JP3892683B2 - データ記録再生装置および方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ホログラムにより記録媒体にデータを記録再生するデータ記録再生装置および方法に関し、特に無サーボの読み取りヘッドでデータを読み出すための、記録媒体に記録する信号の符号化を達成するデータ記録再生装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ホログラムによるデータ記録の符号方式は、例えば、「Geoffrey W.Burr,Jonathan Ashley,Hans Coufal,Robert K.Grvgier,John A.Hoffnagle,C.Micheal Jefferson,and Brian Marcus,Modulation coding for pixel-matched holographic data storage,Optics Letters,Vol.25,No.10,pp 639-641,1997」に記載されてお り、それによると、再生像がドットの集まりとなっており、そのドットの間隔は受光するデバイスを構成する素子の間隔と同じになっており、１ドットを１つの画素が受け取る仕組みとなっている。
【０００３】
また、ホログラムによるデータ記録の符号方式の別の例は、「John F.Heanue,Matthew C.Bashaw,and Lambertus Hesselink,Volume Holographic Storage and Retrieval of Digital Data,Science,Vol.265,pp.749-752,1994」に記載されて おり、それによると、再生像がドットの集まりとなっており、そのドットの間隔は受光するデバイスを構成する素子の間隔と異なっており、１ドットを複数の素子が受け取る仕組みとなっている。
【０００４】
光を用いて複数の周波数の正弦波および余弦波の和の信号を表現する場合、信号の負の部分を表す手法として３つある。１つ目は、信号にデバイスをかけて負の部分がないようにする手法である。割り当てる正弦波および余弦波において、周波数０のもの、つまり、直流成分の信号を使ってないとすると、和の信号は直流成分を持たないため、周波数０の成分をなくすフィルタによりバイアス分を削ることができ、もとの信号を再現する。
【０００５】
２つ目は、１つ目の方法において、信号にかけるバイアスの強度値を記録しておき、再生時に得られたバイアス値を得られた信号から引くことで、もとの信号を再現する。
【０００６】
３つ目は、負の部分の光信号の位相を正の部分の光信号の位相と１０８度異なるようにする手法である。再生する際には再生像が像を結ぶ受光デバイスに信号光と同じ波長であり、かつコヒーレントな平面波光を当てることで、例えば、強め合う部分を正の部分とし、弱め合う部分を負の部分とすることで、もとの信号を再現する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術で書かれているＧeoffrey Ｗ.Ｂurrらの方法およびＪohn Ｆ.Ｈeanueらの方法では、再生像を構成する各ドットを受光デバイスの各素子に合わせるピクセルマッチングと呼ばれる操作が必要となり、ピクセルマッチングを行うための、受光デバイスまたは媒体等を動かす駆動装置、駆動装置を制御するサーボ機能をデータの読取り装置に付加する必要が出てくる。このことから、データ読取り装置が大型になり、価格が高くなるという欠点がある。
【０００８】
更に、読み取り命令をドライブに与えてからデータを読み出すまでに駆動装置によるメカニカルな動作が入るため、ドライブのレイテンシが大きくなるという欠点もある。
【０００９】
交流部の和の波形の振幅が部分的に負側に大きくなり振れる際には、バイアス値がそれに伴い大きくなるが、受光デバイスのダイナミックレンジは変化しないことから、振幅が負側に大きく振れる部分以外の信号の量子化ノイズが信号に対して相対的に大きくなるという欠点がある。
【００１０】
また、信号の負の部分を表す２つ目の方法では、バイアスの強度値を得る際にエラーが発生すると、再生信号に深刻なダメージを与えるという欠点があり、またバイアスの強度値を記録するため、容量が少なくなるという欠点もある。
【００１１】
また、信号の負の部分を表す３つ目の方法では、再生像を得る際に、平面波光を発生させるための装置が必要となるため、装置が大型になり、かつ高価になるとの欠点がある。
【００１２】
本発明は、上記に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、無サーボの読取ヘッドでデータの読み出しを可能とし、読取装置の小型化、経済化、ドライブのレイテンシの低減化を図り得るデータ記録再生装置および方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１記載の本発明は、ホログラムにより記録媒体にデータを記録するデータ記録再生装置であって、記録媒体に記録するデータを分割するデータ分割手段と、この分割された各データを周期の異なる半波整流波形の基底に割り当て、各基底に割り当てた分割データの値を各基底の係数とし、各基底と係数の各積を加算して合成する半波整流波形合成手段と、この合成された半波整流合成波形が再生像として得られるような記録媒体上の光の波面を発生させるパターンを出力する記録パターン出力手段と、この出力されたパターンを記録媒体に記録する媒体書込み手段とを有することを要旨とする。
【００１４】
請求項１記載の本発明にあっては、記録データを分割し、この分割された各データを周期の異なる半波整流波形の基底に割り当て、各基底に割り当てた分割データの値を各基底の係数とし、各基底と係数の各積を加算して合成し、この合成された半波整流合成波形が再生像として得られるような記録媒体上の光の波面を発生させるパターンを出力し、この出力されたパターンを記録媒体に記録するため、受光デバイスの素子を再生像に合わせるピクセルマッチングの操作を必要とせず、従って受光デバイスまたは記録媒体などを動かす駆動装置や駆動装置を制御するサーボ機能が必要なくなり、データ読取り装置の小型化および低価格化を容易に可能とするとともに、読取り命令をドライブに与えてからデータを読み出すまでにメカニカルな動作が入らず、ドライブのレイテンシを小さくすることができる。
【００１５】
また、請求項２記載の本発明は、ホログラムにより記録媒体に記録されたデータを再生するデータ記録再生装置であって、記録媒体から再生像を読み出す再生像読み出し手段と、この読み出した再生像の半波整流波形の合成波形から半波整流波形の係数を分離して取り出す係数分離手段と、この取り出した係数からデータを再構成するデータ再構成手段とを有することを要旨とする。
【００１６】
請求項２記載の本発明にあっては、記録媒体から再生像を読み出し、この読み出した再生像の半波整流波形の合成波形から半波整流波形の係数を分離して取り出し、この取り出した係数からデータを再構成する。
【００１７】
更に、請求項３記載の本発明は、ホログラムにより記録媒体にデータを記録するデータ記録再生方法であって、記録媒体に記録するデータを分割するステップと、この分割された各データを周期の異なる半波整流波形の基底に割り当て、各基底に割り当てた分割データの値を各基底の係数とし、各基底と係数の各積を加算して合成するステップと、この合成された半波整流合成波形が再生像として得られるような記録媒体上の光の波面を発生させるパターンを出力するステップと、この出力されたパターンを記録媒体に記録するステップとを有することを要旨とする。
【００１８】
請求項３記載の本発明にあっては、記録データを分割し、この分割された各データを周期の異なる半波整流波形の基底に割り当て、各基底に割り当てた分割データの値を各基底の係数とし、各基底と係数の各積を加算して合成し、この合成された半波整流合成波形が再生像として得られるような記録媒体上の光の波面を発生させるパターンを出力し、この出力されたパターンを記録媒体に記録するため、受光デバイスの素子を再生像に合わせるピクセルマッチングの操作を必要とせず、従って受光デバイスまたは記録媒体などを動かす駆動装置や駆動装置を制御するサーボ機能が必要なくなり、データ読取り装置の小型化および低価格化を容易に可能とするとともに、読取り命令をドライブに与えてからデータを読み出すまでにメカニカルな動作が入らず、ドライブのレイテンシを小さくすることができる。
【００１９】
請求項４記載の本発明は、ホログラムにより記録媒体に記録されたデータを再生するデータ記録再生方法であって、記録媒体から再生像を読み出すステップと、この読み出した再生像の半波整流波形の合成波形から半波整流波形の係数を分離して取り出すステップと、この取り出した係数からデータを再構成するステップとを有することを要旨とする。
【００２０】
請求項４記載の本発明にあっては、記録媒体から再生像を読み出し、この読み出した再生像の半波整流波形の合成波形から半波整流波形の係数を分離して取り出し、この取り出した係数からデータを再構成する。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。図１および図２は、それぞれ本発明の一実施形態に係るデータ記録再生装置の記録時および再生時の構成を示すブロック図である。両図に示すデータ記録再生装置は、ホログラムによるデータ記録において再生される像として正弦波および余弦波の半波整流波形、すなわち正弦波および余弦波の正の部分のみを使用し、負の部分は０とする波形である半波整流波形を使用するものであるとともに、また再生される像が連続的であることを特徴とするものである。
【００２２】
図１に示す記録時のデータ記録再生装置は、記録媒体に記録するデータを分割するデータ分割手段１、この分割された各データを周期の異なる半波整流波形の基底に割り当て、各基底に割り当てた分割データの値を各基底の係数とし、各基底と係数の各積を加算して合成する半波整流波形合成手段３、この合成された半波整流合成波形が再生像として得られるような記録媒体上の光の波面を発生させるパターンを出力する記録パターン出力手段５、およびこの出力されたパターンを記録媒体に記録する媒体書込み手段７から構成されている。
【００２３】
また、図２に示す再生時のデータ記録再生装置は、記録媒体から再生像を読み出す再生像読み出し手段１１、この読み出した再生像の半波整流波形の合成波形から半波整流波形の係数を分離して取り出す係数分離手段１３、およびこの取り出した係数からデータを再構成するデータ再構成手段１５から構成されている。
【００２４】
このデータ記録再生装置では、ホストコンピュータなどから記録のために送られてくるデータは、１ｂｉｔなどの単位で分割され、それぞれの単位で基本周波数および位相の異なる半波整流波形の信号を割り当て、それぞれ割り当てた半波整流波形の大きさを分割データの大きさとする。すなわち、半波整流波形を基底とし、それぞれの基底に割り当てた分割データの値をそれらの基底の係数とする。そして、それらの基底と係数の積の和を取る。それから、この算出した和の信号が回折によって再生されるような記録パターンを記録媒体に記録する。再生においては、記録媒体から得られた像から係数を算出し、それらを接続して元のデータとしている。
【００２５】
また、本実施形態のデータ記録再生装置では、再生される像が連続的であり、ホストコンピュータなどから送られたデータが受光デバイスの素子の少なくとも２つに渡って記録されるため、受光デバイスの素子を再生像に合わせるピクセルマッチングの操作を必要としない。このため、受光デバイスまたは記録媒体などを動かす駆動装置や駆動装置を制御するサーボ機能は必要なくなる。従って、データ読取り装置の小型化および低価格化を容易に可能とする。更に、読取り命令をドライブに与えてからデータを読み出すまでにメカニカルな動作が入らないため、ドライブのレイテンシを小さくすることができるようになっている。また、再生像の位置や変形を補正するための信号として、１つの基底で十分であるため、例えば位置や変形を補正するためのマークを再生像に付する方式に比べて、本実施形態はマークを記録媒体に記録する必要がないので、容量を大きくすることができる。
【００２６】
次に、まず図１に示すデータ記録再生装置の記録時の動作について説明する。図１のデータ記録再生装置において、データ分割手段１は、記録したいデータを分割し、この分割されたデータは半波整流波形合成手段３により周期の異なる半波整流波形の信号を割り当てられて合成され、記録パターン出力手段５により半波整流合成波形が再生像として得られるような記録媒体上の光の波面とそれを発生させる記録媒体上のパターンを計算装置により算出するかまたは光学装置による光の干渉を用いたパターン形成を行い、媒体書込み手段７により出力される光の波面が記録媒体上に存在するようなパターンを記録媒体に記録する。
【００２７】
更に詳しく、図３を参照して、図１に示すデータ記録再生装置の記録時の動作について説明する。
【００２８】
図３において、４０１は記録したいデータであり、ここではｄ0 〜ｄn-1 のｎ個のエレメントからできている。ここでｄ0 〜ｄn-1 の各エレメントは１ｂｉｔであってもよいし、複数ｂｉｔであってもよい。４０２はデータ分割手段１により分割されたデータであり、ｄ0 ，ｄ1 ，ｄ2 ，…，ｄn-1 のｎ個に分割されている。４０３は半波整流波形の形をした基底であり、４０４は４０２の分割されたデータと４０３の半波整流波形の形をした基底の積である。ここで積とは、例えば４０２のデータをスカラーに置き換え、更に４０３の基底を２次元の行列に置き換えることとすることにより得られる行列のスカラー積のことである。この場合、４０２の分割されたデータが１ｂｉｔの場合、４０２の各分割されたデータが表す値は１または０となり、その結果、４０４は、４０２が１の場合は４０３の基底そのものとなり、４０２が０の場合はすべての要素が０の行列となる。
【００２９】
また、４０２の分割されたデータがｍ ｂｉｔ（ｍ＞１）の場合、ｂｉｔを１ 列に並べてｍ桁の２進数の数字とし、このｍ桁の２進数が表す大きさを４０２のそれぞれのエレメントが表す大きさとし、４０３の基底を表す行列とのスカラー積をとり、４０４を算出する。４０５は４０４の積の算出結果の和をとることにより合成したものである。この積と和の演算は半波整流波形合成手段３により行われる。４０６は４０５から得られる媒体に記録するパターンであり、記録パターン出力手段５により出力される。その後、媒体書込み手段７により、４０６のパターンが媒体に書込まれる。
【００３０】
ここで用いている半波整流波形とは、電源回路の１つである半波整流回路から出力される波形のように、正弦波または余弦波の正の部分のみを残し、負の部分を０とした波形である。本実施形態で使用する半波整流波形は２次元のものであり、その式は以下のようになる。
【００３１】
【数１】
ここで、ｘ，ｙは位置を表す変数であり、ｍ，ｎはそれぞれｘ方向およびｙ方向の周期関数の周波数を表し、Ｍ，Ｎはそれぞれｘ方向およびｙ方向のデータ数を表す。ｆ(ｘ，ｙ）は２次元半波整流波形の合成信号の位置（ｘ，ｙ）に対す る強度を表す関数であり、媒体に記録する波形である。ｈｗｂ２ｄm,n(ｘ，ｙ）は半波整流波形をした２次元基底関数であり、ｈｗｂ１ｄm(ｘ）は半波整流波形をした１次元関数である。ｔｒｉm(ｘ）は三角関数であり、ｍが偶数の時に余弦波となり、ｍが奇数の時に正弦波となる。ｆｌｏｏｒ(ｘ）はｘを越えない最大 整数を表す関数であり、ｘ％２はｘを２で割った余りを算出する演算子である。
【００３２】
ｄm,n は記録するデータであり、ｈｗｂm,n(ｘ，ｙ）の係数となる。ただし、ｍ＝１およびｎ＝１におけるｔｒｉm(ｘ）およびｔｒｉn(ｙ）は０となるため、ｈｗｂ1,n(ｘ，ｙ）およびｈｗｂm,1(ｘ，ｙ）は０となり、従って、ｈ1,nおよ びｈm,1のＭ＋Ｎ＋１個の係数は意味をなさない。つまり、ＭＮ（＝（Ｍ＋１） （Ｎ＋１）−（Ｍ＋Ｎ＋１））個の係数のみが実質的な係数となる。
【００３３】
ところで、Ｍ＝Ｎ＝０の基底ｈｗｂ２ｄ0,0(ｘ，ｙ）の係数ｄ0,0 は受光デバイスで受光した際の再生像の歪みを補正する目的で、ある正の値を入力する。従って、実際に使用できるのはＭＮ−１個の係数となる。
【００３４】
式（１．１）中に示すｈｗｂ１ｄm(ｘ）の１例を図６に示す。図６は、横軸は位置ｘを表し、縦軸は強度を表したグラフであり、データ数Ｍ＝６４であり、ｍ＝５，ｃm＝２５５の場合のものである。また、式（１．１）中に示すｈｗｂ２ ｄm,n(ｘ，ｙ）の１例を図７に示す。図７は、縦横の軸は位置（ｘ，ｙ）を表し、高さは強度を表したグラフであり、データ数Ｍ＝６４，Ｎ＝６４であり、ｍ＝５，ｎ＝３，ｃm＝２５５1/2，ｃn＝２５５1/2の場合のものである。
【００３５】
４０２の分割されたデータの大きさと４０３の２次元の半波整流波形の基底の積をとる際に、どの分割データをどの基底に対応付けするかについては、例えば図５に示すような方法をとることとする。図５では、３０１のデータはブロックＢ0 〜Ｂn-1 に分けることができ、それぞれのブロックが３０２に示す半波整流波形の基底に対応している様子を示している。つまり、時間的な、または空間的な位置を半波整流波形の基底の種類と対応付けさせる。図５のブロックＢ0 〜Ｂn-1 は図３のｄ0 〜ｄn-1 と同じものであり、また、式（１．１）のｄm,n と同じものである。この場合ｄm,n の添字のｍ，ｎをＢ0 〜Ｂn-1 やｄ0 〜ｄn-1 の添字に置き換える操作を行う。例えば、ｍ，ｎをｍ×Ｎ＋ｎ、あるいは、ｎ×Ｍ＋ｍと置き換える。
【００３６】
式（１．１）は行列の式に置き換えることができる。下にその式を記す。
【００３７】
【数２】
式（１．２）は式（１．１）のｍ＝１，ｎ＝１の項を除いた項を要素とする行列で構成されている。ここで［］tは行列の転地を表す。
【００３８】
図１において、記録パターン出力手段５と媒体書込み手段７は、記録パターン出力手段５で出力される記録パターンが計算装置による算出による方法であるか、光学装置によるパターン形成による方法であるかによって、その実現する手段が異なる。
【００３９】
記録パターン出力手段５が出力する記録パターンが計算装置によるものである場合は、計算装置により媒体表面における光の波面を算出し、その波面を用いて、記録パターンを算出した後、媒体書込み手段７において、イオンビーム等を使ってその記録パターンを媒体に記録する。
【００４０】
波面計算の例について説明する。計算方法は記録再生の光学系によって異なる。記録再生の光学系は、例えば図１４と図１６のようにフーリエ変換レンズを使わない記録系と再生系がある。また、例えば、図１５と図１７のようにフーリエ変換レンズ１５１を使う記録系と再生系がある。
【００４１】
まず、フーリエ変換レンズを使わない記録再生系のための波面計算例を示す。例えば、ｘ，ｙ，ｚ軸を持つ直交座標系で、点（０，０，０）から発する光の伝播式をｇ(ｘ，ｙ，ｚ）とし、面（ｘ，ｙ，０）で発光する光の波面をｈ(ｘ，ｙ）、面（ｘ，ｙ，０）から距離ｄだけ離れた面（ｘ，ｙ，ｄ）の光の波面をｆ( ｘ，ｙ）とすると、下記の式が得られる。
【００４２】
【数３】
上記の式（１．３）は畳込み積分であるので、フーリエ変換を使用すると、以下のような式が得られる。
【００４３】
【数４】
Ｆ(μ，ｖ）＝ Ｈ(μ，ｖ）・Ｇ(μ，ｖ） …（1.4）
ここで、Ｆ(μ，ｖ），Ｈ(μ，ｖ），Ｇ(μ，ｖ）はそれぞれｆ(ｘ，ｙ），ｈ( ｘ，ｙ），ｇ(ｘ，ｙ）のフーリエ変換である。式（１．３）を変形して、Ｈ(μ，ｖ）を左辺に移項し、Ｆ(μ，ｖ）を右辺に移項すると、以下のような式になる。
【００４４】
【数５】
上記の式（１．５）の両辺を逆フーリエ変換すると、以下のようになる。
【００４５】
【数６】
ここで、ＦＴ-1［］は逆フーリエ変換を示す。
【００４６】
このとき、発光面（ｘ，ｙ，０）を媒体表面とし、面（ｘ，ｙ，ｄ）を受光する面とすると、記録したいデータはｆ(ｘ，ｙ）となり、その像を再生するため の媒体上の光の波面はｈ(ｘ，ｙ）となる。光の伝播式ｇ(ｘ，ｙ，ｄ）は、媒体への物理的な記録の方法にもよるが、例えば、光を通す微少な穴であったり、光の微少な散乱体であったりした場合であって、媒体と受光素子との距離ｄが記録パターンの領域および再生像の領域と比較してかなり大きい場合、以下のような式としても差し支えない。
【００４７】
【数７】
ここで、ｊは虚数単位であり−１の２乗根、ｋは光の波数、ｒは穴または散乱体からの距離を表す。
【００４８】
次に、フーリエ変換レンズ１５１を使う記録再生系のための波面計算例を示す。この場合、記録媒体上の光の波面ｈ(ｘ，ｙ）は式（１．６）に代わって以下 のようになる。
【００４９】
【数８】
ｈ(ｘ，ｙ）＝ ＦＴ［ｆ(ｘ，ｙ)］ …（1.8）
ここで、ＦＴ［］はフーリエ変換を示す。
【００５０】
記録パターン出力手段５では、式（１．６）および式（１．８）の計算を行うとともに、式（１．６）および式（１．８）で得られた光の波面ｈ(ｘ，ｙ）を 発生させる記録パターンを算出する。
【００５１】
光の波面から記録パターンを導出する方法は、記録方法による。例えば、記録方法として平面板に穴をあける方法を使用するならば、後述するＬohmannの方法等がある。また、記録方法として、導波路に屈折率の異なる散乱体を使う方法を使用するならば、後述する八木の方法等がある。これらは、光の波面を表す式の位相項を穴または散乱体の位置で表し、光の波面を表す式の振幅項を穴の大きさまたは散乱体の大きさで表す方法である。
【００５２】
例えば、Ｌohmannの方法では、図８のような光学系を用いる。図８では、平面的な記録媒体の左から光が入射し、記録媒体を通過した光が受光素子に入る。この場合、記録媒体と受光素子の間にフーリエ変換レンズが入る場合もあるし、入らない場合もある。記録媒体は、図９に示すように、１辺がδｖのセルに分けられる。各セルは、図１０に示すように、大きさＷｎｍ δ ｖｘＣ δ ｖの穴をあける。セルの位置は（ｎ δ ｖ，ｍ δ ｖ）であり、ｎ，ｍは整数である。穴はセルの中心からＰｎｍ δ ｖだけずらして開ける。このとき、位置（ｎ δ ｖ，ｍδ ｖ）の波面がｈ(ｎ δ ｖ，ｍ δ ｖ）＝Ａｎｍ・ｅj φ nmとすると、以下のようになる。
【００５３】
Ａnm＝Ｗnm
φnm＝２πＭＰnm …（1.9）
ここで、Ｍは正の整数である。
【００５４】
また、例えば、八木の方法では、図１１のような光学系を用いる。図１１では、記録媒体はスラブ型導波路であり、記録媒体の下から光が入射し、記録媒体の右からもれた光が受光素子に入る。この場合、記録媒体と受光素子の間にフーリエ変換レンズが入る場合もあるし、入らない場合もある。記録媒体は、図１２に示すように、１辺がδｖのセルに分けられる。各セルは図１３に示すように、大きさＷｎｍ δ ｖｘＣ δ ｖの散乱体をつける。セルの位置は（ｎ δ ｖ，ｍ δ ｖ）であり、ｎ，ｍは整数である。散乱体はセルの中心からＰｎｍ δ ｖだ けずらしてつける。このとき、位置（ｎ δ ｖ，ｍ δ ｖ）の波面がｈ(ｎ δ ｖ，ｍ δ ｖ）＝Ａｎｍ・ｅj φ nmとすると、以下のようになる。
【００５５】
Ａnm＝Ｗnm
φnm＝２πＰnm …（1.10）
以上、記録パターン出力手段５が計算機で出力される場合は、媒体表面の光の波面計算を式（１．６）で行うとともに、媒体への記録方法により、式（１．８）や式（１．９）等を使い、記録パターンを算出する。
【００５６】
その後、媒体書込み手段７において、イオンビーム等を用いて、媒体に記録パターンを記録する。
【００５７】
一方、記録パターン出力手段５が光学装置によるパターン形成による方法である場合は、物体光と参照光を媒体表面で干渉させ、その干渉縞の強度分布を媒体に書込む。
【００５８】
例えば、図１４のような、フーリエ変換レンズのない記録系では記録パターン表示デバイスを通った光を物体光とし、それと参照光を記録媒体上で干渉させる。その干渉した光の強度分布を記録媒体に記録する。記録パターン表示デバイスとしては、例えば、空間光変調器（spatial light modulator；ＳＬＭ）を用い る。
【００５９】
また、例えば図１５に示すように、フーリエ変換レンズ１５１を使用した記録系でも、同様に、記録パターン表示デバイスを通った光をフーリエ変換レンズ１５１を通して媒体上に照射し、参照光と干渉させ、その干渉した光の強度分布を記録媒体に記録する。
【００６０】
次に、図４の再生時におけるデータフロー図を用いて、図２の再生時の動作について説明する。再生像読み出し手段１１では、例えば、図１６、図１７のように媒体に光を照射することにより、媒体から放射される光がＣＣＤやＣＭＯＳ等の受光デバイス上で像を結ばせ、その再生像を受光デバイスで取り込む。
【００６１】
再生像は一般に幾何学的な歪みが生じた状態で受光デバイス上に結像する。図１８はその様子を示したものであり、１８０１は受光デバイスの受光面であり、１８０２は再生像の基準位置であり、１８０３は受光した再生像である。例えば、受光した再生像が１８０３に示すように位置と形が歪んだ場合、以下の手順で１８０３の再生像を１８０２の基準位置へ変換する。
【００６２】
まず、受光デバイスから得られた信号を閾値ｔｈで２値化する。このとき、閾値ｔｈは０よりも大きく、かつ、式（１．１）のｄ0,0 よりも小さくする。ｄ0,0 より小さい値を求めるには、例えば、ｔｈをある値にし、そのレベルで２値化を行い、ハイレベルの画素数またはローレベルの画素数を数えることとし、そのｔｈを０レベルから順次大きくしていった時のローレベルの画素数の変化を調べ、最初に大きく変化した際のレベルをｔｈの閾値とすることにより得ることができる。
【００６３】
次に、そのようにして決めた閾値ｔｈで２値化すると、再生像１８０３は中が一様な四角形として見知できる。
【００６４】
そして、１８０３の再生像を変換処理することにより、１８０２のような長方形の像を得る。この変換処理は、１８０３から１８０２への変換が一般的な幾何学変換として用いられるアフイン変換を仮定するならば、例えば、Lucchese L.,Corfelazzo G.M.,MontiC.,“Estimation of Affine Transformations Between Image Pairs Via Fourier Transform",Proceeding of IEEE International Conference on Image Processing,pp715-718,1996 に記載されているフーリエ変換を使ったアフイン変換係数の決定方法を用いてもよいし、また、特許第２８４６２９８，”モーメントを使ったアフイン変換係数の決定方法”に記載されている、モーメントを使用したアフイン変換係数の決定方法を用いてもよい。これらの方法によりアフイン変換係数を得て、受光した再生像１８０３を元の形の像１８０２に変換することが可能となる。
【００６５】
もし、受光した再生像１８０３を１８０２の画像に戻す際に、１つのアフイン変換だけで表せない場合には、四角形を２つの三角形に分割し、それぞれ別々にアフイン変換すればよい。この様子を図１９に示す。１９０１は基準位置であり、１９０２は受光した再生像である。１９０１の基準位置と１９０２の再生像をそれぞれ１つの対角線で２つの三角形に分割し、それぞれを対応付ける操作を行う。そして、対応付けられた三角形の組ごとにアフイン変換係数を求めることにより、再生像１９０２から元の形の像１９０１への変換が可能となる。図４では、５０５がその元に戻した再生像にあたる。
【００６６】
係数分離手段１３では、読み込んだ再生像５０５から、基底となっている半波整流波形の大きさを表す係数５０２を取り出す。これは、行列を用いて取り出すことができ、式（１．２）の行列を使用すると、以下のような式で取り出せる。
【００６７】
【数９】
ここで、［ｄm,n］は係数であり、［ｆm,n］は受光デバイスで読取った波形である。また、［ｈｗｂ１ｄm(ｘ)］は周期ｍの１次元半波整流波形である。
【００６８】
データ再構成手段１５では、係数データ５０２を接続することによりデータを再構成し、元のデータ５０１を得る。
【００６９】
次に、図２０および図２１に示すフローチャートを参照して、上述した実施形態のデータ記録再生装置のデータ記録時およびデータ再生時の全体的な処理の流れについて説明する。
【００７０】
まず、図２０に示すフローチャートを参照して、データ記録時の処理について説明する。図１に示すデータ分割手段１は、記録媒体に記録するデータを受け取ると、この記録データを分割する（ステップＳ１１）。この分割された各データは半波整流波形合成手段３に入力され、該半波整流波形合成手段３において各分割データを周期の異なる半波整流波形の基底に割り当て、各基底に割り当てた分割データの値を各基底の係数とし、各基底と係数の各積を加算して合成する（ステップＳ１３）。
【００７１】
それから、記録パターン出力手段５において、半波整流波形合成手段３で合成された半波整流合成波形が再生像として得られるような記録媒体上の光の波面を発生させるパターンを出力する（ステップＳ１５）。この出力されたパターンは媒体書込み手段７で記録媒体に記録される（ステップＳ１７）。
【００７２】
次に、図２１に示すフローチャートを参照して、データ再生時の処理について説明する。図２に示すデータ記録再生装置は、再生像読み出し手段１１により記録媒体から再生像を読み出す（ステップＳ２１）。この読み出した再生像は係数分離手段１３に供給され、該再生像の半波整流波形の合成波形から半波整流波形の係数を分離して取り出す（ステップＳ２３）。それから、この取り出した係数からデータをデータ再構成手段１５において再構成して出力する（ステップＳ２５）。
【００７３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、記録データを分割し、この分割された各データを周期の異なる半波整流波形の基底に割り当て、各基底に割り当てた分割データの値を各基底の係数とし、各基底と係数の各積を加算して合成し、この合成された半波整流合成波形が再生像として得られるような記録媒体上の光の波面を発生させるパターンを出力し、この出力されたパターンを記録媒体に記録するので、受光デバイスの素子を再生像に合わせるピクセルマッチングの操作を必要とせず、従って受光デバイスまたは記録媒体などを動かす駆動装置や駆動装置を制御するサーボ機能が必要なくなり、データ読取り装置の小型化および低価格化を容易に可能とするとともに、読取り命令をドライブに与えてからデータを読み出すまでにメカニカルな動作が入らず、ドライブのレイテンシを小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るデータ記録再生装置の記録時の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るデータ記録再生装置の再生時の構成を示すブロック図である。
【図３】図１に示すデータ記録再生装置のデータ記録時のデータフローを示す説明図である。
【図４】図２に示すデータ記録再生装置のデータ再生時のデータフローを示す説明図である。
【図５】図１に示すデータ記録再生装置におけるデータ位置と基底の対応を示す説明図である。
【図６】図１に示すデータ記録再生装置における１次元半波整流波形を示す図である。
【図７】図１に示すデータ記録再生装置における２次元半波整流波形を示す図である。
【図８】図１に示すデータ記録再生装置に使用されるＬohmannの方法における光学系を示す図である。
【図９】図１に示すデータ記録再生装置に使用されるＬohmannの方法における記録媒体の分解方法を示す図である。
【図１０】図１に示すデータ記録再生装置に使用されるＬohmannの方法における１つのセルの構造を示す図である。
【図１１】図１に示すデータ記録再生装置で使用される八木の方法における光学系を示す図である。
【図１２】図１に示すデータ記録再生装置で使用する八木の方法における記録媒体の分解方法を示す図である。
【図１３】図１に示すデータ記録再生装置で使用する八木の方法における１つのセルの構造を示す図である。
【図１４】図１に示すデータ記録再生装置で使用するフーリエ変換レンズを使用しない媒体書込み方法を示す図である。
【図１５】図１に示すデータ記録再生装置で使用するフーリエ変換レンズを使用する媒体書込み方法を示す図である。
【図１６】図１に示すデータ記録再生装置で使用するフーリエ変換レンズを使用しない再生像読み出し方法を示す図である。
【図１７】図１に示すデータ記録再生装置で使用するフーリエ変換レンズを使用する再生像読み出し方法を示す図である。
【図１８】図１に示すデータ記録再生装置における受光デバイスと再生像および再生像の基準位置を示す図である。
【図１９】図１に示すデータ記録再生装置における再生像および再生像の基準位置の分割および対応を示す図である。
【図２０】図１に示したデータ記録再生装置のデータ記録時の作用を示すフローチャートである。
【図２１】図２に示したデータ記録再生装置のデータ再生時の作用を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ データ分割手段
３ 半波整流波形合成手段
５ 記録パターン出力手段
７ 媒体書込み手段
１１ 再生像読み出し手段
１３ 係数分離手段
１５ データ再構成手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、ホログラムにより記録媒体にデータを記録再生するデータ記録再生装置および方法に関し、特に無サーボの読み取りヘッドでデータを読み出すための、記録媒体に記録する信号の符号化を達成するデータ記録再生装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ホログラムによるデータ記録の符号方式は、例えば、「Geoffrey W.Burr,Jonathan Ashley,Hans Coufal,Robert K.Grvgier,John A.Hoffnagle,C.Micheal Jefferson,and Brian Marcus,Modulation coding for pixel-matched holographic data storage,Optics Letters,Vol.25,No.10,pp 639-641,1997」に記載されてお り、それによると、再生像がドットの集まりとなっており、そのドットの間隔は受光するデバイスを構成する素子の間隔と同じになっており、１ドットを１つの画素が受け取る仕組みとなっている。
【０００３】
また、ホログラムによるデータ記録の符号方式の別の例は、「John F.Heanue,Matthew C.Bashaw,and Lambertus Hesselink,Volume Holographic Storage and Retrieval of Digital Data,Science,Vol.265,pp.749-752,1994」に記載されて おり、それによると、再生像がドットの集まりとなっており、そのドットの間隔は受光するデバイスを構成する素子の間隔と異なっており、１ドットを複数の素子が受け取る仕組みとなっている。
【０００４】
光を用いて複数の周波数の正弦波および余弦波の和の信号を表現する場合、信号の負の部分を表す手法として３つある。１つ目は、信号にデバイスをかけて負の部分がないようにする手法である。割り当てる正弦波および余弦波において、周波数０のもの、つまり、直流成分の信号を使ってないとすると、和の信号は直流成分を持たないため、周波数０の成分をなくすフィルタによりバイアス分を削ることができ、もとの信号を再現する。
【０００５】
２つ目は、１つ目の方法において、信号にかけるバイアスの強度値を記録しておき、再生時に得られたバイアス値を得られた信号から引くことで、もとの信号を再現する。
【０００６】
３つ目は、負の部分の光信号の位相を正の部分の光信号の位相と１０８度異なるようにする手法である。再生する際には再生像が像を結ぶ受光デバイスに信号光と同じ波長であり、かつコヒーレントな平面波光を当てることで、例えば、強め合う部分を正の部分とし、弱め合う部分を負の部分とすることで、もとの信号を再現する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術で書かれているＧeoffrey Ｗ.Ｂurrらの方法およびＪohn Ｆ.Ｈeanueらの方法では、再生像を構成する各ドットを受光デバイスの各素子に合わせるピクセルマッチングと呼ばれる操作が必要となり、ピクセルマッチングを行うための、受光デバイスまたは媒体等を動かす駆動装置、駆動装置を制御するサーボ機能をデータの読取り装置に付加する必要が出てくる。このことから、データ読取り装置が大型になり、価格が高くなるという欠点がある。
【０００８】
更に、読み取り命令をドライブに与えてからデータを読み出すまでに駆動装置によるメカニカルな動作が入るため、ドライブのレイテンシが大きくなるという欠点もある。
【０００９】
交流部の和の波形の振幅が部分的に負側に大きくなり振れる際には、バイアス値がそれに伴い大きくなるが、受光デバイスのダイナミックレンジは変化しないことから、振幅が負側に大きく振れる部分以外の信号の量子化ノイズが信号に対して相対的に大きくなるという欠点がある。
【００１０】
また、信号の負の部分を表す２つ目の方法では、バイアスの強度値を得る際にエラーが発生すると、再生信号に深刻なダメージを与えるという欠点があり、またバイアスの強度値を記録するため、容量が少なくなるという欠点もある。
【００１１】
また、信号の負の部分を表す３つ目の方法では、再生像を得る際に、平面波光を発生させるための装置が必要となるため、装置が大型になり、かつ高価になるとの欠点がある。
【００１２】
本発明は、上記に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、無サーボの読取ヘッドでデータの読み出しを可能とし、読取装置の小型化、経済化、ドライブのレイテンシの低減化を図り得るデータ記録再生装置および方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１記載の本発明は、ホログラムにより記録媒体にデータを記録するデータ記録再生装置であって、記録媒体に記録するデータを分割するデータ分割手段と、この分割された各データを周期の異なる半波整流波形の基底に割り当て、各基底に割り当てた分割データの値を各基底の係数とし、各基底と係数の各積を加算して合成する半波整流波形合成手段と、この合成された半波整流合成波形が再生像として得られるような記録媒体上の光の波面を発生させるパターンを出力する記録パターン出力手段と、この出力されたパターンを記録媒体に記録する媒体書込み手段とを有することを要旨とする。
【００１４】
請求項１記載の本発明にあっては、記録データを分割し、この分割された各データを周期の異なる半波整流波形の基底に割り当て、各基底に割り当てた分割データの値を各基底の係数とし、各基底と係数の各積を加算して合成し、この合成された半波整流合成波形が再生像として得られるような記録媒体上の光の波面を発生させるパターンを出力し、この出力されたパターンを記録媒体に記録するため、受光デバイスの素子を再生像に合わせるピクセルマッチングの操作を必要とせず、従って受光デバイスまたは記録媒体などを動かす駆動装置や駆動装置を制御するサーボ機能が必要なくなり、データ読取り装置の小型化および低価格化を容易に可能とするとともに、読取り命令をドライブに与えてからデータを読み出すまでにメカニカルな動作が入らず、ドライブのレイテンシを小さくすることができる。
【００１５】
また、請求項２記載の本発明は、ホログラムにより記録媒体に記録されたデータを再生するデータ記録再生装置であって、記録媒体から再生像を読み出す再生像読み出し手段と、この読み出した再生像の半波整流波形の合成波形から半波整流波形の係数を分離して取り出す係数分離手段と、この取り出した係数からデータを再構成するデータ再構成手段とを有することを要旨とする。
【００１６】
請求項２記載の本発明にあっては、記録媒体から再生像を読み出し、この読み出した再生像の半波整流波形の合成波形から半波整流波形の係数を分離して取り出し、この取り出した係数からデータを再構成する。
【００１７】
更に、請求項３記載の本発明は、ホログラムにより記録媒体にデータを記録するデータ記録再生方法であって、記録媒体に記録するデータを分割するステップと、この分割された各データを周期の異なる半波整流波形の基底に割り当て、各基底に割り当てた分割データの値を各基底の係数とし、各基底と係数の各積を加算して合成するステップと、この合成された半波整流合成波形が再生像として得られるような記録媒体上の光の波面を発生させるパターンを出力するステップと、この出力されたパターンを記録媒体に記録するステップとを有することを要旨とする。
【００１８】
請求項３記載の本発明にあっては、記録データを分割し、この分割された各データを周期の異なる半波整流波形の基底に割り当て、各基底に割り当てた分割データの値を各基底の係数とし、各基底と係数の各積を加算して合成し、この合成された半波整流合成波形が再生像として得られるような記録媒体上の光の波面を発生させるパターンを出力し、この出力されたパターンを記録媒体に記録するため、受光デバイスの素子を再生像に合わせるピクセルマッチングの操作を必要とせず、従って受光デバイスまたは記録媒体などを動かす駆動装置や駆動装置を制御するサーボ機能が必要なくなり、データ読取り装置の小型化および低価格化を容易に可能とするとともに、読取り命令をドライブに与えてからデータを読み出すまでにメカニカルな動作が入らず、ドライブのレイテンシを小さくすることができる。
【００１９】
請求項４記載の本発明は、ホログラムにより記録媒体に記録されたデータを再生するデータ記録再生方法であって、記録媒体から再生像を読み出すステップと、この読み出した再生像の半波整流波形の合成波形から半波整流波形の係数を分離して取り出すステップと、この取り出した係数からデータを再構成するステップとを有することを要旨とする。
【００２０】
請求項４記載の本発明にあっては、記録媒体から再生像を読み出し、この読み出した再生像の半波整流波形の合成波形から半波整流波形の係数を分離して取り出し、この取り出した係数からデータを再構成する。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。図１および図２は、それぞれ本発明の一実施形態に係るデータ記録再生装置の記録時および再生時の構成を示すブロック図である。両図に示すデータ記録再生装置は、ホログラムによるデータ記録において再生される像として正弦波および余弦波の半波整流波形、すなわち正弦波および余弦波の正の部分のみを使用し、負の部分は０とする波形である半波整流波形を使用するものであるとともに、また再生される像が連続的であることを特徴とするものである。
【００２２】
図１に示す記録時のデータ記録再生装置は、記録媒体に記録するデータを分割するデータ分割手段１、この分割された各データを周期の異なる半波整流波形の基底に割り当て、各基底に割り当てた分割データの値を各基底の係数とし、各基底と係数の各積を加算して合成する半波整流波形合成手段３、この合成された半波整流合成波形が再生像として得られるような記録媒体上の光の波面を発生させるパターンを出力する記録パターン出力手段５、およびこの出力されたパターンを記録媒体に記録する媒体書込み手段７から構成されている。
【００２３】
また、図２に示す再生時のデータ記録再生装置は、記録媒体から再生像を読み出す再生像読み出し手段１１、この読み出した再生像の半波整流波形の合成波形から半波整流波形の係数を分離して取り出す係数分離手段１３、およびこの取り出した係数からデータを再構成するデータ再構成手段１５から構成されている。
【００２４】
このデータ記録再生装置では、ホストコンピュータなどから記録のために送られてくるデータは、１ｂｉｔなどの単位で分割され、それぞれの単位で基本周波数および位相の異なる半波整流波形の信号を割り当て、それぞれ割り当てた半波整流波形の大きさを分割データの大きさとする。すなわち、半波整流波形を基底とし、それぞれの基底に割り当てた分割データの値をそれらの基底の係数とする。そして、それらの基底と係数の積の和を取る。それから、この算出した和の信号が回折によって再生されるような記録パターンを記録媒体に記録する。再生においては、記録媒体から得られた像から係数を算出し、それらを接続して元のデータとしている。
【００２５】
また、本実施形態のデータ記録再生装置では、再生される像が連続的であり、ホストコンピュータなどから送られたデータが受光デバイスの素子の少なくとも２つに渡って記録されるため、受光デバイスの素子を再生像に合わせるピクセルマッチングの操作を必要としない。このため、受光デバイスまたは記録媒体などを動かす駆動装置や駆動装置を制御するサーボ機能は必要なくなる。従って、データ読取り装置の小型化および低価格化を容易に可能とする。更に、読取り命令をドライブに与えてからデータを読み出すまでにメカニカルな動作が入らないため、ドライブのレイテンシを小さくすることができるようになっている。また、再生像の位置や変形を補正するための信号として、１つの基底で十分であるため、例えば位置や変形を補正するためのマークを再生像に付する方式に比べて、本実施形態はマークを記録媒体に記録する必要がないので、容量を大きくすることができる。
【００２６】
次に、まず図１に示すデータ記録再生装置の記録時の動作について説明する。図１のデータ記録再生装置において、データ分割手段１は、記録したいデータを分割し、この分割されたデータは半波整流波形合成手段３により周期の異なる半波整流波形の信号を割り当てられて合成され、記録パターン出力手段５により半波整流合成波形が再生像として得られるような記録媒体上の光の波面とそれを発生させる記録媒体上のパターンを計算装置により算出するかまたは光学装置による光の干渉を用いたパターン形成を行い、媒体書込み手段７により出力される光の波面が記録媒体上に存在するようなパターンを記録媒体に記録する。
【００２７】
更に詳しく、図３を参照して、図１に示すデータ記録再生装置の記録時の動作について説明する。
【００２８】
図３において、４０１は記録したいデータであり、ここではｄ0 〜ｄn-1 のｎ個のエレメントからできている。ここでｄ0 〜ｄn-1 の各エレメントは１ｂｉｔであってもよいし、複数ｂｉｔであってもよい。４０２はデータ分割手段１により分割されたデータであり、ｄ0 ，ｄ1 ，ｄ2 ，…，ｄn-1 のｎ個に分割されている。４０３は半波整流波形の形をした基底であり、４０４は４０２の分割されたデータと４０３の半波整流波形の形をした基底の積である。ここで積とは、例えば４０２のデータをスカラーに置き換え、更に４０３の基底を２次元の行列に置き換えることとすることにより得られる行列のスカラー積のことである。この場合、４０２の分割されたデータが１ｂｉｔの場合、４０２の各分割されたデータが表す値は１または０となり、その結果、４０４は、４０２が１の場合は４０３の基底そのものとなり、４０２が０の場合はすべての要素が０の行列となる。
【００２９】
また、４０２の分割されたデータがｍ ｂｉｔ（ｍ＞１）の場合、ｂｉｔを１ 列に並べてｍ桁の２進数の数字とし、このｍ桁の２進数が表す大きさを４０２のそれぞれのエレメントが表す大きさとし、４０３の基底を表す行列とのスカラー積をとり、４０４を算出する。４０５は４０４の積の算出結果の和をとることにより合成したものである。この積と和の演算は半波整流波形合成手段３により行われる。４０６は４０５から得られる媒体に記録するパターンであり、記録パターン出力手段５により出力される。その後、媒体書込み手段７により、４０６のパターンが媒体に書込まれる。
【００３０】
ここで用いている半波整流波形とは、電源回路の１つである半波整流回路から出力される波形のように、正弦波または余弦波の正の部分のみを残し、負の部分を０とした波形である。本実施形態で使用する半波整流波形は２次元のものであり、その式は以下のようになる。
【００３１】
【数１】
【００３２】
ｄm,n は記録するデータであり、ｈｗｂm,n(ｘ，ｙ）の係数となる。ただし、ｍ＝１およびｎ＝１におけるｔｒｉm(ｘ）およびｔｒｉn(ｙ）は０となるため、ｈｗｂ1,n(ｘ，ｙ）およびｈｗｂm,1(ｘ，ｙ）は０となり、従って、ｈ1,nおよ びｈm,1のＭ＋Ｎ＋１個の係数は意味をなさない。つまり、ＭＮ（＝（Ｍ＋１） （Ｎ＋１）−（Ｍ＋Ｎ＋１））個の係数のみが実質的な係数となる。
【００３３】
ところで、Ｍ＝Ｎ＝０の基底ｈｗｂ２ｄ0,0(ｘ，ｙ）の係数ｄ0,0 は受光デバイスで受光した際の再生像の歪みを補正する目的で、ある正の値を入力する。従って、実際に使用できるのはＭＮ−１個の係数となる。
【００３４】
式（１．１）中に示すｈｗｂ１ｄm(ｘ）の１例を図６に示す。図６は、横軸は位置ｘを表し、縦軸は強度を表したグラフであり、データ数Ｍ＝６４であり、ｍ＝５，ｃm＝２５５の場合のものである。また、式（１．１）中に示すｈｗｂ２ ｄm,n(ｘ，ｙ）の１例を図７に示す。図７は、縦横の軸は位置（ｘ，ｙ）を表し、高さは強度を表したグラフであり、データ数Ｍ＝６４，Ｎ＝６４であり、ｍ＝５，ｎ＝３，ｃm＝２５５1/2，ｃn＝２５５1/2の場合のものである。
【００３５】
４０２の分割されたデータの大きさと４０３の２次元の半波整流波形の基底の積をとる際に、どの分割データをどの基底に対応付けするかについては、例えば図５に示すような方法をとることとする。図５では、３０１のデータはブロックＢ0 〜Ｂn-1 に分けることができ、それぞれのブロックが３０２に示す半波整流波形の基底に対応している様子を示している。つまり、時間的な、または空間的な位置を半波整流波形の基底の種類と対応付けさせる。図５のブロックＢ0 〜Ｂn-1 は図３のｄ0 〜ｄn-1 と同じものであり、また、式（１．１）のｄm,n と同じものである。この場合ｄm,n の添字のｍ，ｎをＢ0 〜Ｂn-1 やｄ0 〜ｄn-1 の添字に置き換える操作を行う。例えば、ｍ，ｎをｍ×Ｎ＋ｎ、あるいは、ｎ×Ｍ＋ｍと置き換える。
【００３６】
式（１．１）は行列の式に置き換えることができる。下にその式を記す。
【００３７】
【数２】
【００３８】
図１において、記録パターン出力手段５と媒体書込み手段７は、記録パターン出力手段５で出力される記録パターンが計算装置による算出による方法であるか、光学装置によるパターン形成による方法であるかによって、その実現する手段が異なる。
【００３９】
記録パターン出力手段５が出力する記録パターンが計算装置によるものである場合は、計算装置により媒体表面における光の波面を算出し、その波面を用いて、記録パターンを算出した後、媒体書込み手段７において、イオンビーム等を使ってその記録パターンを媒体に記録する。
【００４０】
波面計算の例について説明する。計算方法は記録再生の光学系によって異なる。記録再生の光学系は、例えば図１４と図１６のようにフーリエ変換レンズを使わない記録系と再生系がある。また、例えば、図１５と図１７のようにフーリエ変換レンズ１５１を使う記録系と再生系がある。
【００４１】
まず、フーリエ変換レンズを使わない記録再生系のための波面計算例を示す。例えば、ｘ，ｙ，ｚ軸を持つ直交座標系で、点（０，０，０）から発する光の伝播式をｇ(ｘ，ｙ，ｚ）とし、面（ｘ，ｙ，０）で発光する光の波面をｈ(ｘ，ｙ）、面（ｘ，ｙ，０）から距離ｄだけ離れた面（ｘ，ｙ，ｄ）の光の波面をｆ( ｘ，ｙ）とすると、下記の式が得られる。
【００４２】
【数３】
【００４３】
【数４】
Ｆ(μ，ｖ）＝ Ｈ(μ，ｖ）・Ｇ(μ，ｖ） …（1.4）
ここで、Ｆ(μ，ｖ），Ｈ(μ，ｖ），Ｇ(μ，ｖ）はそれぞれｆ(ｘ，ｙ），ｈ( ｘ，ｙ），ｇ(ｘ，ｙ）のフーリエ変換である。式（１．３）を変形して、Ｈ(μ，ｖ）を左辺に移項し、Ｆ(μ，ｖ）を右辺に移項すると、以下のような式になる。
【００４４】
【数５】
【００４５】
【数６】
【００４６】
このとき、発光面（ｘ，ｙ，０）を媒体表面とし、面（ｘ，ｙ，ｄ）を受光する面とすると、記録したいデータはｆ(ｘ，ｙ）となり、その像を再生するため の媒体上の光の波面はｈ(ｘ，ｙ）となる。光の伝播式ｇ(ｘ，ｙ，ｄ）は、媒体への物理的な記録の方法にもよるが、例えば、光を通す微少な穴であったり、光の微少な散乱体であったりした場合であって、媒体と受光素子との距離ｄが記録パターンの領域および再生像の領域と比較してかなり大きい場合、以下のような式としても差し支えない。
【００４７】
【数７】
【００４８】
次に、フーリエ変換レンズ１５１を使う記録再生系のための波面計算例を示す。この場合、記録媒体上の光の波面ｈ(ｘ，ｙ）は式（１．６）に代わって以下 のようになる。
【００４９】
【数８】
ｈ(ｘ，ｙ）＝ ＦＴ［ｆ(ｘ，ｙ)］ …（1.8）
ここで、ＦＴ［］はフーリエ変換を示す。
【００５０】
記録パターン出力手段５では、式（１．６）および式（１．８）の計算を行うとともに、式（１．６）および式（１．８）で得られた光の波面ｈ(ｘ，ｙ）を 発生させる記録パターンを算出する。
【００５１】
光の波面から記録パターンを導出する方法は、記録方法による。例えば、記録方法として平面板に穴をあける方法を使用するならば、後述するＬohmannの方法等がある。また、記録方法として、導波路に屈折率の異なる散乱体を使う方法を使用するならば、後述する八木の方法等がある。これらは、光の波面を表す式の位相項を穴または散乱体の位置で表し、光の波面を表す式の振幅項を穴の大きさまたは散乱体の大きさで表す方法である。
【００５２】
例えば、Ｌohmannの方法では、図８のような光学系を用いる。図８では、平面的な記録媒体の左から光が入射し、記録媒体を通過した光が受光素子に入る。この場合、記録媒体と受光素子の間にフーリエ変換レンズが入る場合もあるし、入らない場合もある。記録媒体は、図９に示すように、１辺がδｖのセルに分けられる。各セルは、図１０に示すように、大きさＷｎｍ δ ｖｘＣ δ ｖの穴をあける。セルの位置は（ｎ δ ｖ，ｍ δ ｖ）であり、ｎ，ｍは整数である。穴はセルの中心からＰｎｍ δ ｖだけずらして開ける。このとき、位置（ｎ δ ｖ，ｍδ ｖ）の波面がｈ(ｎ δ ｖ，ｍ δ ｖ）＝Ａｎｍ・ｅj φ nmとすると、以下のようになる。
【００５３】
Ａnm＝Ｗnm
φnm＝２πＭＰnm …（1.9）
ここで、Ｍは正の整数である。
【００５４】
また、例えば、八木の方法では、図１１のような光学系を用いる。図１１では、記録媒体はスラブ型導波路であり、記録媒体の下から光が入射し、記録媒体の右からもれた光が受光素子に入る。この場合、記録媒体と受光素子の間にフーリエ変換レンズが入る場合もあるし、入らない場合もある。記録媒体は、図１２に示すように、１辺がδｖのセルに分けられる。各セルは図１３に示すように、大きさＷｎｍ δ ｖｘＣ δ ｖの散乱体をつける。セルの位置は（ｎ δ ｖ，ｍ δ ｖ）であり、ｎ，ｍは整数である。散乱体はセルの中心からＰｎｍ δ ｖだ けずらしてつける。このとき、位置（ｎ δ ｖ，ｍ δ ｖ）の波面がｈ(ｎ δ ｖ，ｍ δ ｖ）＝Ａｎｍ・ｅj φ nmとすると、以下のようになる。
【００５５】
Ａnm＝Ｗnm
φnm＝２πＰnm …（1.10）
以上、記録パターン出力手段５が計算機で出力される場合は、媒体表面の光の波面計算を式（１．６）で行うとともに、媒体への記録方法により、式（１．８）や式（１．９）等を使い、記録パターンを算出する。
【００５６】
その後、媒体書込み手段７において、イオンビーム等を用いて、媒体に記録パターンを記録する。
【００５７】
一方、記録パターン出力手段５が光学装置によるパターン形成による方法である場合は、物体光と参照光を媒体表面で干渉させ、その干渉縞の強度分布を媒体に書込む。
【００５８】
例えば、図１４のような、フーリエ変換レンズのない記録系では記録パターン表示デバイスを通った光を物体光とし、それと参照光を記録媒体上で干渉させる。その干渉した光の強度分布を記録媒体に記録する。記録パターン表示デバイスとしては、例えば、空間光変調器（spatial light modulator；ＳＬＭ）を用い る。
【００５９】
また、例えば図１５に示すように、フーリエ変換レンズ１５１を使用した記録系でも、同様に、記録パターン表示デバイスを通った光をフーリエ変換レンズ１５１を通して媒体上に照射し、参照光と干渉させ、その干渉した光の強度分布を記録媒体に記録する。
【００６０】
次に、図４の再生時におけるデータフロー図を用いて、図２の再生時の動作について説明する。再生像読み出し手段１１では、例えば、図１６、図１７のように媒体に光を照射することにより、媒体から放射される光がＣＣＤやＣＭＯＳ等の受光デバイス上で像を結ばせ、その再生像を受光デバイスで取り込む。
【００６１】
再生像は一般に幾何学的な歪みが生じた状態で受光デバイス上に結像する。図１８はその様子を示したものであり、１８０１は受光デバイスの受光面であり、１８０２は再生像の基準位置であり、１８０３は受光した再生像である。例えば、受光した再生像が１８０３に示すように位置と形が歪んだ場合、以下の手順で１８０３の再生像を１８０２の基準位置へ変換する。
【００６２】
まず、受光デバイスから得られた信号を閾値ｔｈで２値化する。このとき、閾値ｔｈは０よりも大きく、かつ、式（１．１）のｄ0,0 よりも小さくする。ｄ0,0 より小さい値を求めるには、例えば、ｔｈをある値にし、そのレベルで２値化を行い、ハイレベルの画素数またはローレベルの画素数を数えることとし、そのｔｈを０レベルから順次大きくしていった時のローレベルの画素数の変化を調べ、最初に大きく変化した際のレベルをｔｈの閾値とすることにより得ることができる。
【００６３】
次に、そのようにして決めた閾値ｔｈで２値化すると、再生像１８０３は中が一様な四角形として見知できる。
【００６４】
そして、１８０３の再生像を変換処理することにより、１８０２のような長方形の像を得る。この変換処理は、１８０３から１８０２への変換が一般的な幾何学変換として用いられるアフイン変換を仮定するならば、例えば、Lucchese L.,Corfelazzo G.M.,MontiC.,“Estimation of Affine Transformations Between Image Pairs Via Fourier Transform",Proceeding of IEEE International Conference on Image Processing,pp715-718,1996 に記載されているフーリエ変換を使ったアフイン変換係数の決定方法を用いてもよいし、また、特許第２８４６２９８，”モーメントを使ったアフイン変換係数の決定方法”に記載されている、モーメントを使用したアフイン変換係数の決定方法を用いてもよい。これらの方法によりアフイン変換係数を得て、受光した再生像１８０３を元の形の像１８０２に変換することが可能となる。
【００６５】
もし、受光した再生像１８０３を１８０２の画像に戻す際に、１つのアフイン変換だけで表せない場合には、四角形を２つの三角形に分割し、それぞれ別々にアフイン変換すればよい。この様子を図１９に示す。１９０１は基準位置であり、１９０２は受光した再生像である。１９０１の基準位置と１９０２の再生像をそれぞれ１つの対角線で２つの三角形に分割し、それぞれを対応付ける操作を行う。そして、対応付けられた三角形の組ごとにアフイン変換係数を求めることにより、再生像１９０２から元の形の像１９０１への変換が可能となる。図４では、５０５がその元に戻した再生像にあたる。
【００６６】
係数分離手段１３では、読み込んだ再生像５０５から、基底となっている半波整流波形の大きさを表す係数５０２を取り出す。これは、行列を用いて取り出すことができ、式（１．２）の行列を使用すると、以下のような式で取り出せる。
【００６７】
【数９】
【００６８】
データ再構成手段１５では、係数データ５０２を接続することによりデータを再構成し、元のデータ５０１を得る。
【００６９】
次に、図２０および図２１に示すフローチャートを参照して、上述した実施形態のデータ記録再生装置のデータ記録時およびデータ再生時の全体的な処理の流れについて説明する。
【００７０】
まず、図２０に示すフローチャートを参照して、データ記録時の処理について説明する。図１に示すデータ分割手段１は、記録媒体に記録するデータを受け取ると、この記録データを分割する（ステップＳ１１）。この分割された各データは半波整流波形合成手段３に入力され、該半波整流波形合成手段３において各分割データを周期の異なる半波整流波形の基底に割り当て、各基底に割り当てた分割データの値を各基底の係数とし、各基底と係数の各積を加算して合成する（ステップＳ１３）。
【００７１】
それから、記録パターン出力手段５において、半波整流波形合成手段３で合成された半波整流合成波形が再生像として得られるような記録媒体上の光の波面を発生させるパターンを出力する（ステップＳ１５）。この出力されたパターンは媒体書込み手段７で記録媒体に記録される（ステップＳ１７）。
【００７２】
次に、図２１に示すフローチャートを参照して、データ再生時の処理について説明する。図２に示すデータ記録再生装置は、再生像読み出し手段１１により記録媒体から再生像を読み出す（ステップＳ２１）。この読み出した再生像は係数分離手段１３に供給され、該再生像の半波整流波形の合成波形から半波整流波形の係数を分離して取り出す（ステップＳ２３）。それから、この取り出した係数からデータをデータ再構成手段１５において再構成して出力する（ステップＳ２５）。
【００７３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、記録データを分割し、この分割された各データを周期の異なる半波整流波形の基底に割り当て、各基底に割り当てた分割データの値を各基底の係数とし、各基底と係数の各積を加算して合成し、この合成された半波整流合成波形が再生像として得られるような記録媒体上の光の波面を発生させるパターンを出力し、この出力されたパターンを記録媒体に記録するので、受光デバイスの素子を再生像に合わせるピクセルマッチングの操作を必要とせず、従って受光デバイスまたは記録媒体などを動かす駆動装置や駆動装置を制御するサーボ機能が必要なくなり、データ読取り装置の小型化および低価格化を容易に可能とするとともに、読取り命令をドライブに与えてからデータを読み出すまでにメカニカルな動作が入らず、ドライブのレイテンシを小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るデータ記録再生装置の記録時の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るデータ記録再生装置の再生時の構成を示すブロック図である。
【図３】図１に示すデータ記録再生装置のデータ記録時のデータフローを示す説明図である。
【図４】図２に示すデータ記録再生装置のデータ再生時のデータフローを示す説明図である。
【図５】図１に示すデータ記録再生装置におけるデータ位置と基底の対応を示す説明図である。
【図６】図１に示すデータ記録再生装置における１次元半波整流波形を示す図である。
【図７】図１に示すデータ記録再生装置における２次元半波整流波形を示す図である。
【図８】図１に示すデータ記録再生装置に使用されるＬohmannの方法における光学系を示す図である。
【図９】図１に示すデータ記録再生装置に使用されるＬohmannの方法における記録媒体の分解方法を示す図である。
【図１０】図１に示すデータ記録再生装置に使用されるＬohmannの方法における１つのセルの構造を示す図である。
【図１１】図１に示すデータ記録再生装置で使用される八木の方法における光学系を示す図である。
【図１２】図１に示すデータ記録再生装置で使用する八木の方法における記録媒体の分解方法を示す図である。
【図１３】図１に示すデータ記録再生装置で使用する八木の方法における１つのセルの構造を示す図である。
【図１４】図１に示すデータ記録再生装置で使用するフーリエ変換レンズを使用しない媒体書込み方法を示す図である。
【図１５】図１に示すデータ記録再生装置で使用するフーリエ変換レンズを使用する媒体書込み方法を示す図である。
【図１６】図１に示すデータ記録再生装置で使用するフーリエ変換レンズを使用しない再生像読み出し方法を示す図である。
【図１７】図１に示すデータ記録再生装置で使用するフーリエ変換レンズを使用する再生像読み出し方法を示す図である。
【図１８】図１に示すデータ記録再生装置における受光デバイスと再生像および再生像の基準位置を示す図である。
【図１９】図１に示すデータ記録再生装置における再生像および再生像の基準位置の分割および対応を示す図である。
【図２０】図１に示したデータ記録再生装置のデータ記録時の作用を示すフローチャートである。
【図２１】図２に示したデータ記録再生装置のデータ再生時の作用を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ データ分割手段
３ 半波整流波形合成手段
５ 記録パターン出力手段
７ 媒体書込み手段
１１ 再生像読み出し手段
１３ 係数分離手段
１５ データ再構成手段
Claims (4)
- ホログラムにより記録媒体にデータを記録するデータ記録再生装置であって、
記録媒体に記録するデータを分割するデータ分割手段と、
この分割された各データを周期の異なる半波整流波形の基底に割り当て、各基底に割り当てた分割データの値を各基底の係数とし、各基底と係数の各積を加算して合成する半波整流波形合成手段と、
この合成された半波整流合成波形が再生像として得られるような記録媒体上の光の波面を発生させるパターンを出力する記録パターン出力手段と、
この出力されたパターンを記録媒体に記録する媒体書込み手段と
を有することを特徴とするデータ記録再生装置。 - ホログラムにより記録媒体に記録されたデータを再生するデータ記録再生装置であって、
記録媒体から再生像を読み出す再生像読み出し手段と、
この読み出した再生像の半波整流波形の合成波形から半波整流波形の係数を分離して取り出す係数分離手段と、
この取り出した係数からデータを再構成するデータ再構成手段と
を有することを特徴とするデータ記録再生装置。 - ホログラムにより記録媒体にデータを記録するデータ記録再生方法であって、
記録媒体に記録するデータを分割するステップと、
この分割された各データを周期の異なる半波整流波形の基底に割り当て、各基底に割り当てた分割データの値を各基底の係数とし、各基底と係数の各積を加算して合成するステップと、
この合成された半波整流合成波形が再生像として得られるような記録媒体上の光の波面を発生させるパターンを出力するステップと、
この出力されたパターンを記録媒体に記録するステップと
を有することを特徴とするデータ記録再生方法。 - ホログラムにより記録媒体に記録されたデータを再生するデータ記録再生方法であって、
記録媒体から再生像を読み出すステップと、
この読み出した再生像の半波整流波形の合成波形から半波整流波形の係数を分離して取り出すステップと、
この取り出した係数からデータを再構成するステップと
を有することを特徴とするデータ記録再生方法。
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