JP2006260752A - ホログラフィック記録用データページ画素整形 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、ホログラフィック記録用データページの画素の整形、整形された画素を持つデータページを含むホログラフィック記録媒体、並びに、該ホログラフィック記録媒体の記録及び再生装置（１）に関する。
【解決手段】本発明によると、複数画素を持つデータページを生成するため光ビーム（２）を変調する装置は、データページ上で空間的に変化する画素サイズを用いる。ホログラフィック記録媒体の記録装置（１）は、光ビーム（２）を変調する前記装置を有し、ホログラフィック記録媒体の再生装置（２）は、空間的に変化する画素サイズの複数画素を持つデータページを検出するのに適合した検出手段（９）を含んでいる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ホログラフィック記録用データページの画素整形、整形された画素を持つデータページを有するホログラフィック記録媒体、並びに、該ホログラフィック記録媒体の記録及び再生装置に関する。

デジタルホログラフィックデータ保存技術の発明以来、記録媒体の記録容量の増加又は情報量当たりの記録媒体サイズの縮小が、それぞれ追求されている。情報は、記録媒体内の体積的な干渉パターンの形状で記録される。デジタルホログラフィック記録技術において、情報は空間光変調器（ＳＬＭ）を用いたレーザビームの変調により実現される２値データページの形状、つまり光変調画素アレイに配置される。このレーザビームは、系統的に、回転する記録層を持つホログラフィックディスク又はホログラフィック記録カードといった記録媒体の表面全体を走査する。１００ビット／μｍ^２までの記録密度の増加は、３次元、つまり、情報の保持に表面のみを使用するのではなく記録層の体積を利用することによっている。前述したように、データは、例えば、１００ビット以上といった、複数ビットを含むデータページの形状に配列される。再生されたデータページは、通常、ＳＬＭと同じ数の画素を持つＣＣＤアレイにより分析される。データ読み出しの高い並列性により、１０Ｇビット／秒以上の高いデータ転送レートが実現できる。

ホログラフィック記録システムが直面する問題の１つは、隣接して記録されたホログラムからのクロストークである。異なるホログラム間のクロストークの抑圧は視野角に依存する。強いクロストークは、低い信号対雑音比（ＳＮＲ）の原因となる。例えば、シフト多重ホログラフィック記録システムのシフト距離は、データページの対応部分からの過度のクロストークを避けるために、参照光と信号光の最小角度により選択されなければならない。しかしながら、これは非特許文献１に記載されている様に、データページの他の部分において、データ密度損失の原因となる。位置依存するＳＮＲの他の例は、非特許文献２に記載されている。

非特許文献３には、高データレートで高密度な、デジタルフォトグラフィック記録ディスクシステムのデザイン及び実装について記載されている。ホログラム当たりのデータ密度は、記録データ画素数を記録領域で除した比により記述されている。データ記録密度は、システムの様々なパラメータや、記録方法により変化する。最も影響するパラメータは、記録媒体自身の材質、記録媒体の材質の厚さ及び光ビームの波長であり、最後のパラメータは、より小さな焦点距離がより小さな波長で達成できることによる。一般的に、デジタルホログラフィック記録システムの高データ密度のために、像の歪曲と収差によるＳＬＭからＣＣＤへの画素の誤検出量は、ごくわずかな範囲内、例えば、０．２画素内に抑えなければならない。この検出精度と高い開口数（ＮＡ）により、結像光学系の品質が厳しく要求される。

例えば、高いＮＡを持つ対物レンズシステムによる大きな視界角での結像は、小さい視野角での結像ほど良くない。結果として、像は視野角の増加に伴い増加する光学収差に影響される。これが、ＳＮＲが視野角に依存する原因である。これは、現在のＤＶＤ再生器や記録器に使用されている様な、安価な光部品に特にあてはまる。経済的観点から、ホログラフィック記録システムにも、同様のプラスチック部品の使用が望まれている。結果として、ＣＣＤ上での異なる隣接画素間でのクロストークの抑圧は、視野角に依存する。画素サイズは、通常、大きな視野角での画素により決定される許容最大クロストークにより選択されなければならない。しかしながら、これは、データページの他の部分でのデータ密度の減少につながる。よって、ホログラフィック記録システムの記録容量は、結像面の最も低いＳＮＲにより制限される。

従来技術である特許文献１には、異なる検出画素サイズの検出器アレイを持つホログラフィック記録媒体への記録再生装置が開示されている。画素の変形は、オーバーサンプリング又はレーザ波長の制御により抑制される。

米国特許出願公開第２００２／００７５７７６号明細書 Ｓｔｅｃｋｍａｎｎ ｅｔ ａｌ．、Ａｐｐｌ．Ｏｐｔ．４０、３３８７‐３３９４、２００１年 Ｃｕｒｔｉｓ ｅｔ ａｌ．、Ｊ．Ｏｐｔ．Ｓｏｃ．Ａｍ Ａ １０、２５４７‐２５５０、１９９３年 Ｏｒｌｏｖ ｅｔ ａｌ．、Ａｐｐｌ．Ｏｐｔ．４３、４９０２‐４９１４、２００４年

本発明は、ホログラフィック記録媒体の記録容量を改良するための装置を提供することを目的とする。

この目的は、ホログラフィック記録媒体への記録用の複数画素を持つデータページを生成するための光ビームを変調する装置であって、データページの画素は、データページ上で空間的に変化する画素サイズを有する装置により達成できる。

ホログラフィック記録システムの記録密度の制限は、特に、データページの縁領域の画素サイズにより与えられる。対物レンズの光要素の収差は、像のひずみの原因となり、外側領域での光ビームの像のＳＮＲを減少させる。よって、ホログラフィックデータ記録システムの記録容量を改良するために、画素サイズを高い視野角での歪みに適合させる、空間的に変化するデータ画素サイズの導入を提案する。この様に、大きなデータページ画素がＳＮＲの低い領域に使用される。拡大されたデータページ画素は、検出器ノイズを低減するためＳＮＲを増加させ、また、光収差による隣接画素間のクロストークの低減により、更に、ＳＮＲを改良する。この様に、本発明は、収差により発生する歪みを最小にするための複雑な光部品配置を必要とせず、簡易な光部品の利用を可能とする。画素サイズの変化は、内部領域から外部領域へ増加する形態で実行可能であり、画素サイズが内部領域から外部領域に３段階で増加することを考慮すれば、２又はそれ以上の段階で増加させる。好ましくは、空間的に変化する画素サイズは、空間的に変化する画素サイズを持つ空間光変調器及び／又はビーム整形光学系により実現される。

実施形態の効果として、ビーム整形光学系は、少なくとも２つの非球面光学要素を含んでいる。少なくとも２つの非球面光学要素は、１対の対物レンズのテレスコープ配置を含み、レンズは、凸レンズ、凹レンズ、平凸レンズ、両凸レンズ又は両凹レンズである。２つの光部品の配置は、空間光変調器と記録対物レンズユニット間、又は、再生対物レンズユニットと検出手段間の光パスへ実装可能な程度に小さくすることが可能である。

実施形態の効果として、ビーム整形光学系は、視野角に依存する光ビームの拡大を実行する。光要素の非球面曲率は、ビーム整形光学系の中心への距離に依存する要求倍率に対応し、拡大の効果は、光軸への距離が大きくなるほど増加する。

好ましくは、ビーム整形光学系による視野角依存の拡大は、空間光変調器及び／又は検出手段のデータページ全体で本質的に一様な信号対雑音比をもたらす。データページの中心領域のＳＮＲが最大であるので、全データページのＳＮＲを中心領域のＳＮＲに近づければ、記録容量を最大化できる。対物レンズユニットの収差の影響による高い歪みを示す外側領域の画素サイズの適切な拡大により、この効果に到達できる。もし、ＳＮＲが全データページにおいて一様であれば、記録密度を低くする最も低いＳＮＲに信号サンプリングを適合させる必要はなく、データ信号の電気的処理が容易になる。

好ましくは、変化する画素サイズがデータページ内での一様な信号対雑音比をもたらす。一様な信号対雑音比は、視野角に依存する画素サイズを、光ビームの歪みに適合させることで達成できる。特に、検出手段により実行される記録されたデータページの再生は、ＳＮＲが全データページにおいて一様で、データページの外側領域の最も低いＳＮＲに依存しない場合、高い信頼性で実行される。

空間光変調器は、例えば、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、マイクロミラーアレイ等により構成される。ＳＬＭへの照射は、透過的、つまり光ビームがＳＬＭを通過するときに変調される、であっても、反射的、つまり光ビームがＳＬＭで反射するときに変調される、であっても良い。光ビームを発する光源は、好ましくはダイオードレーザ等のレーザ光源である。検出手段は、好ましくは、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅｄ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）アレイである。

本発明の更なる目的は、改良された記録容量を持つホログラフィック記録媒体を提供することである。

本発明によると、この目的は、複数画素を持つ少なくとも１つのデータページの形状に配置されたデータを含むホログラフィック記録媒体であって、データページの画素は、データページ上で空間的に変化する画素サイズを有するホログラフィック記録媒体により達成できる。

本発明の他の目的は、全データページにおいて改良されたＳＮＲを達成し、よって、ホログラフィック記録媒体の高記録密度を達成する、ホログラフィック記録媒体への記録装置を提供することである。

上述した目的は、光ビームを生成する少なくとも１つの光源と、ホログラフィック像を保存するため、少なくとも１つのホログラフィック記録媒体に光ビームを集光する記録対物レンズと、複数画素を持つデータページを生成するため光ビームを変調する前記本発明による装置とを含み、前記データページはデータページ上で空間的に変化する画素サイズを持つホログラフィック記録媒体への記録装置により達成できる。

本発明の更なる目的は、本発明によるホログラフィック記録媒体の再生装置を提供することである。

本発明によると、この目的は、光ビームを生成する少なくとも１つの光源と、再生対物レンズと、複数画素を持つデータページを検出する検出手段とを含み、検出手段は、アレイの端に向かうほどサイズが大きくなる画素アレイを有するホログラフィック記録媒体の再生装置により達成できる。

データページの外側領域における、検出器画素マトリックスの像の画素サイズへの適応は、全データページに渡り高ＳＮＲをもたらす。このため、一様な画素マトリックスを持つ既知の標準的な検出手段は、空間的に変化する画素マトリックス、つまり、空間的に変化する画素サイズを持つ検出器に置換される。データページが変化する画素サイズにより保存されている場合、その様な検出器は、全データページにおいて高い、そして本質的に一様なＳＮＲを達成する。

他の方法として、再生データページの空間的に変化する画素サイズを、検出手段の画素サイズに適合させるため、少なくとも１つのビーム整形光学系が、再生対物レンズと検出手段間の光軸に配置される。更なるビーム整形光学系を配置することで、装置は全データページにおいて高い信号対雑音比で運用できる。視野角に依存する倍率の適合は、従来の空間光変調器と従来の検出手段が使用されたときでさえ、高いＳＮＲを達成する。ビーム整形光学系は、テレスコープの原理、つまり、視野角に依存する倍率を得るため、非球面回折表面で特徴づけられる特定の対物レンズの使用に基づいている。それと共に、記録及び／又は再生対物レンズの光収差は、隣接画素間でのクロストークに関して負の影響を持たない。ビーム整形光学系は、ＣＤやＤＶＤ再生器への適用により既知である標準的な光部品で構成され、これらの光部品はバルク品であり、簡易な構成と、精度に関する制約が低いという特徴から、再生対物レンズからの光ビームの分配への適用に都合が良い。もちろん、ホログラフィックシステムは、再生パス内に変化する画素サイズの検出器とビーム整形光学系の両方を備えていても良い。

本発明の更なる実施形態によれば、検出手段は、全データページにおいて高分解能で一様な画素サイズを持ち、その様なデータページがオーバサンプリングされる。この場合、データページのビットパターンは、好ましくは、ソフトウェア法により分析される。これは、検出器の分解能がデータページの分解能より高い場合に、一様な画素サイズを持つＣＣＤアレイといった、標準的な検出器の使用を可能とする。データページの単一画素は検出手段の１つ以上の画素により検出されるので、適切なソフトウェア法により、変化する画素サイズを持つ再生データページが分析される。ソフトウェアは、実際の画素構成を計算する。最大ＳＮＲ基準が最適化機能として使用されるので、この方法によりＳＮＲが増加する。

上述した、及び、他の態様は、図面を用い以下に記述する本発明の詳細により明らかになる。

図１は、ホログラフィック記録媒体の記録再生のための装置１の斜視図である。装置１は、図示しない光源を含んでいる。光源は、本例において空間光変調器３の反対側から装置内方向に照射される光ビーム２を生成する。この目的のために、反射による構成を使用することも可能である。空間光変調器３を照射する光ビーム２のプロファイルは、空間光変調器３を通過することにより変調される。図において、変調は明暗の画素により実行される。もちろん、他の変調方法を使用することも可能である。各単一画素はビットを表し、全体がデータページを構成している。装置１の全要素は光軸上に配置される。

ビーム整形光学系５は、記録対物レンズ４と空間光変調器３との間に配置される。記録対物レンズ４へのビームプロファイルに刻まれたデータページの画素サイズ適合を目的とした、ビームプロファイルの外側領域拡大のために、ビーム整形光学系５は、テレスコープとして構成された２つの非球面光学要素６を有し、ビームの外側領域を高倍率で拡大するが、光ビームの内側領域、よってデータページの内側領域を拡大しない。適合された光ビーム２は、その後、記録媒体７上で光ビーム２の焦点を合わせる記録対物レンズ４を照射する。記録媒体７は、光ビーム２の下で回転するホログラフィックディスクにできる。もちろん、本発明は、ホログラフィッククリスタルの様な、他の種類の記録媒体にも適用可能である。画素の形状でデータ情報を運ぶ光ビーム２は、記録媒体７内で図示しない参照光と交わる。記録媒体７の物質内での信号光ビーム２と参照光の交差は、記録媒体７内に干渉パターンを生じさせ、この干渉パターンと記録媒体７の材質の相互作用により、データページは、この干渉パターンの形状で記録媒体７に記される。

記録媒体７に記された情報の再生のため、記録媒体７を通過した光ビーム２により再生対物レンズ８が照射される。再生されたデータページを運ぶ光ビーム２は、再生対物レンズ８を照射し、その外側領域が同じ倍率を持つ同じビームプロファイルで特徴づけられている。再生対物レンズ８はビーム整形ユニット５を通過後、検出手段９を照射する光ビーム２を平行光にする。ビーム整形ユニット５は、光ビーム２の外側領域の拡大を再調整するために、逆方向に配置される。再調整された光ビームは、検出手段９のＣＣＤアレイを照射し、データは、ＣＣＤアレイの適切なサンプリングにより読み取られる。もちろん、ホログラフィック記録媒体７の記録再生は、同じ装置１により実行される必要はない。記録と再生を独立した装置により提供することも可能である。

図２は、図１による装置１の記録部、特に、ビーム整形光学系５の詳細を示す図である。外側ビーム部分１０と内側ビーム部分１１の典型的な２つのビーム部分を図示している。光ビーム２は、光軸１２に沿って伝搬してビーム整形光学系５に進入する。内側ビーム部分１１は、ビーム整形光学系５の影響はないが、外側ビーム部分１０は拡大される。記録対物レンズ４は、光ビーム２の拡大された直径に適合する。外側ビーム部分１０の集光は、高い視野角１３で行われる。

図３は、変化する画素サイズを持つ検出手段９を含む実施形態を示す図である。記録媒体７は、透過型配置により集光された光ビームにより照射されている。光ビームは、検出手段９を照射するため、再生対物レンズ８により平行光にされる。検出手段９は、検出手段９の外側領域方向に徐々に増加する様に変化する画素サイズが特徴である。内側ビーム部分１１のデータページのより小さな画素に適合する、より小さな画素サイズが検出手段９の内側領域に配置され、検出手段９の外側領域は、外側ビーム部分１０のデータページのより大きな画素サイズにより、大きな画素サイズとなっている。この配置により、より大きなＳＮＲがアレイの各領域で達成できるので、再生システムは検出手段９の外側領域の最も低いＳＮＲに適合させる必要はなく、全体の記録容量を増加させる。

図４に示す様に、一様な画素サイズのＳＬＭとビーム整形光学系５との組合せを用いる代わりに、空間的に変化する画素サイズを持つ画素１４を有するＳＬＭを使用することもまた可能である。同様に、空間的に変化する画素サイズを持つＳＬＭとビーム整形光学系５の組合せも使用できる。ＳＬＭとして図示した空間的に変化する画素サイズは、図１の検出手段９にも利用可能である。この場合、一様画素サイズを持つ検出手段９に必要なビーム整形光学系５は省略できる。

本発明は、上述した、例示である実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲により定義される保護範囲内において、多様な変更が可能なものである。この様に、本発明は、他のホログラフィックシステムにも適用可能である。

画素整形光学系を全光パスに配置したホログラフィック記録媒体の記録再生装置の構成を示す図である。 図１の装置の記録部と、視野角依存の倍率を持つ画素整形光学系内の光パスの詳細を示す図である。 変化する画素サイズを含む検出手段を持つ装置の再生部を示す図である。 空間的に変化する画素サイズを持つ空間光変調器を示す図である。

符号の説明

１ 装置
２ 光ビーム
３ 空間光変調器
４ 記録対物レンズ
５ ビーム整形光学系
６ 非球面光学要素
７ 記録媒体
８ 再生対物レンズ
９ 検出手段
１０ 外側ビーム部分
１１ 内側ビーム部分
１２ 光軸
１３ 視野角
１４ 画素

Claims (11)

1. ホログラフィック記録媒体への記録用の複数画素を持つデータページを生成するための光ビーム（２）を変調する装置であって、
   データページの画素は、データページ上で空間的に変化する画素サイズを有すること、
   を特徴とする装置。
2. データページ上で空間的に変化する画素サイズを生成するため、空間的に変化する画素サイズを持つ空間光変調器（３）及び／又はビーム整形光学系（５）を有する請求項１に記載の装置。
3. ビーム整形光学系（５）は、少なくとも２つの非球面光学要素（６）を含む請求項２に記載の装置。
4. ビーム整形光学系（５）は、視野角に依存する光ビーム（２）の倍率を持つ請求項２又は３に記載の装置。
5. 空間的に変化する画素サイズは、データページの縁領域に向けて増加する請求項１から４のいずれか１項に記載の装置。
6. 空間的に変化する画素サイズは、信号対雑音比がデータページ全体で本質的に一様となる様に変化する請求項１から５のいずれか１項に記載の装置。
7. 光ビーム（２）を生成する少なくとも１つの光源と、
   ホログラフィック像を保存するため、少なくとも１つの記録媒体（７）に光ビーム（２）を集光する記録対物レンズ（４）と、
   を有するホログラフィック記録媒体の記録装置であって、
   更に、変化する画素サイズの複数画素を持つデータページを生成するため、光ビーム（２）を変調する請求項１から６のいずれか１項に記載の装置を含むこと、
   を特徴とする記録装置。
8. 光ビーム（２）を生成する少なくとも１つの光源と、
   再生対物レンズ（８）と、
   複数画素を持つデータページを検出する検出手段（９）と、
   を有するホログラフィック記録媒体の再生装置であって、
   検出手段（９）は、アレイの端に向けてサイズが増加する画素アレイを有する再生装置。
9. 光ビーム（２）を生成する少なくとも１つの光源と、
   再生対物レンズ（８）と、
   複数画素を持つデータページを検出する検出手段（９）と、
   を有するホログラフィック記録媒体の再生装置であって、
   再生データページの空間的に変化する画素サイズを、検出手段（９）の画素サイズに適合させるため、ビーム整形光学系（５）が、再生対物レンズ（８）と検出手段（９）との間の光軸上に配置されている再生装置。
10. 複数画素を持つデータページを検出するための画素アレイを含む検出器（９）であって、
    画素アレイは、空間的に変化する画素サイズを有し、画素サイズは、アレイの端に向けて増加すること、
    を特徴とする検出器。
11. 複数画素を持つ少なくとも１つのデータページの形状に配置されたデータを含むホログラフィック記録媒体であって、
    データページの画素は、データページ上で空間的に変化する画素サイズを有するホログラフィック記録媒体。
    

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