JP2007148148A - ホログラム再生方法および再生装置とエリアセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】回路規模、処理時間を大幅に削減できるホログラム再生方法および装置を実現する。
【解決手段】 再生光を受光して、前記２次元デジタル符号を構成する１情報シンボル分の画素データ群を同時に出力するエリアセンサと、前記画素データ群の信号のそれぞれを共通の閾値で２値化する比較器群と、アクティブとなった前記比較器群の出力の数を数えるカウント手段と、前記カウント手段にてカウントされる前記比較器群のアクティブとなった出力数が所定の数となるまで前記共通の閾値を連続的に可変する閾値可変手段と、を有し、前記カウント手段にてカウントされる前記比較器群のアクティブとなった出力数が所定の数となったときの前記比較器群の出力を２値化処理された前記２次元デジタル符号を構成する１情報シンボル分のデータとする。
【選択図】図４

Description

本発明は、情報光と参照光とをホログラム記録媒体に照射し形成した干渉縞に、参照光を照射したときの再生光より情報を再生するホログラム再生方法および装置とエリアセンサに関する。

ホログラフィを利用して記録媒体に情報を記録するホログラフィック記録は、一般的に、画像情報を持った情報光と参照光とを記録媒体の内部で重ね合わせ、その時にできる干渉縞を記録媒体に書き込むことによって行われる。

記録された情報の再生は、その記録媒体に参照光を照射し、干渉縞により発生する回折光を観察することによって画像情報が再生される。

近年では、超高密度光記録のために、体積ホログラム、特にデジタル体積ホログラムが実用領域で開発され、注目を集めている。

体積ホログラムとは、記録媒体の厚み方向も積極的に利用し、３次元的に干渉縞を書き込む方式であり、厚みを増やす事で、回折効率を高め、多重記録を用いて記録容量を増大する方式である。

デジタル体積ホログラムとは、体積ホログラムと同様の記録方式を用いつつも、記録する画像情報は２値化したデジタルパターンに限定したホログラム記録方式である。

記録する情報を、２次元デジタルパターン情報に展開し、情報光を、この２次元デジタルパターン情報で変調する。この処理により、記録情報が２次元空間の光強度分布画像情報となった情報光を生成され、参照光と干渉させる事によって、その干渉縞を記録する。

再生時は、参照光を照射する事で再生される光分布画像情報から２次元デジタルパターン情報を抽出し、デコードする。

このデジタル処理により、Ｓ／Ｎ比の劣化による再生誤り率の低下を抑える事が可能となり、また、２値化データをコード化してエラー訂正を行う事で、極めて忠実に、記録情報を再現する事が可能となる。

再生された２次元光強度分布は、ＣＣＤ及びＣＭＯＳエリアセンサで受光され、各受光画素毎に、アナログ電気信号に変換された後、定められた閾値より２値化処理され、２次元デジタルパターン情報が再現される。

ホログラムのシフト多重を行う場合、その回折効率が飽和しないように、弱い光で記録する事が必要である。

記録する２次元画像情報のオン画素（光が存在する画素）の数よりも、オフ画素（光が存在しない、遮断された画素）の数を多くし、この比を固定し、情報パターンによらず光の平均パワーを一定レベル以下に固定する２次元記録符号方式が提案されている。

代表的な符号化方式として、特許文献１（特開平８−９１８１号公報）および特許文献２（特開平９−１９７９４７号公報）に記載されている符号化方式や非特許文献１（日経エレクトロニクス２００５年１月１７日号、ｐｐ１０５−１１４）に記載されている符号化方式がある。

特許文献１および特許文献２に記載されている２：４差分符号化方式は、２ｘ２画像を１情報シンボルとして、４画素中１画素のみオンとし、２ｂｉｔ情報を記録する。

非特許文献１に記載されている３：１６変調符号方式は、３：１６変調符号方式では、４ｘ４画素を１情報シンボルとして、１６画素中３画素のみをオンとし、８Ｂｉｔ情報が記憶される。

上記のような符号方式で変調された情報光は、参照光との干渉で発生した干渉縞としてホログラム記録媒体に記録され、再生時には、参照光を記録媒体に照射する事により、記録した２次元デジタルパターンが、２次元光強度分布の形で再現される。

再生された２次元光強度分布は、ＣＣＤ及びＣＭＯＳエリアセンサで受光され、各受光画素毎に、アナログ電気信号に変換された後、定められた閾値より２値化処理され、２次元デジタルパターン情報が再現される。

しかしながら、レーザー光の強度の不均一性、レンズの歪、光学システムの散乱、回折などの要因で、再生される２次元空間光強度分布は、面内で不均一になり、一定閾値による２値化による復号方式では、再生誤り率が増加する。

上記の問題を解決するために、特許文献３（特開２００５−１９０６３６号公報）には、以下に示す再生方式が提案されている。

２次元デジタル符号として、９画素を１情報シンボルとし、９画素中、３画素のみオンになる符号の再生において、
（Ａ） １シンボル９画素を、まずＡＤ変換し、その値を空間位置に対応させてメモリに記録する。
（Ｂ）メモリ内の９個のデータを大きい順のソーティング処理する。
（Ｃ）大きい方から、３つのデータをオン画素とし、残り６画素をオフ画素として２値化する。
特開平８−９１８１号公報 特開平９−１９７９４７号公報 特開２００５−１９０６３６号公報 日経エレクトロニクス２００５年１月１７日号、ｐｐ１０５−１１４

しかしながら、特許文献３に提案されている方式では、以下に示す問題がある。
（１）１シンボル９画素を同時にＡＤ変換する為、回路規模、消費電力が増大する（９画素を時系列にＡＤ変換した場合は、変換時間が増加する）。
（２）ソーティング処理を行う為、メモリが必要。
（３）ソーティング処理及びオン画素決定処理にＣＰＵパワーを使用する為、 演算時間の増加及びソフトウエア追加分のコストが増加する。

本発明は、上述した従来技術の問題点に鑑みてなされたものであって、回路規模、処理時間を大幅に削減できるホログラム再生方法および装置を実現することを目的とする。

本発明のホログラム再生装置は、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光から２次元デジタル符号を再生するホログラム再生装置において、
前記再生光を受光して、前記２次元デジタル符号を構成する１情報シンボル分の画素データ群を同時に出力するエリアセンサと、
前記画素データ群の信号のそれぞれを共通の閾値で２値化する比較器群と、
アクティブとなった前記比較器群の出力の数を数えるカウント手段と、
前記カウント手段にてカウントされる前記比較器群のアクティブとなった出力数が所定の数となるまで前記共通の閾値を連続的に可変する閾値可変手段と、を有し、
前記カウント手段にてカウントされる前記比較器群のアクティブとなった出力数が所定の数となったときの前記比較器群の出力を２値化処理された前記２次元デジタル符号を構成する１情報シンボル分のデータとすることを特徴とする。

この場合、前記情報シンボルが、水平Ｎ画素、垂直Ｍ画素から構成される２次元情報であるとしてもよい。

また、前記１つの情報シンボルの画素データ群が、光強度の強い画素の数と光強度の弱い画素の数の比が一定であるとしてもよい。

また、前記閾値可変手段は、前記共通の閾値の初期値を光強度の強い画素による値よりも大きく設定するとしてもよい。

また、前記エリアセンサがＣＭＯＳセンサであるとしてもよい。

また、前記ＣＭＯＳセンサは、前記１情報シンボルの画素数単位で、同時かつ並列に読み出し可能な前記ＣＭＯＳセンサであるとしてもよい。

本発明のエリアセンサは、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光から２次元デジタル符号を再生するエリアセンサにおいて、
前記再生光を受光して、前記２次元デジタル符号を構成する１情報シンボル分の画素データ群を同時に出力する受光部と、
前記画素データ群の信号のそれぞれを共通の閾値で２値化する比較器群と、
アクティブとなった前記比較器群の出力の数を数えるカウント手段と、
前記カウント手段にてカウントされる前記比較器群のアクティブとなった出力数が所定の数となるまで前記共通の閾値を連続的に可変する閾値可変手段と、を有し、
前記カウント手段にてカウントされる前記比較器群のアクティブとなった出力数が所定の数となったときの前記比較器群の出力を２値化処理された前記２次元デジタル符号を構成する１情報シンボル分のデータとすることを特徴とする。

本発明のホログラム再生方法は、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光から２次元デジタル符号を再生するホログラム再生方法において、
前記再生光を受光して、前記２次元デジタル符号を構成する１情報シンボル分の画素データ群を同時に得るステップと、
前記画素データ群の信号のそれぞれを共通の閾値で２値化する比較ステップと、
前記比較ステップにてアクティブとなった前記前記画素データ群の信号数を数えるカウントステップと、
前記カウントステップにてカウントされる前記アクティブとなった前記前記画素データ群の信号数が所定の数となるまで前記共通の閾値を連続的に可変し、そのときの２値化された出力を前記２次元デジタル符号を構成する１情報シンボル分のデータとする閾値可変ステップと、を有することを特徴とする。

上記のＹ９おうに構成される本発明においては、１シンボルを構成する全画素毎で、同時並列に１Ｂｉｔコンパレータに入力し、同じ基準のランプ電圧と比較し、指定された数のオン画素を検出する。

従来方式の各画素毎にＡＤ変換し、ソーティング処理により１，０を決定する方式に比べて回路規模、処理時間を大幅に削減できるホログラム記録再生装置を提供するものである。

本発明によれば、１情報シンボルを構成する全画素毎に、例えば同時並列に１Ｂｉｔコンパレータに入力し、同じ基準のランプ電圧と比較し、指定された数のオン画素を検出する。

このため、シンボル数分のＡＤコンバータ及びメモリは不要であり、回路規模を削減し、コストを抑え、消費電力を大幅に削減できる。

また、従来、メモリ内のデータをソーティング処理し、オン画素を判定していた処理が不要となる。

このため、ＣＰＵとソフトの助けを借りず、センサデバイス内だけで、処理が可能となり、高機能なホログラフィック情報検出用センサを実現できる。

次に、本発明の実施例について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は本発明による、同軸タイプのホログラフィックメモリ方式（コリニア方式）による実施例の光学系の構成を示すブロック図である。

まず、上記光学系を用いて、記録媒体であるホログラムディスク２１６に記録を行う場合について説明する。

光源の緑レーザ２０１から出射された光束はコリメータ２０２で平行光束とされ、ミラー２０３を経由し、空間光変調素子ＳＬＭ２０４を照明する。

本実施例において、SLM２０４としては、画素を形成する複数のミラーで構成されたDMD（Deformable Mirror Device）が使用されている。

ＳＬＭ２０４上で「１」の情報を表す画素で反射された光は、ホログラムディスク２１６の方向へ反射され、「０」の情報を表す画素で反射された光はホログラムディスク２１６の方向へ反射されない。

コリニア方式のＳＬＭ２０４上には、情報光２０６を変調する部分とそれを環状に取り巻く参照光２０５を変調する部分が設けられている。

ＳＬＭ２０４で「１」の情報を表す画素にて反射された参照光２０５と情報光２０６は、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）２０７をＰ偏光で透過し、リレーレンズ２０８、ミラー２０９、リレーレンズ２１０、ＤＢＳ（ダイクロイックビームスプリッタ）２１１を経由してホログラムディスク２１６に差し向けられる。

ＱＷＰ（１／４波長板）２１２を透過し、円偏光（例えば、右回りの円偏光）に変換された参照光２０５と情報光２０６は、ミラー２１３で反射されて焦点距離Ｆの対物レンズ２１４に入射する。

２つのリレーレンズ２０８および２１０により、ＳＬＭ２０４上に表示されたパターンは、対物レンズ２１４から対物レンズ２１４の焦点距離Ｆだけ手前に中間像を形成する。

これにより、ＳＬＭ２０４上のパターン像（図示せず）、対物レンズ２１４、ホログラム媒体２１６がいずれもＦの距離だけ離れて配置される、所謂４Ｆ光学系が構成される。

ホログラムディスク２１６は、ディスク状であり、スピンドルモータ２１５上に回転可能に保持されている。対物レンズ２１４によって、参照光２０５と情報光２０６はホログラムディスク２１６上の記録媒体（図示せず）に集光され、干渉して干渉縞を形成する。

記録媒体中の高分子材料には、この記録時の干渉縞パターンが屈折率分布として記録され、デジタル体積ホログラムが形成される。また、記録媒体中には反射膜が設けられている。

ホログラムの記録再生を行う緑レーザ２０１以外に、記録媒体に感光性のない赤レーザ２２０が設けられていて、上記の反射膜を基準面として、ホログラムディスク２１６の変位を高精度に検出することが可能である。

これより、ホログラムディスク２１６に面ブレや偏芯が発生しても、光サーボ技術を用いてダイナミックに記録スポットを記録媒体面に追従させることが可能となり、高精度に干渉縞パターンを記録することが出来る。以下に簡単に説明する。

赤レーザ２２０から出射された直線偏光光束はＢＳ（ビームスプリッタ）２２１を透過し、レンズ２２２で平行光束とされ、ミラー２２３とＤＢＳ２１１で反射されて、ホログラムディスク２１６に差し向けられる。

ＱＷＰ２１２を透過し、円偏光（例えば、右回りの円偏光）に変換された光束は、ミラー２１３で反射されて対物レンズ２１４に入射してホログラムディスク２１６上の反射面に微小な光スポットとして集光される。

ホログラムディスク２１６上の反射面にて反射された光束は逆回りの円偏光（例えば、左回りの円偏光）となり、対物レンズ２１４に再入射して平行光束とされ、ミラー２１３で反射されてＱＷＰ２１２を透過し、往路とは垂直な直線偏光光束に変換される。

ＤＢＳ２１１で反射された光束は、往路と同様にミラー２２３、レンズ２２２を経由し、ビームスプリッタＢＳ２２１で反射されて、光検出器２２４に導かれる。

光検出器２２４は、複数の受光面（図示しない）を有していて、公知の方法で反射面の位置情報を検知し、それに基づいて対物レンズ２１４のフォーカスとトラッキングを行うことが出来る。

次に、上記光学系を用いて、記録媒体であるホログラムディスク２１６から記録情報の再生を行う場合について説明する。

光源の緑レーザ２０１から出射された光束は記録時と同様に、空間光変調素子ＳＬＭ２０４を照明する。再生時は、ＳＬＭ２０４上の参照光２０５を変調する部分のみが「１」の情報を表示し、情報光２０６を変調する部分はすべて「０」の情報を表示する。

したがって、参照光の部分の画素で反射された光だけが、ホログラムディスク２１６の方向へ反射され、情報光はホログラムディスク２１６の方向へ反射されない。

記録時と同様に参照光２０５は、円偏光（例えば、右回りの円偏光）となってディスク上の記録媒体（図示せず）に集光され、記録された干渉縞から情報光を再生する。

記録媒体中の反射膜で反射された情報光は、逆回りの円偏光（例えば、左回りの円偏光）となり、対物レンズ２１４に再入射して平行光束とされ、ミラー２１３で反射されてＱＷＰ２１２を透過して、往路とは垂直な直線偏光光束（Ｓ偏光）に変換される。

この時、対物レンズ２１４からＦの距離に再生されたＳＬＭの表示パターンの中間像が形成される。

ＤＢＳ２１１を透過した光束は、リレーレンズ２１０、ミラー２０９、リレーレンズ２０８を経由して偏光ビームスプリッタＰＢＳ２０７に差し向けられる。

ＰＢＳで反射された光束は、リレーレンズ２１０と２０８により、空間光変調素子ＳＬＭ２０４と共役の位置にＳＬＭ２０４の表示パターンの中間像として再結像される。この位置には開口２１７が置かれていて、情報光の周辺部にある不要な参照光が遮蔽される。

そして、レンズ２１８により、再結像された中間像はＣＭＯＳセンサ２１９上に情報光の部分のみのＳＬＭ表示パターンを形成する。これにより、不要な参照光がＣＭＯＳセンサ２１９に入射しないので、Ｓ／Ｎの良い再生信号が得られる。

以上説明したように、コリニア方式のホログラフィックメモリは、情報光と参照光とが角度を持たない同軸上の光学配置で、１つの対物レンズを用いて記録再生が出来るため、光学系が２軸２光束干渉方式と比較して簡単になるという利点を有する。

また、反射膜付の媒体構造により、ディスクの片面側に光学系を配置することができる利点を有する。

図２はホログラムディスク２１６上の記録媒体の構成を示す断面図であり、以下に、本実施例におけるホログラム記録媒体の構成を図２を参照して説明する。

ホログラム記録媒体５０は、対物レンズの側から透明基板のカバー層５６、ホログラム記録層５５、波長選択反射膜５４、ギャップ層５３、プリフォーマット基板５１から構成されている。

プリフォーマット基板５１は、ポリカーボネット、ガラス等によって形成された円板状の基板で、半径方向に線状に延びる複数の位置決め領域としてのアドレスサーボエリア５７が所定の角度間隔で設けられている。

隣り合うアドレスサーボエリア５７間の扇形の区間がデータエリア５８になっている。プリフォーマット基板上５１には、金や白金等でコーティングされた反射膜５２が設けられている。

波長選択反射膜５４を透過した赤色レーザー光が、プリフォーマット基板１７上に形成されているアドレスサーボエリア５７の位相ピット、グルーブ、ランド形成部上の反射膜で反射され戻り光となる。

この位相ピット、グルーブ、ランドの有無によって、光の回折による反射光量の大幅な増減が発生する。

この戻り光の変化を信号としてとらえ、後述するフォーカスエラー信号、トラキングエラー信号、アドレス信号を生成し、光学ヘッドの位置決め制御及びホログラム記録情報の記録位置制御を行う。

波長選択反射膜５４は、アドレスサーボ情報を得るための赤色レーザ光は透過し、記録、再生を寄与する青色レーザ光は反射する。

ホログラム記録層５５のホログラム材料は、赤色の光には感光しないようになっているので、サーボ用赤色レーザ光がホログラム記録層５５を通過したり、反射層５２で乱反射したとしてもホログラム記録層には影響を与えない。

ホログラム記録層５５は、情報光と参照光の干渉によって生じる干渉縞の光強度分布によって、屈折率、誘電率、反射率等の光学的特性が変化するホログラム材料によって形成される。

すなわち、記録情報光より生成された干渉縞を、光学特性の変化として保持する。ギャップ層５２は反射層を保護するとともに、ホログラム記録層と反射層間にギャップを設け、ホログラム記録層内の干渉領域をある程度の大きさに保つ役割を持つ。

本実施例の記録再生に用いた２次元デジタル符号を図３に示す。１００は、ホログラム記録再生に用いられる２次元デジタル符号パターンであり、１，０のデジタル情報を画素値とした２次元画像情報を記録再生する。

２次元デジタル符号パターン１００は、水平１２画素、垂直１２画素の計１４４画素からなり、画素を表す正方形において、斜線で塗りつぶられた画素は、０であり、塗りつぶし無しの画素は、１である。

本実施例においては、１４４画素の２次元デジタル符号パターンについて説明するが、本発明は、この画素数に限るものではない。

１０１は、記録情報の最小構成単位である１情報シンボルであり、本実施例では、３ｘ３画素の９画素を、１情報シンボルとしているが、本発明の１情報シンボルを構成する画素数は、これに限るものではない。

本実施例では、９画素の１，０の組み合わせで、記録再生する情報の状態を表す。ホログラムのシフト多重を行う場合、その回折効率が飽和しないように、弱い光で記録する事が必要である。

記録する２次元画像情報の１、すなわちオン画素（光が存在する画素）の数よりも、０、すなわちオフ画素（光が存在しない、遮断された画素）の数を多くする。

２次元画像情報の１と２次元画像情報の０の比を固定し、情報パターンによらず光の平均パワーを一定レベル以下に固定する２次元記録符号方式が使用される。

本実施例では、９画素から構成される１情報シンボル１０１のうち、いずれか３画素が１、すなわちオン画素で、残り６画素が０、すなわちオフ画素の２次元記録符号を用いているが、本発明におけるオン：オフの画素数の比は、これに限るものではない。

本実施例における１情報シンボルの状態数は、９画素から３画素とる組み合わせであり、その総数は、９Ｃ３の８４となり、０〜８３の状態を記録再生する事ができる。

本実施例で用いた３ｘ３画素の２次元符号の情報量に関して説明する。３ｘ３画素の２次元符号は、全部で９画素なので、全画素のオンオフの組み合わせで表される情報は、２の９乗、５１２通である。

本実施例での２次元符号は、９画素中、３画素がオン、６画素がオフでエンコードしている為、この状態で表現できる状態数は9C3（９個から３個取る組み合わせ）となり、８４通りとなる。

すなわち、３ｘ３画素で、約６．４ビットの情報を扱う事ができる。符号効率としては、６．４ビット/９ビットで、約７０％となる。

１情報シンボル１０１は、Ｐ１〜Ｐ９の９画素で構成されており、Ｐ０，Ｐ１，Ｐ８には、１がＰ２〜Ｐ７には、０が割り当てられている。

記録時は、ＳＬＭ２０４のＰ０，Ｐ１，Ｐ８に相当する画素で反射された光は、ホログラムディスク２１６の方向へ反射され、「０」の情報を表す画素で反射された光はホログラムディスク２１６の方向へ反射されない。

このようにして変調された情報光は、参照光とホログラム記録層内で干渉して、その干渉パターンが、ホログラム記録層に記録される。

再生時は、情報を記録した位置に、参照光のみを照射する事により、記録時に変調された情報光が、２次元空間の光の強弱として再生され、ＣＭＯＳセンサ２１９の受光部に結像する。

ＣＭＯＳセンサ２１９では、各画素部で、受光した光強度に比例した信号を生成し、２値化処理する事により、１，０の情報に量子化し、記録されている情報シンボルを再現する。

図４は、１情報シンボル１０１を受光した画素部の構成を示す回路図であり、以下に、本実施例における再生光の２値化処理方式に関して、図４を参照して説明する。

以下では、１情報シンボル１０１を受光した画素部に関して説明するが、２次元デジタル符号パターン１００の他の情報シンボルは、図示されていない別の画素部で受光され２値化される。

図４において、２０〜２８は空間的に２次元に配置されたホトダイオードであり、１情報シンボル１０１の再生光、その空間位置に対応させて受光し、それぞれの位置の光電荷の強度に応じて、光電荷が発生する。

情報シンボル１０１のＰ０〜Ｐ８は、それぞれのホトダイオード２０〜２８により、光電変換され、光電変換された光電荷は、ソースフォロアアンプ３０〜３８で信号電圧に変換される。

垂直シフトレジスタ（ＶＳＲ）１１からのセレクト信号９５がアクティブになった時、出力スイッチＳ０〜Ｓ８が同時にオンし、ソースフォロアアンプ３０〜３８の出力は、ノイズキャンセル回路６０〜６８に入力される。

ノイズキャンセル回路の動作に関しては、図５を用いて、後ほど、説明する。ノイズキャンセル回路によって、固定パターンノイズ、リセットノイズが除去された再生信号は、コンパレータ７０〜７８のプラス入力端子に入力される。

コンパレータ７０〜７８のマイナス入力端子は、コンパレータによる比較動作の為の閾値電圧を発生するリファレンスジェネレータ（可変閾値電圧発生器：Ref Gen）９０に共通に接続されている。

リファレンスジェネレータ９０は、コンパレータ７０〜７８に信号が入力されると閾値９４をハイレベルからローレベルへ順次可変し、信号レベルの大きい順に、コンパレータの出力が、Ｈ（１）になる。

コンパレータ７０〜７８の出力は、多数決論理回路（3/9 Det）９１に入力され、９個の出力中、いずれか３個の出力が、Ｈ（１）になった時、ラッチクロック９３を発生し、ラッチ８０〜８８で、コンパレータ７０〜７８の出力を保持する。

また、多数論理回路９１は、制御信号９２をリファレンスジェネレータ９０に出力し、９個の出力中、いずれか３個の出力が、Ｈ（すなわち１）になった時、リファレンスジェネレータの電圧スキャンを停止する。

このようにして、ホトダイオード２０〜２８で受光された１情報シンボルに相当する再生光は、再生光の大きい順に、１に量子化される。

１に量子化された数が、３個に到達した時、比較動作をやめ、２値化処理を終了し、Ｑ０〜Ｑ８の出力線に、その結果を出力する。Ｑ０，Ｑ１、Ｑ８は、１に、Ｑ２〜Ｑ７は、０となる。

なお、図４に示す構成を１チップ化し、エリアセンサとして可能であり、本発明にはこのような形態も含まれる。

図５はＣＭＯＳセンサ２１９の画素部の詳細な構成を示す回路図、図６は情報シンボル１０１の読出動作を説明するための図であり、以下に図５および図６を参照して、本実施例における画素信号の読み出し動作について説明する。

説明の便宜上、図６に示す情報シンボル１０１の構成画素であるＰ２と、情報シンボル１０１の右隣に位置する情報シンボル１０２の構成画素であるＰｘと、情報シンボル１０１の真下に位置する情報シンボル１０３の構成画素であるＰｙの読み出し動作について説明する。

同一情報シンボル内の各画素の読み出しシーケンスは、同じである為、説明を省く。

情報シンボル１０１のＰ２、Ｐｘ、Ｐｙに相当する再生光は、それぞれホトダイオード２２、２２Ｘ、２２Ｙの受光面に結像する。まず、水平方向に並ぶ、情報シンボル１０１と１０２を読み出し、２値化する場合について説明する。

読み出す画素位置の水平ラインを選択する駆動パルスを発生する垂直シフトレジスタ（ＶＳＲ）１１により、ライン単位で、リセット、蓄積、読み出し制御が行われる。

ＶＳＲ１１は、Φｓ１，Φｔ１，Φｒ１，をアクティブにする事により、読み出す水平ラインに位置する画素のリセット、蓄積、読み出し制御を行う。

続いて、Φｓ２，Φｔ２，Φｒ２，をアクティブにする事により、空間的に下に位置する情報シンボルを構成するの画素のリセット、蓄積、読み出し制御を行う。

ＶＳＲ１１は、情報シンボル１０１、１０２の空間位置に配置されているホトダイオード２２，２２Ｘに蓄積された光電荷を読み出すことを以下により行う。

Φｓ１をアサートし、セレクト用ＭＯＳトランジスタ５ａ，５ｂをオンにし、読み出し用ソースフォロアＭＯＳトランジスタ４ａ，４ｂをアクティブにする。

次に、Φｒ１をアサートし、リセット用ＭＯＳトランジスタ３ａ，３ｂをオンし、フローティングディフュージョン容量７ａ，ｂを電源電圧６にリセットする。

リセット動作終了後、Φｒ１をディアサートする。この時、発生するリセットノイズは、ランダムノイズと共に、フローティングディフュージョン容量７ａ，ｂに蓄積される。

このノイズ成分を読み出し用ソースフォロアＭＯＳトランジスタ４ａ，４ｂを介して、読み出し、ノイズキャンセル回路６２，６２Ｘに保持する。

このとき、読み出し用ソースフォロアＭＯＳトランジスタ４ａ，４ｂのＶｔｈのばらつきである固定パターンノイズも同時に保持される。

次に、Φｔ１をアサートし、転送用ＭＯＳトランジスタ２ａ，２ｂをオンにして、ホトダイオード１ａ，１ｂに蓄積された光電荷を、フローティングディフュージョン容量７ａ，ｂに転送する。

光電荷が転送された事によるフローティングディフュージョン容量７ａ，ｂの電圧は、転送された光電荷の量に応じて、変化する。

この変化量が画素信号であり、読み出し用ソースフォロアＭＯＳトランジスタ４ａ，４ｂを介して、ノイズキャンセル回路６２，６２Ｘに保持される。

アンプ６２，６２Ｘでは、画素信号から、先に保持したノイズ信号を引く事で、リセットノイズ、固定パターンノイズをキャンセルした高Ｓ／Ｎの画素信号を生成する。

水平シフトレジスタ（ＨＳＲ）１０は、まず、Ｓ１をアサートし、スイッチ９ａをオンにし、ノイズキャンセル回路６２の画素信号出力を、コンパレータ７２のプラス端子に入力する。

この後、図４を用いて説明した２値化手法により、２値化処理が実行され、デジタル情報に変換される。

情報シンボル１の変換が終了すると、次に、情報シンボル１０２の２値化処理を行う為、スイッチ９ａをオフにし、スイッチ９ｂをオンにして、ノイズキャンセル回路６２Ｘの画素信号出力を、コンパレータ７２のプラス端子に入力する。

この後、図４を用いて説明した２値化手法により、２値化処理が実行され、デジタル情報に変換される。１行目に接続されているすべての情報シンボルの２値化処理が終了すると次に空間的の下に位置する情報シンボルの２値化を行う。

ホトダイオード２２Ｙに蓄積された光電荷を読み出す為、ＶＳＲ１１は、Φｓ２，Φｔ２，Φｒ２をアクティブとする。

ＶＳＲ１１は、ホトダイオード２２Ｙに蓄積された光電荷を読み出す為、Φｓ２をアサートし、セレクト用ＭＯＳトランジスタ５ｃをオンにし、読み出し用ソースフォロアＭＯＳトランジスタ４ｃをアクティブにする。

次に、Φｒ２をアサートし、リセット用ＭＯＳトランジスタ３ｃをオンし、フローティングディフュージョン容量７ｃを電源電圧６にリセットする。リセット動作終了後、Φｒ２をディアサートする。

この時、発生するリセットノイズは、ランダムノイズと共に、フローティングディフュージョン容量７ｃに蓄積される。このノイズ成分を読み出し用ソースフォロアＭＯＳトランジスタ４ｃを介して、読み出し、ノイズキャンセル回路６２に保持する。

このとき、読み出し用ソースフォロアＭＯＳトランジスタ４ｃのＶｔｈのばらつきである固定パターンノイズも同時に保持される。

次に、Φｔ２をアサートし、転送用ＭＯＳトランジスタ２ｃをオンにして、ホトダイオード２２Ｙに蓄積された光電荷を、フローティングディフュージョン容量７ｃに転送する。

光電荷が転送された事によるフローティングディフュージョン容量７ｃの電圧は、転送された光電荷の量に応じて変化する。この変化量が画素信号であり、読み出し用ソースフォロアＭＯＳトランジスタ４ｃを介して、ノイズキャンセル回路６２に保持される。

ノイズキャンセル回路６２では、画素信号から、先に保持したノイズ信号を引く事で、リセットノイズ、固定パターンノイズをキャンセルした高Ｓ／Ｎの画素信号を生成する。

水平シフトレジスタ１０は、まず、Ｓ１をアサートし、スイッチ９ａをオンにし、ノイズキャンセル回路６２の画素信号出力を、コンパレータ７２のプラス端子に入力する。

この後、図４を用いて説明した２値化手法により、２値化処理が実行され、デジタル情報に変換される。

以上説明したように、本発明では、ホログラフィック記録媒体から再生された２次元空間強度分布光を、エリアセンサで受光し、２値化して、２次元デジタル符号に復調する処理が以下により行われる。

２次元デジタル符号の１情報シンボルにあたるブロックの全画素を、同時並列に受光部より読み出し共通の可変閾値を持った比較器に入力し、閾値を変更（減少）しながら全画素一斉に比較する。

本発明による２次元デジタル符号は、１シンボル中の１（オン画素）の数が予め決まっているので、閾値をスキャンしながら、比較器が所定の数、１（オン）になった時点で、比較動作をやめ（閾値スキャンを終了）、比較器の全出力をラッチする事で、非常に小規模な回路で、正確な２値化処理を実現する事を可能とした。

本発明による、同軸タイプのホログラフィックメモリ方式（コリニア方式）による実施例の光学系の構成を示すブロック図である。 図１中のホログラムディスク２１６上の記録媒体の構成を示す断面図である。 本実施例の記録再生に用いた２次元デジタル符号を示す図である。 １情報シンボルを受光した画素部の構成を示す回路図である。 図１中のＣＭＯＳセンサ２１９の画素部の詳細な構成を示す回路図である。 情報シンボルの読出動作を説明するための図である。

符号の説明

１１ 垂直シフトレジスタ（ＶＳＲ）
２０〜２８ ホトダイオード
３０〜３８ ソースフォロアアンプ
５０ ホログラム記録媒体
５２ 反射膜
５１ プリフォーマット基板
５３ ギャップ層
５４ 波長選択反射膜
５５ ホログラム記録層
５６ カバー層
６０〜６８ ノイズキャンセル回路
７０〜７８ コンパレータ
８０〜８８ ラッチ
９０ リファレンスジェネレータ
９１ 多数決論理回路
９２ 制御信号
２０１ 緑レーザ
２０２ コリメータ
２０３ ミラー
２０４ ＳＬＭ
２０５ 参照光
２０６ 情報光
２０７ ＰＢＳ
２０８，２１０，２１３，２２３ ミラー
２１１ ＤＢＳ
２１２ ＱＷＰ
２１４ 対物レンズ
２１５ スピンドルモータ
２１６ ホログラムディスク
２１７ 開口
２１８，２２２ レンズ
２１９ ＣＭＯＳ
２２０ 赤レーザ
２２１ ＢＳ
２２４ 光検出器
Ｓ０〜Ｓ８ 出力スイッチ

Claims (8)

1. 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光から２次元デジタル符号を再生するホログラム再生装置において、
   前記再生光を受光して、前記２次元デジタル符号を構成する１情報シンボル分の画素データ群を同時に出力するエリアセンサと、
   前記画素データ群の信号のそれぞれを共通の閾値で２値化する比較器群と、
   アクティブとなった前記比較器群の出力の数を数えるカウント手段と、
   前記カウント手段にてカウントされる前記比較器群のアクティブとなった出力数が所定の数となるまで前記共通の閾値を連続的に可変する閾値可変手段と、を有し、
   前記カウント手段にてカウントされる前記比較器群のアクティブとなった出力数が所定の数となったときの前記比較器群の出力を２値化処理された前記２次元デジタル符号を構成する１情報シンボル分のデータとすることを特徴とするホログラム再生装置。
2. 請求項１に記載のホログラム再生装置において、
   前記情報シンボルが、水平Ｎ画素、垂直Ｍ画素から構成される２次元情報であることを特徴とするホログラム再生装置。
3. 請求項１または請求項２に記載のホログラム再生装置において、
   前記１つの情報シンボルの画素データ群が、光強度の強い画素の数と光強度の弱い画素の数の比が一定であることを特徴とするホログラム再生装置。
4. 請求項３に記載のホログラム再生装置において、
   前記閾値可変手段は、前記共通の閾値の初期値を光強度の強い画素による値よりも大きく設定することを特徴とするホログラム再生装置。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のホログラム再生装置において、
   前記エリアセンサがＣＭＯＳセンサであることを特徴とするホログラム再生装置。
6. 請求項５に記載のホログラム再生装置において、
   前記ＣＭＯＳセンサは、前記１情報シンボルの画素数単位で、同時かつ並列に読み出し可能な前記ＣＭＯＳセンサであることを特徴とするホログラム再生装置。
7. 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光から２次元デジタル符号を再生するエリアセンサにおいて、
   前記再生光を受光して、前記２次元デジタル符号を構成する１情報シンボル分の画素データ群を同時に出力する受光部と、
   前記画素データ群の信号のそれぞれを共通の閾値で２値化する比較器群と、
   アクティブとなった前記比較器群の出力の数を数えるカウント手段と、
   前記カウント手段にてカウントされる前記比較器群のアクティブとなった出力数が所定の数となるまで前記共通の閾値を連続的に可変する閾値可変手段と、を有し、
   前記カウント手段にてカウントされる前記比較器群のアクティブとなった出力数が所定の数となったときの前記比較器群の出力を２値化処理された前記２次元デジタル符号を構成する１情報シンボル分のデータとすることを特徴とするエリアセンサ。
8. 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光から２次元デジタル符号を再生するホログラム再生方法において、
   前記再生光を受光して、前記２次元デジタル符号を構成する１情報シンボル分の画素データ群を同時に得るステップと、
   前記画素データ群の信号のそれぞれを共通の閾値で２値化する比較ステップと、
   前記比較ステップにてアクティブとなった前記前記画素データ群の信号数を数えるカウントステップと、
   前記カウントステップにてカウントされる前記アクティブとなった前記前記画素データ群の信号数が所定の数となるまで前記共通の閾値を連続的に可変し、そのときの２値化された出力を前記２次元デジタル符号を構成する１情報シンボル分のデータとする閾値可変ステップと、を有することを特徴とするホログラム再生方法。

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