装置。
【請求項１４】
請求項１３において、ｆ１＝ｆ２およびｆ３＝ｆ４である装置。
【請求項１５】
請求項１３において、ｆ１＝ｆ２およびｆ３≠ｆ４である装置。
【請求項１６】
請求項３において、前記開口フィルタの開口は調節可能である装置。
【請求項１７】
請求項１において、前記付加光学システムはホログラフィック画像を拡大または縮小する装置。
【請求項１８】
請求項１において、前記付加光学システムはさらに、偏光子、波長板、ミラー、およびパターン化振幅フィルタのうちの少なくとも１つを含む装置。
【請求項１９】
請求項１において、前記ホログラフィック撮像システムの焦点距離は、前記付加光学システムの焦点距離より短い装置。
【請求項２０】
請求項５において、前記ホログラフィック撮像システムの前記第１および第２レンズ素子は実質的にテレセントリックである装置。
【請求項２１】
請求項５において、前記付加光学システムの前記第１および第２レンズ素子は実質的にテレセントリックである装置。
【請求項２２】
請求項５において、前記ホログラフィック撮像システムの前記第１および第２レンズ素子は実質的にテレセントリックであり、前記付加光学システムの前記第１および第２レンズ素子も実質的にテレセントリックである装置。
【請求項２３】
請求項５において、前記ホログラフィック撮像システムはさらに、
信号ビームを符号化する空間光変調器と、
ホログラフィック画像を検出する検出器と、
を含み、
前記第１および第２結像レンズ素子は、信号ビームの光路に沿って前記空間光変調器と前記検出器との間に配置されている装置。
【請求項２４】
請求項２３において、前記付加光学システムは、信号ビームの光路に沿って前記第２結像レンズ素子と前記検出器との間に配置されている装置。
【請求項２５】
請求項５において、前記ホログラフィック撮像システムはさらに、信号ビームの光路に沿って前記第１結像レンズ素子と第２結合レンズ素子との間に配置されたホログラフィック記録媒体を含む装置。
【請求項２６】
請求項２５において、前記ホログラフィック記録媒体は、この記録媒体上の少なくとも１つの記憶位置に完全または部分的に重なった多重化ホログラムを記憶している装置。
【請求項２７】
請求項２６において、一連のホログラムのうちの第１ホログラムは、この一連のホログラムに後に記録されるホログラムより小さいビーム間角度を用いて記録されている装置。
【請求項２８】
請求項２６において、ホログラムは、角度多重化方法により、または角度多重化方法と少なくとも１つの別の多重化方法との組み合わせにより記録されている装置。
【請求項２９】
請求項２８において、ホログラムは角度多重化と方位角多重化との組み合わせにより記録されている装置。
【請求項３０】
請求項２８において、ホログラムは角度多重化とシフト多重化との組み合わせにより記録されている装置。
【請求項３１】
請求項２５において、前記ホログラフィック記録媒体は、信号ビームの光路に沿って前記第１結像レンズ素子の焦平面の位置に配置されている装置。
【請求項３２】
請求項２５において、前記ホログラフィック記録媒体は、信号ビームの光路に沿って前記第１結像レンズ素子と前記第２結合レンズ素子との間に配置されている装置。
【請求項３３】
請求項２５において、前記ホログラフィック記録媒体は、信号ビームの光路に沿って前記第１結像レンズ素子の焦平面と前記第１結像レンズ素子との間に配置されている装置。
【請求項３４】
請求項２５において、さらに、信号ビームの光路に沿って配置された第２開口フィルタを含む装置。
【請求項３５】
請求項３４において、前記第２開口フィルタは、前記第１結像レンズと前記ホログラフィック記録媒体との間に配置されている装置。
【請求項３６】
ホログラフィック記憶情報を読み出しまたは書き込みする装置であって、
第１焦点距離を有し、ホログラフィック画像を記録または再生するホログラフィック撮像システムと、
第２焦点距離を有し、ホログラフィック画像をフィルタリングする付加光学システムと、を備え、
前記第１焦点距離は前記第２焦点距離より短い装置。
【請求項３７】
請求項３６において、前記ホログラフィック撮像システムは、間隔を空けて配置された、焦点距離ｆ１を有する第１結像レンズ素子と焦点距離ｆ２を有する第２結像レンズ素子とを含み、
前記付加光学システムは、間隔を空けて配置された、焦点距離ｆ３を有する第１付加レンズ素子と焦点距離ｆ４を有する第２付加レンズ素子とを含む装置。
【請求項３８】
請求項３７において、ｆ３＞ｆ２である装置。
【請求項３９】
請求項３８において、ｆ１＝ｆ２およびｆ３＝ｆ４である装置。
【請求項４０】
請求項３８において、ｆ１＝ｆ２およびｆ３≠ｆ４である装置。
【請求項４１】
請求項３７において、さらに、前記第１付加レンズ素子と第２付加レンズ素子との間に配置された開口フィルタを含む装置。
【請求項４２】
請求項４１において、付加光学システムの前記開口フィルタの開口は調節可能である装置。
【請求項４３】
請求項３７において、前記ホログラフィック撮像システムはさらに、
信号ビームを符号化する空間光変調器と、
ホログラフィック画像を検出する検出器と、
を含み、
前記第１および第２結像レンズ素子は、信号ビームの光路に沿って前記空間光変調器と前記検出器との間に配置されている装置。
【請求項４４】
請求項３７において、前記第１および第２結合レンズ素子は実質的にテレセントリックである装置。
【請求項４５】
請求項３７において、前記第１および第２付加レンズ素子は実質的にテレセントリックである装置。
【請求項４６】
請求項３７において、前記第１および第２結合レンズ素子は実質的にテレセントリックであり、前記第１および第２付加レンズ素子も実質的にテレセントリックである装置。
【請求項４７】
請求項４３において、前記付加光学システムは、信号ビームの光路に沿って前記第２結像レンズ素子と前記検出器との間に配置されている装置。
【請求項４８】
請求項４３において、前記ホログラフィック撮像システムはさらに、信号ビームの光路に沿って前記第１結像レンズ素子と第２結合レンズ素子との間に配置されたホログラフィック記録媒体を含む装置。
【請求項４９】
請求項４８において、前記ホログラフィック記録媒体は、この記録媒体上の少なくとも１つの記憶位置に完全または部分的に重なった多重化ホログラムを記憶している装置。
【請求項５０】
請求項４９において、ホログラムは、角度多重化方法により、または角度多重化方法と少なくとも１つの別の多重化方法との組み合わせにより記録されている装置。
【請求項５１】
請求項４９において、一連のホログラムのうちの第１ホログラムは、この一連のホログラムに後に記録されるホログラムより小さいビーム間角度を用いて記録されている装置。
【請求項５２】
請求項５０において、ホログラムは角度多重化と方位角多重化との組み合わせにより記録されている装置。
【請求項５３】
請求項５０において、ホログラムは角度多重化とシフト多重化との組み合わせにより記録されている装置。
【請求項５４】
ホログラフィック記録画像を読み出す方法であって、
参照ビームを、ホログラフィック記録媒体を含むホログラフィック撮像システム内に誘導するステップであって、前記参照ビームは前記ホログラフィック記録媒体上に誘導され、前記ホログラフィック撮像システムは第１開口数および第１焦点距離を有し、これにより信号ビームを再生するステップと、
前記再生された信号ビームを、第２開口数および第２焦点距離を有する付加光学システムを通して誘導または中継するステップであって、前記第２開口数は前記第１開口数より小さく、これにより、前記再生された信号ビームをフィルタリングするステップと、
前記フィルタリングされた信号ビームを検出するステップと、
を含む方法。
【請求項５５】
請求項５４において、前記ホログラフィック記録媒体は、この記録媒体上の少なくとも１つの記憶位置に完全または部分的に重なった多重化ホログラムを記憶する方法。
【請求項５６】
請求項５４において、前記付加光学システムはさらに、間隔を空けて配置された、第１付加レンズ素子および第２付加レンズ素子を含む方法。
【請求項５７】
請求項５６において、付加光学システムの前記レンズ素子には実質的にテレセントリックなレンズ素子を用いる方法。
【請求項５８】
請求項５４において、前記ホログラフィック撮像システムはさらに、間隔を空けて配置された、第１結像レンズ素子および第２結像レンズ素子を含む方法。
【請求項５９】
請求項５８において、前記第１結像レンズ素子および第２結像レンズ素子には、実質的にテレセントリックなレンズ素子を用いる方法。
【請求項６０】
請求項５８において、前記第１結像レンズ素子および第２結像レンズ素子には実質的にテレセントリックなレンズ素子を用い、付加光学システムの前記レンズ素子にも実質的にテレセントリックなレンズ素子を用いる方法。
【請求項６１】
請求項５４において、前記ホログラフィック記録媒体は少なくとも約２４ｂｉｔ／μｍ２の面密度で記録された情報を含み、
読み出しにおける生のビットエラー率は約０．０１未満である方法。
【請求項６２】
請求項５６において、前記付加光学システムは、前記第２焦点距離が前記第１焦点距離より長くなるように構成される方法。
【請求項６３】
請求項６２において、前記付加光学システムはさらに、開口を有し、かつ前記再生された信号ビームの光路に沿って前記第１付加レンズ素子と第２付加レンズ素子との間に配置された開口フィルタを含む方法。
【請求項６４】
請求項６３において、前記開口フィルタは前記第１付加レンズ素子の焦平面の位置またはその近傍に配置される方法。
【請求項６５】
請求項６２において、前記開口フィルタには調節可能なフィルタを使用する方法。
【請求項６６】
請求項６４において、前記付加光学システムの開口数または焦点距離は、散乱光、迷光、または非回折参照ビームをフィルタリングするように選択される方法。
【請求項６７】
請求項６４において、前記付加光学システムの前記開口フィルタの開口のサイズおよび形状は空間周波数を選択するように調節される方法。
【請求項６８】
請求項６３において、前記開口フィルタの前記開口サイズおよび開口形状は、散乱光、迷光、または非回折参照ビームをフィルタリングして実質的に除去するように選択される方法。
【請求項６９】
請求項６３において、前記付加光学システムの前記開口数または焦点距離は、前記非回折参照ビームの伝搬方向から少なくとも約０°〜±５°の範囲内において進行する散乱光をフィルタリングするように選択される方法。
【請求項７０】
請求項６９において、前記散乱光は、前記非回折参照ビームの伝搬方向から少なくとも約０°〜±１０°の範囲内にある方法。
【請求項７１】
請求項６９において、前記散乱光は、前記非回折参照ビームの伝搬方向から少なくとも約０°〜±２０°の範囲内にある方法。
【請求項７２】
請求項６２において、前記ホログラフィック撮像システムは、間隔を空けて配置された、焦点距離ｆ１を有する第１結像レンズ素子と焦点距離ｆ２を有する第２結像レンズ素子とを含み、
前記付加光学システムは、間隔を空けて配置された、焦点距離ｆ３を有する第１付加レンズ素子と焦点距離ｆ４を有する第２付加レンズ素子とを含む方法。
【請求項７３】
請求項７２において、ｆ３＞ｆ２である方法。
【請求項７４】
請求項７３において、ｆ１＝ｆ２およびｆ３＝ｆ４である方法。
【請求項７５】
請求項７３において、ｆ１＝ｆ２およびｆ３≠ｆ４である方法。
【請求項７６】
請求項７２において、ｆ３およびｆ４は、前記再生された信号ビームにより伝搬される画像を拡大または縮小するように選択される方法。
【請求項７７】
請求項６３において、前記信号ビームは位相変調され、さらに、前記開口フィルタの前記サイズおよび開口は、位相変調を振幅変調に変換するように選択される方法。
【請求項７８】
ホログラフィック記録画像を読み出す方法であって、
参照ビームを、ホログラフィック記録媒体を含むホログラフィック撮像システムに誘導するステップであって、前記参照ビームは前記ホログラフィック記録媒体上に誘導され、前記ホログラフィック撮像システムは第１焦点距離を有し、これにより信号ビームを再生するステップと、
前記再生された信号ビームを、第２焦点距離を有する付加光学システムを通して誘導するステップであって、前記付加光学システムは、前記第２焦点距離が前記第１焦点距離より長くなるように構成され、これにより、前記再生された信号ビームをフィルタリングするステップと、
前記フィルタリングされた信号ビームを検出するステップと、
を含む方法。
【請求項７９】
請求項７８において、前記ホログラフィック記録媒体は、この記録媒体上の少なくとも１つの記憶位置に完全または部分的に重なった多重化ホログラムを記憶する方法。
【請求項８０】
請求項７９において、一連のホログラム内の第１ホログラムは、この一連のホログラムに後に記録されるホログラムより小さいビーム間角度を用いて記録される方法。
【請求項８１】
ホログラフィック画像を記録する方法であって、
１）間隔を空けて配置された、結像レンズ素子およびホログラフィック記録媒体と、２）前記レンズ素子とホログラフィック記録媒体との間に配置された開口フィルタとを有するホログラフィック撮像システムを通して信号ビームを誘導して、フィルタリングされる信号ビームを生成するステップと、
前記フィルタリングされた信号ビームと参照ビームとを前記ホログラフィック記録媒体に誘導して、前記フィルタリングされた信号ビームと前記参照ビームとの間の干渉パターンを記録するステップと、
を含む方法。
【請求項８２】
請求項８１において、前記ホログラフィック記録媒体は、この記録媒体上の少なくとも１つの記憶位置に完全または部分的に重なった多重化ホログラムを記憶する方法。
【請求項８３】
請求項８２において、ホログラムは、角度多重化方法により、または角度多重化方法と少なくとも１つの別の多重化方法との組み合わせにより記録される方法。
【請求項８４】
請求項８２おいて、一連のホログラム内の第１ホログラムは、この一連のホログラムに後に記録されるホログラムより小さいビーム間角度を用いて記録される方法。
【請求項８５】
請求項８３おいて、ホログラムは、角度多重化方法と方位角多重化方法との組み合わせにより記録される方法。
【請求項８６】
請求項８３において、ホログラムは角度多重化方法とシフト多重化方法との組み合わせにより記録される方法。
【請求項８７】
ホログラフィック記録画像を読み出す装置であって、
参照ビームを、ホログラフィック記録媒体を含むホログラフィック撮像システム内に誘導し、信号ビームを再生する手段であって、前記参照ビームはホログラフィック記録媒体上に誘導され、前記ホログラフィック撮像システムは第１開口数および第１焦点距離を有する手段と、
前記再生された信号ビームを、前記第１開口数より小さい第２開口数および第２焦点距離を有する付加光学システムを通して誘導し、この再生された信号ビームをフィルタリングする手段と、
前記フィルタリングされた信号ビームを検出する手段と、
を備えた装置。
【請求項８８】
請求項８７において、前記ホログラフィック記録媒体は、この記録媒体上の少なくとも１つの記憶位置に完全または部分的に重なった多重化ホログラムを記憶している装置。
【請求項８９】
ホログラフィック記録画像を読み出す装置であって、
参照ビームを、ホログラフィック記録媒体を含むホログラフィック撮像システム内に誘導し、信号ビームを再生する手段であって、前記参照ビームはホログラフィック記録媒体上に誘導され、前記ホログラフィック撮像システムは第１焦点距離を有する手段と、
前記再生された信号ビームを、第２焦点距離を有する付加光学システムを通して誘導し、この再生された信号ビームをフィルタリングする手段であって、前記付加光学システムは前記第２焦点距離が前記第１焦点距離より長くなるように構成された手段と、
前記フィルタリングされた信号ビームを検出する手段と、
を備えた装置。
【請求項９０】
請求項８９において、前記ホログラフィック記録媒体は、この記録媒体上の少なくとも１つの記憶位置に完全または部分的に重なった多重化ホログラムを記憶している装置。
【請求項９１】
ホログラフィック画像を記録する装置であって、
信号ビームを、１）間隔を空けて配置された、結像レンズ素子およびホログラフィック記録媒体と、２）前記レンズ素子とホログラフィック記録媒体との間に配置された開口フィルタとを有するホログラフィック撮像システムを通して誘導して、この信号ビームをフィルタリングする手段と、
前記フィルタリングされた信号ビームと参照ビームとを前記ホログラフィック記録媒体に誘導して、前記フィルタリングされた信号ビームと前記参照ビームとの間の干渉パターンを記録する手段と、
を備えた装置。
【請求項９２】
請求項９１において、前記ホログラフィック記録媒体は、この記録媒体上の少なくとも１つの記憶位置に完全または部分的に重なった多重化ホログラムを記憶している装置。
【請求項９３】
請求項９２において、ホログラムは、角度多重化方法により、または角度多重化方法と少なくとも１つの別の多重化方法との組み合わせにより記録されている装置。
【請求項９４】
請求項９２において、一連のホログラム内の第１ホログラムは、この一連のホログラムに後に記録されるホログラムより小さいビーム間角度を用いて記録されている方法。
【請求項９５】
請求項９３において、ホログラムは角度多重化と方位角多重化との組み合わせにより記録されている装置。
【請求項９６】
請求項９３において、ホログラムは角度多重化とシフト多重化との組み合わせにより記録されている装置。
【請求項９７】
ホログラフィック媒体内に複数のホログラフィック画像を記録する方法であって、
複数の多重化ホログラムのうちの第１ホログラムを前記ホログラフィック記録媒体上の少なくとも１つの記憶位置に第１ビーム間角度を用いて記録するステップと、
複数の多重化ホログラムのうちの別のホログラムをホログラフィック記録媒体上の前記記憶位置に第２ビーム間角度を用いて記録するステップと、
を含み、
前記第２ビーム間角度は前記第１ビーム間角度より大きく、前記記憶位置における前記多重化ホログラムは、完全または部分的に重なっている方法。
【請求項９８】
ホログラフィック媒体内に記録された複数のホログラフィック画像を読み出す方法であって、
参照ビームを、第１調整角度により調整された第１入射角でホログラフィック記録媒体内の選択された記憶位置に誘導するステップと、
少なくとも１つの記憶位置内の複数の多重化ホログラムのうちの第１ホログラムを検出して、読み出しするステップと、
参照ビームを、第２調節角度により調節された第２入射角度で、ホログラフィック記録媒体上の前記記憶位置に誘導するステップと、
前記少なくとも１つの記憶位置に記録された複数の多重化ホログラムのうちの第２ホログラムを検出して、読み出すステップと、
を含み、
前記第１調節角度および第２調節角度がほぼ等しい方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
本出願は、２００３年６月７日付の米国特許仮出願第６０／４７６，８１２号の優先権を主張する。この仮出願は参照により本明細書に引用したものとする。
【背景技術】
【０００２】
多くの用途における、低コストで高性能なデータ記憶の必要性は、技術発展のペースを上回ってきていた。特に企業向け記憶装置、画像アーカイブ、およびエンターテインメント・コンテンツは、高性能なデータ記憶ソリューションに対する需要を増大させている。これら用途のいくつかは現在では、光、光磁気、および磁気テープなどの取外し可能媒体を使用する記憶技術に依存している。これらの技術は、その大部分が、高データ密度を達成するロードマップ上に留まる比較的限定された改良であるか、あるいは達成可能なデータ転送速度またはランダムアクセスに限定されている。一方で、ホログラフィックデータ記憶（ＨＤＳ）は、これらの技術についての最も楽観的な長期的予測と同等の短期的成果と、ランダムアクセスと併せた、急速に増大するデータ記憶密度およびデータ転送速度の長期間の技術ロードマップとの両方を可能にする。
【０００３】
ＨＤＳシステムの具体的実例は、例えば４ｆ光学撮像システムを組み合わせた、感光性ポリマーのような比較的薄い記録材料を使用する。相互干渉信号および参照ビームはそれらの重なる体積内に干渉パターンを生成する。記憶媒体内での光重合などの光により生じる変化が得られる干渉パターンの記録を生成するとき、ホログラムが記録される。記録されたホログラムの再生は、最初に参照ビームでホログラムを照射し、次に検出器アレイ上に回折光を結像することにより得られる。
【０００４】
材料の同一体積内に多数の別個のホログラムを記録することは、データ密度を増加させる。多重化と称されるこのプロセスは、各多重化ホログラムが固有の参照ビームにより記録されることを必要とする。多くの多重化方法が論文に記載されている（例えば，Ｇ．ＢａｒｂａｓｔａｔｈｉｓおよびＤ．Ｐｓａｌｔｉｓ、「体積ホログラフィック多重化方法（Volume Holographic Multiplexing Methods）」、Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ  Ｄａｔａ  Ｓｔｒａｇｅ、Ｈ．Ｊ．Ｃｏｕｆａｌ，Ｄ．Ｐｓａｌｔｉｓ、およびＧ．Ｔ．Ｓｉｎｃｅｒｂｏｘ（Ｅｄｓ．）、Ｓｐｒｉｎｇｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ，２０００を参照）。比較的薄い記録材料について、特に有効な多重化方法は平行参照ビームを用い、角度およびペリストロフィック（peristrophic）（方位角）多重化方法を組み合わせる（Ｄ．Ａ．Ｗａｌｄｍａｎ、Ｈ．−Ｙ．Ｓ．ＬｉおよびＥ．Ａ．Ｃｅｔｉｎ、「厚膜のＵＬＳＨ−５００感光性ポリマーにおけるホログラフィック記録特性（Holographic Recording Properties in Thick Films of ULSH-500 Photopolymer）」、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ  ｏｆ  ＳＰＩＥ、Ｖｏｌ．３２９１，ｐｐ．８９−１０３（１９９８）、ならびにＡ．ＰｕおよびＤ．Ｐｓａｌｔｓ、「感光性ポリマーをベースとするホログラフィック３次元ディスクにおける高密度記録」、Ａｐｐｌ．Ｏｐｔｉｃｓ，Ｖｏｌ．３５、Ｎｏ．１４、ｐｐ２３８９−２３９８（１９９６）を参照）。
【０００５】
特定厚みの記録材料に対してデータ密度を最大化するように作動するＨＤＳシステムは、前記４ｆ光学撮像システムが適合できるフーリエ変換レンズペア用に大開口数（ＮＡ）レンズを使用する。不都合な点は、従来の４ｆ光学撮像システム（第１および第２フーリエ変換レンズはマッチドペア（matched pair）であり、したがって同一ＮＡ値を有する）のような高ＮＡレンズ（ＨＤＳシステムにおいてＮＡ≧０．２）を使用することは、ＨＤＳシステムにおける信号対雑音比（ＳＮＲ）が大幅に低下する原因となるいくつかの要因を生じさせる可能性がある。最も重要なことは、高いＮＡ光学素子が第２フーリエ変換レンズに使用される場合、低いＮＡ光学素子に比べて大幅に多量の散乱光が検出器面に像を結ぶことである。媒体または媒体基板から散乱された光は、光学的および機械的表面から散乱された光と共に、高いＮＡ光学素子により効率的に捕集される（これは前記レンズの短い作用距離とレンズの大きい受光領域のためである）。  散乱光は画素化する検出器上に像を結びホログラム読出しの間において雑音として認識される。この現象は薄い感光性ポリマーをベースとする媒体システムでは特に顕著であり、この場合、記録の幾何形状については、９０度ではないビーム間角度を用いる必要がある。さまざまな発生源からの雑音の抑制、特に光学雑音の抑制は記憶密度の最大化には重要である。一般的なＨＤＳシステムは光学雑音の発生源を潜在的に有し、これら発生源には、前述の媒体および／または光学部品からの散乱光、内側面から駆動部への反射、および画像位置合わせ不良およびひずみを含む。一般に、これら潜在的な雑音発生源のそれぞれは、記録データの面密度を最大にすることに挑戦しているシステムにおいてますます顕在化し、問題化している。
【０００６】
したがって、データの面密度を増加すると同時に、散乱光および迷光により発生する検出器面における光学雑音を低減することにより、高面密度で優れたＳＮＲを得る装置および方法の必要性が存在する。
【発明の開示】
【０００７】
一実施形態においては、本発明は、ホログラフィック記憶情報を記録または読出する装置に関しており、この装置は、第１開口数および第１焦点距離を有し、ホログラフィック画像を記録または再生するホログラフィック撮像システムと、第２開口数および第２焦点距離を有し、信号ビームをフィルタリングする付加光学システムとを備え、前記付加光学システムの開口数はホログラフィック撮像システムの開口数より小さい。
【０００８】
別の実施形態においては、本発明はホログラフィック記憶情報を記録または読出する装置に関しており、この装置は、第１焦点距離を有し、ホログラフィック画像を記録または再生するホログラフィック撮像システムと、第２焦点距離を有し、ホログラフィック画像をフィルタリングする付加光学システムとを備え、第１焦点距離は第２焦点距離より短い。
【０００９】
別の実施形態においては、本発明はホログラフィック記録画像を読み出す方法に関しており、この方法は、参照ビームを、ホログラフィック記録媒体を有し、かつ第１開口数および第１焦点距離を有するホログラフィック撮像システムに誘導して、信号ビームを再生することと、再生されたビームを、第２開口数および第２焦点距離を有する付加光学システムを通して誘導または中継することとを含み、第２開口数は第１開口数より小さく、これにより、再生された信号ビームをフィルタリングし、フィルタリングされた信号ビームを検出する。
【００１０】
別の実施形態においては、本発明はホログラフィック記録画像を読み出す方法に関しており、この方法は、参照ビームを、ホログラフィック記録媒体を有し、かつ第１焦点距離を有するホログラフィック撮像システムに誘導して、信号ビームを再生することと、再生されたビームを、第２焦点距離を有する付加光学システムを通して誘導することとを含み、前記付加光学システムは、第２焦点距離が第１焦点距離より長くなるように構成されており、これにより、再生された信号ビームをフィルタリングし、フィルタリングされた信号ビームを検出する。
【００１１】
別の実施形態においては、本発明はホログラフィック画像を記録する方法に関しており、この方法は、信号ビームを、１）間隔を空けて位置する結像レンズ素子およびホログラフィック媒体と、２）レンズ素子とホログラフィック記録媒体との間に配置された開口フィルタとを有するホログラフィック撮像システムを通して誘導して、フィルタリングされた信号ビームを生成する。このフィルタリングされた信号ビームおよび参照ビームをホログラフィック記録媒体に誘導して、フィルタリングされた信号ビームと参照ビームとの干渉パターンを記録する。
【００１２】
別の実施形態においては、本発明はホログラフィック画像を読み出す装置に関する。この装置は、  
１）参照ビームを、ホログラフィック記録媒体を有するホログラフィック撮像システムに誘導する手段であって、前記ホログラフィック撮像システムは第１開口数および第１焦点距離を有し、これにより信号ビームを再生する手段と、
２）再生された信号ビームを、第２開口数および第２焦点距離を有する付加光学システムを通して誘導する手段であって、第２開口数は第１開口数より小さく、これにより、再生された信号ビームをフィルタリングする手段と、
３）フィルタリングされた再生信号ビームを検出する手段と、
を備える。
【００１３】
別の実施形態においては、本発明はホログラフィック画像を読み出す装置に関する。この装置は、  
参照ビームをホログラフィック撮像システムに誘導して、信号ビームを再生する手段であって、ホログラフィック撮像システムはホログラフィック記録媒体を含み、かつ第１焦点距離を有する手段と、
再生された信号ビームを、付加光学システムを通して誘導してフィルタリングする手段であって、前記付加光学システムは第２焦点距離を有し、かつ第２焦点距離が第１焦点距離より長くなるように構成された手段と、
フィルタリングされた再生信号ビームを検出する手段と、
を備える。
【００１４】
別の実施形態においては、本発明は、ホログラフィック画像を記録する装置に関する。この装置は、
信号ビームをホログラフィック撮像システムを通して誘導して、信号ビームをフィルタリングする手段であって、ホログラフィック撮像システムは、間隔を空けて位置する結像レンズ素子およびホログラフィック記録媒体と、レンズ素子とホログラフィック記録媒体との間に配置された開口フィルタとを含む手段と、
フィルタリングされた信号ビームおよび参照ビームをホログラフィック記録媒体に誘導して、フィルタリングされた信号ビームと参照ビームとの干渉パターンを記録する手段と、
を備える。
【００１５】
別の実施形態においては、本発明は、ホログラフィック媒体に複数のホログラフィック画像を記録する方法に関しており、この方法は、ホログラフィック記録媒体上の少なくとも１つの記憶位置に、第１ビーム間角度を用いて複数の多重化ホログラムのうちの第１ホログラムを記録すること、およびホログラフィック記録媒体上の前記記憶位置に、第２ビーム間角度を用いて複数の多重化ホログラムのうちの別のホログラムを記録することを含む。第２ビーム間角度は第１ビーム間角度より大きく、前記記憶位置における多重化ホログラムは部分的または完全に重なる。
【００１６】
別の実施形態においては、本発明は、ホログラフィック媒体に記録された複数のホログラフィック画像を読み出す方法に関する。この方法は、（１）参照ビームを、第１調整角度により調整された第１入射角でホログラフィック記録媒体の記憶位置に誘導して、少なくとも１つの記憶位置の複数の多重化ホログラムのうちの第１ホログラムを読み出すこと、（２）参照ビームを、第２調整角度により調整された第２入射角でホログラフィック記録媒体の前記記憶位置に誘導して、前記少なくとも１つの記憶位置に記録された複数の多重化ホログラムのうちの第２ホログラムを読み出すこと、（３）第１および少なくとも第２ホログラムを検出すること、を含む。本発明のこの実施形態においては、第１および第２調整角度はほぼ同一である。
【００１７】
本発明の装置および方法により、約１０−３以下の回折効率を有する多重化ホログラムを含む記憶情報について、許容できるＳＮＲ（例えば、生のビットエラー率（ＢＥＲ）に一致するＳＮＲ）を有する高面密度（≧２４ｂｉｔ／μｍ２）を達成できる。
【００１８】
本発明はさらに、参照ビームおよび物体ビームの記録形状が９０度ではないビーム間角度を有する場合に、例えば、感光性ポリマーまたは光発色性または有機光屈折性記録媒体のような、中程度に高いＮＡ（＞０．２）〜高いＮＡ（≦０．８５）を有する部品をＨＤＳシステムにおいて利用することにより、記憶情報の高面密度（≧２４ｂｉｔ／μｍ２）を達成する方法および装置を提供する。
【００１９】
本発明の前述およびその他の目的、特徴、および利点は、添付図面に示す本発明の好ましい実施形態の以下の詳細な説明で明らかになるであろう。図面では、同一参照符号は異なる図面においても同一部品を指す。図面は必ずしも縮尺通りでなく、本発明の原理を示すことに重点が置かれている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図１は４ｆ光学機構の素子を示す。信号ビーム３０は、空間光変調器（ＳＬＭ）１により形成される実質的に透明または不透明画素の２次元アレイを通過する。あるいは、実質的に透明または不透明画素の１次元アレイを用いることができ、あるいは、代わりに、ＳＬＭにより形成される画素の２次元または1次元アレイからの反射であってもよい。ＳＬＭ１は記録されるデータ情報と共にビーム３０を符号化する。ＳＬＭは一般に、入射光ビームの振幅または位相のいずれかを変調し、図１に示すとおり、入射ビームを透過または反射するように作動して、データ情報を信号ビーム３０に符号化できる。図１の４ｆ光学構成は、焦点距離ｆ１を有するフーリエ変換レンズ素子（第１結像レンズ素子）２を含み、このレンズ素子２は、ＳＬＭで変調された信号ビーム３０のフーリエ変換を中継して、第1結像レンズ素子２から焦点距離ｆ１だけ離れている第１結像レンズ平面２１に伝達するように作動する。平面２１はＳＬＭから焦点距離ｆ１の２倍だけ離れている。一般に素子２とのマッチドペアとされる第２フーリエ変換レンズ素子（第２結像レンズ素子）３は、ＳＬＭ１から（２×ｆ１）＋ｆ２（すなわち、ｆ１＝ｆ２の場合は３×ｆ１）の距離に配置されており、第２結像レンズ素子３から焦点距離ｆ２だけ離れ、かつ検出器アレイ４の相関平面に一致する平面１５にＳＬＭ１の画像を再生するように作動する。平面１５は「画像平面」、またはｆ１＝ｆ２の場合には「４ｆ平面」と称される。４ｆ光学システムにおいては名前が示すとおり、ｆ１＝ｆ２の場合は、平面１５はＳＬＭ１から焦点距離ｆ１の４倍だけ離れている。４ｆ光学システムは検出器４上にＳＬＭ１の画像を１：１で結像するように設計されている。
【００２１】
本明細書において、用語「レンズ素子」は、単独または組み合わされて作動して、光の入射ビームの波面の曲率を変化させることにより、光の入射ビームを変更する光学的能力を有する１つまたは複数の素子を指す。例えば、レンズ素子２および３は複数のレンズを含むことができる。当業者には明らかなことであるが、図１および２は縮尺とおりに描かれておらず、レンズ素子内の実際の光線軌道を示していない。
【００２２】
信号ビーム３０の断面積は一般に、フーリエ平面（焦平面）２１において最少である。コヒーレント光の基本的ナイキスト開口によると、断面積はｄ＝２λｆ／δの直径を有する。ここでλは光の波長、ｆは第１フーリエ変換レンズ素子２の焦点距離、およびδ１はＳＬＭ１のピッチである。本明細書において、画素アレイのピッチは隣接する２つの画素の中心間距離と定義される。記録材料８をフーリエ変換レンズ素子２の焦平面２１の位置またはその近傍に配置することは、記録される面積の画像サイズを最少にし、したがって、その結果として得られるデータ面密度を最大にする。ただし、フーリエ平面の前面または背面、およびフーリエ平面近傍にある部分フーリエ平面にホログラムを記録することは、記録面積全体にわたる物体領域のより均一な強度分布のため（すなわち、フーリエ平面と記録平面との間の距離が増加すると、フーリエ変換の中心からの距離の関数としてフーリエスペクトルの成分を含む、物体領域の強度変動の振幅が減少するため）、実質的に記録情報の忠実度が向上する（Ｇ．Ｇｏｌｄｍａｎ，Ｏｐｔｉｋ，Ｖｏｌ．３４、Ｎｏ．３，２５４−２６７（１９７１）参照）。
【００２３】
多重化を実行するのに便利な方法は、図１を参照することにより理解できる。図１では、信号ビーム３０の光学軸３４は記録材料８の平面に対する入射法線である。あるいは、信号ビームの光学軸３４は記録材料８の平面の法線に対して傾斜角で入射してもよい。平行参照ビーム（９または１０）は、一般に比較的大きな入射角θで記録材料８の平面に入射して、信号ビーム３０と記録材料８の平面において重なり合う。一連の角度多重化ホログラムは最初に、媒体８の選択された記憶位置にある同一体積内に記録できる。この一連のホログラムの各ホログラムは、記録材料８の法線に対して異なる入射角を有する参照ビーム（例えば、参照ビーム９または１０）により記録される。各一連の角度多重化ホログラムが前記選択された記憶位置で完成、または部分的に完成した後、記録材料８は信号ビーム３０の光学軸３４を中心として数度の角度だけ回転されるか、あるいは、参照ビーム９または１０の光学軸が信号ビーム３０の光学軸に対して回転され、これにより、前記参照および信号ビームを含む平面は回転された異なる平面となり（方位角またはペリストロフィック（peristrophic）多重化）、新しい一連の角度多重化ホログラムまたは一連のホログラムの一部が記録される。代替方法では、最初に、信号ビーム３０の光学軸３４まわり、または信号ビーム３０の光学軸３４に対して傾斜した軸まわりに記録材料を回転させて一連の記録を実行できる。あるいは、参照ビーム９または１０の光学軸が信号ビーム３０の光学軸３４に対して回転されて、前記参照および信号ビームを含む平面は、回転された異なる平面（前の位置とは異なる位置に回転された平面）となり、この平面は、記録材料８の法線に対して異なる入射角θを有する参照ビーム９（または１０）についての方位角またはペリストロフィック（peristrophic）多重化に対応する。次に、方位角多重化の各角度に対して参照ビームの異なる入射角θのそれぞれについて記録が繰り返される。あるいは、一連の方位角多重化ホログラムの角度は、参照ビームの異なる入射角θについて部分的に完成でき、１つまたは複数の一連の角度多重化ホログラムはそれぞれ、参照ビームの別の異なる入射角θで記録できる。数百の別個のホログラムは、この多重化方法の組み合わせを利用して比較的薄い記録材料内で多重化できる。得られるデータ密度は１００ｂｉｔ／μｍ２を超える（Ｗｏｌｄｍａｎらの「１００ｂｉｔ／μｍ２を超える光データ記憶に用いるＣＲＯＰホログラフィック記憶媒体（CROP holographic storage media for optical data storage greater than 100 bits/μm2）」、Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ  Ｍａｔｅｒｉａｌａ  ａｎｄ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ，  Ｖｏｌ．５２１６−１，ＳＰＩＥ  Ａｎｎｕａｌ  Ｍｅｅｔｉｎｇ，ＳａｎＤｉｅｇｏ，２００３年８月を参照）。多重化方法の前述の組み合わせを実現することにより、角度多重化方法に用いられるビーム間角度（すなわち、信号ビーム３０と参照ビーム９または１０のいずれかとの間の角度）の範囲が光学システムが適応できる最大角度である場合、記憶媒体の所定の厚みについて最高の面密度を達成できる。したがって、可能な最少のビーム間角度（すなわち、物体ビームを中継するレンズ素子を通過する平行参照���ームに対する最少ビーム間角度）を用いることにより、最大数の異なる入射角θで参照ビームを入射させて記録し、この結果選択された記憶位置に最大数の多重化ホログラフィック画像を記録可能にすることは、最も実用的である。好ましくは、選択された記憶位置において角度多重化を行うのに用いられる一連のビーム間角度は、記録シーケンスの開始時には最少のビーム間角度となり、記録シーケンスの終了時には最大のビーム間角度になるような角度である。
【００２４】
面密度の増加は多くの方法で達成できる。面密度は、第１フーリエ変換レンズ素子２の焦点距離ｆ１および画素ピッチδ１が同一値（図１参照）に維持された状態で、ＳＬＭデータページ内の画素の総数が増加するに伴い増加する。面密度は、記録材料８の平面におけるＳＬＭのフーリエ変換のナイキスト開口のサイズが、例えば第１フーリエ変換レンズ素子２の焦点距離の減少によって（同様に、ＳＬＭの画素ピッチの増加によって）減少するのに伴い増加する。
【００２５】
第１フーリエ変換レンズ素子２の開口数（ＮＡ）は、同一ページサイズに適応するために同一光学領域を同一透明開口に維持しながら増加させることができ、またこの方法によって前記開口数は前記第１レンズから媒体平面までの前記焦点距離を減少させることができる。この方法は、記録平面における信号ビームの断面積を減少させて、記憶位置の面密度を増加するために、一般に必要とされ、実行される。
【００２６】
したがって、特定厚みの記録材料についてのデータ密度を最高にするように作動するＨＤＳシステムは、４ｆ光学撮像システムが適応できるフーリエ変換レンズペアに高ＮＡレンズを使用する。不利な点は、第1および第２フーリエ変換レンズ素子がほぼ同一の焦点距離およびＮＡ値を有する従来の４ｆ光学システムにおけるような、高いＮＡ（ＨＤＳシステムにおけるＮＡ≧０．２）レンズを使用することが、ＨＤＳシステムにおける信号対雑音比（ＳＮＲ）を大幅に低下させる原因となるいくつかの要因を生じさせる可能性があることである。再度図１を参照すると、第２フーリエ変換レンズ素子３のＮＡが増加すると、検出器平面１５上に結像される散乱光の量も増加する。媒体８または媒体基板６および７から散乱される光、ならびにアセンブリの光学的表面および機械的表面から散乱される光は、これら高ＮＡレンズの短い作用距離（すなわち、レンズの背面とレンズの焦平面との間の距離）およびこれらの大きい捕集領域の理由から、高ＮＡ光学素子により高い効率で捕集される。記録の間に散乱光は媒体に記録され、また、ホログラム読み出しの間に、散乱光は画素化する検出器４上に結像され、雑音として認識される。この現象は、記録の幾何形状について、一般に９０度ではないビーム間角度を用いる必要のある薄い感光性ポリマーをベースとする媒体システムでは特に明瞭である。９０度のビーム間角度は、薄い感光性ポリマーをベースとする媒体システムにおける記録の幾何形状には用いることができるが、この場合、例えば、媒体または記録材料の基板の表面の一部である小平面を通して媒体内に記録するために光を結合する必要がある。
【００２７】
回折効率η（すなわち、回折光強さと入射光強さの比率）に関して測定される、散乱光に起因する光学雑音εｓｃａｔｔｅｒは、式（１）に示すとおり、ＮＡの自乗で拡大される。
【００２８】
【数１】
2006527395.tif 000003
ただし、記憶データ密度を最大にするために、ＨＤＳシステムは媒体システム／ドライブシステムの信号対雑音比を最大にしなければならない。ＳＮＲは次式で定義される。
【００２９】
【数２】
2006527395.tif 000004
ここで、μ１およびμ２は検出された強度値の平均値であり、σ１およびσ２は２進数のゼロおよび２進数の１のそれぞれに対して検出された強度値の標準偏差である。しかし、ＳＮＲを最大にすることは、ＨＤＳシステムの最高記憶密度を達成するためにNＡを増加するのに伴い、より難しくなる。
【００３０】
雑音の多い光学システムの問題点を回避するためには、各多重化ホログラムについて高い回折効率（各ホログラムの明るさまたは信号強度に関連する物理的値）が必要とされ、これにより許容できるＳＮＲを達成する。しかし、Ｍ個の多重化ホログラム全体のダイナミックレンジυＭ（記録できる検出可能なホログラムの最大数に関連する物理的値）は、最も実用的な記録材料では制限されている。ダイナミックレンジは式（３）で表すことができる。
【００３１】
【数３】
2006527395.tif 000005
ここで、ηｉは回折効率であり、ｉ番目のホログラムの場合は、ηｉ〜１／Ｍ２である。
【００３２】
したがって、任意の１つの位置に記憶されるホログラムの最大数Ｍを増加して、面密度を増加するに伴い、各ホログラムの回折効率は増加し、ＳＮＲは減少する。したがって、高ＮＡのフーリエ変換レンズの使用と、それぞれが比較的小さい回折効率の多数の多重化ホログラムとを組み合わせることにより、面密度を効率的に最大にするには、検出器平面における光学雑音を抑える必要がある。
【００３３】
本発明はホログラフィックデータ記憶（ＨＤＳ）システムの装置に関している。この装置は、ＨＤＳシステム用に０．２以上のＮＡとして定義される、中程度に高い開口数（ＮＡ）から高い開口数を有する１つまたは複数のレンズおよび／または１つまたは複数のミラーなどの光学部品を含む。システムは、１０Ｅ−２以下のビットエラー率（ＢＥＲ）に相当するＳＮＲとして定義される許容できる信号対雑音比（ＳＮＲ）で、２４ｂｉｔ／μｍ２以上として定義される記憶情報の高面密度を達成する。一実施形態においては、記憶情報は複数のホログラムを含む。本発明の装置は、検出器における光学雑音を減少することにより、ホログラフィックデータ記憶システムにおけるデータの面密度を増加する光学システムを含む。光学雑音は、例えば、散乱光および迷光、非回折参照ビームからの光、ならびに画像位置合わせ不良に起因して発生する。
【００３４】
本発明の装置は、ホログラムの記録に用いられる方法とは無関係に、またホログラムの記録に用いられる参照ビームの種類（すなわち、平行光、球形光、楕円形光、スペックル光、位相コード化光等）とは無関係に、許容できるＳＮＲで高面密度を達成するように作動する。多重化ホログラムが使用される場合、ホログラムは当業者には公知の任意の方法で記録可能であり、これら公知の方法には、面内角度、面外角度またはペリストロフィック（peristrophic）（方位角）多重化、あるいは面内または面外シフト多重化、空間、波長、位相コード化または相関多重化、あるいはこれらの組み合わせを含むが、これらに限定されない。さらに、本発明の方法および装置を用いることにより、感光性ポリマーまたは光互変性または有機光屈折性記録媒体の事例におけるような、参照ビームおよび物体ビームの記録形状が９０度ではないビーム間角度を有する場合、許容できるＳＮＲで記憶情報の高面密度を達成できる。本発明の方法および装置を用いて、高面密度で記憶された、１０−３以下の回折効率を有する多重化ホログラムを許容できるＳＮＲで再生および検出でき、同様にそのようなホログラムを記録できる。
【００３５】
図１および２を参照すると、ホログラフィック撮像システムにおける記録の間に使用されるレンズ素子２および３のＮＡが十分に大きい場合、大きな光学雑音が回折画像のＳＮＲを低下させる。本発明の装置および方法により、光学雑音を大幅に減少するか、または除去できる。光学雑音はさまざまな発生源から生じ、これら発生源には、媒体および他の光学表面からの散乱光、非回折参照ビームから生じる光、および画像位置合わせ不良を含むが、これらに限定されない。これら発生源のいずれかからの雑音の影響は、ホログラム読み出しにおけるＳＮＲレベルの大幅な減少を生じさせ、特に、高面密度で記録されたホログラム（このようなホログラムは一般に、小さい回折効率を有するため）を読み出すときに問題となる。あらゆる特定の理論に限定されることなく、雑音の主要発生源は検出器４の方向におけるシステムの構成部品により散乱される光が含まれ、散乱光には、媒体、基板および他の光学表面からの散乱光、光学表面および固定具からの反射光、および非回折参照ビーム１０（または９）からの反射光などのＨＤＳシステム内の他の迷光発生源を挙げることができるが、これらに限定されない。
【００３６】
一実施形態においては、本発明はホログラフィック記憶情報を読み出しまたは書き込みする装置であり、この装置は、第１開口数および第１焦点距離を有し、ホログラフィック画像を記録または再生するホログラフィック撮像システムと、第２開口数および第２焦点距離を有し、信号ビームをフィルタリングする付加光学システムとを備える。付加光学システムは「光学雑音フィルタ」と称されることもある。一実施形態においては、付加光学システムの開口数はホログラフィック撮像システムの開口数より小さい。別の実施形態においては、付加光学システムの焦点距離はホログラフィック撮像システムの焦点距離より長い。さらに別の実施形態においては、付加光学システムの開口数はホログラフィック撮像システムの開口数より小さく、および付加光学システムの焦点距離はホログラフィック撮像システムの焦点距離より長い。本明細書において、光学システムまたはレンズの組み合わせに適用する場合、用語「開口数」および「焦点距離」はそれぞれ、前記の光学システムまたはレンズの組み合わせの有効開口数および有効焦点距離を意味する。付加光学システムの開口数または焦点距離は、散乱光、迷光または非回折参照ビームをフィルタリングにより実質的に除去するように選択される。
【００３７】
図２を参照すると、装置内のホログラフィック撮像システムは、従来の４ｆ光学構成を有するＨＤＳ光学システムを含む（例えば、図１に示されるホログラフィック撮像システム）。図２に示される付加光学システム２０は、ＨＤＳ光学システムの従来の４ｆ光学システム内に装着される。
【００３８】
ここではホログラフィック撮像システムとも称される、ＨＤＳシステムの従来の４ｆ光学システムは、第１結像レンズ素子２および第２結像レンズ素子３を備え、さらに、空間光変調器（ＳＬＭ）１、ホログラフィック媒体５、および検出器４を含む。
【００３９】
付加光学システム２０は、第１付加レンズ素子１１および第２付加レンズ素子１２と、開口１４を有する任意の開口フィルタ１３とを含む。付加光学システム２０は、ホログラフィック記憶情報の読み出しにおいて、中程度に高いＮＡおよび高いＮＡを有するＨＤＳシステムに固有の光学雑音を大幅に減少するか、または除去するように作動する。
【００４０】
一実施形態においては、開口フィルタ１３の開口１４は調節可能である。調節可能な開口の例はアイリス絞りである。一実施形態においては、開口１４のサイズおよび形状は散乱光、迷光または非回折参照ビームをフィルタリングにより実質的に除去するように選択される。
【００４１】
図２の実施形態においては、付加光学システム２０を、ホログラフィック撮像システムの構成部品３（第２結像レンズ素子）と構成部品４（検出器）との間に装着することにより、ホログラフィック画像を再生する。
【００４２】
一実施形態においては、ホログラフィック撮像システムは、検出器４上にＳＬＭ１の画像を１：１で結像するように設計された４ｆ光学システムである。別の実施形態においては、ホログラフィック撮像システムは従来の４ｆ光学システムを備えておらず、検出器４上に１：１でないＳＬＭ１の画像を生成する。これは、ＳＬＭ１の画素サイズが検出器４の画素サイズと異なるようなある特定の場合において望ましい。
【００４３】
一実施形態においては（図２参照）、開口１３は第１付加レンズ素子１１の焦平面１６の位置またはそれの近傍に配置され、空間フィルタとして作用する。開口フィルタ１４のサイズおよび形状は調節可能である。一実施形態においては、開口１３はアイリス絞りである。図２を参照すると、一実施形態においては、付加光学システム２０は４ｆ光学システムを含む。付加光学システム２０の物体平面は、ホログラフィック撮像システムの画像平面１５に一致するように位置決定される。付加光学システムの第１付加レンズ素子１１は焦点距離ｆ３を有し、付加光学システムの第２付加レンズ素子１２は焦点距離ｆ４を有する。一実施形態においては、ｆ３＝ｆ４であり、この結果、検出器４上にＳＬＭ１の画像を１：１で結像する。別の実施形態においては、ｆ３≠ｆ４である。一実施形態においては、第1付加レンズ素子１１および第２付加レンズ素子１２は実質的にテレセントリックである。
【００４４】
再度、図２に示される実施形態を参照すると、ホログラフィック撮像システムは、焦点距離ｆ１およびｆ２をそれぞれ有する第１結像レンズ素子２および第２結像レンズ素子３を含む。好ましい実施形態においては、ｆ１＝ｆ２であり、この結果、検出器４上にＳＬＭ１の画像を１：１で結像する。一実施形態においては、ｆ１＝ｆ２およびｆ３＝ｆ４である。一実施形態においては、第1結像レンズ素子２および第２結像レンズ素子３は実質的にテレセントリックである。
【００４５】
前述のとおり、本発明の好ましい実施形態においては、付加光学システムの開口数はホログラフィック撮像システムの開口数より小さいか、または付加光学システムの焦点距離はホログラフィック撮像システムの焦点距離より長いかのいずれか、あるいはその両方である。したがって、一実施形態においては、ｆ３はｆ２より長い。
【００４６】
ｆ１、ｆ２、ｆ３、ｆ４に関しては、焦点距離の多数の組み合わせを用いることができる。例えば、第１および第２結像レンズ素子は、光学素子の許容仕様により必要とされる場合に、信号ビームの光路に沿ってｆ１＋ｆ２の距離まで、または信号ビームの光路に沿ってｆ１＋ｆ２の和に等しくない距離まで間隔を空けることができる。さらに、第１および第２結像レンズ素子は、例えば光学素子の許容仕様により必要とされる場合に、信号ビームの光路に沿ってｆ３＋ｆ４の距離まで、または信号ビームの光路に沿ってｆ３＋ｆ４の和に等しくない距離まで間隔を空けることができる。これら条件の任意の組み合わせについては、別の可能な光学的配置、例えばｆ１＝ｆ２またはｆ１≠ｆ２、あるいはｆ３＝ｆ４またはｆ３≠ｆ４も可能であり、また、それらの組み合わせ、例えば、拡大または縮小を実現するのに必要とされる場合に、ｆ３＞ｆ２のときはｆ１＝ｆ２およびｆ３＝ｆ４、またはｆ３＞ｆ２のときはｆ１＝ｆ２およびｆ３≠ｆ４からなる配置も可能である。
【００４７】
ホログラフィック記録媒体５は第１結像レンズ素子２のフーリエ変換平面（焦平面）の位置またはその近傍に配置される。ホログラフィック記録媒体５は、例えば、２つの光透過性平板６および７の間に置かれた感光ポリマー材料８の層を含む。ホログラフィック記録材料の厚みは一般に、約２００μｍ〜１．５ｍｍである。
【００４８】
一実施形態においては、ＳＬＭ画像を拡大または縮小することが望ましい。これは、空間光変調器１の画素ピッチδ１が、検出器４の画素ピッチδ２に等しくないか、またはピッチδ２の整数倍に等しくない場合に望まれる（図２参照）。この実施形態においては、付加光学システム２０の光学部品、例えばレンズ１１および／または１２は、ＳＬＭ１の画像を拡大または縮小して、検出器４上に画像を正しく投影できる。
【００４９】
別の実施形態においては、本発明の装置はさらに、信号ビーム３０の光路３４に沿って配置された第２開口フィルタを含む。図５Ａに示される一実施形態においては、第２開口フィルタ６０は光路３４に沿って、第１結像レンズ素子１１と第２結像レンズ素子１２との間に配置される。この実施形態においては、第１開口フィルタ（１３）は  位相コントラストフィルタとして作用し、前記第２開口フィルタ（６０）は雑音フィルタとして作用する。図５Ｂおよび部分的に図６において示される別の実施形態においては、第２開口フィルタ７０は第１結像レンズ素子２とホログラフィック記録媒体５との間に配置される。この構成は特に、記録平面におけるフーリエ変換の高次の振幅成分をフィルタリングにより除去して、記憶位置以外での記録材料のダイナミックレンジを無駄使いしないようにするのに有効である。
【００５０】
ディジタルデータページの通常のホログラフィック記録の間においては、信号ビームにデータ情報を含む画像は、空間光変調器（ＳＬＭ）１により表示される。ＳＬＭは入射レーザ光（ここで、ビーム３０；図２を参照）の振幅成分または位相成分のいずれかを変調する。ＳＬＭは反射性または透過性であってもよく、図１および２には後者のタイプが示されている。変調された信号ビーム（ビーム３０）はフーリエ変換レンズ素子（第１結像レンズ素子）２により集束され、このレンズ素子２は、データ情報を含むＳＬＭパターンの光学フーリエ変換を、第１結像レンズ素子２から焦点距離ｆ１離れた位置に置かれた平面２１に中継するように動作する。信号ビーム３０と可干渉性の参照ビーム９または１０は、感光性ポリマー材料８における選択された位置の方向に伝搬し、その位置で信号ビーム３０と相互に作用する。ホログラフィックデータ記憶の当業者には、媒体５内の複数のアドレス指定可能な記憶位置が存在することは理解されるであろう。干渉パターンは媒体８内の信号ビーム３０と参照ビーム９または１０との重なりにより形成される。同一位置に位置する数個から多数のホログラムまたは部分的に重なったホログラムは、当業者には明らかな種々の多重化方法を用いて、選択された記憶位置に記録できる。
【００５１】
図３にはホログラムを再生して読み出す方法が示されている。図３は図２の装置の一部を示しており、媒体５の部分は焦平面２１に対して距離ｄだけずれた位置に置かれている。ホログラムまたは一連のホログラムの読み出しには、記録参照ビーム９または１０（図２参照）と実質的に同一の参照ビーム１０が、選択されたホログラム対象部分の上に入射することを必要とする。参照ビームは回折格子５２（記録の間に媒体８内に形成される）により、ある一定の回折効率で回折する。この回折効率は一般に、ホログラムの厚み、ホログラムの屈折率変調、および記録の幾何形状に依存する。回折光は画像円錐形（image cone）５０を形成し、ホログラフィック撮像システムの逆フーリエ変換レンズ素子（第２結像レンズ素子）３を通過して伝搬する。記録干渉パターンからの画像は、逆フーリエ変換レンズ素子（第２結像レンズ素子）３により画像平面１５に中継される。ホログラフィック撮像システムはさらに、図２に示す検出器４のような検出器を含んでもよい。本発明の付加光学システムを用いない場合は、図１に示すように、画像平面１５の位置に検出器４を置くことができる。
【００５２】
しかし、図３においてビーム５４で示される入射参照ビームの一部は、回折せず、さらに第２結像レンズ素子３により集光されることがある。さらに、参照ビーム１０の非回折部分５４ならびに他の光学雑音を含むさまざまな発生源からの散乱光は、第２結像レンズ素子３により集光され、ＳＮＲを劣化させる可能性がある。（これらの光学雑音の他の発生源は図３には示されていないが、以下で説明する）
【００５３】
したがって、一実施形態においては、本発明は、ホログラフィック記録画像を読み出す方法に関する。この方法は参照ビーム９または１０を、ホログラフィック記録媒体５内の、１つまたは複数のホログラフィック記録画像を有する媒体５上の選択された記憶位置に誘導し、これにより信号ビームを再生することを含む。ホログラフィック撮像システムは第１開口数および第１焦点距離を有する。この方法はさらに、再生されたビームを、第２開口数および第２焦点距離を有する付加光学システム２０を通して誘導することを含む。第２開口数は第１開口数より小さい。付加光学システム２０を通過する間に、再生信号ビームはフィルタリングされ、フィルタリングされたビームは検出器４により検出される。
【００５４】
一実施形態においては、ホログラフィック記録媒体は、完全または部分的に重なった多重化ホログラムをホログラフィック記録媒体上の少なくとも１つの記憶位置に記憶する。これらの多重化モードは前述の方法、例えば参照ビームの入射角度を変更する方法、またはホログラフィック記録媒体を記憶位置の固有サイズより小さい距離だけ移動する方法のいずれかの方法により実行される。別の実施形態においては、多重化ホログラムは、一連の多重化ホログラム内の第１ホログラムが一連のホログラム内に後で記録されるホログラムより小さいビーム間角度を用いて記録されるようにして、記録される。
【００５５】
一実施形態においては、図２を参照すると、付加光学システム２０は、ホログラフィック撮像システムの画像円錐形５０の外側から来る散乱光の大部分を遮断する。当業者は、種々の方法を選択して、本発明の光学システムの作用距離を増加することにより、検出器４上に結像する雑音の影響を減少できるであろう。
【００５６】
図３を参照すると、実際のホログラフィック撮像システムは一般に、散乱光による光学雑音発生源をいくつか有する。これら雑音には、媒体基板６および７、記録媒体８、レンズ素子２および３の表面、ならびに機械的固定具（図示なし）からの反射光を含む。散乱光による雑音の大部分は、記録媒体および／またはポリマー基板内のポリマー構造、および／またはガラス基板内の含有物または泡から発生する。したがって、進行する散乱光の強度は球面対称でなく、非回折参照ビーム９または１０の連続した伝搬方向と、散乱光の伝搬方向との間の角度θに依存して、１／ｓｉｎ２（θ／２）または（１＋ｃｏｓ２θ）／２となる影響成分を有する。好ましくは、付加光学システム２０は、約θ＝０°〜±５°の範囲内、さらに好ましくは約θ＝０°〜±１０°の範囲内、さらに好ましくは、非回折参照ビーム９または１０の伝搬方向から約θ＝０°〜±２０°の範囲内の、進行する散乱光を遮断する。これは、レンズ素子１１および１２のＮＡおよび／または焦点距離を選択し、ならびに空間フィルタ１３のサイズおよび開口１４のサイズを選択することで達成される。
【００５７】
図３を参照すると、振幅変調ＳＬＭを用いる場合、ＳＬＭ画像のフーリエ変換スペクトルは一般に、記録の間において感光性ポリマー媒体を露出過度にできる、実質的に大部分を占める一定成分（いわゆるＤＣ成分）を含む。したがって、振幅変調ＳＬＭを用いて記録する場合、一般に、記録媒体５を光学軸に沿ってフーリエ平面（焦平面）２１からずれた位置に配置し、物体領域のフーリエ変換の振幅成分を均質化する必要がある。このずれの距離は、図３においてフーリエ平面２１の後方の距離ｄで示されており、参照ビーム９または１０について最少のビーム間角度を用いることにより、参照ビーム角度の最少法線傾斜角度および最大の有効範囲を可能にする望ましい幾何的配置である。この結果、参照ビーム９または１０の非回折部分５４は、ホログラフィック撮像システムの逆フーリエ変換レンズ素子（第２結像レンズ素子）３に入射する。
【００５８】
このようなずれた状態で記録されるホログラムを再生するには、媒体を同一のずれた位置に配置する必要があることは、当業者には理解されるであろう。したがって、本発明の装置および方法の一実施形態においては、媒体５はホログラフィック撮像システムのフーリエ平面（焦平面）２１から距離ｄだけずれた位置にある。さらに好ましい実施形態においては、記録媒体５は、フーリエ平面（焦平面）２１の後方、かつ光学軸３４に沿って逆フーリエ変換レンズ素子（第２結像レンズ素子）３に近い方向に配置される。この結果、非回折参照ビーム９または１０の一部は、第２結像レンズ素子３に入射する。
【００５９】
レンズ素子１１および１２のＮＡおよび／または焦点距離を選択し、ならびに開口フィルタ１３のサイズおよび開口１４のサイズを選択することにより、非回折参照ビーム５４が検出器４上に結像されるのを防止できる。
【００６０】
さらに有利には、参照ビーム９または１０と信号ビーム３０との間の、ビーム間角度とされる平均角度を最少にして、記録における画像忠実度（図２参照）の横方向（厚み方向）縮小の効果を低減できる。このような縮小は感光性ポリマー媒体のホログラフィック記録の間において生じる。特に、この縮小は、平面角多重化または平面角多重化と方位角多重化との組み合わせを実行する場合に生じる。第１に、ビーム間角度を小さくすることにより、特定厚みの記録媒体における角度選択性曲線の全幅−半高さ（full-width-half-height）（ＦＷＨＨ）が広くなる。横方向の縮小の度合いは、同一記憶位置に記録される一連の平面角多重化ホログラムのうちの、感光性ポリマー記録媒体に記録される第１ホログラムにおいて最大になるため、前記第１ホログラムのブラッグ（Bragg）記録条件からの角度ずれは、一連のホログラムにおける後に記録されるホログラムより大きくなる。したがって、第１ホログラムは最少のビーム間角度で記録することが望ましい。これにより、記録におけるＢｒａｇｇ条件からの大きい角度ずれであっても、対応する角度選択性プロフィールの最大ＦＷＨＨを実現できる。第２に、所定の縮小レベルにおける小さいビーム間角度に対する角度ずれは、ホログラムが小さい傾斜角度を有するために小さくなる。第３に、最少ビーム間角度を小さくすると、平面角多重化の実現に使用できる参照ビームの全体範囲は増加し、これにより、所定厚みの記録媒体における可能な限りの多数の多重化数を達成する手段を実現する。第４に、一般には、感光性ポリマー媒体を事前調整して、媒体を正確な（記憶）開始状態に事前縮小した後、多重化ホログラム（例えば、ディジタルページホログラム）を含む情報を記録する。この事前調整は、情報記録に使用できるダイナミックレンジを減少させる。ビーム間角度を小さくすることにより、情報記録のための事前調整範囲を狭くする体積縮小効果を低減し、ダイナミクレンジを維持できる。
【００６１】
したがって、本発明の装置（図３参照）の好ましい実施形態においては、記録媒体５はフーリエ平面（焦平面）の後方に配置され、角度多重化を用いる場合、平均ビーム間角度（図３の角度θｒ）は、装置の光学部品を通過する最少角度まで減少する。ただし、これら２つの有利な条件により、非回折参照ビーム５４の大部分、ならびに参照ビーム１０の連続伝搬方向に近接した角度にある散乱光が、ホログラフィック撮像システムの逆フーリエ変換レンズ素子（第２結像レンズ素子）３に入射することになる。
【００６２】
非回折参照ビームが検出器上に結像するのを防止する問題は、低面密度データのシステムの場合には発生しない。このようなシステムでは、レンズ素子は小さいＮＡおよび極めて長い作用距離を有する。例として図１を参照すると、参照ビーム９または１０の非回折部分は一般に、逆フーリエ変換レンズ素子（第２結像レンズ素子）３を通過して伝搬しない。参照ビームの非回折部分がレンズ素子３を通過して伝搬しない場合においても、参照ビーム９または１０の入射角度は物体（信号）ビーム３０の入射角度より大きい。したがって、レンズ素子３により中継された後、参照ビーム９または１０は検出器４においてホログラム画像の外側で結像する。この場合、非回折参照ビーム９および１０は本発明の光学システムから外部に出るため、システムのＳＮＲは非回折光により劣化することはない。同様に、第２結像レンズ素子３に入射し、かつ参照ビームの連続伝搬方向に近接した角度ではかなりの高強度を有する、参照ビーム９または１０からの散乱光の一部は、検出器４においてホログラム画像の外側位置で結像する。いずれの場合にも、散乱光の高強度の部分は実質的に、光学システムの外部に出るため、システムのＳＮＲは劣化しない。
【００６３】
ＨＤＳシステムは、実質的に短い焦点距離とそれに対応する短い作用距離とを有する高ＮＡの光学部品を含む。ただし、ＨＤＳシステムは、逆フーリエ変換レンズ素子（第２結像レンズ）３と検出器４との間に十分な距離を持たないため、参照ビームの非回折光、または参照ビームの連続伝搬方向に近接した角度にある参照ビームからの散乱光は、光路を出た後に、ホログラムにより回折される情報に対応する領域内で検出器に入射することができない。例えば、図２および３を参照すると、検出器４を平面１５に置く結果として、参照ビームの非回折部分５４、または参照ビーム１０の連続伝搬方向に近接した角度にある参照ビーム１０からの散乱光は、光路を出た後に、ホログラムにより回折される情報に対応する領域内で検出器に入射できないことになる。したがって、システムのＳＮＲは大幅に劣化し、その結果、ホログラムを含む情報は適正なＳＮＲで正しく読み出しできなくなり、高面密度の記憶情報は達成できない。
【００６４】
次に図２を参照すると、第１および第２付加レンズ素子１１および１２のＮＡおよび／または焦点距離を選択し、ならびに開口フィルタ１３のサイズおよび開口１４のサイズを選択することにより、非回折参照ビーム９または１０が検出器４上に結像されるのを防止できる。
【００６５】
一実施形態においては、付加光学システムのＮＡはホログラフィック撮像システムのＮＡに比べて小さい。これにより、非回折参照ビーム９または１０、ならびに参照ビームの連続伝搬方向に近接した角度にある参照ビーム９または１０からの散乱光が、第１付加レンズ素子１１の透明開口に入射するのを防止する。
【００６６】
別の実施形態においては、第１付加レンズ素子１１の焦点距離ｆ３は十分長いため、非回折参照ビーム９または１０、ならびに参照ビームの連続伝搬方向に近接した角度にある参照ビーム９または１０からの散乱光は、ＨＤＳシステムから外部に出た後に、第１付加レンズ素子１１で集光できる。あるいは、焦点距離ｆ３の選択は、第１付加レンズ素子１１により集光される場合でも、非回折参照ビーム９または１０、ならびに参照ビームの連続伝搬方向に近接した角度にある参照ビーム９または１０からの散乱光が開口フィルタ１３により遮断されるように選択される。当業者は、開口１４の特定の形状およびサイズを選択してホログラムを読み出しでき、好ましくは、前記ホログラムを多重化して、情報の高密度記憶および低い回折効率を達成することができるであろう。
【００６７】
別の実施形態においては、開口フィルタ１３を用いて、１画素以下の大きさの位置合わせ不良などのデータページ位置合わせ不良により生じる雑音を減少させる。図４Ａは検出器４上に入射する回折データページ４１を示し、図には画素の位置ずれ（pixel misregistration）が表わされている。画素の位置ずれは固有画素寸法の分数、ΔＸ、ΔＹで表すことができる。画素の位置ずれは、媒体ウェッジ、媒体傾斜、サーボの不正確性、および／またはレンズ位置合わせ不良を含む要因（ただし、これらに限定されない）により発生する。高ＮＡ光学部品の使用は一般に、画素の位置ずれを拡大する傾向にある。例えば、開口フィルタ１３などの開口フィルタを用いて、画素寸法の分数オーダーの画素位置ずれの影響を減少またはほぼ除去できる。当業者は、データページ画像の高空間周波数成分をフィルタリングしてＨＤＳシステムのＳＮＲを最適化するのに特に有効である開口フィルタ１３として使用する、開口フィルタの種類を選択できる。図４Ｂには開口フィルタ１３を使用する空間フィルタの典型的な結果が示されている。結果として得られた回折パターンは空間的にフィルタリングされ、したがって、正方形画素は「丸く」なり、画素の位置ずれは減少する。
【００６８】
再度、図２を参照すると、本発明の一実施形態においては、開口フィルタ１３は平面１６の位置に配置できる。好ましくは、平面１６は第１付加レンズ素子１１の焦平面に一致する。開口フィルタ１３の位置ならびにその開口サイズ１４を選択することにより、データページ画像の空間周波数成分のみを通過させて、読み出しされる選択されたホログラムのＳＮＲを最大にすることができる（例えば、Ｂｅｒｎａｌらの、Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｏｐｔｉｃｓ，Ｖｏｌ３７，Ｎｏ．２３，ｐｐ５３７７−５３８５（１９９８）およびＧ．Ｗ．ＢｕｒｒおよびＭ．Ｐ．Ｂｅｒｎａｌ  Ａｒｔａｊｏｎａの「ホログラフィックデータ記憶のシステム最適化（System Optimization for Holographic Data Storage）」、Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ  Ｄａｔａ  Ｓｔｏｒａｇｅ，Ｈ．Ｊ．Ｃｏｕｆａｌ，Ｄ．Ｐｓａｌｔｉｓ，およびＧ．Ｔ．Ｓｉｎｃｅｒｂｏｘ（Ｅｄｓ）、Ｓｐｒｉｎｇｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ，２０００およびこれに含まれる参照文献を参照のこと）。例えば、レイリー基準（Rayleigh criteria）の全体または一部だけ増大されるナイキストサンプリング周波数でサンプリングするために設計された開口サイズは優れたＳＮＲを実現するのに対して、大きい開口は増大した雑音量を通過させ、また小さい開口は、少ない信号量を通過させると共に、データページホログラムのフーリエスペクトルの高い空間周波数の不十分なサンプリングに起因する画素間のクロストークを発生させる。
【００６９】
一実施形態においては、本発明の装置を使用して、位相変調モードで作動するＳＬＭを用いて記録されたデータページホログラムを読み出しできる。図２を参照すると、ＳＬＭが作動して信号ビーム３０の入射光の位相を変調する場合、記録媒体５は、結像フーリエ変換レンズ（第２結像レンズ）３の物体平面（焦平面）２１の位置に配置できる。結果として、感光性ポリマー材料８の記憶位置における記録領域のサイズは減少し、面密度は増加する。しかし、多くの理由のために、位相変調画像は振幅変調画像に変換して読み出すのが望ましい。したがって、一実施形態においては、開口フィルタ１３のＮＡ、開口１４の焦点距離および／またはサイズを選択することにより、開口フィルタ１３が位相コントラストフィルタとして作動して、位相変調ホログラフィック画像を振幅変調ホログラフィック画像に変換するようにする。
【００７０】
一実施形態においては、本発明はホログラフィック画像を記録する方法に関する。図６を参照すると、この方法は、信号ビーム３０を、ホログラフィック撮像システムを通して誘導することを含む。ホログラフィック撮像システムは、光学軸３４に沿って間隔を空けて位置する、結像レンズ素子２およびホログラフィック記録媒体５を含む。ホログラフィック撮像システムはさらに、媒体５の前面位置または前面位置近傍で、結像レンズ素子と媒体５との間に光学軸３４に沿って配置された開口フィルタ７０を有することにより、物体領域のフーリエ変換の高次の空間周波数をフィルタリングする。これにより、高次空間周波数が選択された記憶位置の外側の位置において媒体を露光することを防止する。この方法はさらに、フィルタリングされた信号ビームおよび参照ビーム９または１０を、ホログラフィック記憶媒体５上の選択された記憶位置に誘導して、フィルタリングされた信号ビームと参照ビームの交差部に干渉パターンを記録する。
【００７１】
本発明さらに、多重化ホログラムの再生の間において、記録に用いられた対応角度を基準とした参照ビームの入射角度の可変調節の必要性を低減またはほぼ無くする、多重化ホログラムの記録および読み出し方法に関する。
【００７２】
ホログラフィック記録媒体は記録の間に縮小する。結果的に、ホログラムの再生の間は、参照ビームの入射角度は一般に、調節を必要とする（すなわち、再生されるホログラムの記録に用いられた参照ビームの入射角度より大きいまたは小さい角度に調節する必要がある）。ホログラムの再生の間に、参照ビームの入射角度を改良されたブラッグ一致条件（Bragg matching condition）に調節することにより、ＳＮＲが増加する。ただし、媒体の縮小の程度は、一連の多重化ホログラム画像内の第１ホログラムから後続のホログラムにかけて変化する。再生の間における、記録に用いられた対応角度を基準とした参照ビームの入射角度の可変調節は、ホログラフィック記録媒体の可変縮小を補償する。しかし、可変調節はＨＤＳシステムの複雑性を増し、データ復元の忠実度を低下させ、また実現が難しい。
【００７３】
したがって、本発明の一実施形態は、記録の間における可変調節の必要性を実質的に無くする、多重化ホログラムの記録方法である。この実施形態においては、本発明はホログラフィック媒体内に複数のホログラフィック画像を記録する方法に関する。この方法は、（１）複数の多重化ホログラムのうちの第１ホログラムをホログラフィック記録媒体上の少なくとも１つの記憶位置に第１ビーム間角度を用いて記録すること、（２）複数の多重化ホログラムのうちの別のホログラムをホログラフィック記録媒体上の前記記憶位置に第２ビーム間角度を用いて記録することを含み、第２ビーム間角度は第１ビーム間角度より大きい。ここでの記憶位置における多重化ホログラムは、完全または部分的に重なる。ここで用いられる用語「ビーム間角度」は参照ビームの光学軸と物体ビームの光学軸との間の角度として定義される。
【００７４】
別の実施形態においては、本発明は可変調節の必要性を実質的に無くする多重化ホログラムの読み出し方法に関する。この実施形態においては、本発明はホログラフィック媒体内に記録された複数のホログラフィック画像を読み出す方法に関する。この方法は、（１）参照ビームを、第１調整角度により調整された第１入射角でホログラフィック記録媒体の記憶位置に誘導すること、（２）少なくとも１つの記憶位置内の複数の多重化ホログラムのうちの第１ホログラムを検出して、読み出すこと、（３）参照ビームを、第２調節角度により調節された第２入射角度でホログラフィック記録媒体上の前記記憶位置に誘導することを含み、前記記憶位置は第１記憶位置からずらすことができるが、前記第１記憶位置と少なくとも部分的に重なっており、さらに、（４）前記少なくとも１つの記憶位置に記録された複数の多重化ホログラムのうちの少なくとも第２ホログラムを検出して、読み出すことを含み、第１および第２調節角度はほぼ同一である。前述の方法で記録された複数の多重化ホログラムにおいては、一連の記録ホログラムについては、第２ビーム間角度が第１ビーム間角度より大きく、読み出しの間では、実行角度は前記多重化ホログラムの記録に用いられた参照ビームの対応する角度に対する最適ブラッグ一致条件からずれており、この角度ずれは、第１の多重化ホログラム縮小における０．１°から、記憶位置内で重なる最終の多重化ホログラムにおける約０．０６°の範囲である。したがって、約０．５ｍｍ範囲の記録厚みを有する媒体に関しては、読み出しの間において、各参照ビーム角度に対して広範囲の調節角度を行うことができ、優れたＳＮＲが得られる。これと異なり、一連の記録ホログラム内の第１ホログラムのビーム間角度が大きく、最後のホログラムのビーム間角度が小さくなるように多重化ホログラムが記録されている場合、角度調節範囲は、Ｂｒａｇｇずれプロフィールの全幅−半高さ（ＦＷＨＨ）より一般に大きい、約０．２°を超える。後者の場合においては、再生ホログラムのＳＮＲを大幅に低減させずに広範囲の角度調節を実現することはできない。
【００７５】
したがって、本発明は有利には、重なるかまたは部分的に重なる多重化ホログラムにおける調節角度の変化を、約０．２°未満に、好ましくは０．１°未満に、より好ましくは０．０６°未満に、さらに好ましくは０．０５°未満にできる。一実施形態においては、調節角度の変化はほぼゼロである。
【実施例】
【００７６】
本発明の装置および方法を用いて、約７５〜１００ｂｉｔ／μｍ２の面密度が記録された。ホログラフィック記録媒体は３００μｍ厚みのＡｐｒｉｌｉｓ  ＨＭＣ−０５０−Ｇ−１５−Ｃ−３００カチオン開環重合（ＣＲＯＰ）媒体を使用した。図１に示された種類の４ｆ光学システムを使用して、７５および１００個の同一位置の多重化データページホログラムを、それぞれＮ＝２６２Ｋｂｉｔ／ページで記録した。４ｆ光学システムの開口数（ＮＡ）は０．２８とし、多重化ホログラムの記憶位置の領域は０．２７ｍｍ２であった。同一位置多重化データページホログラムの読み出しは、図１に示された種類の４ｆ光学システムを用いては実行できなかった。この理由は、過剰な雑音成分が再生ホログラムのＳＮＲを、許容できない低い値（生のＢＥＲ＝１０−１）にまで大幅に低下させるためである。しかし、回折効率η≦１０Ｅ−４を有する、同一位置多重化データページホログラムの読み出しは、付加光学システムのＮＡが約０．１２５である図２の実施形態のような本発明の方法および装置を使用することによりデータペ−ジホログラムのすべてについて均等化することなく、許容できるＳＮＲ≧４．５（１０−３≦生のＢＥＲ≧６×１０−３）を達成できた。本発明の装置および方法を用いて、約１５０ｂｉｔ／μｍ２の面密度が、４００μｍ厚みのＡｐｒｉｌｉｓ  ＨＭＣ−０５０−Ｇ−１５−Ｃ−４００ホログラフィック記録媒体内に記録された。図１に示された種類の４ｆ光学システムを使用して、１５５個の同一位置多重化データページホログラムを、それぞれＮ＝２６２Ｋｂｉｔ／ページで記録した。４ｆ光学システムの開口数（ＮＡ）は０．２８とし、多重化ホログラムの記憶位置の領域は０．２７ｍｍ２であった。同一位置多重化データページホログラムの読み出しは、図１に示された種類の４ｆ光学システムを用いては実行できなかった。この理由は、過剰な雑音成分が再生ホログラムのＳＮＲを、許容できない低い値（生のＢＥＲ〜１０−１）にまで大幅に低下させるためである。
【００７７】
しかし、回折効率１０Ｅ−４≦η≦１０Ｅ−３を有する、同一位置多重化データページホログラムの読み出しは、開口フィルタ１３を有する付加光学システム２０を含む図２の実施形態のような本発明の方法および装置を使用することにより、データペ−ジホログラムのすべてについて均等化することなく、３．０〜６．０（１０−３≦生のＢＥＲ≧６×１０−３）の許容できるＳＮＲ≧４．５（１Ｅ−４≦生のＢＥＲ≧６Ｅ−３）を達成できた。この付加光学システムのＮＡは約０．１２５であった。
【００７８】
本発明を好ましい実施形態により詳細に図示し、説明してきたが、当業者には、添付の特許請求の範囲に包含される本発明の範囲から逸脱することなく、形状または細部の各種の変更が可能であることは理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】ホログラフィック記録システムの従来の４ｆ光学構成の概略図である。
【図２】本発明による装置の一実施形態の概略図である。
【図３】図２の装置の一部を示しており、ホログラフィック記録媒体が焦平面からずれた位置に置かれていることを示している。この図は、４ｆ光学機構内の参照ビームの回折部分および非回折部分の典型的光線軌道を示している。
【図４Ａ】結像された画素と検出器の画素との位置合せ不良に起因する画素位置ずれを示す概略図である。
【図４Ｂ】本発明の装置を使用して、画素位置ずれに起因する光学雑音をフィルタリングした典型的な結果を示す概略図である。
【図５Ａ】付加開口フィルタを含む、本発明の装置の一実施形態の概略図である。
【図５Ｂ】付加開口フィルタを含む、本発明の装置の一実施形態の概略図である。
【図６】ホログラフィック画像を記録する、本発明の装置の一実施形態を示す概略図である。
【符号の説明】
【００８０】
１   ＳＬＭ（空間変調器）
２   第１結像レンズ素子
３   第２結像レンズ素子
４   検出器
９（１０）参照ビーム
１１ 第１付加レンズ素子
１２ 第２付加レンズ素子
１３ 第１開口フィルタ
２０ 付加光学システム
３０ 信号ビーム
６０  第２開口フィルタ
ｆ１〜ｆ４  焦点距離
【図１】
2006527395.tif 000006
【図２】
2006527395.tif 000007
【図３】
2006527395.tif 000008
【図４Ａ】
2006527395.tif 000009
【図４Ｂ】
2006527395.tif 000010
【図５Ａ】
2006527395.tif 000011
【図５Ｂ】
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【図６】
2006527395.tif 000013
【国際調査報告】
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