JP2008234731A - 符号画像記録再生システム、符号画像記録装置、符号画像記録方法、及び記録媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明を適用しない場合に比べ、符号画像の有効な面積を増大させることのできる符号画像記録再生システムを提供する。
【解決手段】符号画像記録装置は、記録の対象となる情報に基づいて画素の点灯・消灯を制御した符号画像要素であって、画素の大きさが互いに異なる符号画像要素を含む、複数の符号画像要素を生成して、記録媒体に記録させる。情報再生装置は、記録媒体に形成された複数の符号画像要素を含む符号画像であって、複数の符号画像要素に、画素の大きさが互いに異なっている符号画像要素を含む符号画像を画像データとして取得し、当該取得した画像データに基づいて、符号画像が表す情報を再生する符号画像記録再生システムである。
【選択図】図１

Description

本発明は、符号画像記録再生システム、符号画像記録装置、符号画像記録方法、及び記録媒体に関する。

近年、１次元もしくは２次元状のデータを有する信号光を光記録媒体に照射し、そのデータを記録する光記録に関する研究が盛んに行われている。特に大きな記録容量が見込めるフーリエ変換ホログラム記録が注目されている。フーリエ変換ホログラムは、記録の対象となる情報を有する信号光をフーリエ変換して記録媒体に照射し、当該情報を記録する。フーリエ変換ホログラムでは、記録領域が微小になり、また記録した情報を再生するときに、記録媒体の損傷に対して強いなどのメリットがある。このような光記録においては、情報量を増やすために、信号光に口径の大きなビームを使用することが望まれている。
特開２００３−３３７５２３号公報

光ビームを利用して記録した情報の再生時には、レンズなどの光学系を介して再生することが多い。特にフーリエ変換ホログラムを再生するときには、記録媒体からの回折光をレンズによって逆フーリエ変換する必要がある。レンズなどの光学系を用いると、レンズ端部での収差のために、光軸近傍ではピントが合っていても、光軸から離れるにつれてピントがずれて、像にぼけが生じる。従って、符号画像の面積は高々、像がぼけない領域までに限られている。

本発明は、上記の実情に鑑みて為されたもので、本発明を適用しない場合に比べ、記録媒体から光学系を介して記録された符号画像を再生するときにレンズによる収差の影響が少なくなるような、記録および／または再生ができる符号画像記録再生システム、符号画像記録装置、符号画像記録方法、及びそれによって生成される符号画像を記録する記録媒体を提供することをその目的の一つとする。

請求項１記載の発明は、符号画像記録装置と、情報再生装置と、を含む符号画像記録再生システムであって、前記符号画像記録装置は、記録の対象となる情報に基づいて画素の明暗を制御した符号画像要素であって、前記画素の大きさが互いに異なる符号画像要素を含む、複数の符号画像要素を生成する符号画像要素手段と、前記複数の符号画像要素が配列した符号画像を生成する手段と、前記生成した符号画像を記録媒体に投影し、記録媒体に符号画像を記録する記録手段と、を含み、前記情報再生装置は、記録媒体に形成された複数の符号画像要素を含む符号画像であって、前記複数の符号画像要素に、画素の大きさが互いに異なっている符号画像要素を含む符号画像を、前記記録媒体から光学系を介して画像データとして取得する手段と、前記取得した画像データに基づいて、前記符号画像が表す情報を再生する手段と、を含むこととしたものである。

請求項２記載の発明は、符号画像記録装置であって、記録の対象となる情報に基づいて画素の明暗を制御した符号画像要素であって、前記画素の大きさが互いに異なる符号画像要素を含む、複数の符号画像要素を生成する符号画像要素生成手段と、前記複数の符号画像要素が配列した符号画像を生成する符号画像生成手段と、前記生成した符号画像を記録媒体に投影し、記録媒体に符号画像を記録する記録手段と、を含むこととしたものである。

請求項３記載の発明は、請求項２記載の符号画像記録装置であって、前記符号画像生成手段は、情報を表す画素の大きさが信号光の光軸からの距離に応じて単調増加または単調減少するような符号画像を表す信号光を生成し、前記記録手段は、前記信号光を記録媒体に投影し、記録媒体に符号画像を記録することとしたものである。

請求項４記載の発明は、請求項２記載の符号画像記録装置であって、前記符号画像生成手段は、複数の符号画像要素のうち、情報を表す画素の大きさが実質的に同じ符号画像要素を、点対称に配列し、かつ、対称の中心位置に近接するほど、情報を表す画素の大きさが単調増加または単調減少するような符号画像を表す信号光を生成し、前記記録手段は、前記信号光を、前記対象の中心位置が光軸となるように、記録媒体に投影することとしたものである。

請求項５記載の発明は、符号画像の記録方法であって、記録の対象となる情報に基づいて画素の明暗を制御した符号画像要素であって、前記画素の大きさが互いに異なる符号画像要素を含む、複数の符号画像要素を生成し、当該生成した複数の符号画像要素が配列した符号画像を記録媒体に投影し、記録媒体に符号画像を記録することとしたものである。

請求項６記載の発明は、記録媒体であって、記録の対象となる情報に基づいて画素の明暗を制御した符号画像要素であって、前記画素の大きさが互いに異なる符号画像要素を含む、複数の符号画像要素を配列した符号画像が記録されてなることとしたものである。

請求項７記載の発明は、請求項６記載の記録媒体であって、再生時に光検出器により検出される光波の光軸に近接するほど、情報を表す画素の大きさが単調増加または単調減少するよう、前記符号画像要素が配列されていることとしたものである。

請求項１または２または５記載の発明によれば、本発明を適用しない場合に比べ、記録媒体から光学系を介して記録された符号画像を再生するときに、レンズによる収差の影響が少ない記録および／または再生が可能となる。

請求項３記載の発明によれば、レンズの収差の影響度合いに応じて符号画像要素を配列でき、さらにレンズによる収差の影響が少ない記録および／または再生が可能となる。

請求項４記載の発明によれば、レンズの収差の影響度合いに応じて符号画像要素を配列でき、さらにレンズによる収差の影響が少ない記録および／または再生が可能となる。

請求項６記載の発明によれば、本発明を適用しない場合に比べ、再生時および／または記録時にレンズによる収差の影響が少ないフーリエ変換ホログラムが記録された記録媒体を提供できる。

請求項７記載の発明によれば、さらに、レンズの収差の影響度合いに応じて符号画像要素が配列された記録媒体を提供できる。

本発明の実施の形態について、フーリエ変換ホログラムを例として、図面を参照しながら説明する。本発明の実施の形態に係る符号画像記録再生システム１は、記録媒体３０に情報を記録し、また、当該記録された情報を再生して出力するものである。この符号画像記録再生システムは、例えば図１に示すように光源１１、ビームスプリッタ１２、光学系１３、空間光変調器１５、符号画像生成装置１６、第１フーリエ変換レンズ１７、第１ミラー１８、第２ミラー１９、受光部２０、及び情報再生装置２１と、第２フーリエ変換レンズ２２とを備えている。

なお、記録媒体３０は、記録媒体における記録位置を変えられるようなステージ（不図示）に支持されている。

光源１１は、コヒーレント光を放射するものであり、例えばレーザーダイオードなどを用いて実現される。ビームスプリッタ１２は、光源１１が放射するコヒーレント光を、光学系１３と第１ミラー１８との２方向へ分けて導く。光学系１３は、ビームスプリッタ１２を経て到来したコヒーレント光を、予め定めた口径の平行光（ビーム）へ拡大する。

空間光変調器１５は、例えばドットマトリクスの液晶（ＬＣＤ）デバイスであり、符号画像生成装置１６によって生成された二値画像を表示する。この空間光変調器１５は、光学系１３を経て到来した平行光の一部を、液晶の点灯（光を透過しない状態）しているドットによって遮蔽する。これにより、二値画像のドットの点灯・消灯のパターンに応じて、平行光が強度変調され、情報を表す信号光として、この空間光変調器１５を透過する。

符号画像生成装置１６は、マイクロコンピュータなどのプログラム制御デバイスを含んで構成される。この符号画像生成装置１６のマイクロコンピュータは、プログラムを保持し、ワークメモリとしても動作するメモリ素子を含む。このプログラムは、ＤＶＤなどコンピュータ可読な記録媒体に含まれて提供されてもよい。

この符号画像生成装置１６は、記録の対象となる情報の入力を受け入れる。そして当該受け入れた情報に基づいて、空間光変調器１５のドットを所定の単位（画素単位）で明暗により変調させ、符号画像を表示させる。

本実施の形態では、符号画像生成装置１６は、一つの符号画像を生成するにあたり、大きさの互いに異なる複数種類の画素を用いる。例えば符号画像の画素は、ドットマトリクス液晶の少なくとも一つのドットを用いて形成することができる。具体的な例として、図２（ａ）に示すように、１ドットで形成される画素と、図２（ｂ）に示すように、矩形の４ドットを組として形成される画素とを用いれば、それぞれ１×１のサイズの画素と、２×２のサイズの画素として利用できる。

第１フーリエ変換レンズ１７は、いわゆる凸レンズであり、入射された平行光の回折像として、当該入射された平行光のフーリエ変換像を形成するレンズである。本実施の形態では、この第１フーリエ変換レンズ１７が信号光の入射を受けるので、信号光のフーリエ変換像が所定の位置に形成される。本実施の形態では、この所定の位置に記録媒体３０が配置され、信号光のフーリエ変換像が投射される。

一方、第１ミラー１８及び第２ミラー１９は、ビームスプリッタ１２から導かれたコヒーレント光を反射し、参照光として、記録媒体３０に照射する。この第１、第２ミラー１８，１９によって導かれる参照光は、第１フーリエ変換レンズ１７を透過して記録媒体３０に到来する信号光と斜めに交わり、記録媒体３０上に干渉パターンを形成する。そして記録媒体３０には、この干渉パターンが記録される。

また、第１フーリエ変換レンズ１７を透過する信号光を遮蔽し、第１ミラー１８、第２ミラー１９を介して記録媒体３０に参照光が照射されると、記録媒体３０に記録されている干渉パターンに基づいて信号光が再生される。

第２フーリエ変換レンズ２２は、記録媒体３０から回折された光を、逆フーリエ変換する。そして、受光部２０は、このようにして再生される信号光を受光する。そして当該信号光のパターン（再生符号画像）を、情報再生装置２１に出力する。情報再生装置２１は、マイクロコンピュータなどのプログラム制御デバイスを含んで構成される。この情報再生装置２１のマイクロコンピュータは、プログラムを保持し、ワークメモリとしても動作するメモリ素子を含む。このプログラムは、ＤＶＤなどコンピュータ可読な記録媒体に含まれて提供されてもよい。

この情報再生装置２１は、受光部２０から信号光のパターンの像の入力を受けて、記録されている情報を再生して出力する。この情報再生装置２１の動作については、後に詳しく述べる。

ここで符号画像生成装置１６の動作例について述べる。本実施の形態の符号画像生成装置１６は、既に述べたように、記録の対象となる情報に基づいて符号画像を生成する。

符号画像生成装置１６は、まず、記録の対象となる情報を外部から読み込む。そして当該情報のサイズを調べる。符号画像生成装置１６は、一つの符号画像に含めることのできる情報量で外部から読み込んだ情報のサイズを除して、符号画像の枚数（データページ数）を算出する。

符号画像生成装置１６は、次に、読み込んだ情報をビットパターン（例えば、「０」または、「１」の２値による列）に変換する。そして当該ビットパターンに対して誤り訂正符号を付加する。

符号画像生成装置１６は、このビットパターンに基づいて、画素の明暗によるパターンを生成する。ビットパターンが「０」と「１」の２値で表されている場合は、画素を点灯・消灯することで制御できる。具体的な例として、この点灯・消灯のパターンは、図３に例示するように、隣接する画素間で点灯・消灯の状態が異なる場合（点灯・消灯が隣接する場合）を「１」、異ならない場合（点灯・点灯が隣接する場合、または消灯・消灯が隣接する場合）を「０」として、所定の順（例えばスキャンライン順）に画素を配列したものである。なお、スキャンラインの順とは、所定幅の領域に画素を配列するにあたり、当該領域の左上隅を起点として、左から右へ１ライン配列し、次に、下へずれてまた左から右へ次のラインを配列し…というように複数のラインに沿って画素を配列する順をいう。なお、データの配列はこの限りではなく、微分コード法（Science 265, 749-752 (1994)）やモジュレーションコード法など、周知の方法の適用が可能である。

また本実施の形態では、配列する領域が輪状など、中空となっていて、ラインによっては当該中空によって分断される場合もある。この場合は、２つの異なるラインとして配列を行うこととすればよい。また、別の例では、このように中空の領域になっている場合は、スキャンライン順でなく、最外周または最内周から順に、周に沿って時計回りまたは反時計回りに画素を配列すればよい。

本実施の形態においては、符号画像生成装置１６が、図４に例示するように、互いにそのサイズが異なっている画素を含んだ符号画像を生成する。図４の上欄に示した符号画像の例では、その下欄に示すように、信号光の光軸を中心として、同心矩形状に複数の領域Ｚ１，Ｚ２…が設けられている。そして、これらの領域Ｚ１，Ｚ２…ごとに、領域内の符号画像部分（符号画像要素）を構成する画素（構成画素）のサイズを異ならせている。図４では、信号光の光軸からの距離に応じて、単調に増大、または単調に減少するように、各領域内で用いる画素の大きさが調整されている。

符号画像生成装置１６は、例えば図５に示すように、この中央の矩形状の領域Ｚ１に、スキャンライン順に点灯・消灯のパターンを制御した画素を配列していく。そして当該領域Ｚ１への配列が終了すると、次に、当該領域Ｚ１のすぐ外側を取り囲む領域Ｚ２に対して、例えばその内周側から順に、環状時計回りに画素を配列する。そして領域Ｚ２への配列が終了すると、さらにその領域Ｚ２のすぐ外側を取り囲む領域Ｚ３に対して、領域Ｚ２と同様の方法で画素を配列していく。

また符号画像の別の例として、符号画像生成装置１６は、図６に示すように、信号光の光軸を中心とする同心円環状に、構成画素の大きさを互いに異ならせた複数の領域Ｚ１，Ｚ２…（図６下欄参照）を形成してもよい。

図４，図６の例では、情報を表す画素の大きさが実質的に同じ符号画像要素を、信号光の光軸を中心に、対称に配列し、光軸から遠方にある領域ほど構成画素のサイズを大きくしている。これは、信号光の光軸付近の像が、受光部２０の面上で結像する場合に対応するものである。この場合、光軸中心の信号光パターンのボケが比較的少なくなるのに対して、レンズの収差により光軸から離隔するほど信号光パターンの結像位置がずれて、ボケがより大きくなる。そこで、記録媒体３０の面において焦点が合っておらず、ボケが生じていても、像を再生可能な程度に画素のサイズを大きくしているのである。

従って逆に、光軸中心ではなく、光軸からずれた位置において、受光部２０面上で結像するように調整されている場合は、当該光軸からずれた位置においてよりサイズの小さい画素を配列する領域を形成し、光軸中心に近い領域ほどサイズの大きい画素を配列するようにすればよい。以下では、光軸中心の画像を結像させる場合を例として説明する。

また、本実施の形態の符号画像記録再生システムでは、記録媒体３０上に、図４，図６で例示したようなサイズの異なる画素を含んでなる符号画像を、複数ページ記録してもよい。すなわちこの符号画像記録再生システムは、参照光の記録媒体３０への入射角を変化させつつ、記録媒体３０に複数の符号画像（ページ画像）を逐次、記録してもよい（いわゆる、角度多重記録方式）。

こうしてこの符号画像記録再生システムにより、記録媒体３０上には、記録の対象となる情報に基づいて点灯・消灯が制御される画素を配列した符号画像要素を複数含む符号画像が記録される。また一つの符号画像に含まれる符号画像要素のうちには、符号画像要素を構成する画素の大きさが互いに異なるものを含む。例えば、再生時に照射される光源（参照光）の光軸に近接するほど、情報を表す画素の大きさが単調増加または単調減少するよう、符号画像要素が配列されている。

次に、本実施の形態の符号画像記録再生システムの、情報再生装置２１の動作について説明する。この情報再生装置２１は、受光部２０で受光した、再生符号画像（再生ページ画像）の入力を受ける。

こうして得られた再生ページ画像は、図７にその概要を例示するように、再生時に照射される光源（参照光）の光軸付近の像が、受光部２０の受光面に結像し、光軸（符号画像の中心部分）から離隔するに従って像のボケが増大するものとなる。図７は、図４に示した符号画像の再生像を概念的に表した説明図である。

情報再生装置２１は、次に、再生ページ画像から符号画像の区画を特定する。この特定は、例えば予め符号画像周囲にマーカーを記録しておき、当該マーカーを検出することによって行うことができる、また情報再生装置２１は、特定した符号画像の区画の四隅座標から各符号画像要素の再生像部分を特定する。

図４または図６に例示した領域に含まれる像として予め定められているので、情報再生装置２１は、再生符号画像における対応領域内の画像をそれぞれ抽出すればよい。

情報再生装置２１は、各対応領域内の画像に基づいて輝度データ列を取得し、さらにこの輝度データ列において隣接する輝度データ同士の差分値の列を算出する。この輝度データの差分値は、例えば、黒（消灯）の画素から白（点灯）している画素の間、または黒（消灯）の画素から白（点灯）している画素の間において、その絶対値が有意な値となり、それ以外の部分では有意な値とはならないデータである。

情報再生装置２１は、対応領域に含まれる画素サイズを参照し、符号画像生成装置１６において画素を配列したラインに沿って、参照した画素サイズに対応する間隔で逐次的に、微分データの値を抽出する。ここで抽出した微分データが有意な値となっていれば「１」、有意な値となっていなければ「０」と判定して、この判定結果を逐次的に記録する。この記録がビットパターンの再生された情報（再生ビットパターン）となる。

情報再生装置２１は、さらに再生ビットパターンについて誤り訂正符号を利用した誤り訂正を行いつつ、情報の復号を行う。この情報の復号により、ビットパターンから記録の対象であったバイトデータ配列が復元される。情報再生装置２１は、ここで復元した情報を出力する。

なお、ここまでの説明では、光源からの光を、空間光変調器を透過させて信号光を得る場合を例として説明したが、本発明の実施の形態は、これに限られず、光源からの光を、空間光変調器で反射させて信号光を得るシステムとして構成しても構わない。

また、ここまでの説明では空間光変調器１５がドットマトリクスの液晶表示デバイスであるとしてきたが、これに限られない。例えばこの空間光変調器１５は、図２（ｃ）に例示するように、予め図４，図６等に例示した領域ごとに異なる大きさの画素を配列した液晶パターンを形成したものであってもよい。この場合、符号画像生成装置１６は、当該液晶パターンによって作られる画素の点灯・消灯を、ビットパターンに基づいて制御することとなる。

さらにここまでの説明では、符号画像生成装置１６が生成する符号画像における画素の配列や、画素のサイズ、異なるサイズの画素が形成される領域の位置や形状などについて、情報再生装置２１側において予め設定されているものとして説明したが、これに限られず、情報再生装置２１が、受光部２０から入力を受けた符号画像の像から各領域を認識して切り出すこととしてもよい。この場合は、例えば符号画像生成装置１６は、各領域の境界を画定するためのマーカー画像などを符号画像に含めることとしておけばよい。

以上の通り本実施の形態によると、符号画像を構成する画素のサイズを全体で均一にする場合に比べ、一つの符号画像内で、記録媒体への投影像のボケの程度に応じて画素のサイズを変更する。すなわち、図７に例示したように、より強くボケが生じる部分（周縁部）では画素のサイズを大きくして情報の記録・再生を可能とし、また結像している部分近傍（中心部）については、画素のサイズを小さくすることで記録容量を増大させている。このことにより、本発明を適用しない場合に比べ、符号画像の有効な面積を増大させることができる。

なお、本実施の形態では記録媒体からレンズを介して情報を再生させる例としてフーリエ変換ホログラムを例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。記録媒体からレンズを介して情報を再生させる場合はレンズの収差が再生像に影響されるため、本発明はフーリエ変換ホログラム以外にも適用が可能である。

本発明の実施の形態に係る符号画像記録再生システムの例を表す構成ブロック図である。 本発明の実施の形態に係る符号画像記録再生システムが用いる画素の例を表す説明図である。 本発明の実施の形態に係る符号画像記録再生システムの符号画像の構成例を表す説明図である。 本発明の実施の形態に係る符号画像記録再生システムの符号画像の一例及び、画素の配置例を表す説明図である。 本発明の実施の形態に係る符号画像記録再生システムでの画素の配列方法の例を表す説明図である。 本発明の実施の形態に係る符号画像記録再生システムの符号画像の別の例及び、画素の配置例を表す説明図である。 本発明の実施の形態に係る符号画像記録再生システムが記録した符号画像の再生像を概念的に表した説明図である。

符号の説明

１ 符号画像記録再生システム、１１ 光源、１２ ビームスプリッタ、１３ 光学系、１５ 空間光変調器、１６ 符号画像生成装置、１７，２２ フーリエ変換レンズ、１８ 第１ミラー、１９ 第２ミラー、２０ 受光部、２１ 情報再生装置、３０ 記録媒体。

Claims (7)

1. 符号画像記録装置と、情報再生装置と、を含む符号画像記録再生システムであって、
   前記符号画像記録装置は、
   記録の対象となる情報に基づいて画素の明暗を制御した符号画像要素であって、前記画素の大きさが互いに異なる符号画像要素を含む、複数の符号画像要素を生成する符号画像要素手段と、
   前記複数の符号画像要素が配列した符号画像を生成する手段と、
   前記生成した符号画像を記録媒体に投影し、記録媒体に符号画像を記録する記録手段と、
   を含み、
   前記情報再生装置は、
   記録媒体に形成された複数の符号画像要素を含む符号画像であって、前記複数の符号画像要素に、画素の大きさが互いに異なっている符号画像要素を含む符号画像を、前記記録媒体から光学系を介して画像データとして取得する手段と、
   前記取得した画像データに基づいて、前記符号画像が表す情報を再生する手段と、
   を含むことを特徴とする符号画像記録再生システム。
2. 記録の対象となる情報に基づいて画素の明暗を制御した符号画像要素であって、前記画素の大きさが互いに異なる符号画像要素を含む、複数の符号画像要素を生成する符号画像要素生成手段と、
   前記複数の符号画像要素が配列した符号画像を生成する符号画像生成手段と、
   前記生成した符号画像を記録媒体に投影し、記録媒体に符号画像を記録する記録手段と、
   を含むことを特徴とする符号画像記録装置。
3. 前記符号画像生成手段は、情報を表す画素の大きさが信号光の光軸からの距離に応じて単調増加または単調減少するような符号画像を表す信号光を生成し、
   前記記録手段は、前記信号光を記録媒体に投影し、記録媒体に符号画像を記録することを特徴とする、請求項２記載の符号画像記録装置。
4. 前記符号画像生成手段は、複数の符号画像要素のうち、情報を表す画素の大きさが実質的に同じ符号画像要素を、点対称に配列し、
   かつ、対称の中心位置に近接するほど、情報を表す画素の大きさが単調増加または単調減少するような符号画像を表す信号光を生成し、
   前記記録手段は、前記信号光を、前記対象の中心位置が光軸となるように、記録媒体に投影することを特徴とする、請求項２記載の符号画像記録装置。
5. 記録の対象となる情報に基づいて画素の明暗を制御した符号画像要素であって、前記画素の大きさが互いに異なる符号画像要素を含む、複数の符号画像要素を生成し、当該生成した複数の符号画像要素が配列した符号画像を記録媒体に投影し、記録媒体に符号画像を記録することを特徴とする符号画像記録方法。
6. 記録の対象となる情報に基づいて画素の明暗を制御した符号画像要素であって、前記画素の大きさが互いに異なる符号画像要素を含む、複数の符号画像要素を配列した符号画像が記録されてなることを特徴とする記録媒体。
7. 再生時に光検出器により検出される光波の光軸に近接するほど、情報を表す画素の大きさが単調増加または単調減少するよう、前記符号画像要素が配列されていることを特徴とする、請求項６記載の記録媒体。

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