(57)【要約】ダイナミックアパーチャホログラフィを実行する方法及びシステムを開示する。実施形態には複数のホログラムを感光性記録媒体に記録する方法が含まれ、この方法では複数のホログラムを記録するために互いに異なる複数の信号ビーム角度アパーチャを使用する。複数の信号ビーム角度アパーチャはより広い範囲の参照ビーム角度アパーチャの使用を促進する。複数のホログラムは一般的に多重化され、ダイナミックアパーチャホログラフィの実施形態は記録媒体に多重化されたホログラムをより高密度に詰め込むことができる。実施形態にはモノキュラー対物レンズ構造を有するダイナミックアパーチャホログラフィシステムが含まれる。【選択図】図３Ｃ
2016510931.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダイナミックアパーチャホログラフィを用いて複数のホログラムを記録する方法であって、該方法は、
第１の信号ビームを、対物レンズを通して感光性記録媒体に第１の信号ビーム角度アパーチャで投影し、
第１の参照ビームを、前記対物レンズを通して前記感光性記録媒体に第１の参照ビーム角度アパーチャで投影し、ここで、前記第１の参照ビームと前記第１の信号ビームが互いに干渉して第１の干渉パターンを形成し、前記第１の干渉パターンが前記感光性記録媒体に第１のホログラムとして記録され、
第２の信号ビームを、前記対物レンズを通して前記感光性記録媒体に、前記第１の信号ビーム角度アパーチャとサイズ、形状及び位置のうちの少なくとも一つが異なる第２の信号ビーム角度アパーチャで投影し、
第２の参照ビームを、前記対物レンズを通して前記感光性記録媒体に第２の参照ビーム角度アパーチャで投影し、ここで、前記第２の参照ビームと前記第２の信号ビームが互いに干渉して第２の干渉パターンを形成し、前記第２の干渉パターンが前記感光性記録媒体に第２のホログラムとして記録される、
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記第１のホログラムは、前記感光性記録媒体内で前記第２のホログラムと少なくとも部分的に重複することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記第１の信号ビーム角度アパーチャは前記第１の参照ビーム角度アパーチャから第１の分離角度だけ分離され、
前記第２の信号ビーム角度アパーチャは前記第２の参照ビーム角度アパーチャから第２の分離角度だけ分離される、
ことを特徴とする請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記第１の分離角度及び前記第２の分離角度の各々は、所定の最小分離角度に等しいかそれより大きいことを特徴とする請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記第１の分離角度と前記第２の分離角度は、所定の最小分離角度差以上の分離角度差だけ異なることを特徴とする請求項４記載の方法。
【請求項６】
第３の信号ビームを、対物レンズを通して感光性記録媒体に、前記第１及び第２の信号ビーム角度アパーチャとサイズ、形状及び位置のうちの少なくとも一つが異なる第３の信号ビーム角度アパーチャで投影し、
第３の参照ビームを、前記対物レンズを通して前記感光性記録媒体に第３の参照ビームアパーチャ角度で投影し、ここで、前記第３の参照ビームと前記第３の信号ビームが互いに干渉して第３の干渉パターンを形成し、前記第３の干渉パターンが前記感光性記録媒体に第３のホログラムとして記録され、
第４の信号ビームを、前記対物レンズを通して前記感光性記録媒体に、前記第１、第２及び第３の信号ビーム角度アパーチャと異なる第４の信号ビーム角度アパーチャで投影し、
第４の参照ビームを、前記対物レンズを通して前記感光性記録媒体に第４の参照ビーム角度アパーチャで投影し、ここで、前記第４の参照ビームと前記第４の信号ビームが互いに干渉して第４の干渉パターンを形成し、前記第４の干渉パターンが前記感光性記録媒体に第４のホログラムとして記録される、
ことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記第１、第２、第３及び第４のホログラムの各々は、前記感光性記録媒体内で前記第１、第２、第３及び第４のホログラムの他の全てと少なくとも部分的に重複することを特徴とする請求項６記載の方法。
【請求項８】
前記第１の信号ビーム角度アパーチャは前記第１の参照ビーム角度アパーチャから第１の分離角度だけ分離され、
前記第２の信号ビーム角度アパーチャは前記第２の参照ビーム角度アパーチャから第２の分離角度だけ分離され、
前記第３の信号ビーム角度アパーチャは前記第３の参照ビーム角度アパーチャから第３の分離角度だけ分離され、
前記第４の信号ビーム角度アパーチャは前記第４の参照ビーム角度アパーチャから第４の分離角度だけ分離される、
ことを特徴とする請求項７記載の方法。
【請求項９】
前記第１、第２、第３及び第４の分離角度の各々は、所定の最小分離角度に等しいかそれより大きいことを特徴とする請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記第１の分離角度と前記第３の分離角度は互いに略等しく、前記第２の分離角度と前記第４の分離角度は互いに略等しい、ことを特徴とする請求項９記載の方法。
【請求項１１】
前記第１の分離角度と前記第２の分離角度は、所定の最小分離角度差以上の分離角度差だけ相違することを特徴とする請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
前記所定の最小分離角度差は、少なくとも２０度であることを特徴とする請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
前記所定の最小分離角度は、１５度から１００度の間であることを特徴とする請求項１１記載の方法。
【請求項１４】
前記所定の最小分離角度は少なくとも２０度であり、前記所定の最小分離角度差は少なくとも３０度である、ことを特徴とする請求項１１記載の方法。
【請求項１５】
前記第１の信号ビーム角度アパーチャはある参照ビーム角度アパーチャから前記所定の最小分離角度未満の角度で分離され、
該参照ビーム角度アパーチャは前記第２、第３及び第４の参照ビーム角度アパーチャからなる群から選ばれる、
ことを特徴とする請求項１０記載の方法。
【請求項１６】
前記第１の信号ビーム角度アパーチャは、前記第３の参照ビーム角度アパーチャから前記所定の最小分離角度未満の角度だけ分離されることを特徴とする請求項１１記載の方法。
【請求項１７】
前記第１の信号ビーム角度アパーチャは、前記第２、第３及び第４の参照ビーム角度アパーチャからなる群から選ばれる参照ビーム角度アパーチャと重なることを特徴とする請求項７記載の方法。
【請求項１８】
前記第１の信号ビーム角度アパーチャは、前記第３の参照ビーム角度アパーチャと重なることを特徴とする請求項１１記載の方法。
【請求項１９】
前記第１、第２、第３及び第４のホログラムは複数のホログラムの組に含まれ、
前記複数のホログラムの組は少なくとも１５０のホログラムを含み、
前記複数のホログラムの組に含まれる各ホログラムは、前記感光性記録媒体内で前記複数のホログラムの組に含まれる他のすべてのホログラムと少なくとも部分的に重複する、
ことを特徴とする請求項１５記載の方法。
【請求項２０】
前記複数のホログラムの組は１つのスタックに角度多重されることを特徴とする請求項１９記載の方法。
【請求項２１】
前記第１のホログラム及び前記第３のホログラムはパリティデータではなく入力データを格納するために使用され、
前記第２のホログラム及び前記第４のホログラムは入力データではなくパリティデータを格納するために使用され、
前記第２の信号ビーム角度アパーチャは前記第１の信号ビーム角度アパーチャより小さく、
前記第４の信号ビーム角度アパーチャは前記第３の信号ビーム角度アパーチャより小さい、
ことを特徴とする請求項６記載の方法。
【請求項２２】
前記第１のホログラム及び前記第３のホログラムはパリティデータではなく入力データを格納するために使用され、
前記第２のホログラム及び前記第４のホログラムは入力データではなくパリティデータを格納するために使用され、
前記第２の信号ビーム角度アパーチャは前記第１の信号ビーム角度アパーチャより小さく、
前記第４の信号ビーム角度アパーチャは前記第３の信号ビーム角度アパーチャより小さい、
ことを特徴とする請求項１１記載の方法。
【請求項２３】
ダイナミックアパーチャホログラフィを用いて複数のホログラムを記録する方法であって、該方法は、
第１の信号ビームを感光性記録媒体に第１の信号ビーム角度アパーチャで投影し、
第１の参照ビームを前記感光性記録媒体に第１の参照ビーム角度アパーチャで投影し、
ここで、前記第１の参照ビームと前記第１の信号ビームが互いに干渉して第１の干渉パターンを形成し、前記第１の干渉パターンが前記感光性記録媒体に第１のホログラムとして記録され、
前記第１の信号ビーム角度アパーチャは前記第１の参照ビーム角度アパーチャから第１の分離角度だけ分離されていること、
第２の信号ビームを前記感光性記録媒体に、前記第１の信号ビーム角度アパーチャと異なる第２の信号ビーム角度アパーチャで投影し、
第２の参照ビームを前記感光性記録媒体に、第２の参照ビーム角度アパーチャで投影し、
ここで、前記第２の参照ビームと前記第２の信号ビームが互いに干渉して第２の干渉パターンを形成し、前記第２の干渉パターンが前記感光性記録媒体に第２のホログラムとして記録され、
前記第２の信号ビーム角度アパーチャは前記第２の参照ビーム角度アパーチャから第２の分離角度だけ分離されていること、
第３の信号ビームを前記感光性記録媒体に、前記第１及び第２の信号ビーム角度アパーチャと異なる第３の信号ビーム角度アパーチャで投影し、
第３の参照ビームを前記感光性記録媒体に、第３の参照ビーム角度アパーチャで投影し、
ここで、前記第３の参照ビームと前記第３の信号ビームが互いに干渉して第３の干渉パターンを形成し、前記第３の干渉パターンが前記感光性記録媒体に第３のホログラムとして記録され、
前記第３の信号ビーム角度アパーチャは前記第３の参照ビーム角度アパーチャから第３の分離角度だけ分離されていること、
第４の信号ビームを前記感光性記録媒体に、前記第１、第２及び第３の信号ビーム角度アパーチャと異なる第４の信号ビーム角度アパーチャで投影し、
第４の参照ビームを前記感光性記録媒体に、第４の参照ビーム角度アパーチャで投影し、
ここで、前記第４の参照ビームと前記第４の信号ビームが互いに干渉して第４の干渉パターンを形成し、前記第４の干渉パターンが前記感光性記録媒体に第４のホログラムとして記録され、
前記第４の信号ビーム角度アパーチャは前記第４の参照ビーム角度アパーチャから第４の分離角度だけ分離されていること、及び
前記第１、第２、第３及び第４の分離角度は所定の最小分離角度に等しいかそれより大きいこと、
を特徴とする方法。
【請求項２４】
前記所定の最小分離角度は少なくとも１５度であることを特徴とする請求項２３記載の方法。
【請求項２５】
前記第１、第２、第３及び第４のホログラムの各々は、前記感光性記録媒体内で前記第１、第２、第３及び第４のホログラムの他の全てと少なくとも部分的に重複することを特徴とする請求項２４記載の方法。
【請求項２６】
ダイナミックアパーチャホログラフィを用いて複数のホログラムを記録する方法であって、該方法は、
第１の信号ビームを、対物レンズを通して感光性記録媒体に第１の信号ビーム角度アパーチャで投影し、
第１の参照ビームを、前記対物レンズを通して前記感光性記録媒体に第１の参照ビーム角度アパーチャで投影し、
ここで、前記第１の参照ビームと前記第１の信号ビームが互いに干渉して第１の干渉パターンを形成し、前記第１の干渉パターンが前記感光性記録媒体に第１のホログラムとして記録され、
前記第１の信号ビーム角度アパーチャは前記第１の参照ビーム角度アパーチャから第１の分離角度だけ分離されていること、
第２の信号ビームを、前記対物レンズを通して前記感光性記録媒体に、前記第１の信号ビーム角度アパーチャと異なる第２の信号ビーム角度アパーチャで投影し、
第２の参照ビームを、前記対物レンズを通して前記感光性記録媒体に、前記第１の参照ビーム角度アパーチャと異なる第２の参照ビーム角度アパーチャで投影し、
ここで、前記第２の参照ビームと前記第２の信号ビームが互いに干渉して第２の干渉パターンを形成し、前記第２の干渉パターンが前記感光性記録媒体に第２のホログラムとして記録され、
前記第２の信号ビームは前記第２の参照ビームから第２の分離角度だけ分離されていること、
第３の信号ビームを、前記対物レンズを通して感光性記録媒体に、前記第１及び第２の信号ビーム角度アパーチャと異なる第３の信号ビーム角度アパーチャで投影し、
第３の参照ビームを、前記対物レンズを通して前記感光性記録媒体に第３の参照ビーム角度アパーチャで投影し、
ここで、前記第３の参照ビームと前記第３の信号ビームが互いに干渉して第３の干渉パターンを形成し、前記第３の干渉パターンが前記感光性記録媒体に第３のホログラムとして記録され、
前記第３の信号ビームは前記第３の参照ビームから第３の分離角度だけ分離されていること、
第４の信号ビームを前記対物レンズを通して前記感光性記録媒体に、前記第１、第２及び第３の信号ビーム角度アパーチャと相違する第４の信号ビーム角度アパーチャで投影し、
第４の参照ビームを、前記対物レンズを通して前記感光性記録媒体に、前記第１、第２及び第３の参照ビーム角度アパーチャと相違する第４の参照ビーム角度アパーチャで投影し、
ここで、前記第４の参照ビームと前記第４の信号ビームが互いに干渉して第４の干渉パターンを形成し、前記第４の干渉パターンが前記感光性記録媒体に第４のホログラムとして記録され、
前記第４の信号ビームは前記第４の参照ビームから第４の分離角度だけ分離されていること、
前記第１、第２、第３及び第４の分離角度は所定の最小分離角度より大きいこと、
前記第１、第２、第３及び第４のホログラムの各々は前記感光性記録媒体内で前記第１、第２、第２及び第４のホログラムの他の全てと少なくとも部分的に重複すること、
前記第１の信号ビーム角度アパーチャは特定の参照ビーム角度アパーチャから前記所定の最小分離角度未満の角度で分離されていること、及び
前記特定の参照ビーム角度アパーチャは前記第２、第３及び第４の参照ビーム角度アパーチャからなる群から選ばれること、
を特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本発明は、２０１３年１月２３日の出願された米国特許出願第６１／７５５，８９３号及び２０１３年５月１日に出願された米国特許出願第１３／８７５，０７１号の優先権を主張するものである。米国特許出願第６１／７５５，８９３号及び同第１３／８７５，０７１号は本出願と発明者が同じであり、それらの全開示内容は参照することにより本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本発明は概して、ホログラフィックデータストレージに関する。
【背景技術】
【０００３】
高密度データストレージは大きな需要があり、ホログラフィック技術は他のデータストレージ技術と比較してより高い密度でデータを格納することができる。ホログラフィックデータストレージはまた、他の光ストレージ技術及び磁気テープベースのデータストレージと比較してデータの記録及び読出しのための転送速度をより高速にすることができる。
【０００４】
ホログラフィックデータストレージは概して、データを含むように光ビームを変調し、変調された光ビームは信号ビームと呼ばれることが多い。光ビームは一般に、明画素及び暗画素の２次元パターンの像を含むように変調される。信号ビームと参照ビームとで生成された干渉パターンが一般に感光性記録媒体の三次元体積にホログラムとして記録される。ホログラムは回折格子を構成し、当業者によく知られているように、プローブビームを使ってこの回折格子から画素パターン像の複製を含む信号ビームの複製を生成することができる。プローブビームは一般にホログラムを記録するために使用した参照ビーム（又はその共役）と同じもしくは略同じものとする。信号ビームの複製は再構成信号ビームということができ、画素パターン像の複製は画素パターンの再構成像又はホログラフィック像と言うことができる。
【０００５】
ホログラムの三次元記録は感光性記録媒体の内部体積をデータストレージのために使用することを促進する。対照的に、非ホログラフィック光データストレージ技術は通常データをストレージ媒体の表面上の二次元領域に記録する。記録媒体表面下に複数のデータ記録層が存在する変形例が知られているが、非ホログラフィック光データストレージの記録密度を増大するためにこのような複数層技術を利用できる範囲は、通常複数の層により生じる光散乱によって制限される。
【０００６】
ホログラフィックデータストレージには、それぞれ個別の画素パターンを含む複数のホログラムを記録媒体の共通の体積内に、記録された複数のホログラム（即ち、複数の回折格子）が共通の体積内で互いに少なくとも部分的に重なるように、記録する技術がある。このような技術は一般に多重又はマルチプレックスホログラフィと称され、少なくとも部分的に重複するホログラムは多重されるとも称される。個別のホログラフィック像は当業者によく知られている適切な再構成技術を使用して多重ホログラムから再構成することができる。既知の多重技術には、角度、波長、コリニア、及びポリトピック多重があるが、これらに限定されない。
【０００７】
データ記憶密度を増大するためにこれらの多重技術を組み合わせることができる。例えば、一つの角度多重ホログラムのスタックを隣の角度多重ホログラムのスタックと部分的に重複させるが、完全な重複から少なくともビームウェストだけオフセットさせて記録することができる。このように構成すると、一つのスタック及び隣のスタック内に存在するホログラムはポリトピカルに多重されているということができる。
【０００８】
データストレージの要求は増加し続けており、データ記録密度の向上が要求されている。従って、データをホログラフィックに記録できる密度を高める新技術が必要とされている。新技術は既知の多重化方法と組み合わせることができれば追加の利点になり得る。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】モノキュラー構造を含むホログラフィックデータストレージシステムの一実施形態の垂直断面図を示す。
【図２Ａ】モノキュラー構造を含むホログラフィックデータストレージシステムの一実施形態の垂直断面図を示す。
【図２Ｂ】図２Ａに示す垂直断面を有する光ビームについて、ビーム角度アパーチャマップに示されたビーム角度アパーチャを示す。
【図３Ａ】本発明の一実施形態によるダイナミックアパーチャホログラフィを実行するように構成された、モノキュラー構造を含むホログラフィックデータストレージシステムの垂直断面図を示す。
【図３Ｂ】本発明の一実施形態によるダイナミックアパーチャホログラフィを実行するように構成された、モノキュラー構造を含むホログラフィックデータストレージシステムの垂直断面図を示す。
【図３Ｃ】本発明の一実施形態によるダイナミックアパーチャホログラフィを実行するように構成された、モノキュラー構造を含むホログラフィックデータストレージシステムの垂直断面図を示す。
【図４】本発明の一実施形態によるダイナミックアパーチャホログラフィを使用する方法を示す。
【図５Ａ】ダイナミックアパーチャホログラフィの一実施形態を実行するように構成された、モノキュラー構造を含むホログラフィックデータストレージシステムの部分垂直断面図を示す。
【図５Ｂ】図５Ａに示す垂直断面を有する光ビームについて、ビーム角度アパーチャマップに示されたビーム角度アパーチャを示す。
【図５Ｃ】図５Ａ及び５Ｂの図に対応する、データ符号化要素の外形に重ね合わせた対物レンズの外形を示す。
【図６Ａ】ダイナミックアパーチャホログラフィの一実施形態を実行するように構成された、モノキュラー構造を含むホログラフィックデータストレージシステムの部分垂直断面図を示す。
【図６Ｂ】図６Ａに示す垂直断面を有する光ビームについて、ビーム角度アパーチャマップに示されたビーム角度アパーチャを示す。
【図６Ｃ】図６Ａ及び６Ｂの図に対応する、データ符号化要素の外形に重ね合わせた対物レンズの外形を示す。
【図７Ａ】ダイナミックアパーチャホログラフィの一実施形態を実行するように構成された、モノキュラー構造を含むホログラフィックデータストレージシステムの部分垂直断面図を示す。
【図７Ｂ】図７Ａに示す垂直断面を有する光ビームについて、ビーム角度アパーチャマップに示されたビーム角度アパーチャを示す。
【図７Ｃ】図７Ａ及び７Ｂの図に対応する、データ符号化要素の外形に重ね合わせた対物レンズの外形を示す。
【図８Ａ】ダイナミックアパーチャホログラフィの一実施形態を実行するように構成された、モノキュラー構造を含むホログラフィックデータストレージシステムの部分垂直断面図を示す。
【図８Ｂ】図８Ａに示す垂直断面を有する光ビームについて、ビーム角度アパーチャマップに示されたビーム角度アパーチャを示す。
【図８Ｃ】図８Ａ及び８Ｂの図に対応する、データ符号化要素の外形に重ね合わせた対物レンズの外形を示す。
【図９】図５Ａ、図６Ａ、図７Ａ及び図８Ａに示す垂直断面を有するとともに図５Ｂ、図６Ｂ、図７Ｂ及び図８Ｂに示す角度アパーチャを有する光ビームについて、ビーム角度アパーチャマップに示されたビーム角度アパーチャを示す。
【図１０】本発明の一実施形態によるダイナミックアパーチャホログラフィを実行するように構成された、モノキュラー構造を含むホログラフィックデータストレージシステムの垂直断面図を示す。
【図１１Ａ】ホログラフィック記録媒体の実空間分布の断面を示す図である。
【図１１Ｂ】ホログラフィック記録媒体のｋ空間分布の断面を示す図である。
【図１２Ａ】角度多重化を用いて得られる、ホログラフィック記録項のｋ空間分布の断面を示す図である。
【図１２Ｂ】本発明の一実施形態による、ダイナミックアパーチャホログラフィを角度多重化と組み合わせて用いて得られる、ホログラフィック記録項のｋ空間分布の断面を示す図である。
【図１３】本発明の一実施形態による、ダイナミックアパーチャホログラフィを角度多重化と組み合わせて用いて得られる、ホログラフィック記録項のｋ空間分布の断面を示す図である。
【図１４Ａ】本発明の一実施形態によるアパーチャ軌跡の複数回共有について、ビーム角度アパーチャマップに示されたビーム角度アパーチャを示す。
【図１４Ｂ】本発明の一実施形態によるアパーチャ軌跡の複数回共有について、ビーム角度アパーチャマップに示されたビーム角度アパーチャを示す。
【図１５】コリニアホログラフィックデータストレージシステムのシステム図を示す。
【図１６】コリニアホログラフィック記録のためのＳＬＭパターン及び角度アパーチャマップを示す。
【図１７】図１７Ａ−１７Ｃは本発明の一実施形態によるコリニアシステムを用いてダイナミックアパーチャホログラフィを実行する方法を説明する図である。
【図１８】ホログラフィックの一実施形態によるコンピュータシステムを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明によるダイナミックアパーチャホログラフィの種々の実施形態は、ダイナミックアパーチャホログラフィを実行する装置、システム、及び方法を含む。その装置、システム及び方法はホログラフィックデータの記録密度の向上をもたらす。実施形態は複数のホログラムを感光性記録媒体に記録する方法を含み、本方法では複数のホログラムの記録に使用される複数の信号ビームの角度アパーチャが互いに異なる。複数のホログラムは、必ずではないが、一般的に多重化され（即ち、媒体の共通体積に部分的に互いに重なり）、ダイナミックアパーチャホログラフィの実施形態によれば多重化されたホログラムを記録媒体内に高密度に詰め込むことができる。
【００１１】
例えば、角度多重をダイナミックアパーチャホログラフィと組み合わせる場合、角度多重ホログラムのスタックは、ダイナミックアパーチャホログラフィなしで角度多重を使用する場合より多数のホログラムを含むことができ、それらにより多量のデータを存在させることができる。このデータ密度の向上は、必ずではないが、一般的に、信号ビームと参照ビームが共通の対物レンズを共有するモノキュラー構造を有するホログラフィックデータ記録装置を用いて実現される。対物レンズは、一般的に、信号ビーム又は参照ビームが感光性記録媒体に入る前に通過する最後のレンズである。
【００１２】
当業者は、モノキュラー構造を用いるホログラフィックデータストレージは「Monocular Holographic Data Storage System Architecture」と題する米国特許第７７４２２０９号明細書などの先行技術文献に充分に開示されていることを認識されよう。この特許明細書は参照することにより本明細書に組み込まれる。ダイナミックアパーチャホログラフィは他の多重化技術、例えばそれに限定されないが、コリニア多重化技術と組み合わせることができる。
【００１３】
信号ビームの角度アパーチャは、記録媒体表面に入射する信号ビームの全ての光線角度の集合からなる。光線角度は記録媒体表面の法線に対して決定される。
【００１４】
当業者に良く知られる従来の角度多重化では、各信号ビームが他の信号ビームの角度アパーチャと同一の角度アパーチャを有する複数の信号ビームの使用によって複数のホログラムが感光性記録媒体の共通体積に生成される。一般的には共通体積で完全に重なり合う複数のホログラムはスタックということができる。スタック内の複数のホログラムの各々は、ホログラムのスタックを記録するために使用する複数の参照ビームの中でそれぞれユニークな参照ビーム角度アパーチャを有する参照ビームを用いて記録される。従って、角度多重ホログラムの単一スタックを記録するために使用する複数の参照ビームはある角度範囲に含まれる複数の角度アパーチャを有する。この角度範囲は参照ビーム角度アパーチャ軌跡(locus)ということができる。
【００１５】
モノキュラー構造（モノキュラー対物レンズ構造ともいう）を備えるホログラフィック記録システムは、信号ビームと参照ビームの双方で共有される単一の対物レンズを含む。角度多重化が、例えばモノキュラー対物レンズ構造を有する装置で実行される場合、参照ビームの角度アパーチャ軌跡は信号ビームの角度アパーチャ軌跡によって制限される。これは、参照ビームの角度アパーチャは信号ビームの角度アパーチャから一般に少なくとも最小の角度で分離されなければならないためである。信号ビームの角度アパーチャと参照ビームの角度アパーチャが最も近い場所で信号ビームの角度アパーチャが参照ビームの角度アパーチャから分離される角度を分離角度という。
【００１６】
少なくとも最小の分離角度が維持されない場合には、ホログラフィック記録密度は通常低下する。従って、所望のホログラフィック記録密度を達成するためには、少なくとも最小の分離角度を維持するために参照ビームの角度アパーチャ軌跡が制限される。従来の角度多重化で記録されるホログラムのスタックに記録される全てのホログラムにおいて、信号ビームの角度アパーチャは、本質的に互いに等しいことに注意されたい。
【００１７】
図１、図２Ａ及び２Ｂに、モノキュラー構造を具体化したホログラム記録システム１００が、ダイナミックアパーチャホログラフィなしの場合の角度多重化について示されている。光源１１０は光ビーム１１２を発生し、光ビームはコリメータレンズ１１５を通過して平行光ビーム１２１を生成する。光源は、必ずではないが、一般的に外部空洞を備え且つ約４０５ｎｍでシングルモード状態で動作するように調整されたダイオードレーザである。ビームスプリッタ１２０が平行光ビーム１２１を初期信号ビーム１２３と初期参照ビーム１２２に分割する。ホログラフィック記録システム１００は更に、再構成ホログラフィック像を読み取る検出器１４２を備える。検出器１４２は一般にホログラムを記録する役割をなさない。
【００１８】
初期信号ビーム１２３は偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１３９を通って空間光変調器（ＳＬＭ）１４０へ伝播する。ＳＬＭ１４０は初期信号ビーム１２３を変調し、ビームに明暗画素パターンの像を与えることによって信号ビーム１４３を生成する。信号ビーム１４３はＳＬＭ１４０から対物レンズ１４５を通って感光性記録媒体１５８内に伝播する。信号ビーム１４３の光線は記録媒体１５８の外表面１６２に、外表面の法線１６４に対してある範囲の入射角度で入射する。信号ビーム１４３の入射角度の完全集合を信号ビームの角度アパーチャ１７０という。
【００１９】
信号ビームの角度アパーチャ１７０は図２Ｂに示されている。図２Ｂは角度アパーチャマップであり、信号ビームの角度アパーチャ１７０が２次元プロットとして示されている。図２Ｂの角度アパーチャマップは信号ビームの角度アパーチャ１７０を示し、ｘ成分が−５．０度から＋５８．２度まで及びｙ成分が−５８．２度から＋５８．２度までの範囲の光線入射角度からなる。図２Ａにはｘ成分のみが示され、この図ではｙ成分は紙面に垂直になる。円１６９は対物レンズ１４５による最大可能なビーム角度アパーチャを取り囲み、これは０．８５の開口数（ＮＡ）及び１１６．４度のレンズアパーチャ角度を有する対物レンズを用いた場合である。
【００２０】
感光性記録媒体１５８は一般に２つの基板構造１６３の間に挟まれた感光性記録層１６０を備える。基板構造１６３は通常熱可塑性材料からなり、感光性記録層は一般にポリマーマトリクス内に感光性モノマを含有する。
【００２１】
信号ビーム１４３は参照ビーム１３３Ａと干渉して干渉パターンを生成し、この干渉パターンが感光性記録層１５８内にホログラムとして記録される。次に、別の信号ビームが別の参照ビーム１３３Ｂと干渉して別の干渉パターンを生成し、この干渉パターンが感光性記録層１５８に別のホログラムとして記録される。信号ビーム１２３と他の信号ビームは同一のビーム角度アパーチャを有する。従って、図１及び図２Ａに示す信号ビーム１２３は他の信号ビームも表すことができる。
【００２２】
参照ビーム１３３Ａ及び他の参照ビーム１３３Ｂは初期参照ビーム１２２から次のように生成される。初期参照ビーム１２２はミラー１２５によりビーム指向装置１２７へ反射され、参照ビーム１３３Ａ又は他の参照ビーム１３３Ｂがレンズ１３０に向けられる。ビーム指向装置１２７で反射される前は、その光ビームは初期参照ビーム１２２と呼ばれ、ビーム指向装置１２７で反射された後は、その光ビームは参照ビーム１３３Ａ又は他の参照ビーム１３３Ｂと呼ばれる。ビーム指向装置１２７は、入射する初期参照ビーム１２２を様々な角度で反射するように規定の範囲に亘って回転するよう構成されたミラーガルバノメータである。従って、参照ビームの角度アパーチャは一般にビーム指向装置１２７により調整される。ビーム指向装置１２７の回転は回転矢印１２９により示されている。
【００２３】
参照ビーム１３３Ａ又は他の参照ビーム１３３Ｂはレンズ１３０、対物レンズ１４５を通過して感光性記録媒体１５８に入る。参照ビーム１３３Ａ内の光線は、記録媒体の法線に対して、ｘ成分が−５０．０度及びｙ成分が０．０度で記録媒体１５８に入射する。この参照ビームの入射角度はまとめて参照ビーム角度アパーチャ１７６という。図１及び図２に座標ｘ,ｙ及びｚが座標記号１０２で示されている。参照ビーム角度アパーチャ１７６は図２Ｂに示されている。
【００２４】
参照ビームの角度アパーチャ１７６及び他の参照ビーム角度アパーチャ１７８が図２Ｂの角度アパーチャマップ上にプロットされている。図２Ｂに示すように、参照ビームの角度アパーチャ１７６はｘ成分が−５０．０度及びｙ成分が０．０度で入射する光線角度の集合からなる。実際には、参照ビーム角度アパーチャ１７６は、ｘ＝−５０．０度及びｙ＝０．０度として規定される単一角度を中心に集まる多数の角度を含む。しかしながら、参照ビームの角度アパーチャの多数の角度は極めて密に集まるため、参照ビームの角度アパーチャ１７６はｘ＝−５０．０度及びｙ＝０．０度の１つの角度からなるものとみなすことができる。高効率の角度多重のためには通常参照ビームの角度アパーチャの精密制御が必要とされ、多重されたホログラムのスタック内の２つのホログラムは、それらの参照ビームの角度アパーチャ間の差が０．０７５度ぐらい小さい場合に適切に分解することができる。
【００２５】
図１に示すように、ビーム指向装置１２７は、初期参照ビーム１２２を参照ビーム１３３Ａの角度と異なる角度でレンズ１３０を通るように再指向するために回転される。従って、別の参照ビーム１３３Ｂが対物レンズ１４５を通って伝播してｘ＝−３０．０度及びｙ＝０．０度の入射角度で記録媒体外表面１６２に入射する。他の参照ビームの入射角度はまとめて他の参照ビーム角度アパーチャ１７８と呼び、図２Ｂに示されている。図２Ｂは角度アパーチャマップであり、その上に他の参照ビーム角度アパーチャ１７８が二次元プロットして示されている。図２Ｂの角度アパーチャマップはｘ成分が−３０．０度及びｙ成分が０．０度で入射する光線角度の集合からなる他の参照ビームの角度アパーチャ１７８を示す。実際には、他の参照ビームの角度アパーチャ１７８はｘ＝−３０．０度及びｙ＝０．０度として規定される単一角度を中心に集まる多数の角度を含む。しかしながら、参照ビーム角度アパーチャ１７６について前述したように、他の参照ビーム角度アパーチャ１７８はｘ＝−３０．０度及びｙ＝０．０度の１つの角度からなるものとみなすことができる。
【００２６】
分離角度１９０は他の参照ビーム角度アパーチャ１７８と信号ビーム角度アパーチャ１７０との間の最小の差である。図２Ｂに最もよく示されるように、参照ビームの角度アパーチャ１７６と他の参照ビームの角度アパーチャ１７８は信号ビーム角度アパーチャ１７０と重ならない。重ならないビーム角度アパーチャは互いに素であるということができる。従って、２つのビーム角度アパーチャが互いに素である場合、２つのビーム角度アパーチャは共通の光線入射角度を共有しない。同様に、一組の参照ビームに対するビーム角度アパーチャの範囲（ビーム角度アパーチャ軌跡と呼ばれることもある）が一組の信号ビームに対する信号ビームの角度アパーチャ軌跡と重ならない場合、参照ビームの角度アパーチャ軌跡と信号ビームの角度アパーチャ軌跡は共通の光線入射角度を含まない。従って、両軌跡は互いに素であるということができる。
【００２７】
図１、図２Ａ及び２Ｂに従って記録される多重ホログラムのスタックは参照ビーム１３３Ａで記録されたホログラムと、他の参照ビーム１３３Ｂで記録された別のホログラムとからなる。図２Ｂに最もよく示されるように、他の参照ビームの角度アパーチャ１７８が信号ビームの角度アパーチャのニアエッジ１７２に最も近接して存在し、２５．０度の分離角度１９０が他の参照ビーム角度アパーチャ１７８と信号ビーム角度アパーチャ１７０を分離している。信号ビーム角度アパーチャ１７０は他の信号ビーム角度アパーチャと同じであり、従って信号ビーム１４３及び他の信号ビームからなる一組の信号ビームに対する信号ビーム角度アパーチャ軌跡も同じである。図１、図２Ａ及び２Ｂに示すシステム１００に対して、参照ビーム角度アパーチャとその各自の信号ビーム角度アパーチャとの間の最小分離角度は２２．５度に決定されていることに注意されたい。他の信号ビーム及び信号ビームは同じビーム角度アパーチャを有するために、図１及び図２Ａでは信号ビーム１４３のみが示されている。同様に、信号ビーム角度アパーチャ１７０のみが図２Ｂにマップされている。
【００２８】
参照ビーム１３３Ａ及び他の参照ビーム１３３Ｂに対する参照ビーム角度アパーチャ軌跡１８０は２０．０度のｘ成分の角度範囲からなる。従って、角度多重ホログラムを０．１０４°の隣接参照ビーム角度アパーチャ間の最小差でスタックし得るホログラフィック記録装置に対して、参照ビーム角度アパーチャ軌跡１８０は１９２のホログラムをスタックに記録するのに十分である。
【００２９】
図１、図２Ａ及び２Ｂに示す上述のホログラフィと対照的に、本発明によるダイナミックアパーチャホログラフィの実施形態は、互いに異なるビーム角度アパーチャを有する複数の信号ビームを用いて複数のホログラムを記録する。異なるビーム角度アパーチャは、以下に述べるように、より大きな範囲の参照ビーム角度アパーチャ（即ち、より大きな参照ビーム角度アパーチャ軌跡）の使用を可能にする。ダイナミックアパーチャホログラフィなしの場合には、いくつかの参照ビーム角度アパーチャが、一定である複数の信号ビーム角度アパーチャ（即ち、すべて同一の複数の信号ビーム角度アパーチャ）に侵入し、最小分離角度が維持されなくなるために、使用が許されない。しかしながら、信号ビーム角度アパーチャを変化させることによって、信号ビーム角度アパーチャが、少なくとも最小の分離角度を維持しながら、これまでは許されなかった参照ビーム角度アパーチャの多くを受け入れるように変更されるために、これまでは許されなかった参照ビーム角度アパーチャの多くが使用可能になる。従って、より大きな参照ビーム角度アパーチャ軌跡が容易になり、その結果として多重ホログラムのスタックを記録するために使用し得るより多くのユニークな参照ビームを得ることができる。従って、より多くのホログラムを例えば角度多重ホログラムのスタックに多重化することができる。さらに、幾つかのホログラムを、ダイナミックアパーチャホログラフィを用いないときよりも大きく、すなわちよりデータを含むように、することができる。よって、データ記録密度が増大する。
【００３０】
用語
本セクションにおいて引用符（「」）で示された語及び句は、文脈において特に明確な指示がない限り、本用語セクションにおいてそれらに当てられた意味が、請求の範囲を含む本明細書全体を通してそれらに対し適用されることを意図している。さらに、適宣、指定された定義は、語又は句にかかわらず、定義された語又は句の単数及び複数の変形物に適用されるものである。
【００３１】
文脈において特に明確な指示がない限り、本明細書及び請求の範囲で使用される用語「又は」は排他的であることを意味せず、むしろ、該用語は包括的であり、「いずれか又は双方」を意味する。
【００３２】
本明細書中の「一つの実施形態」、「一実施形態」、「別の実施形態」、「好ましい実施形態」、「代替実施形態」、「一つの変形例」、「一変形例」、及び類似の句は、該実施形態又は変形例に関連して記載された具体的な特性、構造、又は特徴が、本発明の少なくとも１つの実施形態又は変形例に包含されることを意味する。本特許出願の様々な箇所で使用される「一つの実施形態において」、「一つの変形例において」又は類似の句は、必ずしも全てが同じ実施形態又は変形例を指すことを意味するものではない。
【００３３】
本明細書及び添付の請求の範囲で使用される用語「直接結合」は、特定の要素、コンポーネント、又は物体の間の物理的接続で、それらの間に他の要素、コンポーネント又は物体が存在しない物理的接続を直接結合という。
【００３４】
本明細書及び添付の請求の範囲で使用される用語「概して」は、ほとんど又は大部分を意味する。
【００３５】
本明細書及び添付の請求の範囲で分離角度に関して使用される用語「略等しい」は、互いに２度以内の分離角度を指す。
【００３６】
本明細書及び添付の請求の範囲で空間光変調器又は他のデータ符号化要素の部分に関して使用される用語「活性」及び「活性状態」は、明暗画素の組み合わせで符号化されたデータを含む部分を指す。データ符号化要素の活性部分の明暗画素の組み合わせの像が一般に感光性記録媒体にホログラムとして記録される。
【００３７】
本明細書及び添付の請求の範囲で空間光変調器又は他のデータ符号化要素の部分に関して使用される用語「不活性」及び「不活性状態」は、符号化されたデータを含まない部分を指す。不活性部分の画素は一般に感光性記録媒体に記録されるホログラムに現れない。
【００３８】
本明細書及び添付の請求の範囲で使用される「ビーム角度アパーチャ」、「ビームの角度アパーチャ」及び類似の用語は、記録媒体外表面に入射する光ビームの全ての光線の角度の集合を指す。光線の角度は記録媒体外表面に垂直な軸（即ち該表面の法線）に対して決定される。光線の角度は２つの成分（一般にｘ及びｙで示される）を有し、従って平面上の点として表すことができる。従って、ビーム角度アパーチャは上述したように記録媒体表面に入射する光ビームの全ての光線の角度の集合を表す点の集合の２次元プロットとして表現することができる（すなわち、点の集合がビーム角度アパーチャを表す）。このような表現は角度アパーチャマップ上に示すことができる。ビーム角度アパーチャマップは一般にｘ及びｙで示す２つの直交軸を含む。
【００３９】
ビーム角度アパーチャは、レンズ焦点から見たレンズアパーチャの見かけの角度を指すレンズアパーチャ角度（レンズ角度アパーチャと呼ばれることもある）と混同してはならない。ビーム角度アパーチャはビームが通過する対物レンズの関数であるため、ビーム角度アパーチャは対物レンズのアパーチャ角度に関連する。例えば、０．８５の開口数を有する対物レンズに関して、この対物レンズは１１６．４度のアパーチャ角度（空気中で）を有する。つまり、この対物レンズに入射又は射出し得る光の最大コーンは（空気中で）１１６，４度である（最大コーンの半角＝asin(0.85)＝58.2度）。従って、この対物レンズを通過する光ビームに対する最大可能なビーム角度アパーチャは光軸を中心に＋５８．２度から−５８．２度までの角度の集合であり、これはビーム角度アパーチャマップ上に５８．２度の半径を有する円を占有する点の集合として表すことができる。従って、レンズ角度アパーチャとビーム角度アパーチャは幾分関連するが、両用語は意味が異なる。
【００４０】
様々なビーム角度アパーチャ間の差は様々なビーム角度アパーチャが描かれたマップを比較することによって評価することができる。角度アパーチャマップに描かれたビーム角度アパーチャは互いにサイズ、形状又は位置が相違し得る。ビーム角度アパーチャが互いに相違する場合、それらの構成光線角度は互いに相違し得る。
【００４１】
ビーム角度アパーチャを互いに相違させる第１の方法は「サイズ」の相違である。本明細書及び添付の請求の範囲において、「サイズ」は角度アパーチャマップ上でビーム角度アパーチャにより占有される面積の量を指す。
【００４２】
ビーム角度アパーチャを互いに相違させる第２の方法は「形状」の相違である。サイズが互いに異なるビーム角度アパーチャは、必ずではないが、一般に形状も互いに相違する。しかしながら、ビーム角度アパーチャは、サイズを異ならせることなく形状を相違させることができる。
【００４３】
ビーム角度アパーチャを互いに相違させる第３の方法は「位置」の相違である。本明細書及び添付の請求の範囲において、「位置」は角度アパーチャマップ上に存在する光線角度を表す点の集合のマップ軸との相対位置を指す。一つのビーム角度アパーチャと別のビーム角度アパーチャとの差は、一つのビーム角度アパーチャのマップを別のビーム角度アパーチャのマップの上に重ねることによって容易に見分けることができる。
【００４４】
信号ビームは一般にかなり広い範囲の光線角度からなるビーム角度アパーチャを有する。従って、マップに表される信号ビーム角度アパーチャは一般に容易に認識されるサイズ（面積）を有する。逆に、参照ビーム角度アパーチャの光線角度の範囲は、必ずではないが、通常極めて狭く、マップ上では参照ビーム角度アパーチャは一般に単一点として現れる。この単一点はマップの少なくとも１つの軸上に存在し得る。従って、参照ビーム角度アパーチャは角度の単位を有する一つの数字で表すことができ、その場合には参照ビーム角度アパーチャは参照ビーム角度と呼ぶことができる。
【００４５】
第１の実施形態のダイナミックアパーチャホログラフィックシステム
第１の実施形態のダイナミックアパーチャホログラフィックシステム２００が図３Ａ及び３Ｂに示されている。第１の実施形態システム２００の変形例が図３Ｃに示されている。第１の実施形態のダイナミックアパーチャホログラフィックシステム２００はモノキュラー構造を含むが、ダイナミックアパーチャホログラフィックシステムの他のいくつかの実施形態はモノキュラー構造を含まない。第１の実施形態システム２００は、互いに異なる複数の信号ビーム角度アパーチャを有する複数の信号ビームを用いて複数のホログラムを記録することによってダイナミックアパーチャホログラフィを容易に実行するように構成される。図３Ａに示すように、第１の実施形態システム２００は光ビーム２１２を発生するように構成された光源２１０を備え、光ビーム２１２はコリメータレンズ２１５を通過して平行光ビーム２２１を生成する。
【００４６】
光源２１０は、必ずではないが、一般的には、４０ｍＷ以上の出力を有する単一モードの外部空洞波長可変ダイオードレーザである。波長同調は外部空洞構造に透過型格子を使用することで達成され、４０２−４０８ｎｍの同調範囲をもたらすことができる。モード安定性は、電流及び波長同調を利用してシャーリング干渉計で観察される干渉縞の０．７５（０−１スケール）の最小コントラスト比を発生させる閉ループロックアルゴリズムを用いて達成される。レーザ光源２１０は、１５°Ｃ−３５°Ｃの温度範囲にわたって下記の仕様を維持するように設計及び較正される。利用可能出力電力は４０２ｎｍから４０８ｎｍの同調範囲にわたって４０ｍＷ以上；絶対波長精度は±１５０ｐｍＰ−Ｐ；ビームサイズ＝１．７ｍｍ±０．１ｍｍ；アスペクト比＝１±０．１；ビーム指向精度は１ａｒｃｍｉｎ、＜２５ａｒｃｓｅｃ  ｎｏｍｉｎａｌ；ビームセンタリングドリフトは５０μｍ以下、レーザ出力の波面は１．５ｍｍ径にわたって０．０５０ＲＭＳ以下；コリメーションは１．５ｍｍ径にわたって±０．０１５波（ゼルニケ焦点）である。いくつかの実施形態は他の光源、例えば気体レーザ、色素レーザ、外部空洞なしのダイオードレーザ及び非レーザ光源を含むが、これらに限定されない。
【００４７】
第１の実施形態システム２００は更に平行光ビーム２２１を初期参照ビーム２２２と初期信号ビーム２２３に分割するビームスプリッタ２２０を含む。初期参照ビーム２２２はビーム指向装置２２７へ伝播すると、すぐにそのビームは参照ビーム２３３として参照ビーム集束レンズ２５１へ向けられる。第１の実施形態のビーム指向装置２２７は、必ずではないが、一般的に規定の範囲に亘って回転するように構成されたミラーガルバノメータを備え、その回転は回転矢印２２９で示されている。従って、ビーム指向装置２２７は参照ビーム２３３を、参照ビーム収束レンズ２５１を通してさまざまな角度で向ける。参照ビーム角度アパーチャは一般的にビーム指向装置２２７を用いて調整される。
【００４８】
参照ビーム２３３は、参照ビーム収束レンズ２５１によってナイフエッジミラー２５６の反射ベベルエッジ上に集束されると、ナイフエッジミラー２５６は参照ビーム２３３を反射して参照ビーム２３３を対物レンズ２４５へ向け、それを通して感光性記録媒体２５８に入射させる。参照ビーム２３３が対物レンズ２４５から記録媒体２５８へ伝播する場合、参照ビーム２３３は平面波参照ビームである。第１の実施形態のナイフエッジミラー２５６は厚さ５００μｍ（図３Ａ及び３Ｂでｙ軸方向）及び高さ１０ｍｍ（図３Ａ及び３Ｂでｚ軸方向）のアルミニウムバーよりなる。反射ベベルエッジは、反射ベベルエッジに４５．０度で入射する参照ビーム２３３を有効に反射するように高度に研磨される。従って、反射ベベルエッジは参照ビーム２３３をｙ軸方向からｚ軸方向へ（図３Ａおよび３Ｂ参照）９０．０度だけ向け直す。当業者は、ｘ軸及びｙ軸は図３Ａに第１の座標記号２０２Ａで示すように図の紙面内にあるが、ｘ軸及びｚ軸は図３Ｂに第２の座標記号２０２Ｂで示すように図の紙面内にある。それゆえ、参照ビーム２３３はナイフエッジミラー２５６上に図３Ｂの紙面の外から投射されるので、参照ビーム２３３はナイフエッジミラー２５６で反射する前は図３Ｂに示されていない。
【００４９】
初期信号ビーム２２３は偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）２３９を通ってデータ符号化要素２４０へと伝播する。第１の実施形態のデータ符号化要素２４０は、データを初期信号ビーム２２３内に明暗画素のパターンとして符号化するＳＬＭであり、それによって信号ビーム２４３を生成する。第１の実施形態システム２００のＳＬＭは、バイナリオン−オフモードで動作する１２１６×１２１６画素を備えるモハベモデル反射型強誘電液晶ベースのＳＬＭである。画素ピッチは１０．７μｍ×１０．７μｍであり、画素は１３．０ｍｍ×１３．０ｍｍの面積を占める。モハベＳＬＭは以前はディスプレイテック社により製造されていた。他の実施形態は様々なＳＬＭ、例えば透過型ＳＬＭ及び他の反射型ＳＬＭを含むが、それらに限定されない。いくつかの実施形態では、データ符号化要素はデータを信号ビームに符号化する他の手段を備え、他の手段はデータマスクを含むが、それに限定されない。第１の実施形態システム２００は更に、再構成されたホログラフィック像を読み取るために一般に使用される検出器２４２及び可変半波長板２４４を含む。検出器２４２及び可変半波長板２４４はダイナミックアパーチャホログラフィによりホログラムを記録するためには不要であり、ダイナミックアパーチャホログラフィシステムのいくつかの実施形態は検出器又は可変半波長板含まない。
【００５０】
信号ビーム２４３は、画素パターン像を含むようにデータ符号化要素２４０により変調された後に、偏光ビームスプリッタ２３９により第１の４Ｆイメージングアセンブリ２５４に向けられ、このイメージングアセンブリは信号ビーム集束レンズ２５０を含む。信号ビーム２４３はアパーチャ板２５５のアパーチャ内に存在するＳＬＭ像のフーリエ面を含む。信号ビーム２４３は第１の４Ｆイメージングアセンブリ２５４から現れ、その後ナイフエッジミラー２５６を通過して対物レンズ２４５へ伝播する。
【００５１】
ナイフエッジミラー２５６は信号ビームの通路内に存在するため、ミラー２５６は信号ビーム２４３の一部分を覆い隠す。従って、信号ビーム２４３はナイフエッジミラー２５６を通過して伝播するので、ナイフエッジミラー２５６は信号ビーム２４３の像の若干の閉塞を生じる。しかしながら、ナイフエッジミラー２５６は厚さがわずか５００μｍ（ｙ軸方向）であるため、このミラーは一般的に信号ビーム２４３内の像中のたった１６の画素列を閉塞するだけであり、従ってその悪化は比較的小さい。第１の実施形態の装置では、ナイフエッジミラーにより閉塞される画素がデータを含まないようにするため１６〜３２の画素列が不活性にされる。更に、閉塞される画素はデータを含まないようにＳＬＭデータフォーマットから削除することができる。この画素の削除がもたらすデータ記録密度の損失は比較的小さい。
【００５２】
信号ビーム２４３は、ナイフエッジミラー２５６を通過した後、対物レンズ２４５を通過し、対物レンズ２４５は信号ビーム２４３を感光性記録媒体２５８へ向ける。信号ビーム２４３と参照ビーム２３３が互いに干渉すると、干渉パターン２４８が生成される。干渉パターン２４８が感光性記録媒体２５８の感光性記録層２６０内に存在する場合、ホログラムが記録される。感光性記録媒体２５８は一般的に２つの基板構造２６３の間に挟まれた感光性記録層２６０を備える。基板構造２６３はゼオノア(登録商標)ポリオレフィンサーモプラスチックよりなり、感光性記録層は一般的にポリマーマトリクス内に感光性モノマを含有する。変形例はポリカーボネイトよりなる基板を含む。適切な記録媒体は当業者に周知であり、記録媒体の具体例は米国特許第８１３３６３９号及び同第８３２３８５４号に開示され、それらの内容は参照することにより本明細書に組み込まれる。
【００５３】
ダイナミックアパーチャホログラフィの使用方法
ダイナミックアパーチャホログラフィを用いて複数のホログラムを記録する第１の方法３００が図４−図９に示されている。第１の方法３００は図３Ａ，３Ｂ及び図５Ａ−５Ｃに示す第１の実施形態のダイナミックアパーチャホログラフィックシステム２００を用いて実行される。第１の方法３００及び第１の実施形態システム２００は一例にすぎず、ダイナミックアパーチャホログラフィ又は様々なホログラフィックシステムを用いる他の方法も請求の範囲に記載した本発明の範囲に含まれる。第１の方法３００は図４及び図５Ａ−５Ｃに示す第１の操作３０１を備え、操作３０１は第１の信号ビーム２４３Ａを第１の実施形態の対物レンズ２４５に通し、次いで感光性記録媒体２５８に第１の信号ビーム角度アパーチャ２７０Ａで投影するステップを含む。
【００５４】
第１の信号ビーム角度アパーチャ２７０Ａが二次元プロットとして示されている角度アパーチャマップである図５Ｂに示すように、第１の信号ビーム角度アパーチャ２７０Ａは、ｘ成分が−２５．０度から＋５８．２度の範囲でｙ成分が−５８．２度から＋５８．２度の範囲の入射角度の集合からなる。図５Ａでは、第１の信号ビーム角度アパーチャのｘ成分しか観察できず、ｙ成分は紙面に垂直である。ビーム角度アパーチャのｘ及びｙの両成分は図５Ｂに示す角度アパーチャマップ上に示される。円２６９は、０．８５の開口数（ＮＡ）及び１１６．４度のレンズアパーチャ角度を有する対物レンズ２４５を用いる場合の最大可能なビーム角度アパーチャを表す。
【００５５】
第１の操作３０１は更に、第１の参照ビーム２３３Ａを第１の実施形態の対物レンズ２４５を通して感光性記録媒体２５８に第１の参照ビーム角度アパーチャ２７６Ａで投影する。第１の信号ビーム２４３Ａと第１の参照ビーム２３３Ａは互いに干渉して第１の干渉パターン２４８Ａを生成し、記録媒体２５８の感光性記録層２６０内に存在する第１の干渉パターン２４８Ａの一部分が感光性記録媒体２５８内に第１のホログラム２４９Ａとして記録される。図５Ｂに示す角度アパーチャマップで示されるように、第１の参照ビーム角度アパーチャ２７６Ａはｘ＝−５０．０度及びｙ＝０．０度の入射角度の集合からなる。実際には、第１の参照ビーム角度アパーチャは、ｘ＝−５０．０度及びｙ＝０．０度として規定される単一角度の周囲に集まる複数の入射角度を含む。しかしながら、第１の参照ビーム角度アパーチャは一般的に高い精度で制御されるために、それらの複数の角度は極めて密に集まる（必ずではないが、一般的には、±０．００２度）ため、本明細書及び請求の範囲において、それらはｘ＝−５０．０度及びｙ＝０．０度における単一角度で表すことができる。
【００５６】
図５Ｂに最もよく示されるように、第１の信号ビーム角度アパーチャと第１の参照ビーム角度アパーチャが互いに最も近い場所で、第１の信号ビーム角度アパーチャ２７０Ａは第１の参照ビーム角度アパーチャ２７６Ａから２５．０度の第１の分離角度２９０Ａだけ分離される。分離角度は、参照ビーム角度アパーチャと信号ビーム角度アパーチャが最も近い場所での両ビーム角度アパーチャ間の分離角度を指す。参照ビーム角度アパーチャと信号ビーム角度アパーチャが互いに分離されない場合、即ちそれらが少なくとも１つの共通の入射角度（ｘ成分もｙ成分も共通）を共有する場合、参照ビーム及び信号ビーム角度アパーチャは分離角度を持たず、重複するという。従って、本明細書及び請求の範囲において、分離角度は、それらが存在する場合、正値を有する。
【００５７】
第１の信号ビーム角度アパーチャ２７０Ａと第１の参照ビーム角度アパーチャ２７６Ａに関しては、それらの最も近い角度は第１の参照ビーム角度アパーチャがｘ＝−５０．０度及びｙ＝０．０度に位置し、第１の信号ビーム角度アパーチャがＸ＝−２５．０度及びｙ＝０．０度に位置する。第１の参照ビーム角度アパーチャ２７６Ａに最も近い第１の信号ビーム角度アパーチャのエッジは第１の信号ビーム角度アパーチャのニアエッジ２７２Ａという。図５Ｂに示す第１の信号ビーム角度アパーチャのニアエッジ２７２Ａはｘ＝−２５．０度及びｙ＝−５２．６〜＋５２．６度の入射角度からなり、図５Ａに示す第１の信号ビーム周縁２４７Ａに対応する。
【００５８】
第１の実施形態のダイナミックアパーチャホログラフィシステム２００は、所望のホログラム密度を達成するために維持しなければならない２２．５度の所定の最小分離角度を有することが決定されている。いくつかの実施形態では、最小分離角度は一般的には１０．０度、より一般的には１５．０度、更により一般的には２０．０度、及び最も一般的には２５．０〜３０．０度である。本明細書及び添付の請求の範囲において、所定の分離角度は正でなければならない。
【００５９】
第１の方法３００は更に、図４及び図６Ａ−Ｃに示す第２の操作３０２を備える。第２の操作は、第２の信号ビーム２４３Ｂを第１の実施形態の対物レンズ２４５を通して感光性記録媒体２５８に第２の信号ビーム角度アパーチャ２７０Ｂで投影する。図６Ｂに角度アパーチャマップで示すように、第２の信号ビーム角度アパーチャ２７０Ｂはｘ成分が＋２０度から＋５８．２度の範囲及びｙ成分が−５４．７度から＋５４．７度の範囲の角度の集合からなる。図６Ａではビーム角度アパーチャのｘ成分しか観察できず、ｙ成分は紙面に垂直である。ビーム角度アパーチャのｘ及びｙの両成分は図６Ｂに示す角度アパーチャマップ上に示される。円２６９は対物レンズ２４５を用いる場合の最大可能なビーム角度アパーチャを表す。
【００６０】
第２の操作３０２は更に、第２の参照ビーム２３３Ｂを第１の実施形態の対物レンズ２４５を通して感光性記録媒体２５８に第２の参照ビーム角度アパーチャ２７６Ｂで投影する。第２の信号ビーム２４３Ｂと第２の参照ビーム２３３Ｂは互いに干渉して第２の干渉パターン２４８Ｂを生成し、感光性記録層２６０内に存在する第２の干渉パターン２４８Ｂの一部分が感光性記録媒体２５８内に第２のホログラム２４９Ｂとして記録される。第２のホログラム２４９Ｂは第１のホログラム２４９Ａに少なくとも部分的に重なり、第１及び第２のホログラムは感光性記録層２６０の共通体積を共有する。いくつかの実施形態では、第１及び第２のホログラムは完全に重複し、いくつかの実施形態では第１及び第２のホログラムは重複しない。対物レンズ２４５に対する感光性記録媒体２５８の位置は、必ずではないが、一般的に第１のホログラム２４９Ａを記録する場合と第２のホログラム２４９Ｂを記録する場合で同じである。
【００６１】
図６Ｂに示す角度アパーチャマップで示されるように、第２の参照ビーム角度アパーチャ２７６Ｂはｘ＝−４５．０度及びｙ＝０．０度の角度の集合からなる。実際には、第２の参照ビーム角度アパーチャは、ｘ＝−４５．０度及びｙ＝０．０度として規定される単一角度の周囲に集まる複数の入射角度を含む。しかしながら、第１の参照ビーム角度アパーチャについて上述したように、複数の角度はｘ＝−４５．０度及びｙ＝０．０度の単一角度で表すことができる。
【００６２】
図６Ｂに最もよく示されるように、第２の信号ビーム角度アパーチャと第２の参照ビーム角度アパーチャが互いに最も近い場所で、第２の信号ビーム角度アパーチャ２７０Ｂは第２の参照ビーム角度アパーチャ２７６Ｂから６５．０度の第２の分離角度２９０Ｂだけ分離される。第２の信号ビーム角度アパーチャ２７０Ｂと第２の参照ビーム角度アパーチャ２７６Ｂに関しては、それらの最も近い角度は第２の参照ビーム角度アパーチャがｘ＝−４５．０度及びｙ＝０．０度に位置し、第２の信号ビーム角度アパーチャがＸ＝＋２０．０度及びｙ＝０．０度に位置する。第２の信号ビーム角度アパーチャのニアエッジ２７２Ｂはｘ＝＋２０．０度及びｙ＝−５４．７〜＋５４．７度に位置する。図６Ｂに示す第２の信号ビーム角度アパーチャニアエッジ２７２Ｂは図６Ａに示す第２の信号ビーム周縁２４７Ｂに対応する入射角度を示す。
【００６３】
２つの分離角度の間の量的な差は分離角度差ということができる。従って、２５．０度である第１の分離角度２９０Ａと６５．０度である第２の分離角度２７０Ｂとの間の分離角度差は４０．０度である。分離角度差は２つの分離角度の間の差の絶対値であり、従って非負数でなければならない。
【００６４】
第１の実施形態のダイナミックアパーチャホログラフィシステム２００は、３５．０度の所定の最小分離角度差を有することが決定されている。最小分離角度差は以下で説明するように多重ホログラムのスタック内のホログラムの交互配置を容易にする。いくつかの他の実施形態では、最小分離角度差は、一般的には少なくとも２０．０度、より一般的には少なくとも２５．０度、更に一般的には３０．０度、及び最も一般的には３５．０度〜５５．０度である。いくつかの実施形態では、最小分離角度差は１５度〜１００度である。
【００６５】
第１の方法３００は更に図４及び図７Ａ−７Ｃに示す第３の操作３０３を備える。第３の操作は、第３の信号ビーム２４３Ｃを第１の実施形態の対物レンズ２４５を通して感光性記録媒体２５８に第３の信号ビーム角度アパーチャ２７０Ｃで投影する。図７Ｂに角度アパーチャマップで示すように、第３の信号ビーム角度アパーチャ２７０Ｃはｘ＝＋５．０度から＋５８．２度の範囲及びｙ＝−５８。０度から＋５８．０度の範囲の角度の集合からなる。図７Ａではビーム角度アパーチャのｘ成分しか観察できず、ｙ成分は紙面に垂直である。ビーム角度アパーチャのｘ及びｙの両成分は図７Ｂに示されている。
【００６６】
第３の操作３０３は更に、第３の参照ビーム２３３Ｃを第１の実施形態の対物レンズ２４５を通して感光性記録媒体２５８に第３の参照ビーム角度アパーチャ２７６Ｃで投影する。第３の信号ビーム２４３Ｃと第３の参照ビーム２３３Ｃは互いに干渉して第３の干渉パターン２４８Ｃを生成し、感光性記録層２６０内に存在する第３の干渉パターン２４８Ｃの一部分が感光性記録媒体２５８内に第２のホログラム２４９Ｃとして記録される。第３のホログラム２４９Ｃは第２のホログラム２４９Ｂに少なくとも部分的に重なり、第２及び第３のホログラムは感光性記録層２６０の共通体積を共有する。いくつかの実施形態では、第２及び第３のホログラムは完全に重複し、いくつかの実施形態では第２及び第３のホログラムは全く重複しない。対物レンズ２４５に対する感光性記録媒体２５８の位置は、必ずではないが、一般的に第２のホログラム２４９Ｂを記録する場合と第３のホログラム２４９Ｃを記録する場合で同じである。
【００６７】
図７Ｂに示す角度アパーチャマップで示されるように、第３の参照ビーム角度アパーチャ２７６Ｃはｘ＝−２０．０度及びｙ＝０．０度の角度の集合からなる。実際には、第３の参照ビーム角度アパーチャは複数の角度を含むが、第１及び第２の参照ビーム角度アパーチャについて上述したように、それらの複数の角度はｘ＝−２０．０度及びｙ＝０．０度の単一角度で表すことができる。
【００６８】
図７Ｂに最もよく示されるように、第３の信号ビーム角度アパーチャと第３の参照ビーム角度アパーチャが互いに最も近い場所で、第３の信号ビーム角度アパーチャ２７０Ｃは第３の参照ビーム角度アパーチャ２７６Ｃから２５．０度の第３の分離角度２９０Ｃだけ分離される。従って、第３の分離角度２９０Ｃと第１の分離角度２９０Ａ（図５Ｂ参照）は互いに略等しい。第３の信号ビーム角度アパーチャニアエッジ２７２Ｃはｘ＝＋５．０度及びｙ＝−５８．０〜＋５８．０度に位置する。図７Ｂに示す第３の信号ビーム角度アパーチャニアエッジ２７２Ｃは図７Ａに示す第３の信号ビーム周縁２４７Ｃに対応する入射角度を示す。
【００６９】
第１の方法３００は更に図４及び図８Ａ−８Ｃに示す第４の操作３０４を備える。第４の操作は、第４の信号ビーム２４３Ｄを第１の実施形態の対物レンズ２４５を通して感光性記録媒体２５８に第４の信号ビーム角度アパーチャ２７０Ｄで投影する。図８Ｂに角度アパーチャマップで示すように、第４の信号ビーム角度アパーチャ２７０Ｄはｘ＝＋３５．０度から＋５８．２度及びｙ＝−４６．５度から＋４６．５度の範囲の角度の集合からなる。図８Ａではビーム角度アパーチャのｘ成分しか観察できず、ｙ成分は紙面に垂直である。ビーム角度アパーチャのｘ及びｙの両成分は図８Ｂに示す角度アパーチャマップ上に示されている。円２６９は対物レンズ２４５を用いた場合の最大可能なビーム角度アパーチャを示す。
【００７０】
第４の操作３０４は更に、第４の参照ビーム２３３Ｄを第１の実施形態の対物レンズ２４５を通して感光性記録媒体２５８に第４の参照ビーム角度アパーチャ２７６Ｄで投影する。第４の信号ビーム２４３Ｄと第４の参照ビーム２３３Ｄは互いに干渉して第４の干渉パターン２４８Ｄを生成し、感光性記録層２６０内に存在する第４の干渉パターン２４８Ｄの一部分が感光性記録媒体２５８内に第２のホログラム２４９Ｄとして記録される。第４のホログラム２４９Ｄは第３のホログラム２４９Ｃに少なくとも部分的に重なり、第３及び第４のホログラムは感光性記録層２６０の共通体積を共有する。さらに、第１、第２、第３及び第４のホログラムのそれぞれは、第１、第２、第３及び第４の他のホログラムと互いに、少なくとも部分的に重なり、そして、第１、第２、第３及び第４のホログラムは感光性記録層２６０の共通体積を共有する。いくつかの実施形態では、第３及び第４のホログラムは完全に重複し、いくつかの実施形態では第３及び第４のホログラムは重複しない。対物レンズ２４５に対する感光性記録媒体２５８の位置は、必ずではないが、一般的に第３のホログラム２４９Ｃを記録する場合と第４のホログラム２４９Ｄを記録する場合で同じである。
【００７１】
図８Ｂに示す角度アパーチャマップで示されるように、第４の参照ビーム角度アパーチャ２７６Ｄはｘ＝−３０．０度及びｙ＝０．０度の角度の集合からなる。第４の参照ビーム角度アパーチャは複数の角度を含むが、第１、第２および第３の参照ビーム角度アパーチャについて上述したように、それらの複数の角度はｘ＝−３０．０度及びｙ＝０．０度の単一角度で表すことができる。
【００７２】
図８Ｂに最もよく示されるように、第４の信号ビーム角度アパーチャと第４の参照ビーム角度アパーチャが互いに最も近い場所で、第４の信号ビーム角度アパーチャ２７０Ｄは第４の参照ビーム角度アパーチャ２７６Ｄから６５．０度の第４の分離角度２９０Ｄだけ分離される。従って、第４の分離角度２９０Ｄと第２の分離角度２９０Ｂ（図６Ｂ参照）は互いに略等しい。第４の信号ビーム角度アパーチャニアエッジ２７２Ｄはｘ＝＋３５．０度及びｙ＝−４６．５〜＋４６．５度に位置する。図８Ｂに示す第４の信号ビーム角度アパーチャニアエッジ２７２Ｄは図８Ａに示す第４の信号ビーム周縁２４７Ｄに対応する入射角度を示す。
【００７３】
図９は、第１の参照ビーム角度アパーチャ２７６Ａ、第２の参照ビーム角度アパーチャ２７６Ｂ、第３の参照ビーム角度アパーチャ２７６Ｃ、及び第４の参照ビーム角度アパーチャ２７６Ｄが示されている角度アパーチャマップを示す。第１、第２、第３及び第４参照ビーム角度アパーチャによりカバーされる参照ビーム角度アパーチャの範囲は参照ビーム角度アパーチャ軌跡と言うことができる。第１、第２、第３及び第４の参照ビーム角度アパーチャに対する参照ビーム角度アパーチャの範囲はｙ＝０度及びｘ＝−５０．０〜−２０．０度に位置する。
【００７４】
信号ビーム角度アパーチャ軌跡２８２は、第１の信号ビーム角度アパーチャ２７０Ａ（図５Ｂ参照）、第２の信号ビーム角度アパーチャ２７０Ｂ（図６Ｂ参照）、第３の信号ビーム角度アパーチャ２７０Ｃ（図７Ｂ参照）、及び第４の信号ビーム角度アパーチャ２７０Ｄ（図８Ｂ参照）内の全角度の和集合である。第２、第３および第４の信号ビーム角度アパーチャ２７６Ｂ，２７６Ｃ，２７６Ｄのすべての角度が第１の信号ビーム角度アパーチャ２７０Ａを構成する角度の集合に含まれるため、信号ビーム角度アパーチャ軌跡２８２は第１の信号ビーム角度アパーチャ２７０Ａに等しい（即ちサイズ、形状及び位置が等しい）。信号ビーム角度アパーチャ軌跡２８２は複合信号ビーム角度アパーチャと言うことができる。
【００７５】
図９に簡単に示されるように、第２、第３又は第４の参照ビーム角度アパーチャ２７６Ｂ，２７６Ｃ，２７６Ｄの何れも、信号ビーム角度アパーチャ２８２に対して、第１の実施形態のダイナミックアパーチャホログラフィックシステム２００に対する所定の最小分離角度（２２．５度）に等しいかそれより大きい分離角度を有しない。従って、信号ビーム角度アパーチャ軌跡２８２と第１の信号ビーム角度アパーチャ２７０Ａ(図５Ｂ参照)は同一であるため、第２.第３及び第４の参照ビーム角度アパーチャ２７６Ｂ，２７６Ｃ，２７６Ｄの何れも、第１の信号ビーム角度アパーチャ２７０Ａに対して所定の最小分離角度（２２．５度）に等しいかそれより大きい分離角度を有しない。
【００７６】
これは、第１の信号ビーム角度アパーチャ２７０Ａをダイナミックアパーチャホログラフィなしで使用する場合、第２、第３、及び第４の参照ビーム角度アパーチャ２７６Ｂ，２７６Ｃ，２７６Ｄは２２．５度の最小分離角度を維持しながらホログラムを記録するために利用し得ないことを明示している。別のアプローチとして、第１、第２、第３及び第４の参照ビームダイナミックアパーチャの全てに対して２２．５度の最小分離角度を維持し得るスタティック信号角度アパーチャ、例えば第３の信号ビーム角度アパーチャ２７０Ｃ(図７Ｂ参照)を使用することもできる。しかしながら、信号ビームのデータ容量は信号ビームの角度アパーチャサイズに比例し、第３の信号ダイナミックアパーチャ２７０Ｃに関する上記の後者のアプローチは、ダイナミックアパーチャホログラフィを使用する第１の方法３００と比較してデータ密度の減少を生じる。
【００７７】
第１、第２、第３及び第４の参照ビーム２３３Ａ，２３３Ｂ，２３３Ｃ，及び２３３Ｄは、一般的には、ビーム指向装置２２７を回転させてそれらの参照ビームが対物レンズ２４５に入射する角度を変化させることによって、それぞれの第１、第２、第３及び第４の参照ビーム角度アパーチャ２７６Ａ，２７６Ｂ，２７６Ｃ及び２７６Ｄが互いに異なるように調整される。第１、第２、第３及び第４の信号ビーム２４３Ａ，２４３Ｂ，２４３Ｃ，及び２４３Ｄは、一般的には、以下で説明するように、データ符号化要素２４０の活性部分と不活性部分を変化させることによって、それぞれの第１、第２、第３及び第４の信号ビーム角度アパーチャ２７０Ａ，２７０Ｂ，２７０Ｃ及び２７０Ｄが互いに異なるように調整される。
【００７８】
ここで、図５Ｃ，６Ｃ，７Ｃ及び８Ｃに付き説明すると、第１の実施形態の対物レンズ２４５の外周は第１のデータ符号化要素２４０の外形に重なる。データ符号化要素２４０の外部領域（図５Ｃ，６Ｃ，７Ｃ，及び８Ｃに示すように対物レンズ２４５の外周の外側に存在する外部領域）からの光は一般的に対物レンズ又は感光性記録媒体２５８に到達しない。従って、外部領域は概して記録可能なデータを伝達することができず、従って一般的に、データが信号ビームに符号化されるかどうか、又はどんなデータが符号化されるかと関係なく、不活性状態に維持される。逆に、データ符号化要素２４０の内部領域から出る光は感光性記録媒体に記録可能なデータを伝達する。従って、内部領域は活性状態のとき符号化データを伝達し、不活性状態のとき符号化データを伝達しないことができる。
【００７９】
データ符号化要素２４０の第１の活性部分２４１Ａ（斜線部分）及び第１の不活性部分２４６Ａが図５Ｃに示されている。図５Ｃに示す第１の活性部分２４１Ａは図５Ａおよび５Ｂに示す第１の信号ビーム２４３Ａ及び第１の信号ビーム角度アパーチャ２７０Ａに対応する。第１の活性部分２４１Ａ内の画素は活性であり、従って伝達すべきデータに依存して明又は暗状態にすることができる。その結果、第１の活性部分２４１Ａは符号化されたデータを表す明及び暗画素の不規則パターンを含む。比較的大きく規則的な連続する暗画素のブロックは一般に第１の活性部分２４１Ａに発生しない。逆に、第１の不活性部分２４６Ａ内の画素は伝達すべき信号と無関係に暗状態であり、第１の信号ビーム２４３Ａ、感光性記録媒体２５８に記録される第１の干渉パターン２４８Ａ又はホログラムに大きな貢献をしない。第１の不活性部分は一般に比較的大きな連続する暗画素のブロックからなる。
【００８０】
図５Ｂに示すビーム角度アパーチャマップと図５Ｃに示す活性及び不活性部分の描写は互いに似ているが、両図は異なる要素を示す。図５Ｂは第１の信号ビームおよび第１の参照ビームのビーム角度アパーチャを示すが、図５Ｃは第１の信号ビーム２４３Ａ(図５Ａ参照)を発生するデータ符号化要素２４０の第１の活性部分２４１Ａを特定している。
【００８１】
データ符号化要素２４０の第２の活性部分２４１Ｂ及び第２の不活性部分２４６Ｂが図６Ｃに示されている。第２の活性部分２４１Ｂは図６Ａ及び６Ｂにそれぞれ示す第２の信号ビーム２４３Ｂ及び第２の信号ビーム角度アパーチャ２７０Ｂに対応する。第２の活性部分２４１Ｂ内の画素は活性であり、従って第２の活性部分２４１Ｂは符号化されたデータを表す明及び暗画素の不規則パターンを含む。逆に、第２の不活性部分２４６Ｂ内の画素は伝送されるデータと無関係に暗状態であり、第２の信号ビーム２４３Ｂに大きな貢献をしない。第１の信号ビーム角度アパーチャ２７０Ａと第２の信号ビーム角度アパーチャ２７０Ｂとの差は第１の信号ビーム活性領域２４１Ａと第２の信号ビーム活性領域２４１Ｂとの差に起因する。いくつかの実施形態では、信号ビーム角度アパーチャは、データ符号化要素の一部分が不活性になるように初期信号ビームの一部分を閉塞し、初期信号ビームがデータ符号化要素を照射しないようにすることによって変更することができる。同様に、信号ビーム角度アパーチャのいくつかの実施形態は信号ビームの一部分を閉塞することによって変更される。
【００８２】
データ符号化要素２４０の第３の活性部分２４１Ｃ及び第３の不活性部分２４６Ｃが図７Ｃに示されている。第３の活性部分２４１Ｃは図７Ａ及び７Ｂにそれぞれ示す第３の信号ビーム２４３Ｃ及び第３の信号ビーム角度アパーチャ２７０Ｃに対応する。第３の活性部分２４１Ｃ内の画素は活性であり、従って第３の活性部分２４１Ｃは符号化されたデータを表す明及び暗画素の不規則パターンを含む。逆に、第３の不活性部分２４６Ｃ内の画素は伝送されるデータと無関係に暗状態であり、第３の信号ビーム２４３Ｃに大きな貢献をしない。
【００８３】
データ符号化要素２４０の第４の活性部分２４１Ｄ及び第４の不活性部分２４６Ｄが図８Ｃに示されている。第４の活性部分２４１Ｄは図８Ａ及び８Ｂにそれぞれ示す第４の信号ビーム２４３Ｄ及び第４の信号ビーム角度アパーチャ２７０Ｄに対応する。第４の活性部分２４１Ｄ内の画素は活性であり、従って第４の活性部分２４１Ｄは符号化されたデータを表す明及び暗画素の不規則パターンを含む。逆に、第４の不活性部分２４６Ｄ内の画素は第４の信号ビーム２４３Ｄによって伝送されるデータと無関係に暗状態であり、第４の信号ビーム２４３Ｄに大きな貢献をしない。第１、第２、第３及び第４の信号ビームとそれぞれの信号ビーム角度アパーチャの差はデータ符号化要素２４０の第１、第２、第３及び第４の活性部分の差に起因する。
【００８４】
図３Ｂに示す第１の実施形態のダイナミックアパーチャホログラフィシステム２００のデータ符号化要素２４０（反射ＳＬＭ）はそれから反射される光の極性に従って画素の明暗を維持する。ＳＬＭ画素は一般的に画素に供給される電圧に応答して反射光の極性を維持又は変化させることによって機能する。従って、暗状態のＳＬＭ画素は偏光された光を反射してＰＢＳ２３９中を入初期信号ビーム２２３と同じ横断通路に沿って（逆方向に）戻す。従って暗状態画素からの光は感光性記録媒体２５８から離れる方へ向けられ、媒体２５８に対して「暗」となる。活性部分２４１の画素パターンに符号化されるデータと無関係に全ての画素が暗状態であるデータ符号化要素２４０の不活性部分２４６が図３Ｂ及び３Ｃに示されている。不活性部分２４６内の画素で反射された全ての光は初期信号ビーム２２３の通路に沿ってＰＢＳ２３９を通過して戻る。
【００８５】
逆に、明状態のＳＬＭ画素は一般的に反射光の極性を回転させるため、光はＰＢＳ２３９により対物レンズ２４５及び感光性記録媒体２５８に向けられる。明暗画素のパターンが存在するデータ符号化要素２４０の活性部分２４１が図３Ｂに示されている。データ符号化要素の活性部分２４１内の暗画素により反射された光線は初期信号ビーム２２３の横断通路に沿ってＰＢＳ２３９中を戻るが、活性部分２４１内の明画素で反射された光線は対物レンズ２４５及び感光性記録媒体２５８に向けられる。
【００８６】
図３Ｃに示す第１の実施形態のダイナミックアパーチャホログラフィックシステム２００の変形例では、データ符号化要素２４０の不活性部分２４６の画素は、閉塞器２２５を用いて初期信号ビーム２２３の一部分がデータ符号化要素２４０に到達するのを遮ることによって暗状態にする。図３Ｃに示すダイナミックアパーチャホログラフィックシステム２００の閉塞器２２５は、ビームスプリッタ２２０(図３Ａに示す)と第２の４Ｆイメージングアセンブリ２２６との間に存在する像平面に配置されたストレートエッジシャッタである。初期信号ビーム２２３は閉塞器動き矢印２２８で示すように閉塞器２２５の動きによって調整される。初期信号ビーム２２３の調整はデータ符号化要素２４０の活性部分２４１及び不活性部分２４６を変化させ、この変化は信号ビーム角度アパーチャを変化する。いくつかの実施形態では、図３Ｃに示すような初期信号ビーム２２３の閉塞を用いて初期信号ビームが不活性部分２４６を照射しないようにし、不活性部分の画素はそれから反射される光の極性のために暗状態に維持されるようにする。従って、初期信号ビームの一部分を閉塞器２２５で遮るにも係わらず不活性部分２１６に到達するかもしれない迷光は対物レンズ２４５及び感光性記録媒体２５８から離れる方へ向けられる。
【００８７】
上述した第１、第２、第３及び第４のホログラム２４９Ａ−２４９Ｄは、必ずではないが、一般的に、５０以上のホログラムからなる多数のホログラムの集合を含む。多数のホログラムの集合は、一般的には１５０以上のホログラム、より一般的には４５０以上のホログラム、更により一般的には７５０以上のホログラム、及び最も一般的には９００以上のホログラムを含む。いくつかの実施形態では、多数のホログラムの集合は１２００以上のホログラムを含む。多数のホログラムの集合内の各ホログラムは一般的にその集合内の他の全てのホログラムと少なくとも部分的に重なり合う。従って、感光性記録媒体の体積は多数のホログラムの集合内の各ホログラムに共通である（即ち、共有される）。多数のホログラムの集合は１つのスタックに多重化することができる。いくつかの実施形態では、多数のホログラムの集合はポリトピック多重化により互いに部分的に重なり合う複数のスタックに分配することができる。
【００８８】
第２の実施形態のダイナミックアパーチャホログラフィックシステム
図１０に示す第２の実施形態のダイナミックアパーチャホログラフィックシステム４００はモノキュラー構造を有し、ダイナミックアパーチャホログラフィを容易に実行するように構成されている。第２の実施形態システム４００はコヒーレント光ビーム４１２を発生するように構成された外部空洞ダイオードレーザ４１０を含み、光ビーム４１２はコリメータレンズ４１５を通過して平行光ビーム４２１を生成する。平行光ビーム４２１はミラーガルバノメータ４２７へ伝播すると、そこで参照ビーム４３３として参照ビーム集束レンズ４５１に向けられる。ミラーガルバノメータ４２７は規定の範囲に亘って回転するように構成され、その回転は回転矢印４２９で示されている。従って、ミラーガルバノメータ４２７の回転は参照ビーム４３３を種々の角度で参照ビーム集束レンズ４５１に向けて通過させる。従って、ミラーガルバノメータ４２７によって参照ビーム角度アパーチャが調整される。
【００８９】
参照ビーム４３３は一般的に、集束レンズ４５１によって細いストリップ状の半波長板４５６上に又はそのすぐ近くに集束される。直線偏光参照ビーム４３３はその偏光方向が細いストリップ状の半波長板４５６により９０度回転され、対物レンズ４４５を通って伝播し、その後平面波参照ビームとして感光性記録媒体４５８に入射する。平面波参照ビームは信号ビーム４４３と干渉して干渉パターンを生成し、この干渉パターンが感光性記録媒体４５８にホログラムとして記録される。細いストリップ状の半波長板に入射する前は参照ビーム４３３の偏光方向は直線偏光信号ビーム４４３の極性に直角であるため、参照ビーム４３３は第２の偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）４５７を真っすぐ通過する。その後、参照ビーム極性は細い半波長板４５６により９０度回転されて信号ビーム４４３の偏光方向に一致する。細いストリップ状半波長板は一般的に対物レンズ４４５の後焦点面に位置する。
【００９０】
ＳＬＭ４４０は一般的に外部空洞ダイオードレーザ４１０から初期信号ビーム(図示せず)を受光し、初期信号ビームはＳＬＭ４４０によって変調されて信号ビーム４４３を生成する。信号ビーム４４３は一般的に、ＳＬＭ４４０の活性部分４４１により生成された画素パターンの像を含む。ＳＬＭ４４０の不活性部分４４６は本質的に、符号化されたデータを含まない暗画素からなる。ＳＬＭ４４０による変調後に、信号ビームはＰＢＳ４３９によって４Ｆイメージアセンブリ４５４に向けられる。２つの集束レンズ４５０及びアパーチャ板４５５からなる４Ｆイメージアセンブリ４５４を通過した後、信号ビーム４４３は第２のＰＢＳ４５７によって細いストリップ状半波長板４５６を通過し対物レンズ４４５に向うように向け直される。細いストリップ状半波長板は一般的にＳＬＭ４４０の焦点面に置かれ、且つ十分に細くして信号ビーム４４３に存在する画素パターン像の１６−３２列の画素だけしか閉塞しないようにする。細いストリップの半波長板の変形例は、１０−１１μｍのｙ軸方向幅を有し、よって画素パターン像の単列の画素のみを遮るものとし得る。対物レンズ４４５を通過した後、信号ビーム４４３及び参照ビーム４４３は互いに干渉し、その結果生じる干渉パターンが感光性記録媒体４５８にホログラムとして記録される。検出器４４２は一般的にホログラムの記録には使用されないが、ホログラムから再構成像を検出するために使用することができる。
【００９１】
当業者は、参照ビーム及び信号ビームは、それらのビームが感光性記録媒体と相互作用するとき屈折することは認識されよう。しかしながら、感光性記録媒体に対するビームの屈折は本発明にほとんど関係ないため、このような屈折は添付図面に示されていない。従って、屈折は本明細書及び添付の請求の範囲において無視することができる。
【００９２】
ホログラフィのｋ空間フォーマリズム
ホログラフィック記録及び回折は、M. R. Ayres, "k-Space Formalism,"  K. Curtis, L. Dhar, W. L. Wilson, A. Hill, M. R. Ayres, Holographic Data Storage: From Theory to Practical Systems, John Wiley & Sons, Ltd. (2010), pp. 26-31、に記載されているｋ空間フォーマリズムを用いて分析することができる。ｋ空間では、伝搬光波及びホログラフィック格子は実空間内のそれらの分布の三次元フーリエ変換で表すことができる。例えば、平行単色参照ビームは実空間内及びｋ空間内では式（１）で表すことができる。
【数１】
2016510931.tif 000003
2016510931.tif 000004
、全ての３Ｄ空間ベクトル位置^ｒ＝｛ｘ，ｙ，ｚ｝における光学スカラ場分布であり、Ｅｒ(^ｋ)は全ての３Ｄ空間周波数ベクトル^ｋ＝｛ｋｘ，ｋｙ，ｋｚ｝における光学スカラ場分布である。Ａｒは場の複素振幅であり、^ｋｒはその長さが光波の空間周波数を示し、その方向が伝搬方向を示すベクトルである。いくつかの例では、全てのビームは同じ波長の光からなり得るため、全ての光学ｋベクトルは同じ長さを有し得る（例えば、｜^ｋｒ｜＝ｋｎ）。従って、全ての光学伝搬ベクトルは半径ｋｎの球体上に位置し得る。この構成はｋ球体として知られている。
【００９３】
別の重要なｋ空間分布はホログラム自体の分布である。データストレージ用のホログラムは通常記録媒体内の屈折率の空間変化（一般的にΔn(^ｒ)で示される）を含む。理想的には、このインデックス変調パターンは方程式（２）に示すような記録干渉パターンの空間強度に比例する。
【数２】
2016510931.tif 000005
ここで、Ｅｓ(^ｒ)は信号ビームフィールドの空間分布である。この方程式の最終項Ｅｓ(^ｒ)Ｅr*(^ｒ)は信号保持（データバンド）項である。従って、次の式(３)を書き表すことができる。
【数３】
2016510931.tif 000006
2016510931.tif 000007
即ち、空間領域内の一つの場ともう一つの場の複素共役との積は周波数領域内のそれぞれのフーリエ変換の相互相関（cross-correlation）になる。
【００９４】
図１１Ａ及び１１Ｂはフーリエ角度多重配列の一つの分布例を示す。特に、図１１Ａは実空間内における信号ビーム１１４３（Ｅｓ(^k)）と参照ビーム１１３３（Ｅｒ(^r)）の断面を示す。データ保有ホログラム１１４９は両ビームが記録媒体１１５８内で交差する場所に存在し、狭いウェスト１１５０はフーリエ面に対応する。
【００９５】
図１１Ｂはｋ空間内におけるこれらの同じ分布を示す。Ｅｓ(^k)１１１２及びＥｒ(^k)１１１４は単色光場を表すため、それらはｋ球体に沿う円弧に限定され得る。Ｅｒ(^r)１１３３が単一の平行参照ビームのみを示す限り、Ｅｒ(^k)１１１４の円弧のドットはホログラムの角度多重スタックを書き込むために使用される多数の参照ビームを表すことに注意されたい。また、Ｅｒ(^k)１１１４が概して図の平面に限定される限り、Ｅｓ(^k)１１１２は図平面に垂直に延在して球体の表面にページ状領域（又は「パッチ」）を定めることにも注意されたい。図１１Ｂにおいて、データバンド１１１６の分布は信号パッチ（Ｅｓ(^k)）１１１２と参照円弧（Ｅｒ(^k)）１１１４との相互相関からグラフ的に構成することができること明らかである。共役データバンド１１１８も演算子の順序を逆にすることによって同様に構成することができる。
【００９６】
データバンドの内部構造も示す。全データバンド（共役データバンドと一緒）は角度多重ホログラムスタック内のホログラムの全てに対するホログラフィ干渉縞のｋ空間軌跡を表し、各ホログラムはバンドの各々内でパッチ状の層（Ｅｓ(^k)）１１１２を占める。各層は僅かな厚さ（媒体厚さで与えられるブラッグ選択性により決まる）を有し、密度を最大にするためにデータバンド内に玉ねぎの層のように重ねて詰め込まれる。図１１Ｂは１４層のみを示すが、実際の実施例では数百以上の層が存在し得ることに注意されたい。従って、各ホログラム／層はｋ空間の異なる（実質的に互いに素な）領域を占め得るため、再構成（再生）中に他のホログラムからのクロストークは殆ど生じない。
【００９７】
図１２Ａは、図１１Ａ及び１１Ｂについて上述した方法と同様の方法を用いて、図１に示すシステム１００に対して行ったｋ空間分析の結果を示す（ここではダイナミックアパーチャホログラフィを使用してない）。図１２Ａはモノキュラーシステムに対するｋ空間分布の断面を示す。対照的に、図１２Ｂは図３−１０について上述したダイナミックアパーチャホログラフィを用いる結果生じる同様のｋ空間分布の断面を示す。スタック内の最初のホログラム１１４９Ａとスタック内の最後のホログラム１１４９Ｂは、図１２Ｂに容易に視覚化されている。図１２Ｂから明らかなように、Ｅｓ(^k)及びＥｒ(^k)の軌跡がもはや多重化される集合に亘って互いに素でないという事実にもかかわらず、データバンド内の個々のホログラムを表す層はｋ空間の互いに素の領域に連続して重なる。データバンド及び共役データバンドにより占められる総体積は図１２Ａに示すものより大きく、これはダイナミックアパーチャホログラフィの実施形態のホログラム密度の増加を反映する。
【００９８】
ダイナミックアパーチャ等化
図１２Ｂに示すように、ホログラムの分布は原点から離れたところより原点の近く（例えば、低い空間周波数）でより高密度に詰め込まれる。これは、当業者に周知のように、高い周波数の格子より低い周波数の格子で低いブラッグの選択性が示される証である。この理由のために、ホログラム間のクロストークは低い格子周波数に対応するページ領域で高くなり、これらの最悪領域は角度多重の達成可能な密度を制限する傾向にある。従って、いくつかの例では、この効果を緩和するためにダイナミックアパーチャ等化を実行する。
【００９９】
ダイナミックアパーチャ等化の実施例は大きなホログラムを小さなホログラムとインタリーブすることによって達成することができる。例えば、奇数番（または偶数番）のホログラムのみが低い分離角度を有するように、信号ビーム角度アパーチャとその参照ビーム角度アパーチャとの間の分離角度を一つのホログラムおきに変化させることができる。他の条件が同じなら、低い分離角度で記録されたホログラムはより多くのデータを含むことができ、これは、信号ビーム角度アパーチャとその参照ビーム角度アパーチャとの間の分離角度を小さくすると、より大きな信号ビーム角度アパーチャを所定の参照ビーム角度アパーチャに対して与えることができるためである。ホログラムのサイズ（即ち、大きい又は小さい）はホログラムに符号化されるデータの量を指す。従って、大きいホログラムは小さいホログラムより多量のデータを含み、小さいホログラムは大きいホログラムより少量のデータを含む。
【０１００】
図５Ａ−Ｃ〜図８Ａ−Ｃについて記載した実施形態では、奇数ホログラムを記録するために使用する信号ビームに対するビーム角度アパーチャはそれらの参照ビームのビーム角度アパーチャから２５度だけ分離されるが、偶数ホログラムを記録するために使用する信号ビームのビーム角度アパーチャはそれらの参照ビームのビーム角度アパーチャから６５度だけ分離される。得られるｋ空間分布（図１３に示されている）は図１２Ｂに比較してホログラム充填密度の大幅な減少を示す。偶数番ホログラム１１５０のエッジ及び奇数番ホログラム１１５１のエッジが図１３に示されている。このようなホログラムサイズのインタリーブにより参照ビーム間の角度分離を減少させることができ、大幅な記録密度の増加をもたらす。この増加は、平均ホログラムサイズが小さくなるために転送速度が減少するという犠牲をはらって達成することができる。しかしながら、ホログラムサイズのインタリーブは一般的により高い参照ビーム角度アパーチャにおける収穫の低下を示す。
【０１０１】
他の実施形態では、ダイナミックアパーチャ等化はｋ空間内のＥｓ(^k)及びＥｒ(^k)の互いに素の軌跡に基づいて又は基づかないで実行することができる。例えば、ダイナミックアパーチャ等化は、図１の従来のモノキュラー装置を用いて、２つの異なるページサイズをインタリーブすることによって実行することができる。更に、異なる長さのパターン（偶数／奇数だけでなく）及び周期的でないパターンのインタリーブも実行することができる。一般に、ｋ空間変調分布を等化する任意の技術を実行することができ、これもダイナミックアパーチャ等化ということができる。
【０１０２】
誤り訂正パリティ分布
ホログラフィックストレージ装置は、再生エラーの存在下でロバストなデータ再生を達成するために、一般に誤り訂正コードを使用する。例えば、入力データの一部分を再生できないときに再生を可能にするために、入力データにパリティを付加するシステマチックコードが使用される。システマチックコードの例としては低密度パリティチェック（ＬＤＰＣ）コード及びリードソロモンコードがある。
【０１０３】
ダイナミックアパーチャホログラフィを用いるいくつかの例では、パリティデータは一部（サブセット）のホログラムに優先的に記録されるが、入力データは別の一部のホログラムに優先的に記録される。一例では、パリティデータは小さいホログラムに優先的に記録されるが、入力データは大きなホログラムに優先的に記録される。このようなデータの分配は一般に再生転送速度を向上させる。なぜなら、入力データのエラーフリー再生の場合には、小さいホログラムに存在するパリティを再生する必要がないためである。
【０１０４】
複数回アパーチャ軌跡共有
いくつかの例では、アパーチャの領域は複数回共有され得る。信号及び／又は参照角度アパーチャの複数回共有は、上述した「単独共有」法にはアクセスし得ない格子空間にアクセスするために使用することができる。この点で複数回共有は上述した角度多重のような基本的な多重方法の「共有」とは異なる。
【０１０５】
一例では、複数回のアパーチャ軌跡共有は二重共有を含み、上述したダイナミックアパーチャホログラフィで実行することができる。図１４Ａ及び１４Ｂは二重アパーチャ共有の例示的な構成を示す。図１４Ａは図５Ｂ，６Ｂ，７Ｂ及び８Ｂに示すものと同様のダイナミックアパーチャホログラフィを表す角度アパーチャマップを示すが、１）この角度アパーチャマップは−４５度だけ回転されている；２）第１の信号ビーム角度アパーチャの第１エッジ１４７２Ａに加えて第１の信号ビーム角度アパーチャの第２のエッジ１４７３Ａを含んでいる、という２つの変更を有する。この構成は、ダイナミックアパーチャホログラフィを上述したように実行するために使用することができ、第１の参照ビーム角度アパーチャはその軌跡１４８０Ａに沿って推移するので、第１の信号ビーム角度アパーチャの第１のエッジ１４７２Ａはその第１の参照ビーム角度アパーチャから少なくとも最小分離角度だけ離されたままにされる。更に、第１の信号ビーム角度アパーチャの第２のエッジ１４７３Ａは、そのｙ成分絶対値が常にその第１の参照ビームのｙ成分以下になるようにダイナミックに変化される。その後、上述したｋ空間フォーマリズムを適用すれば、発生されるデータバンド格子分布のｋｙ成分は常に零より小さくなる（例えば、データバンドはｋ空間の負のｋｙ半部内に位置する）こと明らかである。逆に、共役データバンドは零より大きいｋｙ成分を有する。
【０１０６】
図１４Ｂは、分布がｘ軸を中心に反転している点を除いて図１４Ａと同じである。従って、第２の信号ビーム角度アパーチャの第１エッジ１４７２Ｂ及び第２エッジ１４７３Ｂは第２の信号ビーム角度アパーチャの境界となる。参照ビーム角度アパーチャ軌跡１４８０Ｂは同様にｘ軸を中心に反転する。同様のｋ空間フォーマリズム分析によって、この例のデータバンド格子分布はｋ空間の正のｋｙ半部内に完全に位置する（及び共役バンドは負の半部内に位置する）。両データバンド及び両共役データバンドの分布は構成により互いに素であることを証明することができ、よって両ホログラムのセットは記録媒体の同じ体積内に多重することができる。このようなシステムは図４−１０に例示するダイナミックアパーチャホログラフィに比較して増加した記録密度を達成することができる。
【０１０７】
特定の軌跡共有アパーチャの例を上に示したが、他の複数軌跡共有アパーチャ方式を使用することができることを理解すべきである。複数の軌跡ホログラム分布はｋ空間内で対称にしてもしなくてもよいし、３、４又はそれより多くの分布を使用することもできる。本方法は、角度多重、ポリトピック多重及び多数の他の多重方法と組み合わせて実施してもよい。
【０１０８】
コリニアホログラフィックデータストレージ
図１５はコリニアホログラフィックデータストレージシステム１５００の一例を示す。システム１５００は一般的に、レーザ光源１５０２（例えば、緑色又は青色）、参照ビーム１５３３及び信号(情報)ビーム１５４３を生成するＳＬＭ１５０４、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１５０６、ダイクロイックミラー１５０８、１／４波長板（ＱＷＰ）１５１０、対物レンズ１５４５、記録媒体１５５８、赤色レーザ光源１５１６、光検出器１５４２、リングマスク１５２０、ランドＣＭＯＳ又はＣＣＤセンサ１５２２を含む。システム１５００は更に、システムのレーザ光源１５０２及び１５１６、ＳＬＭ１５０４及び他のコンポーネントを制御するプロセッサ(図示せず)を含む。図１５に示すように、システム１５００には追加のレンズ及び／又は反射器も含めることができる。
【０１０９】
書込みプロセス時に、図１６の角度アパーチャマップに示すような信号ビーム及び参照ビームの複合像がＳＬＭ１６０４によって生成される。参照ビーム角度アパーチャ軌跡１６８０及び信号ビーム角度アパーチャ軌跡１６７０は、中心の信号ビーム角度アパーチャ軌跡１６７０を取り囲む参照ビーム角度アパーチャ軌跡１６８０の環状参照パターンを示す。図１５につき説明すると、ＳＬＭ１５０４のｐ偏光出力がＰＢＳ１５０６を通過し、次いでＱＷＰ１５１０に入射する。ｐ偏光ビームはＱＷＰ１５１０により円偏光状態に変換され、対物レンズ１５４５によってホログラフィック記録媒体１５５８に集束される。
【０１１０】
読出しプロセス時に、外周参照ビームのみがＳＬＭ１５０４によって生成され、ＰＢＳ１５０６，ＱＷＰ１５１０及び対物レンズ１５４５を通過してホログラフィック記録媒体１５５８に入射する。再構成信号ビームが生成され、反射されて対物レンズ１５４５に戻り、ＱＷＰ１５０８を通過し、そこで円偏光状態からｓ偏光状態に変換される。再構成された信号ビームはその後ＰＢＳ１５０６により反射され、ＣＭＯＳ又はＣＣＤセンサ１５２２によって検出される。赤色レーザ光源１５１６は対物レンズ１５４５の焦点を調節するための光学サーボ制御に使用することができる。
【０１１１】
図１５に示すものと類似もしくは同等のコリニアシステムはダイナミックアパーチャホログラフィの利益を享受するように変更することができる。例えば、信号ビーム角度アパーチャの位置をＳＬＭの縁へシフトさせ（例えば、それぞれ図１７Ａ，１７Ｂ及び１７Ｃのように０°、１２０°及び２４０°の方向に）、且つ参照ビーム角度アパーチャの位置をこれらのシフトを受け入れるように変更することによって、図１７の変更ＳＬＭパターンを生成することができる。いくつか例では、信号ビーム角度アパーチャのエッジと参照ビーム角度アパーチャのエッジの間に分離角度を維持することができる。この分離角度は変更パターンの各々に対して同一にしても、相違させてもよい。
【０１１２】
有利なことに、コリニアシステムのこのような変更は少なくとも下記の２つの利点をもたらす。
１）上記の３つのパターンにより生成されるｋ空間ホログラム分布は実質的に重なるが、このように多重されたホログラムのデータバンド及び共役でバンドの総体積は従来の場合よりも大きくすることができる。これはより高い記録密度をもたらす。
２）T. Shimura, M. Terada, Y. Sumi, R. Fujimura, and K. Kuroda, "Inter-page cross-talk noise in collinear holographic memory," Joint Int. Symp. on Opt. Memories and Opt. Data Storage, Waikoloa,  Hawaii, July (2008), paper TuP04に開示されている分析は、コリニアホログラフィのページ間クロストーク雑音は多重化されたページからの寄与のインコヒーレントサムになることを示している。従来のコリニアホログラムに対するｋ空間ホログラム分布は完全に重なり合うが、例えば図１７Ａ及び１７Ｂの分布は部分的に重なり合うのみである。従って、図１７Ａ及びＡ７Ｂの異なるＳＬＭパターンの間のクロストーク寄与は従来の場合より低くなり、信号対雑音の増加及び従って記録密度の増加が得られる。
【０１１３】
コリニアホログラムはホログラフィック多重化に関する相関効果に基づいている。個々のホログラムがｋ空間の互いに素の領域を占める角度多重化と対照的に、コリニア記録における個々のホログラムは広く分布し、他のホログラムと密に重なりあい、シマ他のものと同様のクロストーク表現式をもたらす。本明細書に記載するダイナミックアパーチャホログラフィは、これらの分布の重複を少し低減するのに役立ち、従って設計をより互いに素のｋ空間区分化設計に向けて進めることによってクロストークを少し低減するのに役立つ。この技術の他の変形例も本発明の範囲内で実施可能である。
【０１１４】
図１８は、上述したプロセスを実行するために使用し得る多数のコンポーネントを備えたコンピューティングシステム１８００を示す。メインシステム１８０２は、入出力（Ｉ／Ｏ）部１８０６、１以上の中央処理装置（ＣＰＵ）１８０８及びメモリ部１８１０を有するマザーボード１８０４を含み、メモリ部１８１０はそれに関連するフラッシュメモリカード１８１２を有することができる。入出力部１８０６はディスプレイ１８２４、キーボード１８１４、ディスクストレージユニット１８１６及びメディアドライブユニット１８１８に接続される。メディアドライブユニット１８１８は、プログラム１８２２及び／又はデータを格納し得る非一時的コンピュータ可読ストレージ媒体１８２０を読み出し／書き込みすることができる。
【０１１５】
上述したプロセスの結果に基づく少なくともいくつかの値は後の使用のために保存することができる。更に、非一時的コンピュータ可読媒体は、上述プロセスの任意の１つをコンピュータによって実行するための１以上のコンピュータプログラムを格納する（例えばタンジブルに具体化する）ために使用することができる。コンピュータプログラムは、例えば汎用プログラミング言語（例えば、パスカル、Ｃ，Ｃ＋＋，ジャバ）又はいくつかの特定用途向け言語で書くことができる。
【０１１６】
いくつかの代表的な実施形態のみを上で詳細に記載したが、当業者は本開示の新規な教示及び利点から実質的に逸脱することなくこれらの代表的な実施形態において多くの変更を成し得ることは容易に理解されよう。例えば、上述した実施形態の特徴は他の組合せで組み合わせて追加の実施形態を構成することができる。従って、これらの変更のすべては本発明の範囲に含まれることが意図されている。
【０１１７】
代替実施形態及び変更例
添付図面に示され且つ又上述された様々な実施形態及びその変形例は単なる例示であり、本発明の範囲を限定することを意図していない。当業者に明らかなように、本発明の利点を考慮すれば、本発明の多数の他の変形例が考えられることを理解すべきである。添付の請求の範囲から読み取れる本発明の全ての変形例は本発明の範囲に含まれることが意図されている。
【図１】
2016510931.tif 000008
【図２Ａ】
2016510931.tif 000009
【図２Ｂ】
2016510931.tif 000010
【図３Ａ】
2016510931.tif 000011
【図３Ｂ】
2016510931.tif 000012
【図３Ｃ】
2016510931.tif 000013
【図４】
2016510931.tif 000014
【図５Ａ】
2016510931.tif 000015
【図５Ｂ】
2016510931.tif 000016
【図５Ｃ】
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【図６Ａ】
2016510931.tif 000018
【図６Ｂ】
2016510931.tif 000019
【図６Ｃ】
2016510931.tif 000020
【図７Ａ】
2016510931.tif 000021
【図７Ｂ】
2016510931.tif 000022
【図７Ｃ】
2016510931.tif 000023
【図８Ａ】
2016510931.tif 000024
【図８Ｂ】
2016510931.tif 000025
【図８Ｃ】
2016510931.tif 000026
【図９】
2016510931.tif 000027
【図１０】
2016510931.tif 000028
【図１１Ａ−１１Ｂ】
2016510931.tif 000029
【図１２Ａ】
2016510931.tif 000030
【図１２Ｂ】
2016510931.tif 000031
【図１３】
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【図１４Ａ】
2016510931.tif 000033
【図１４Ｂ】
2016510931.tif 000034
【図１５】
2016510931.tif 000035
【図１６】
2016510931.tif 000036
【図１７Ａ】
2016510931.tif 000037
【図１７Ｂ】
2016510931.tif 000038
【図１７Ｃ】
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【図１８】
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【国際調査報告】
2016510931.tif 000041
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