JP5028996B2 - ホログラム再生装置 - Google Patents

Description

本発明はホログラム再生装置に関し、特にホログラム記録媒体に参照光を照射して得られた再生光の写像を示す画像データを取得し、当該画像データに基づいて電子データを再生するホログラム再生装置に関するものである。

従来のホログラム再生装置として、再生波長を記録波長から所定量波長をシフトさせるものが提案されている（特許文献１、参照。）。
このようなホログラム再生装置によれば、再生波長を記録波長から意図的にシフトさせることにより、反射型ホログラムから寄生的に発生する回折光を抑制することができ、透過型ホログラムからの回折光のみを得ることができた。
特開２００６−１８９５９７号公報

しかしながら、ホログラム記録媒体やホログラム再生装置自体がばらつき要因を有しているため、記録波長あるいは記録波長から少量シフトした波長が必ずしも最適であるとは限らない。例えば、記録時や保管時のホログラム記録媒体の化学的変質によってホログラム記録媒体が収縮する場合には、適切な回折を生じさせるために収縮に合わせて再生波長を短波長化させる必要がある。
本発明は、上記課題にかんがみてなされたもので、ホログラム記録媒体等のばらつきにかかわらず、良好なＳ／Ｎ比で再生することができるホログラム再生装置の提供を目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、ホログラム記録媒体に参照光を照射して得られた再生光の写像を示す画像データを取得し、当該画像データに基づいて電子データを再生するホログラム再生装置において、上記参照光を生成する光源手段と、上記光源手段が生成する上記参照光の波長を変動させる波長シフト手段と、上記電子データの再生品質を取得する品質取得手段と、上記参照光の波長変動に応じた上記再生品質の変動に基づいて上記参照光の最適な波長を検知する検知手段と、検知された最適な波長の上記参照光の上記光源手段にて生成させて上記電子データの再生を行う再生手段とを具備する構成としてある。

上記のように構成した本発明において、ホログラム再生装置は、ホログラム記録媒体に参照光を照射して、その回折透過光または回折反射光による再生光を生成する。この再生光の写像を撮像することにより、当該写像に対応した画像データを取得する。さらに、この画像データを電子データにデコードすることにより、もとの電子データを再生する。光源手段は、上記参照光を生成する。上記ホログラム記録媒体において上記参照光を回折させる必要があるため、コヒーレントな上記参照光が生成可能な光源手段が必要となる。波長シフト手段は、上記光源手段が生成する上記参照光の波長を変動させる。品質取得手段は上記電子データの再生品質を取得する。なお、上記電子データの再生品質は、上記電子データの状態を把握することによって直接的に得られるものに限られず、上記電子データが得られるまでの過程における上記再生光や上記画像データ等の状態を把握することによって間接的に得ることも可能である。検知手段は、上記参照光の波長変動に応じた上記再生品質の変動を把握し、その変動に基づいて上記参照光の最適な波長を検知する。そして、再生手段は、検知された最適な波長の上記参照光を上記光源手段にて生成させつつ上記電子データの再生を行う。

さらに、請求項２にかかる発明は、上記品質取得手段は、上記画像データの輝度平均を上記再生品質として取得する構成としてある。
上記のように構成した請求項２の発明において、上記画像データの輝度平均が上記再生品質として取得される。上記ホログラム記録媒体に干渉パターンとして形成された回折格子に対して上記参照光の波長が適合すると、良好な回折により上記画像データの輝度平均が高くなる。同時に、上記画像データの認識精度が向上し、上記電子データの再生品質も向上するため、上記画像データの輝度平均を上記電子データの再生品質として把握することができる。

また、請求項３にかかる発明において、上記波長シフト手段は、上記輝度平均が最大となるように上記光源手段が生成する上記参照光の波長を変動させる構成としてある。
上記のように構成した請求項３の発明において、上記輝度平均が最大となるように上記光源手段が生成する上記参照光の波長を変動させることにより、上記輝度平均が最大となる波長を検知することができる。

また、請求項４にかかる発明は、上記品質取得手段は、上記再生光を所定の光電素子に導光および集光させる光学系を有し、当該光電素子における受光強度を上記画像データの輝度平均として取得する構成としてある。
上記のように構成した請求項４の発明では、上記画像データの輝度平均を間接的に把握する。具体的には、上記再生光を所定の光電素子に導光し集光させる光学系を備えさせ、当該集光させた上記再生光の受光強度を把握することにより、上記画像データの全体的（平均的）な輝度を把握することができる。

また、請求項５にかかる発明において、上記波長シフト手段は、上記受光強度が最大となるように上記光源手段が生成する上記参照光の波長を変動させる構成としてある。
上記のように構成した請求項５の発明において、上記受光強度が最大となるように上記光源手段が生成する上記参照光の波長を変動させることにより、上記受光強度が最大となる波長を検知することができる。

さらに、本発明は、上記波長シフト手段は、所定の複数の試験波長を中心として上記波長を増減させるとともに、上記検知手段は、上記品質取得手段により得られた上記再生品質の変動特性に基づいて上記複数の試験波長における上記再生品質の変動傾きを取得し、この変動傾きに基づいて上記再生品質が極大または極小となる上記試験波長を特定し、当該特定した上記試験波長が最適であると検知する構成としてある。

上記のように構成された本発明では、上記波長シフト手段が所定の複数の試験波長を中心として上記波長を増減させる。一方、上記検知手段は、上記品質取得手段により得られた上記再生品質の変動特性に基づいて上記複数の試験波長における上記再生品質の変動傾きを取得する。上記試験波長を中心として上記波長を増減させているため、それに応じた上記再生品質の変動傾向に基づき当該試験波長における上記再生品質の変動傾きを取得することができる。各試験波長における傾きを把握することにより、上記再生品質の変動が極大または極小となる上記試験波長を特定することができ、当該特定した上記試験波長が最適であると検知する。

さらに、本発明は、上記波長シフト手段は、時間に応じて振動する入力関数に基づいて上記波長を増減させるとともに、上記検知手段は、上記品質取得手段により得られた上記再生品質の変動特性を示す出力関数と、上記入力関数との乗算値を時間に関して積分して得られた評価値に基づいて上記複数の試験波長における上記再生品質の変動傾きを取得する構成としてある。
上記のように構成された発明では、時間に応じて振動する入力関数に基づいて上記波長が増減させられ、その際の上記再生品質の変動特性を示す出力関数と上記入力関数の乗算値を時間に関して積分することによって評価値を算出する。この評価値によれば入力関数に対する出力関数の応答特性が把握できるため、上記再生品質の変動特性の傾きを把握することができる。

また、請求項６にかかる発明は、上記入力関数はサイン関数である構成としてある。
上記のように構成した請求項６の発明では、上記入力関数がサイン関数とされ、サイン関数に基づいて上記参照光の波長が上記試験波長を中心として振動させられる。

さらに、請求項７にかかる発明は、上記検知手段は、上記変動傾きの符号が反転する変曲領域を特定するとともに、上記波長シフト手段は、当該変曲領域において上記試験波長のシフト量を狭める構成としてある。
上記のように構成した発明では、上記変動傾きの符号が反転する上記波長の変曲領域を特定し、この変曲領域においては上記試験波長のシフト量を狭めるようにする。

また、請求項８にかかる発明は、上記検知手段は、上記評価値が所定の値域内となるときの上記試験波長を最適であると検知する構成としてある。
上記のように構成した発明では、上記評価値が所定の値域内となるときの上記試験波長が最適であるとされる。

また、請求項９にかかる発明は、上記再生手段は、ディスク状の上記ホログラム記録媒体の少なくとも内周および外周について検知された最適な上記波長に基づく補間演算により上記ホログラム記録媒体の径方向の各再生位置において最適な上記波長を特定するとともに、各再生位置に応じて最適な上記波長の上記参照光を上記光源手段にて生成させて上記電子データの再生を行う構成としてある。
上記のように構成した発明では、最適な上記波長がディスク状の上記ホログラム記録媒体の少なくとも内周および外周について検知されており、これらの上記波長に基づく補間演算によって上記ホログラム記録媒体の径方向の各再生位置において最適な上記波長を特定する。そして、補間演算によって特定した各再生位置にて最適な上記波長の上記参照光を上記光源手段にて生成させて上記電子データの再生を行う。

また、請求項１０にかかる発明は、上記品質取得手段は、上記画像データのエラーレートを上記再生品質として取得する構成としてある。
上記のように構成した発明では、上記再生品質として上記画像データのエラーレートが取得される。

本発明によれば、ホログラム記録媒体等のばらつきにかかわらず、良好なＳ／Ｎ比で再生することができる。
請求項２の発明によれば、データをデコードすることなく再生品質を把握することができる。
請求項３の発明によれば、最も再生品質がよくなる波長を検知することができる。
請求項４の発明によれば、画像データを解析することなく簡易に輝度平均を得ることができる。
請求項５の発明によれば、最も再生品質がよくなる波長を検知することができる。

本発明によれば、最適な波長を絞り込むことができる。
本発明によれば、再生品質の変動傾きを画一的に特定することができる。
請求項６の発明によれば、積分可能な振動関数を使用することができる。
請求項７の発明によれば、最適な波長をより詳細に絞り込むことができる。
請求項８の発明によれば、一定の再生品質を確保することができる。
請求項９の発明によれば、ホログラム記録媒体内のばらつきにかかわらず、良好なＳ／Ｎ比で再生することができる。
請求項１０の発明によれば、より直接的な再生品質を把握することができる。

ここでは、下記の順序に従って本発明の実施形態について説明する。
（１）第１の実施形態：
（１−１）波長探索処理：
（１−２）再生処理：
（２）変形例：

（１）第１の実施形態
図１は、本発明の第１の実施形態にかかるホログラム記録再生装置の概略構成を示している。なお、本発明は、少なくとも再生ができればよく、ホログラム再生専用装置においても実現することができる。同図において、ホログラム記録再生装置１０はコントローラ１１とレーザ光源１２と対物レンズ１３，１８とビームスプリッタ１４とハーフミラー１５，１６とＤＭＤ[Digital Micro-mirror Device]１７と波長評価用ミラー１９と集光レンズ２０と画像センサ２１と光電素子２２とから構成されている。

コントローラ１１は、画像センサ２１から得られた画像データを例えば２進数の電子データにデコードするデコーダ１１ａと、デコーダ１１ａと逆の処理を行うエンコーダ１１ｂと、所定の制御プログラムにしたがって各種制御処理を実行するマイコン１１ｃと、レーザ光源１２に対して駆動信号を送出するドライバ１１ｄとから構成されている。画像センサ２１は複数の光電素子がドットマトリクス状に配列したセンサであり、各光電素子に入射した光強度（輝度）に応じた電荷を生じさせ、当該電荷の量をデジタル化した輝度画像データをデコーダ１１ａに出力する。例えば、画像センサ２１としてＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサを利用することができる。

レーザ光源１２は、コヒーレントなレーザ光が生成可能であり、例えばＹＡＧレーザ等の固体レーザや半導体レーザを使用することができる。また、レーザ光源１２は出力されるレーザ光の波長を変動させることが可能な波長シフト器を具備しており、例えば波長シフト器として分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）を備えることにより出力波長を変動させることができる。そのため、ドライバ１１ｄは、レーザ発振させるための駆動電流Ｄｒ１とＤＢＲにて波長を制御するための駆動電流Ｄｒ２をレーザ光源１２に供給する。なお、波長を変動させるための機構としてＤＢＲ方式以外の他の方式を使用することも可能である。レーザ光源１２から出力されたレーザ光は対物レンズ１３によって平行光に変換され、ビームスプリッタ１４に入射する。

ビームスプリッタ１４は半反射面を有し、入射した平行光を直進光と屈曲光に分岐させる。ここにおける直進光は信号光であり、屈曲光が参照光となる。信号光はＤＭＤ１７にて反射される。ＤＭＤ１７はエンコーダ１１ｂから入力した画像データに基づきドットマトリクス状に配列したマイクロミラーの配向角を個別に制御する。各マイクロミラーは、後段のハーフミラー１６に反射光を入射させる方向と、図示しない吸収体に反射光を入射させる方向のいずれかに配向角を切り換えることができる。従って、エンコーダ１１ｂから入力した画像データに対応した信号光をハーフミラー１６に出力することができる。

一方、参照光は半反射面を有するハーフミラー１５にて反射され、そのままハーフミラー１６に導光される。ハーフミラー１６は半反射面を有し、ＤＭＤ１７からの信号光を対物レンズ１８に向けて反射させる。一方、ハーフミラー１６に入射した参照光はハーフミラー１６の半反射面を透過し、そのまま対物レンズ１８に向けて直進する。このとき、信号光と再生光とが互いに干渉し、エンコーダ１１ｂから入力した画像データが反映された２光束干渉光が生成される。この２光束干渉光は対物レンズ１８にて集光させられ、ホログラム記録媒体にて２次元干渉パターンとして結像される。

ホログラム記録媒体は干渉パターンを屈折率（透過率）の変化として記録する感光記録層を有しており、例えば感光記録層としてニオブ酸リチウム単結晶やフォトポリマー等の感光材料を使用することができる。これにより、エンコーダ１１ｂに入力した電子データに応じた干渉パターンを回折格子としてホログラム記録媒体に記録することができる。なお、ホログラム記録媒体はディスク状記録媒体であり、図示しないモータによって回転されることにより干渉パターンの結像位置を変えることができ、シフト多重により多量の電子データを記録することができる。また、ホログラム記録媒体における結像深度や結像角度を変えることにより、より多くの電子データを多重記録することができる。

電子データの再生を行う場合には、ＤＭＤ１７によるマイクロミラーの反射角の制御によって信号光は、ハーフミラー１６に入射しないように切り換えられ、参照光のみがホログラム記録媒体に到達させられる。ホログラム記録媒体においては記録された干渉パターンが参照光の回折格子として作用し、この回折光が再生光として生成される。なお、回折格子としての干渉パターンによって回折が生じる波長の参照光が入力される必要があり、基本的には記録時の参照光と信号光と同一の波長を再生時にも使用する必要がある。

本実施形態では、反射膜を有する反射式のホログラム記録媒体を使用しており、再生光がホログラム記録媒体を反射して、対物レンズ１８に入射されることとなる。対物レンズ１８にて平行光に変換された再生光はハーフミラー１６を透過し、画像センサ２１に再生光の写像が結像されることとなる。画像センサ２１から得られた画像データは、所定の閾値を基準として２値化判定を行うことにより２値化画像データに変換され、さらにデコーダ１１ａによってもとの電子データが再現される。なお、以上説明したホログラム記録再生装置１０の各光学系の配置や方式はあくまでも一例であり、他の形態のホログラム再生装置においても本発明を適用することができる。

図２には、デコーダ１１ａとエンコーダ１１ｂが行う変換処理の一例を示している。同図左においては２進数の電子データを模式的に示し、同図右においては当該電子データに対応する画像データを示している。電子データにおけるオンビット（１）は画像データにおいて上下に白□黒■が配列するシンボルに変換され、オフビット（０）は画像データにおいて上下に黒■白□が配列するシンボルに変換される。そして、各シンボルを規則的に配列させることにより、電子データに対応したドットマトリクス状の画像データに変換（エンコード）される。デコードする場合には、画像データを各シンボルの配列に変換し、各シンボルをオンビット（１）またはオフビット（０）に復元する。以上のエンコード／デコード方式もあくまでも一例に過ぎず、例えば白／黒画素の比率が１：１とならない他の方式を適用することも可能である。

上述したとおり、基本的には、記録時にレーザ光源１２が出力するレーザ光の波長と、再生時にレーザ光源１２が出力するレーザ光の波長が一致するようにドライバ１１ｄが駆動電流Ｄｒ２を出力するべきである。しかしながら、ホログラム記録媒体に対する記録は、記録層の化学的変化をともない、その体積変化は避けられない。また、ホログラム記録媒体の保管条件や保管期間や温度変化等によっても記録層が体積変化を起こす可能性もある。従って、上述した干渉パターンによる回折格子の間隔が変動し、回折効率が最大となる再生時の参照光の波長が記録時の波長からずれてしまう場合がある。

記録層が収縮したとすると、収縮後の回折格子において回折効率の高い回折を起こすために、波長は短くシフトさせるべきである。ところが、この体積変化の度合いは各ホログラム記録媒体に依存してばらつくため、一様に波長をシフトさせても、そのホログラム記録媒体に最適な波長で再生を行うことができない。また、ホログラム記録媒体が全記録量域において一様に製造されていない場合も考えられ、その場合には同一のホログラム記録媒体においても最適な波長が変動することとなる。さらには、レーザ光源１２からホログラム記録媒体に至るまでの光学系がばらつきを有することも考えられ、最適な波長を予測することは非常に困難である。むろん、記録と再生が同一の装置にて行われる保証もなく、波長をシフトさせるにも基準となる記録波長を得ることができない場合も考えられる。特に、再生専用機においては、記録を行うことがないため、基本的に記録波長を得ることができない。従って、本実施形態においては以下に示す波長探索処理を行ってから再生を行うようにする。

（１−１）波長探索処理
図３は、波長探索処理の流れを示している。同図において、ステップＳ１００においては記録時にレーザ光源１２が出力した記録波長λｒを取得する。本実施形態においては記録も行うホログラム記録再生装置１０にて再生を行うため、再生の際にホログラム記録再生装置１０が使用する記録波長λｒを取得することができる。ステップＳ１１０においては、記録波長λｒを初期の試験波長λｔとして設定する。ステップＳ１２０においては、ドライバ１１ｄが、レーザ発振させるためのバイアス駆動電流Ｄｒ１に、所定の駆動電流Ｄｒ２を加算して出力する。

図４（ａ）は、駆動電流Ｄｒ２を示している。同図において、時刻に関する駆動電流Ｄｒ２の変動態様が示されており、駆動電流Ｄｒ２は時刻０を位相角０としたサイン関数（入力関数）を描くように最低限１周期分変動させられる。駆動電流Ｄｒ２の電流値は、レーザ光源１２が出力する波長に対応すると考えることができ、同図では波長軸も示されている。駆動電流Ｄｒ２には直流成分が含まれ、この直流成分によって試験波長λｔを中心としてレーザ光源１２が出力する波長が所定の振幅λｗで振動させられる。このとき、通常の再生時と同様に各光学系が構成され、参照光がホログラム記録媒体にて反射され同様に再生光が得られる。

ステップＳ１３０においては、ステップＳ１２０にて駆動電流Ｄｒ２が振動させられるのと同期して電素子２２が受光した受光強度を取得する。このとき、可動式の波長評価用ミラー１９はハーフミラー１６と画像センサ２１との間の光路に侵入し、波長評価用ミラー１９における反射によって集光レンズ２０に再生光を導光する。集光レンズ２０は、平行光である再生光を透過屈折させ、再生光を光電素子２２に集光させる。光電素子２２は、画像センサ２１と異なり多数の画素を有しておらず、単一または数個の光電素子によって構成され、一点に集光された再生光の強度を電気信号に変換する。このようにすることにより、平行光における光強度分布が平均化され、再生光の平均強度を得ることができる。このことは、通常の再生時においては、画像センサ２１が撮像する再生光の写像を示す画像データの輝度平均を得ていることを意味する。このように集光レンズ２０によって光学的に平均すれば画像データに関する演算を省略することができ、処理負担や処理時間を省くことができる。

図４（ｂ），４（ｃ），４（ｄ）においては光電素子２２にて受光される再生光の受光強度を示している。図４（ａ）に示すようにサイン関数にしたがって参照光の波長が変動するため、受光強度の出力関数もサイン波状となる。この出力関数においても試験波長λｔにおける受光強度に相当する直流成分が含まれる。図５は、参照光の波長と受光強度との関係の一例をグラフに示している。本実施形態のホログラム記録再生装置１０は、参照光の波長に対して受光強度が極大となる点が存在し、その点に至るまで受光強度が単調増加し、その点を超えると受光強度が単調減少する。そして、この極大点において、画像センサ２１にて再生光の写像を撮像したならば、最も明るい画像データを得ることができ、読み取りエラーの少ない再生を行うことができる。すなわち、当該極大点となる波長がホログラム記録媒体上の干渉パターンにて良好に回折する最適な波長であると判断することができ、当該波長において最も再生品質が高くなるということができる。

図４（ａ）の入力関数に対して図４（ｂ）のように同相の応答が得られる場合、試験波長λｔは単調増加領域にあると判断することができる。一方、図４（ａ）の入力関数に対して図４（ｃ）のように逆相の応答が得られる場合、試験波長λｔは単調減少領域にあると判断することができる。さらに、図４（ａ）の入力関数に対して図４（ｄ）のように１／２周期の応答が得られる場合、試験波長λｔは変曲領域にあると判断することができる。また、変曲領域においては傾きが０に近いため、出力関数の振幅は小さいものとなる。

ステップＳ１４０においては、下記式（１）にしたがって評価値Ｅを算出する。

なお、上記式（１）において、ｔは開始からの時間を示し、Ｉ（ｔ）は入力関数を示し、Ｏ（ｔ）は出力関数を示している。また、積分区間は入力関数のｎ周期分（ｎは整数）とする。従って、上記式（１）によれば、入力関数Ｉ（ｔ）と出力関数Ｏ（ｔ）の乗算値をｎ周期分にわたり積分した値が評価値Ｅとして算出される。図６は、説明のため波長に対する受光強度の変動曲線が極大点に関して対称となるものに対する入力関数Ｉ（ｔ）と出力関数Ｏ（ｔ）との関係を示している。

波長振動の中心とされる試験波長λｔが極大点となる波長よりも小さい場合、波長の増加にともなって受光強度が増加するため、出力関数Ｏ（ｔ）は図４（ｂ）に示すようにある振幅Ａおよびバイアス値Ｂ₁を有した同相のサイン関数［Ａｓｉｎ（ｔ）＋Ｂ₁］となる。振幅Ａは受光強度の変動傾きが急なほど大きくなる。入力関数Ｉ（ｔ）と出力関数Ｏ（ｔ）の乗算値は［Ａｓｉｎ²（ｔ）＋Ｂ₁ｓｉｎ（ｔ）］となる。奇関数である第２項が相殺されるため、上記乗算値の積分値である評価値Ｅは、下記式（２）のように表すことができる。

上記式（２）において［ｓｉｎ²（ｔ）］の定積分値は正であるため、試験波長λｔが極大点となる波長よりも小さい場合には評価値Ｅが正になる。また、評価値Ｅは、振幅Ａに依存するため、変動傾きが急なほど大きくなる。受光強度の変動傾きは極大点に近づくにつれて０に収束していくため、試験波長λｔが極大点に近づくにつれて正の評価値Ｅも０に収束していく。

反対に、波長振動の中心とされる試験波長λｔが極大点となる波長λよりも大きい場合、波長λの増加にともなって受光強度が減少するため、出力関数Ｏ（ｔ）は図４（ｃ）に示すようにある振幅Ａおよびバイアス値Ｂ₂を有した逆相のサイン関数［−Ａｓｉｎ（ｔ）＋Ｂ₂］となる。この場合、入力関数Ｉ（ｔ）と出力関数Ｏ（ｔ）の乗算値は［−Ａｓｉｎ²（ｔ）＋Ｂ₂ｓｉｎ（ｔ）］となる。ここでも奇関数である第２項が相殺されるため、上記乗算値の積分値である評価値Ｅは、下記式（３）のように表すことができる。

上記式（３）において、試験波長λｔが極大点となる波長λよりも大きい場合には評価値Ｅが負になる。また、評価値Ｅは、振幅Ａに依存するため変動傾きが急なほど小さくなる。変動傾きが負の場合でも受光強度の変動傾きの大きさは極大点に近づくにつれて０に収束していくため、試験波長λｔが極大点に近づくにつれて負の評価値Ｅも０に収束していく。

一方、波長振動の中心とされる試験波長λｔが極大点となる場合、試験波長λｔに関して対称な受光強度の傾き特性となる。従って、出力関数Ｏ（ｔ）は図４（ｄ）に示すような１／２周期の［Ｂ₃−ｓｉｎ²（ｔ）］となり、入力関数Ｉ（ｔ）と出力関数Ｏ（ｔ）の乗算値は［Ｂ₃ｓｉｎ（ｔ）−ｓｉｎ³（ｔ）］となる。この乗算値は全体として奇関数であるため、上記乗算値の積分値である評価値Ｅは０となる。なお、実際には波長に対する受光強度の変動曲線が極大点に関して対称とならない場合もあるが、微視的にはほぼ対称であると考えることができ、極大点に試験波長λｔが近づくと評価値Ｅが０に収束すると考えることができる。

以上のことから、評価値Ｅは、
・試験波長λｔが極大値となる波長よりも小さいとき正となり、
・試験波長λｔが極大値となる波長よりも大きいとき負となり、
・試験波長λｔが極大値に近いほど絶対値｜Ｅ｜が０に近い値となる、
特性を有しているということができる。

ステップＳ１５０においては、評価値Ｅの絶対値｜Ｅ｜が所定の閾値ΔＥよりも小さいか否かが判定される。上述したとおり、試験波長λｔが極大値に近いほど絶対値｜Ｅ｜が０に近い値となる特性を有しているため、所定の閾値ΔＥよりも絶対値｜Ｅ｜ことをもって、試験波長λｔが極大値となる波長に対して一定の範囲内のずれとなっていると判断することができる。例えば、極大点に対する波長のずれと評価値Ｅとの対応関係を予め調査しておくことにより、各評価値Ｅに基づいて最適な波長からのずれを推測することができる。

本実施形態においては、評価値Ｅが極大値となる最適な波長から１ｎｍ以内のずれとなる評価値Ｅの値をΔＥとしており、評価値Ｅが値域（−ΔＥ〜＋ΔＥ）の間であれば許容範囲であると判断する。従って、評価値Ｅが値域（−ΔＥ〜＋ΔＥ）であれば現在の試験波長λｔが最適であるとして処理を終了させる。なお、極大点に関して非対称な受光強度の変動特性を想定した場合には、０に対して非対称な評価値Ｅの許容値域を設定するようにしてもよい。

一方、評価値Ｅの絶対値｜Ｅ｜が閾値ΔＥよりも大きければ、波長のずれが１ｎｍよりも大きいと判断することができ、より良好な波長の探索が続行されることとなる。すなわち、ステップＳ１６０にて、試験波長λｔの更新を行い、更新された試験波長λｔにてステップＳ１２０〜Ｓ１５０を再度実行する。ステップＳ１６０における試験波長λｔの更新は下記式（４）によって行われる。
λｔ’＝λｔ＋ｋＥ ・・・（４）

上記式（４）においてλｔ’は更新後の試験波長を示し、ｋはシフトさせる波長の隣接周期を決定する定数であり、正の定数とされる。上述した評価値Ｅの特性から、現在の試験波長λｔが極大値となる波長よりも小さいときには、正の評価値Ｅにより試験波長λｔが大きくなるようにシフトされる。反対に、現在の試験波長λｔが極大値となる波長よりも大きいときには、負の評価値Ｅにより試験波長λｔが小さくなるようにシフトされる。いずれの場合においても、現在の試験波長λｔから見て極大値が存在する方向にシフトされることとなる。

従って、試験波長λｔが極大点をとおり過ぎるように変化した場合には、試験波長λｔのシフト方向が逆向きとなる。さらに、評価値Ｅは試験波長λｔが極大値に近いほど絶対値｜Ｅ｜が０に近い値となる特性を有しているため、試験波長λｔが極大値に近くなる変曲領域においてはシフト量が小さく設定されることとなる。これにより、変曲領域について、より詳細に試験波長λｔが設定されるようにできる。以上の処理を繰り返し行うことにより、最終的には評価値Ｅの絶対値｜Ｅ｜の値が閾値ΔＥよりも小さくなり、波長のずれが１ｎｍとなる最適な試験波長λｔを検出することができる。

（１−２）再生処理
次に、再生処理について説明する。図７は、再生処理の流れを示している。同図において、ステップＳ２００にてホログラム記録媒体の内周が再生できるよう（内周に参照光が照射されるよう）に図示しないアクチュエータを駆動させる。そして、ステップＳ２１０にてホログラム記録媒体の内周に記録された干渉パターンに対して上述した波長探索処理を実行する。ホログラム記録媒体の内周に記録された干渉パターンは、どのような画像データに対応したものか不明であるが、上述したエンコードによれば、どのような電子データについても白□黒■が１：１であることが保証されるため、対象とする干渉パターンによって評価値Ｅの値が影響されることなく、ホログラム記録媒体の内周について１ｎｍ以内のずれとなる試験波長λｔを探索することができる。

次にステップＳ２２０にてホログラム記録媒体の外周が再生できるよう（外周に参照光が照射されるよう）に図示しないアクチュエータを駆動させる。そして、ステップＳ２３０にてホログラム記録媒体の外周に記録された干渉パターンに対して上述した波長探索処理を実行する。ここでも、白□黒■が１：１であることが保証されるため、再生される電子データによって評価値Ｅの値が影響されることなく、ホログラム記録媒体の内周について１ｎｍ以内のずれとなる試験波長λｔを探索することができる。上述したとおり同一のホログラム記録媒体内においても記録層にばらつきが生じうるため、内周と外周において最適な波長は互いに相違する場合も考えられる。

ステップＳ２４０においては、内周と外周において最適な波長に基づいて各位置において最適な波長を予測する。図８は、径方向の各位置において最適な波長を予測する様子をグラフによって示している。同図においては、内周と外周において最適な波長λｉ，λｏが示されており、これらを直線的に結んだ補間直線が示されている。そして、この補間直線の各径位置ｒにおける読み取り値を当該径位置ｒにおいて最適な波長であると推定する。なお、本実施形態においては、内周と外周のみの最適波長を検知するものとしたが、３点以上について最適波長を検知するようにしてもよい。その場合、直線のみならず高次関数等の各種関数によって補間関数を近似させることができる。ステップＳ２５０においては、実際に再生を行う。ステップＳ２４０において各径位置ｒにおける最適波長が推定されているため、各径位置ｒにおける最適波長に対応した駆動電流Ｄｒ２をドライバ１１ｄが出力することにより再生を行うことができる。従って、ホログラム記録媒体内におけるばらつきに追従した波長により、常にＳ／Ｎ比の良好な再生を実現することができる。

（２）変形例
以上においては、複数の試験波長λｔを順次探索するものを例示したが他の具体的手法によって最適な波長を検知することもできる。例えば、図９に図示するように隣接する複数の試験波長λｔについてそれぞれ受光強度を得ておき、これらのなかから受光強度が最も大きくなるような試験波長λｔを最適な波長としてもよい。また、複数の試験波長λｔに対応する受光強度から近似曲線を予測し、その近似曲線において極大値をとる波長を最適とするようにしてもよい。

さらに、集光レンズ２０によって光学的に再生光を平均して得られた受光強度によって画像センサ２１にて撮像される画像データの輝度平均を簡易的に取得したが、集光レンズ２０を使用することなく画像センサ２１にて実際に画像データを撮像し、その輝度平均を再生品質として算出してもよい。また、輝度平均のみならず、最大輝度や輝度コントラスト等の画像指標を再生品質として適用することも可能である。ホログラム記録媒体内における干渉パターンの多重記録の方式ごとに最適な再生波長を探索することもできる。記録波長多重方式においては、各記録波長について最適な波長を探索すべきである。むろん、３次元多重記録を想定した場合には、記録角度や記録深度ごとに最適な波長を探索するようにしてもよい。

上述した実施形態においては、初期の試験波長λｔを記録時の波長としたが、再生専用装置で再生する場合や、他の記録装置にて記録したホログラム記録媒体を再生する場合には、記録波長を得ることができない。この場合、ホログラム記録媒体においてホログラム記録とは異なる手法、例えばバーコード等によって記録波長を記録しておき、再生時に記録波を読み取って初期の試験波長λｔとするようにしてもよい。むろん、記録波長ではない他の波長を初期の試験波長λｔとしてもよい。最終的には最適な波長が探索されるため、初期の試験波長λｔを厳密に設定する必要がないからである。さらに、上述した実施形態においては、評価値Ｅが所定の値域に収束するまで探索を繰り返すようにしたが、試験波長λｔの更新を所定の回数繰り返したところで処理を終了させてもよい。試験波長λｔの更新を繰り返すことにより、試験波長λｔを再生品質が極大または極小となる値に収束させていくことができるため、結果的に最適な試験波長λｔが得られるからである。

また、再生品質をより直接的なものとすることもできる。図１０は、記録／再生の流れを示している。同図において、所定の電子データがエンコーダ１１ｂによって画像データに変換され、その画像データに応じた干渉パターンがホログラム記録媒体に記録される。そして、ホログラム記録媒体に参照光を照射して再現された再生光を画像センサ２１にて撮像した画像データがデコーダ１１ａによって電子データに復調される。ここにおいて、記録時の電子データと再生時の電子データ、ないしは、記録時の画像データと再生時の画像データとの一致性が高ければ再生品質が高いと直接的に判断することができる。

従って、メモリに記憶する等して記録時の電子データや画像データが既知であれば、再生時の電子データや画像データとのデータ不一致率（エラーレート）によって再生品質を評価することができる。例えば、再生時においてホログラム記録媒体内に記録可能な領域が存在する場合、所定のテストパターンをホログラム記録媒体に記録し、そのテストパターンのエラーレートを各試験波長λｔについて把握することができる。このテストパターンについては、もとの電子データや画像データが既知であるため、再生した電子データや画像データとの比較を行うことができる。なお、エラーレートは小さいほど再生品質が高いため、図３の波長探索処理においては極小値を示す波長が探索されることとなる。

上記実施形態においては、ホログラム記録媒体の方式として反射型を採用したものを例示したが、透過型のホログラム記録媒体を用いたホログラム再生装置においても同様に本発明を適用することができる。さらに、上記実施形態では、信号光と参照光との２光束方式を適用したホログラム再生装置を例示したがコリニア方式を採用することも可能である。また、空間光変調器[ＳＬＭ：Spatial Light Modulator]として、ＤＭＤを例示したが、液晶ＳＬＭや磁気光学空間変調器[ＭＯＳＬＭ]等を用いることも可能である。

ホログラム記録再生装置の概略ブロック図である。 デコード／エンコード処理内容を説明する図である。 波長探索処理のフローチャートである。 入力関数および出力関数を示すグラフである。 参照光の波長と受光強度との関係を示すグラフである。 受光強度の変動特性と出力関数との関係を示すグラフである。 再生処理のフローチャートである。 補間演算を説明する図である。 変形例にかかる波長探索処理を説明するグラフである。 記録／再生処理におけるデータを模式的に示す図である。

符号の説明

１…ホログラム再生装置、１０…ホログラム記録再生装置、１１…コントローラ、１１ａ…デコーダ、１１ｂ…エンコーダ、１１ｃ…マイコン、１１ｄ…ドライバ、１２…レーザ光源、１３…対物レンズ、１４…ビームスプリッタ、１５…ハーフミラー、１６…ハーフミラー、１７…ＤＭＤ[Digital Micro-mirror Device]、１８…対物レンズ、１９…波長評価用ミラー、２０…集光レンズ、２１…画像センサ、２２…光電素子、Ｄｒ１…バイアス駆動電流、Ｄｒ２…駆動電流。

Claims (10)

1. ホログラム記録媒体に参照光を照射して得られた再生光の写像を示す画像データを取得し、当該画像データに基づいて電子データを再生するホログラム再生装置において、
   上記参照光を生成する光源手段と、
   上記光源手段が生成する上記参照光の波長を変動させる波長シフト手段と、
   上記電子データの再生品質を取得する品質取得手段と、
   上記参照光の波長変動に応じた上記再生品質の変動に基づいて上記参照光の最適な波長を検知する検知手段と、
   検知された最適な波長の上記参照光を上記光源手段にて生成させて上記電子データの再生を行う再生手段とを具備し、
   上記波長シフト手段は、
   所定の複数の試験波長を中心として時間に応じて振動する入力関数に基づいて上記波長を増減させるとともに、
   上記検知手段は、
   上記品質取得手段により得られた上記再生品質の変動特性を示す出力関数と、上記入力関数との乗算値を時間に関して積分して得られた評価値に基づいて上記複数の試験波長における上記再生品質の変動傾きを取得し、
   この変動傾きに基づいて上記再生品質が極大または極小となる上記試験波長を特定し、当該特定した上記試験波長が最適であると検知する、ことを特徴とするホログラム再生装置。
2. 上記品質取得手段は、上記画像データの輝度平均を上記再生品質として取得することを特徴とする請求項１に記載のホログラム再生装置。
3. 上記波長シフト手段は、
   上記輝度平均が最大となるように上記光源手段が生成する上記参照光の波長を変動させることを特徴とする請求項２に記載のホログラム再生装置。
4. 上記品質取得手段は、上記再生光を所定の光電素子に導光および集光させる光学系を有し、当該光電素子における受光強度を上記画像データの輝度平均として取得することを特徴とする請求項２に記載のホログラム再生装置。
5. 上記波長シフト手段は、
   上記受光強度が最大となるように上記光源手段が生成する上記参照光の波長を変動させることを特徴とする請求項４に記載のホログラム再生装置。
6. 上記入力関数はサイン関数であることを特徴とする請求項１に記載のホログラム再生装置。
7. 上記検知手段は、上記変動傾きの符号が反転する変曲領域を特定するとともに、
   上記波長シフト手段は、当該変曲領域において上記試験波長のシフト量を狭めることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のホログラム再生装置。
8. 上記検知手段は、上記評価値が所定の値域内となるときの上記試験波長を最適であると検知することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のホログラム再生装置。
9. 上記再生手段は、
   ディスク状の上記ホログラム記録媒体の少なくとも内周および外周について検知された最適な上記波長に基づく補間演算により上記ホログラム記録媒体の径方向の各再生位置において最適な上記波長を特定するとともに、各再生位置に応じて最適な上記波長の上記参照光を上記光源手段にて生成させて上記電子データの再生を行うことを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一項に記載のホログラム再生装置。
10. 上記品質取得手段は、上記画像データのエラーレートを上記再生品質として取得することを特徴とする請求項１に記載のホログラム再生装置。

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