JP2007101811A - 固定歪み補正機能を持つ記録再生装置 - Google Patents
固定歪み補正機能を持つ記録再生装置 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】ホログラム記録再生装置に関し、その装置に固有の固定歪みを除去することのできる補正データの生成と、固定歪みを補正した再生処理をすること。
【解決手段】ホログラム記録媒体に予め記録された二次元パターンまたはホログラム記録媒体に記録されたユーザデータを再生する再生信号検出部と、二次元パターンを再生したときに得られるべき参照パターンを予め記憶した参照パターン記憶部と、再生された二次元パターンに相当する再生参照パターン信号と、記憶された参照パターンとを比較し、再生参照パターン信号に含まれる固定歪みを除去して再生参照パターン信号から参照パターンを再生するための補正情報を生成する補正情報生成部と、補正情報を記憶する補正情報記憶部と、再生されたユーザデータの再生データ信号に対して、補正情報を用いて補正演算を行い、固定歪みを除去した補正再生データを生成する歪み補正部とを備える。
【選択図】図1
【解決手段】ホログラム記録媒体に予め記録された二次元パターンまたはホログラム記録媒体に記録されたユーザデータを再生する再生信号検出部と、二次元パターンを再生したときに得られるべき参照パターンを予め記憶した参照パターン記憶部と、再生された二次元パターンに相当する再生参照パターン信号と、記憶された参照パターンとを比較し、再生参照パターン信号に含まれる固定歪みを除去して再生参照パターン信号から参照パターンを再生するための補正情報を生成する補正情報生成部と、補正情報を記憶する補正情報記憶部と、再生されたユーザデータの再生データ信号に対して、補正情報を用いて補正演算を行い、固定歪みを除去した補正再生データを生成する歪み補正部とを備える。
【選択図】図1
Description
この発明は、固定歪み補正機能を持つ記録再生装置に関し、特に、ホログラム記録媒体に対して、情報光と参照光を同時に照射させることにより、情報を記録する記録再生装置に発生する固有の歪みを補正する機能を持つ装置に関する。
ホログラム記録再生装置は、ホログラム記録媒体のホログラム材料層の所定の位置に、二次元のページデータに対応した情報光と、参照光とを同時に照射させることにより、その二次元ページデータを記録する。
二次元ページデータは、2つの光(情報光、参照光)の干渉じまとして記録される。
一方、参照光のみを媒体に照射し、その反射光(再生光とも呼ぶ)を二次元撮像素子(CCD)で検出することにより、媒体に記録されたページデータを再生する。
特開2002−216359号公報
特開2004−158114号公報
二次元ページデータは、2つの光(情報光、参照光)の干渉じまとして記録される。
一方、参照光のみを媒体に照射し、その反射光(再生光とも呼ぶ)を二次元撮像素子(CCD)で検出することにより、媒体に記録されたページデータを再生する。
ホログラム記録再生装置は、レーザ光を出射する光源、レンズ群、空間変調器(SLM)、ミラー群、二次元撮像素子(CCD)など、多数の光学部品を使用しているが、装置ごとに各部品の製造誤差がある。
この誤差のため、光学特性の差異や記録再生時のノイズの発生など、装置固有の固定歪みが発生する。
固定歪みの代表的なものとして、「歪曲収差」と、「低周波雑音(ノイズ)」がある。
この誤差のため、光学特性の差異や記録再生時のノイズの発生など、装置固有の固定歪みが発生する。
固定歪みの代表的なものとして、「歪曲収差」と、「低周波雑音(ノイズ)」がある。
たとえば、媒体に近接したところに設けられる対物レンズについて、理想的な光学特性を持つ同一物を常に作成するのは不可能であり、製品ごとにわずかながらレンズの収差がある。
レンズの収差は、再生時において図19のような歪曲収差を生じる。この歪曲収差のため、再生信号の検出画素の位置が変化する。
図19(a)は、「糸巻き型歪み」の例を示したものであり、図19(b)は「たる型歪み」の例を示したものである。
ここで、図19の破線で示した四角形が、二次元撮像素子(CCD)に正常に検出される理想的な二次元画像の形状を示したものである。
レンズの収差は、再生時において図19のような歪曲収差を生じる。この歪曲収差のため、再生信号の検出画素の位置が変化する。
図19(a)は、「糸巻き型歪み」の例を示したものであり、図19(b)は「たる型歪み」の例を示したものである。
ここで、図19の破線で示した四角形が、二次元撮像素子(CCD)に正常に検出される理想的な二次元画像の形状を示したものである。
図19(a)は、対物レンズを含むレンズ群の収差のため、本来四角形であるべき検出画像の形状が、周囲に引き伸ばされて歪んでしまった場合を示している。
図19(b)は、レンズ群の収差のため、本来四角形であるべき検出画像の形状が、狭められて歪んでしまった場合を示している。
いずれもCCDの中央部分はほとんど歪みなく正しくデータが再生されるが、CCDの周辺(特に四つの頂点)へ行くほど正しい位置にデータが再生されない。
図19(b)は、レンズ群の収差のため、本来四角形であるべき検出画像の形状が、狭められて歪んでしまった場合を示している。
いずれもCCDの中央部分はほとんど歪みなく正しくデータが再生されるが、CCDの周辺(特に四つの頂点)へ行くほど正しい位置にデータが再生されない。
また、CCDの感度オフセットやレンズの収差のために、図20に示すような低周波雑音を発生する場合もある。
低周波雑音(ノイズ)とは、CCD上で検出された再生光の輝度のばらつきを意味する。
すなわち、再生時に、各検出画素ごとに異なる輝度値が発生する。
たとえば、検出されるべきすべてのデータが同一のデータ(1)であるとすれば、CC
Dの全ての画素で、このデータ(1)に相当する同一の輝度の再生光が検出されるべきであるが、レンズ収差などがあると、本来「1」と判断される輝度の光ではなく、「0」と判断される輝度の方にシフトした輝度を持つ光として、検出される場合がある。
低周波雑音(ノイズ)とは、CCD上で検出された再生光の輝度のばらつきを意味する。
すなわち、再生時に、各検出画素ごとに異なる輝度値が発生する。
たとえば、検出されるべきすべてのデータが同一のデータ(1)であるとすれば、CC
Dの全ての画素で、このデータ(1)に相当する同一の輝度の再生光が検出されるべきであるが、レンズ収差などがあると、本来「1」と判断される輝度の光ではなく、「0」と判断される輝度の方にシフトした輝度を持つ光として、検出される場合がある。
すなわち、結果としてすべての同一データと正しく判断される場合でも、実際に各画素で検出された輝度にばらつきが生じる場合がある。また、このばらつきが大きいと、本来「1」であるべきところを「0」と検出する場合もあり、再生エラーとなる。
図20の低周波雑音を補正し、輝度にばらつきがないようにしてデータを再生する「適応等化」という補正方法も提案されている。
この適応等化法は、光ディスク等で用いられるFIRフィルタのような一種のハイパスフィルタリングによって低周波雑音を除去する方法であり、フィルタリング係数が固定ではなく、随時更新する必要がある。
また、適応等化法は、ユーザデータ再生時に行われ、その演算量が多く、適応等化を実現する回路規模が大きく、補正処理時間にかなり長時間を要する。
ホログラム記録再生装置の再生処理は、かなりデータ量の多い二次元ページデータを単位として行われるので、この適応等化法を適用した場合には、補正処理に時間がかかり過ぎ、実用的な時間で再生処理ができない場合もある。
また、このような補正処理をハードウェアで実現すると回路規模が大きくなり、コストアップとなる。
この適応等化法は、光ディスク等で用いられるFIRフィルタのような一種のハイパスフィルタリングによって低周波雑音を除去する方法であり、フィルタリング係数が固定ではなく、随時更新する必要がある。
また、適応等化法は、ユーザデータ再生時に行われ、その演算量が多く、適応等化を実現する回路規模が大きく、補正処理時間にかなり長時間を要する。
ホログラム記録再生装置の再生処理は、かなりデータ量の多い二次元ページデータを単位として行われるので、この適応等化法を適用した場合には、補正処理に時間がかかり過ぎ、実用的な時間で再生処理ができない場合もある。
また、このような補正処理をハードウェアで実現すると回路規模が大きくなり、コストアップとなる。
この発明は以上のような事情を考慮してなされたものであり、ホログラム記録再生が可能な記録再生装置において、再生時に発生する歪曲収差や低周波雑音のような装置固有の固定歪みを補正して、固定歪みを除去した正しい再生データを得ることのできる固定歪み補正機能を持つ記録再生装置を提供することを課題とする。
この発明は、ホログラム記録媒体に予め記録された二次元パターンまたはホログラム記録媒体に記録されたユーザデータを再生する再生信号検出部と、前記二次元パターンを再生したときに得られるべき参照パターンを予め記憶した参照パターン記憶部と、前記再生信号検出部によって再生された前記二次元パターンに相当する再生参照パターン信号と、前記参照パターン記憶部に記憶された参照パターンとを比較し、再生参照パターン信号に含まれる固定歪みを除去して再生参照パターン信号から参照パターンを再生するための補正情報を生成する補正情報生成部と、生成された補正情報を記憶する補正情報記憶部と、前記再生信号検出部によって再生されたユーザデータの再生データ信号に対して、前記記憶された補正情報を用いて補正演算を行い、そのユーザデータに含まれる固定歪みを除去した補正再生データを生成する歪み補正部とを備えたことを特徴とする固定歪み補正機能を持つ記録再生装置を提供するものである。
これによれば、二次元パターンをホログラム記録媒体に予め記録しているので、この二次元パターンを再生することにより記録再生装置に固有の固定歪みを除去するための補正情報を生成することができる。
また、前記参照パターンは、前記二次元パターンを再生したとき、固定歪みがなく再生された場合の輝度情報からなり、前記ホログラム記録媒体に予め記録される二次元パターンは、前記再生信号検出部で検出される検出単位画素ごとの輝度情報からなり、前記輝度情報は、その二次元パターンが再生されたときに複数の検出単位画素の再生輝度信号が相互干渉を与えないように二次元的に分散配置されていることを特徴とする。
これによれば、媒体に記録される二次元パターンの数が増加するのを抑えることができ、媒体に記録するユーザデータの記録容量を十分に確保できる。
これによれば、媒体に記録される二次元パターンの数が増加するのを抑えることができ、媒体に記録するユーザデータの記録容量を十分に確保できる。
ここで、検出単位画素ごとの相互干渉が無視できる場合には、媒体に予め記録される二次元パターンは、参照パターン記憶部に記憶される参照パターンと同一とすることができる。以下の実施例では、この媒体に記録される二次元パターンを、参照パターン30と称して説明している。
また、前記補正情報は、記録再生装置に固有の固定歪みを補正する輝度補正係数であり、 前記固定歪みは、前記再生信号検出部で検出される検出単位画素の位置が変化する歪曲収差による歪みと、再生時に前記検出単位画素ごとに異なる輝度値が発生する低周波雑音による歪みとを含むことを特徴としている。
これによれば、記録再生装置の固有の2種類の固定歪みを補正する輝度補正係数を記憶するので、この係数を用いた補正演算をすることにより、どちらの固定歪みに対しても、短時間で補正することができる。
これによれば、記録再生装置の固有の2種類の固定歪みを補正する輝度補正係数を記憶するので、この係数を用いた補正演算をすることにより、どちらの固定歪みに対しても、短時間で補正することができる。
また、前記再生信号検出部による二次元パターンの再生と、前記補正情報生成部による補正情報の生成とは、前記再生信号検出部によるユーザデータの再生が行われていない所定のタイミングで行われ、前記の所定のタイミングには、ホログラム記録媒体が挿入された直後、記録再生装置の所定の温度変化が生じた直後、一定日時が経過した後、出荷する前のうち、いずれか1つ以上のタイミングが含まれることを特徴とする。
これによれば、ユーザデータの再生が行われていないタイミングで補正情報の生成などを行うので、歪みを考慮したユーザデータの再生処理をその都合行う場合よりも、ユーザデータの再生時の再生処理にかかる時間を短縮化できる。
これによれば、ユーザデータの再生が行われていないタイミングで補正情報の生成などを行うので、歪みを考慮したユーザデータの再生処理をその都合行う場合よりも、ユーザデータの再生時の再生処理にかかる時間を短縮化できる。
さらに、前記補正情報生成部は、前記参照パターンの輝度情報と、前記再生信号検出部によって再生された二次元パターンの再生参照パターン信号から得られる輝度情報との差分演算を、検出単位画素ごとにし、差分演算の結果得られた輝度補正係数を、固定歪みの補正情報として、補正情報記憶部に記憶することを特徴とする。
これによれば、補正情報の生成処理のために、特別なハードウェアを備える必要がないので、固定歪み補正をするための回路規模の削減とコスト削減を図ることができる。
これによれば、補正情報の生成処理のために、特別なハードウェアを備える必要がないので、固定歪み補正をするための回路規模の削減とコスト削減を図ることができる。
また、前記歪み補正部は、前記再生信号検出部によって再生されたユーザデータの再生データ信号から得られる輝度情報と、前記補正情報記憶部に記録された輝度補正係数とを、検出単位画素ごとに加算する補正演算を行い、そのユーザデータの補正再生データを生成することを特徴とする。
これによれば、補正演算は簡単な加算のみでよいので、補正演算のために特別なハードウェアを備える必要がなく、回路規模の削減、コスト削減及び歪み補正の高速化をすることができる。
これによれば、補正演算は簡単な加算のみでよいので、補正演算のために特別なハードウェアを備える必要がなく、回路規模の削減、コスト削減及び歪み補正の高速化をすることができる。
この発明によれば、媒体に予め記録された二次元パターンを利用することにより記録再生装置の固有の固定歪みを除去することのできる補正情報を容易に生成できる。
また、補正情報の生成をユーザデータの再生処理とは異なるタイミングで行うことにより、ユーザデータの再生処理そのものの時間短縮ができる。
さらに、媒体に予め記録された二次元パターンを、複数の検出単位画素間で相互干渉を与えないような配置を持つ輝度情報から構成することにより、二次元パターンの記憶容量を節約でき、ユーザデータの十分な記録容量を確保できる。
また、補正情報の生成をユーザデータの再生処理とは異なるタイミングで行うことにより、ユーザデータの再生処理そのものの時間短縮ができる。
さらに、媒体に予め記録された二次元パターンを、複数の検出単位画素間で相互干渉を与えないような配置を持つ輝度情報から構成することにより、二次元パターンの記憶容量を節約でき、ユーザデータの十分な記録容量を確保できる。
以下、図面を使用して本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の実施例の記載によって、この発明が限定されるものではない。
<この発明の記録再生装置の構成>
図1に、この発明の記録再生装置の一実施例の構成ブロック図を示す。
この発明では、記録再生をする対象の記録媒体20は、ホログラム記録媒体である。
ホログラム記録媒体20は、ガラス基板上に、反射層を介して、厚さ2mm程度のホログラム材料層を形成した媒体であり、同一光源から出射された情報光と参照光を同時にホログラム材料層に照射することによって、ホログラム材料層内に2つの光による干渉じまを形成し、この干渉じまで情報を記録するものである。
図1に、この発明の記録再生装置の一実施例の構成ブロック図を示す。
この発明では、記録再生をする対象の記録媒体20は、ホログラム記録媒体である。
ホログラム記録媒体20は、ガラス基板上に、反射層を介して、厚さ2mm程度のホログラム材料層を形成した媒体であり、同一光源から出射された情報光と参照光を同時にホログラム材料層に照射することによって、ホログラム材料層内に2つの光による干渉じまを形成し、この干渉じまで情報を記録するものである。
図1のブロック図は、記録再生装置を機能的なブロックに分けて示したものであり、主として、歪み補正機能に関係する部分を図示している。各機能ブロックは、レンズ、光源、受光素子などの光学部品の他、レンズ等の動きを制御するアクチュエータや、ユーザデータ等の変調や復調を行うマイクロコンピュータなどのハードウェアによって実現される。
特に、変調部、復調部、補正情報生成部、歪み補正部などの機能ブロックは、CPU,ROM,RAM,I/0コントローラ,タイマーなどからなるマイクロコンピュータと、ROM等に記憶された制御プログラムとの協働によって実現される。
特に、変調部、復調部、補正情報生成部、歪み補正部などの機能ブロックは、CPU,ROM,RAM,I/0コントローラ,タイマーなどからなるマイクロコンピュータと、ROM等に記憶された制御プログラムとの協働によって実現される。
図1のデータ入力部1、変調部2、記録制御部3が、主としてデータの記録処理に関係する部分であり、その他の機能ブロックはデータの再生処理に関係する部分である。
また、再生制御部4、再生信号検出部5、復調部8、データ出力部9は、歪み補正をしない一般的な再生処理に関係する部分であり、補正情報生成部6、歪み補正部7、参照パターン記憶部10、補正情報記憶部11は、この発明に特有な処理である歪み補正に関係する部分である。
また、再生制御部4、再生信号検出部5、復調部8、データ出力部9は、歪み補正をしない一般的な再生処理に関係する部分であり、補正情報生成部6、歪み補正部7、参照パターン記憶部10、補正情報記憶部11は、この発明に特有な処理である歪み補正に関係する部分である。
図1において、データ入力部1は、パソコン等の上位装置からの記録要求50と、記録すべきユーザデータ21や記録アドレスを受信する部分である。
変調部2は、受信したユーザデータ21を符号化し、必要に応じて誤り訂正符号を追加して、図示しない空間変調器(SLM)へ与える形式の記録パターン22に変換する部分である。
記録制御部3は、変換されたユーザデータを空間変調器(SLM)に与え、光源,レンズ,ミラー等の位置を制御して、光源から光を出射させ、情報光23と参照光24とを媒体20に照射させる部分である。
変調部2は、受信したユーザデータ21を符号化し、必要に応じて誤り訂正符号を追加して、図示しない空間変調器(SLM)へ与える形式の記録パターン22に変換する部分である。
記録制御部3は、変換されたユーザデータを空間変調器(SLM)に与え、光源,レンズ,ミラー等の位置を制御して、光源から光を出射させ、情報光23と参照光24とを媒体20に照射させる部分である。
再生制御部4は、上位装置からの再生要求51を受けて媒体上の再生すべき物理アドレスを求め、光源,レンズ,ミラー等の位置を制御して光源から参照光24のみを出射させ、媒体20に照射させる部分である。
この参照光24が媒体20に照射されると、その照射位置に記録されたホログラムパターンに対応した再生光25が生成される。
再生信号検出部5は二次元撮像素子(CCD)からなり、記録媒体20からの再生光25を二次元撮像素子(CCD)で受光して、その再生光25に対応した電気的な再生信号(26または27)を生成する部分である。
この発明では、再生信号には2つの種類があり、1つは参照パターン30を再生した信号である再生参照パターン信号26であり、もう1つは通常のユーザデータを再生した信号である再生データ信号27である。
この参照光24が媒体20に照射されると、その照射位置に記録されたホログラムパターンに対応した再生光25が生成される。
再生信号検出部5は二次元撮像素子(CCD)からなり、記録媒体20からの再生光25を二次元撮像素子(CCD)で受光して、その再生光25に対応した電気的な再生信号(26または27)を生成する部分である。
この発明では、再生信号には2つの種類があり、1つは参照パターン30を再生した信号である再生参照パターン信号26であり、もう1つは通常のユーザデータを再生した信号である再生データ信号27である。
参照パターン30は、補正情報を生成するために利用する既知の基準パターンであり、たとえば、図2に示すような二次元パターンである。
図2に示した3つの参照パターンの例は、10×10のマトリクス状の100個の画素からなるパターンであり、16個の画素が白パターンであり、その他の84個の画素が黒
パターンである。3つの参照パターンは、白パターンの位置が異なっている。図2において、1つの画素が、CCDで検出される検出単位画素であり、この二次元パターンは、検出単位画素ごとの輝度情報からなる。
このような参照パターン30は、出荷前に、マスターとなる記録装置によって、媒体20に予め書き込まれる。また、記録再生装置の参照パターン記憶部10にも、予め記憶しておく。
また、参照パターン記憶部10には、媒体20に予め書き込まれる二次元パターンと同一のパターンの他に、この二次元パターンを再生したときに得られるべきパターン(再生期待値)も記憶してもよい。
図2に示した3つの参照パターンの例は、10×10のマトリクス状の100個の画素からなるパターンであり、16個の画素が白パターンであり、その他の84個の画素が黒
パターンである。3つの参照パターンは、白パターンの位置が異なっている。図2において、1つの画素が、CCDで検出される検出単位画素であり、この二次元パターンは、検出単位画素ごとの輝度情報からなる。
このような参照パターン30は、出荷前に、マスターとなる記録装置によって、媒体20に予め書き込まれる。また、記録再生装置の参照パターン記憶部10にも、予め記憶しておく。
また、参照パターン記憶部10には、媒体20に予め書き込まれる二次元パターンと同一のパターンの他に、この二次元パターンを再生したときに得られるべきパターン(再生期待値)も記憶してもよい。
補正情報生成部6は、再生参照パターン信号26から、後述するような歪み補正処理によって、補正情報を生成する部分である。生成された補正情報は、補正情報記憶部11に記憶される。
補正情報とは、記録再生装置に固有の固定歪みを補正する輝度補正係数を意味し、たとえば、図19に示したような歪みを含む実線の再生データ信号27を、破線で示したような四角形状の正常な再生データ信号27に戻すための情報である。
あるいは、図20に示したように、低周波雑音のために輝度のばらつきが生じてしまった再生データ信号27を、輝度のばらつきのない正常な再生データ信号27に戻すための情報である。
補正情報の具体例としては、図3(c)に示すような情報(輝度補正係数)である。
補正情報とは、記録再生装置に固有の固定歪みを補正する輝度補正係数を意味し、たとえば、図19に示したような歪みを含む実線の再生データ信号27を、破線で示したような四角形状の正常な再生データ信号27に戻すための情報である。
あるいは、図20に示したように、低周波雑音のために輝度のばらつきが生じてしまった再生データ信号27を、輝度のばらつきのない正常な再生データ信号27に戻すための情報である。
補正情報の具体例としては、図3(c)に示すような情報(輝度補正係数)である。
図3(c)は、5×5のマトリクス状の25個の画素からなる二次元パターンについての補正情報を示しており、各画素ごとの数字は、その画素の輝度補正係数を示している。たとえば、左上の画素の輝度補正係数は2.0であることを示している。CCD上で実際に得られた再生データ信号27の左上の画素の輝度値に対して、輝度補正係数を2.0とした所定の補正演算を行うことによって、左上の画素の輝度値の補正を行う。この補正は、歪み補正部7が行う。
歪み補正部7は、媒体20に記録されたユーザデータを再生した信号である再生データ信号27を、補正情報記憶部11に記憶された補正情報(たとえば、図3(c)の輝度補正係数)を用いて、固定歪みを除去し、補正再生データ28を生成する部分である。
歪み補正部7は、媒体20に記録されたユーザデータを再生した信号である再生データ信号27を、補正情報記憶部11に記憶された補正情報(たとえば、図3(c)の輝度補正係数)を用いて、固定歪みを除去し、補正再生データ28を生成する部分である。
復調部8は、補正再生データ28に対して誤り訂正復号化処理等をして、もとの形式のユーザデータ29に戻す部分である。
データ出力部9は、媒体20から読み出され歪み補正処理をした後のユーザデータ29を、パソコン等の上位装置52へ、転送する部分である。
データ出力部9は、媒体20から読み出され歪み補正処理をした後のユーザデータ29を、パソコン等の上位装置52へ、転送する部分である。
この発明の記録再生装置は、多数の光学部品等から構成され、レンズなどの物理的配置の誤差をなくし、常に完全に同一の装置を製造することはできないので、図19や図20に示した固定歪みは、装置ごとに異なり、また、その装置固有のものである。
そこで、実際にユーザデータの記録再生処理をする前に、参照パターン30を利用して、補正情報生成部6が、補正情報を生成し、補正情報記憶部11に保存しておくことが好ましい。
そして、実際のユーザデータの再生処理をする場合に、歪み補正部7が、補正情報記憶部11に保存された補正情報を用いて、再生データ信号27を補正再生データ28に変換する。
そこで、実際にユーザデータの記録再生処理をする前に、参照パターン30を利用して、補正情報生成部6が、補正情報を生成し、補正情報記憶部11に保存しておくことが好ましい。
そして、実際のユーザデータの再生処理をする場合に、歪み補正部7が、補正情報記憶部11に保存された補正情報を用いて、再生データ信号27を補正再生データ28に変換する。
<歪み補正処理の概要説明>
まず、図3に、基準となる参照パターンと、その再生参照パターン信号の一実施例の説明図を示す。
図3(a)は、媒体20に予め記録される参照パターン(二次元パターン)30であり
、補正情報を作成するための基準となる参照パターンの1つである。
図3(a)は、5×5マトリクスの25個の画素からなるパターンを示しており、中央の画素のみが白であり、その他の画素が黒であるパターンである。
まず、図3に、基準となる参照パターンと、その再生参照パターン信号の一実施例の説明図を示す。
図3(a)は、媒体20に予め記録される参照パターン(二次元パターン)30であり
、補正情報を作成するための基準となる参照パターンの1つである。
図3(a)は、5×5マトリクスの25個の画素からなるパターンを示しており、中央の画素のみが白であり、その他の画素が黒であるパターンである。
もし、記録再生装置に固定歪みが全くない理想的な装置であったとすると、この図3(a)の参照パターン30を再生した場合には、図3(a)と同一のパターンが再生参照パターン信号26として再生される。
しかし、現実には、光の回折現象等のため、中央の白い画素は、その周囲の8つの画素にも影響を及ぼし、再生信号の輝度が変化する。たとえば、本来黒であるべき画素が、黒よりも白側にシフトした輝度を持つ画素として再生される場合もある。
このような回折現象による影響は、周囲の8つの画素だけではなく、そのさらに周辺の16個の画素にも生じ得、本来の黒よりもわずかに白側にシフトした輝度の画素として再生され得る。
しかし、現実には、光の回折現象等のため、中央の白い画素は、その周囲の8つの画素にも影響を及ぼし、再生信号の輝度が変化する。たとえば、本来黒であるべき画素が、黒よりも白側にシフトした輝度を持つ画素として再生される場合もある。
このような回折現象による影響は、周囲の8つの画素だけではなく、そのさらに周辺の16個の画素にも生じ得、本来の黒よりもわずかに白側にシフトした輝度の画素として再生され得る。
図3(b)は、図3(a)の参照パターンを再生したときに、このような回折現象のために画素の輝度が変化した再生参照パターン信号26の一実施例を示したものである。
図3(b)では、中央の画素は白であるが、本来黒であるべき他の画素は、黒よりも輝度が明るい灰色の画素として示している。
この図3は、説明のための図であって、すべての画素で、このような輝度変化が起きるわけではないが、図20で示したように、任意の画素でこのような輝度の変化が生じうる。
図3(b)では、中央の画素は白であるが、本来黒であるべき他の画素は、黒よりも輝度が明るい灰色の画素として示している。
この図3は、説明のための図であって、すべての画素で、このような輝度変化が起きるわけではないが、図20で示したように、任意の画素でこのような輝度の変化が生じうる。
図3(c)は、補正情報記録部11に記録される補正情報に相当する輝度補正係数の一実施例である。
図3(c)に示した係数は、図3(b)のように再生された再生参照パターン信号26を、図3(a)のもとの参照パターンに戻すための係数である。
また、図3(c)に示した輝度補正係数は、各画素に対応した25個の係数からなるが、中央の白い画素を図3(a)の参照パターンの輝度の状態に示すための係数である。
言いかえれば、図3(b)で得られた再生参照パターン信号26の25個の画素の輝度のそれぞれに対して、図3(c)で示された各係数を適用して、所定の計算式による補正演算を行うことにより、図3(a)の中央の画素のもとの輝度が求められる。
図3(c)に示した係数は、図3(b)のように再生された再生参照パターン信号26を、図3(a)のもとの参照パターンに戻すための係数である。
また、図3(c)に示した輝度補正係数は、各画素に対応した25個の係数からなるが、中央の白い画素を図3(a)の参照パターンの輝度の状態に示すための係数である。
言いかえれば、図3(b)で得られた再生参照パターン信号26の25個の画素の輝度のそれぞれに対して、図3(c)で示された各係数を適用して、所定の計算式による補正演算を行うことにより、図3(a)の中央の画素のもとの輝度が求められる。
したがって、図3(c)に例示した輝度補正係数は、中央の白い画素に対応付けられた係数であり、他の24個の画素それぞれについても、図3(a)の画素の輝度に戻すための輝度補正係数が存在する。
すなわち、画素が25個であれば、図3(c)のような輝度補正係数が25個存在し、各画素ごとに25個の係数を含む係数マップとして補正情報記憶部11に記録される。
この輝度補正係数は、後述するような方法で、補正情報生成部6が、図3(b)に示した再生参照パターン信号26を用いて生成する。
すなわち、画素が25個であれば、図3(c)のような輝度補正係数が25個存在し、各画素ごとに25個の係数を含む係数マップとして補正情報記憶部11に記録される。
この輝度補正係数は、後述するような方法で、補正情報生成部6が、図3(b)に示した再生参照パターン信号26を用いて生成する。
図4に、歪み補正部7が実行する補正演算の概要の説明図を示す。
図4(a)は、媒体20に記憶されたユーザデータを再生した再生データ信号27の一実施例を示したものである。
図4(a)は、媒体20に記憶されたユーザデータを再生した再生データ信号27の一実施例を示したものである。
ここで、本来25個の画素は、本来白か黒のどちらかの輝度を持つ画素であるにもかかわらず、前記したような回折現象のため、中間調のグレー化した画素を有するものとする。
図4(b)は、図3(c)に示した輝度補正係数であり、実際には、25個の画素ごとに、この係数マップが補正情報記憶部11に記憶されている。
歪み補正部7では、図4(a)の再生データ信号の各画素に対して、図4(b)の係数
を適用して所定の補正演算を行い、各画素ごとに補正再生データ28を生成する。図4(c)は、この補正演算の結果得られた補正再生データ28を示したものである。
図4(c)において、グレー化していた画素は、もとの白画素あるいは黒画素のどちらかに補正されているのがわかる。
図4(b)は、図3(c)に示した輝度補正係数であり、実際には、25個の画素ごとに、この係数マップが補正情報記憶部11に記憶されている。
歪み補正部7では、図4(a)の再生データ信号の各画素に対して、図4(b)の係数
を適用して所定の補正演算を行い、各画素ごとに補正再生データ28を生成する。図4(c)は、この補正演算の結果得られた補正再生データ28を示したものである。
図4(c)において、グレー化していた画素は、もとの白画素あるいは黒画素のどちらかに補正されているのがわかる。
このような補正処理を行うことにより、図20のようにばらつきのあった輝度を補正し、低周波雑音を含まないもとのユーザデータに一致する再生データ28が得られる。
ここで、補正演算の具体的な計算式は、係数の決め方にも依存するので、一意的に決めることは難しい。
ある1つの記録再生装置において、図3(a)の参照パターンを再生した場合、必ず図3(b)の再生参照パターン信号26が得られると考えると、図3(a)の各画素の輝度を、図3(b)の輝度に変換するような計算式を一意に特定することができる。したがって、逆に、図3(b)の再生された各画素の輝度を、図3(a)の本来の輝度に戻すための逆演算の計算式とパラメータを特定することができる。
このパラメータに相当するデータが図3(c)の輝度補正係数であり、逆演算の計算式が図4の補正演算で実行する計算式であると考えることができる。
ここで、補正演算の具体的な計算式は、係数の決め方にも依存するので、一意的に決めることは難しい。
ある1つの記録再生装置において、図3(a)の参照パターンを再生した場合、必ず図3(b)の再生参照パターン信号26が得られると考えると、図3(a)の各画素の輝度を、図3(b)の輝度に変換するような計算式を一意に特定することができる。したがって、逆に、図3(b)の再生された各画素の輝度を、図3(a)の本来の輝度に戻すための逆演算の計算式とパラメータを特定することができる。
このパラメータに相当するデータが図3(c)の輝度補正係数であり、逆演算の計算式が図4の補正演算で実行する計算式であると考えることができる。
以上は、主として図20のような輝度のばらつきが生じた場合について説明した。
次に、図19のような歪曲収差が生じている場合についての補正処理について説明する。
歪曲収差の場合は、図19のように、検出画素位置が外側あるいは内側にずれてしまっているので、再生された画素データのうち、歪みが生じている画素データの検出位置を、本来の位置に戻す処理を行う必要がある。
ただし、位置をもとへ戻すための特別な処理を行う必要はなく、図3および図4で説明したような輝度補正係数を用いた逆演算と同じ処理を行うことによって、検出位置をもとに戻すことができる。
次に、図19のような歪曲収差が生じている場合についての補正処理について説明する。
歪曲収差の場合は、図19のように、検出画素位置が外側あるいは内側にずれてしまっているので、再生された画素データのうち、歪みが生じている画素データの検出位置を、本来の位置に戻す処理を行う必要がある。
ただし、位置をもとへ戻すための特別な処理を行う必要はなく、図3および図4で説明したような輝度補正係数を用いた逆演算と同じ処理を行うことによって、検出位置をもとに戻すことができる。
図5に、歪曲収差の位置ずれの補正処理の概略説明図を示す。
図5(a)は、図3(a)に示したものと同様の参照パターン30であり、その右上部分のみを示したものである。
図5(a)は、図3(a)に示したものと同様の参照パターン30であり、その右上部分のみを示したものである。
ここで、画素P11のみが白画素であり、他の位置の画素はすべての黒画素とする。
この図5(a)の参照パターン30をある装置で再生した場合は、図5(b)に示したような再生参照パターン信号26が得られたとする。
ここでは、図19(a)のような歪みがあり、画素が右上方向に広がったようなパターンが得られたとする。
図5(b)では、このような歪曲収差のため、画素P22の位置に白色に近い輝度のデータが再生され、もともと白色であった画素P11の位置では、黒色に近い輝度のデータが再生されたとする。
この図5(a)の参照パターン30をある装置で再生した場合は、図5(b)に示したような再生参照パターン信号26が得られたとする。
ここでは、図19(a)のような歪みがあり、画素が右上方向に広がったようなパターンが得られたとする。
図5(b)では、このような歪曲収差のため、画素P22の位置に白色に近い輝度のデータが再生され、もともと白色であった画素P11の位置では、黒色に近い輝度のデータが再生されたとする。
図5(a)の参照パターンは、画素P11のみが白色であるので、図5(b)で再生されたパターン信号26のうち画素P22の位置の白色に近い輝度データは、画素P11のパターン信号26がシフトしたものと考えることができる。
そこで、図5(b)のこの再生されたパターン信号26から、図5(a)の参照パターンを生成するようにするための輝度補正係数を生成する。
図5(c)は、その係数の1つの例を示したものである。
輝度補正係数は、図3で説明したのと同じように、画素数の数だけ生成される。
そこで、図5(b)のこの再生されたパターン信号26から、図5(a)の参照パターンを生成するようにするための輝度補正係数を生成する。
図5(c)は、その係数の1つの例を示したものである。
輝度補正係数は、図3で説明したのと同じように、画素数の数だけ生成される。
図5(b)の再生参照パターン信号26に対して、図5(c)に示したような輝度補正係数を適用し、所定の計算式による補正演算を行えば、図5(d)に示したような補正再
生データ28を生成することができる。
この補正再生データ28は、もとの図5(a)の参照データと同一のデータにすることができる。
すなわち、歪曲収差のため、図19に示したように画素の再生位置がずれた場合でも、図20の低周波雑音の補正処理に適用したのと同じ考え方で、再生データの補正が可能である。
生データ28を生成することができる。
この補正再生データ28は、もとの図5(a)の参照データと同一のデータにすることができる。
すなわち、歪曲収差のため、図19に示したように画素の再生位置がずれた場合でも、図20の低周波雑音の補正処理に適用したのと同じ考え方で、再生データの補正が可能である。
<参照パターンの実施例>
次に、媒体20に予め記録されるべき参照パターン(二次元パターン)の実施例について説明する。
再生時の光学部品等の性能や動作状況が常に変わらないとすると、記録媒体20が可搬型の媒体であった場合、媒体を交換しても、同じ記録再生装置であれば、再生時において図19や図20に示した歪みが発生する傾向は、いつもほぼ同じ傾向を示すと考えられる。
したがって、再生時の二次元撮像素子(CCD)の画素位置によって、どの程度固定歪みが生じるかは常にほぼ一定であると言える。すなわち、1つの画素ごとに、歪みを補正する係数を一意的に特定することができる。
次に、媒体20に予め記録されるべき参照パターン(二次元パターン)の実施例について説明する。
再生時の光学部品等の性能や動作状況が常に変わらないとすると、記録媒体20が可搬型の媒体であった場合、媒体を交換しても、同じ記録再生装置であれば、再生時において図19や図20に示した歪みが発生する傾向は、いつもほぼ同じ傾向を示すと考えられる。
したがって、再生時の二次元撮像素子(CCD)の画素位置によって、どの程度固定歪みが生じるかは常にほぼ一定であると言える。すなわち、1つの画素ごとに、歪みを補正する係数を一意的に特定することができる。
また、再生光の回折現象により、再生時の1つの画素の輝度が、その周辺の画素に影響(干渉)を与えるので、この回折現象が隣接する他の画素にほとんど影響を及ぼさないように、参照パターンを作成する必要がある。
たとえば、ある1つの画素Pの再生光は、その画素Pに隣接する8つの画素に必ず影響を及ぼしていることがわかっていたとすると、画素Pとこれに隣接する画素のデータを同時に再生するような参照パターンは採用することはできない。
たとえば、ある1つの画素Pの再生光は、その画素Pに隣接する8つの画素に必ず影響を及ぼしていることがわかっていたとすると、画素Pとこれに隣接する画素のデータを同時に再生するような参照パターンは採用することはできない。
そこで、CCD上のすべての画素について、それぞれの輝度補正係数を再生するためには、参照パターン群の1つの実施例として、図6に示すものが考えられる。
図6は、CCDが5×5マトリクスの25個の画素からなる場合の参照パターンを示している。
図6に示した25個の参照パターンは、いずれも、1画素のみ白で、他の画素は黒としたパターンであり、自画像の位置がすべて異なる。
この25個の参照パターンをすべて媒体20に予め記録しておき、順次参照パターンを再生する。そして、それぞれの再生参照パターン信号26を検出し、検出された25個の再生参照パターン信号26を、それぞれもとの図6の25個の参照パターンに戻すことができるような輝度補正係数を計算する。
これによれば、画素ごとに、相互干渉を含まない輝度補正係数を得ることができる。
図6は、CCDが5×5マトリクスの25個の画素からなる場合の参照パターンを示している。
図6に示した25個の参照パターンは、いずれも、1画素のみ白で、他の画素は黒としたパターンであり、自画像の位置がすべて異なる。
この25個の参照パターンをすべて媒体20に予め記録しておき、順次参照パターンを再生する。そして、それぞれの再生参照パターン信号26を検出し、検出された25個の再生参照パターン信号26を、それぞれもとの図6の25個の参照パターンに戻すことができるような輝度補正係数を計算する。
これによれば、画素ごとに、相互干渉を含まない輝度補正係数を得ることができる。
ところで、図6の参照パターンの実施例では、CCDを5×5の25個の画素からなるものとして説明したが、実用化される装置では、CCDの画素数ははるかに多いことが予想される。
画素数が25個程度であれば、媒体20に予め記録すべき参照パターンは25個でよいので、参照パターンのために必要な記録容量は少なくてすみ、ユーザデータの記録容量も媒体内に十分に確保できると考えられる。
しかし、CCDの画素数が100×100マトリクス、あるいは1000×1000マトリクスというレベルになってくると、図6に示したのと同じ考え方で参照パターンを作成すると、媒体に記録すべき参照パターンの数は、それぞれ1万個、100万個となり、参照パターンのために使用する記録容量は膨大な量となり、ユーザデータの記録容量が少なくなってしまう。
画素数が25個程度であれば、媒体20に予め記録すべき参照パターンは25個でよいので、参照パターンのために必要な記録容量は少なくてすみ、ユーザデータの記録容量も媒体内に十分に確保できると考えられる。
しかし、CCDの画素数が100×100マトリクス、あるいは1000×1000マトリクスというレベルになってくると、図6に示したのと同じ考え方で参照パターンを作成すると、媒体に記録すべき参照パターンの数は、それぞれ1万個、100万個となり、参照パターンのために使用する記録容量は膨大な量となり、ユーザデータの記録容量が少なくなってしまう。
したがって、CCDの画素数が多い場合は、図6のような参照パターン群を採用するの
は好ましくない。そこで、記録すべき参照パターンの数を減らす工夫が必要となる。
図7に、この発明の参照パターン群の他の実施例を示す。
図7に示した参照パターン群は、図6と同様に、CCDが5×5マトリクスの25個の画素からなる場合を示している。この3つの参照パターンは、自画素の位置が異なる。
また、媒体20に近接配置される対物レンズの前に、そのレンズの収差の影響を少なくするために、通常微少な開口を持つアパーチャが設けられるが、図7では、この開口が矩形(たとえば正方形)の場合の参照パターンを示している。
は好ましくない。そこで、記録すべき参照パターンの数を減らす工夫が必要となる。
図7に、この発明の参照パターン群の他の実施例を示す。
図7に示した参照パターン群は、図6と同様に、CCDが5×5マトリクスの25個の画素からなる場合を示している。この3つの参照パターンは、自画素の位置が異なる。
また、媒体20に近接配置される対物レンズの前に、そのレンズの収差の影響を少なくするために、通常微少な開口を持つアパーチャが設けられるが、図7では、この開口が矩形(たとえば正方形)の場合の参照パターンを示している。
このような矩形アパーチャの(図8(a)参照)場合は、図7に示すように、3つの参照パターンだけを作成し、媒体に記録すれば、図6の場合と同様に、画素間の干渉をほとんど無視できる輝度補正係数を生成することができる。
このように3つの参照パターンだけでよいのは、次のような理由による。
図8に、アパーチャの形状と、再生時にCCDで検出される回折像の関係の説明図を示す。
図8(a)は、矩形アパーチャの形状と回折像であり、図8(b)は、円形アパーチャの形状と回折像を示している。
このように3つの参照パターンだけでよいのは、次のような理由による。
図8に、アパーチャの形状と、再生時にCCDで検出される回折像の関係の説明図を示す。
図8(a)は、矩形アパーチャの形状と回折像であり、図8(b)は、円形アパーチャの形状と回折像を示している。
図8(a)によれば、開口が正方形(矩形)の場合、中央の透過像の他に、4つの辺の延長方向(図の水平方向と垂直方向)に、回折像が一定間隔で検出される。
正方形の4つの頂点の延長方向(すなわち対角線の方向)には、回折像は出現しない。
このことから、水平方向および垂直方向に位置する画素間では、再生時の互いの回折像が重なり合う場合があり、これらの位置の再生輝度信号は、相互に影響(干渉)を与え合うと言える。
一方、ある画素の回折像は開口の対角線の方向(ななめ方向)には出現しないので、その画素のななめ方向に位置する画素には影響をほとんど及ぼさないと言える。
したがって、1つの参照パターンの中に、ななめ方向の位置関係にある複数の画素を白画素としても、干渉のほとんどない再生参照パターン信号26が得られる。
正方形の4つの頂点の延長方向(すなわち対角線の方向)には、回折像は出現しない。
このことから、水平方向および垂直方向に位置する画素間では、再生時の互いの回折像が重なり合う場合があり、これらの位置の再生輝度信号は、相互に影響(干渉)を与え合うと言える。
一方、ある画素の回折像は開口の対角線の方向(ななめ方向)には出現しないので、その画素のななめ方向に位置する画素には影響をほとんど及ぼさないと言える。
したがって、1つの参照パターンの中に、ななめ方向の位置関係にある複数の画素を白画素としても、干渉のほとんどない再生参照パターン信号26が得られる。
図7は、このようなアパーチャの形状に基づく回折現象を考慮して作成した参照パターンの例である。すなわち図7の参照パターンの各画素の輝度情報は、その参照パターン(二次元パターン)が再生されたときに、複数の画素(検出単位画素)の再生輝度信号が相互干渉を与えないように、二次元的に分散配置されている。
図7の3つの参照パターンは、いずれも、水平方向と垂直方向は回折現象の影響を考慮して2画素分だけ間隔をあけて白画素を配置している。
一方、右上がりのななめ方向では、隣接する画素であっても白画素としている。
図7の3つの参照パターンは、8つまたは9つの画素を白とし、他の画素を黒とするパターンであるが、この3つの参照パターンだけで、25個の全画素を含んだものとなっており、この3つの参照パターンを利用することにより、すべての画素について、互いの干渉を無視し得る輝度補正係数を生成することができる。
図7の3つの参照パターンは、いずれも、水平方向と垂直方向は回折現象の影響を考慮して2画素分だけ間隔をあけて白画素を配置している。
一方、右上がりのななめ方向では、隣接する画素であっても白画素としている。
図7の3つの参照パターンは、8つまたは9つの画素を白とし、他の画素を黒とするパターンであるが、この3つの参照パターンだけで、25個の全画素を含んだものとなっており、この3つの参照パターンを利用することにより、すべての画素について、互いの干渉を無視し得る輝度補正係数を生成することができる。
したがって、図7の場合、参照パターンの数は3であり、図6の参照パターンの数(25)に比べて、参照パターンの記録容量を1/8以下とすることができる。
同様に、画素数が1万個というように非常に多い場合でも、図7と同様の考え方で参照パターンを作成すれば、参照パターンのために必要な記録容量をかなり減らすことができる。
また、図7の場合、参照パターンの数が減少するため、図6の場合よりも、輝度補正係数を作成するのにかかる時間を短くすることができる。
図7では、右上がりに白画素を配置していたが、左上がりのななめ方向に白画素を配置してもよい。
同様に、画素数が1万個というように非常に多い場合でも、図7と同様の考え方で参照パターンを作成すれば、参照パターンのために必要な記録容量をかなり減らすことができる。
また、図7の場合、参照パターンの数が減少するため、図6の場合よりも、輝度補正係数を作成するのにかかる時間を短くすることができる。
図7では、右上がりに白画素を配置していたが、左上がりのななめ方向に白画素を配置してもよい。
図8(b)において、アパーチャの開口形状が円形の場合(円形アパーチャ)の回折像の例を示している。
開口が円形の場合は、中央の透過像を中心として一定間隔の同心円状の回折像が検出される。したがって、回折現象に方向性がないので、ある1つの画素を中心として一定距離だけ離れた位置の画素を、1つの参照パターン内の画素として選ぶ必要がある。
この一定距離をいくらにするかは、画素の大きさや開口の大きさによって最適値は異なると考えられ一意的には決められない。
開口が円形の場合は、中央の透過像を中心として一定間隔の同心円状の回折像が検出される。したがって、回折現象に方向性がないので、ある1つの画素を中心として一定距離だけ離れた位置の画素を、1つの参照パターン内の画素として選ぶ必要がある。
この一定距離をいくらにするかは、画素の大きさや開口の大きさによって最適値は異なると考えられ一意的には決められない。
図9に、円形アパーチャの場合に用いる参照パターンの例を示す。
図9は、CCDが7×7マトリクスの49個の画素からなる場合を示している。
この図9では、水平方向と垂直方向には5画素分の間隔をあけており、ななめ方向には、2画素分の間隔をあけて白画素を配置している。
この場合、1つの参照パターンには、5つの白画素がある場合と、3つの白画素がある場合があり、図6の考え方であれば、1つの白画素のみからなる49個の参照パターンを記録する必要があるが、図9では18個の参照パターンを用意すればよく、18/49だけ参照パターンに必要な記録容量を減らすことができる。
図9は、CCDが7×7マトリクスの49個の画素からなる場合を示している。
この図9では、水平方向と垂直方向には5画素分の間隔をあけており、ななめ方向には、2画素分の間隔をあけて白画素を配置している。
この場合、1つの参照パターンには、5つの白画素がある場合と、3つの白画素がある場合があり、図6の考え方であれば、1つの白画素のみからなる49個の参照パターンを記録する必要があるが、図9では18個の参照パターンを用意すればよく、18/49だけ参照パターンに必要な記録容量を減らすことができる。
<歪み補正処理の具体例>
ここでは、参照パターンを利用して、補正情報を生成する補正処理の具体例について説明する。
補正情報の生成は主として補正情報生成部6が行う。
この具体例で利用する参照パターンは図13に示すような2つのパターン(A,B)であり、生成される補正情報は、図17(a)と図17(b)のパターンを比較することによって得られる係数マップと、図18に示す低周波ノイズ成分のパターンである。
補正情報は、前記したように、輝度補正係数のマップとして求めることもできるが、図18のような画素ごとの輝度パターンとして求めてもよい。
ここでは、参照パターンを利用して、補正情報を生成する補正処理の具体例について説明する。
補正情報の生成は主として補正情報生成部6が行う。
この具体例で利用する参照パターンは図13に示すような2つのパターン(A,B)であり、生成される補正情報は、図17(a)と図17(b)のパターンを比較することによって得られる係数マップと、図18に示す低周波ノイズ成分のパターンである。
補正情報は、前記したように、輝度補正係数のマップとして求めることもできるが、図18のような画素ごとの輝度パターンとして求めてもよい。
図11に、この具体例で用いる記録再生装置において生じる光の回折現象による干渉パターンを示す。
図12に、この発明の記録再生装置の二次元撮像素子(CCD)の画素パターン(検出範囲)を示す。
説明を簡単にするために、再生されるべきパターンが中央の1つの検出単位画素が白画素であるとき、再生光の回折現象のため、CCD上で得られる再生パターンは、この具体例では、図11に示すように、隣接する4つの画素のみに干渉を及ぼしているとする。
ここでは、開口が正方形である矩形アパーチャを用いているものとする。
この場合、中央の白画素の水平方向と垂直方向に直接隣接する4つの画素の輝度が、白画素に近くなる方向の輝度レベルとして検出される。
図12に、この発明の記録再生装置の二次元撮像素子(CCD)の画素パターン(検出範囲)を示す。
説明を簡単にするために、再生されるべきパターンが中央の1つの検出単位画素が白画素であるとき、再生光の回折現象のため、CCD上で得られる再生パターンは、この具体例では、図11に示すように、隣接する4つの画素のみに干渉を及ぼしているとする。
ここでは、開口が正方形である矩形アパーチャを用いているものとする。
この場合、中央の白画素の水平方向と垂直方向に直接隣接する4つの画素の輝度が、白画素に近くなる方向の輝度レベルとして検出される。
記録再生装置が図11に示すような固有の干渉パターンを有するものであることは、たとえば、フラウンフォーファ回折計算をすることにより、求めることができる。
図12に示したCCDは、10×10のマトリクス状の100個の検出単位画素からなるものであるが、再生光を検出する有効な画素としては最外周を除く、8×8の64個の画素とする。
ただし、再生時においては、再生光は、100個の画素全体で受光するものとする。
図12に示したCCDは、10×10のマトリクス状の100個の検出単位画素からなるものであるが、再生光を検出する有効な画素としては最外周を除く、8×8の64個の画素とする。
ただし、再生時においては、再生光は、100個の画素全体で受光するものとする。
図13に、この具体例で用いる2つの参照パターンを示す。
この具体例では、矩形アパーチャを用いているので、図7に示したようにななめ方向に白画素を配置した参照パターンを用いる。
参照パターンAは、有効画素領域の左上を白画素とした白黒の市松模様のパターンであり、参照パターンBは、有効画素領域の右上を白画素とした白黒の市松模様のパターンで
ある。
この具体例では、この2つの参照パターン(A,B)のみを、媒体20に予め記録すればよい。
この具体例では、矩形アパーチャを用いているので、図7に示したようにななめ方向に白画素を配置した参照パターンを用いる。
参照パターンAは、有効画素領域の左上を白画素とした白黒の市松模様のパターンであり、参照パターンBは、有効画素領域の右上を白画素とした白黒の市松模様のパターンで
ある。
この具体例では、この2つの参照パターン(A,B)のみを、媒体20に予め記録すればよい。
図10に、この発明の固定歪み補正処理の概略フローチャートを示す。
このフローチャートは、媒体上の図13の2つの参照パターン(A,B)を再生し、所定の演算を行うことにより、補正情報を生成するものである。
このフローチャートは、媒体上の図13の2つの参照パターン(A,B)を再生し、所定の演算を行うことにより、補正情報を生成するものである。
〔ステップS1:再生期待値の作成〕
まず、ステップS1において、参照パターンの期待値(再生期待値)を作成する。
参照パターンの期待値とは、図11の干渉パターンを考慮して、図13の参照パターンを再生したとき、この記録再生装置で検出されるであろう再生参照パターン信号26の輝度分布を意味する。
まず、ステップS1において、参照パターンの期待値(再生期待値)を作成する。
参照パターンの期待値とは、図11の干渉パターンを考慮して、図13の参照パターンを再生したとき、この記録再生装置で検出されるであろう再生参照パターン信号26の輝度分布を意味する。
この期待値は、参照パターン(A,B)のON画素ごとに、図11に示すような回折パターンを畳み込み演算することにより計算する。
図14に、2つの参照パターン(A,B)の期待値のパターン(再生期待値)の具体例を示す。
ここで、図14のパターンは、図13の参照パターンに対して、輝度の階調表示になっている点、回折の影響を含んでいる点が異なる。
この再生期待値のデータは、RAMなどのメモリに一時的に保存される。
また、この再生期待値のデータは、ステップS5で利用する。
図14に、2つの参照パターン(A,B)の期待値のパターン(再生期待値)の具体例を示す。
ここで、図14のパターンは、図13の参照パターンに対して、輝度の階調表示になっている点、回折の影響を含んでいる点が異なる。
この再生期待値のデータは、RAMなどのメモリに一時的に保存される。
また、この再生期待値のデータは、ステップS5で利用する。
〔ステップS2:参照パターンの再生〕
次に、ステップS2において、媒体20に記録された参照パターンを再生する。
この再生処理は、ホログラム記録媒体に対する通常の再生処理と同様にして行う。
すなわち、図13の参照パターン(AまたはB)が記録されている媒体20上の記録領域に、参照光24を照射して、その反射光である再生光25を、CCDで検出する。
CCDで検出された信号が、図1の再生参照パターン信号26である。
図15に、CCDで検出された再生参照パターン信号26に相当するパターンの具体例を示す。
次に、ステップS2において、媒体20に記録された参照パターンを再生する。
この再生処理は、ホログラム記録媒体に対する通常の再生処理と同様にして行う。
すなわち、図13の参照パターン(AまたはB)が記録されている媒体20上の記録領域に、参照光24を照射して、その反射光である再生光25を、CCDで検出する。
CCDで検出された信号が、図1の再生参照パターン信号26である。
図15に、CCDで検出された再生参照パターン信号26に相当するパターンの具体例を示す。
記録再生装置が、図19や図20の固定歪みを有するものである場合は、図15の信号パターンの中に、歪み成分が含まれている。
<ステップS3:参照パターン簡易検出>
ステップS3において、単純閾値検出処理等により、ステップS2で得られた再生参照パターン信号26を、2値情報に変換する。
単純閾値検出処理とは、予め設定された輝度の閾値(スライスレベル)を用いて、各画素ごとに、その輝度を2値化することを言う。
この処理は、次のステップS4の位置ずれ補正を高精度に行うために、実行にするものである。
ステップS3において、単純閾値検出処理等により、ステップS2で得られた再生参照パターン信号26を、2値情報に変換する。
単純閾値検出処理とは、予め設定された輝度の閾値(スライスレベル)を用いて、各画素ごとに、その輝度を2値化することを言う。
この処理は、次のステップS4の位置ずれ補正を高精度に行うために、実行にするものである。
たとえば、ある画素の輝度レベルLが、閾値L0よりも小さいとき(L<L0)、その画素をOFFと判断する。
また、画素の輝度レベルLが、閾値L0以上であるとき(L≧L0)、その画素をONと判断する。
以上のような簡易検出処理を、すべての画素について行う。
図16は、図15に示した再生参照パターン信号26に対して簡易検出処理を行った後の再生パターン(閾値検出パターン)を示している。
また、画素の輝度レベルLが、閾値L0以上であるとき(L≧L0)、その画素をONと判断する。
以上のような簡易検出処理を、すべての画素について行う。
図16は、図15に示した再生参照パターン信号26に対して簡易検出処理を行った後の再生パターン(閾値検出パターン)を示している。
簡易検出後の図16の再生パターンのデータは、ステップS4で用いられる。
このようにして変換された再生パターンの輝度データは、ノイズや画素間の干渉の影響により誤検出結果を含む場合があるが、一定範囲(たとえば、10/10画素)の輝度データの相互相関値を演算することにより、ノイズなどの影響は平均化させることができるので、再生時の画素の位置ずれ自体は、精度よく検出することができる。
このようにして変換された再生パターンの輝度データは、ノイズや画素間の干渉の影響により誤検出結果を含む場合があるが、一定範囲(たとえば、10/10画素)の輝度データの相互相関値を演算することにより、ノイズなどの影響は平均化させることができるので、再生時の画素の位置ずれ自体は、精度よく検出することができる。
〔ステップS4:位置歪み(位置ずれ)の検出〕
ステップS4において、図19のような歪曲収差による位置ずれの検出と、補正情報の一つである位置補正情報の生成を行う。
位置ずれの検出は、参照パターン記憶部10に予め記憶しておいた図13の参照パターンのデータと、ステップS3で生成した図16の簡易検出後の閾値検出パターンデータとを比較して行う。
ステップS4において、図19のような歪曲収差による位置ずれの検出と、補正情報の一つである位置補正情報の生成を行う。
位置ずれの検出は、参照パターン記憶部10に予め記憶しておいた図13の参照パターンのデータと、ステップS3で生成した図16の簡易検出後の閾値検出パターンデータとを比較して行う。
図17に、位置歪み検出処理の説明図を示す。
図17(a)は、図13の参照パターンAと同じパターンを示している。
図17(b)は、図16の閾値検出パターンAと同じパターンを示している。
この2つのパターンの輝度データを単純に画素ごとに比較しても、位置ずれの傾向がわかる場合もあるが、水平方向と垂直方向の画素ごとに求めた相互相関を利用することが好ましい。
図17(a)は、図13の参照パターンAと同じパターンを示している。
図17(b)は、図16の閾値検出パターンAと同じパターンを示している。
この2つのパターンの輝度データを単純に画素ごとに比較しても、位置ずれの傾向がわかる場合もあるが、水平方向と垂直方向の画素ごとに求めた相互相関を利用することが好ましい。
相互相関は具体的には次のようにして求めればよい。
まず、再生パターンを1画素ずつ前後左右斜めに移動したパターンを作成して、次にそれぞれのパターンと参照パターンの相互相関計算を実行し、さらに相互相関結果の最大値を見る。これにより、最大の相互相関結果が得られたパターンがズレ量を示している。
よって、再生データの位置がどちらの方向にどれだけずれているがわかる。
たとえば、図17(a)、(b)の場合は、右ななめ下方向に1画素分ずらした再生パターンにおいて最大の相互相関結果が得られるので、右ななめ下方向に1画素分だけ位置がずれていることがわかる。
まず、再生パターンを1画素ずつ前後左右斜めに移動したパターンを作成して、次にそれぞれのパターンと参照パターンの相互相関計算を実行し、さらに相互相関結果の最大値を見る。これにより、最大の相互相関結果が得られたパターンがズレ量を示している。
よって、再生データの位置がどちらの方向にどれだけずれているがわかる。
たとえば、図17(a)、(b)の場合は、右ななめ下方向に1画素分ずらした再生パターンにおいて最大の相互相関結果が得られるので、右ななめ下方向に1画素分だけ位置がずれていることがわかる。
このように、位置ずれの方向とずれ量がわかったので、次にもとの図13の参照パターンと同じ位置に再生データが再生されるように、位置ずれをもとに戻すための位置補正情報を生成する。すなわち、位置を補正するための輝度補正係数を計算する。輝度補正係数は、補正情報として記憶部11に記憶される。
図17(c)、(d)は、このような計算により求められた位置補正情報(輝度補正係数)を、図15に示した位置ずれの生じている再生参照パターン信号(A,B)に対して適用した後の補正後再生パターン(位置補正データ)を示している。
図17(c)は、図15の再生参照パターン信号Aの再生パターンについて、位置補正をした後のパターン(位置補正データ)であり、右ななめ下方向に1画素分ずれていた再生パターン(図15)が、もとの位置に戻っていることがわかる。
図17(d)は、図15の再生参照パターン信号Bについて、位置補正をした後のパターン(位置補正データ)であり、同様に位置ずれがなくなっていることがわかる。
この図17(c)と(d)の位置補正データは、次のステップS5で用いられるので、このステップS4で生成しておくことが好ましい。
図17(d)は、図15の再生参照パターン信号Bについて、位置補正をした後のパターン(位置補正データ)であり、同様に位置ずれがなくなっていることがわかる。
この図17(c)と(d)の位置補正データは、次のステップS5で用いられるので、このステップS4で生成しておくことが好ましい。
記録再生装置に図19のような歪みのみが存在し、図20のような低周波雑音がない場合には、ステップS5の処理を省略し、ステップS4までの処理で補正情報の作成処理を終了することができる。
逆に、ステップS4において、位置ずれが検出されなかった場合には、位置補正データを生成する必要はなく、ステップS5へ進めばよい。
ステップS4では、上記のような計算により求めた輝度補正係数を、補正情報記憶部11に記憶する。
逆に、ステップS4において、位置ずれが検出されなかった場合には、位置補正データを生成する必要はなく、ステップS5へ進めばよい。
ステップS4では、上記のような計算により求めた輝度補正係数を、補正情報記憶部11に記憶する。
〔ステップS5:低周波雑音(ノイズ)の検出〕
ステップS5において、図20のような低周波雑音による輝度のばらつきの検出と、補正情報の一つである低周波ノイズ補正情報の生成を行う。
ステップS5では、ステップS1で求めた図14の再生期待値のデータと、ステップS4で求めた位置補正情報(輝度補正係数)を適用した後の位置補正データ(図17(c)および(d))とを比較する。
あるいは、位置補正をする必要がない場合は、図17(c)、(d)の代わりに、ステップS2で再生された再生参照パターン信号26のデータそのものを用いることができる。
ステップS5において、図20のような低周波雑音による輝度のばらつきの検出と、補正情報の一つである低周波ノイズ補正情報の生成を行う。
ステップS5では、ステップS1で求めた図14の再生期待値のデータと、ステップS4で求めた位置補正情報(輝度補正係数)を適用した後の位置補正データ(図17(c)および(d))とを比較する。
あるいは、位置補正をする必要がない場合は、図17(c)、(d)の代わりに、ステップS2で再生された再生参照パターン信号26のデータそのものを用いることができる。
たとえば、図14の再生期待値Aの各画素の輝度値L1と、図17(c)の位置補正後再生データの同じ位置の画素の輝度値L2とを比較する。具体的には、すべての画素について、輝度値L1と輝度値L2との差(L1−L2)を計算(差分演算)する。
本来低周波ノイズが全くない場合は、この差(L1−L2)がゼロであるので、この差(L1−L2)が低周波ノイズ成分LNに相当する。
言いかえれば、この低周波ノイズ成分LN(=L1−L2)が、低周波雑音を除去するための補正情報(低周波ノイズ補正情報)となる。すなわち、再生時に期待される再生データ(図14)の各画素の輝度値(L1)は、低周波ノイズを含む再生データ(図17(c))の画素の輝度値L2に、その画素に対応するノイズ成分LNを加算すれば得られる(L1=L2+LN)。
本来低周波ノイズが全くない場合は、この差(L1−L2)がゼロであるので、この差(L1−L2)が低周波ノイズ成分LNに相当する。
言いかえれば、この低周波ノイズ成分LN(=L1−L2)が、低周波雑音を除去するための補正情報(低周波ノイズ補正情報)となる。すなわち、再生時に期待される再生データ(図14)の各画素の輝度値(L1)は、低周波ノイズを含む再生データ(図17(c))の画素の輝度値L2に、その画素に対応するノイズ成分LNを加算すれば得られる(L1=L2+LN)。
したがって、記録媒体20に記録されたユーザデータを再生する場合、その再生データ信号27の各画素の輝度値(L2に相当)に、各画素に対応するノイズ成分LNを加算すれば、低周波ノイズのない輝度値(L1に相当)の再生データが得られる。
よって、ステップS5では、上記のような差分演算を行った結果の低周波ノイズ成分LNを、補正情報として補正情報記憶部11に記憶すればよい。図18は、この低周波ノイズ成分LNのパターンの一実施例を示している。
この低周波ノイズ成分LNは、ステップS4で求めた計数とは求め方が異なるが、輝度値を補正するパラメータとしては同種であるので、輝度補正係数の一つであると考えることができる。
よって、ステップS5では、上記のような差分演算を行った結果の低周波ノイズ成分LNを、補正情報として補正情報記憶部11に記憶すればよい。図18は、この低周波ノイズ成分LNのパターンの一実施例を示している。
この低周波ノイズ成分LNは、ステップS4で求めた計数とは求め方が異なるが、輝度値を補正するパラメータとしては同種であるので、輝度補正係数の一つであると考えることができる。
また、画素間の相互干渉がほとんど無視できる場合は、輝度値L1としては、参照パターン記録部10に予め記録された参照パターンの輝度情報を用いてよい。
さらに、位置補正をする必要がない場合は、輝度値L2としては、再生された再生参照パターン信号26から得られる輝度情報を用いてもよい。
この場合、参照パターンの輝度情報(L1)と、再生参照パターン信号26から得られる輝度情報(L2)との差分演算を、検出単位画素ごとに行えば、低周波ノイズ成分LN(補正情報)を求めることができる。
さらに、位置補正をする必要がない場合は、輝度値L2としては、再生された再生参照パターン信号26から得られる輝度情報を用いてもよい。
この場合、参照パターンの輝度情報(L1)と、再生参照パターン信号26から得られる輝度情報(L2)との差分演算を、検出単位画素ごとに行えば、低周波ノイズ成分LN(補正情報)を求めることができる。
図10のフローチャートでは、ステップS4の後にステップS5を行っているが、ステップS4とS5とは独立して行うことができるので、ステップS4とS5の順序は問わず、ステップS5をステップS4の前に行ってもよい。
以上の処理により、この発明の記録再生装置に固有の固定歪みを補正するための補正情報が生成され、補正情報記憶部11に保存される。
この発明の記録再生装置で、記録媒体20に記録されたユーザデータを実際に再生する場合、図10の処理により保存された補正情報を用いて、所定の補正演算を行うことにより、再生データ信号27から、歪みのない補正再生データ28を得ることができる。
この発明の記録再生装置で、記録媒体20に記録されたユーザデータを実際に再生する場合、図10の処理により保存された補正情報を用いて、所定の補正演算を行うことにより、再生データ信号27から、歪みのない補正再生データ28を得ることができる。
たとえば、固定歪みとして低周波ノイズのみが存在する場合、再生されたユーザデータの再生データ信号27から得られる輝度情報(L2)と、補正情報記憶部10に記録された輝度補正係数(ここでは、低周波ノイズ成分LN)とを、検出単位画素ごとに加算するような補正演算を行えばよい。
これにより、そのユーザデータの補正再生データ28を生成することができる。
これにより、そのユーザデータの補正再生データ28を生成することができる。
また、この補正演算は、図1の歪み補正部7で実行されるが、特別なハードウェアを設ける必要はなく、マイクロコンピュータを用いたソフトウェア的な処理により実現できる。すなわち、固定歪み補正処理のために特別なハードウェアは必要とせず、ハードウェアの回路規模を小さく抑えることができる。
また、ユーザデータの再生時には、補正情報の生成処理は行わなくてよいので、ユーザデータの再生そのものの時間を高速化することができる。
また、ユーザデータの再生時には、補正情報の生成処理は行わなくてよいので、ユーザデータの再生そのものの時間を高速化することができる。
また、図10に示した歪み補正処理は、ユーザデータの初回の再生を行う前であって、ユーザデータの再生を行うタイミングとは異なる次のようなタイミングのいずれかで行えばよい。
(1)記録媒体20が装置に挿入された直後。
(2)装置を購入した後、初回の電源投入時、または初回の記録動作をさせた時。
(3)装置に所定の温度変化が生じた直後。
(4)出荷前。
(5)使用頻度が所定回数を超えるごと。
(6)一定の日時が経過するごと。
(1)記録媒体20が装置に挿入された直後。
(2)装置を購入した後、初回の電源投入時、または初回の記録動作をさせた時。
(3)装置に所定の温度変化が生じた直後。
(4)出荷前。
(5)使用頻度が所定回数を超えるごと。
(6)一定の日時が経過するごと。
以上のように、この発明では、参照パターン(二次元パターン)を記録媒体に予め記録しておき、その参照パターンを用いて固定歪みの補正情報を生成、保存するので、媒体に記録されたユーザデータの再生を実際にする前に、固定歪みの検出することができる。
また、媒体に記録される参照パターンを工夫することにより、参照パターンの記録容量を減らすことができる。
また、固定歪みの補正情報の生成処理はユーザデータの再生時には行われず、ユーザデータの再生時に、補正情報を用いた補正処理のみがマイクロコンピュータを用いたソフトウェアによる処理で実行されるので、ユーザデータの再生処理そのものの時間が短縮ができる。
また、補正情報生成部6と歪み補正部7の機能は、マイクロコンピュータを用いたソフトウェア処理により実現できるので、ハードウェアの回路規模を小さく抑えることができる。
また、媒体に記録される参照パターンを工夫することにより、参照パターンの記録容量を減らすことができる。
また、固定歪みの補正情報の生成処理はユーザデータの再生時には行われず、ユーザデータの再生時に、補正情報を用いた補正処理のみがマイクロコンピュータを用いたソフトウェアによる処理で実行されるので、ユーザデータの再生処理そのものの時間が短縮ができる。
また、補正情報生成部6と歪み補正部7の機能は、マイクロコンピュータを用いたソフトウェア処理により実現できるので、ハードウェアの回路規模を小さく抑えることができる。
1 データ入力部
2 変調部
3 記録制御部
4 再生制御部
5 再生信号検出部
6 補正情報生成部
7 歪み補正部
8 復調部
9 データ出力部
10 参照パターン記憶部
11 補正情報記憶部
21 ユーザデータ
22 記録パターン
23 情報光
24 参照光
25 再生光
26 再生参照パターン信号
27 再生データ信号
28 補正再生データ
29 ユーザデータ
30 参照パターン
2 変調部
3 記録制御部
4 再生制御部
5 再生信号検出部
6 補正情報生成部
7 歪み補正部
8 復調部
9 データ出力部
10 参照パターン記憶部
11 補正情報記憶部
21 ユーザデータ
22 記録パターン
23 情報光
24 参照光
25 再生光
26 再生参照パターン信号
27 再生データ信号
28 補正再生データ
29 ユーザデータ
30 参照パターン
Claims (6)
- ホログラム記録媒体に予め記録された二次元パターンまたはホログラム記録媒体に記録されたユーザデータを再生する再生信号検出部と、
前記二次元パターンを再生したときに得られるべき参照パターンを予め記憶した参照パターン記憶部と、
前記再生信号検出部によって再生された前記二次元パターンに相当する再生参照パターン信号と、前記参照パターン記憶部に記憶された参照パターンとを比較し、再生参照パターン信号に含まれる固定歪みを除去して再生参照パターン信号から参照パターンを再生するための補正情報を生成する補正情報生成部と、
生成された補正情報を記憶する補正情報記憶部と、
前記再生信号検出部によって再生されたユーザデータの再生データ信号に対して、前記記憶された補正情報を用いて補正演算を行い、そのユーザデータに含まれる固定歪みを除去した補正再生データを生成する歪み補正部とを備えたことを特徴とする固定歪み補正機能を持つ記録再生装置。 - 前記参照パターンは、前記二次元パターンを再生したとき、固定歪みがなく再生された場合の輝度情報からなり、
前記ホログラム記録媒体に予め記録される二次元パターンは、前記再生信号検出部で検出される検出単位画素ごとの輝度情報からなり、
前記輝度情報は、その二次元パターンが再生されたときに複数の検出単位画素の再生輝度信号が相互干渉を与えないように二次元的に分散配置されていることを特徴とする請求項1の記録再生装置。 - 前記補正情報は、記録再生装置に固有の固定歪みを補正する輝度補正係数であり、
前記固定歪みは、前記再生信号検出部で検出される検出単位画素の位置が変化する歪曲収差による歪みと、再生時に前記検出単位画素ごとに異なる輝度値が発生する低周波雑音による歪みとを含むことを特徴とする請求項1の記録再生装置。 - 前記再生信号検出部による二次元パターンの再生と、前記補正情報生成部による補正情報の生成とは、前記再生信号検出部によるユーザデータの再生が行われていない所定のタイミングで行われ、前記の所定のタイミングには、
ホログラム記録媒体が挿入された直後、
記録再生装置に所定の温度変化が生じた直後、一定日時が経過した後、
出荷する前のうち、いずれか1つ以上のタイミングが含まれることを特徴とする請求項1の記録再生装置。 - 前記補正情報生成部は、前記参照パターンの輝度情報と、前記再生信号検出部によって再生された二次元パターンの再生参照パターン信号から得られる輝度情報との差分演算を、検出単位画素ごとにし、
差分演算の結果得られた輝度補正係数を、固定歪みの補正情報として補正情報記憶部に記憶することを特徴とする請求項2の記録再生装置。 - 前記歪み補正部は、
前記再生信号検出部によって再生されたユーザデータの再生データ信号から得られる輝度情報と、前記補正情報記憶部に記録された輝度補正係数とを、検出単位画素ごとに加算する補正演算を行い、
そのユーザデータの補正再生データを生成することを特徴とする請求項5の記録再生装置。
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