JP2007157305A - データ再生方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ホログラムとして記録されたデジタルデータを、高Ｓ／Ｎで精度よく再生することができるデータ再生方法及び装置を提供する。
【解決手段】空間光変調器の表示画像１の各画素２を、撮像素子の３×３画素からなるユニット３で読み取り、ユニット３に含まれる９画素の輝度値の中で最大の輝度値を検出信号５とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、データ再生方法及び装置に係り、特に、二値のデジタルデータを記録したホログラムから、記録されたデジタルデータを精度よく再生するデータ再生方法及び装置に関する。

ホログラフィック・データ・ストレージでは、二値のデジタルデータに応じて生成された信号光パターンを空間光変調器に表示し、表示されたパターンに応じてレーザ光を変調することで、信号光が生成される。生成された信号光は参照光と共に光記録媒体に照射され、光記録媒体中で信号光と参照光とが干渉することで、干渉パターンがホログラムとして記録される。再生時には、参照光だけを光記録媒体に照射すると、照射された参照光はホログラムによって回折され、記録した信号光パターンに応じた回折像が再生される。この再生像をＣＣＤ、ＣＭＯＳセンサ等の撮像素子で撮像して電気信号に変換することにより、信号光に保持されたデジタルデータを読み取ることができる。

再生信号の処理方法としては、信号光を生成する空間光変調器の画素と再生像の読み取る撮像素子の画素とをマッチさせて再生像を読み取る画素マッチシステムと、空間光変調器の１画素を撮像素子の複数画素を用いて読み取る画素サンプリングシステムと、が提案されている（特許文献１）。後者の画素サンプリングシステムの方が、アライメントの制約が少ない点でメリットがある。

画素サンプリングシステムでは、例えば、空間光変調器の１画素を撮像素子の２×２画素で受光し、これら４画素の平均輝度を検出信号とする。この方法では、再生データのアドレッシングのために、再生像中に配置された基準パターン（マーカー）の位置を検出し、二次元に配置されたアドレスごとに平均輝度を読み取りこれをデータとする。
特開２００４−３６２６８６号公報

しかしながら、ホログラムから再生された再生画像には、光学系等に起因する歪が発生している場合がある。このように再生画像に歪がある場合には、計算された二次元アドレスと実際のアドレスとが一致せず、結果として読み取りエラーが発生する、という問題がある。また、開口率の低い空間光変調器を用いた場合には、複数画素の平均輝度を検出信号とする平均化処理により輝度が低下し、ＳＮＲが劣化する、という問題がある。

本発明は、上記問題を解決すべく成されたものであり、本発明の目的は、ホログラムとして記録されたデジタルデータを、高Ｓ／Ｎで精度よく再生することができるデータ再生方法及び装置を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明のデータ再生方法は、二値のデジタルデータを明暗画像で表す信号光と参照光とを同時に照射して前記信号光をホログラムとして記録した光記録媒体に、読出し光として前記参照光を照射し、前記参照光の照射により前記ホログラムから再生された再生光を受光素子に結像し、該再生光を結像して得られた明暗画像の各画素を、前記受光素子の複数画素で受光し、前記複数画素の輝度値の中で最大の輝度値が、対応する明暗画像の画素の輝度値となるように、前記受光素子からの検出信号を処理し、二値のデジタルデータを復号することを特徴としている。

本発明のデータ再生方法では、再生光を結像して得られた明暗画像の各画素を受光素子の複数画素で受光し、複数画素の輝度値の中で最大の輝度値が対応する明暗画像の画素の輝度値となるように受光素子からの検出信号を処理することで、計算されたアドレスと実際のアドレスのずれを解消することができ、デジタルデータを高Ｓ／Ｎで精度よく再生することができる。また、受光素子の複数画素内で平均化処理を行わないのでコントラストが鮮明になる。

以上説明したように本発明によれば、デジタルデータを高Ｓ／Ｎで精度よく再生することができる、という効果がある。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例を詳細に説明する。

（高Ｓ／Ｎ化の原理）
図１は本発明の高Ｓ／Ｎ化の原理を説明するための図である。また、図２は従来の画素サンプリングの方式を説明するための図である。この例では、空間光変調器（ＳＬＭ）の表示画像が再生像として得られている。また、空間光変調器の１画素を撮像素子（ＣＣＤ）の３×３画素で読み取っている。図１及び図２では、色の濃い画素の方が輝度が高く明るいものとする。

従来方式では、図２に示すように、空間光変調器の表示画像１の所定画素２を、撮像素子の３×３画素からなるユニット３で読み取り、ユニット３に含まれる９画素の平均輝度を検出信号４としていた。この方法では、平均化処理された結果、撮像素子のユニット２の読み取り輝度が再生像の輝度とは異なるものとなる。このため、再生画像に歪がある場合には、計算された二次元アドレスと実際のアドレスとが一致せず、結果として読み取りエラーが発生する。また、開口率の低い空間光変調器を用いた場合には、平均化処理により輝度が低下し、ＳＮＲが劣化する。

本発明では、図１に示すように、空間光変調器の表示画像１の所定画素２を、撮像素子の３×３画素からなるユニット３で読み取り、ユニット３に含まれる９画素の輝度値の中で最大の輝度値を検出信号５とする。この方法では、計算されたアドレスと実際のアドレスのずれを解消することができ、デジタルデータを高Ｓ／Ｎで精度よく再生することができる。また、受光素子の複数画素内で平均化処理を行わないのでコントラストが鮮明になる。実験結果は実施の形態の中で示す。

（第１の実施の形態）
図４は、第１の実施の形態に係るホログラム記録再生装置の概略構成を示す図である。図示した通り、この記録再生装置では信号光と参照光とを同軸で光記録媒体に照射することができる。

このホログラム記録再生装置には、コヒーレント光であるレーザ光を発振する光源１０が設けられている。光源１０のレーザ光照射側には、レンズ１２、１４からなるビームエキスパンダ１５が配置されている。ビームエキスパンダ１５の光透過側には、所定方向の偏光だけを透過すると共にそれ以外の偏光を反射する偏光ビームスプリッタ１６が配置されている。以下では、偏光ビームスプリッタ１６は、Ｐ偏光を透過し、Ｓ偏光を反射するものとして説明する。

偏光ビームスプリッタ１６の光反射側には、反射型の空間光変調器１８が配置されている。空間光変調器１８は、パターン発生器３２を介してパーソナルコンピュータ３０に接続されている。パターン発生器３２は、パーソナルコンピュータ３０から供給されたデジタルデータに応じて空間光変調器１８に表示するパターンを生成し、空間光変調器１８は、表示パターンに応じて入射したレーザ光を変調し、ページ毎のデジタル画像（信号光）と参照光とを生成する。生成された信号光と参照光とは、偏光ビームスプリッタ１６の方向に反射され、偏光ビームスプリッタ１６を透過する。偏光ビームスプリッタ１６の信号光透過側には、１/４波長板２０、レンズ２２、２４、フーリエ変換レンズ２６が光路に沿ってこの順に配置されている。

ホログラム再生時、光記録媒体２８に参照光が照射されると、照射された参照光は、ホログラムによって回折され、回折光は光記録媒体２８の反射層２８ａでフーリエ変換レンズ２６の方向に反射される。反射された回折光は、偏光ビームスプリッタ１６に入射し、光検出器３６の方向に反射される。偏光ビームスプリッタ１６の回折光反射側には、ＣＣＤやＣＭＯＳアレイ等の撮像素子で構成され、受光した再生光（回折光）を電気信号に変換して出力する光検出器３６が配置されている。光検出器３６は、パーソナルコンピュータ３０に接続されている。

本実施の形態では、図５に示すように、光検出器３６は複数の画素からなる受光ユニットＡ₁〜Ａ_nから構成されており、各ユニットは空間光変調器１８の各画素に対応して設けられている。これにより、光検出器３６の各画素で検出された輝度値（画像データ）は、受光ユニット毎に区分されると共に、空間光変調器１８の各画素と対応付けられて、パーソナルコンピュータ３０に入力される。

次に、パーソナルコンピュータ３０によって実行される記録再生処理の処理ルーチンについて説明する。図６は記録再生処理の処理ルーチンを示すフローチャートである。まず、ユーザは入力装置（図示せず）を操作して、記録処理か再生処理かを選択する。デジタルデータをホログラムとして記録する場合には、記録するデジタルデータを予めパーソナルコンピュータに入力しておく。

ステップ１００で、記録処理が選択されたか、再生処理が選択されたかを判断し、記録処理が選択された場合には、ステップ１０２で、光源１０からレーザ光を照射すると共にパーソナルコンピュータ３０からデジタルデータを所定のタイミングで出力し、ホログラムの記録処理を実行して、ルーチンを終了する。

ここで、ホログラムの記録処理について説明する。
光源１０から発振されたレーザ光は、ビームエキスパンダ１５により大径のビームにコリメートされて、偏光ビームスプリッタ１６に入射し、空間光変調器１８の方向に反射される。パーソナルコンピュータ３０からデジタルデータが入力されると、パターン発生器３２において、供給されたデジタルデータに応じて信号光パターンが生成され、参照光パターンと合成されて、空間光変調器１８に表示されるパターンが生成される。空間光変調器１８では、表示されたパターンに応じてレーザ光が偏光変調され、信号光と参照光とが生成される。

例えば、図７に示すように、空間光変調器１８の中央部分をデータ表示用（信号光用）に使用すると共に、空間光変調器１８の周辺部分を参照光用に使用する。空間光変調器１８の中央部分に入射したレーザ光は、表示パターンに応じて偏光変調され、信号光が生成される。一方、空間光変調器１８の周辺部分に入射したレーザ光は、表示パターンに応じて偏光変調され、参照光が生成される。

空間光変調器１８で偏光変調された信号光及び参照光は、偏光ビームスプリッタ１６に照射され、偏光ビームスプリッタ１６を透過して直線偏光の振幅分布に変換される。その後、１/４波長板２０で円偏光に変換され、レンズ２２によりフーリエ変換される。信号光及び参照光は、レンズ２４で逆フーリエ変換され、レンズ２６により再びフーリエ変換されて、光記録媒体２８に同時に且つ同軸で照射される。これによって、光記録媒体２８中で信号光と参照光とが干渉して、干渉パターンがホログラムとして記録される。

図６のステップ１００で、再生処理が選択された場合には、ステップ１０４で、再生画像の取得処理を開始する。即ち、光源１０からレーザ光を照射し、再生画像の取得処理を実行する。

ここで、再生画像の取得処理について説明する。
図８に示すように、空間光変調器１８の中央部分に遮光パターン（全部、黒画素）を表示し、空間光変調器１８の周辺部分には記録時と同じ参照光パターンを表示する。これにより、空間光変調器１８の周辺部分に入射したレーザ光だけが偏光変調されて参照光が生成され、偏光ビームスプリッタ１６を透過して振幅分布に変換された後、光記録媒体２８のホログラムが記録された領域に参照光だけが照射される。

照射された参照光は、ホログラムによって回折され、回折光は光記録媒体２８の反射層２８ａでレンズ２６の方向に反射される。反射された回折光は、レンズ２６より逆フーリエ変換され、レンズ２４、２２でリレーされ、１/４波長板２０でＳ偏光に変換されて、偏光ビームスプリッタ１６に入射し、光検出器３６の方向に反射される。レンズ２２の焦点面では再生像を観察することができる。

この再生像が光検出器３６によって検出される。検出されたアナログデータは光検出器３６によってＡ／Ｄ変換され、再生画像の画像データがパーソナルコンピュータ３０に入力され、ＲＡＭ（図示せず）に保持される。上述した通り、光検出器３６の各画素で検出された輝度値（画像データ）は、受光ユニット毎に区分されると共に、空間光変調器１８の各画素と対応付けられて、パーソナルコンピュータ３０に入力される。

次に、ステップ１０６に進み、ＲＡＭに保持された再生画像の画像データを読み出し、光検出器３６の受光ユニット毎に最大の輝度値が、受光ユニットに対応する空間光変調器１８の画素の輝度値となるように、読み出した画像データを処理する。そして、次のステップ１０８で、二値のデジタルデータを復号して、ルーチンを終了する。これにより、信号光に保持されたデジタルデータが精度よく復号される。

上述した方法でデジタルデータをホログラム記録し再生した。図３（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれ、従来方法と本発明の方式でホログラムを記録し再生したときの再生信号のヒストグラムである。横軸は２５６階調で表現した輝度値を表し、縦軸は画素の検出頻度を表す。●は黒画素をプロットしたものであり、○は白画素をプロットしたものである。

実験結果より、本発明のデータ再生方法（図３（Ｂ））では、従来の方法（図３（Ａ））に比べて、黒画素の階調が減少し、白画素の階調が増加して、コントラストが高くなったことがわかる。

従来方式では、図２に示すように、空間光変調器の表示画像１の所定画素２を、撮像素子の３×３画素からなるユニット３で読み取り、ユニット３に含まれる９画素の平均輝度を検出信号４としていた。この方法では、平均化処理された結果、撮像素子のユニット２の読み取り輝度が再生像の輝度とは異なるものとなる。このため、再生画像に歪がある場合には、計算された二次元アドレスと実際のアドレスとが一致せず、結果として読み取りエラーが発生する。また、開口率の低い空間光変調器を用いた場合には、平均化処理により輝度が低下し、ＳＮＲが劣化する。

これに対し、本発明では、図１に示すように、空間光変調器の表示画像１の所定画素２を、撮像素子の３×３画素からなるユニット３で読み取り、ユニット３に含まれる９画素の輝度値の中で最大の輝度値を検出信号５とする。この方法では、計算されたアドレスと実際のアドレスのズレを解消することができ、デジタルデータを高Ｓ／Ｎで精度よく再生することができる。また、受光素子の複数画素内で平均化処理を行わないのでコントラストが鮮明になる。

本発明の高Ｓ／Ｎ化の原理を説明するための図である。 従来の画素サンプリングの方式を説明するための図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は再生像から複号された信号のヒストグラムを表す図である。 第１の実施の形態に係るホログラム記録再生装置の概略構成を示す図である。 光検出器の受光ユニットの配置図である。 記録再生処理の処理ルーチンを示すフローチャートである。 空間光変調器の表示画像を示す図である。 再生画像を取得する場合の空間光変調器の表示画像を示す図である。

符号の説明

１ 表示画像
２ 所定画素
３ ユニット
４ 検出信号
５ 検出信号
１０ 光源
１２，１４ レンズ
１５ ビームエキスパンダ
１６ 偏光ビームスプリッタ
１８ 空間光変調器
２０ 波長板
２２ レンズ
２４ レンズ
２６ フーリエ変換レンズ
２８ 光記録媒体
２８ａ 反射層
３０ パーソナルコンピュータ
３２ パターン発生器
３６ 光検出器

Claims (2)

1. 二値のデジタルデータを明暗画像で表す信号光と参照光とを同時に照射して前記信号光をホログラムとして記録した光記録媒体に、読出し光として前記参照光を照射し、
   前記参照光の照射により前記ホログラムから再生された再生光を受光素子に結像し、
   該再生光を結像して得られた明暗画像の各画素を、前記受光素子の複数画素で受光し、
   前記複数画素の輝度値の中で最大の輝度値が、対応する明暗画像の画素の輝度値となるように、前記受光素子からの検出信号を処理し、二値のデジタルデータを復号する、
   データ再生方法。
2. 二値のデジタルデータを明暗画像で表す信号光と参照光とを同時に照射して前記信号光をホログラムとして記録した光記録媒体に、読出し光として前記参照光を照射する参照光照射手段と、
   前記参照光の照射により前記ホログラムから再生された再生光を結像する結像手段と、
   該再生光を結像して得られた明暗画像の各画素を、複数画素で受光する受光素子と、
   前記複数画素の輝度値の中で最大の輝度値が、対応する明暗画像の画素の輝度値となるように、前記受光素子からの検出信号を処理し、二値のデジタルデータを復号するデータ処理手段と、
   を備えたデータ再生装置。
   

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