JP4975007B2 - Hologram reproduction wavefront control method and apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、ホログラフィックメモリーシステムに関するものであり、特に、再生された画像から得られる情報に基づき、再生用の参照光の波面形状を制御するホログラム再生波面制御方法および装置に関するものである。 The present invention relates to a holographic memory system, and more particularly to a hologram reproduction wavefront control method and apparatus for controlling the wavefront shape of reference light for reproduction based on information obtained from a reproduced image.
デジタルホログラムでは、一般に、画像データを液晶表示素子等の空間光変調素子で駆動して変調データとし、この変調データによってレーザ光を変調して物体光を生成する。この物体光を光学的にフーリエ変換するとともに記録用参照光と干渉せしめて干渉光を生成し、ホログラム記録媒体上に画像データを担持した干渉縞を記録する。再生時には再生用参照光を、該干渉縞が記録されているホログラム記録媒体上に照射し、干渉縞からの回折光をレンズで平行光に戻し、2次元受光素子(CCDやCMOSセンサ)で受光することにより、再生された画像データを読み取るように構成されている。 In a digital hologram, generally, image data is driven by a spatial light modulation element such as a liquid crystal display element to generate modulation data, and laser light is modulated by the modulation data to generate object light. The object light is optically Fourier transformed and interfered with the recording reference light to generate interference light, and interference fringes carrying image data are recorded on the hologram recording medium. During reproduction, reproduction reference light is irradiated onto the hologram recording medium on which the interference fringes are recorded, and diffracted light from the interference fringes is converted back to parallel light by a lens and received by a two-dimensional light receiving element (CCD or CMOS sensor). By doing so, the reproduced image data is read.
ところで、媒体可換型(リムーバブル)を考慮に入れたホログラフィックメモリーシステムでは、ホログラム記録媒体の位置精度の不確定性に起因して、再生画像の大きさの不一致や画像の回転等が生じることがある。 By the way, in a holographic memory system taking into consideration a medium removable type (removable), there is a discrepancy in the size of the reproduced image, rotation of the image, etc. due to uncertainty in the positional accuracy of the hologram recording medium. There is.
従来、このような現象の対策として、記録時に、画像の位置や大きさ等の指標(マーカー)となる所定のシンクパターン(同期信号)を画像データに重畳しておき、再生時に、このシンクパターンを検出して、再生画像の回転や拡大縮小を行う技術が知られている(下記特許文献1,2、非特許文献1参照)。 Conventionally, as a countermeasure against such a phenomenon, a predetermined sync pattern (synchronization signal) serving as an index (marker) such as an image position or size is superimposed on image data during recording, and this sync pattern is reproduced during reproduction. Is known, and the reproduction image is rotated and enlarged / reduced (see Patent Documents 1 and 2 and Non-Patent Document 1 below).
また、フォトポリマ(光感光性樹脂)材料からなるホログラム記録媒体では、物体光および参照光が照射された際の光重合反応により記録媒体内部に生じる屈折率差によって、画像データを担持した干渉縞が記録されるが、その際に体積収縮が起こることがある。この体積収縮が起きた場合には、再生時にブラッグミスマッチ(ブラッグの回折条件を満たさない状態)が生じることによって、再生画像のSNR(Signal to Noise Ratio)が低下して画像の一部が暗くなったり、著しい場合には画像の再生自体が不可能となったりする。 In addition, in a hologram recording medium made of a photopolymer (photosensitive resin) material, an interference fringe carrying image data due to a refractive index difference generated inside the recording medium due to a photopolymerization reaction when irradiated with object light and reference light. Is recorded, but volume shrinkage may occur at that time. When this volume shrinkage occurs, a Bragg mismatch (a state that does not satisfy the Bragg diffraction condition) occurs during reproduction, so that the SNR (Signal to Noise Ratio) of the reproduced image is lowered and a part of the image becomes dark. If it is remarkable, the reproduction of the image itself becomes impossible.
このような、ホログラム記録媒体の体積収縮により生じる再生画像のSNRの低下に対応した技術としては、例えば、下記特許文献3,4に記載されたものが知られている。また、本願出願人も下記特許文献5に記載の技術を考案し、特許庁に対し開示している。 As a technique corresponding to such a decrease in the SNR of a reproduced image caused by volume shrinkage of the hologram recording medium, for example, those described in Patent Documents 3 and 4 below are known. The applicant of the present application has also devised the technique described in Patent Document 5 below and disclosed it to the Patent Office.
上記特許文献3〜5に記載の技術は、再生された画像の状態を評価しながら、その画像評価に基づいて再生用参照光の照射角度や波面形状を制御することによって、SNRの最大化を図るようにしているが、画像評価を行う際の具体的な指標としては、例えば、再生画像のSNRそのものが用いられている。 The techniques described in Patent Documents 3 to 5 maximize the SNR by controlling the irradiation angle and wavefront shape of the reference light for reproduction based on the image evaluation while evaluating the state of the reproduced image. For example, the SNR of the reproduced image itself is used as a specific index when performing image evaluation.
しかしながら、ホログラムによる再生画像のSNRは、再生画像の画素毎の明るさを標本値とする統計的処理(標準偏差や平均値を使った処理)によって計算されるので、標本数(サンプリングする画素数)を多くしなければ正確な値を算出することができず、このため以下のような問題を抱えている。 However, since the SNR of the reproduced image by the hologram is calculated by statistical processing (processing using standard deviation or average value) with the brightness of each pixel of the reproduced image as a sample value, the number of samples (number of pixels to be sampled) ) Will not be able to calculate an accurate value, and therefore has the following problems.
すなわち、標本数を多くして正確なSNRを算出すれば、正しい画像評価を行うことが可能となるが、標本数を多くするに従って、SNRの算出に多くの時間を要することとなるので、再生用参照光の波面制御を高速化して再生画像のSNRを速やかに最大化することが難しいという問題がある。 That is, if an accurate SNR is calculated by increasing the number of samples, it is possible to perform correct image evaluation. However, as the number of samples increases, more time is required to calculate the SNR. There is a problem that it is difficult to quickly maximize the SNR of the reproduced image by speeding up the wavefront control of the reference light.
また、再生画像の一部領域に対する画像評価を行いたいという要望もあるが、標本数を多くする必要がある上述の統計的処理を必要とする従来手法では、再生画像内の一部領域に対する画像評価を行うことが難しいという問題もある。 In addition, there is a desire to perform image evaluation on a partial area of a reproduced image. However, in the conventional method that requires the statistical processing described above that requires a large number of samples, an image of a partial area in the reproduced image is used. There is also the problem that evaluation is difficult.
本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、再生画像の全体領域や一部領域に対する画像評価を短時間で行うことができ、かつ該画像評価に基づいて再生用参照光の波面を制御することにより、再生画像のSNRを速やかに最大化することが可能なホログラム再生波面制御方法および装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and can perform image evaluation on an entire area or a partial area of a reproduction image in a short time, and based on the image evaluation, the wavefront of reproduction reference light It is an object of the present invention to provide a hologram reproduction wavefront control method and apparatus capable of quickly maximizing the SNR of a reproduction image by controlling.
上記課題を解決するため、本発明に係るホログラム再生波面制御方法および装置は、画像データに重畳するパターン信号に、従来のシンクパターンとしての機能(回転、拡大縮小のマッチング機能)を持たせることに加えて、さらに画像評価の指標としての機能を持たせ、該パターン信号を、再生用参照光の波面制御を行うための指標として利用することを特徴とするものである。 In order to solve the above-described problems, the hologram reproduction wavefront control method and apparatus according to the present invention provide a pattern signal superimposed on image data to have a function as a conventional sync pattern (matching function of rotation and enlargement / reduction). In addition, a function as an index for image evaluation is further provided, and the pattern signal is used as an index for performing wavefront control of the reproduction reference light.
すなわち、本発明に係る第1のホログラム再生波面制御方法は、所定の空間周波数のパターン信号が重畳された画像データを記録したホログラム記録媒体に再生用参照光を照射して再生された再生画像の所定領域を周波数解析し、該周波数解析により得られる、前記パターン信号の2次高調波成分の振幅値に基づいて画像評価を行い、前記振幅値が最小となるように前記再生用参照光の波面を制御することを特徴とする。 That is, in the first hologram reproduction wavefront control method according to the present invention, a reproduction image reproduced by irradiating a reproduction reference beam onto a hologram recording medium on which image data on which a pattern signal having a predetermined spatial frequency is superimposed is recorded. Frequency analysis of a predetermined region, image evaluation is performed based on the amplitude value of the second harmonic component of the pattern signal obtained by the frequency analysis, and the wavefront of the reproduction reference light is minimized so that the amplitude value is minimized It is characterized by controlling.
また、本発明に係る第1のホログラム再生波面制御装置は、所定の空間周波数のパターン信号が重畳された画像データを記録したホログラム記録媒体に再生用参照光を照射して再生された再生画像の所定領域を周波数解析する周波数解析手段と、
前記周波数解析により得られる、前記パターン信号の2次高調波成分の振幅値に基づいて画像評価を行い、前記振幅値が最小となるように前記再生用参照光の波面を制御する波面制御手段と、を備えてなることを特徴とする。
In addition, the first hologram reproduction wavefront control device according to the present invention provides a reproduction image reproduced by irradiating a reproduction reference light onto a hologram recording medium on which image data on which a pattern signal having a predetermined spatial frequency is superimposed is recorded. A frequency analysis means for frequency analysis of a predetermined region;
Wavefront control means for performing image evaluation based on an amplitude value of a second harmonic component of the pattern signal obtained by the frequency analysis, and controlling a wavefront of the reproduction reference light so that the amplitude value is minimized; It is characterized by comprising.
また、本発明に係る第2のホログラム再生波面制御方法は、所定の空間周波数のパターン信号が重畳された画像データを記録したホログラム記録媒体に再生用参照光を照射して再生された再生画像の所定領域を周波数解析し、該周波数解析により得られる、前記パターン信号の2次高調波成分の振幅値に対する該パターン信号の基本波成分の振幅値の比の値に基づいて画像評価を行い、前記比の値が最大となるように前記再生用の参照光の波面を制御することを特徴とする。 In addition, the second hologram reproduction wavefront control method according to the present invention provides a reproduction image reproduced by irradiating a reproduction reference light onto a hologram recording medium on which image data on which a pattern signal having a predetermined spatial frequency is superimposed is recorded. Analyzing the predetermined region by frequency, and performing image evaluation based on the ratio of the amplitude value of the fundamental wave component of the pattern signal to the amplitude value of the second harmonic component of the pattern signal obtained by the frequency analysis, The wavefront of the reference light for reproduction is controlled so that the value of the ratio becomes maximum.
また、本発明に係る第2のホログラム再生波面制御装置は、所定の空間周波数のパターン信号が重畳された画像データを記録したホログラム記録媒体に再生用参照光を照射して再生された再生画像の所定領域を周波数解析する周波数解析手段と、
前記周波数解析により得られる、前記パターン信号の2次高調波成分の振幅値に対する該パターン信号の基本波成分の振幅値の比の値に基づいて画像評価を行い、前記比の値が最大となるように前記再生用の参照光の波面を制御する波面制御手段と、を備えてなることを特徴とする。
In addition, the second hologram reproduction wavefront control device according to the present invention provides a reproduction image reproduced by irradiating a reproduction reference light onto a hologram recording medium on which image data on which a pattern signal having a predetermined spatial frequency is superimposed is recorded. A frequency analysis means for frequency analysis of a predetermined region;
Image evaluation is performed based on the ratio of the amplitude value of the fundamental wave component of the pattern signal to the amplitude value of the second harmonic component of the pattern signal obtained by the frequency analysis, and the value of the ratio is maximized And a wavefront control means for controlling the wavefront of the reference light for reproduction as described above.
前述の第1および第2のホログラム再生波面制御装置は、前記パターン信号を前記画像データに重畳させて前記ホログラム記録媒体に記録する記録手段を備えてなることが好ましい。 The first and second hologram reproduction wavefront control devices described above preferably include recording means for recording the pattern signal on the hologram recording medium by superimposing the pattern signal on the image data.
上記「所定領域」とは、再生画像内の任意の一部領域の他に、再生画像の全体領域を指す場合を含む。 The “predetermined area” includes a case where the entire area of the reproduction image is indicated in addition to an arbitrary partial area in the reproduction image.
上記「周波数解析」としては、フーリエ変換やウェーブレット変換等の各種の解析手法を用いることができるが、高速化が可能という点などからフーリエ変換を用いることが好ましい。 As the “frequency analysis”, various analysis methods such as Fourier transform and wavelet transform can be used, but it is preferable to use Fourier transform from the viewpoint of speeding up.
本発明に係るホログラム再生波面制御方法および装置によれば、周波数解析により得られる、パターン信号の2次高調波成分の振幅値、または該2次高調波成分の振幅値に対するパターン信号の基本波成分の振幅値の比の値を、画像評価の指標として用いることにより、再生画像の全体領域や一部領域に対する画像評価を短時間で行うことが可能となる。 According to the hologram reproduction wavefront control method and apparatus according to the present invention, the amplitude value of the second harmonic component of the pattern signal obtained by frequency analysis, or the fundamental wave component of the pattern signal with respect to the amplitude value of the second harmonic component. By using the value of the ratio of the amplitude values as an index for image evaluation, it is possible to perform image evaluation on the entire region or a partial region of the reproduced image in a short time.
また、上記2次高調波成分の振幅値が最小となるように、または上記比の値が最大となるように、再生用参照光の波面を制御することにより、再生画像のSNRを速やかに最大化することが可能となり、これによって、ホログラム記録媒体を介した画像の記録再生を高精度に行うことが可能となる。 In addition, the SNR of the reproduced image is quickly maximized by controlling the wavefront of the reproduction reference light so that the amplitude value of the second harmonic component is minimized or the ratio value is maximized. This makes it possible to record and reproduce images through the hologram recording medium with high accuracy.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。図1は本発明で用いるパターン信号の配置例を示す図であり、図2は本発明の一実施形態に係るホログラム再生波面制御方法の概要を示す概念図である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing an arrangement example of pattern signals used in the present invention, and FIG. 2 is a conceptual diagram showing an outline of a hologram reproduction wavefront control method according to an embodiment of the present invention.
図2に示すように本実施形態方法では、まず、ホログラム記録媒体43に記録する画像データ31上に、図1に示すパターン信号32A〜32Eを重畳する。この画像データ31およびパターン信号32A〜32Eは、空間光変調素子(SLM)41に照射された平行光が該空間光変調素子41により変調されることにより形成される。 As shown in FIG. 2, in the method of the present embodiment, first, the pattern signals 32 </ b> A to 32 </ b> E shown in FIG. 1 are superimposed on the image data 31 recorded on the hologram recording medium 43. The image data 31 and the pattern signals 32 </ b> A to 32 </ b> E are formed by the parallel light applied to the spatial light modulator (SLM) 41 being modulated by the spatial light modulator 41.
図1に示すように、画像データ31の中央部に重畳されるパターン信号32Aは、所定単位のピクセルブロックを所定のピッチで繰り返して縦横十字状に配置したものであり、単一の空間周波数を有するように構成されている。一方、画像データ31の四隅にそれぞれ重畳されるパターン信号32B〜32Eは、パターン信号32Aと同じピクセルブロックをパターン信号32Aと同じピッチで繰り返して縦横鉤状に配置したものであり、パターン信号32Aと同一の単一の空間周波数を有するように構成されている。 As shown in FIG. 1, the pattern signal 32A superimposed on the center of the image data 31 is a pixel block of a predetermined unit repeated at a predetermined pitch and arranged in a vertical and horizontal cross shape. It is comprised so that it may have. On the other hand, the pattern signals 32B to 32E respectively superimposed on the four corners of the image data 31 are obtained by repeating the same pixel blocks as the pattern signal 32A at the same pitch as the pattern signal 32A and arranging them in a vertical and horizontal pattern. It is comprised so that it may have the same single spatial frequency.
なお、パターン信号32A〜32Eに替えて、図3の(A),(B)に示すような他のパターン信号32F,32Gを用いることも可能であり、この他にも、単一の空間周波数を有するように構成された種々のパターン信号を用いることが可能である。また、上記パターン信号32A〜32Gや後述するパターン信号32Hにおけるピクセルブロックのピッチの設定は、予想される再生画像の画質に応じて適宜決定される。再生像画質が比較的良いと予想される場合には、細かいピッチ(例えば、数画素置きのピッチ)とすることができるが、再生像画質が悪いと予想される場合には、より粗いピッチ(例えば、数十画素置きのピッチ)で設定される。 It is also possible to use other pattern signals 32F and 32G as shown in FIGS. 3A and 3B in place of the pattern signals 32A to 32E. In addition, a single spatial frequency can be used. It is possible to use various pattern signals configured to have Further, the setting of the pitch of the pixel block in the pattern signals 32A to 32G and the pattern signal 32H described later is appropriately determined according to the expected image quality of the reproduced image. If the reproduced image quality is expected to be relatively good, a fine pitch (for example, every several pixels) can be used, but if the reproduced image quality is expected to be poor, a coarser pitch ( For example, the pitch is set at intervals of several tens of pixels.
次に、パターン信号32A〜32Eが重畳された画像データ(以下「パターン付画像データ」と称する)を担持した物体光を、フーリエ変換レンズ(FTL:Fourier Transform Lens)42により光学的にフーリエ変換してホログラム記録媒体43の所定位置に照射するとともに、ホログラム記録媒体43の同じ位置に他の方向から記録用参照光を照射する。この物体光と記録用参照光との光干渉により、パターン付画像データのフーリエ変換像(フラウンホーファー回折像)の情報を担持した干渉縞が形成され、該干渉縞がホログラム記録媒体43に記録される。 Next, object light carrying image data (hereinafter referred to as “patterned image data”) on which pattern signals 32A to 32E are superimposed is optically Fourier transformed by a Fourier transform lens (FTL) 42. The hologram recording medium 43 is irradiated to a predetermined position, and the same position on the hologram recording medium 43 is irradiated with the recording reference light from another direction. Due to the optical interference between the object beam and the recording reference beam, an interference pattern carrying information of a Fourier transform image (Fraunhofer diffraction image) of the image data with pattern is formed, and the interference pattern is recorded on the hologram recording medium 43. The
再生時には、シャッタ47により物体光を遮光して、再生用参照光のみを記録媒体に照射する。照射された再生用参照光は、ホログラム記録媒体43中に記録された干渉縞により回折され、この回折光がフーリエ変換レンズ44により光学的に逆フーリエ変換されることによって、CCDやCMOSセンサ等からなる2次元撮像素子45上に再生像が形成される。この再生像を2次元撮像素子により撮像してビットデータを復元することにより上記パターン付画像データの再生が可能となる。 At the time of reproduction, the object light is shielded by the shutter 47, and only the reproduction reference light is irradiated to the recording medium. The irradiated reference light for reproduction is diffracted by the interference fringes recorded in the hologram recording medium 43, and this diffracted light is optically inverse Fourier transformed by the Fourier transform lens 44, so that the CCD, CMOS sensor, etc. A reproduced image is formed on the two-dimensional image sensor 45. The reproduced image data can be reproduced by capturing the reproduced image with a two-dimensional image sensor and restoring the bit data.
ところで、一般的な従来手法では、再生用参照光は、記録用参照光と同じ波面形状のものが用いられるが、ホログラム記録媒体43として、フォトポリマなどの光感光性樹脂を使用した場合には、以下のような問題が生じる。 By the way, in the general conventional method, the reproduction reference light having the same wavefront shape as the recording reference light is used. However, when a photosensitive resin such as a photopolymer is used as the hologram recording medium 43, The following problems arise.
すなわち、ホログラム記録媒体43が、記録時の光重合反応による硬化に際して体積収縮を起こすことがある。この体積収縮が等方的な場合には、再生位置が全体的に、数度〜十分の数度ほど変化するものの、画像データ自体の再生は可能である。しかし、通常、この体積収縮は等方的ではなく、その場合には、再生画像データのSNRが著しく低下し、極端な場合には、記録された画像データの一部または全部を再生し得ないこともある。 That is, the hologram recording medium 43 may shrink in volume upon curing due to a photopolymerization reaction during recording. When this volume shrinkage is isotropic, the reproduction position changes as a whole to several degrees to several degrees, but the image data itself can be reproduced. However, this volume shrinkage is usually not isotropic, in which case the SNR of the reproduced image data is significantly reduced, and in the extreme case, part or all of the recorded image data cannot be reproduced. Sometimes.
そこで、本実施形態方法では、再生画像の画像データを周波数解析して画像評価を行い、該画像評価に基づき再生用参照光の波面(具体的には、波面の形状や進行方向)を制御するようにしており、以下、その画像評価および波面制御において有効な2つの手法を説明する。 Therefore, in the method of the present embodiment, the image data of the reproduced image is subjected to frequency analysis and image evaluation is performed, and the wavefront (specifically, the shape and traveling direction of the wavefront) of the reproduction reference light is controlled based on the image evaluation. In the following, two methods effective in image evaluation and wavefront control will be described.
〈第1手法〉
この第1手法では、まず、再生画像の所定領域に対応した画像データを周波数解析する。所定領域は、画像の全領域とすることも可能であるが、上記パターン信号32A〜32Eが重畳された一部の領域、例えば、パターン信号32Aを含んだ画像中央部の領域や、パターン信号32Bを含んだ画像左上隅部の領域等を、所定領域として選択することも可能である。なお、周波数解析には、高速フーリエ変換(FFT)を用いることが好ましい。
<First method>
In this first method, first, frequency analysis is performed on image data corresponding to a predetermined region of a reproduced image. The predetermined area may be the entire area of the image, but a part of the area where the pattern signals 32A to 32E are superimposed, for example, an area at the center of the image including the pattern signal 32A, or a pattern signal 32B. It is also possible to select an area in the upper left corner of the image including the image as a predetermined area. In addition, it is preferable to use a fast Fourier transform (FFT) for frequency analysis.
次に、この周波数解析により得られる、パターン信号(上記パターン信号32A〜32Eの一部または全部。以下、同じ)の2次高調波成分の振幅値A(f2)(後述の図6参照)に基づいて上記所定領域の画像評価を行い、上記振幅値A(f2)が最小となるように(その逆数1/A(f2)が最大となるように)再生用参照光の波面をフィードバック制御する。なお、再生用参照光の波面の制御は、波面制御器46を用いて行われる。 Next, the amplitude value A (f 2 ) of the second harmonic component of the pattern signal (a part or all of the pattern signals 32A to 32E, the same applies hereinafter) obtained by this frequency analysis (see FIG. 6 described later). The image evaluation of the predetermined area is performed based on the above, and the wavefront of the reproduction reference light is changed so that the amplitude value A (f 2 ) is minimized (the reciprocal 1 / A (f 2 ) is maximized). Feedback control. Note that the wavefront control of the reproduction reference light is performed using the wavefront controller 46.
〈第2手法〉
この第2手法は、周波数解析に関しては上記第1手法と同じである。異なるのは、周波数解析により得られる、パターン信号の2次高調波成分の振幅値A(f2)に対する該パターン信号の基本波成分の振幅値A(f1)(後述の図6参照)の比の値A(f1)/A(f2)に基づいて上記所定領域の画像評価を行い、この比の値が最小となるように再生用参照光の波面をフィードバック制御する点にある。
<Second method>
This second method is the same as the first method in terms of frequency analysis. The difference is that the amplitude value A (f 1 ) of the fundamental wave component of the pattern signal with respect to the amplitude value A (f 2 ) of the second harmonic component of the pattern signal obtained by frequency analysis (see FIG. 6 described later). The image evaluation of the predetermined area is performed based on the ratio value A (f 1 ) / A (f 2 ), and the wavefront of the reproduction reference light is feedback-controlled so that the value of this ratio is minimized.
図4に、本実施形態方法を適用する前の再生画像51(同図(A))と、適用後の再生画像52(同図(B))の一例を示す。再生画像51は、ホログラム記録媒体の体積収縮によるSNRの低下により、画像全体が暗くなっているのに対し、再生画像52は、SNRが改善されて画像全体が明るくなり、ビットが判別し易くなっている。この場合、SNR算出用の計算式に当てはめてみると、1.2dBのSNR改善効果があった。 FIG. 4 shows an example of a reproduced image 51 (FIG. 4A) before applying the method of the present embodiment and a reproduced image 52 (FIG. 4B) after application. The reproduced image 51 is dark as a whole due to a decrease in SNR due to the volume shrinkage of the hologram recording medium, whereas the reproduced image 52 is improved because the SNR is improved and the entire image becomes bright and the bits are easily discriminated. ing. In this case, when applied to the calculation formula for SNR calculation, there was an SNR improvement effect of 1.2 dB.
なお、画像評価は、再生画像51上に示す細長い矩形状の評価領域53内の画像データに基づいて行った。この評価領域53内には、図5に示すように、所定単位のピクセルブロックを所定のピッチで繰り返して横方向に一列に配置したパターン信号32Hが重畳されている。 The image evaluation was performed based on the image data in the evaluation area 53 having a long and narrow rectangular shape shown on the reproduced image 51. In this evaluation area 53, as shown in FIG. 5, a pattern signal 32H in which pixel blocks of a predetermined unit are repeated at a predetermined pitch and arranged in a line in the horizontal direction is superimposed.
図6に、上記評価領域53内の画像データを高速フーリエ変換して得られた周波数解析結果の一例を示す。図6に示すように、繰り返し周波数成分の中では、パターン信号32Hの基本波成分が最大となり、2倍の周波数のところにその2次高調波成分が出ている。この時の基本波成分の信号振幅値を上述のA(f1)、2次高調波成分の信号振幅値を上述のA(f2)とする。 FIG. 6 shows an example of a frequency analysis result obtained by performing fast Fourier transform on the image data in the evaluation region 53. As shown in FIG. 6, among the repetitive frequency components, the fundamental wave component of the pattern signal 32H becomes the maximum, and the second harmonic component appears at a frequency twice as high. The signal amplitude value of the fundamental wave component at this time is A (f 1 ), and the signal amplitude value of the second harmonic component is A (f 2 ).
また、図7に、本実施形態方法のフィードバック制御によって変化する画像評価値(上述の1/A(f1)およびA(f1)/A(f2))と、再生画像のSNRとの相関関係を示す(各々の最大値が略1となるように規格化している)。この図7に示すように、本実施形態方法において画像評価の指標とする1/A(f1)およびA(f1)/A(f2)と再生画像のSNRとは相関があり、SNRの代わりにこれらの指標を画像評価に用いることにより、再生用参照光の波面制御を有効に行うことが可能であることが分かる。 FIG. 7 shows the relationship between the image evaluation values (the above-mentioned 1 / A (f 1 ) and A (f 1 ) / A (f 2 )) changed by the feedback control of the method of this embodiment and the SNR of the reproduced image. Correlation is shown (normalized so that each maximum value is approximately 1). As shown in FIG. 7, 1 / A (f 1 ) and A (f 1 ) / A (f 2 ), which are indices for image evaluation in the method of the present embodiment, are correlated with the SNR of the reproduced image, and the SNR It can be seen that the wavefront control of the reference light for reproduction can be effectively performed by using these indexes for image evaluation instead of.
次に、本発明に係るホログラム再生波面制御装置の実施形態について説明する。図8は本発明の一実施形態に係るホログラム再生波面制御装置の概略構成図である。 Next, an embodiment of a hologram reproduction wavefront control apparatus according to the present invention will be described. FIG. 8 is a schematic configuration diagram of a hologram reproduction wavefront control apparatus according to an embodiment of the present invention.
図8に示すホログラム再生波面制御装置は、ホログラム記録媒体11への画像データの記録および再生が可能なホログラム記録再生装置として構成されており、以下、本装置を情報記録機能と情報再生機能とに分けて説明する。 The hologram reproduction wavefront control device shown in FIG. 8 is configured as a hologram recording / reproduction device capable of recording and reproducing image data to / from the hologram recording medium 11. Hereinafter, the device will be described as an information recording function and an information reproduction function. Separately described.
<情報記録機能>
図8に示すように、レーザ光源1から出射されたコヒーレントなレーザ光束は、発散レンズ2およびコリメートレンズ3からなるビームエキスパンダにより光束径を拡大され、半波長板4を透過し反射ミラー5により反射された後、偏光ビームスプリッタ6により2系の光束に分岐され、それぞれ信号光(物体光:実際には空間光変調素子8により信号光とされる)および参照光として機能せしめられる。
<Information recording function>
As shown in FIG. 8, the coherent laser beam emitted from the laser light source 1 is expanded in beam diameter by a beam expander composed of a diverging lens 2 and a collimating lens 3, is transmitted through a half-wave plate 4, and is reflected by a reflecting mirror 5. After being reflected, the light beam is split into two light beams by the polarization beam splitter 6 and functions as signal light (object light: actually signal light by the spatial light modulator 8) and reference light, respectively.
上記参照光は、波面制御器26により反射され、光束を適宜通過/遮断するためのシャッタ23を介してホログラム記録媒体11上の所定の領域に照射される。一方、上記信号光は、偏光ビームスプリッタ7を介して空間光変調素子8に照射される。 The reference light is reflected by the wavefront controller 26 and applied to a predetermined area on the hologram recording medium 11 through a shutter 23 for appropriately passing / blocking the light flux. On the other hand, the signal light is applied to the spatial light modulator 8 via the polarization beam splitter 7.
空間光変調素子8としては、液晶表示パネルやDMD(デジタルマイクロミラーデバイス:Digital Micromirror Device)等のライトバルブが用いられる。空間光変調素子8上の各ピクセルが画像データ(ページデータ)上の2値のデジタル情報に応じて光を通過(図8の例では反射)/遮断することで、空間的に光を変調する。この変調処理によりページデータ情報を担持した信号光が生成される。 As the spatial light modulation element 8, a light valve such as a liquid crystal display panel or DMD (Digital Micromirror Device) is used. Each pixel on the spatial light modulation element 8 passes light (reflects in the example of FIG. 8) / blocks light according to binary digital information on image data (page data), thereby spatially modulating light. . Signal light carrying page data information is generated by this modulation processing.
また、本実施形態装置では、信号光を生成する際に、所定の空間周波数のパターン信号(上述のパターン信号32A〜32H参照)を、ページデータの所定領域に重畳するように構成されている。 Further, the apparatus according to the present embodiment is configured to superimpose a pattern signal having a predetermined spatial frequency (see the above-described pattern signals 32A to 32H) on a predetermined area of page data when generating signal light.
空間光変調素子8から出射された信号光は、入射した状態とは偏光方向が変化しており、偏光ビームスプリッタ7において反射され、シャッタ9を通過した後フーリエ変換レンズ10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11へ照射される。このときホログラム記録媒体11中の信号光が照射される領域へ、別角度から、上記参照光が同時に照射されるので、記録媒体11内部の体積中に干渉縞が生じ、この縞分布を屈折率分布などの形態で記録媒体11の記録領域に転写することによりホログラム記録が行われる。なお、参照光の光路中のシャッタ23の前後にはレンズ22、24が配設されている。 The signal light emitted from the spatial light modulator 8 has a polarization direction that is different from the incident state, is reflected by the polarization beam splitter 7, passes through the shutter 9, and is optically Fourier transformed by the Fourier transform lens 10. Then, the hologram recording medium 11 is irradiated. At this time, since the reference light is simultaneously irradiated from another angle to the region irradiated with the signal light in the hologram recording medium 11, interference fringes are generated in the volume inside the recording medium 11, and this fringe distribution is represented by a refractive index. Hologram recording is performed by transferring to a recording area of the recording medium 11 in the form of distribution or the like. Lenses 22 and 24 are disposed before and after the shutter 23 in the optical path of the reference light.
また、異なるページデータを空間光変調素子8に表示させつつ、参照光のホログラム記録媒体11への入射角度を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11中の同一領域へ多重記録することが可能となり、より高密度な情報格納が可能となる。 Also, different page data is displayed on the spatial light modulator 8 and the incident angle of the reference light on the hologram recording medium 11 is changed little by little, so that different page data are multiplexed and recorded in the same area in the recording medium 11. It becomes possible to store information with higher density.
<情報再生機能>
次に、情報再生時においては、シャッタ23を通過した参照光は、情報記録時と同様の入射角度および位置において、ホログラム記録媒体11の所定の領域に照射される。なお、シャッタ9は閉じた状態とされる。
<Information playback function>
Next, at the time of information reproduction, the reference light that has passed through the shutter 23 is irradiated to a predetermined region of the hologram recording medium 11 at the same incident angle and position as at the time of information recording. The shutter 9 is in a closed state.
すなわち、所望のページデータを再生する場合には、まず、この所望のページデータを記録した情報記録時と同一の参照光入射条件となるように設定して、参照光をホログラム記録媒体11に入射せしめることにより、所望のページデータ情報を担持した再生光(回折光)がホログラム記録媒体11から出力され、この再生光がフーリエ変換レンズ12を介してCCD13に入射し撮像される。 That is, when reproducing the desired page data, first, the reference light incidence conditions are set so as to be the same as those at the time of recording the information on which the desired page data is recorded, and the reference light is incident on the hologram recording medium 11. As a result, reproduction light (diffracted light) carrying desired page data information is output from the hologram recording medium 11, and this reproduction light enters the CCD 13 via the Fourier transform lens 12 and is imaged.
CCD13により撮像された再生画像データは計測制御装置25(本実施形態装置において波面制御器26と共に波面制御手段を構成する)に入力され、該計測制御装置25において、再生画像データの周波数解析に基づく画像評価が行われ、該画像評価に基づき波面制御器26が駆動されて、再生用参照光の波面形状や照射方向が制御される。なお、画像評価および波面制御の手法としては、上述の第1手法または第2手法が適用される。 The reproduced image data imaged by the CCD 13 is input to the measurement control device 25 (which constitutes wavefront control means together with the wavefront controller 26 in the present embodiment device), and the measurement control device 25 is based on the frequency analysis of the reproduced image data. Image evaluation is performed, and the wavefront controller 26 is driven based on the image evaluation to control the wavefront shape and irradiation direction of the reproduction reference light. As the image evaluation and wavefront control methods, the first method or the second method described above is applied.
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上述の実施形態に態様が限定されるものではなく、種々の態様を採用することが可能である。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment, It is possible to employ | adopt a various aspect.
例えば、上述の実施形態では、ホログラム記録媒体に画像データを記録する機能および該画像データに所定の空間周波数のパターン信号を重畳する機能を有しているが、このような記録機能は有さない態様とすることも可能である。 For example, the above-described embodiment has a function of recording image data on a hologram recording medium and a function of superimposing a pattern signal of a predetermined spatial frequency on the image data, but does not have such a recording function. It is also possible to adopt an aspect.
また、装置の光学系を構成する部材の配置も、適宜変更することが可能である。 Further, the arrangement of members constituting the optical system of the apparatus can be changed as appropriate.
1 レーザ光源
2 発散レンズ
3 コリメートレンズ
4 半波長板
5 ミラー
6,7 偏光ビームスプリッタ
8,41 空間光変調素子
9,23,47 シャッタ
10,12,22,24,42,44 レンズ
11,43 ホログラム記録媒体
13 CCD
25 計測制御装置
26,46 波面制御器
31 画像データ
32A〜32H パターン信号
45 2次元撮像素子
51,52 再生画像
53 評価領域
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Laser light source 2 Divergent lens 3 Collimating lens 4 Half wave plate 5 Mirror 6,7 Polarizing beam splitter 8,41 Spatial light modulator 9,23,47 Shutter 10,12,22,24,42,44 Lens 11,43 Hologram Recording medium 13 CCD
25 Measurement control device 26, 46 Wavefront controller 31 Image data 32A to 32H Pattern signal 45 Two-dimensional imaging device 51, 52 Reproduced image 53 Evaluation region
Claims (5)
前記周波数解析により得られる、前記パターン信号の2次高調波成分の振幅値に基づいて画像評価を行い、前記振幅値が最小となるように前記再生用参照光の波面を制御する波面制御手段と、を備えてなることを特徴とするホログラム再生波面制御装置。 Frequency analysis means for performing frequency analysis on a predetermined region of a reproduced image reproduced by irradiating a reproduction reference light onto a hologram recording medium on which image data on which a pattern signal of a predetermined spatial frequency is superimposed is recorded;
Wavefront control means for performing image evaluation based on an amplitude value of a second harmonic component of the pattern signal obtained by the frequency analysis, and controlling a wavefront of the reproduction reference light so that the amplitude value is minimized; A hologram reproduction wavefront control device comprising:
前記周波数解析により得られる、前記パターン信号の2次高調波成分の振幅値に対する該パターン信号の基本波成分の振幅値の比の値に基づいて画像評価を行い、前記比の値が最大となるように前記再生用の参照光の波面を制御する波面制御手段と、を備えてなることを特徴とするホログラム再生波面制御装置。 Frequency analysis means for performing frequency analysis on a predetermined region of a reproduced image reproduced by irradiating a reproduction reference light onto a hologram recording medium on which image data on which a pattern signal of a predetermined spatial frequency is superimposed is recorded;
Image evaluation is performed based on the ratio of the amplitude value of the fundamental wave component of the pattern signal to the amplitude value of the second harmonic component of the pattern signal obtained by the frequency analysis, and the value of the ratio is maximized And a wavefront control means for controlling the wavefront of the reference light for reproduction as described above.
5. The hologram reproduction wavefront control apparatus according to claim 2, further comprising recording means for superimposing the pattern signal on the image data and recording it on the hologram recording medium.
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