ホログラフィック汎用ディスクのしくみ

ホログラフィックメモリシステムは何十年も前から存在しています。CDやDVD（Blu-rayのような「次世代」DVDでさえ）よりもはるかに多くのストレージ容量を提供し、それらの転送速度は従来のディスクをほこりの中に残します。では、なぜ私たち全員が何年もの間ホログラフィックメモリを使用していないのですか？

価格や複雑さなど、ホログラフィックストレージを大量消費の領域から遠ざけてきたいくつかのハードルがあります。これまで、システムは製造においてコストが法外なレベルの精度を必要としていました。しかし、最近の変更により、Optwareによって開発されたホログラフィック多用途ディスク（HVD）は、消費者にとって実行可能なオプションになりました。

この記事では、HVDがどのように機能するか、以前のホログラフィックストレージの方法をどのように改善したか、Blu-rayやHD-DVDとどのように連携するかについて説明します。

内容

1. ホログラフィックメモリの基礎
2. ホログラフィック多用途ディスク
3. HVDシステム：データの書き込み
4. HVDシステム：データの読み取り
5. HVDの比較

ホログラフィックメモリを理解するための最初のステップは、「ホログラフィック」の意味を理解することです。ホログラフィーは、光のパターンを記録して3次元のオブジェクトを生成する方法です。記録された光のパターンはホログラムと呼ばれます。

-ホログラムを作成するプロセスは、光の集束ビームで始まるレーザービーム。このレーザービームは、2つの別々のビームに分割されます。プロセスの大部分を通じて変化しない参照ビームと、画像を通過する情報ビームです。光が画像に遭遇すると、その構成が変化します（このプロセスについては、光のしくみを参照してください）。ある意味で、情報ビームが画像に遭遇すると、その画像を波形で運びます。これらの2つのビームが交差すると、光の干渉パターンが作成されます。この光干渉のパターンを記録する場合（たとえば、ディスクの感光性ポリマー層）、基本的に画像の光パターンを記録します。

ホログラムに保存されている情報を取得するには、参照ビームをホログラムに直接当てます。ホログラムで反射すると、そこに保存されている画像の光のパターンを保持します。次に、この再構成ビームをCMOSセンサーに送信して、元の画像を再作成します。

私たちのほとんどは、ホログラムを、上の写真のデススターのようにオブジェクトの画像を保存するものと考えています。ここで説明するホログラフィックメモリシステムは、アナログ情報の代わりにデジタルを格納するためにホログラムを使用しますが、それは同じ概念です。情報ビームは、デススターを表す光のパターンに遭遇する代わりに、1と0を表す明るい領域と暗い領域のパターンに遭遇します。

HVDには、従来のストレージテクノロジーに比べていくつかの利点があります。HVDは、最終的に1テラバイト（TB）を超える情報を保存できます。これは、片面DVDの200倍、現在の両面Blu-rayの20倍です。これは、HVDがホログラムを重なり合うパターンで保存しているのに対し、DVDは基本的に情報のビットを並べて保存しているためです。HVDは、DVDよりも厚い記録層も使用します。HVDは、単一の薄い層ではなく、ディスクのほぼ全体のボリュームに情報を格納します。

コンベンショナルメモリシステムに対する他の大きな後押しは、毎秒最大1ギガバイト（GB）のHVDの転送速度です。これはDVDの40倍の速度です。HVDは1ページのデータ（約60,000ビットの情報）を1パルスの光で保存および取得しますが、DVDは1ビットのデータを1パルスの光で保存および取得します。

HVDテクノロジーの前提がわかったので、Optwareディスクの構造を見てみましょう。

ホログラフィックメモリは40年以上前から存在していますが、いくつかの特性により、消費者市場での実装が困難でした。まず、これらのシステムのほとんどは、参照ビームと情報ビームを異なる軸で記録媒体に送信します。これには、交差する必要のある正確なポイントにそれらを整列させるために、非常に複雑な光学システムが必要です。もう1つの欠点は、現在の記憶媒体との非互換性に関係しています。従来、ホログラフィック記憶システムにはサーボデータが含まれていませんでした。これは、それを運ぶビームがホログラフィープロセスに干渉する可能性があるためです。また、以前のホログラフィックメモリディスクは、CDやDVDよりも著しく厚くなっていました。

Optwareは、HVDにいくつかの変更を実装しました。これにより、消費者市場により適したものになる可能性があります。HVDシステムでは、レーザービームは同じ軸を進み、同じ角度で記録媒体に当たります。これは、Optwareがコリニアメソッドと呼んでいます。Optwareによると、この方法はより複雑でない光学システムを必要とし、消費者の使用により適したより小さな光学ピックアップを可能にします。

HVDにはサーボデータも含まれています。HVDシステムのサーボビームは、ポリマー記録媒体を光増感しない波長にあります。HVDテストシステムでは、サーボデータは赤色（650 nm波長）レーザーで伝送されます。HVDのサイズと厚さは、CDやDVDとも互換性があります。

ディスクの構造は、2つの基板の間に厚い記録層を配置し、ホログラフィーデータを運ぶ青緑色の光を反射するが、サーボ情報を収集するために赤色の光を通過させるダイクロイックミラーを組み込んでいます。

OptwareのHVDシステムは現在研究開発の後期段階にあるため、完全な技術情報を一般に公開することはできません。ただし、次のセクションでは、HVDの主要な側面をカバーするシステムの簡略版について説明します。

競合他社

Optwareの他にも、消費者に優しいホログラフィックストレージシステムを市場に投入するために競争している企業がいくつかあります。実行中の製品の1つは、Inphase TechnologiesのTapestry（tm）ディスクです。これは、早ければ2006年11月に棚に置かれる可能性があります。詳細については、InphaseTechnologiesを参照してください。

簡略化されたHVDシステムは、次の主要コンポーネントで構成されています。

HVDに情報を書き込むプロセスは、SLMに格納されるバイナリデータに情報をエンコードすることから始まります。これらのデータは、「ページ」上で不透明または半透明の領域として表される1と0に変換されます。このページは、情報ビームが通過する画像です。

データのページが作成されたら、次のステップは、レーザービームをビームスプリッターに発射して、2つの同一のビームを生成することです。ビームの1つはSLMから離れる方向に向けられます-このビームは参照ビームになります。もう一方のビームはSLMに向けられ、情報ビームになります。情報ビームがSLMを通過すると、光の一部がページの不透明な領域によって遮られ、一部が半透明の領域を通過します。このようにして、情報ビームは、SLMを通過すると画像を伝送します。

参照ビームと情報ビームが同じ軸上で再結合すると、それらは光干渉のパターン、つまりホログラフィーデータを作成します。このジョイントビームは干渉パターンをフォトポリマーディスクに運び、ホログラムとしてそこに保存します。

保存したデータにアクセスできない場合、メモリシステムはあまり役に立ちません。次のセクションでは、HVDデータ検索システムがどのように機能するかを説明します。

HVDからデータを読み取るには、ホログラムに保存されている光のパターンを取得する必要があります。

HVD読み取りシステムでは、レーザーが光ビームをホログラムに投影します。これは、参照ビームと同じ光ビームです（上の画像の読み取りシステム1）。ホログラムは、保存している光干渉の特定のパターンに従ってこのビームを回折します。結果として生じる光は、最初に光干渉パターンを確立したページデータの画像を再現します。この光線（再構成ビーム）がディスクから跳ね返ると（システム2の読み取り）、CMOSセンサーに移動します。次に、CMOSセンサーがページデータを再生します。

それでは、HVDが他の次世代ストレージメディアとどのように比較されるかを見てみましょう。

HVDがデータストレージに革命を起こそうとしている間、他のディスクは現在のシステムを改善しようとしています。そのような2つのディスクは、次世代のデジタルストレージと見なされているBlu-rayとHD-DVDです。どちらも現在のDVDテクノロジーに基づいて構築されており、ストレージ容量を増やしています。これら3つのテクノロジーはすべて、速度と容量が重要となる高解像度ビデオ市場を目指しています。では、HVDはどのように積み重なるのでしょうか。

HVDはまだ開発の後期段階にあるため、石で書かれたものは何もありません。しかし、HVDの予想導入価格が少し高額であることにおそらくお気づきでしょう。ディスク1枚あたり約120ドルの初期価格は、おそらく消費者にとって大きな障害となるでしょう。ただし、この価格は、HVD開発者の最初のターゲットオーディエンスである企業にとってそれほど乗り越えられないものではないかもしれません。Optwareとその競合他社は、アーカイブアプリケーションに理想的なHVDのストレージ容量と転送速度を販売し、2006年後半には商用システムが利用可能になります。消費者向けデバイスは2010年頃に市場に出る可能性があります。

HVDおよび関連トピックの詳細については、次のページのリンクを確認してください。

関連記事

その他のすばらしいリンク