JP2005070675A - ホログラフィック記録再生システム - Google Patents

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Abstract

【課題】 簡単なシステム構成により、再生像に重畳されているノイズ成分を除去する。
【解決手段】 未記録状態のホログラフィックメモリ120に無変調の信号光のみを照射したときにCCDイメージセンサ108で検出される像をノイズパターンとして確保しておき、データ再生時にはCCDイメージセンサ108で検出された再生像から予め求めておいたノイズパターンが差し引かれる。
【選択図】 図4

Description

本発明は、ホログラフィック記録再生システムに関し、より詳細には、データ再生時に再生像に重畳されているノイズを除去することが可能なホログラフィック記録再生システムに関するものである。
大容量かつ高速記録再生が可能なホログラフィック記録再生システムが注目されている。ホログラフィック記録再生システムにおけるデータの記録では、記録すべきデータに基づいて空間的に変調された信号光およびこれと可干渉性を有する参照光を記録媒体であるホログラフィックメモリ内で互いに交差するように照射することで、データが光の干渉パターンとして記録される。
こうしてホログラフィックメモリに記録されたデータは、参照光を照射することによって再生することができる。干渉パターンが形成された所定の記録位置(以下、ページという)に照射された参照光は干渉縞の格子により回折して、再生像として生成されるので、これをCCDイメージセンサなどの受光手段で検出することでデータが再生される。このシステムによれば、ホログラフィックメモリに記録されたイメージデータが参照光の入射で一度に再生されるため、高速再生を実現することが可能である。
一般に、ホログラフィック記録再生システムにおいて再生されたデータにはノイズ成分が含まれているため、これを何らかの方法で除去する必要がある。ノイズ成分は、光源やレンズなどの光学系に由来するもの、メディア自身によるもの、あるいはSLMやCCDなどの入出力デバイスに由来するものなど様々である。
ノイズを除去する一般的な方法としては、検出された再生像に画像処理や誤り訂正符号(ECC)などを施す方法や、すべてのページに共通のノイズパターンを仮定して画像処理を行う方法などがある。さらには、記録媒体に起因するノイズや外光によるノイズの影響を低減する方法も知られている(特許文献1参照)。この方法では、S偏光及びP偏光を含む光ビームを偏光分離し、S偏光にのみ信号を付与した後、再び合波してホログラム記録媒体に照射する。再生時には、S/P偏光成分の画像を独立に検出し、両者の画像の差信号を求めることで、共通なノイズ成分を除去するものである。
特開平13−291242号公報
上述した従来のノイズを除去する方法では、S偏光とP偏光を分離するため、それぞれの光路を設ける必要があり、光学系が大型化するという問題がある。また、上記方法では、S偏光の光路上に設けられた空間光変調器(SLM)に由来するノイズは除去することができないという問題もある。
したがって、本発明の目的は、簡単な構成により、再生像に重畳されているノイズ成分を除去することが可能なホログラフィック記録再生システムを提供することを目的とする。
本発明の上記目的は、信号光および参照光をホログラフィックメモリに照射することによりデータを光の干渉パターンとして記録するとともに、前記ホログラフィックメモリに参照光を照射することによって得られる再生像からデータを再生するホログラフィック記録再生システムであって、前記ホログラフィックメモリの所定のページにおけるノイズパターンを検出するノイズパターン検出手段と、前記ノイズパターンを前記ホログラフィックメモリに記録するノイズパターン記録手段と、前記ホログラフィックメモリの所定のページから再生像を読み出すデータ再生手段と、前記ノイズパターン検出手段で予め検出したノイズパターンを用いて前記再生像からノイズ成分を除去するノイズ除去手段を備えているホログラフィック記録再生システムによって達成される。
本発明の好ましい実施形態において、前記ノイズパターン検出手段は、無変調の信号光を前記ホログラフィックメモリの所定のページに照射する信号光照射手段と、前記ホログラフィックメモリを透過または反射した前記信号光を受光する受光手段と、前記受光手段からのノイズパターンを圧縮するノイズパターン処理手段を備えている。またノイズパターンを記録する記録手段をさらに備えていてもよい。
本発明のさらに好ましい実施形態において、前記ノイズパターン記録手段は、前記ホログラフィックメモリ内の各ページで検出されたノイズパターンを本来記録すべきデータとともに当該ページ内に記録する。
本発明のさらに好ましい実施形態において、前記ノイズパターン記録手段は、前記ホログラフィックメモリ内の各ページで検出された前記ノイズパターンを本来記録すべきデータとは別に前記ホログラフィックメモリの所定の領域に集中的に記録する。
本発明のさらに好ましい実施形態において、前記ノイズパターン検出手段は、前記ノイズパターンをグレースケールで検出する。
本発明のさらに好ましい実施形態において、前記ノイズパターン検出手段は、前記ホログラフィックメモリの各ページにおけるノイズパターンを順に検出する場合に、所定のページ間隔毎にノイズパターンを検出する。
本発明のさらに好ましい実施形態において、前記データ再生手段は、ノイズパターンが記録されていないページのデータを再生する場合に、その前後のページのノイズパターンを用いて補間処理を行うことによって得られたノイズパターンを用いて前記再生像からノイズ成分を除去する。
本発明のさらに好ましい実施形態において、前記ノイズ除去手段は、位相コード多重記録または波長多重記録によって複数のデータが同じ場所に記録されている場合に、各データに共通のノイズパターンを用いて前記再生像からノイズ成分を除去する。
以上説明したように、本発明によれば、簡単な構成により、再生像に重畳されているノイズ成分を除去することが可能なホログラフィック記録再生システムを提供することができる。
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。
図1は、本発明の好ましい実施形態にかかるホログラフィック記録再生システムの構成を示す模式図である。
図1に示されるように、このホログラフィック記録再生システム100は、記録再生用およびノイズパターン検出用のレーザ光源101を備えている。レーザ光源101としては、波長安定性の高い固体レーザやガスレーザが使用される。レーザ光源101から出射したビームの進行方向には、ビームエキスパンダ102およびビームスプリッタ103が設けられている。
ビームスプリッタ103によって分割された一方のビームである信号光121の進行方向には、ミラー104が設けられており、ミラー104によって反射したビームの進行方向には、空間光変調器(SLM)105、フーリエ変換レンズ106、逆フーリエ変換レンズ107およびCCDイメージセンサ108が順に設けられている。そしてフーリエ変換レンズ106と逆フーリエ変換レンズ107との間にホログラフィックメモリ120が配置されている。SLM105は、多数の画素がマトリックス配置されたものであり、画素ごとに光の通過または遮断を制御するものである。画素がオフのとき光は遮断されるが、画素がオンになると光は通過することができる。一方、ビームスプリッタ103によって分割された他方のビームである参照光122の進行方向には、シャッター109およびミラー110が設けられている。ミラー110の向きは、参照光がホログラフィックメモリ120内の所定の位置で信号光と交差するように設定されている。ホログラフィックメモリ120としては透過型のものが使用される。
ホログラフィック記録再生システム100はさらに、ホログラフィックメモリ120を駆動する駆動装置131と、駆動装置131およびSLM105を制御するコントローラ132と、CCDイメージセンサ108によって検出された再生像を処理してデータを再生する画像処理回路133と、データを記録する外部記録装置134を備えている。
以上のように構成されたホログラフィック記録再生システム100において、ホログラフィックメモリ120のノイズパターンの検出は次のように行われる。
図2は、本発明の好ましい実施形態にかかるノイズパターンの検出について説明するための模式図である。
ノイズパターンの検出では、まず図1に示したシャッター109が予めオンに設定されて参照光122が遮断されるとともに、図2に示されるように、信号光121全体を通過させるべくSLM105の各画素がすべてオンに設定される。
次いで、レーザ光源101からビームが照射される。レーザビームは、ビームエキスパンダ102によってビーム径が拡大されかつ平行光にされた後、ビームスプリッタ103に入射する。ビームスプリッタ103に入射したビームは信号光121と参照光122に分割されるが、参照光122はシャッター109によって遮断されるので、信号光121のみがホログラフィックメモリ120に照射される。ここで、SLM105の各画素はすべてオンなので、信号光121は空間的に変調されることなくSLM105をそのまま通過し、フーリエ変換レンズ106によって集光されて、ホログラフィックメモリ120に照射される。
ホログラフィックメモリ120上に照射されたビームはホログラフィックメモリ120を透過し、逆フーリエ変換レンズ107を通過してCCDイメージセンサ108に照射される。
ここで、未記録状態のホログラフィックメモリに無変調の信号光を照射した場合、本来ならばムラのない一様なパターンの再生像が検出されるが、ノイズが存在している場合には図2に示されるようにムラのあるパターンが検出される。このようなノイズパターンは、上述したように、光源やレンズなどの光学系、メディア自身、あるいはSLMやCCDなどの入出力デバイスに由来するものと考えられる。
CCDイメージセンサ108によって検出されたノイズパターンは、画像処理回路133において通常よりも粗い解像度のイメージとして処理される。例えば、本実施形態においては、2×2ドットのビットパターンが1ドットのデータとして取り扱われる。よって図示のように、CCDの画素全体が例えば12×12ドットで構成されている場合には、6×6ドットのイメージパターンとして取り扱われる。画像処理回路133で処理されたノイズパターンは、外部記録装置134に記録される。
図3は、本発明の好ましい実施形態にかかるホログラフィックメモリへのデータの記録について説明するための模式図である。
データの記録では、まず図1に示したシャッター109が予めオフに設定されて参照光の通過が可能になるとともに、図3に示されるように、記録すべきデータに応じてSLM105の各画素がオンまたはオフのいずれかに設定される。
次いで、レーザ光源101からビームが照射される。レーザビームは、ビームエキスパンダ102によってビーム径が拡大されかつ平行光にされた後、ビームスプリッタ103に入射する。ビームスプリッタ103に入射したビームは信号光121と参照光122に分割される。信号光121はミラー104で反射し、SLM105を通過した後にホログラフィックメモリに照射される。このとき、SLM105の各画素のオン・オフに応じて信号光121は空間的に変調される。この信号光はフーリエ変換レンズ106によって集光されて、ホログラフィックメモリ120に照射される。一方、参照光122もミラー110で反射して、ホログラフィックメモリ120に照射される。信号光121と参照光122はホログラフィックメモリ120の内部で交差することで干渉し合い、これによりホログラフィックメモリ120内部には干渉縞が形成される。すなわち、データが光の干渉パターンとして記録される。
図4は、本発明の好ましい実施形態にかかるホログラフィックメモリからのデータの再生について説明するための模式図である。
データの再生では、まず図1に示したシャッター109が予めオフに設定されて参照光の通過が可能になるとともに、SLM105の各画素がすべてオフに設定されて信号光が遮断される。
次いで、レーザ光源101からビームが照射される。レーザビームは、ビームエキスパンダ102によってビーム径が拡大されかつ平行光にされた後、ビームスプリッタ103に入射する。ビームスプリッタ103に入射したビームは信号光121と参照光122に分割される。信号光121はミラー104で反射し、SLM105に入射するが、SLM105のすべての画素がオフになっているため、信号光121はSLM105によって遮断され、参照光122のみがホログラフィックメモリ120に照射される。参照光122はホログラフィックメモリ120内部に形成された干渉パターンによって信号光121と同じように空間的に変調されかつ信号光121の進行方向に回折する。したがって、この参照光122は逆フーリエ変換レンズ107を通過してCCDイメージセンサ108に照射される。
CCDイメージセンサ108によって検出された再生像は、画像処理回路133において通常の高解像度のイメージデータとして処理される。例えば本実施形態においては、12×12ドットのパターンとして取り扱われる。一方、外部記録装置からは対応するノイズパターンが読み出される。ここで、ノイズパターンは6×6ドットの低解像度に変換されているため、1ドットが2×2ドットに拡張され、全体として12×12ドット相当に拡張される。そして、CCDイメージセンサ108で検出された再生像から定数倍(α倍)されたノイズパターンを差し引くことによってノイズが除去された再生像が求められる。この再生像を用いて復号処理が行われる。
以上のようなノイズパターンの検出、データの記録およびデータの再生をページ単位で順次行っていき、最終的にはホログラフィックメモリ全体に対してノイズパターンの検出、データの記録およびデータの再生が行われる。
以上説明したように、本実施形態によれば、未記録状態のホログラフィックメモリに無変調の信号光のみを照射したときにCCDイメージセンサで検出される像をノイズパターンとして確保しておき、データ再生時にはCCDイメージセンサで検出された再生像から予め求めておいたノイズパターンを差し引くので、簡単なシステム構成により、再生像に重畳されているノイズ成分を除去することができる。
上述したノイズパターンの検出では、2値のバイナリパターンとして求めたが、ノイズパターンを多値のグレースケールとして求めてもよい。
図5は、ノイズパターンの検出の他の例を示す模式図である。
図5に示されるように、CCDイメージセンサ108としては5段階のグレースケールのものが使用される。CCDによって検出されたグレースケールのノイズパターンは、そのまま外部記録装置134に記録される。そして、このノイズパターンを用いて再生像からノイズを除去することで、より高精度なノイズ除去を行うことができる。
上述したノイズパターンの検出は、ホログラフィックメモリ120上のすべてのページに対して行ってもよいが、一定のページ間隔毎に行われてもよい。特に、シフト多重記録によってデータを記録する場合にはより好適である。
図6は、シフト多重記録を行う場合におけるノイズパターンの検出位置の一例を示す模式図である。
図6(a)に示されるように、本実施形態においては、ホログラフィックメモリ120上において重なり合うように設定されたページに対して5回に1回の間隔でノイズパターン検出が行われる。ここでは図示のように、2番目、7番目、12番目のページにおいてノイズパターンの検出が行われる。このようにすれば、ノイズパターンのデータ量が膨大になる事態を抑えることができる。
またこの場合において、ノイズパターンの検出を行わなかったページに記録されたデータを再生する場合には、前後のページで求めたノイズパターンに対して補間処理を行うことによって得られたノイズパターンを使用して、再生像からノイズを除去することが好ましい。このようにすれば、ノイズパターンをある程度予測して適切なパターンを求めることができるので、すべてのページのノイズパターンを求めることなくすべてのページでノイズの除去を行うことが可能となる。
さらに、ノイズパターンの補間処理では、グレースケールを用いてもよい。例えば図6(a)に示した2番目と7番目のページでノイズパターンがバイナリパターンとして求められた場合に、その間の3番目から6番目までのページのノイズパターンは、補間処理によってグレースケールのパターンとして求める。このようにすることで、さらに精度の高い補間処理を行うことができる。
前記実施形態においては、検出されたノイズパターンが外部記録装置134に記録される場合を説明したが、ノイズパターンが実際のデータとともにメディア自身(ホログラフィックメモリ120)に記録されてもよい。この場合、ホログラフィックメモリ120へのデータの記録に先立って、まず図2に示したノイズパターンの検出が行われることは図3に示したデータの記録の場合と同様である。次いで、求められたノイズパターンの記録と共にデータの記録が行われる。
図7は、本発明の他の好ましい実施形態にかかるホログラフィックメモリへのデータの記録を説明するための模式図である。
データの記録では、まず図1に示したシャッター109が予めオフに設定されて参照光の通過が可能になるとともに、図7に示されるように、記録すべきデータに応じてSLM105の各画素がオンまたはオフのいずれかに設定される。ここで、本実施形態においては、本来記録されるべき実際のデータとともに、そのページで検出されたノイズパターンも記録される。本実施形態においては、SLMの全画素が12×12ドットであるのに対しノイズパターンは6×6ドットであり、ノイズパターンは記録データ全体の1/4を占めている。例えば12×12ドットのうち右下の6×6ドットにノイズパターンが記録され、残りの領域に実際のデータが記録されるようにSLMの各画素が設定される。
次いで、レーザ光源からビームを照射する。ビームは、NDフィルタで余分な光量が除去され、ビームエキスパンダによってビーム径が拡大されかつ平行光にされた後、ミラーで反射して、ビームスプリッタに入射する。入射したビームはビームスプリッタによって信号光と参照光に分割される。信号光はSLMを通過した後にホログラフィックメモリに照射される。このとき、SLMの各画素のオン・オフに応じて信号光が空間的に変調される。この信号光はフーリエ変換レンズによって集光されて、ホログラフィックメモリに照射される。一方、参照光も2つのミラーで反射して、ホログラフィックメモリに照射される。信号光と参照光はホログラフィックメモリの記録層内で交差することで干渉し合い、これにより記録層内には干渉縞が形成される。すなわち、データおよびノイズパターンが光の干渉パターンとして記録される。
データの再生では、図4を参照しながら説明したとおり、参照光を照射することによって再生像を検出することができる。ここで、この再生像にはノイズパターンが含まれているので、まず再生像からノイズパターンを取り出した後、CCDイメージセンサ108で検出された再生像から定数倍(α倍)されたノイズパターンを差し引くことによってノイズが除去された再生像が求められる。この再生像を用いて復号処理が行われる。
以上説明したように、本実施形態によれば、所定のページにおいて実際に記録すべきデータとともに当該ページのノイズパターンが記録されるので、大容量の外部記録装置が不要となる。
なお、ノイズパターンをメディア内に記録する場合には、ノイズパターンのデータ量を極力少なくすることが好ましい。したがって、この場合には全ページのノイズパターンを検出して記録するのではなく、図6(a)に示したように、一定のページ間隔毎にノイズパターンの検出を行うことが好ましい。さらに図6(b)に示したように、ノイズパターンの検出を行わなかったページに記録されたデータの再生では、前後のページで求めたノイズパターンに対して補間処理を行うことによって得られたノイズパターンを使用して、再生像からノイズを除去することが好ましい。なお、シフト多重記録を行うにおいてノイズパターンの検出を行わなかったページには、ノイズパターンを記録する必要がなく、よってノイズパターンが記録されない分だけより多くのデータを記録することができる。
図8(a)および(b)は、ホログラフィックメモリ上の同一位置に多重記録を行う場合を説明するための模式図であり、図8(a)は位相コード多重記録を行う場合、図8(b)は波長多重記録を行う場合をそれぞれ示している。
図8(a)に示されるように、位相コード多重の場合には、同じ場所に位相コードを変えて複数回データが記録されるので、同じ場所での位相コード多重記録に対しては、1つのノイズパターンを共有することができる。また図8(b)に示されるように、波長多重の場合には、同じ場所に波長を変えて異なるデータが記録されるので、同じ場所の波長多重記録に対しても、1つのノイズパターンを共有することができる。なお、位相コード多重を行う場合には、図1に示したシステムにおいて、参照光を変調するためのSLMがさらに必要となる。また、波長多重を行う場合には、波長の異なる複数のレーザ光源がさらに必要となる。
本発明は、以上の実施形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変更を加えることが可能であり、これらも本発明に包含されるものであることは言うまでもない。
例えば、前記実施形態においては、各ページで検出されたノイズパターンを本来記録すべきデータとともに当該ページ内に記録する場合を説明したが、各ページで検出された前記ノイズパターンを本来記録すべきデータとは別に前記ホログラフィックメモリの所定の領域に集中的に記録しても構わない。
また、前記実施形態においては、透過型のホログラフィックメモリを用いた場合を例に説明したが、反射型のホログラフィックメモリを用いても構わない。その場合に、ホログラフィックシステム全体の構成も適宜変更する必要があることはいうまでもない。
また、前記実施形態においては、再生像から予め定数倍(α倍)されたノイズパターンを差し引く差分演算によって、再生像のノイズを除去しているが、αはメディア全体にわたって共通の値にしてもよく、メディア内の位置、信号光や参照光の入射角、位相コードなどに応じて最適化した定数(群)であってもよい。また、単なる差分演算ではなく、例えば高次式、指数関数、対数関数、三角関数など、ノイズパターンに基づくどのような関数を採用しても構わない。
図1は、本発明の好ましい実施形態にかかるホログラフィック記録再生システムの構成を示す模式図である。 図2は、本発明の好ましい実施形態にかかるノイズパターンの検出について説明するための模式図である。 図3は、本発明の好ましい実施形態にかかるホログラフィックメモリへのデータの記録について説明するための模式図である。 図4は、本発明の好ましい実施形態にかかるホログラフィックメモリからのデータの再生について説明するための模式図である。 図5は、ノイズパターンの検出の他の例を示す模式図である。 図6は、シフト多重記録を行う場合におけるノイズパターンの検出位置の一例を示す模式図である。 図7は、本発明の他の好ましい実施形態にかかるホログラフィックメモリへのデータの記録を説明するための模式図である。 図8(a)および(b)は、ホログラフィックメモリ上の同一位置に多重記録を行う場合を説明するための模式図であり、図8(a)は位相コード多重記録を行う場合、図8(b)は波長多重記録を行う場合をそれぞれ示している。
符号の説明
100 ホログラフィック記録再生システム
101 レーザ光源
102 ビームエキスパンダ
103 ビームスプリッタ
104 ミラー
105 空間光変調器(SLM)
106 フーリエ変換レンズ
107 逆フーリエ変換レンズ
108 CCDイメージセンサ
109 シャッター
110 ミラー
120 ホログラフィックメモリ
121 信号光
122 参照光
131 駆動装置
132 コントローラ
133 画像処理回路
134 外部記録装置

Claims (9)

  1. 信号光および参照光をホログラフィックメモリに照射することによりデータを光の干渉パターンとして記録するとともに、前記ホログラフィックメモリに参照光を照射することによって得られる再生像からデータを再生するホログラフィック記録再生システムであって、
    前記ホログラフィックメモリの所定のページにおけるノイズパターンを検出するノイズパターン検出手段と、
    前記ノイズパターンを前記ホログラフィックメモリに記録するノイズパターン記録手段と、
    前記ホログラフィックメモリの所定のページから再生像を読み出すデータ再生手段と、
    前記ノイズパターン検出手段で予め検出したノイズパターンを用いて前記再生像からノイズ成分を除去するノイズ除去手段を備えているホログラフィック記録再生システム。
  2. 前記ノイズパターン検出手段は、
    無変調の信号光を前記ホログラフィックメモリの所定のページに照射する信号光照射手段と、
    前記ホログラフィックメモリを透過または反射した前記信号光を受光する受光手段と、
    前記受光手段からのノイズパターンを圧縮するノイズパターン処理手段を備えている請求項1に記載のホログラフィック記録再生システム。
  3. ノイズパターンを記録する記録手段をさらに備えている請求項2に記載のホログラフィック記録再生システム。
  4. 前記ノイズパターン記録手段は、前記ホログラフィックメモリ内の各ページで検出されたノイズパターンを本来記録すべきデータとともに当該ページ内に記録する請求項1乃至3のいずれか1項に記載のホログラフィック記録再生システム。
  5. 前記ノイズパターン記録手段は、前記ホログラフィックメモリ内の各ページで検出された前記ノイズパターンを本来記録すべきデータとは別に前記ホログラフィックメモリの所定の領域に集中的に記録する請求項1乃至4のいずれか1項に記載のホログラフィック記録再生システム。
  6. 前記ノイズパターン検出手段は、前記ノイズパターンをグレースケールで検出する請求項1乃至5のいずれか1項に記載のホログラフィック記録再生システム。
  7. 前記ノイズパターン検出手段は、前記ホログラフィックメモリの各ページにおけるノイズパターンを順に検出する場合に、所定のページ間隔毎にノイズパターンを検出する請求項1乃至6のいずれか1項に記載のホログラフィック記録再生システム。
  8. 前記データ再生手段は、ノイズパターンが記録されていないページのデータを再生する場合に、その前後のページのノイズパターンを用いて補間処理を行うことによって得られたノイズパターンを用いて前記再生像からノイズ成分を除去する請求項7に記載のホログラフィック記録再生システム。
  9. 前記ノイズ除去手段は、位相コード多重記録または波長多重記録によって複数のデータが同じ場所に記録されている場合に、各データに共通のノイズパターンを用いて前記再生像からノイズ成分を除去する請求項8に記載のホログラフィック記録再生システム。
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