JP4350127B2 - ホログラム記録用２次元変調方法及びホログラム装置 - Google Patents

Description

本発明は光ディスク、光カードなどの光学的に情報記録又は情報再生が行われるホログラム記録担体及びホログラム装置、特にホログラム記録用２次元変調方法に関する。

高密度情報記録のために、２次元データを高密度記録できるホログラムが注目されている。このホログラムの特徴は、記録情報を担持する光の波面を、光感応材料からなるホログラム記録媒体に体積的に屈折率の変化として記録することにある。
従来、ホログラフィーの原理を応用したディジタル記録システムとして、例えば、ニオブ酸リチウムなどのフォトリフラクティブ結晶の記録媒体に明暗のドットパターンデータを記録、再生するものがある。ホログラフィックメモリシステムにおいては、２次元平面のページ単位でデータを記録、再生することができ、かつ複数のページを利用して多重記録が可能である。フーリエ変換ホログラムの１種類である記録媒体では、２次元の画像ページ単位として記録媒体の３次元的な空間内に分散されて記録される。以下に、記録再生システムの概要を説明する。
図１において、エンコーダ２５は、記録媒体１に記録すべきデジタルデータを平面上に明暗のドットパターン画像として変換し、例えば縦４８０ビット×横６４０ビットのデータ配列に並べ替えて２次元ページデータを生成する。このデータを例えば透過型の液晶表示装置（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ：ＬＣＤ）のパネルなどの空間光変調器（Ｓｐａｔｉａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ：ＳＬＭ）１２に送出する。
空間光変調器１２は、単位ページに対応する縦４８０画素×横６４０画素の変調処理単位を有し、照射された光をエンコーダ２５からのページデータに応じて空間的な光のオンオフ信号に光変調し、信号光としてレンズ１３へ導く。
信号光は、レンズ１３を介して記録媒体１に入射する。記録媒体１には、信号光の他に、信号光のビーム光軸に直交する所定の基準線から入射角βをもって参照光が入射する。
信号光と参照光とは、記録媒体１内で干渉し、この干渉縞が記録媒体１内に屈折率格子として記憶されることにより、データの記録が行われる。また、入射角βを変えて参照光を入射させて複数の２次元平面データを角度多重記録することにより、多くの情報量の記録が可能となる。
記録されたデータを記録媒体１から再生する場合には、記録媒体１に屈折率格子に記録時と同じ入射角βで参照光のみを記録媒体１に入射させる。即ち、記録時とは異なり、信号光は入射させない。これにより、記録媒体１内に記録されている屈折率格子からの回折光がレンズ２１を通してＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）などの光検出器２２へ導かれる。光検出器２２は、入射光の明暗を電気信号の強弱に変換し、入射光の輝度に応じたレベルを有するアナログ電気信号をデコーダ２６へ出力する。デコーダ２６は、このアナログ信号を所定の振幅値（スライスレベル）と比較し、対応する“１”及び“０”のデータを再生する。
従来のホログラム記録用２次元変調方法においては、無変調の可干渉光ビームを空間光変調器１２に通過させることによって信号光として記録する情報（ページデータ）を決定する際に、空間光変調器１２の隣接する４個もしくは４の倍数の画素を一組とし、各組を構成する画素数の４分の１が光を透過し、その４分の３は光を遮るようにしたものがある（特開平９−１９７９４７号公報参照）。
かかるホログラム記録用２次元変調方法による空間光変調器１２の画素の最小パターンは、図２（ａ）に示すように、４つの部分からなり、そのうちただ一つの部分のみ光を透過し、他の３つの部分は光を遮る。どの部分が光を透過させるかの場合分けは４通りあり、即ち、最小パターンは２ビットに相当する。どの部分が光を透過させるかによって２ビットを表現するが、図１中のビット列は一列であり、他の２ビット表現も可能である。図１において、白抜き画素を“透過”、黒抜き画素を“非透過”としている。
複数の“１”及び“０”からなる或るビット列（（図２（ｂ））を記録したい合、空間光変調器１２上では、例えば図２（ｃ）のような配置をとる。左上方から右に読み進み、右端に達した時点で左端に移動し、一段（２画素）下がって、再び右に読み進む。空間光変調器１２を透過した光は、レンズで集光され、参照光と共に、記録媒体中で干渉縞をつくり、それが記録される。

かかる先行技術のホログラム記録用２次元変調方法において、新規に記録媒体を記録装置に取りつけた時に記録媒体により発生する空間光変調器から光検出器までの間の光学歪や信号像のずれなどを所定の規定値内に収めておかなければならない。
かかる先行技術は、２次元変調されたブロック（（図２（ａ））を、単純に２次元的に羅列することにより、２次元変換後のブロック同士を接続することにより、空間変調画像（図２（ｃ））を作成している。
先行技術では、接続したブロックとブロックの境界が明確でないため、再生時に検出位置ずれによるデータ再生性能の劣化が懸念される。検出位置ずれは、光学系の倍率調整ずれ、光軸アライメントのずれや、レンズの収差などによる像の歪みなど、いろいろな要因で発生し、全てをなくすことは不可能である。
したがって、位置ずれが生じた場合、現在復号しようとしているブロックに対して、全ての隣接ブロックの隣接画素が光を遮る暗画素でない限り、隣接ブロックの光を透過させる明画素からの影響を受けて、復号により誤りが生じる。
そこで、本発明の解決しようとする課題には、位置ずれが生じたときの再生性能の劣化が防止でき、安定的に記録又は再生を行うことを可能にするホログラム記録用２次元変調方法及びホログラム装置を提供することが一例として挙げられる。
本発明のホログラム記録用２次元変調方法は、複数の画素が２次元的に配置された空間光変調器を介してページデータを含む可干渉光を生成するホログラム記録用２次元変調方法であって、前記空間光変調器の画素を、各々が隣接するｍ画素（ただしｍ＝整数）からなる複数のブロックとなるように区画し、少なくとも前記画素の１個分の幅及び各ブロック内の隣接する画素間の距離を有する幅を有しかつ遮光する境界部を、隣接するブロック間に設けることを特徴とする。
本発明のホログラム装置は、複数の画素が２次元的に配置された空間光変調器を備え、前記空間光変調器を介して記録すべきページデータを含む可干渉光をホログラム記録担体に照射して、該可干渉光による光学干渉パターンを回折格子として情報を記録するホログラム装置であって、
前記空間光変調器は、各々が隣接するｍ画素（ただしｍ＝整数）からなる複数のブロックと、隣接するブロック間に設けられかつ少なくとも前記画素の１個分の幅及び各ブロック内の隣接する画素間の距離を有する幅を有しかつ遮光する境界部と、を有することを特徴とする。

図１は、従来のホログラム記録再生システムを示す概略斜視図である。
図２は、従来の二次元空間光変調器の画素の最小パターン及びその組み合わせを説明する図である。
図３は、本発明による実施形態のホログラム記録担体の情報を記録又は再生するホログラム装置の概略構成を示すブロック図である。
図４は、本発明による実施形態のホログラム記録担体の情報を記録するための２次元変調を説明するための表の一部を示す図である。
図５は、本発明による実施形態のホログラム記録担体の情報を記録するホログラム装置の空間光変調器の概略を示す正面図である。
図６は、本発明による実施形態のホログラム記録担体の情報を記録するホログラム装置の空間光変調器の概略を示す拡大部分正面図である。
図７は、本発明による実施形態の空間光変調器における境界部のパターンを説明する図である。
図８は、本発明による実施形態の空間光変調器における変調データのパターンを説明する図である。
図９は、本発明による実施形態の空間光変調器における８ブロックを境界部ＢＤを介して接続した変調データのパターンを説明する図である。
図１０は、８ブロックを直接接続した空間光変調器における変調データのパターンを説明する図である。
図１１は、種々オーバーサンプリングして再生エラー率を測定した２次元変調方法の比較実験結果を示すグラフである。
図１２は、図１１に示すグラフの凡例を説明する図である。
図１３及び図１４は、本発明による他の実施形態のホログラム記録担体の情報を記録するための２次元変調を説明するための表の一部を示す図である。
図１５は、本発明による他の実施形態のホログラム記録担体の情報を記録するホログラム装置の空間光変調器の概略を示す正面図である。
図１６は、本発明による他の実施形態のホログラム記録担体の情報を記録するホログラム装置の空間光変調器の概略を示す拡大部分正面図である。
図１７は、本発明による他の実施形態のホログラム記録担体の情報を記録するための２次元変調を説明するための表の一部を示す図である。
図１８〜図２１は、本発明による他の実施形態の空間光変調器におけるブロックを接続した変調データのパターンを説明する図である。

以下に本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
＜ホログラム装置＞
図３に、ホログラム記録担体の情報の記録及び／又は再生用のホログラム装置の一例を示す。
光源ＬＤには、例えば近赤外レーザを用いる。参照光１２の光路上には、シャッタＳＨｓ、ビームエキスパンダＢＸ、透過型の空間光変調器ＳＬＭ、対物レンズ１６が干渉用として配置されている。シャッタＳＨｓはコントローラ３２に制御され、記録媒体部への光ビームの照射時間を制御する。
ビームエキスパンダＢＸは、シャッタＳＨｓを通過した参照光１２の径を拡大して平行光線とし空間光変調器ＳＬＭに入射するように照射する。
マトリクス配置の複数画素を備える空間光変調器ＳＬＭは、エンコーダ２５より供給されページデータを受けて、光を透過させる明又は光を遮る暗の画素を表示する。参照光は、データが表示されている空間光変調器ＳＬＭを通過すると光変調されて、データを含む信号光１２ａとなる。
対物レンズ１６は、信号光１２ａのページデータをフーリエ変換するとともに、ホログラム記録担体１１の記録媒体部１０の装着位置の後方に焦点を結ぶように集光する。対物レンズ１６により、シャッタＳＨｓが開いたとき、信号光１２ａ又は参照光１２は記録媒体部１０の入射面に所定入射角度例えば零度で照射される。空間光変調器ＳＬＭは、対物レンズ１６の焦点距離に配置されている。
照射側光学系にビームスプリッタ１５を追加して、ビームスプリッタ１５により反射された再生波の結像位置に像検出センサ２０を整列させ、入射光処理領域部Ｒが反射する再生波（再現された回折光）を参照光の光路から分岐して検出する構成となっている。
像検出センサ２０は、対物レンズ１６の焦点距離に配置され、電荷結合素子ＣＣＤや相補型金属酸化膜半導体装置などのアレイなどから構成される。
さらに、像検出センサ２０にはデコーダ２６が接続されている。デコーダ２６はコントローラ３２へ接続される。なお、あらかじめホログラム記録担体１１に第２感光材料の種類に対応した標識を付してある場合、ホログラム記録担体１１がこれを移動させる支持部である可動ステージ６０上に装着されると、コントローラ３２は適当なセンサにより自動的にこの標識を読み取り、ホログラム記録担体１１の移動制御や記録媒体部１０に適した記録再生制御を行うこともできる。
記録は以下のように行われる。光源からの参照光は、空間光変調器ＳＬＭを透過すると、光変調されて信号光１２ａ（０次光及び回折光）となり、対物レンズ１６でフーリエ変換される。ホログラム記録担体１１は記録媒体部１０の後方に入射光を反射する入射光処理領域部Ｒを有している。入射光処理領域部Ｒはその一部に、入射光透過部Ｒ１を備えている。空間変調器ＳＬＭを透過した信号光の０次光成分はフーリエ変換レンズである対物レンズ１６の働きにより、対物レンズ１６の焦点位置近傍に集光する。上記入射光透過部Ｒ１はこの位置に配置される。上記０次光成分は空間変調器ＳＬＭを透過した光の無変調成分であるので、ホログラム記録における参照光として機能する。このため、記録媒体部１０内で０次光及び回折光が光干渉パターンを形成し、その強度分布に応じて屈折率の変化などの回折格子として記録される。ホログラムの記録は記録媒体部１０内での０次光と回折光の偏光面の方向が同一偏光成分間の干渉により行われる。
一方で、再生においては、空間光変調器ＳＬＭによって無変調の参照光（即ち０次光成分のみ）をそのまま記録媒体部１０へ照射する。参照光が照射された記録媒体部１０の入射側の反対側に設けられた入射光処理領域部Ｒに、記録された信号光に対応した再生波（再現された回折光）が現れる。この再生波を対物レンズ１６に導いて、逆フーリエ変換し、像検出センサ２０が再生波によるドットパターン像の受光して、電気的なデジタルデータ信号に再変換した後、デコーダ２６に送ると、元のデータが再生される。
参照光が照射された記録媒体部１０からは上述の再生波以外に記録媒体内の回折格子に回折されなかった参照光成分も現れる。この参照光成分は０次光であるため、フーリエ変換レンズである対物レンズ１６焦点位置に集光する。この０次光（即ち参照光成分）は入射光処理領域部Ｒに設けられた入射光透過部Ｒ１を透過する。一方、信号光の回折光は入射光処理領域部Ｒで反射される。したがって、記録された信号が選択されて対物レンズ１６を介して像検出センサ２０に導かれることになる。
さらに、図示しないが、対物レンズをサーボ制御するために、トラッキング及びフォーカスサーボのための光学系を付加できる。フォーカス及びトラッキングサーボ用のレーザ光源からのサーボレーザー光と信号光とをダイクロイックミラーで合流、分離し、例えば非点収差法、プッシュプル法により、フォーカスエラー及びトラッキングエラー信号を得ることができる（特開２００１−２７３６５０号公報）。
記録すべきデータは、後述の２次元変調に従い光変調するために、例えば明画素と暗画素の２値に量子化された画像データとして空間光変調器に入力する。空間光変調器は、入力画像データに応じて、記録用レーザー光を２次元的に変調する。その後、例えばセルフカップリング方式（特願２００２−２２５０５２号、特願２００２−２２５０５３号）でホログラム記録担体の記録層内にホログラム（干渉縞）を記録する。
セルフカップリング方式の再生は、空間光変調器を無変調（全光透過の状態）にし、これを参照光として再生する。
＜２次元変調＞
２次元変調の一例では、情報データを６ビット単位で区切り、この６ビット毎を、所定の変調テーブル（図４にその一部を示す）を参照して９ビット（３×３＝９画素）の変調データへ２次元変調する。
図４に示すように、６ビットに情報データ例えば（００００００）（０００００１）（００００１０）（００００１１）（１００１００）（１００１０１）（１００１１０）（１００１１１）を、光を透過させる明画素及び光を遮る暗画素のマトリクス配置された９ビット（９画素１ブロック）に２次元符号化する。６ビットの情報データが図４に示す所定の変調テーブルを参照して９ビットの変調データへ変換されるので、６：９変調と呼ぶ。
かかる２次元変調の手順は、第１段階として、例えば音声情報や画像情報などの入力情報データを６ビットごとのデータ列に区分する。第２段階として、所定の変調テーブルを参照して、入力された６ビットのデータ列を、９画素（９ビット）の２次元に配列した、明画素と暗画素の２値による画素データを出力する。
変調テーブルの作成方法を説明する。入力された６ビットは２^６＝６４通りである。一方、変調後は９ビットになるので、２^９＝５１２通りの中から、６４通りを選択すればよい。選択の指針として、第１に変調後の明画素の数を一定とし、第２に明画素の３連続を避ける。１つのブロックにおいて３×３の９画素と９ビットとは１対１対応する。９画素の中から３個の明画素を選択し、他は暗画素とする組み合わせは、９Ｃ３＝９×８×７／（３×２）＝８４通りである。この８４通りから明画素の３連続する組み合わせを避けて、６４通りを選択し、変調テーブルの作成する。すなわち、２次元変調は、６：９変調だけでなく、ｎ：ｍ変調が可能であり、記録すべきデータをｎビット（ただしｎ＜ｍ、ｎ＝整数）ごとにグループ化するステップと、グループ化されたｎビットごとに変調テーブルによりブロックごとにｍビットデータとして割り当てる２次元変調を実行してページデータを生成するステップと、ページデータに応じて空間光変調器を駆動するステップと、を含む。ｎ：ｍ変調の例は、２：４変調が特開平９−１９７９４７号公報に、５：９変調が特開２００１−７５４６３号公報に記載されている。
さらに、本実施形態では、図５に示す空間光変調器ＳＬＭのように、エンコーダ２５が、その画素を、各々が隣接するｍ画素（ｍ＝９）からなる複数のブロックＢＫとなるように境界部ＢＤで区画し、図６に示すように、少なくとも画素の１個分の幅ＰＸｗ及び各ブロック内の隣接する画素間の距離ＰＸｄの合計の幅ＳＡＭを有しかつ遮光する境界部ＢＤ（格子状の接続エリア）を、隣接するブロック間に設けるように、空間光変調器ＳＬＭを駆動する。
復調ステップにおいては、まず、ホログラム記録された１ページの画像の例えば４隅に置いてある画像の基準位置を示す基準位置マークを検出して、画像のサイズ、位置ずれ、歪みを補正する。補正した１ページの画像を等間隔に区切って、各変調ブロックに分けて、ブロック内の各画素の値から、所定の変換テーブルを逆にたどって復調する。
基準位置の検出は、基準位置マークとホログラム再生像の相関を、基準画像と再生像の相対位置を、ずらしながら順次求めてゆく。相関値が最大になった場所が、再生像の基準位置となる。
検出した基準位置に基づいて、再生像の幾何学補正（擬似アフィン変換）により、光学系の倍率調整ずれや媒体収縮、レンズ等による歪みなどを補正する。
そして、補正した１ページの画像を等間隔に区切って、各変調ブロックに分ける。
例えば、６：９変調であれば、各変調ブロック内の各画素の値が大きい上位３画素を白、他の画素を黒であると判断し、一旦９ｂｉｔの２値化データに復調する。
次に、上記のの変換テーブルを逆にたどって９ｂｉｔの２値化データから、元の情報データ６ｂｉｔに復調する。
本案の変調ブロック間に隙間を開ける構造にすれば、ページあたりの容量をあまり減少させずに復調エラーが改善される。
＜第１実施形態＞
エンコーダ２５（コントローラ３２でもよい）内で実行される上記のページデータを生成するステップにおいて、ブロックごとに境界部のための境界部データを付加する。付加された境界部データはダミーデータとして、遮光する境界部ＢＤ（格子状の接続エリア）形成のために用いられる。例えば、エンコーダ２５が、空間光変調器ＳＬＭの有効画素において、図７に示す８ブロックの境界部ＢＤの変調データを生成し、これと図８に示す２次元変調された８ブロックの変調データを重畳するようにして（付加された境界部データは接続エリア（図８中の破線部分）のデータに置換されるようにして）、空間光変調器ＳＬＭを駆動する。これによって、予め暗画素による境界部ＢＤ（格子状の接続エリア）を設定し、その格子内に２次元変調された各ブロックを割り当てることができる。
具体的な変調手順としては、図４に示すような情報データ６ｂｉｔと、変調データ９ｂｉｔの変換テーブルを予めメモリなどに作成しておく。次に、１ページの変調データを記憶するためのページメモリをクリアする（空間光変調器ＳＬＭ全画素を暗画素（境界部ＢＤを含む）に設定）。次に、図５に示すように、基準位置マークを４隅に書く。次に、情報データを変換テーブルにより変換した図８に示す変調ブロック間に隙間をあけるデータを、ページメモリに左上から順次に書いてゆく。
図９に、本実施形態の場合の８ブロックを境界部ＢＤを介して接続したときの空間光変調器における変調データのパターンを示す。
比較例として、図１０に、同様のデータの２次元変調後の各ブロックを単純に並べて接続して、８ブロック分を接続した例を示す。図１０の方法では、接続したブロックとブロックの境界が明確でないため、再生時に検出位置ずれによるデータ再生性能の劣化が起こる。検出位置ずれは、光学系の倍率調整ずれ、光軸のアライメントずれや、レンズの収差などによる像の歪みなど、いろいろな要因で発生し、全てをなくすことは不可能である。
ブロック接続後の図９と図１０とを比較すると、単純にブロックを配列した図１０では、ブロックの境界が画素間の距離しかないので明確でなく、位置ずれにより、隣接ブロックの明画素の影響を受けやすいことが分かる。一方、格子状の暗画素列の境界部ＢＤにより、各ブロック間を接続した図９では、ブロック間の境界が、少なくとも１画素以上の暗画素で接続されるので、ブロック間の境界が明確となり、たとえ位置ずれが生じても、隣接ブロックの明画素の影響を受けにくい構成となる。
したがって、位置ずれが生じたときの再生性能の劣化が防止できる。具体的には、再生時のエラー数が減少し、再生エラー率特性が向上する効果を有する。
本実施形態の他の効果として、ブロック間の境界が、少なくとも１画素以上の暗画素で接続されるので、ブロックとブロックを跨ぐ明画素の連続を確実に防止することが可能となる。明画素の連続数を制限することが可能となるため、フーリエ変換後の空間周波数の低周波成分が抑圧され、記録層の回折効率の飽和が抑圧され、ホログラム記録担体に記録可能な多重度を向上させることが可能となり、記録容量が増大する効果を有する。また明画素の出現確率を低下させることができるので、多重記録時の既に記録済みのページを消去してしまう確率が減少し、多重度を向上させることが可能となり、記録容量が大きくなり好ましい。
図１１に種々オーバーサンプリングして再生エラー率を測定した２次元変調方法の比較実験結果を示す。図１１の横軸は、１ページあたりの記録容量（ｂｉｔｓ容量／ページ）である。図１１の縦軸は再生時のビットエラー率（ＢＥＲ）である。
サンプル（１）の図１１に示す三角の点は、２次元変調後の空間光変調器の１画素を像検出センサの２×２＝４画素にオーバーサンプリングして測定した再生エラー率を示している。このとき、空間光変調器の１画素が像検出センサの４画素に相当し、図１２のサンプル（１）に示すように空間光変調器の１ブロック（９画素）あたりの像検出センサ１ブロックの画素数は４×９＝３６画素である。空間光変調器では、ブロック同士は単純に接続、羅列して表示される。
サンプル（２）の図１１に示す４角の点は、２次元変調後の空間光変調器の１画素を像検出センサの３×３＝９画素にオーバーサンプリングして測定した再生エラー率を示している。このとき、空間光変調器の１画素が像検出センサの９画素に相当し、図１２のサンプル（２）に示すように空間光変調器の１ブロック（９画素）あたりの像検出センサ１ブロックの画素数は９×９＝８１画素である。空間光変調器では、ブロック同士は単純に接続、羅列して表示される。
サンプル（３）の図１１に示す丸の点は、２次元変調後、本実施形態の暗画素列（境界部ＢＤ）による格子状のブロック間接続を用い１ページを構成したとき、空間光変調器の１画素を像検出センサの２×２＝４画素にオーバーサンプリングして測定した再生エラー率を示している。このとき、空間光変調器の１画素が像検出センサの４画素に相当し、図１２のサンプル（３）に示すように、空間光変調器の１ブロック（（３×３）＋７＝１６画素）あたりの像検出センサ１ブロックの画素数は、像検出センサの１ブロックあたりの画素数は、４×９＋１３＝４９画素である。空間光変調器の１ブロックに対応する像検出センサ１ブロックの外周部は境界部ＢＤのための暗画素が必要がないので、像検出センサ１ブロックあたりの画素数を少なくできる。言い換えると、図１２のサンプル（３）は、単純な２×２のオーバーサンプリングではなく、６：９変調本体の空間光変調器の３×３＝９画素は、そのまま２×２のオーバーサンプリングし、像検出センサでは９×４＝３６画素となる。一方、空間光変調器の隣接ブロックとの境界部（黒塗り部）は、像検出センサの１画素分だけの幅に相当する、鉤状（」型）の遮光部を、予め空間変調器に配置しておく。このとき、空間変調器上での鉤状（」型）状の遮光部の幅は、空間変調器の画素を単位とすると、１／２画素分となる。また、像検出センサ上での鉤状（」型）の遮光部は、像検出センサでの画素を単位とすると、６×２＋１＝１３画素となる。
図１１より、単位ページあたりのブロック数が記録容量に比例し、サンプルにおいて（１）＞（３）＞（２）の順に容量が大きく優れている。一方、再生エラー率（ＢＥＲ）は、サンプルにおいて（２）＜（３）＜（１）の順に低く優れている。
本実施形態を実施したサンプル（３）の場合、記録容量と再生エラー率特性ともに中間的であるが、サンプル（１）に比較して大幅にエラー率が低下し、優れる。また本実施形態を実施したサンプル（３）の場合、サンプル（２）に比較して大幅に容量が増加しており優れているが、再生エラー率は少しの上昇に抑えられている。
以上より、図１１に示す矢印で示した部分が本実施形態の効果を示している。
なお、オーバーサンプリングとは、記録時（空間光変調器）の画素数に対して、再生時（像検出センサ）の画素数を規定倍し、再生時の空間分解能を高くすることをいう。これにより、得られた再生像を幾何補正することかできる。２次元変調された２値化画像（明画素と暗画素の２値）をオーバーサンプリングして再生する場合、一般的には、明画素、暗画素ともに等しい倍率でオーバーサンプリングを行う。オーバーサンプリングにより、極めて困難な画素マッチングを補償することができる。画素マッチングとは記録時の空間光変調器の１画素と再生時の像検出センサの１画素とを大きさ位置ともに完全に一致させることである。
＜第２実施形態＞
この２次元変調例は、情報データの６ビット毎を、所定の変調テーブル（図１３にその一部を示す）を参照して１６ビット（（３×３）＋７＝１６画素）の変調データへ２次元変調する。図１３の変調テーブルにおいて６ビットに情報データ例えば（００００００）（０００００１）（００００１０）（００００１１）（１００１００）（１００１０１）（１００１１０）（１００１１１）を、明暗画素のマトリクス配置された９ビット（９画素１ブロック）に、』鉤括弧状に暗画素列７画素を付加した新たなブロック（（３×３）＋７＝１６画素）を生成し、この新たなブロックを空間光変調器にて単純に羅列して、格子状の暗画素の列からなる境界部ＢＤを含むページデータを作成する。
同様に、図１４に『鉤括弧に暗画素を付加した新たなブロックを空間光変調器にて単純に羅列して、格子状の暗画素の列からなる境界部ＢＤを含むページデータを作成するための変調テーブルの一部を示す。
このように、いずれの上記実施形態においては、記録すべきデータをｎビット（ただしｎ＜ｍ、ｎ＝整数）ごとにグループ化し、グループ化されたｎビットごとに変調テーブルによりブロックごとにｍビットデータとして割り当てる２次元変調を実行するとともに、ブロックごとに境界部ＢＤのための境界部データ（ダミー又は暗画素）を付加しページデータを生成する。
＜第３実施形態＞
上記の格子形成方法の例では、光を透過させる明又は光を遮る暗の画素を表示するマトリクス配置び複数画素を備える空間光変調器ＳＬＭを用いて、格子状の暗画素を挿入し、２次元変調後のブロックとブロックとを接続していく例を説明している。これに加え、特定形状の空間光変調器ＳＬＭを用いることができる。
例えば、図１５に示すように、空間光変調器の画素を２次元変調の１ブロックＢＫと等しい画素数（又はその整数倍）ごとに区分し、予め区分した空間光変調器のブロックＢＫ間を格子状に距離をおいて配置して他を遮光する境界部ＢＤの構造としてもよい。すなわち、図１６に示すように、空間光変調器は、各々が隣接するｍ画素（ただしｍ＝整数）からなる複数のブロックと、隣接するブロック間に設けられかつ少なくとも像検出センサの画素の１個分の幅及び各ブロック内の隣接する画素間の距離を有する幅を有しかつ遮光する境界部と、を有するこのようにすると、空間光変調器の画素数を増加させずに、格子状の暗画素部分が形成できるというメリットがある。さらに、格子部分は空間変調する必要がなくなり、駆動回路などを配置できるという副次的な効果を奏する。
オーバーサンプリングして再生する場合、例えば２×２倍のオーバーサンプリングをする場合、像検出センサの１画素幅は、空間光変調器の１／２画素幅となる。このとき、空間光変調器の境界部ＢＤとして必要な幅は、空間光変調器のブロックＢＫの１画素幅の１／２を単位とした整数ｋ倍となる。これを一般化すると、ｎ×ｎ（ｎは整数）倍のオーバーサンプリングして再生する場合、空間光変調器の境界部ＢＤとして必要な幅は、空間光変調器のブロックＢＫの１画素幅の１／ｎを単位とした整数ｋ倍が好適となる。
＜第４実施形態＞
２次元変調された２値化画像（明画素と暗画素の２値）をオーバーサンプリングして再生する場合、一般的には、明画素、暗画素ともに等しい倍率とする。
一方、本実施形態の他の実施例のホログラム記録用２次元変調方法では、記録時に、オーバーサンプリングに類似した変換を実施する。すなわち、このホログラム記録用２次元変調方法では、明画素と暗画素とのオーバーサンプリングの扱いを同一としない点に特徴があり、以下の説明では、非線形オーバーサンプリングとよぶことにする。
２次元変調して非線形オーバーサンプリングするときに、１暗画素はそのまま拡大（規定倍の暗画素数）する一方で、１明画素は、そのまま明画素として拡大するのではなく、明画素と暗画素の組み合わせの画素数とする。更に、非線形オーバーサンプリング中に、ブロックとブロックの境界を明確にするために、１明画素を、ブロックの外側が暗画素になるように明画素と暗画素の組み合わせの画素数とする。
非線形オーバーサンプリングの一例を比較例とともに図１７を参照して説明する。
非線形オーバーサンプリングの２次元変調の第１段階は、変調前の情報データを６ビット単位で区切る。変調の第２段階は、６ビットの一次元データを３×３＝９画素（９ビット）の２次元データ（１ブロックあたり）に変調する。
変調の規則として、１ブロック中の明画素の数を３画素とする。９個の中から３個を選択する組み合わせ９Ｃ３＝９×８×７／（３×２）＝８４通りの中から、２^６＝６４個の組み合わせを予め選んでおく。したがって、６ビットの情報データが９ビットの変調データに変換される（６：９変調）。変調前の１ブロックの画素数は３×３＝９画素となる。変調後の１画素を２×２＝４画素に規定倍する。非線形オーバーサンプリングの基本的な規則として、以下（１）〜（３）に従う。
（１）１画素を２×２のマトリクス配置の４画素にする。
（２）１個の暗画素は、４個の暗画素、単純に２×２のマトリクス配置の４画素にする。
（３）一方、１個の明画素は２個の暗画素と、２個の明画素の組み合わせとする。
図１７に示すように、オーバーサンプリング後の画素数は、１ブロックあたり、９×４＝３６画素となる。図１７は、比較例として単純なオーバーサンプリング（図中央）と、本実施形態の非線形オーバーサンプリングを同時に示している。単純なオーバーサンプリングでは、オーバーサンプリング前の１個の暗画素と明画素は、それぞれ、４個の暗画素と４個の明画素に規定倍される。一方、本実施形態の非線形オーバーサンプリングでは、１個の暗画素は４個の暗画素に単純にオーバーサンプリングされるが、１個の明画素は２個の暗画素と２個の明画素に非線形に変調される。したがって、変調後の１ブロックあたりの明画素の数が、単純なオーバーサンプリングと、本実施形態の非線形オーバーサンプリングとで異なる値となる。具体的には、単純なオーバーサンプリングでは３６画素中１２画素が明画素となるが、本実施形態の非線形オーバーサンプリングでは、３６画素中６画素が明画素となり、１ブロックあたりの明画素数が半減する。
図１８は、或る情報データが３×３のマトリクス配置の９画素に２次元変調データになされた場合であって、各ブロック９画素において外側の辺の中央画素（４隅又は内側を除く画素）が明画素のときの場合を示す。この場合、６×６ブロック中央画素中心に明画素２個を寄せるように、非線形オーバーサンプリングする。かかる同一の４ブロックが空間光変調器に表示された状態においても、ブロック間にストライプ状の暗画素が入るので、ブロック間のクロストークの減少やブロック間の境界が明確化される。
図１９は、或る情報データが３×３のマトリクス配置の９画素に２次元変調データになされた場合であって、各ブロック９画素において明画素がブロックの４隅に位置している場合を示す。この場合、６×６ブロック中央の縦又は横列画素中心に明画素２個を寄せるように、非線形オーバーサンプリングする。かかる同一の４ブロックが空間光変調器に表示された状態において、ブロック間の縦又は横にストライプ状の暗画素が入るので、縦又は横のいずれかブロック間のクロストークの減少やブロック間の境界が明確化される。
図２０は、上記同様に明画素がブロックの４隅に位置している場合であって、各ブロックの外側（隣接する他のブロックに接触する部分）が暗画素になるべく非線形オーバーサンプリング様子を示す。ブロック４隅の明画素がある場合については、いくつかの場合が考えられる。
図２０（Ａ）の縦の暗画素ストライプ形成（境界部ＢＤ）を重視する方法では、４隅の画素との相違を明確にし符合間距離をとるには、ブロック４隅では縦長の明画素列にする。
図２０（Ｂ）の横の暗画素ストライプ形成（境界部ＢＤ）を重視する方法では、４隅の画素との相違を明確にし符合間距離をとるには、ブロック４隅では横長の明画素列にする。
図２０（Ｃ）の縦横どちらのストライプ形成（境界部ＢＤ）も均等に重視する方法では、４隅及び辺の中央との区別をより明確にするため、中央を斜めの明画素パターンとし、変調前のＭＳＢ（Ｍｏｓｔ Ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ Ｂｉｔｓ）又はＬＳＢ（Ｌｅａｓｔ Ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ Ｂｉｔｓ）の値などで斜めの方向を変化させ、左斜めと右斜めの出現確率をほぼ等しくする。
図２１は、６ビットに情報データ例えば（０１００１０）（０００００１）（００００００）を、マトリクス配置された９ビット（９画素／ブロック）に非線形オーバーサンプリングする場合を比較例（単純なオーバーサンプリング）とともに示す。図示するように、単純なオーバーサンプリングではブロックの境界が判別しにくいが、実施形態ではブロックの境界の判別が容易になる。
上記の実施形態例は、６：９変調で変調後３×３＝９画素となる例を用いて、説明したが、さらに、１ブロックあたりの明画素が３個の例を示したが明画素４個であってもよいし、明画素２個であってもよい。また、変調後４×４＝１８画素が１ブロックとなってもよい。ｎ個のビットがｍ画素の２次元的に配置されたブロックに変換されればよい。
また、今までの例では、２値（明画素、暗画素）に量子化される例を示したが、２値以外に、例えば、文献、Ｂｒｌａｎ Ｍ，Ｋｉｎｇ，Ｇａｏｆｆｒｅｙ Ｗ，Ｂｕｒｒ，ａｎｄ Ｍａｒｋ Ａ，Ｎｅｉｆｅｌｄ“Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｇｒａｙ−ｓｃａｌｅ ｓｐａｒｓｅ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｃｏｄｅｓ ｉｎ ｖｏｌｕｍｅ ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ ｓｔｏｒａｇｅ”，ＡＰＰＬＩＥＤ ＯＰＴＩＣＳ Ｖｏｌ．４２．，Ｎｏ１４／１０ Ｍａｙ ２００３ ｐ２５４６−ｐ２５５９に、明画素と暗画素と灰色画素の３値で変調する研究例がある。本実施形態は、この文献のような３値での変調にも有効である。
本実施形態によれば、２次元変調されたブロックとブロックとを接続して、空間変調された１ページ分の変調画素を得る時に、ブロックとブロックとの境界を、暗画素で変調する確率を高くすることによって、２値（明画素、暗画素）又は３値（明画素、グレイ画素、暗画素）に量子化した画素を２次元的に変調し、記録し、再生時に復調するシステム、例えば、物体光と参照光との干渉パターンを記録再生するホログラフィツクデータ保存システムに活用できる。

Claims (11)

1. 複数の画素が２次元的に配置された空間光変調器を介してページデータを含む可干渉光を生成するホログラム記録用２次元変調方法であって、前記空間光変調器の画素を、各々が隣接するｍ画素（ただしｍ＝整数）からなる複数のブロックとなるように区画し、少なくとも、前記空間光変調器の画素１個分の若しくは記録されたページデータの再生に用いる像検出センサの画素１個分に相当する幅及び各ブロック内の隣接する画素間の距離を有する幅を有しかつ遮光する境界部を、隣接するブロック間に設けることを特徴とするホログラム記録用２次元変調方法。
2. 記録すべきデータをｎビット（ただしｎ＜ｍ、ｎ＝整数）ごとにグループ化するステップと、グループ化されたｎビットごとに変調テーブルにより前記ブロックごとにｍビットデータとして割り当てる２次元変調を実行してページデータを生成するステップと、前記ページデータに応じて前記空間光変調器を駆動するステップと、を含み、前記ページデータを生成するステップにおいて、前記ブロックごとに前記境界部のための境界部データを付加することを特徴とする請求項１記載のホログラム記録用２次元変調方法。
3. 前記境界部を設けるための境界部用ページデータを生成するステップを含み、前記境界部用ページデータ及び２次元変調されたデータを重畳して前記空間光変調器を駆動することを特徴とする請求項２記載のホログラム記録用２次元変調方法。
4. 前記空間光変調器の画素の各々を複数の副画素で構成するとともに、光を遮るべき画素に対して当該画素のすべての副画素を遮光状態になし、光を透過させるべき画素に対して当該画素の一部の副画素を遮光状態にかつ残りの副画素を光透過状態になし、前記光を透過させるべき画素が前記隣接するブロックに隣接する場合に、当該画素の前記遮光状態の副画素を、前記境界部の一部を構成するように前記隣接するブロック間に配置することを特徴とする請求項１記載のホログラム記録用２次元変調方法。
5. 複数の画素が２次元的に配置された空間光変調器を備え、前記空間光変調器を介して記録すべきページデータを含む可干渉光をホログラム記録担体に照射して、該可干渉光による光学干渉パターンを回折格子として情報を記録するホログラム装置であって、
   前記空間光変調器は、各々が隣接するｍ画素（ただしｍ＝整数）からなる複数のブロックと、隣接するブロック間に設けられかつ、少なくとも、前記空間光変調器の画素１個分の若しくは記録されたページデータの再生に用いる像検出センサの画素１個分に相当する幅及び各ブロック内の隣接する画素間の距離を有する幅を有しかつ遮光する境界部と、を有することを特徴とするホログラム装置。
6. 前記境界部として連続した複数の遮光状態の画素を表示するように前記空間光変調器を駆動する境界生成部を有することを特徴とする請求項５記載のホログラム装置。
7. 前記境界生成部は、記録すべきデータをｎビット（ただしｎ＜ｍ、ｎ＝整数）ごとにグループ化し、グループ化されたｎビットごとに変調テーブルにより前記ブロックごとにｍビットデータとして割り当てる２次元変調を実行してページデータを生成し、前記ページデータに応じて前記空間光変調器を駆動するとともに、前記ページデータを生成する際に、前記ブロックごとに前記境界部のための境界部データを付加することを特徴とする請求項６記載のホログラム装置。
8. 前記境界生成部は、前記境界部を設けるための境界部用ページデータを生成し、前記境界部用ページデータ及び２次元変調されたデータを重畳するように前記空間光変調器を駆動することを特徴とする請求項７記載のホログラム装置。
9. 前記境界生成部は、前記空間光変調器の画素の各々を複数の副画素で構成するとともに、光を遮るべき画素に対して当該画素のすべての副画素を遮光状態になし、光を透過させるべき画素に対して当該画素の一部の副画素を遮光状態にかつ残りの副画素を光透過状態になし、前記光を透過させるべき画素が前記隣接するブロックに隣接する場合に、当該画素の前記遮光状態の副画素を、前記境界部の一部を構成するように前記隣接するブロック間に配置するように、前記空間光変調器を駆動することを特徴とする請求項６記載のホログラム装置。
10. 前記境界部は、前記空間光変調器の遮光部として予め形成されていることを特徴とする請求項５記載のホログラム装置。
11. 前記予め形成された前記空間光変調器の遮光部に、前記空間光変調器の駆動回路の少なくとも一部が配置されていることを特徴とする請求項１０記載のホログラム装置。

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