JP2020064697A - Hologram recording/reproducing device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、２次元画像シンボルとして変調されホログラム記録されたデータを、ビット列データに復調するホログラム記録再生装置に関するものである。 The present invention relates to a hologram recording / reproducing device that demodulates data that is modulated as a two-dimensional image symbol and hologram-recorded into bit string data.
近年、大容量かつ高速の情報記録再生システムとしてホログラム記録再生装置が注目されている。ホログラム記録は、参照光・信号光と称される同一光源からの２つのコヒーレント光を干渉させ、生じた干渉縞を記録媒体に屈折率変化として記録・保持する。信号光は「ページデータ」と称される２次元画像データにより空間的に変調され、レンズを介して記録媒体へ照射される。
また再生時には、記録したときと同一条件の参照光を、好ましくは記録時の参照光照射方向とは逆側から記録媒体へ照射する（位相共役再生）と、記録媒体の内部のホログラムにより光が回折し、再生光が得られる。これを撮像素子等で撮像し、読み取られた２次元画像データを復調することで元の情報を読み出すことが可能である。
In recent years, a hologram recording / reproducing device has attracted attention as a large-capacity and high-speed information recording / reproducing system. In hologram recording, two coherent light beams, which are called reference light and signal light, from the same light source are caused to interfere with each other, and the resulting interference fringes are recorded / held as a refractive index change on a recording medium. The signal light is spatially modulated by the two-dimensional image data called "page data" and is irradiated onto the recording medium via the lens.
Further, at the time of reproduction, when the reference light under the same conditions as at the time of recording is irradiated onto the recording medium, preferably from the side opposite to the reference light irradiation direction at the time of recording (phase conjugate reproduction), the light is generated by the hologram inside the recording medium. Diffract to obtain reproduction light. The original information can be read by capturing an image of this with an image sensor or the like and demodulating the read two-dimensional image data.
ところで、上述したように、記録すべき信号は、２次元画像データにより空間的に変調される。この時の変調時に、ページデータを分割したある一定の範囲中で輝点と暗点の判定を行う、例えば下記特許文献１に記載された手法が知られている。これは、再生時の諸条件やレーザ光の面内方向の輝度ムラ等によって、ページデータの周辺部と中心部で、再生されたページデータの輝度条件が異なるために行うものである。
この手法において使用される変調コードの例としては、隣り合うピクセルの回折光強度の引き算を行い、その結果がマイナスであれば“0”、プラスであれば“1”にそれぞれ対応付ける差分コードや、図４（ａ）に示す5:9変調方式等がある。
By the way, as described above, the signal to be recorded is spatially modulated by the two-dimensional image data. At the time of modulation at this time, for example, a method described in Patent Document 1 below is known, in which a bright spot and a dark spot are determined in a certain range in which page data is divided. This is done because the brightness condition of the reproduced page data is different between the peripheral part and the central part of the page data due to various conditions during reproduction, brightness unevenness in the in-plane direction of the laser light, and the like.
As an example of the modulation code used in this method, subtraction of the diffracted light intensities of adjacent pixels, and if the result is negative, it corresponds to “0”, if it is positive, it corresponds to “1”. There is a 5: 9 modulation method and the like shown in FIG.
ここで、5:9変調方式とは、5ビット（25=32とおり）のデータを、輝点2シンボルと暗点7シンボルで構成した3×3の9シンボルで表現する方式である。記録するデータを5ビット区切りで変調し、3×3の変調ブロックを敷き詰めて並べることでページデータを形成する。例えば、1,740画素×1,044画素のページデータであれば、1740×1044÷(3×3)=201,840個の変調ブロックが並べられていることになる（図４（ｂ）を参照）。 Here, the 5: 9 modulation method is a method in which 5-bit ( 25 = 32 ways) data is expressed by 3 × 3 9 symbols composed of 2 bright point symbols and 7 dark point symbols. Page data is formed by modulating the data to be recorded with 5-bit divisions and laying out and arranging 3x3 modulation blocks. For example, in the case of page data of 1,740 pixels × 1,044 pixels, 1740 × 1044 ÷ (3 × 3) = 201,840 modulation blocks are arranged (see FIG. 4B).
このような変調方式とされているので、復調時に各シンボルの輝度値を計測し、輝点と暗点の判定を行うことで、データを再生することが可能となる。一般的な、データの復調手法としては、各シンボルの輝度を相対的に比較し、輝度レベルが高い順にシンボルとして判定する硬判定が一般的である。例えば、5:9変調方式の場合には、輝点が2つ含まれることから、9つのシンボルの輝度を測定し、最も輝度が高い2点を輝点とみなして復調する（図４（ｃ）を参照）。 Since such a modulation method is used, it is possible to reproduce the data by measuring the luminance value of each symbol at the time of demodulation and determining the bright point and the dark point. As a general data demodulation method, a hard decision is generally made in which the brightness of each symbol is relatively compared and the symbols are determined as symbols in descending order of brightness level. For example, in the case of the 5: 9 modulation method, since two bright points are included, the brightness of nine symbols is measured, and the two points having the highest brightness are regarded as bright points and demodulated (see FIG. See)).
上記変調コードにおける各パターンは任意に作成することができる。例えば、5:9変調方式の場合、9つのシンボルから2つの輝点を選ぶため、パターンの候補は9C2=36通り存在し、その中から任意の5ビット、すなわち32通りを選択することになる。その際、例えば輝点の位置が互いに類似するパターン同士では、復調誤りが生じやすくなってしまうため、復調誤りが生じやすい順に４つのパターンを選び、この4つのパターンを避けるようにして32パターンを選択する。
パターンの組み合わせが最適となるように選択する手法としては、例えば、本願発明者等が提案した手法が知られている（非特許文献１）。この手法は、全ての変調パターンについてユークリッド距離和を計算し、相互距離が短いパターンを不採用とし、ビット間の距離との組み合わせからパターンを選択する。
Each pattern in the modulation code can be created arbitrarily. For example, in the case of the 5: 9 modulation method, two bright points are selected from nine symbols, so there are 9 C 2 = 36 pattern candidates, and any 5 bits, that is, 32 patterns, should be selected from them. become. At this time, for example, demodulation errors are likely to occur between patterns having similar bright spot positions, so four patterns are selected in the order in which demodulation errors are likely to occur, and 32 patterns are selected to avoid these four patterns. select.
As a method of selecting an optimal combination of patterns, for example, a method proposed by the inventors of the present application is known (Non-Patent Document 1). In this method, Euclidean distance sums are calculated for all modulation patterns, patterns with short mutual distances are not adopted, and patterns are selected from combinations with the distance between bits.
しかしながら、さらなる情報の高密度記録化の要請に応え得るホログラム記録再生装置を構成しようとした場合、ページデータは多値記録フォーマットとすることが肝要である。
このような多値記録フォーマットとしては、復調誤りが生じやすくなるのを避けることができるとともに、誤りが生じ難い変調パターンを効率よく高速で選択することができる手法を構築する必要がある。
However, in order to construct a hologram recording / reproducing apparatus that can meet the demand for higher density recording of further information, it is essential that the page data be in a multi-value recording format.
As such a multi-level recording format, it is necessary to construct a method capable of avoiding easy occurrence of demodulation errors and efficiently selecting a modulation pattern that is less likely to cause errors at high speed.
本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、高密度記録化が可能な多値記録フォーマットを採用しつつ、変調パターンを復調誤りが生じ難いものとすることができ、復調誤りが生じ難い変調パターンの選択を効率よく迅速に行い得るホログラム記録再生装置を提供することを目的とするものである。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and while adopting a multi-valued recording format capable of high density recording, it is possible to make a demodulation error of a modulation pattern hard to occur, and a demodulation error hard to occur. It is an object of the present invention to provide a hologram recording / reproducing device capable of efficiently and quickly selecting a pattern.
本発明のホログラム記録再生装置は、
所望の信号の変調パターンを複数個配列してなるページデータを記録するホログラム記録再生装置において、
複数個の該変調パターン同士は、互いに同一数の画素を同一形状に配列したものからなるとともに、該同一数の画素中に所定の同一数の輝点を設けてなり、任意の２つの該変調パターンにおける該輝点同士の座標位置の距離をｄとし、当該任意の２つの変調パターンにおける当該輝点同士の輝度レベルの差をｉとし、
該任意の２つの変調パターンにおける当該輝点同士の座標位置の距離ｄと、当該任意の２つの変調パターンにおける当該輝点同士の輝度レベルの差ｉと、装置光学系の光学特性によって決定される、当該輝点同士の輝度レベルの差ｉに対する当該輝点同士の座標位置の距離ｄの重み係数αと、を変数として用いた下記条件式（１）で表される総和をＳとし、当該任意の２つの変調パターンにおける前記輝点同士の該総和Ｓを各々足し合わせて得られた合計総和をＳＡとしたとき、該合計総和ＳＡの大きさに基づき、該変調パターン同士が復調時に互いに誤りとなる確率を最も小さくし得るように、所望の数の前記変調パターンを選択して、生成する変調パターン生成手段を備えたことを特徴とするものである。
The hologram recording / reproducing apparatus of the present invention,
In a hologram recording / reproducing apparatus for recording page data formed by arranging a plurality of modulation patterns of a desired signal,
Each of the plurality of modulation patterns includes the same number of pixels arranged in the same shape, and a predetermined same number of bright spots are provided in the same number of pixels. The distance between the coordinate positions of the bright points in the pattern is d, and the difference in the brightness level between the bright points in the two arbitrary modulation patterns is i.
It is determined by the distance d between the coordinate positions of the bright points in the arbitrary two modulation patterns, the difference i in the brightness level between the bright points in the arbitrary two modulation patterns, and the optical characteristics of the device optical system. , The weighting coefficient α of the distance d between the coordinate positions of the bright points with respect to the difference i in the brightness level between the bright points is used as a variable, and the total sum represented by the following conditional expression (1) is S, and When the total sum S obtained by adding the total sums S of the bright spots in the two modulation patterns is defined as S A , the modulation patterns are mutually demodulated at the time of demodulation based on the size of the total sum S A. It is characterized in that a modulation pattern generating means for selecting and generating a desired number of the modulation patterns is provided so that the probability of an error can be minimized.
また、前記変調パターン生成手段による前記変調パターンを選択する処理は、
前記複数個の変調パターンの中から順次選ばれた１つの変調パターンと、その余の各変調パターンとの組み合わせによる前記合計総和ＳＡを、全て足し合わせて合計総和総計値ＳＴを算出し、この合計総和総計値ＳＴが大きい方から所望の数の前記変調パターンを選択する処理とすることができる。
Further, the process of selecting the modulation pattern by the modulation pattern generation means,
One modulation pattern sequentially selected from the plurality of modulation patterns, and the total sum S A by the combination of the remaining modulation patterns are all added to calculate a total sum total value S T , A process of selecting a desired number of the modulation patterns from the larger total sum total value S T can be performed.
また、前記変調パターン生成手段による前記変調パターンを選択する処理は、
全ての前記２つの変調パターンの組み合わせ各々に係る前記合計総和ＳＡの中で、最小となる該合計総和ＳＡに係る前記２つの変調パターンの組み合わせを判別し、判別された組み合わせに係る前記２つの変調パターンをいずれも除外する処理を繰り返して、所望の数の前記変調パターンを選択する処理とすることができる。
Further, the process of selecting the modulation pattern by the modulation pattern generation means,
Among the total sums S A of all combinations of the two modulation patterns, the smallest combination of the two modulation patterns of the total sum S A is determined, and the combination of the two determined The process of excluding any one of the two modulation patterns can be repeated to select a desired number of the modulation patterns.
本発明のホログラム記録再生装置によれば、輝点位置と輝度レベルの各要素に基づいて変調パターンを形成し、多値記録フォーマットを形成しているので、容易に高密度記録化を図ることができる。 According to the hologram recording / reproducing apparatus of the present invention, since the modulation pattern is formed based on each element of the bright spot position and the brightness level to form the multi-value recording format, it is possible to easily achieve high density recording. it can.
また、輝点位置の相互距離ｄと、輝度レベルの相互距離ｉと、該iに対する該ｄの重み係数αを用いて定義される
の値である総和Ｓを当該任意の２つの変調パターンにおける各輝点同士について求め、これら各輝点同士の総和Ｓを足し合わせて当該任意の変調パターンにおける合計総和ＳＡを求め、この合計総和ＳＡに基づき、所望の数の変調パターンの組み合わせを選択、生成するようにしているので、輝点同士の座標位置及び輝度レベルの双方についてのユークリッド距離和の相互距離が短い変調パターンが排除された、復調誤りが生じ難い変調パターンの選択を効率よく迅速に行うことができる。
Further, it is defined using the mutual distance d of the bright spot positions, the mutual distance i of the brightness level, and the weighting coefficient α of the d with respect to the i
Is calculated for each bright point in the two arbitrary modulation patterns, and the total sum S of these bright points is added to obtain a total sum S A in the arbitrary modulation pattern. Since a desired number of combinations of modulation patterns are selected and generated based on S A , modulation patterns having a short mutual distance of the Euclidean distance sums for both the coordinate positions of the bright points and the brightness level are excluded. In addition, it is possible to efficiently and quickly select a modulation pattern in which a demodulation error is unlikely to occur.
以下、本発明の実施形態に係るホログラム記録再生装置を、図面を参照しながら説明する。このホログラム記録再生装置は、信号読み取りの誤り率低下の処理が施された変調パターンにより構成されるページデータを記録し、再生するホログラム記録再生装置である。 Hereinafter, a hologram recording / reproducing apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. This hologram recording / reproducing apparatus is a hologram recording / reproducing apparatus that records and reproduces page data composed of a modulation pattern that has been subjected to signal reading error rate reduction processing.
すなわち、本実施形態に係るホログラム記録再生装置は、所望の信号の変調パターンを複数個配列してなるページデータを記録するものであり、このように記録に資する複数個の変調パターンについて、複数個の輝点位置と、複数個の輝点レベルの要素を採用することにより、高密度記録が可能な多値記録を実現している。 That is, the hologram recording / reproducing apparatus according to the present embodiment records page data formed by arranging a plurality of modulation patterns of a desired signal. In this way, a plurality of modulation patterns that contribute to recording are recorded. By adopting the bright spot position and multiple bright spot level elements, multi-value recording capable of high density recording is realized.
また、復調時の誤り率が小さくなるよう所望の数の変調パターンを選択生成する際に、物理的に成立し得る変調パターン候補の中から順次選択された各々について、信号読み取りの誤り率を推定し得る所定の評価値を演算し、この評価値に基づき、信号読み取りの誤り率が少ないと推定される順に、必要な数の変調パターンを選択生成しているので、変調パターンを復調誤りが生じ難いものとすることができ、復調誤りが生じ難い変調パターンの選択を効率よく迅速に行うことができる。 In addition, when selecting and generating a desired number of modulation patterns so that the error rate at the time of demodulation becomes small, the signal reading error rate is estimated for each of the sequentially selected modulation pattern candidates that can be physically established. A predetermined evaluation value that can be calculated is calculated, and based on this evaluation value, the necessary number of modulation patterns are selected and generated in the order in which the error rate of signal reading is estimated to be low. It is possible to make the selection difficult, and it is possible to efficiently and quickly select the modulation pattern in which the demodulation error is hard to occur.
＜ホログラム記録再生装置＞
まず、本実施形態のホログラム記録再生装置について、その光学系を中心とした構成を図１を用いて説明する。
<Hologram recording / reproducing device>
First, the configuration of the hologram recording / reproducing apparatus of the present embodiment centering on the optical system will be described with reference to FIG.
この実施形態に係るホログラム記録再生装置１０１は、ホログラムの記録機能および再生機能を備えた記録再生装置として構成されている。
なお、ホログラム記録媒体１１０はフォトポリマーで構成され、位相共役型に対応した構成とされている。
The hologram recording / reproducing apparatus 101 according to this embodiment is configured as a recording / reproducing apparatus having a hologram recording function and a hologram recording function.
The hologram recording medium 110 is made of a photopolymer and has a structure corresponding to the phase conjugate type.
図１に示すように、記録時において、光源であるレーザ１１１から出射されたコヒーレントなレーザ光束は、図示されないシャッタを通過し、発散レンズ１１２およびコリメートレンズ１１３からなるビームエキスパンダ（空間フィルタ１０９を含む）により光束径を拡大され、半波長板１１４を通過し、ミラー１１５により直角に偏向され、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ：以下単にＰＢＳと称する）１１６により２系の光束に分岐される。 As shown in FIG. 1, at the time of recording, a coherent laser light flux emitted from a laser 111 which is a light source passes through a shutter (not shown) and a beam expander (a spatial filter 109 is formed by a diverging lens 112 and a collimating lens 113). The light beam diameter is expanded by the inclusion (including), passes through the half-wave plate 114, is deflected at a right angle by the mirror 115, and is split into two light beams by a polarization beam splitter (PBS: simply referred to as PBS hereinafter) 116.
ＰＢＳ１１６から図中左方に向かう光束（信号搬送用光：ｐ偏光）は、ＰＢＳ１１７を透過してＳＬＭ１６０に照射され、該ＳＬＭ１６０により空間的に変調されて、デジタル画像からなるページデータ情報を担持した信号光とされる。なお、このＳＬＭ１６０に表示されたページデータは、上述した変調パターン生成手段１０により生成された変調パターンを配列して構成されている。
ここで、記録する信号データ列を5ビット区切りで変調し、3×3の変調ブロックを敷き詰めて並べることでページデータを形成した場合には、例えば、1,740画素×1,044画素のページデータであれば、1740×1044÷(3×3)=201,840個の変調ブロックが配列されることになる。
A light flux (light for signal transport: p-polarized light) traveling from the PBS 116 to the left in the drawing is transmitted through the PBS 117, irradiated on the SLM 160, spatially modulated by the SLM 160, and carries page data information composed of a digital image. It is used as a signal light. The page data displayed on the SLM 160 is configured by arranging the modulation patterns generated by the modulation pattern generation means 10 described above.
Here, when the page data is formed by modulating the signal data sequence to be recorded with 5-bit division and arranging the modulation blocks of 3 × 3 to line up, for example, if page data of 1,740 pixels × 1,044 pixels is used, , 1740 × 1044 ÷ (3 × 3) = 201,840 modulation blocks are arranged.
また、ＳＬＭ１６０から出射（反射）されたｐ偏光である信号光は、ページデータに依存して入射した状態とは偏光状態が変化してｓ偏光となり、ＰＢＳ１１７において図中下方に反射され、レンズ（ＦＴＬ）１１８によって光学的にフーリエ変換されてホログラム記録媒体１１０に照射される。 The signal light, which is p-polarized light emitted (reflected) from the SLM 160, changes its polarization state from the incident state depending on page data to become s-polarized light, which is reflected downward in the figure by the PBS 117 and the lens ( The FTL) 118 optically performs a Fourier transform and irradiates the hologram recording medium 110.
一方、ＰＢＳ１１６から図中下方に向かう光束（ｓ偏光）は、参照光（記録時参照光）とされ、半波長板１２２（半波長板１２２の光学軸が入射光の偏光方位に合致するように調整しておく）を通過し、ミラー１２３により直角に偏向されるが、ｓ偏光とされているためＰＢＳ１２４により反射され、ＰＢＳ１２４から図中下方に向かうことになる。この光束はガルバノミラー１２５により角度制御され、リレーレンズ１２６を介して記録媒体１１０中の信号光が照射される場所へ、信号光とは別角度で照射され、これにより、記録媒体１１０の記録材料中に干渉縞模様の光の強弱に応じた屈折率変化が誘起され、これがホログラム情報として保持される。 On the other hand, the light flux (s-polarized light) traveling downward from the PBS 116 in the drawing is used as reference light (reference light during recording), and the half-wave plate 122 (the optical axis of the half-wave plate 122 matches the polarization direction of the incident light). After being adjusted, the light is deflected at a right angle by the mirror 123, but since it is s-polarized light, it is reflected by the PBS 124 and goes downward from the PBS 124 in the figure. The angle of the light flux is controlled by the galvano mirror 125, and the light is irradiated onto the place of the signal light in the recording medium 110 via the relay lens 126 at a different angle from the signal light, whereby the recording material of the recording medium 110 is irradiated. A change in the refractive index depending on the intensity of light having an interference fringe pattern is induced therein, and this is held as hologram information.
なお、本実施形態装置においては、角度多重記録が前提とされているので、ページデータを上記ＳＬＭに表示させ、逐次、上記ＳＬＭへのページデータの表示を更新しつつ、この更新毎に、参照光の記録媒体への入射角度をガルバノミラー１２５によって少しずつ変化させることにより、互いに異なるページデータを記録媒体中の同一位置へ多重記録することが可能となり、高密度な情報格納が可能となっている。 Since the apparatus of the present embodiment is premised on the angle multiplex recording, the page data is displayed on the SLM, and the display of the page data on the SLM is sequentially updated. By gradually changing the incident angle of light to the recording medium by the galvano mirror 125, different page data can be multiplex-recorded at the same position in the recording medium, which enables high-density information storage. There is.
次に、本実施形態のホログラム記録再生装置１０１の再生機能について説明する。
図１に示すように、ホログラム記録媒体１１０に記録されたページデータ情報を再生する場合には、半波長板１２２の光軸に対する角度を調整することで、参照光の偏光方向を（ｓ偏光からｐ偏光に）変換する。この参照光は、ミラー１２３で反射された後、ＰＢＳ１２４に到達するが、半波長板１２２によってｐ偏光とされているので、このＰＢＳ１２４を直進することになる。
Next, the reproducing function of the hologram recording / reproducing apparatus 101 of this embodiment will be described.
As shown in FIG. 1, when reproducing the page data information recorded on the hologram recording medium 110, the polarization direction of the reference light (from the s-polarized light is adjusted by adjusting the angle with respect to the optical axis of the half-wave plate 122). (to p-polarized light). This reference light reaches the PBS 124 after being reflected by the mirror 123, but since it is p-polarized by the half-wave plate 122, it travels straight through the PBS 124.
ＰＢＳ１２４を直進した参照光は、ミラー１３２により反射されて、ガルバノミラー１５０で角度制御され、レンズ１３６を介してホログラム記録媒体１１０に入射される。
このように、記録媒体１１０へ入射された再生用の参照光は、記録媒体１１０中の信号光が照射された場所へ、その裏面側から記録用参照光の入射方向とは対向するような方向から照射される。
The reference light traveling straight through the PBS 124 is reflected by the mirror 132, angle-controlled by the galvano mirror 150, and enters the hologram recording medium 110 via the lens 136.
In this way, the reproduction-specific reference light that has entered the recording medium 110 is directed to the location on the recording medium 110 where the signal light is irradiated, in a direction that is opposite to the incident direction of the recording-specific reference light from the back side thereof. Is irradiated from.
このように、ｓ偏光の再生用参照光の照射によって、ホログラム記録媒体１１０から所定の上記変調パターンを配列してなるページデータ情報を担持した再生光が射出される。
射出された再生光は、レンズ１１８を介してＰＢＳ１１７に照射される。このとき再生光はｐ偏光とされているのでＰＢＳ１１７を透過し、再生光に担持されたページデータ情報はカメラ１２０に入射して撮像される。
In this way, by the irradiation of the s-polarized reproduction reference light, the reproduction light carrying the page data information in which the predetermined modulation patterns are arranged is emitted from the hologram recording medium 110.
The emitted reproduction light is applied to the PBS 117 via the lens 118. At this time, since the reproduction light is p-polarized light, it transmits through the PBS 117, and the page data information carried by the reproduction light enters the camera 120 and is imaged.
＜変調パターンの生成手法＞
ところで、上述したＳＬＭ１６０に入射されるページデータを構成する変調パターンとしては、例えばＭ：Ｎ変調方式と称される種々の方式を採用し得る。ここで、Ｍ：Ｎ変調方式とはＭ個のビット列をＮ個の画素からなるシンボルに変調する方式である。例えば、５：９変調方式とは、一般に、５ビット（３２個）のデータを３×３の９画素で表す変調方式である。
<Method of generating modulation pattern>
By the way, as the modulation pattern forming the page data incident on the SLM 160 described above, various methods called M: N modulation method can be adopted. Here, the M: N modulation method is a method of modulating M bit strings into symbols composed of N pixels. For example, the 5: 9 modulation method is generally a modulation method in which 5-bit (32 pieces) data is represented by 3 × 3 9 pixels.
以下、本実施形態において５：９変調方式を採用した場合の変調パターンの生成手法について説明する。
５：９変調方式を採用する場合、９つのシンボルから２つの輝点を選択するため、変調パターンの候補は、９Ｃ２＝３６通り存在し、その中から任意の５ビット、すなわち３２個の変調パターンを選択することになる。その際、例えば輝点の位置が互いに類似するパターン同士では、復調誤りが生じやすくなってしまうため、復調誤りが生じやすい順に４つのパターンを選択し、この４つのパターンを避けるようにして３２パターンを選択する。あるいは、復調誤りが生じにくい順に３２個のパターンを選択する。
Hereinafter, a method of generating a modulation pattern when the 5: 9 modulation method is adopted in this embodiment will be described.
When the 5: 9 modulation method is adopted, two bright points are selected from nine symbols, so that there are 9 C 2 = 36 modulation pattern candidates, of which 5 arbitrary bits, that is, 32 The modulation pattern will be selected. At this time, for example, demodulation errors are likely to occur between the patterns in which the positions of the bright spots are similar to each other. Therefore, four patterns are selected in the order in which the demodulation errors are likely to occur, and these four patterns are avoided so that 32 patterns can be obtained. Select. Alternatively, 32 patterns are selected in the order in which demodulation errors are less likely to occur.
ところで、さらに高密度記録が可能なホログラムメモリー装置を構成しようとした場合、ページデータは多値記録フォーマットとすることが考えられる。例えば、１０ビットのデータを3×3シンボル中の３つの輝点及び３種類の輝度レベルで表現する１０:９変調方式の場合、９Ｃ３=８４通りの輝点位置と３３=２７通りの輝度レベルの組み合わせによる2,268通りのパターンから、1,024通り（１０ビット）のパターンを選択する。その際、前述したユークリッド距離を用いてパターンを選択する場合、輝点の位置方向だけではなく、輝度レベルについても計算することが高密度記録を図る上で有利である。 By the way, when an attempt is made to construct a hologram memory device capable of higher density recording, it is conceivable that the page data will be in a multi-value recording format. For example, in the case of a 10: 9 modulation system in which 10-bit data is represented by three bright points in 3 × 3 symbols and three kinds of brightness levels, 9 C 3 = 84 bright point positions and 3 3 = 27 different 1,024 (10-bit) patterns are selected from the 2,268 patterns depending on the combination of the luminance levels. At this time, when selecting a pattern using the above-mentioned Euclidean distance, it is advantageous for high-density recording to calculate not only the position direction of the bright spot but also the brightness level.
このような場合、復調時において、輝点位置の判定に比べて輝度レベル判定がシビアであることも考慮して、重み付けを行う必要がある。重みは、ＳＬＭで表示するシンボル（画素）のサイズや、カメラの階調や画素サイズ等、さらには、装置のシステム構成によっても異なることとなる。 In such a case, at the time of demodulation, it is necessary to perform weighting in consideration of the fact that the brightness level determination is more severe than the determination of the bright spot position. The weight varies depending on the size of the symbol (pixel) displayed on the SLM, the gradation of the camera, the pixel size, and the like, and also depending on the system configuration of the apparatus.
ここで、本実施形態における、上述した順番の判定に係るアルゴリズムについて説明する。
すなわち、任意の２つの変調パターンにおける輝点同士の座標位置の距離（以下、輝点位置の相互距離とも称する）をｄとし、当該任意の２つの変調パターンにおける輝点同士の輝度レベルの差（以下、輝点レベルの相互距離とも称する）をｉとする。
また、装置光学系の光学特性に基づき決定される、輝度レベルの差ｉに対する座標位置の距離ｄの重み係数をαとする。この重み係数αを用い、任意の２つの変調パターンにおける重みづけした輝点同士の座標位置の距離ｄと輝度レベルの差ｉの２乗和平方根である総和Ｓを下記数式（１）で表し、これを計算して得られた当該任意の２つの変調パターンにおける各輝点同士の総和Ｓを足し合わせて得られた合計総和ＳＡの大きさに基づいて、復調誤りが生じやすい順番、あるいは復調誤りが生じにくい順番を判定している。
Here, an algorithm related to the above-described order determination in the present embodiment will be described.
That is, the distance between the coordinate positions of the bright spots in any two modulation patterns (hereinafter, also referred to as the mutual distance between the bright spot positions) is d, and the difference in the brightness level between the bright spots in the two arbitrary modulation patterns ( Hereinafter, the mutual distance between the bright spot levels will be referred to as i.
Further, α is a weighting coefficient of the distance d of the coordinate position with respect to the brightness level difference i, which is determined based on the optical characteristics of the device optical system. Using this weighting factor α, the sum S, which is the square root of the sum of squares of the distance i between the coordinate positions of the weighted bright points in the arbitrary two modulation patterns and the brightness level difference i, is represented by the following formula (1): Based on the size of the total sum S A obtained by adding the sums S of the respective bright points in the arbitrary two modulation patterns obtained by calculating this, the order in which demodulation errors are likely to occur or the demodulation The order in which errors are less likely to occur is determined.
このことを、図２に示す例を用いて具体的に説明する。なお、以下の説明に用いられる変調パターンは、輝点数２、輝度レベル数３で構成された簡単な変調パターンであり、ここでの説明をわかり易くするために敢えて簡単な変調パターンとしたものであるが、その他の複雑な構成の変調パターンにおいても、基本的には以下の説明と同様に扱うことができる。
すなわち、輝点同士の座標位置の距離ｄは、図２（ａ）の左側の図（輝点位置の相互距離）に示すように、２つの変調パターンＡ、Ｂを重ね合わせたとき、各輝点の座標位置（各変調パターンＡ、Ｂの原点を左下のシンボル中心位置にとり、横方向にＸ座標、縦方向にＹ座標をとり、横方向に隣接するシンボル同士はＸ座標の差が１、縦方向に隣接するシンボル同士はＹ座標の差が１とする）は、次のようになる。すなわち、左側の変調パターンＡの２つの輝点の座標は、（０、２）および（１、１）となり、右側の変調パターンＢの２つの輝点の座標は、（０、０）および（２、２）となるから、これら２つの変調パターンＡ、Ｂの輝点位置の相互距離ｄは、それぞれ２、２、２１/２、２１/２となる。
This will be specifically described with reference to the example shown in FIG. The modulation pattern used in the following description is a simple modulation pattern composed of two bright spots and three brightness levels, and is a simple modulation pattern for the sake of easy understanding of the description here. However, the modulation pattern having other complicated configurations can be basically handled in the same manner as the following description.
That is, the distance d between the coordinate positions of the bright spots is determined by combining the two modulation patterns A and B with each other when the two modulation patterns A and B are overlapped, as shown in the diagram on the left side of FIG. Coordinate positions of points (the origin of each of the modulation patterns A and B is located at the symbol center position in the lower left, the X coordinate is in the horizontal direction, the Y coordinate is in the vertical direction, and the difference in X coordinate between adjacent symbols in the horizontal direction is 1, The difference between the Y-coordinates of adjacent symbols in the vertical direction is 1). That is, the coordinates of the two bright points of the modulation pattern A on the left side are (0, 2) and (1, 1), and the coordinates of the two bright points of the modulation pattern B on the right side are (0, 0) and ( 2 and 2), the mutual distance d between the bright spot positions of these two modulation patterns A and B becomes 2 , 2, 2 1/2 and 2 1/2 , respectively.
一方、輝点同士の輝度レベルの差ｉは、図２（ａ）の右側の図（輝点レベルの相互距離）に示すように、２つの変調パターンＡ、Ｃを重ね合わせたとき、各輝点のレベル（３段階の輝点レベルのうち、最大の明るさレベルを３、中程度の明るさレベルを２、最小の明るさレベルを１とする）は、次のようになる。すなわち、左側の変調パターンＡの２つの輝点の明るさレベルは３と２であり、右側の変調パターンＣの２つの輝点の明るさレベルは３と１となるから、これら２つの変調パターンにおける輝点レベルの相互距離ｉは、それぞれ２、１、１、０となる。
この後、輝点位置の相互距離ｄを変調パターンＡと変調パターンＣの輝点同士についても上記と同様にして計算するとともに、輝点レベルの相互距離ｉを変調パターンＡと変調パターンＢの輝点同士についても上記と同様にして計算する。
On the other hand, the difference i between the brightness levels of the bright spots is as shown in the figure on the right side of FIG. 2A (the mutual distance of the bright spot levels) when the two modulation patterns A and C are overlapped. The level of a point (among the three bright spot levels, the maximum brightness level is 3, the intermediate brightness level is 2, and the minimum brightness level is 1) is as follows. That is, the brightness levels of the two bright points of the modulation pattern A on the left side are 3 and 2, and the brightness levels of the two bright points of the modulation pattern C on the right side are 3 and 1, so these two modulation patterns The mutual distances i of the bright spot levels in 2 are 2, 1, 1, and 0, respectively.
Then, the mutual distance d of the bright spot positions is calculated for the bright spots of the modulation pattern A and the modulation pattern C in the same manner as described above, and the mutual distance i of the bright spot levels is calculated for the bright spots of the modulation pattern A and the modulation pattern B. The points are calculated in the same manner as above.
このようにして得られた、輝点位置の相互距離ｄ、輝点レベルの相互距離ｉ、および該ｉに対する該ｄの重み係数αを用いて算出した総和Ｓの値（重み係数αが２の場合と１．５の場合について）および変調パターンの輝点の各組合せについての該総和Ｓを互いに足し合わせた合計総和ＳＡを、図２（ｂ）に示す。この図２（ｂ）に示す表において、上段がパターンＡとパターンＢの輝点同士の対応数値を示すものであり、下段がパターンＡとパターンＣの輝点同士の対応数値を示すものである。
この例によれば、重み係数αが２の場合には、パターンＡとパターンＢ間における合計総和ＳＡが１３．９となり、パターンＡとパターンＣ間における合計総和ＳＡが１３．７となる。したがって、αが２の場合には、パターンＡとパターンＣ間における合計総和ＳＡの方が小さい値となるので、パターンＢよりもパターンＣの方がパターンＡに対して、復調する際に誤りやすい組み合わせとなる。
The value of the total sum S calculated using the mutual distance d of the bright spot positions, the mutual distance i of the bright spot levels, and the weighting coefficient α of the d for the i obtained in this way (the weighting coefficient α is 2 FIG. 2B shows the total sum S A obtained by adding the total sum S for each combination of the bright spots of the modulation pattern and the case of 1.5). In the table shown in FIG. 2B, the upper row shows the corresponding numerical values between the bright points of the pattern A and the pattern B, and the lower row shows the corresponding numerical values between the bright points of the pattern A and the pattern C. .
According to this example, when the weighting factor α is 2, the total sum S A between pattern A and pattern B is 13.9, and the total sum S A between pattern A and pattern C is 13.7. . Therefore, when α is 2, the total sum S A between the pattern A and the pattern C has a smaller value, so that the pattern C has an error in demodulating the pattern A than the pattern B. It is an easy combination.
一方、重み係数αが１．５の場合には、パターンＡとパターンＢ間における合計総和ＳＡが１０．５となり、パターンＡとパターンＣ間における合計総和ＳＡが１０．８となる。したがって、αが１．５の場合には、パターンＡとパターンＢ間における合計総和ＳＡの方が小さい値となるので、パターンＣよりもパターンＢの方がパターンＡに対して復調する際に誤りやすい組み合わせとなる。
このように重み係数αの値によっても合計総和ＳＡの大小が変わってくるので、重み係数αとして最適なものを選択することが肝要である。
On the other hand, when the weighting factor α is 1.5, the total sum S A between the pattern A and the pattern B is 10.5, and the total sum S A between the pattern A and the pattern C is 10.8. Therefore, when α is 1.5, the total sum S A between the pattern A and the pattern B has a smaller value. Therefore, when the pattern B is demodulated with respect to the pattern A than the pattern C, It is a mistaken combination.
In this way, the magnitude of the total sum S A also changes depending on the value of the weighting coefficient α, so it is important to select the optimum weighting coefficient α.
この後、例えば、１０:９変調方式の場合には、このような合計総和ＳＡの計算を2,268通りのパターンの組み合わせについて計算し、その中で最小となる合計総和ＳＡをとる組み合わせを順に除外していき、合計総和ＳＡが大きい順に1,024の組み合わせを選ぶことになる。 After that, for example, in the case of the 10: 9 modulation method, such calculation of the total sum S A is calculated for 2,268 combinations of patterns, and the combination having the smallest total sum S A is sequentially calculated. excluded gradually, so that choosing a combination of 1,024 in order total sum S a is greater.
具体的に、１０:９変調方式の場合について説明すると、例えば、下記表１（実際にはメモリー上の所定のテーブル領域）に示すように計算された合計総和ＳＡが、対応する欄に記録される。例えば、変調パターン１（♯１）と変調パターン２（♯２）の組み合わせに係る合計総和ＳＡは１０．２となる。 Specifically, the case of the 10: 9 modulation method will be described. For example, the total sum S A calculated as shown in Table 1 below (actually, a predetermined table area on the memory) is recorded in the corresponding column. To be done. For example, the total sum S A associated with the combination of the modulation pattern 1 (# 1) and the modulation pattern 2 (# 2) is 10.2.
次に、縦の列の各変調パターンについて、その変調パターンの横欄の数字を総計した、合計総和ＳＡの総計が最も右の欄に記載される。例えば、下記表１では、変調パターン１（♯１）についての合計総和総計値ＳＴは11056.3となる。 Next, for each modulation pattern in the vertical column, the total sum S A , which is the sum of the numbers in the horizontal column of the modulation pattern, is written in the rightmost column. For example, in Table 1 below, the total sum total value S T for modulation pattern 1 (# 1) is 11056.3.
最も右の欄に記載された、各変調パターンについての合計総和総計値ＳＴの中から小さい順に、該当する変調パターンを除外する。例えば、下記表１では、変調パターン２２６６（♯２２６６）、変調パターン３（♯３）、変調パターン２２６８（♯２２６８）の順に小さい、と判定されたとすると、これらの変調パターンの順で除外されていくことになる。
このような変調パターンの除外処理を繰り返して、残っている変調パターンが１０２４個となった時点で、除外処理を終了する。
From the total sum total value S T for each modulation pattern described in the rightmost column, the corresponding modulation pattern is excluded in ascending order. For example, in Table 1 below, if it is determined that the modulation pattern 2266 (# 2266), the modulation pattern 3 (# 3), and the modulation pattern 2268 (# 2268) are smaller in that order, these modulation patterns are excluded in this order. I will go.
By repeating such modulation pattern exclusion processing, when the number of remaining modulation patterns becomes 1024, the exclusion processing ends.
本実施形態においては、変調パターン間における輝点位置の距離と輝点レベル差を利用して復調誤りが生じにくい変調パターン自体を生成するということに加え、光学的なノイズによるデータのゆがみを考慮することでノイズ耐性のある変調パターンを生成できるという、従来技術にはない発想により、信号読取りの誤り率を低減することができる。その際、特許第4863913号に示される手法のように、事前にＳＬＭ１６０に全画素輝点のページデータを表示させて記録し、再生されたページデータをカメラ１２０で撮影しておく。再生されたページデータには、光学系に存在するモアレやほこり等のノイズ成分が重畳されており、これにより記録する変調パターンに重畳されるノイズ成分の座標位置およびノイズ量を取得することができる。これを変調パターン生成手段１０にフィードバックし、生成した変調パターンにノイズを付加した後に図２に示す相互距離計算と変調パターンの除外処理を繰り返すことで、光学的なノイズによるゆがみを考慮した上で誤りが生じにくい変調パターンを生成できる。これにより生成されたパターンの例を図３（Ａ）〜（Ｆ）に示す。 In the present embodiment, in addition to generating the modulation pattern itself in which a demodulation error is unlikely to occur by utilizing the distance between the bright spot positions and the bright spot level difference between the modulation patterns, data distortion due to optical noise is taken into consideration. By doing so, it is possible to reduce the error rate of signal reading by the idea that a modulation pattern with noise resistance can be generated, which is not present in the prior art. At this time, as in the method disclosed in Japanese Patent No. 4863913, the page data of all pixel bright spots is displayed and recorded on the SLM 160 in advance, and the reproduced page data is photographed by the camera 120. Noise components such as moire and dust existing in the optical system are superimposed on the reproduced page data, whereby the coordinate position and noise amount of the noise component superimposed on the modulation pattern to be recorded can be acquired. . This is fed back to the modulation pattern generating means 10, noise is added to the generated modulation pattern, and then the mutual distance calculation and the modulation pattern exclusion processing shown in FIG. 2 are repeated, thereby taking into consideration the distortion due to optical noise. It is possible to generate a modulation pattern that is unlikely to cause an error. An example of the pattern generated by this is shown in FIGS.
なお、本発明のホログラム記録再生装置としては上記実施形態のものに限られるものではなく、その他の種々の変更の態様をとることが可能である。
例えば、上記実施形態では１０：９変調により変調パターンを選択する例を挙げているが、4×4画素でシンボルを構成する１２：１６変調等の他の変調手法によっても同様の効果を奏することができる。
The hologram recording / reproducing apparatus of the present invention is not limited to that of the above-described embodiment, and various other modified modes can be adopted.
For example, although the example in which the modulation pattern is selected by 10: 9 modulation is described in the above embodiment, similar effects can be obtained by other modulation methods such as 12:16 modulation in which symbols are formed by 4 × 4 pixels. You can
また、上述した実施形態においては、変調パターンの選択処理に関し、合計総和ＳＡの総計値である合計総和総計値ＳＴの大きさの順に基づき、表１を用いて変調パターンを選択する処理について具体的に説明しているが、本発明のホログラム記録再生装置としては、上記合計総和ＳＡの大きさに基づき、その他の手法を用いて変調パターンの選択処理を行うことも可能である。 Further, in the above-described embodiment, regarding the modulation pattern selection process, the process of selecting the modulation pattern using Table 1 based on the order of the size of the total sum total value S T that is the total value of the total sum S A Although specifically described, the hologram recording / reproducing apparatus of the present invention can also perform a modulation pattern selection process using another method based on the size of the total sum S A.
例えば、下記表２を用いた手法により変調パターンの選択処理を行うようにしてもよい。すなわち、この手法を、上記表１の手法と同様に１０:９変調方式を用いて説明する。なお、表２各欄の数値データは表１各欄の数値データと同じものを使用している。 For example, the modulation pattern selection process may be performed by the method using Table 2 below. That is, this method will be described using the 10: 9 modulation method as in the method of Table 1 above. The numerical data in each column of Table 2 is the same as the numerical data in each column of Table 1.
まず、合計総和ＳＡの大きさが、最も小さいものとなる変調パターンの組み合せを判定する。例えば、表２において、変調パターン３（♯３）と変調パターン２２６７（♯２２６７）の組み合わせに係る合計総和ＳＡが４．７のものが、表２中で最も小さい値であると判断された場合、この記合計総和ＳＡに係る２つの変調パターンである、変調パターン３（♯３）と変調パターン２２６７（♯２２６７）をまず、除外する。 First, a combination of modulation patterns that makes the total sum S A the smallest is determined. For example, in Table 2, the total sum S A according to the combination of the modulation pattern 3 (# 3) and the modulation pattern 2267 (♯2267) is those 4.7, was determined to be the smallest value among the table 2 In this case, the modulation pattern 3 (# 3) and the modulation pattern 2267 (# 2267), which are the two modulation patterns related to the total sum S A , are first excluded.
次に、表２中の残りの変調パターンの中で、変調パターン１（♯１）と変調パターン２２６６（♯２２６６）の組み合わせに係る合計総和ＳＡが５．７のものが最も小さい値であると判断された場合、この合計総和ＳＡに係る２つの変調パターンである、変調パターン１（♯１）と変調パターン２２６６（♯２２６６）を除外する。 Next, among the remaining modulation patterns in Table 2, the one having the total sum S A of 5.7 regarding the combination of the modulation pattern 1 (# 1) and the modulation pattern 2266 (# 2266) is the smallest value. If it is determined that two modulation patterns related to the total sum S A , the modulation pattern 1 (# 1) and the modulation pattern 2266 (# 2266) are excluded.
このようにして、最小の合計総和ＳＡに係る２つの変調パターンの除外処理を繰り返して、残っている変調パターンが１０２４個となった時点で、除外処理を終了する。 In this way, the exclusion process of the two modulation patterns related to the minimum total sum S A is repeated, and when the number of remaining modulation patterns becomes 1024, the exclusion process ends.
１０ 変調パターン生成手段
１０１ ホログラム記録再生装置
１０９ 空間フィルタ
１１０ 記録媒体
１１１ レーザ
１１２ 発散レンズ
１１３ コリメートレンズ
１１４、１２２ 半波長板
１１５、１２３、１３２ ミラー
１１６、１１７、１２４ 偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）
１１８、１２６、１３６ レンズ
１２０ カメラ
１２５、１５０ ガルバノミラー
１６０ ＳＬＭ（空間光変調器）
10 Modulation Pattern Generation Unit 101 Hologram Recording / Reproducing Device 109 Spatial Filter 110 Recording Medium 111 Laser 112 Divergence Lens 113 Collimating Lens 114, 122 Half-Wave Plates 115, 123, 132 Mirrors 116, 117, 124 Polarization Beam Splitter (PBS)
118, 126, 136 lens 120 camera 125, 150 galvanometer mirror 160 SLM (spatial light modulator)
Claims (3)
複数個の該変調パターン同士は、互いに同一数の画素を同一形状に配列したものからなるとともに、該同一数の画素中に所定の同一数の輝点を設けてなり、任意の２つの該変調パターンにおける該輝点同士の座標位置の距離をｄとし、当該任意の２つの変調パターンにおける当該輝点同士の輝度レベルの差をｉとし、
該任意の２つの変調パターンにおける当該輝点同士の座標位置の距離ｄと、当該任意の２つの変調パターンにおける当該輝点同士の輝度レベルの差ｉと、装置光学系の光学特性によって決定される、当該輝点同士の輝度レベルの差ｉに対する当該輝点同士の座標位置の距離ｄの重み係数αと、を変数として用いた下記条件式（１）で表される総和をＳとし、当該任意の２つの変調パターンにおける前記輝点同士の該総和Ｓを各々足し合わせて得られた合計総和をＳＡとしたとき、該合計総和ＳＡの大きさに基づき、該変調パターン同士が復調時に互いに誤りとなる確率を最も小さくし得るように、所望の数の前記変調パターンを選択して、生成する変調パターン生成手段を備えたことを特徴とするホログラム記録再生装置。
In a hologram recording / reproducing apparatus for recording page data formed by arranging a plurality of modulation patterns of a desired signal,
Each of the plurality of modulation patterns includes the same number of pixels arranged in the same shape, and a predetermined same number of bright spots are provided in the same number of pixels. The distance between the coordinate positions of the bright points in the pattern is d, and the difference in the brightness level between the bright points in the two arbitrary modulation patterns is i.
It is determined by the distance d between the coordinate positions of the bright points in the arbitrary two modulation patterns, the difference i in the brightness level between the bright points in the arbitrary two modulation patterns, and the optical characteristics of the device optical system. , The weighting coefficient α of the distance d between the coordinate positions of the bright points with respect to the difference i in the brightness level between the bright points is used as a variable, and the total sum represented by the following conditional expression (1) is S, and When the total sum S obtained by adding the total sums S of the bright spots in the two modulation patterns is defined as S A , the modulation patterns are mutually demodulated at the time of demodulation based on the size of the total sum S A. A hologram recording / reproducing apparatus comprising a modulation pattern generating means for selecting and generating a desired number of the modulation patterns so that the probability of an error can be minimized.
前記複数個の変調パターンの中から順次選ばれた１つの変調パターンと、その余の各変調パターンとの組み合わせによる前記合計総和ＳＡを、全て足し合わせて合計総和総計値ＳＴを算出し、この合計総和総計値ＳＴが大きい方から所望の数の前記変調パターンを選択する処理であることを特徴とする請求項１記載のホログラム記録再生装置。 The process of selecting the modulation pattern by the modulation pattern generation means,
One modulation pattern sequentially selected from the plurality of modulation patterns, and the total sum S A by the combination of the remaining modulation patterns are all added to calculate a total sum total value S T , 2. The hologram recording / reproducing apparatus according to claim 1, wherein the hologram recording / reproducing apparatus is a process for selecting a desired number of the modulation patterns from a larger total sum total value S T.
全ての前記２つの変調パターンの組み合わせ各々に係る前記合計総和ＳＡの中で、最小となる該合計総和ＳＡに係る前記２つの変調パターンの組み合わせを判別し、判別された組み合わせに係る前記２つの変調パターンをいずれも除外する処理を繰り返して、所望の数の前記変調パターンを選択する処理であることを特徴とする請求項１記載のホログラム記録再生装置。
The process of selecting the modulation pattern by the modulation pattern generation means,
Among the total sums S A of all combinations of the two modulation patterns, the smallest combination of the two modulation patterns of the total sum S A is determined, and the combination of the two determined 2. The hologram recording / reproducing apparatus according to claim 1, wherein the processing is a processing of selecting a desired number of the modulation patterns by repeating a processing of excluding any one of the modulation patterns.
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