CN104347089A

CN104347089A - 信息记录介质、信息再现装置和信息再现方法

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Publication number: CN104347089A
Application number: CN201410073900.9A
Authority: CN
Inventors: 渡部隆夫; 富田大辅; 渡边康一; 今井亮
Original assignee: Hlds Light Science And Technology Co Ltd
Current assignee: Hlds Light Science And Technology Co Ltd; Hitachi Media Electronics Co Ltd
Priority date: 2013-08-02
Filing date: 2014-02-28
Publication date: 2015-02-11
Anticipated expiration: 2034-02-28
Also published as: CN104347089B; US9384380B2; US20150034723A1; JP2015032331A

Abstract

一个或多个层状地形成折射率等光学特性与周围不同的多个微小变性区域的点来记录信息的透明的信息记录介质中，公开了尝试从显微镜图像再现被记录的信息，但没有研究用于一般用户在通常的居住空间中能够容易地再现的再现装置及其记录装置。本发明的信息记录介质、信息再现装置和信息再现方法中，对记录介质的规定的再现层一边改变聚焦位置一边以运动图像进行摄像，利用介质的以规定频率记录的检查图案，检查通过运动图像拍摄得到的多个静止图像的分辨率，判断能否用于数据再现，对判断为能够使用的多个静止图像进行合成。

Description

信息记录介质、信息再现装置和信息再现方法

技术领域

本发明涉及信息记录介质和再现该介质中记录的信息的再现装置、再现方法。

背景技术

已知使短脉冲激光在石英玻璃或透明晶体、透明陶瓷等透明介质的内部聚光时，会形成折射率等光学性质与周围不同的微小变性区域。正在对在介质内部三维地形成大量这样的微小变性区域用于信息记录进行研究。

以下的专利文献1、2和非专利文献1～3中，记载了在玻璃等稳定且均质的物质内部记录数据。这样的记录介质具有耐久性优良的优点，特别适合数据的长期保存。用短脉冲激光形成局部变性的机制例如在非专利文献4中有记载。

此外，非专利文献3中，公开了将安装在约20倍的显微镜上的摄摄像机拍摄的照片用于再现的方法。报告了通过实施提高照片中的微小变性区域的对比度的信号处理来以约10^-3的错误率再现四个层中记录的数字数据的结果。该方法中，因为使用图像进行再现，所以具有不需要一般光盘的高速的旋转和精密的寻轨的特长。因此，具有即使经过较长时间也容易在再现设备中再现，能够读取数据的优点。

专利文献

专利文献1：日本特开平8-220688号公报

专利文献2：美国专利（US PATENT）576111号

非专利文献

非专利文献1：E.N.Glezer,et al.,"Three-dimensional optical storageinside transparent materials",Opt.Lett.,Vol.21,No.24,pp.2023-2025(1996)

非专利文献2：Manabu Shiozawa et al.,ISOM2012,Mo-D-01,Tokyo(2012).

非专利文献3：Takao Watanabe et al.,ISOM2012,Mo-D-02,Tokyo(2012).

非专利文献4：M.Sakakura,et al.,"Improved phase hologram designfor generating symmetric light spots and its application for laser writing ofwaveguides",Opt.Lett.,Vol.36,No.7,pp.1065-1067(2011)

发明内容

但是，非专利文献3的方法中使用显微镜，所以在具有防振功能的实验室这样的场所由技术人员操作能够再现，但难以在通常的居住空间中由一般用户再现。为了在通常的居住空间中由一般用户进行再现，需要使构图和对焦、拍摄时机等变得容易，现有技术没有进行该观点的研究。因此，不存在能够将透明介质中的微小变性区域再现为数字的比特信息的易于使用的再现设备。

另一方面，当前一般流通的二维条形码是具有纠错功能的数字数据的1种记录方式，但通常在纸上以高对比度印刷为一定程度的大小（相当于1比特的黑白图案能够肉眼识别的程度）。因此，通过用手保持移动电话附带的摄像机等拍摄印刷有上述编码的纸能够进行再现。

但是，难以用移动电话附带的摄像机等简便地再现如上所述在透明介质中记录为微小且对比度低的区域的二维条形码或一般的数字数据。

本申请提供一种用于简便地再现透明介质中形成的对比度低的微小变性区域的介质和能够简便且高可靠性地再现的再现装置、再现方法。

（1）首先，记录介质的代表性的概要如下所述。

在透明的介质内部层状地形成有大量的微小变性区域的、对于再现光为透明的记录介质中，上述微小变性区域（以下记作点）以平面状的1个或多个层状地形成，通过上述点的配置记录数据。进而，在各层中，配置由多个点构成的检查图案，该检查图案由点配置的空间频率不同的多个部分构成。

进而，上述检查图案以用上述数据再现所需的倍率进行各层的拍摄时构图中至少包括1个检查图案的间隔配置。

（2）接着，从记录介质再现记录的数据的信息再现装置、再现方法中，具有对上述记录介质的规定的再现层一边改变聚焦位置一边进行运动图像拍摄的摄像单元、用上述检查图案检查通过上述运动图像拍摄得到的多个静止图像（以下记作帧）的分辨率来判断是否能够用于数据再现的单元、对判断为能够使用的多个静止图像进行合成的单元的再现装置，和利用它的再现方法。

根据上述结构，基于检查图案的画质筛选以充分的分辨率拍摄了数据部分的帧（coma），对筛选后的必要的帧进行合成得到图像，所以能够简便且高可靠性地进行记录的数据的再现。

附图说明

图1是表示透明的记录介质中的数据块的配置的第一实施例。

图2是在中心具有检查图案的数据块的一个实施例。

图3是具有适合多个点的集合与1比特对应的情况的检查图案的数据块的一个实施例。

图4是在四角具有检查图案的数据块的一个实施例。

图5是在中心和四角具有检查图案的数据块的一个实施例。

图6是在多个数据块中共用检查图案的一个实施例。

图7是表示数据块的ID的图案的结构的一个实施例。

图8是包括检查图案和校验图案的数据块的一个实施例。

图9是表示图像区域的大小的实施例。

图10是表示再现系统的结构的框图的一个实施例。

图11是表示再现系统的结构的第一实施例。

图12是表示再现系统的结构的第二实施例。

图13是表示再现系统中的光学模块的结构的第一实施例。

图14是表示再现系统中的光学模块的结构的第二实施例。

图15是表示再现的方法的流程图的一个实施例。

图16是表示再现系统的扫描的方法的一个实施例。

图17是说明用于再现的帧数因数据块而不同的情况的实施例。

图18是数据块以螺旋状配置的透明的记录介质的第一实施例。

图19是数据块以螺旋状配置的透明的记录介质的第二实施例。

图20是表示带有旋转功能的再现系统的结构的第一实施例。

图21是表示带有旋转功能的再现系统的结构的第二实施例。

图22是带状的介质的实施例。

图23是适合带状介质的再现系统的结构的实施例。

图24是表示多个帧的合成方法的实施例。

符号说明

M：记录介质

BLOCK（i，j，k）：数据块

L0，L1，Lp：记录层

LV：数据块的Y方向的尺寸

LH：数据块的X方向的尺寸

CHECK：检查图案区域

PART：数据区域的一部分

DOT：点

SPACE：空白

DOT2×2：由2×2个点构成的相当于比特‘1’的部分

SPACE2×2：由2×2个空白构成的相当于比特‘0’的部分

CHECK-C，CHECK-P：检查图案

ID：属性表示区域

X-PARITY：X方向的校验比特串

Y-PARITY：Y方向的校验比特串

ID-DATA：数据的属性

ID-X：表示数据块的X坐标的比特串

ID-Y：表示数据块的Y坐标的比特串

ID-Z：表示数据块的Z坐标的比特串

Z-PARITY-FLAG：表示数据块内的数据内容是否是Z方向的校验比特的标志

IMAGE-AREA：用摄像机一次能够拍摄的拍摄范围

CTL：控制单元

OPTICAL-BLOCK：光学模块

IMAGE-SENSOR：图像传感器

ADC_ENCODER：进行模拟数字信号变换和编码的运算电路

IMAGE-BUFFER1，IMAGE-BUFFER2：缓存

SIGNAL-PROCESSOR：信号处理用处理器

I/O：输入输出电路和装置

SW-A，SW-B：开关

PC：个人计算机

CABLE：连接PC与摄像机的电缆

CAMERA：拍摄图像的摄像机

OPTICAL-PART：光学系统

FOCUS-ADJUSTER：调整光学系统与记录介质的距离的部件

HOLDER：在摄像机上安装记录介质的支架

XY-ADJUSTER：使记录介质在XY平面内移动的部件

XY-STAGE：固定记录介质的部件

CAMERA-C：小型的原本安装有镜头的便携式的摄像机

LENS：镜头

MONITOR：液晶画面

LIGHT-A：从透镜的相反一侧对记录介质进行照明的透射照明

LIGHT-B：从透镜的相相同侧对记录介质进行照明的反射型照明

LENS1：第一透镜

LENS2：第二透镜

MASK：掩模

f：焦距

APATURE：光圈

Li：记录层

BLOCK（1），BLOCK（2）：数据块

Rθ-ADJUSTER：使记录介质在XY平面内移动和旋转的部件

Rθ-STAGE：固定记录介质的部件

CASE：外壳

WINDOW-A：拍摄用的孔

WINDOW-B：照明用的孔

MOTOR-A，MOTOR-B：卷绕用电动机

ORIGINAL-IMAGE-1，……，ORIGINAL-IMAGE-n：拍摄后筛选的各帧的图像

RESULT-IMAGE：合成图像

NOISE：图像中具有的噪声

具体实施方式

以下基于附图详细说明本发明的实施方式。

【实施例1】

图1是表示本发明中的透明的记录介质中记录的数据的物理配置的第一实施例。本实施例中，记录介质M是板状的透明介质，其材质是石英玻璃等玻璃或塑料、氧化铝或透明陶瓷等透明介质。为了方便，如图所示设Z方向是介质的厚度方向，X和Y方向表示与其正交的平面上的正交坐标系进行说明。

图1中，在记录介质M的内部，离散地形成有大量的微小变性区域（点）（未图示）的层L0、L1至Lp在不同的Z坐标上形成。层的数量合计为（p+1）。此处p是0以上的整数。为了表示各层的结构，在图中表示了L0层的结构。在层内，数据细分为称为数据块BLOCK的长方形的区域而被记录。数据块如后所述是点的集合。为了使以下说明易于理解，对数据块BLOCK附加带有表示各自的三维位置的索引的名称。图示的L0中，左上的数据块是BLOCK（0，0，0），右上的是BLOCK（m，0，0），左下的是BLOCK（0，n，0），右下的是BLOCK（m，n，0）。上述数据块的名称的括号内的索引中，最初的表示X方向的位置，第二个表示Y方向的位置，最后的表示Z方向的位置（层编号）。即，在相同层内部，合计有X方向上m+1个、Y方向上n+1个数据块纵横排列。此处仅表示了L0层，但其他层也是相同的结构，例如位于与L0层的数据块BLOCK（0，0，0）相同XY位置的Lp层的数据块的名称是BLOCK（0，0，p）。

如本实施例所示，各层中作为点的集合的数据块被细分，在纵横方向以相同间距排列时，根据图像进行数据再现的情况下能够使求出各个数据块的大概位置变得容易。因此，能够高速地进行拍摄有多个块的图像中的数据块部分的检测和需要使摄像机的拍摄范围在X方向和Y方向上扫描的情况下的坐标的导出。特别是，在Z方向的扫描中，只要改变摄像机的聚焦位置同时拍摄，就能够在拍摄范围的相同场所拍摄X坐标和Y坐标的索引相同的数据块，所以容易进行用于数据再现的处理。

上述实施例中，表示了一个层中存在多个数据块的例子，但不一定要设置多个数据块，也可以在一个层中设置单一的数据块。该情况下，可以使用介质的较大的XY区域记录一个数据块，也可以在小区域中记录。

【实施例2】

图2是表示数据块内部的点配置的一个实施例。本图所示的数据块BLOCK（i，j，k）的X方向和Y方向的尺寸分别设为LH、LV。在数据块的中心附近存在用于检查再现时的图像品质的检查图案CHECK。检查图案的周围是数据区域。图中的PART是数据区域的一部分。

图的右侧表示了检查图案CHECK和数据区域的一部分PART内部的点的配置。黑点是点，点以方格状排列。各处没有点的部分称为空白。存在点的部分是比特‘1’，空白部是比特‘0’。将哪一方解释为‘1’是任意的，但此处如上所述定义。检查图案CHECK用于在根据用摄像机拍摄的图像进行数据再现的情况下判断该数据块的图像是否以充分的品质拍摄。此外，移动拍摄范围而在扫描的同时拍摄的情况下，能够用于在扫描中检测拍摄范围的错位并修正坐标。进而，从图像对像素的灰度进行采样并二值化变换为数字数据时，需要设定用于判断1、0的阈值，但因为检查图案的点配置是已知的，所以也能够用于决定阈值。

本实施例的检查图案由8×8的点区域构成。8×8的点区域指的是能够使点或空白纵横排列8个的区域。如图所示，第一行到第二行中，2×2的点或空白在X方向上排列。此外，第三行到第六行中，点和空白每隔1个交替地排列。进而，第七行到第八行中，2×2的点或空白在X方向上排列。特征在于由点的配置的空间频率不同的多个区域构成。在拍摄了数据块的图像中检查这样的检查图案部分的分辨率的情况下，只要分辨出以最高的空间频率记录的第三行到第六行，就能够判断将包括该检查图案的数据块的图像用于数据再现没有问题。另一方面，即使没有分辨出各个点，只要第一行到第二行和第七行到第八行被分辨为2×2大小的点和空白，就能够判断焦点略微偏离。此外，如后所述，这样的图像也能够用于再现。使检查图案中包括较低空间频率成分，也具有容易识别数据块中的检查图案的位置的效果。此外，此处使用由2×2的点和空白构成的第二高频率成分，但也能够进行包括以更低频率排列的图案、或者包括在列方向上排列的图案等各种变形。前者的情况下，具有在焦点较大偏离的状况下也能够检测检查图案的位置的优点。后者的情况下，在X方向的分辨率之外还能够检查y方向的分辨率，也有助于检测介质相对于光轴倾斜等异常并修正。

根据图2的实施例，能够利用检查图案根据以运动图像拍摄的信息简易且高可靠性地再现透明介质中的记录为微小变性区域的数据，具体方法在后文中叙述。

【实施例3】

图3是纵横各两个点或相同面积的区域中没有点的空白部与1比特对应的数据区域的实施例。图中，表示为DOT2×2的部分是由2×2个点构成的比特‘1’，SPACE2×2是相当于比特‘0’的部分。如图所示，检查图案中，第一行到第四行是4×4的点或空白的集合，第五行到第八行是2×2的点或空白的集合。即，后者是本实施例的数据部分的最高空间频率的图案，前者是第二高频率的图案。本实施例适合再现设备的分辨能力低的情况。例如，点的最小加工间距是2μm的情况下，根据本实施例，只要再现设备的分辨能力是4μm，就能够不漏过被比特‘1’夹着的比特‘0’进行检测。用飞秒激光等短脉冲的加工难以自由控制点的半径的情况较多，所以通过如本实施例所述用多个点构成比特，使点的半径显得较大，有效防止对比度降低。其中，此处表示了用2×2点表现1比特的例子，但根据加工间距和点的半径、再现设备的光学系统的分辨能力和MTF等条件用最佳数量的n×m（n和m是整数）的数量的点表现1比特即可。以下叙述的涉及检查图案的实施例中，设一个点或空白与比特对应进行说明。它们能够容易地扩展到如图3所示多个点或空白与比特对应的实施例，所以省略说明。

图2是在数据块的中心配置检查图案的实施例。从而，只要数据块的中心部的画质与数据块的周边部的画质没有较大差异，就能够认为在中心部配置的检查图案的分辨率在数据块的四角也能够保持，用检查图案检查分辨率是有效的。但是，也存在因数据块的大小、拍摄的光学系统的光学倍率、图像传感器的大小而在相同拍摄范围中只能容纳一个数据块的情况。一般而言，因为光学系统的像差等，与图像的中心部的画质相比，四角的画质劣化的情况较多。这样的情况下，不在数据块的中心部，而是在周边部、例如四角配置检查图案即可。

【实施例4】

图4是在数据块BLOCK（i，j，k）的四角配置检查图案的一个实施例。本实施例中，检查四角的检查图案的分辨率，检查拍摄范围的四角上的分辨率，如果其达到容许值，则可以认为在中心部也达到了容许的程度。从而，本实施例特别适合在相同拍摄范围中只能容纳一个数据块的情况。

【实施例5】

图5所示的实施例是在数据块的中心和四角都设置检查图案，能够更可靠地进行分辨率的检查的例子。如图所示，在中心部配置检查图案CHECK-C，在四角配置检查图案CHECK-P。取决于光学系统，存在拍摄范围的周边和中央部合焦的位置因像面弯曲而不同的情况。在相同拍摄范围中只能容纳一个数据块的情况下，存在如上所述的像面弯曲时，需要在数据块的中心和周边部设置独立的检查图案，分别以能够容许分辨率的聚焦位置进行拍摄，合成多个图像。本实施例在数据块的中心部和周边分别设置有检查图案，所以在这样的情况下特别有效。其中，由图中可知，在检查图案CHECK-C和CHECK-P中改变空间频率不同的部分的场所。CHECK-C中，在第一行、第二行和第七行、第八行配置空间频率最高的图案，但在CHECK-P中，在第三行、第四行和第五行、第六行配置空间频率最高的图案。通过这样在中心部和周边部的检查图案中改变点配置，能够区分两者，通过以使中心部的检查图案位于拍摄范围的中心的方式调整XY位置，构图调整变得容易。四角的检查图案在图中是全部相同的，但它也可以通过例如使左上和右下等成为旋转了90度的图案等，而使确认介质的正反变得容易，进而也能够检查Y方向的分辨率。这样的改进在上述实施例中也是同样的。

此外，上述多个图像的合成方法用图24详细说明，例如可以在改变了焦点的多个图像中使XY位置对齐并相加求平均，也有比较具有相同XY坐标的像素值，将像素灰度最暗的值选择为代表值的方法。即，点被拍摄为比空白更暗的情况下，合焦时显得最暗，所以通过如上所述的合成能够将点位置上的像素的灰度设定为在图像的中心部和周边部都充分暗的值。空白部的像素值，在点离焦的情况下，模糊像的半径较大时可能若干变暗，但即使选择最暗的值，因为是模糊的图像，像素值的降低也较少。此外，如非专利文献1所述，点会因为聚焦位置而比空白部显得更暗或更亮。要得到显得更亮的图像的情况下，在合成时选择最亮的值作为代表值即可。

以上从图2到图5说明了各个数据块中具有固有的检查图案的实施例。为了将数据块的面积有效地用于记录数据，要求尽可能地减小检查图案引起的面积损失。如果面积损失小，则在相同面积中能够记录的数据量增大。换言之，记录相同数据容量的介质的大小变小，能够期待减小介质自身的价格和收纳场所的效果。

【实施例6】

图6是适合这样目的的在多个数据块中共用检查图案的一个实施例。由图中可知，本实施例中在上下左右的数据块的间隙中配置十字形的检查图案。由此，能够在上下左右的数据块中共用一个检查图案。检查图案自身也是十字形的，所以面积损失小。点和空白纵横排列，在十字形的中心部使点连续排列3个，该部分被设计为与十字形的端部的点和空白交替排列的部分相比降低了空间频率。由此，如上所述，能够同样享受在检查图案中具有空间频率不同的部分而带来的好处。

【实施例7】

图7是表示数据块的属性表示区域ID的图案的结构的一个实施例。该属性表示区域是表示数据块BLOCK的周边记录的数据的属性等的区域。本实施例中，用5×5个点的点阵图表现字体。文字与文字隔开1个点。本实施例中，设想非压缩记录由纵向4800像素、横向6400像素构成的名称为IMAGE-A的全彩图像的情况。考虑一个数据块的容量是纵横100比特时，除错误集合等之外，上述图像需要48×64的24倍的数据块。最后的24是因为全彩图像，所以R（红）、G（绿）、B（蓝）3色分别需要8比特。本图中表示了记录IMAGE-A-1/48,1/64-1/24这样的文字字体的例子，这样的字体能够如本图所示用点记录为点阵图，也能够在记录时使介质相对于激光逐渐移动而记录为线图。此外，也可以用ASCII码或者一维或二维编码记录为数字数据。

本图的例子中，开头的IMAGE-A的部分是原图像的名称，1/48、1/64的部分分别表示将原数据分割为纵向48个、横向64个区域时的坐标，即表示是相当于纵向第一个、横向第一个的场所的数据块。最后的1/24的部分表示是全部24比特的颜色信息的第一个（例如R的第一比特）。只要在该属性表示区域的内容中加上介质上的数据块的物理位置进行记录，就能够仅根据该属性表示区域判断得到的图像的哪个方向存在其余的数据块，较为便利。这样的物理位置信息也可以在本图的信息中进一步附加，但如果使上述1/48、1/64的部分与介质上的XY方向的数据块的坐标一致、最后的1/24的部分与物理层的编号一致，就能够减小属性表示区域的尺寸。

【实施例8】

图8是包括检查图案和校验图案的数据块的一个实施例。考虑在根据拍摄数据块内部的数据区域的图像再现数字数据时，因记录品质的误差等发生错误的情况。这样的情况下，使每个数据块或多个数据块具有纠错功能是有效的。图8是使每个数据块具有简单的纠错功能的实施例。本实施例的纠错方式具有纠错方法单纯、面积损失小的优点。此外，设想因记录品质和再现条件等错误率较高的情况下，也可以牺牲面积，使其具有更强的纠错功能。

图8所示的数据块BLOCK（i，j，k）中，在四角设置有检查图案CHECK。这些检查图案中，点以矩形排列。矩形部分的X方向和Y方向分别以存在多种点间隔的空间频率的方式构成。由此，能够用数据块四角检查X方向和Y方向的分辨率。也具有面积损失小的特征。在检查图案的内侧设置的数据部分的上边设置Y方向的校验比特串Y-PARITY，在右边设置X方向的校验比特串X-PARITY，在下边设置属性表示区域ID。为了减小面积损失，使属性表示区域也成为一维的比特串。构成属性表示区域ID的ID-DATA、ID-X、ID-Y、ID-Z分别是表示数据的属性、数据块的坐标的比特串。此外，Z-PARITY-FLAG是表示数据块BLOCK（i，j，k）内的数据内容是否是Z方向的校验比特的标志。如果该标志位置是点，则数据是Z方向的校验比特，如果不是点而是空白区域，则表示数据内容不是Z方向的校验比特，是通常的数据。

此处对校验比特进行说明。众所周知，校验比特是以比特串的合计成为偶数或奇数的方式进行调整的比特。调整为偶数的情况下，如果再现时的比特串的合计是奇数，则表示包括校验比特的比特串中至少有1个以上的奇数个比特被错误再现。发生2个或以上的偶数个错误的情况下，不能够检测出错误，但如果发生2个以上错误的概率充分低，则能够用1比特的校验比特判断有无错误。此外，如果增加校验比特的比特数，使合计的余数一定，则能够检测多个错误，但原理是相同的，所以此处说明1比特的校验的实施例。以下设为以X、Y、Z方向的点的数量成为偶数的方式决定是否在校验比特的位置记录点进行说明。奇数的情况也是同样的。

图中，Y-PARITY以除检查图案外的图中纵方向的点数成为偶数的方式决定为点或空白。此外，X-PARITY以除检查图案外的图中横方向的点数成为偶数的方式决定为点或空白。同样地，Z-PARITY以图中进深方向的点数成为偶数的方式决定为点或空白。如图所示，X-PARITY、Y-PARITY能够沿数据区域的一边设置。Z-PARITY涉及进深方向的合计，所以将多层中的一层的数据全部专用于ZPARITY。也可以每隔数层设置Z-PARITY专用的层，此处为了简化说明，仅用1层作为Z-PARITY。其中，为了明确表示当前的数据块是Z校验比特而设置上述的Z-PARITY-FLAG。

对使用这些校验比特纠正错误的方法进行说明。再现数据后，在各数据块中确认Y方向（列方向）和X方向（行方向）的点（比特‘1’）的数量。如果是成奇数的行或列，则该行或列中存在错误的可能性高。进而，确认进深方向（Z方向）的合计，找到成奇数的位置。将该行、列和进深方向交叉的比特视为错误比特，使其翻转。即使使用较少的校验比特，也能够这样在3个方向上确认错误的可能性，所以能够正确纠错的可能性提高。

【实施例9】

图9是表示用摄像机一次能够拍摄的拍摄范围IMAGE-AREA与数据块的大小的关系的实施例。（a）是检查块配置在各个数据块内部的情况，（b）是多个数据块共用一个数据块的情况。

（a）的情况下，至少有1个数据块在拍摄范围的内部即可。（b）的情况下，除数据块之外，只要拍摄范围包括了检查块中再现的数据块所需的部分即可。当然，摄像机可以以必要充分的分辨率得到较广拍摄范围的情况下，在一个拍摄范围中包括多个数据块，一次处理即可。此外，只要进行了不会产生光学系统引起的暗角（vignetting）的设计，摄像机的拍摄范围IMAGE-AREA就是图像传感器的面积除以光学倍率的范围。从而，使用具备具有较大面积的图像传感器的摄像机，或者降低光学倍率，就能够增大拍摄范围。但是，使用没有必要的分辨能力的物镜，或者过度降低光学倍率时，不能够分辨邻接的点，错误率增大，所以需要满足如下所述的条件。

首先，接近介质的物镜的分辨能力需要是能够分辨邻接的点距离的程度。此外，在图像传感器上成像的邻接点的距离，需要是图像传感器的像素的间距的二倍以上。后者由周知的采样定理决定。但是，实际上后者的条件中需要余量。其理由在于，一般的摄像机是彩色的，所以使4个对于R（红）、G（绿）、B（蓝）具有感光度的像素按（R，G，G，B）集合得到1个像素的彩色信息，进而在图像传感器前有防止摩尔纹的低通滤光片，或在摄像机一侧使用多个像素计算1个像素信息。此外，多层的情况下，邻接层的像重叠，信噪比降低，所以与单层相比更需要余量。取决于记录介质的折射率，使用石英玻璃进行实验时，为了使纠错前的错误率成为0.1%数量级以下，需要使图像传感器上的邻接点的距离为7像素间距程度。此外，已知多层的情况下，取决于摄影条件，最好以14像素的程度进一步保证余量。需要考虑这些条件进行再现系统的设计。但是，过度提高倍率时，一次能够拍摄的记录区域变窄，所以优选为能够正确再现检查图案的最低的倍率。

【实施例10】

图10是表示再现设备的结构的实施例。位于图中上部的CTL是控制单元，进行构成再现设备的部件整体的控制。位于图中左方的OPTICAL-BLOCK是包括透镜和照明、或光圈、滤光片、对焦机构等光学系统的部件的光学模块。IMAGE-SENSOR和ADC_ENCODER是称为CCD或CMOS等的图像传感器和将其输出变换为数字信号编码为图像信息的电路。其中，图像传感器和模拟-数字变换器在半导体芯片上一体集成的情况较多，但此处将图像传感器和处理电路分为模块表示。IMAGE-BUFFER1和IMAGE-BUFFER2是暂时存储图像的缓存。SW-A和SW-B是开关，用于如后所述地切换缓存IMAGE-BUFFER1和2的用途。SIGNAL-PROCESSOR是进行使用缓存内部的检查图案区域的图像截取数据块、基于分辨率的判断筛选数据块、再现数据等信号处理的处理器。I/O是对再现设备的用户显示正在拍摄的图像或显示处理的经过和结果的图像显示部，和具有对再现设备传达用户的操作结果的输入功能的接口模块。

本实施例中，将包括介质中记录的多个数据块的运动图像通过光学模块OPTICAL-BLOCK和图像传感器IMAGE-SENSOR、数字-模拟变换器ADC变换为数字图像信息，持续拍摄一定时间，将该数据记录在IMAGE-BUFFER1中。在上述拍摄中，检查IMAGE-BUFFER2中在上次拍摄时记录的已拍摄的运动图像数据的各帧中包括的多个数据区域的周围的四个检查图案区域，根据检查图案区域中包括的块的图像检查数据区域的位置和数据区域的图像的分辨率，根据是否能够分辨出分辨率检查用块判断该数据区域能否用于再现数据。截取合格的数据块的图像，根据它再现记录数据，将结果记录在信号处理器部具备的存储器（未图示）中并通过接口部对外部显示或输出，或者基于再现结果访问互联网。

一次拍摄中，相同拍摄范围中残留有不能够再现的数据块的情况下，再次改变焦点或照明等拍摄条件，反复期望的时间的运动图像的拍摄、处理。一个拍摄范围的再现结束时，切换拍摄范围继续下一个拍摄范围的再现。此时，通过分别切换开关SW-A和SW-B，切换缓存IMAGE-BUFFER1和IMAGE-BUFFER2的用途，拍摄中的图像的保存由IMAGE-BUFFER2进行，再现时的信号处理用IMAGE-BUFFER1的数据进行。

如上所述，本再现设备的实施例中，因为用流水线（pipeline）处理并行地进行拍摄和再现处理，所以与按时间顺序进行拍摄和处理的情况相比能够高速地进行再现处理。其中，以上以运动图像拍摄为例进行了说明。该情况下，用户无需注意拍摄的精确的时机（快门操作）就能够进行再现处理。但是，也可以根据情况通过用户的快门操作连续拍摄静止图像。此外，本说明书中，为了方便，将这样连续拍摄的静止图像也称为运动图像。

此外，上述流水线处理在如非专利文献3记载的使用XY平台的再现装置中也能够期待高速化。即，在一个拍摄范围中一边改变焦点一边拍摄多个层的图像，接着移动XY平台转移到下一个拍摄范围的情况下，能够与拍摄多个层和移动XY平台并行地进行已拍摄的多个层的数据再现。

以下表示使用了市售的摄像机模块或带镜头的摄像机的再现装置的结构的实施例。

【实施例11】

图11是表示再现系统的结构的第一实施例。本实施例适合使用对个人计算机输出图像的类型的摄像机、例如USB摄像机模块构成再现系统的情况。

（a）表示整体图，（b）表示在与光轴成直角的方向上驱动记录介质的部分的概要图。如（a）所示，本实施例的再现系统由个人计算机PC、连接PC与摄像机的电缆CABLE、拍摄图像的摄像机CAMERA、用于在摄像机内部的图像传感器上使透明介质中的数据块的图像成像的光学系统OPTICAL-PART、调整光学系统与记录介质M的距离的FOCUS-ADJUSTER、将记录介质M安装在摄像机上的支架HOLDER、在与光轴成直角方向的XY平面内移动记录介质M的XY-ADJUSTER构成。

（b）中表示了使安装在再现系统的内部的记录介质M固定的XY-STAGE、在XY平面内驱动记录介质的XY-ADJUSTER、将上述部件固定在FOCUS-ADJUSTER上的支架HOLDER。FOCUS-ADJUSTER和XY-ADJUSTER构成为包括小型的电动机，由PC控制。根据上述结构，能够相对于摄像机的聚焦位置一边在XYZ方向（Z是光轴方向）上驱动记录介质一边进行运动图像拍摄。记录介质M通过FOCUS-ADJUSTER相对于光学系统固定，并且不会从外部进入杂光。因此，在一般的居住空间中，能够不发生手抖且易于掌握构图和对焦、拍摄时机等而将记录介质内部的数据块的图像简便地拍摄为运动图像。

因为拍摄的数据块中具备检查分辨率的检查图案，所以能够根据拍摄的运动图像选择分辨率高的图像进行数据再现。此外，为了抑制再现系统的成本，也可以手动使FOCUS-ADJUSTER和XY-ADJUSTER中的某一方或双方移动。特别是拍摄范围相对于记录面积充分大的情况下，不需要XY方向的精细调整，所以即使手动移动XY-ADJUSTER也能够抑制拍摄能力的降低。此外，本实施例中，需要准备在PC上运行的控制软件。通常的摄像机模块具备在PC上运行的驱动软件，所以软件的开发只要有通常的技术水平就是容易的。

如图10所示的流水线动作可能因PC上的限制而不能实现，但该情况下制作在运动图像拍摄后进行再现处理的软件即可。

【实施例12】

图12是表示再现系统的结构的第二实施例。本实施例是适合基于小型的原本安装有镜头的便携型的摄像机CAMERA-C构成再现系统的实施例。

（a）是从侧面观察的整体图。基本上是与图11的实施例相同的结构，但摄像机本体上原本安装了镜头，所以能够比如后所述的光学系统更简单。光学系统在后文中叙述。特长在于不如图11所示使用PC就能够进行再现。现在市售的摄像机和带有摄像机的便携设备中标准搭载了运动图像拍摄功能。因此，能够不使用PC就进行运动图像的拍摄和记录。从而，只要开发根据拍摄的运动图像信息抽取静止图像进行再现的软件即可。从运动图像将特定时间的帧作为静止图像输出的功能也经常是标准搭载的，所以再现软件的开发只要有通常的技术水平就是容易的。

（b）是摄像机CAMERA-C的正面图。（c）是摄像机CAMERA-C的背面图。摄像机自身带有液晶画面MONITOR，所以能过通过该液晶画面确认图像和显示再现结果。

根据本实施例，能够不使用个人计算机PC而在通常的居住空间中进行再现处理，所以能够进行更简便的再现。此外，此处以带镜头的摄像机为前提进行了说明，但基于可换镜头式的所谓数码单反摄像机也能够同样地构成再现装置。

如上所述，通过在透明介质内部使短脉冲激光聚光而产生的微小变性区域的对比度低。如非专利文献1所示，使用高孔径比的显微镜观察的情况下，能够以高对比度观察，但通常的居住空间中一般用户进行再现用的再现设备中，需要使用比研究用的显微镜更低孔径比且倍率也更低的光学系统。从而，需要用这样简单的光学系统也能够以高对比度拍摄上述微小变性区域的光学模块OPTICAL-BLOCK。

【实施例13】

图13是这样的光学模块的一个实施例。首先用附图说明结构。如图所示，用2片凸透镜LENS1和LENS2和掩模MASK构成光学模块OPTICAL-BLOCK。图13中，上述两片凸透镜LENS1和LENS2以成为所谓无限远补偿型的光学系统的方式配置。LENS1起到物镜的作用，LENS2相当于成像透镜。此外，在与透镜LENS1相距其焦距的位置设置掩模MASK。掩模MASK是用光学玻璃等透明材料制造的平行平板，在玻璃上涂敷有使光的透射率变化的薄膜。是以光轴附近的透射率比周边部低的方式改变光的透射率的一种滤光片。

如上所述的无限远补偿型的光学系统的物镜LENS1中，在与LENS1相距其焦距的位置合焦（严格而言因为受到介质与空气的折射率的差异引起的球面像差的影响，所以其有问题的情况下要用透镜补偿，但此处为了简化说明，不提及其影响来进行说明）。在物镜LENS1中，在与介质相反一侧距离焦距的位置的上，能够产生合焦的点图像的傅立叶变换像。从而，在该位置上设置的上述掩模中，透过接近光轴处的成分、即低频成分的强度与远离光轴的高频成分的强度相比被相对减弱。结果，能够强调被点较强地散射的光线，强调点上的微小的折射率的差。

此外，图中的照明LIGHT-A和LIGHT-B在上述的图11、图12或后述的表示再现系统的结构的实施例中没有图示，但在系统上安装较容易，所以省略安装方法的说明。此外，本图和后述的实施例中，为了简化附图而简化表示了透镜的结构，但为了补偿各种像差，也可以用多片透镜构成附图上画为1片的透镜，或者使用非球面透镜。例如，为了相对地抑制成本、实现对比度和分辨率较高的结构，不使用单透镜而是使用补偿了色差和球面像差的消色差透镜（achromat lens），对于得到对比度高的点的像是有效的。此外，照明LIGHT-A从背面对记录介质M进行照明，所以为了确保其光路，要在固定介质M的平台XY-STAGE等部件上空出确保照明光路的孔。

照明LIGHT-A是从透镜的相反一侧对记录介质M进行照明的透射照明。此处，假设照明内部存在聚光透镜，使用向介质部分聚光的照明，该聚光的角度以介质中的微小变性区域显得对比度较高的方式调整。此外，为了降低成本，也能够用设置了适当的窗口（diaphragm）的没有聚光透镜的扩散照明替代使用。进而，光学倍率较低的情况下，不需要明亮的照明，所以也能够利用使用再现系统的场所的外部光。该情况下，在图11和图12、或后述的再现系统的结构的实施例中，能够利用从平台上空出的孔导入外部光而从背面对记录介质进行照明这样的简易的方法。外部光的不均有问题的情况下，能够通过用半透明的条带等遮蔽导入外部光的孔而减少不均的影响。

照明LIGHT-B用于从斜方向照射介质M。以介质M的表面上的反射光不会通过透镜成为杂光而对图像传感器入射的角度进行照射。取决于光学系统的透镜的性能和点的形状，通过同时使用这些照明，能够以更高的对比度拍摄点。此外，如果用某一方的照明就可以得到充分的对比度，则仅使用一方即可。

此外，使用光学系统的色差的补偿不充分的低成本的透镜的情况下，使用单色的照明或者使用限制透射谱的滤光片能够减少色差引起的模糊，得到高对比度的图像。例如能够使用绿色的发光二极管。该情况下，如果使用彩色的图像传感器，则通过在其R（红）、G（绿）、B（蓝）的输出中仅使用G（绿）的成分，在有照明以外的杂光从外部入射的情况下，也能够抑制其影响而提高对比度。当然，使用蓝色或红色的发光二极管，仅使用图像传感器的输出成分中的B或R，也可以得到同样的效果。

此外，白色发光二极管在蓝色区域具有光谱的峰值，所以该情况下，使用图像传感器的蓝色的成分即可。使用单片的彩色图像传感器的情况下，对R、B、G具有感光度的像素以称为拜耳（Bayer）排列的配置二维排列，与R和B相比对G具有感光度的像素的数量大约是2倍。这样的情况下，使用绿色的发光二极管作为照明时，与其他颜色相比在图像传感器的感光度和分辨率的方面有利。当然，也可以不使用图像传感器的像素的颜色感光度的不同，而是在透镜LENS1与LENS2之间插入使照明LIGHT的发光谱的强度较高部分以外的波长的光截止的滤光片。特别是，使用单色的图像传感器的情况下，像素的感光度在较宽的光谱中较高，所以使用滤光片的方法是有效的。

接着，说明图13的实施例的工作原理。如图所示，在介质内部的微小变性区域散射的光，通过第一透镜LENS1后成为平行的光束，通过掩模MASK、第二透镜LENS2，在图像传感器IMAGE-SENSOR上成像。LENS1和LENS2如上所述形成无限远补偿型的光学系统，所以两者的间隔能够在图像的暗角不发生问题的范围中自由地调整。此外，上述掩模MASK设置在与物镜LENS1相距其焦距f的位置上。此外，如上所述，其具有使光轴附近的光的透射率比周边低的滤光功能。在与透镜LENS1相距其焦距的位置上，形成记录介质内部的点集合的图像的傅立叶变换像。从而，在光轴的附近，从照明LIGHT-A出射且没有被点散射而透过记录介质M的光通过。通过用掩模MASK使该光减光，能够使点的图像比没有点的部分更明亮地清晰拍摄。如非专利文献1所述，已知点的像在光学系统的聚焦位置改变时存在比周边显得更亮的位置和显得更暗的位置。在点显得更亮的聚焦位置上使用上述掩模时，没有点的部分被拍摄为更暗，所以能够提高点像的对比度。使照明LIGHT-A为平行光线或接近平行的照明时，没有被点散射的光在光轴附近集中。照明的聚光程度也对分辨率有影响，所以以对比度和分辨率都为必要充分的方式进行调整即可。

此外，即使不使用以上说明的掩模，在通过照明的亮度和透镜的像差补偿以充分的对比度拍摄了点的情况下，也可以为了降低再现系统的成本而省略掩模MASK。

上述实施例在图11所示的再现系统以外也适合如图12所示的利用移动电话和所谓的智能手机等本体上带有摄像机功能的设备构成再现系统的情况。容易理解将本体上原本附带的摄像机的镜头视为成像用的透镜LENS2，在外部附加物镜LENS1，就能够形成与图13同样的光学系统。

此外，将在图像传感器上成像的点之间的距离除以被拍摄体即介质内部的点间距离的实际尺寸的值定义为光学倍率时，该值是LENS2的焦距除以物镜即LENS1的焦距的值。从而，通过选择两者的焦距的比率，能够改变光学倍率。某一方的透镜是变焦透镜的情况下，能够通过改变变焦比调整倍率，所以较为便利。

上述例子中，使聚焦位置为点显得较亮的位置，使掩模MASK的透射率在中心附近较低。根据情况，有时在点显得较暗的聚焦位置取得图像更便利。这样的情况下，使上述掩模的透射率在中心附近比周边更高即可。这样，没有被点散射的光的强度增加，所以点的周边与点相比能够拍摄为更亮。即，能够拍摄为点的对比度较高。但是，该情况下，用掩模使周边部分的光的强度过度减光时，点上的散射光减少，所以点的部分可能成为模糊的图像。这样的情况下，在拍摄后通过图像处理施加高通滤波，或者不使用掩模来拍摄，进行提高对比度的图像处理是有效的。

【实施例14】

图14表示了适合再现系统的光学模块的第二实施例。本实施例中，不使用如图13的实施例所示的掩模，而是使用光圈。因为使用光圈，所以仅使用光轴附近部分的光线。光圈APATURE中，在其中心打开了光线透过的孔，其中心与透镜的光轴一致。以LENS1与APATURE的距离等于LENS1的焦距，进而LENS2与APATURE的距离等于LENS2的焦距的方式设置。与双方的透镜的距离是各透镜的焦距，这一点与上述实施例的透镜的配置不同。可知本结构的光学倍率由两个透镜的焦距的比率决定，介质一侧的LENS1的焦距比图像传感器一侧的透镜的焦距越短，则倍率越大。必要的最低倍率的观点与上述的相同。

本实施例中，照明仅使用从透镜的相反一侧对介质M照明的透射照明。此外，为了提高本实施例的效果，优选使用出射尽量与光轴平行接近的光束的照明。如图所示，与光轴平行地前进的光线，通过上述光圈APATURE的中心部的孔，通过LENS2均匀地对图像传感器IMAGE-SENSOR进行照明。从而，如果介质中不存在使光散射的部分，则可以得到具有均匀的亮度的图像。因为在介质中存在微小变性区域即点，所以被点散射的光不能够通过APATURE，在图像上被拍摄为较暗。越是减小APATURE的孔的大小，越能够仅使接近平行的光线透过，对比度提高，但分辨率降低，所以孔的大小根据点的间距和用多个点构成的比特的间隔调整。由此，本实施例中，也能够以高对比度拍摄透明介质中的点区域。

本实施例的透镜的配置是所谓两侧远心透镜。该透镜结构中，具有在被拍摄体与透镜的距离变化、图像变模糊的情况下，图像的尺寸也几乎不变的特长。从而，适合如上所述在检查图案区域中配置具有多种空间频率的分辨率检查块，从焦点偏离的图像中使用某个程度的频率以下的成分的情况。这是因为即使焦点偏离，图像的放大率也不变，所以容易合成聚焦位置不同的图像。

此外，本实施例的透镜结构中，介质M的表面相对于光轴倾斜的情况下的图像的大小补偿也较简单。本实施例中得到的图像如上所述是平行光线产生的投影图像。从而，介质M相对于光轴倾斜了角度θ的情况下，该方向的尺寸表现为缩小COSθ。通过测定数据区域的四角的检查图案的中心部的细密地形成了点的部分的距离，计算上述缩小率，就能够容易地补偿介质的倾斜。

图14的实施例也如图12的实施例所示，适合利用移动电话和所谓人智能手机等本体上带有摄像机功能的设备构成再现设备的情况。将本体上原本附带的摄像机的镜头视为成像用的透镜LENS2，在外部附加相当于物镜的透镜LENS1，能够形成与图14同样的光学系统。

此外，图13和图14中使用多片透镜的透镜组作为物镜，或者在图14的实施例中用移动电话或智能手机等的摄像机镜头替代成像用的透镜LENS2时，外侧聚焦位置可能不能到达本体透镜的外部。聚焦位置不在透镜的外侧时，不能够设置掩模或光圈，所以这样的情况下，追加透镜构成为使聚焦位置到达透镜的外侧即可。这样的变更对于具有光学知识的技术人员而言是容易设计的，所以省略详细说明。

【实施例15】

图15是表示在本发明中从记录介质拍摄运动图像的同时进行数据再现的情况下的流程图的实施例。基本的流程是进行运动图像拍摄同时进行摄像机的聚焦位置的移动和拍摄范围的XY方向的移动、即三维扫描，基于用检查图案检查分辨率筛选图像，使用选择的图像抽取数字数据。对三维扫描进行用于缩短扫描时间的改进。以下参考附图按顺序说明处理的流程。

首先，在最初的步骤STEP0中，进行记录介质的安装。

在之后的步骤STEP1中，进行再现系统的起动。

在之后的步骤STEP2中，开始运动图像拍摄，开始运动图像的显示器输出。由此，能够目视确认正在拍摄的部分的图像，所以在万一发生误操作的情况下容易进行停止再现系统、重新开始等应对。

从之后的步骤STEP3起开始数据再现。首先取得用于拍摄的基本信息。该基本信息可以在记录介质的不与数据块重叠的区域中以能够目视判别的大小用文字记载，由用户判读并对再现系统输入，也可以在特定的数据块中用数字编码、例如二维条形码记录，在本步骤中进行该块的拍摄和内容的解码，能够对再现系统设置值。需要以下基本信息。首先，m、n、p是与介质中记录的数据块的个数相关的信息。数据块的X方向的数量是（m+1）个，Y方向的数据块数量是（n+1）个，Z方向的数量即层数是（p+1）个。ΔX、ΔY、ΔZ是与数据块之间的间距即距离相关的信息。ΔX是X方向的间距，ΔY是Y方向的间距，ΔZ是Z方向的间距即层间距离。基于这些间距决定后述的扫描时的移动距离。本实施例中，表示按每个块移动的例子，但在摄像机的拍摄范围中包括多个块的情况下，XY方向的移动量分别是ΔX的整数倍、ΔY的整数倍。此外，需要作为坐标基准的数据块的中心坐标。本实施例中，以BLOCK（0，0，p）为基准，所以设定其中心坐标X0、Y0、Zp。此外，数据块BLOCK（i，j，k）的索引i、j、k是分别以最左上方的接近透镜一侧的数据块为BLOCK（0，0，0），在X方向、Y方向、Z方向上增加而附加的。即，BLOCK（0，0，p）表示左上的最远处的数据块。表示该块的坐标的信息是X0、Y0、Zp。此外，本实施例中，坐标的原点是设介质为长方体时8个角中的从透镜一侧观察的表面的左上角，但以介质的角为原点时，在介质的角缺损的情况下可能难以检测原点。存在这样的顾虑的情况下，在介质的表面或内部用激光记录表示原点的标记即可。

在之后的步骤STEP4中，指定置入开始拍摄时的拍摄范围的中心的块BLOCK（i，j，k）的索引。本实施例中，使起始块的索引为i=0、j=0、k=p从BLOCK（0，0，p）开始拍摄。此外，在本步骤中，设定表示扫描方向的参数（Dx，Dy，Dz）。此处，各参数在以X方向、Y方向、Z方向上坐标增加的方式进行扫描的情况下设定为1，在坐标减少的扫描的情况下设定为-1。此处，设Dx为1，Dy为1，Dz为-1。至此基本信息的设定结束。

在之后的步骤STEP5中，用以上读取的基本信息将作为拍摄对象的数据块BLOCK（i，j，k）置入拍摄范围。最初到达本步骤时，将最初的数据块BLOCK（0，0，p）置入拍摄范围的中心。

接着，在步骤STEP6中开始运动图像记录。此时，使聚焦位置在一定范围内变化进行拍摄。其中，焦点的移动是在此时的Z方向的扫描的方向上逐渐使介质移动时，因为介质的移动方向不会翻转，所以能够不受动作部分的螺杆的游隙等的影响而平滑地进行。因此，在置入的阶段预先设为焦点略微偏离的位置，在Z方向上扫描一定距离即可。焦点的移动结束后，停止运动图像的记录。

此外，使焦点移动进行拍摄的情况下，也可以在停止焦点移动的同时在相同位置进行一定时间的运动图像拍摄，也可以在相对于每秒的运动图像的帧率缓慢地移动的同时拍摄。前者的情况下，移动速度变慢，但在相同位置上的拍摄中每帧中都存在随机噪声，所以这样的情况下，如果能够在相同位置拍摄多帧，就能够在后述的合成时减少随机噪声的影响，提高S/N。

在之后的步骤STEP7中，从步骤STEP6中记录的运动图像中将各帧再现为静止图像，检查各静止图像（帧）中拍摄的数据块的检查标记的分辨率。

结果，从上述多个帧中选择分辨至检查标记的最高频率的图像组IMAGE-H和没有分辨最高频率但分辨至第二高频率成分的图像组IMAGE-L。

在之后的步骤STEP8中，将选择的图像组合成为一张静止图像信息，抽取数据。即，根据IMAGE-H和IMAGE-L合成BLOCK（i，j，k）的图像。如果选择的图像的数量多，则能够提高合成后的图像的S/N。为了在合成后进一步提高图像的S/N，根据需要进行非锐化掩模处理等空间滤波处理。

非锐化掩模处理是从合成后的图像减去或除以对该图像施加了模糊滤波后的图像的一种高通滤波。通过该滤波，能够减弱合成多个图像时图像的微小错位的影响引起的模糊和存在多层的情况下邻接层的模糊的低频成分（层间串扰），能够提高合成图像的S/N。

具体的合成方法用图24在后文中叙述，因为存在运动图像的1帧中S/N不充分的情况，所以如上所述合成多帧提高S/N是有效的。此外，在用IMAGE-H中的1张或多张图像就可以得到充分的S/N的情况下，不需要将图像组IMAGE-L的图像用于合成。这样的情况下，也存在因为检查图案中包括了以最高频率和比其低的第二高频率配置的点配置，所以在搜索分辨以最高频率配置的点的最佳聚焦位置时能够根据以第二频率配置的点的分辨情况得知聚焦位置大致对焦，即使焦点略微偏离也能够检测检查图案中以第二频率配置的点部分而修正构图的优点。

接着，从得到的图像采样数据并变换为0、1的数字信息。此处的采样指的是对数据块中的点或空白位置的像素的灰度采样。通过对采样后的数据以适当的阈值二值化抽取数字数据得到的图像中，因为检查标记以充分的分辨率被拍摄，所以能够求出从该图像采样时的间距和数据块的大小。

采样通过如上所述用检查图案求出邻接点间距离、每隔用它计算出的距离取得像素的灰度而进行，但采样的像素可能与点像的中心略微偏离。这样的情况下，使用要采样的像素和该像素的周边像素的值的最小值作为采样值即可。这是因为点被拍摄为较暗的情况下，如上所述取周边像素的最小值时，能够选择点像的最暗的场所的像素。点显得较亮的情况下，采用最大值即可。此外，空白部是与周围同样的值，所以上述方法中空白部分的采样值的误差不会大到有问题的程度。此外，用作周边像素的范围选择根据检查图案求出的邻接点间距离的一半程度的距离中包括的范围即可。此外，随机噪声较大的情况下，在选择上述最小值（或最大值）之前，在采样位置的像素及其邻接像素等狭窄范围中求平均之后再进行上述计算，能够避免随机噪声的影响。

上述用于二值化的阈值设定为检查标记部分的点和空白能够正确无误地分离的值即可。此外，此处按顺序进行拍摄和处理，但也能够如上述的再现系统的模块结构的实施例所述，使其流水线式地进行。此外，如上述图8的实施例所述能够进行纠错的数据的情况下，在必要的数据备齐的时刻进行纠错。

以下流程中，对介质三维扫描的同时，反复上述步骤STEP5到STEP8。观看图示的分支方法能够容易地理解，所以文章中不记载详细内容，在直到Z方向的末端的数据块的处理结束后，在X方向上移动一个块并使Z方向与之前方向相反地扫描。此外，X方向的末端的数据块的处理结束后，在Y方向上移动一个块并使X方向的扫描方向翻转继续动作。扫描方向的翻转由再现系统通过使决定扫描方向的参数Dz和Dx的符号翻转自动地进行。这样，根据本实施例，通过锯齿形地进行扫描，能够使介质或再现系统的聚焦位置的移动最小，能够缩短再现耗费的时间。

【实施例16】

图16对上述图15中的锯齿形扫描的情况进行图解。为了对三维扫描的方法进行图解，分别在（a）中图示Z方向和X方向的扫描的情况，在（b）中图示X方向和Y方向的扫描的情况。

（a）中，坐标的原点在左上，右方向是X轴，下方向是Z轴。如图所示，从左下的数据块BLOCK（0，0，p）开始拍摄，在Z方向上回溯地逐个拍摄位于上一层的数据块。最上方的数据块BLOCK（0，0，0）拍摄完成之后，向右移动一个块（X方向），向下方向（Z方向）逐个拍摄位于下一层的数据块。如上所述，切换Z方向的扫描方向的同时，反复至X方向的末端的列的扫描结束。此外，图中在右端的列使Z方向从上向下地扫描，但最后一列以从上向下扫描结束还是以从下向上扫描结束依赖于列的数量是偶数还是奇数。

（b）中表示了从上方观察介质的X方向和Y方向的扫描的情况。在图中左上取原点，横向描绘X轴，向下描绘Y轴。如（a）中说明，X和Z方向的扫描中，到达Z方向的末端后，在X方向上逐个移动块，所以本图中，最初的行向右方逐渐移动。到达最右侧后，在Y方向上移动一个块，在X方向上反向地扫描。当然，在各X、Y位置上，如图（a）所示进行Z方向的扫描。此外，本图中，最后一行从右向左扫描，但最后一行是哪个方向依赖于行的数量是偶数还是奇数。

这样，XY方向的扫描中也以锯齿状进行扫描。以上在图16的实施例中，对图15的流程图的实施例中的锯齿状扫描的情况进行了图解说明。通过进行如上所述的三维扫描，能够使到达层的末端或X和Y方向的末端时的介质的移动成为最小限度。例如，使Z方向和X方向的扫描方向一定的情况下，到达末端时，要从层的一端移动到另一端、或从行的一端移动到另一端进行扫描，所以到达末端时的移动量较大，因此数据再现耗费的时间也增大。与此相对，本实施例中能够实现时间的大幅缩短。此外，上述实施例中，从数据块BLOCK（0，0，p）开始，但也可以从其他数据块开始，此外在必要的数据是记录的数据的一部分的情况下，对必要的部分扫描即可。

此外，上述扫描中，机械的扫描方向与介质中的数据块的配置方向倾斜时，可能在拍摄范围的一部分中不能合焦，或者在扫描中期望的数据块的图像脱离拍摄范围。如果介质的表面与记录时的数据块的方向以充分的精度平行，则可以通过安装在精度良好的支架上解决该问题。精度不充分的情况下，在支架上设置调整机构，在显示器上目视数据块的图像中的检查图案同时进行微调即可。或者也有进行设置基于检查图案的像自动调整的功能等各种对策。这是具有知识的技术人员能够应对的问题，所以省略说明。

【实施例17】

如上述图15所述，基于检查图案从拍摄的图像中选择能够使用的图像，所以存在能够使用的帧的数量因数据块而不同的情况。图17表示了该情况。本图中，在用长方形表示的数据块的内部表示了使用的帧的数量。本图中为了易于理解而适当地填入了不同的数字，但为了使再现品质固定，优选该数字的差别较小。因此，在图16的流程图的实施例的步骤STEP6中使焦点改变一定距离的同时记录运动图像时，优选使移动速度相对于运动图像的帧率不太快。这是因为过快时，可以分辨检查图案的帧数减少，极端的情况下成为1帧都不能使用的状况。取决于条件，例如使运动图像的帧率为每秒30帧，在进行运动图像记录时，优选使移动速度为每秒数微米程度。此外，在没有记录运动图像而只是移动时，通过加快移动速度能够抑制扫描速度的降低。

以上说明的实施例中，在Z方向上以多层状叠层的数据块在XY方向上直线状地排列，但本发明不限于此。根据用途也可以使Z方向的层只有一个，进而也有XY方向的配置的各种变形。例如，也能够在XY平面中以螺旋状配置数据块。这样的实施例在图18和图19中表示。这些实施例中，再现时不需要XY方向的扫描，仅有旋转运动和直径方向的运动，所以具有控制变得容易的优点。两个实施例中介质的形状都是圆盘状。当然也可以是正方形或长方形的板状，但因为块的配置是螺旋状，所以圆盘状有利于减小不能用于记录的多余的面积。

【实施例18】

图18的实施例中，数据块的配置是以螺旋状且在从中心起的辐射线上配置。从而，再现时，使介质按一定角度旋转，同时使摄像机的拍摄范围从中心向外侧逐渐平移。具有扫描的角度固定的优点，但另一方面，由图中可知，越到外侧，数据块之间的距离越远，能够用于记录的面积的效率降低。因此，在要尽量提高记录密度的情况下，只要是如以下图19所示的配置，就能够提高面积的使用效率。

【实施例19】

图19是以螺旋状配置数据块时，以数据块之间的距离一定的方式进行配置的实施例。本实施例中，不使旋转角度一定，而是使旋转速度一定，在旋转的同时使拍摄范围在直径方向上移动。这样，下一个块会按相同的时间间隔出现。本实施例中，与上述实施例相比，具有记录面积的使用效率高的优点。此外，图18和图19的实施例中，在Z方向有多层的情况下，一个层的旋转扫描结束后移动到下一层并以螺旋状扫描即可。该情况下，一个层的螺旋状的扫描结束后，可以使焦点移动到下一层并再次返回中心进行扫描，如果返回中心的时间会对再现速度造成影响，则也能够在从中心向外侧扫描一个层之后，从外侧向中心扫描下一个层，由此实现时间的缩短。这些实施例中，记录时也可以通过与再现时相同的旋转运动和直径方向的运动顺次记录数据块，所以具有与在XY方向上扫描的情况相比控制更容易的优点。

图20和图21表示了适合图18和图19的实施例的再现系统的实施例。

【实施例20】

图20是使图11的实施例适合图19或图20所示的螺旋状配置的实施例。图21是使图12的实施例适合图19或图20所示的漩涡状配置的实施例。即，图20（a）、（b）的实施例是基于没有镜头的摄像机模块和数码单反摄像机的再现系统。

【实施例21】

图21（a）、（b）、（c）是基于智能手机或紧凑型摄像机等原本带有镜头的摄像机的再现系统的实施例。

与图11和图12的不同在于附加直径方向（R方向）的移动机构和旋转机构代替XY方向的移动。图20、图21中，将用于直径即R方向和旋转即θ方向的移动的平台和调整机构分别表示为Rθ-STATE、Rθ-ADJUSTER。控制机构对于具有一般知识的技术人员而言是容易设计的，所以省略详细说明。此外，应用于这些实施例的光学系统，使用图13和图14所示的即可。

如上所述，通过使数据块配置成螺旋状，能够使介质的驱动变得简易，但通过使介质成为带状，能够使机械控制变得更简易。

【实施例22】

图22表示使介质成为带状的实施例。这是使玻璃等透明介质成为薄带状，卷绕收纳在外壳中的实施例。图中上侧表示带的放大图。与以上实施例同样，排列有数据被记录为点的数据块。图中下方表示了进行收纳的外壳CASE。图中以内部可见的方式进行了图解，但实际上优选根据需要使其成为带部分不可见的结构，从外部保护带。如图所示，长方形的外壳中左右存在卷绕带用的圆柱部分，带横跨该圆柱部分。外壳上开有拍摄用的孔WINDOW-A和照明用的孔WINDOW-B。根据本实施例，因为能够卷绕收纳介质，所以具有如果使用较长的带则收纳场所能够比板状的介质更小的优点。此外，本实施例中，也能够通过在保持放入外壳的状态下从拍摄用的孔照射激光而进行记录。只要使外壳的材质是与介质同样具有耐热性和化学稳定性的材质，就能够用于长期保存。例如，能够使用带状的玻璃作为介质，使用坚固且不变质的、耐热性高的金属或合金作为外壳的材料。该情况下，卷绕带的柱状的部分与介质的热膨胀系数有较大不同时，可能因加热或冷却而对介质施加过大的力。因此，使用具有尽可能接近的热膨胀系数的材料或者使卷绕用的柱状部件材料与记录介质相同即可。例如，如果介质和卷绕用的柱使用石英玻璃，除此以外的外壳使用具有耐热性、耐久性的钛等金属，则能够长期保存。此外，多层的情况和1层的情况下，都可以通过不在带的表面、而是在内部记录点，而提高长期保存的耐久性。但是，本实施例中存在带的厚度的限制，所以可能有多层记录困难的情况。这样的情况下，通过使层数为1层，延长带的长度，能够确保记录容量。

【实施例23】

图23是表示适合图22的实施例的再现系统的结构的实施例。在摄像机、光学系统的前方的支架处安装了带的顺方向、逆方向旋转用的电动机MOTOR-A和MOTOR-B。根据本实施例，能够在卷绕带的同时通过运动图像再现得到数据块的图像，根据它进行记录的数据的再现。此时能够使用数据块中设置的检查图案修正焦点的同时进行拍摄，选择具有充分的分辨率的数据块的图像并合成图像，根据它采样数据。此外，进行了多层记录的情况下，在使带缓慢卷绕的同时进行Z方向的扫描要耗费时间，所以先卷绕至带的末端或必要的位置同时进行运动图像拍摄、数据再现，再使焦点在Z方向上移动并进行下一层的再现，这样能够减小速度的损失。

【实施例24】

图24是表示图15的步骤STEP8中的多个图像合成的情况的实施例。（a）中表示用相加求平均合成的情况，（b）中表示用最小值过滤合成的情况。（a）和（b）中，ORIGINAL-IMAGE-1到ORIGINAL-IMAGE-n是被选择的图像组，作为用检查图像对XY平面上的偏移和旋转进行了补偿的图像组进行说明。RESULT-IMAGE是合成后的图像。为了使图简化，仅描绘了少量的点。

（a）中，进行n张图像（帧）的相加求平均合成为一张图像。该合成方法中，即使各帧中存在如图所示的随机的噪声，也可以通过相加求平均处理在合成后基本消除。这样用相加求平均进行合成时，能够减少随机噪声的影响。

（b）是用相同XY位置的像素的最小值合成的实施例。其中，如上所述存在合成后在XY方向上取最小值的情况，但本实施例中，用Z方向的最小值进行多个图像的合成，所以与上述不同，要注意。本实施例是从多个图像中的相同XY位置的像素中选择最暗（亮度最小）的像素合成的方法。如图所示，（b）的实施例中，点在不同帧中被清晰地拍摄或被略微模糊地拍摄。在介质相对于光轴倾斜或者记录时相对于介质的表面倾斜地记录相同层的点的情况下可能发生这样的情况。使用最小值时，如结果图像所示，保存了被清晰拍摄为最暗的部分，所以具有在存在如上所述的倾斜的情况下也能够在合成图像整体中反映被清晰地拍摄的点的浓度的效果。此外，如上所述使用在点被拍摄为较亮的条件下拍摄的图像的情况下，使用最大值即可。也可以不使用本图所示的平均和最小值（或最大值），而是根据情况使用将相同XY位置的像素值按亮度顺序排列时的中间值等，根据需要使用各种方法。

以上基于实施方式具体说明了本发明人的发明，但本发明不限于上述实施方式，能够在不脱离其主旨的范围中进行各种变更和改进。

本发明的光记录介质和光信息再现方法将记录数据密封在透明的记录介质M的内部，所以能够稳定且长期地保存信息。此外，根据本发明，能够由一般用户在通常的居住空间中容易地再现上述透明记录介质中的微小变性区域构成的点信息。

根据以上所述，根据本发明，例如能够由一般用户在个人的居住空间或政府机关、图书馆、美术馆等的窗口从记录了个人的重要照片、文本、声音数据或公文、绘画等数据的透明介质进行信息的再现。

Claims

1.一种在内部层状地形成有折射率与周围不同的微小变性区域的记录点的、对于再现光为透明的信息记录介质，其特征在于：

所述层包括记录信息的数据区域和用于检查图像的分辨率的分辨率检查图案区域，

所述分辨率检查图案由点的集合构成，所述点配置的空间频率存在2种以上。

2.如权利要求1所述的信息记录介质，其特征在于：

所述2种以上的空间频率是最高空间频率和第二高的空间频率。

3.如权利要求2所述的信息记录介质，其特征在于：

所述2种以上的空间频率还包括比所述第二高的空间频率低的空间频率。

4.如权利要求1所述的信息记录介质，其特征在于：

所述层包括1个以上的数据块，所述分辨率检查图案区域设置在所述数据块的中心部。

5.如权利要求1所述的信息记录介质，其特征在于：

所述层包括1个以上的数据块，所述分辨率检查图案区域设置在所述数据块的角部。

6.如权利要求1所述的信息记录介质，其特征在于：

所述层包括多个数据块，所述分辨率检查图案区域设置在所述数据块的角部，所述分辨率检查图案被所述多个数据块共用。

7.如权利要求1所述的信息记录介质，其特征在于：

在所述数据区域的外周部设置有用于对所述数据区域的数据进行纠错的校验区域。

8.一种信息再现装置，对在内部层状地形成有折射率与周围不同的微小变性区域的记录点的记录介质中记录的信息进行再现，该信息再现装置的特征在于，包括：

摄像单元，其对规定的再现层一边改变聚焦位置一边以运动图像进行摄像；

从所述运动图像再现多个静止图像，并根据所述记录介质中设置的由点构成的分辨率检查图案的分辨率判断是否能够用于数据再现的单元；和

对判断为能够使用的所述多个静止图像进行合成的单元。

9.如权利要求8所述的信息再现装置，其特征在于，包括：

第一缓存，其保存以运动图像拍摄的图像；和

第二缓存，其用于对所述静止图像进行再现信号处理。

10.如权利要求8所述的信息再现装置，其特征在于：

所述信息再现装置是安装有透镜的摄像机型的再现装置。

11.如权利要求8所述的信息再现装置，其特征在于：

所述信息再现装置具有无限远补偿型的光学系统，在物镜与成像透镜之间设置有改变光的透射率的掩模。

12.如权利要求8所述的信息再现装置，其特征在于：

所述信息再现装置包括远心光学系统。

13.一种信息再现方法，对在内部层状地形成有折射率与周围不同的微小变性区域的记录点的记录介质中记录的信息进行再现，该信息再现方法的特征在于，包括：

对规定的再现层一边改变聚焦位置一边以运动图像进行摄像的步骤；

从所述运动图像再现多个静止图像的步骤；

对所述多个静止图像，根据所述记录介质中设置的由点构成的分辨率检查图案的分辨率抽取能够用于数据再现的静止图像的步骤；

对抽取的所述多个静止图像进行合成的步骤；和

输出合成后的所述图像的步骤。

14.如权利要求13所述的信息再现方法，其特征在于：

所述合成的步骤是对所述多个静止图像相加求平均来合成的步骤。

15.如权利要求13所述的信息再现方法，其特征在于：

所述合成的步骤，是从所述多个静止图像中的相同XY位置中选择最暗的像素来合成的步骤。