JP2022189643A - 変調符号作成方法およびホログラム記録再生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】振幅位相多値記録用に、輝点面積比率を低く、かつ符号化効率を高くしつつ、符号間干渉を良好に抑制し得る、効率的な変調符号を作成する変調符号作成方法およびホログラム記録再生装置を提供する。【解決手段】 ホログラム記録媒体に記録される、入力信号に基づくページデータの画像要素として構成するとともに、少なくとも２値の階調を有する、互いに隣接する複数のシンボル２２をグループ化してブロック２１を形成する変調符号作成方法において、ブロック２１を、縦方向に４個、横方向に４個並べた１６個の、各々に複素振幅値が付与されたシンボル２２から形成し、ブロック２１毎に、１６個のシンボル２２のうち、輝点シンボル２３の数を、符号化効率と輝点面積比率を要素とする式に基づいて決定する。【選択図】図３

Description

本発明は、記録すべきページデータを構成するホログラムシンボルに係るｎ：ｒ変調符号を作成する変調符号作成方法、および該変調符号を作成し、この変調符号を用いて作成されたページデータを、記録し、再生するホログラム記録再生装置に関する。

近年、大容量のデータを効率的に記録することができる媒体として、ホログラフィックメモリ（ホログラム記録媒体）が注目されている。ホログラフィックメモリは、画像や音声、コンピュータ等の大容量メモリとしての利用が期待されている。
ホログラフィックメモリ記録再生システムでは、一般に、デジタルデータを担持した物体光を参照光とともにホログラム記録媒体に同時に照射し、ホログラム記録媒体中に形成される干渉縞を光記録媒体に書き込むことによって、該デジタルデータを記録する。一方、デジタルデータが記録されたホログラム記録媒体に参照光を照射すると、ホログラム記録媒体中に書き込まれた干渉縞により光の回折を生じて、上記物体光が担持していたデジタルデータを再生することができる。現在、一般的に用いられているホログラフィック記録再生システムの一例について図７および図８を参照しながら簡単に説明する。

まず、記録時について説明する。図７は、ホログラフィック記録再生システム１００の記録時に使用される光学部材の配置と光路（濃い一点鎖線）の一例を示す図である。なお、記録時に使用されない光学部材と光路（薄い二点鎖線で表される）も描かれている。

レーザ光源１０１から出力され、シャッタ１０２を通過したレーザ光（ここではＳ偏光（縦偏光））が１／２波長板１０３によって４５度偏光に偏光面を回転させられた後、ＰＢＳ（偏光ビームスプリッタ）１０４にてＰ偏光およびＳ偏光に分割される。Ｐ偏光はＰＢＳ１０４を透過後、シャッタ１０５を通過する。その後、拡大レンズ１０６により拡大され、ＰＢＳ１０７を透過し、反射型液晶素子等からなるＳＬＭ（空間光変調素子）１０８上に照射される。この照射された光は、ＳＬＭ１０８の素子面に映出された白と黒のビットパターンによる２次元画像のデジタルデータを担持されるとともに、Ｓ偏光に変換されて（実際には、白表示とされた素子からの光がＳ偏光に変換される）反射され、物体光としてＰＢＳ１０７に戻る。このＳＬＭ１０８から戻った物体光は、ＰＢＳ１０７により反射され、ＦＴ（フーリエ変換：以下同じ）レンズ１０９を通過後、空間フィルタ１１０でナイキスト周波数分を透過し、それ以上の周波数成分をカットし、さらに、ＦＴレンズ１１１、ＦＴレンズ１１２を透過してホログラム記録媒体１１３上に照射される。

一方、ＰＢＳ１０４によって反射されたＳ偏光は１／２波長板１１７を通過するが、ここでは、１／２波長板１１７とビームの偏光軸を合わせておき、ビームの偏光面は回転させない。次にＰＢＳ１１６に入射し、ここで反射され、ミラー１２０、ガルバノミラー１２１で順次反射され、リレーレンズ１２２を通過後、ホログラム記録媒体１１３上に照射される。このときホログラム記録媒体１１３上に照射された参照光と物体光はいずれもＳ偏光とされているので、このホログラム記録媒体１１３上で干渉して、この記録媒体１１３中に材料の屈折率分布として干渉縞が書き込まれることになる。

次に再生時について図８を用いて説明する。図８は、ホログラフィック記録再生システム１００の再生時の光学部材の配置と光路（濃い一点鎖線）の一例を示す図である。なお、再生時に使用されない光学部材と光路（薄い二点鎖線で表される）も描かれている。
ＰＢＳ１０４までの処理の流れは記録時と同様であるが、ＰＢＳ１０４を透過したＰ偏光はシャッタ１０５で遮断される。一方、反射されたＳ偏光は１／２波長板１１７の軸を４５度の設定値へ変更して偏光面が９０度回転され、Ｐ偏光となる。このＰ偏光はＰＢＳ１１６を通過後、ガルバノミラー１１５によって反射され、リレーレンズ１１４を通過後ホログラム記録媒体１１３に入射する。ホログラム記録媒体１１３に形成された干渉縞によって回折された信号光はＦＴレンズ１１２、ＦＴレンズ１１１、空間フィルタ１１０、ＦＴレンズ１０９を順次通過後、ＰＢＳ１０７を通過して２次元撮像素子１１８で撮像され、その撮像信号が演算装置１１９で処理されることにより、デジタルデータが復元されることになる。

このようなホログラフィック記録再生システム１００において、ＦＴレンズを通過する光は一種のローパスフィルタの作用を受け、信号再生する２次元撮像素子１１８では、点像が大きく広がり、また、近隣の点像が近い場合はその点像同士が接合してしまう再生像となる。また、レーザ光源１０１から出射する光スポットを拡大レンズ１０６でＳＬＭ１０８のサイズまで大きくすることになるので、ＳＬＭ１０８の中心部が明るく、周辺部がやや暗い再生像となる。

この場合の再生されたデジタルデータの閾値判定においては、輝度分布に応じて周辺部と中心部で閾値を変化させなければならない。しかしながら、輝度分布は記録条件、再生条件など種々の依存性があるので、一概には決定できない。そこで、記録コードとして、ある一定の範囲内で白と黒の判定を行う差分コードが提案されている（下記特許文献１を参照）。この手法をとることにより、ある一定の範囲内で白と黒の判別を行うことにより、データを良好に再生することが可能となる。

ここで、ｎ：ｒ変調について、一例として５：９変調を用いて説明する。ホログラフィックメモリ記録システムにおいては、５：９変調とは、５ビットのデータを９個のピクセル（本発明においては「シンボル」と称する）で表すようにした変調を意味し、その９個のピクセルのうち、２個を白とし、そのほかを黒とするように取り決めた変調符号である。９個のピクセルから２個を白とするので、その選択数は下式（１）のように、３６通りである。

５ビットのデータは２^５＝３２であるので、３６通りの中から３２通りを選択することにより、５：９変調に対応することができる。
ホログラムの記録再生時には、再生された３（列）×３（行）の９ピクセル中で白である２個のピクセルを識別することで、そのピクセルの配置に応じて、５ビットの情報を復号できることになる。

一方、ホログラフィックメモリでは、振幅や位相も用いてさらに多値化する振幅位相多値が可能である（下記特許文献２および下記特許文献３を参照）。
さらに、振幅位相多値記録用の変調符号も提案されている（下記非特許文献１を参照）。

特許第３２０９４９３号 特許第５８６２８９６号 特許第５９８８０５４号

N.Kinoshita, et. al.: 20:9 Modulation Code for Complex Amplitude Multi-Level Modulation in Holographic Memory, ISOM’20, Su-A-02, pp.3-4(2020)

前述した変調符号は、振幅位相の信号点配置と変調符号を最適に選ぶ必要があり、上記非特許文献１に記載の技術では、３×３の９ピクセル中の中心を標準ピクセル（本発明においては「基準シンボル」と称する）とし、この標準ピクセルを、振幅２５５（８ビットグレースケール時）、位相０に設定している。この場合、中心の標準ピクセルを含め、輝点が５個となるので、輝点面積比率は（５／９）＝０．５６となり、ビット数は２０となり、符号化効率は（２０／９）＝２．２２と計算される。この符号化効率はできるだけ高くすることが望まれている。
また、ホログラフィックメモリの場合、輝点間の光学的な干渉や、記録媒体に使用されるフォトポリマー媒体のモノマ消費や感度の観点から、輝点数をなるべく少ない数とした方がよく、また、光学系の高域遮断による符号間干渉を避ける意味でも、輝点数をなるべく少ない数として、輝点間の距離を長く取れるようにすることが望まれる。

本発明者は、上記観点に立って種々の変調符号について鋭意検討した結果、ピクセル数を１６とした変調符号の中で、上記の課題を解決し得る変調符号を見出していくことが肝要であると、考えるに至った。

本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、振幅位相多値記録用に、輝点面積比率を低く、かつ符号化効率を高くしつつ、符号間干渉を良好に抑制し得る、効率的な符号を作成することが可能な、変調符号作成方法および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。

本発明の変調符号作成方法は、
情報記録用のホログラム記録媒体に記録される、入力信号に基づくページデータの画像要素として構成するとともに、少なくとも２値の階調を有する、互いに隣接する複数のシンボルをグループ化してブロックを形成する変調符号の作成方法であって、
前記ブロックを、縦方向に４個、横方向に４個並べた１６個の、各々に複素振幅値が付与されたシンボルから形成し、
該ブロック毎に、１６個の該シンボルのうち、輝点となる該シンボルの数を、下式（Ａ）に基づいて得られるビット輝点速度効率Ｅに基づいて決定することを特徴とする変調符号作成方法。

ただし、ａは輝点シンボル数、ｂはビット数、ｐは全シンボル数（=１６）、（ｂ／ｐ）は符号化効率、（ａ／ｐ）は輝点面積比率である。
なお、本願明細書の記載においては、「シンボル」単体を複数個集合させてグループ化した「シンボル」の群を「ブロック」と称するものとする。

この場合において、前記ブロック毎に、１６個の前記シンボルのうち、３～１５個の該シンボルが輝点となるように設定して前記変調符号を生成することが好ましい。
また、この場合において、前記ブロック毎に、１６個の前記シンボルのうち、５～１３個の前記シンボルが輝点となるように設定して前記変調符号を生成することがより好ましい。
また、この場合において、前記ブロック毎に、１６個の前記シンボルのうち、７～９個の前記シンボルが輝点となるように設定して前記変調符号を生成することがさらに好ましい。

また、前記ブロック内の、輝点とされた前記シンボルのうち、所定のシンボルスキャン手法による所定の順番に位置する該シンボルに所定の振幅と所定の位相を付与して、基準シンボルとして設定することが好ましい。
また、前記ブロックの中心から外側にスパイラル状に全ての前記シンボルをスキャンしていく際に、前記輝点とされた該シンボルのうち、所定の順番に位置する該シンボルを前記基準シンボルとして設定することが好ましい。
さらに、前記ブロックの角部からラスタ状に全ての前記シンボルをスキャンしていく際に、前記輝点とされた該シンボルのうち、第１番目に位置する該シンボルを前記基準シンボルとして設定することも好ましい。

また、本発明のホログラム記録再生装置は、
上述したいずれかの変調符号作成方法を用いて得られた変調符号により表されるページデータを記録再生するホログラム記録再生装置において、
入力信号に基づき生成された該ページデータのうち振幅データが表示される振幅用空間光変調手段と、該ページデータのうち位相データが表示される位相用空間光変調手段とを備え、該振幅用空間光変調手段および該位相用空間光変調手段に表示された該ページデータの振幅情報および位相情報を担持してなる信号光と、参照光とを干渉させてホログラム記録媒体に該ページデータの情報をホログラム記録するとともに、ホログラム記録された該ページデータの情報を再生する記録再生光学系と、
該再生された該ページデータの情報を撮像するイメージセンサと、から構成されてなることを特徴とするものである。

データ記録の観点からは符号化効率が高く情報量が大きいことが望まれ、一方、ホログラムメモリの記録媒体に使用されるフォトポリマー媒体のモノマ消費や感度の観点から、輝点数をなるべく少ない数とした方がよく、また、光学系の高域遮断による符号間干渉を避ける意味でも、輝点数をなるべく少ない数として、輝点間の距離を長く取れるようにすることが望まれる。
一方、記録速度の向上を図る観点からは、各ブロックにおけるビット数を増加させることが有効であるが、上記容量的な観点と記録速度の観点との重みは、４：１程度である（例えば、ストレージＬＴＯ（Ultrium（登録商標））では、容量：速度＝４：１程度の関係とされる）ので、これらの要素に鑑みると、(符号化効率)^１．２５/輝点面積比率の値（ビット輝点速度効率Ｅ）を大きな値とすることが重要である。ここで、符号化効率の指数を１．２５（＝５／４）としたことについて、若干補足する。すなわち、符号化効率は単位面積当たりのビット数を表しているので、容量と同じディメンジョンと考えてよい。一方、転送速度も（容量／４）に比例するので、容量と同じディメンジョンとすることができ、結局、容量×転送速度を符号化効率で表すと、符号化効率^５／４とおくことができる。
本発明の変調符号作成方法においては、上記観点を考慮した下記評価式（２）に基づき、輝点の数に係るビット輝点速度効率Ｅを求め、１ブロック内の輝点数を決定しているので、輝点面積比率を低く、かつ符号化効率を高くしつつ、符号間干渉を良好に抑制し得る、効率的な変調符号を作成することができる。
また、本発明のホログラム記録再生装置によれば、このような良好な変調符号を作成し得るホログラム記録再生装置を構築することができる。

ここで、ａは輝点シンボル数、ｂはビット数、ｐは全シンボル数（=１６）、（ｂ／ｐ）は符号化効率、（ａ／ｐ）は輝点面積比率である。
具体例で示すと、縦４個×横４個のシンボルを配列したブロックの場合、１６個のシンボルのうち、例えば、３～１５個のシンボルが輝点となるように設定して前記変調符号を生成するようにした場合、ビット輝点速度効率Ｅは、上式（２）から、５．５７より大きい値となり、前述した非特許文献１に示されたもの（ビット輝点速度効率Ｅが５．５０である）に比べて符号化効率および輝点面積比率がトータルとして良好な変調符号を作成することができる。

本発明の実施形態による変調符号作成方法を用いて得られた変調符号に係るページデータを記録再生するホログラム記録再生装置のしくみを説明するための概略図である。 本実施形態による変調符号作成方法により生成された変調符号（ブロック）のシンボル番号を示す図である。 本実施形態による変調符号作成方法に係る変調符号（１ブロックが１６シンボル（各２値の階調）、輝点数７で表される）を示す概念図である。 本発明の実施例および比較例についての比較結果を得るための、サンプル作成のシミュレーションに係るフローを示す図である。 変調符号（１ブロックが１６シンボル（各４値の階調）で表される）の輝点数に応じてビット輝点速度効率が変化する様子を示すグラフである。 図４に示すサンプル作成のシミュレーションにより得られた実施例および比較例についてのサンプルによる、再生像およびヒストグラムを示すものである（ガウスフィルタσが、0.50の場合と0.45の場合を各々示す）。 ページデータを記録再生する一般的なホログラム記録再生システム（記録時）のしくみを説明するための概略図である。 ページデータを記録再生する一般的なホログラム記録再生システム（再生時）のしくみを説明するための概略図である。

以下、本発明の実施形態に係る変調符号作成方法およびホログラム記録再生装置について、図面を参照しながら説明する。
（ホログラム記録再生装置）
図１は、本発明の実施形態に係るホログラム記録再生装置２００における処理の流れを示す概略図である。
ホログラム記録再生装置２００に、記録したい入力データ２０１のデータ列が入力されると、この入力データ２０１のデータ列は、図１では（Ａ）として表された変調処理により、ページデータ２０２に変換される。ここで、ページデータ２０２は振幅と位相をそれぞれ表すための２つの実数２次元配列として格納される。

ページデータ２０２のうち、振幅を表す２次元配列された画素値は、振幅用ＳＬＭ３１１に入力され、これにより振幅用ＳＬＭ３１１には振幅を表す２次元配列された画素値が表示される。一方、上記ページデータ２０２のうち、位相を表す２次元配列された画素値は、位相用ＳＬＭ３１２に入力され、これにより位相用ＳＬＭ３１２には位相を表す２次元配列された画素値が表示される。

上記振幅用ＳＬＭ３１１に入力されたレーザ光は、上記振幅用ＳＬＭ３１１において振幅を表す２次元配列された画素値により空間的に変調され、図示されないレンズにより上記位相用ＳＬＭ３１２上に結像される。位相用ＳＬＭ３１２上に結像されたレーザ光は、上記位相用ＳＬＭ３１２において位相を表す２次元配列された画素値により空間的に変調され、信号光２０３として、レンズ２１３を介してホログラム記録媒体２０６の所定領域に入射される。

すなわち、ホログラム記録媒体２０６の所定領域に入射された信号光２０３は、振幅と位相の両方で空間的に変調されたレーザ光とされ、レンズ２１３においてフーリエ変換されてホログラム記録媒体２０６の所定領域に入射されたものとなる。

また、信号光２０３がホログラム記録媒体２０６の所定領域に入射されるのと同時に、別の角度から参照光（記録時用）２０４が、この所定領域に入射され、これにより、この所定領域（媒体内部）に、上記ページデータ２０２の情報がホログラム（干渉縞）として記録される。
なお、位相用ＳＬＭ３１２による空間変調処理の後に、振幅用ＳＬＭ３１１による空間変調処理を行う手法によっても、上記と同様の信号光を得ることができる。

ホログラム記録媒体２０６の上記所定領域に対し、裏面から参照光（再生時用）２０５が入射（記録時用の参照光２０４の入射方向とは対向する方向から入射）されると、回折現象により、この所定領域から、上記信号光２０３の入射方向に、上記ページデータ２０２の情報を有する再生光２０８が射出される。この再生光２０８はレンズ２１３によりフーリエ変換（フーリエ逆変換）され、撮像素子２１４により撮像される。

ここで、この撮像素子２１４に再生光２０８とともに、所定のプローブ光２０９を入射させ、再生光２０８に対してこのプローブ光の位相を順次ずらしていくことにより複数の位相差の干渉縞模様を得ることができる（位相シフト干渉計測法）。これら複数の位相差の干渉縞模様に基づき、所定の計算を行うことにより振幅情報のみならず位相情報についても明確とされた再生ページデータ２１１が得られる。通常は、この位相差をπ/２とし、４枚（４位相）の干渉縞模様２１０を得る手法（４位相シフト法）を採用することにより、その後の所定の計算を容易なものとする。

この再生ページデータ２１１に、所定の変換処理（復調処理：図１では（Ｂ）として表す）がなされて、元の入力データ２０１のデータ列に対応する、出力データ２１２のデータ列が、ホログラム記録再生装置２００から出力される。

（変調符号作成方法）
前述したように、入力データ２０１のデータ列は、本実施形態に係る変調符号作成方法により、ページデータ２０２に変換されることになる。
前述した非特許文献１に記載された先行技術においては、特に、入力信号をページデータに変換する際において、効率よくビット誤りの数を低減する、という点において改良の余地があった。

そこで、本実施形態に係る変調符号作成方法では、下記のようにして定義された変調符号を用いてページデータ２０２への変換を行うようにしており、これにより、入力信号をページデータに変換する際において、輝点面積比率と符号化効率の両者をトータルとして良化し得るようにしている。

また、再生時には、上記再生ページデータ２１１から出力データ２１２のデータ列に復調する復調処理（図１中の（Ｂ）部分）を行うことになるが、復調処理は上記変調処理と対を成すものであり、復調処理を行う符号も変調符号と称して説明を行う。

ここで、上記変調符号（以下、ブロック２１（図２を参照）と称する）は、以下のような定義の下に生成される。
１）各ブロック２１は、各々に複素振幅値が付与されたシンボル２２を、縦４個×横４個のマトリクス状に配列して、矩形状のグループを構成する。
２）各シンボル２２は少なくとも２値の階調を有する。
３）各ブロック２１は、１６個のシンボル２２のうち、３個～１５個の、図３に示すような輝点シンボル２３を設定する（図３では白表示で表される）。
４）また、望ましくは、図３に示すように、ブロック２１内の１つの輝点シンボル２３を「基準シンボル２４」として定める。この基準シンボル２４には既知の複素振幅を付与し、それ以外の通常のシンボル２２には、入力データ２０１に応じた複素振幅が付与される。

ところで、仮に、非特許文献１のように、１ブロック２１内の、予め設定された絶対位置（例えば、図２のブロック２１内において、番号７が付されているシンボル２２の位置）を、基準シンボル２４とすれば、番号７が付されているシンボル２２は複素振幅が一義的に決定されてしまう。

したがって、番号７が付されているシンボル２２以外の通常のシンボル２２に情報が担持されることになり、その個数は１６個－１個＝１５個となる。そのうち、全ての輝点シンボル２３をｎ個とすれば、基準シンボル２４を除いた輝点シンボル２３の個数は（ｎ－１）個である。この場合の、輝点シンボル２３が取り得る位置の組み合わせ数Ｓ_ｐは、下式（３）で表される。

Ｓ_ｐ＝_１５Ｃ_ｎ－１ ……（３）
仮に、ｎを７と置けば、輝点が取り得る位置の組み合わせ数Ｓ_ｐ´は、下式（３´）で表される。
Ｓ_ｐ´＝_１５Ｃ_６＝5,005 ……（３´）

これに対して、本実施形態においては、基準シンボル２４は、１ブロック２１内の、予め定められた絶対位置に設定しているのではなく、輝点シンボル２３のうち、所定シンボル走査による所定の順番に位置するシンボルを基準シンボル２４として設定している。
例えば、輝点シンボル２３の数を７としたとき、これら７つの輝点シンボル２３のうち、ｎ番目（例えば４番目）の輝点シンボル２３を、振幅２５５（８ビットグレースケール時）、位相０である基準シンボル２４として設定する。

すなわち、このブロック２１内で、全シンボル２２を通過するように所定のスキャン（例えばラスタースキャン（図２のブロック内２１で、全シンボル２２が番号順に指定されるスキャン））を行った場合における第ｎ番目の輝点シンボル２３を基準シンボル２４として設定するようにしている。
これにより、４×４のシンボル２２において基準シンボル２４が特定され、この基準シンボル２４とされた輝点シンボル２３に、所定の振幅と位相（振幅２５５（８ビットグレースケール時）、位相０）が設定される。この場合の、輝点シンボル２３が取り得る位置の組み合わせ数Ｓ_ｐは、下式（４）で表される。

Ｓ_ｐ＝_１６Ｃ_ｎ ……（４）
仮に、ｎを７と置けば、輝点が取り得る位置の組み合わせ数Ｓ_ｐ´は、下式（４´）で表される。
Ｓ_ｐ´＝_１６Ｃ_７＝11,440 ……（４´）
であり、このときのビット数としては、２^１３を含むことになるので１３ビットとなる。
さらに、輝点シンボル２３のうち、基準シンボル２４以外の６つの輝点シンボル２３においては、振幅位相の１６値を取得できるので、各輝点シンボル２３で各々４ビットの情報を記録することができる。
すなわち、本実施形態における変調符号を用いることにより、
１３＋４＋４＋４＋４＋４＋４＝３７ ビットの情報を記録することができる。

なお、本実施形態では、このような取り決めに限られるものではなく、基準シンボル２４のシンボル位置を、その他のスキャンによる、その他の順番取り決めにより決定してもよい。例えば、順番としては、第１番目の輝点シンボル２３としてもよいし、最後の輝点シンボル２３としてもよい。なお、基準シンボル２４を設定することにより、再生データの振幅分布と位相分布に生じるノイズ（レーザ光、記録媒体に起因する空間的な不均一性）を排除して復号することが可能となる。

そして、このように、絶対位置により基準シンボル２４の位置を定める、非特許文献１の技術とは異なり、基準シンボル２４の位置として、所定のスキャン手法において、何番目の輝点シンボル２３かという相対位置のみ決定することでブロック２１を生成することにより、輝点が取り得る位置の組み合わせ数を大幅に増大させることができる。

また、基準シンボル２４について隣接するブロック２１からの符号間干渉の影響を低減するスキャン手法として、中心部の所定のシンボル２２からスパイラル状にスキャンしていき、そのスキャン順で最初に通過した輝点を基準シンボル２４に設定する。
つまり、図３において、６⇒７⇒１１⇒１０⇒９⇒５⇒１⇒２⇒３⇒４⇒８⇒１２⇒１６⇒１５⇒１４⇒１３のシンボル２２の順番でスキャンし、最初に通過した７の輝点シンボル２３を基準シンボル２４とする。

また、本実施形態においては、１ブロック２１が、縦４個、横４個に配列した１６個のシンボル２２から構成するように設定している。しかし、シンボル２２の数を１６に固定した場合にも、そのうちの輝点シンボル２３の数（ｎ：前述した例では７としている）を変化させることで、とり得るビット数ｂ、符号化効率（ｂ/ｐ）、輝点面積比率（ａ/ｐ）が変化する。ここで、ａは輝点シンボル数、ｐは全シンボル数である。

データ記録の観点からは符号化効率が大きく、情報量を多くすることが望まれるため、上記符号化効率（ｂ/ｐ）は大きく設定されるのが好ましい。
その一方、ホログラムメモリの感光材記録媒体のモノマ消費という観点からは、上記輝点面積比率（ａ/ｐ）を低くすることが望まれる。

これらの要望を両立させるためには、符号化効率（ｂ/ｐ）が高く、輝点面積比率（ａ/ｐ）が低くなるときに、良好な評価値を示すような評価式を規定することが好ましく、方向性としては、符号化効率（ｂ/ｐ）を輝点面積比率（ａ/ｐ）で割った値を評価値とすることが考えられる。

また、記録速度の観点からは同じブロック２１の領域内でのビット数の向上が記録速度の向上につながるが、記録密度の観点との重みを考えると、１／４程度であるので、このことを考慮に入れると、(符号化効率（ｂ/ｐ）)^１．２５/（輝点面積比率（ａ/ｐ））を評価式とすることが有効である。なお、符号化効率（ｂ/ｐ）の指数は以下の理由で１．２５に設定している。
すなわち、符号化効率は単位面積当たりのビット数を表しているので、容量と同じディメンジョンと考えてよい。一方、転送速度も（容量／４）に比例するので、容量と同じディメンジョンとすることができ、結局、容量×転送速度を符号化効率で表すと、符号化効率^５／４とおくことができる。
以上の点に鑑み、評価式は下式（５）で表される。

１ブロック２１が、縦４個、横４個に配列した１６個のシンボル２２から構成され、そのうちの輝点シンボル２３の数を２～１５の範囲で変化させた場合のビット輝点速度効率Ｅの値を上式（５）で計算し、その結果を下表１に示す。なお、各輝点シンボル２３はいずれも４値の階調に設定されている。
さらに、輝点シンボル数に応じた、表１に示されたビット輝点速度効率Ｅの相関関係を図５に示す。
なお、上記ビット輝点速度効率Ｅにおいては、前述した基準シンボル２４を特定しない状態で算出するようにしている。

上述した、１６個のシンボル２２から構成された変調符号は、ビット輝点速度効率Ｅが総じて高い値となっているが、比較例（表１の最上段に示す）の変調符号のビット輝点速度効率Ｅ（５．５０）と比べると、輝点数ａが２の場合にはこの比較例よりも小さい値となってしまうので、輝点数ａを３～１５個とすることがビット輝点速度効率Ｅを５．５０より大きな値とするために必要となる。
したがって、本発明においては、１６個のシンボル２２から構成された変調符号を、輝点シンボル２３の数が３～１５個に限定するようにして作成している（ビット輝点速度効率Ｅが５．５７以上となる）。
なお、非特許文献１のものでは、ビット数ｂを２０としているが、最大値までビット数ｂをとるようにすると２２となるので、上記表１に示された比較例では、ビット数ｂを２２としている。

また、前述した、データ記録の観点およびホログラムメモリの感光材記録媒体のモノマ消費という観点を両立させるという点から、ビット輝点速度効率Ｅを６．００以上とすることが好ましく、表１より、輝点シンボル数２３を、５～１３個に設定することが好ましい。
また、上記と同様の理由で、ビット輝点速度効率Ｅを６．４５以上とすることがさらに好ましく、表１より、輝点シンボル数２３を、７～９個とすることがさらに好ましい。
なお、ビット輝点速度効率Ｅは、表１に示すように輝点シンボル数が７の時に最大値６．５２を示す。

以下、上述した実施形態のうちの１態様に係る変調符号（１ブロックを縦４、横４で合計１６個のシンボル２２により構成し、そのうち９個を輝点シンボル２３とし、輝点シンボル２３のうちいずれか１つの輝点シンボル２３を基準シンボル２４に設定し、他のシンボル２２は４値の階調をとり得るように作成する。37:16変調）を実施例とする。
また、前述した非特許文献１に記載された変調符号（１ブロックを縦３、横３で合計９個のシンボルにより構成し、そのうち５個を輝点シンボルとし、さらに、輝点シンボルの１つを中央の位置に設定し、この輝点シンボルを基準シンボルに設定し、他のシンボルは４値の階調をとり得るように作成する。22:9変調）を比較例とする。
以下、上記実施例および上記比較例に係る変調符号を評価するためのシミュレーションの流れについて図４を用いて説明する。

上述した実施例に係る変調符号と、上述した比較例に係る変調符号を作成し、これらの変調符号を用いて形成されたページデータを記録再生するシミュレーションを行い、各再生データについて評価した結果を図６に示す。

まず、入力データ２０１であるランダムデータを取り込み（Ｓ１）、上記実施例に係る37-16変調符号を作成する（Ｓ２）とともに、上記比較例に係る22-9変調符号を作成する（Ｓ２´）。

次に、上記ステップ２（Ｓ２）および上記ステップ２´（Ｓ２´）で作成された各変調符号により２次元ページデータ（縦１４４シンボル×横１４４シンボル）を作成し（Ｓ３）、このページデータにＡＷＧＮ（Additive white Gaussian noise）を付加し（Ｓ４）、ノイズと光学系による高域カットフィルタとして、ガウスフィルタ（σ=0.50およびσ=0.45のガウスフィルタを順に用いる）を入れた状態に設定する（Ｓ５）。

続いて、これらのページデータを記録し、再生し（Ｓ６）、その再生データから輝度分布のヒストグラムを得る（Ｓ７）。その再生像および、その輝度分布のヒストグラムを図６に示す。

上記実施例と上記比較例について、計算により得られたヒストグラムの山の重なり具合（山と山の間にできる谷）を互いに比較すると、ガウスフィルタがσ=0.50およびσ=0.45のいずれの場合であっても、本実施例の方が比較例よりも山の重なりが少なくなっており、換言すれば、本実施例の方が比較例よりも誤りの少ない状態で再生できることが明らかである。

本発明の変調符号作成方法および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い。例えば、ホログラム記録再生装置としては、必ずしも、１つの装置で記録機能と再生機能を併せ有していなくてもよく、記録機能を有する装置と、再生機能をする装置が別体とされていてもよい。

また、上記実施形態や実施例においては、基準シンボルは、各ブロックに１つとされているが、各ブロックに２つ以上とすることも可能である。２つ以上の場合には、それらのシンボルの読取り値を平均してもよいし、条件に応じて、基準とするシンボルを選択すること等の種々の取扱い手法とすることが可能である。

２１ ブロック
２２ シンボル
２３ 輝点シンボル
２４ 基準シンボル
１００、２００ ホログラフィック記録再生システム（ホログラム記録再生装置）
１０１ レーザ光源
１０２、１０５ シャッタ
１０３、１１７ １/２波長板
１０４、１０７ ＰＢＳ（偏光ビームスプリッタ）
１０６ 拡大レンズ
１０８ ＳＬＭ（空間光変調素子）
１０９、１１１、１１２ ＦＴレンズ
１１０ 空間フィルタ
１１３、２０６ ホログラム記録媒体（記録媒体）
１１４、１２２ リレーレンズ
１１５、１２１ ガルバノミラー
１１６ ＰＢＳ
１１８、２１４ ２次元撮像素子（撮像装置）
１１９ 演算装置
１２０ ミラー
２０１ 入力データ
２０２ ページデータ
２０３ 信号光
２０４ 参照光（記録時）
２０５ 参照光（再生時）
２０７ ホログラム
２０８ 再生光
２０９ プローブ光
２１０ ４位相の干渉縞模様
２１１ 再生ページデータ
２１２ 出力データ
３１１ 振幅用ＳＬＭ
３１２ 位相用ＳＬＭ

Claims (8)

1. 情報記録用のホログラム記録媒体に記録される、入力信号に基づくページデータの画像要素として構成するとともに、少なくとも２値の階調を有する、互いに隣接する複数のシンボルをグループ化してブロックを形成する変調符号の作成方法であって、
   前記ブロックを、縦方向に４個、横方向に４個並べた１６個の、各々に複素振幅値が付与されたシンボルから形成し、
   該ブロック毎に、１６個の該シンボルのうち、輝点となる該シンボルの数を、下式（Ａ）に基づいて得られるビット輝点速度効率Ｅに基づいて決定することを特徴とする変調符号作成方法。
   

   

   ただし、ａは輝点シンボル数、ｂはビット数、ｐは全シンボル数（=１６）、（ｂ／ｐ）は符号化効率、（ａ／ｐ）は輝点面積比率である。
2. 前記ブロック毎に、１６個の前記シンボルのうち、３～１５個の該シンボルが輝点となるように設定して前記変調符号を生成することを特徴とする請求項１に記載の変調符号作成方法。
3. 前記ブロック毎に、１６個の前記シンボルのうち、５～１３個の前記シンボルが輝点となるように設定して前記変調符号を生成することを特徴とする請求項１に記載の変調符号作成方法。
4. 前記ブロック毎に、１６個の前記シンボルのうち、７～９個の前記シンボルが輝点となるように設定して前記変調符号を生成することを特徴とする請求項１に記載の変調符号作成方法。
5. 前記ブロック内の、輝点とされた前記シンボルのうち、所定のシンボルスキャン手法による所定の順番に位置する該シンボルに所定の振幅と所定の位相を付与して、基準シンボルとして設定することを特徴とする請求項１～４のうちいずれか１項に記載の変調符号作成方法。
6. 前記ブロックの中心から外側にスパイラル状に全ての前記シンボルをスキャンしていく際に、前記輝点とされた該シンボルのうち、所定の順番に位置する該シンボルを前記基準シンボルとして設定することを特徴とする請求項５に記載の変調符号作成方法。
7. 前記ブロックの角部からラスタ状に全ての前記シンボルをスキャンしていく際に、前記輝点とされた該シンボルのうち、第１番目に位置する該シンボルを前記基準シンボルとして設定することを特徴とする請求項５に記載の変調符号作成方法。
8. 請求項１～７のうちいずれか１項に記載の変調符号作成方法を用いて得られた変調符号により表されるページデータを記録再生するホログラム記録再生装置において、
   入力信号に基づき生成された該ページデータのうち振幅データが表示される振幅用空間光変調手段と、該ページデータのうち位相データが表示される位相用空間光変調手段とを備え、該振幅用空間光変調手段および該位相用空間光変調手段に表示された該ページデータの振幅情報および位相情報を担持してなる信号光と、参照光とを干渉させてホログラム記録媒体に該ページデータの情報をホログラム記録するとともに、ホログラム記録された該ページデータの情報を再生する記録再生光学系と、
   該再生された該ページデータの情報を撮像するイメージセンサと、から構成されてなることを特徴とするホログラム記録再生装置。
   

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