JP5997583B2 - Two-dimensional code decoding apparatus and program thereof, and hologram recording / reproducing apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、ホログラム記録再生方式に用いられる2次元符号を復号する2次元符号復号装置およびそのプログラム、ならびに、ホログラム記録再生装置に関する。 The present invention relates to a two-dimensional code decoding apparatus and program for decoding a two-dimensional code used in a hologram recording / reproducing system, and a hologram recording / reproducing apparatus.
一般的なホログラム記録再生方式では、変調素子と受光素子とを対向させて2次元ページデータ(複数の2次元符号からなるデータ)の授受を行っている。
ホログラム記録再生方式に用いられる2次元符号は、1次元の元のデータを2次元の平面上で表現したものであり、例えば、2/4符号などが一般的に用いられている。この2/4符号は、2ビットの元のデータを4ビットで表現するものである。
In a general hologram recording / reproducing system, two-dimensional page data (data composed of a plurality of two-dimensional codes) is exchanged with a modulation element and a light receiving element facing each other.
The two-dimensional code used in the hologram recording / reproducing system is a representation of one-dimensional original data on a two-dimensional plane. For example, a 2/4 code is generally used. This 2/4 code expresses 2-bit original data in 4 bits.
ここで、ホログラム記録再生方式において、記録密度を最も高くするためには、変調素子と受光素子とのピクセルサイズを同一にし、さらに変調素子のピクセルと受光素子のピクセルを正確に位置決めして1対1に対向させて、変調素子を介して記録媒体に記録した情報(変調データ)を、受光素子を介して再生する際に100パーセント活用することである。しかし、市販品の変調素子と受光素子は、それぞれ独立して製造されているのでピクセルサイズは不揃いであることが多い。また、ピクセルサイズを揃えた変調素子と受光素子とを新規作成することは、莫大な費用が必要となるため現実的でない。したがって、変調素子のピクセルサイズと受光素子のピクセルサイズとを揃えることは極めて難しい。 Here, in the hologram recording / reproducing system, in order to obtain the highest recording density, the pixel size of the modulation element and the light receiving element are made the same, and the pixel of the modulation element and the pixel of the light receiving element are accurately positioned. The information (modulation data) recorded on the recording medium through the modulation element is used 100% when it is reproduced through the light receiving element. However, since commercially available modulation elements and light receiving elements are manufactured independently, pixel sizes are often uneven. In addition, it is not practical to newly create a modulation element and a light receiving element having the same pixel size because it requires enormous costs. Therefore, it is extremely difficult to align the pixel size of the modulation element and the pixel size of the light receiving element.
そのため、一般的なホログラム記録再生方式では、変調素子と受光素子とのピクセルサイズの不揃いや、変調素子に対する受光素子の傾き等による位置ずれを吸収して、受光素子において2次元符号を正確に読み取れるように、通常、変調データ1ビットに対して複数のピクセルを対応させている。(特許文献2参照)。 For this reason, in a general hologram recording / reproducing system, it is possible to accurately read the two-dimensional code in the light receiving element by absorbing the misalignment of the pixel size between the modulation element and the light receiving element and the positional deviation due to the inclination of the light receiving element with respect to the modulation element. As described above, normally, a plurality of pixels are associated with one bit of modulation data. (See Patent Document 2).
この場合、変調データ1ビットに対して受光素子1ピクセルを対応させた場合と比較して、記録密度が低下してしまう。そこで、変調素子から受光素子に1対1でデータの授受を行うことで、記録密度を向上することが期待されている。 In this case, the recording density is reduced as compared with the case where one pixel of the light receiving element is associated with one bit of the modulation data. Therefore, it is expected to improve the recording density by transferring data from the modulation element to the light receiving element on a one-to-one basis.
ここで、一般的なホログラム記録再生方式では、受光素子としてCCD(Charge Coupled Device)イメージセンサを用いたものが主流となっている。CCDイメージセンサは、例えば、2048×2048のピクセルで構成されている。
また、一般的なホログラム記録再生方式では、例えば、2次元ページデータの四隅にマーカを表示し、この四隅のマーカを基準に変調素子と受光素子とを対向させて位置決めしている。
Here, in a general hologram recording / reproducing system, a CCD (Charge Coupled Device) image sensor is mainly used as a light receiving element. The CCD image sensor is composed of, for example, 2048 × 2048 pixels.
In a general hologram recording / reproducing system, for example, markers are displayed at the four corners of the two-dimensional page data, and the modulation element and the light receiving element are positioned facing each other with reference to the markers at the four corners.
しかしながら、仮に、変調素子と受光素子のピクセルサイズが揃っている場合であっても、マーカを基準として変調素子と受光素子とを対向させて位置決めすると、受光素子の縦および横方向に、1ピクセル程度、変調素子と位置ずれが生じてしまう。つまり、この場合、変調素子と受光素子のピクセルサイズが揃っていても、最も左上のピクセルでは変調素子と受光素子との位置が合うが、最も右下のピクセルでは変調素子と受光素子とが1ピクセル程度ずれてしまう。受光素子の縦および横方向の2048ピクセルに対する1ピクセルは、角度にすると0.028度であり、極めてわずかな誤差である。しかし、このような誤差が生じると、変調素子のピクセルと受光素子のピクセルとを1対1で対向させて、変調素子から受光素子に変調データを授受することはできない。そして、変調素子と受光素子のピクセルサイズが不揃いである場合、さらに誤差が大きくなると考えられるので、なおさら、1対1でのデータの授受はできない。 However, even if the pixel sizes of the modulation element and the light receiving element are the same, if the modulation element and the light receiving element are positioned facing each other with reference to the marker, one pixel is formed in the vertical and horizontal directions of the light receiving element. To the extent, a displacement from the modulation element occurs. That is, in this case, even if the pixel sizes of the modulation element and the light receiving element are the same, the modulation element and the light receiving element are aligned in the upper left pixel, but the modulation element and the light receiving element are 1 in the lower right pixel. It will shift about a pixel. One pixel for 2048 pixels in the vertical and horizontal directions of the light receiving element is 0.028 degrees in angle, which is a very slight error. However, when such an error occurs, the modulation data cannot be transferred from the modulation element to the light receiving element by making the pixel of the modulation element and the pixel of the light receiving element face each other on a one-to-one basis. Further, when the pixel sizes of the modulation element and the light receiving element are not uniform, it is considered that the error is further increased. Therefore, data cannot be exchanged one-on-one.
そこで、本発明は、変調素子と受光素子のピクセルサイズによらずに、変調素子と受光素子とを等価的に1対1で対向させてデータの授受を可能とすることを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to enable data exchange by allowing a modulation element and a light receiving element to be equivalently opposed to each other in a one-to-one manner regardless of the pixel sizes of the modulation element and the light receiving element.
前記課題を解決した請求項1に記載の発明は、入力された記録データを、2次元符号に符号化し、変調素子上に配置して、前記変調素子に対向する受光素子の再生領域で前記記録データの変調データを受光して再生するホログラム記録再生装置において再生された、前記変調データの再生データから、前記変調素子と前記受光素子とのピクセルサイズが同一で、かつ、位置ずれがない場合に前記受光素子の再生領域で再生すべき前記2次元符号を推定して復号する2次元符号復号装置であって、2次元座標割り当て手段と、変換式生成手段と、仮想再生データ生成手段と、復号データ推定手段とを備えて構成される。
The invention according to
かかる構成によれば、2次元符号復号装置は、2次元座標割り当て手段によって、2次元符号のパターンを仮想変調表示領域にそれぞれ配置した仮想変調素子の仮想変調表示領域の各ピクセルと、仮想変調素子の仮想変調表示領域で仮想的に変調された仮想変調データを、仮想再生表示領域でそれぞれ受光して再生する仮想受光素子の仮想再生表示領域の各ピクセルとを、同じ大きさの微小領域で仮想的に分割して微小領域ごとにそれぞれ2次元座標を割り当てる。 According to such a configuration, the two-dimensional code decoding apparatus uses the two-dimensional coordinate assigning unit to each pixel in the virtual modulation display area of the virtual modulation element in which the pattern of the two-dimensional code is arranged in the virtual modulation display area, and the virtual modulation element Each virtual modulation data virtually modulated in the virtual modulation display area is received and reproduced in the virtual reproduction display area, and each pixel in the virtual reproduction display area of the virtual light receiving element is virtually reproduced in a small area of the same size. The two-dimensional coordinates are assigned to each minute region.
ここで、仮想変調表示領域とは、2次元符号の1つのパターンを仮想的に表示するのに必要な領域であり、例えば、2次元符号が2/4符号である場合、仮想変調素子4ピクセル分の領域である。また、仮想再生表示領域とは、1つの2次元符号の変調データを仮想的に再生するのに必要な領域であり、例えば、2次元符号が2/4符号である場合、仮想受光素子9ピクセル分の領域とすることができる。なお、仮想再生表示領域のピクセル数は、適宜変更することができる。また、仮想変調表示領域または仮想再生表示領域は、変調素子の表示領域または受光素子の再生領域に対応している。
Here, the virtual modulation display area is an area necessary to virtually display one pattern of the two-dimensional code. For example, when the two-dimensional code is a 2/4 code, the
これによって、受光素子における再生領域のピクセルと変調素子における表示領域のピクセルとが、それぞれの仮想分割数に対応する微小領域に仮想的に分割される。このそれぞれの微小領域ごとに2次元座標をアドレスとして割り当てることで、受光素子における再生領域のピクセルと変調素子における表示領域のピクセルとを微小領域単位で対向させることができる。 As a result, the pixel in the reproduction area in the light receiving element and the pixel in the display area in the modulation element are virtually divided into minute areas corresponding to the respective virtual division numbers. By assigning a two-dimensional coordinate as an address for each micro area, the pixel in the reproduction area in the light receiving element and the pixel in the display area in the modulation element can be opposed to each other in micro area units.
また、2次元符号復号装置は、変換式生成手段によって、変調素子に対する受光素子の位置ずれ量に基づいて、各仮想変調表示領域の各ピクセルの2次元座標系をそれぞれ対応する仮想再生表示領域の各ピクセルの2次元座標系に変換する変換式を生成する。 Further, the two-dimensional code decoding apparatus uses the conversion formula generation means to convert the two-dimensional coordinate system of each pixel of each virtual modulation display area to the corresponding virtual reproduction display area based on the positional deviation amount of the light receiving element with respect to the modulation element. A conversion formula for converting into a two-dimensional coordinate system of each pixel is generated.
さらに、2次元符号復号装置は、仮想再生データ生成手段によって、変換式生成手段で生成された変換式により、仮想変調素子の各ピクセルの2次元座標系を、対応する仮想受光素子の各ピクセルの2次元座標系にそれぞれ変換し、さらに、仮想変調表示領域の各ピクセルの微小領域上の仮想変調データを、それぞれ対応する仮想再生表示領域の各ピクセルの微小領域にそれぞれ割り当て、割り当てられた仮想再生表示領域内の微小領域単位の仮想変調データに基づいて、仮想再生データをそれぞれ生成する。 Further, the two-dimensional code decoding apparatus converts the two-dimensional coordinate system of each pixel of the virtual modulation element to each pixel of the corresponding virtual light receiving element by the conversion formula generated by the conversion formula generation unit by the virtual reproduction data generation unit. Each is converted into a two-dimensional coordinate system, and the virtual modulation data on the minute area of each pixel of the virtual modulation display area is assigned to the minute area of each pixel of the corresponding virtual reproduction display area, and the assigned virtual reproduction is performed. Virtual reproduction data is generated based on virtual modulation data in units of minute areas in the display area.
そして、2次元符号復号装置は、復号データ推定手段によって、仮想再生データ生成手段で2次元符号のパターンの数だけ生成された複数の仮想再生データと、再生データとをそれぞれ対比し、再生データに最も近い仮想再生データを、変調素子と受光素子とのピクセルサイズが同一で、かつ位置ずれがない場合に、仮想再生データに対応する受光素子における再生領域で再生すべき2次元符号であると推定し、推定した2次元符号を復号する。 The two-dimensional code decoding apparatus compares the plurality of virtual reproduction data generated by the decoded data estimation unit by the number of the two-dimensional code patterns by the virtual reproduction data generation unit and the reproduction data, respectively. Estimated that the closest virtual reproduction data is a two-dimensional code to be reproduced in the reproduction area of the light receiving element corresponding to the virtual reproduction data when the pixel size of the modulation element and the light receiving element are the same and there is no positional deviation. Then, the estimated two-dimensional code is decoded.
これによって、2次元符号復号装置は、変調素子における表示領域に対応する仮想変調素子の仮想変調表示領域のピクセルと受光素子における再生領域に対応する仮想受光素子の仮想再生表示領域のピクセルとを微小領域に分割し、仮想変調表示領域のピクセルと仮想再生表示領域のピクセルとを微小領域単位で対向させて、仮想変調素子の仮想変調表示領域のピクセルから仮想受光素子の仮想再生表示領域のピクセルに変調データの授受を行い、仮想再生表示領域の微小領域に受け渡された変調データを仮想再生表示領域のすべてのピクセルに対してピクセル単位に合計することで、変調素子のピクセルと受光素子のピクセルとを等価的に1対1で対向させるのと同等の状態が得られる。 Accordingly, the two-dimensional code decoding apparatus minutely reduces the pixels of the virtual modulation display area of the virtual modulation element corresponding to the display area of the modulation element and the pixels of the virtual reproduction display area of the virtual light reception element corresponding to the reproduction area of the light reception element. Dividing into regions, the pixels of the virtual modulation display area and the pixels of the virtual reproduction display area are opposed to each other in units of minute areas, and the pixels of the virtual modulation display area of the virtual modulation element are changed to the pixels of the virtual reproduction display area of the virtual light receiving element. The modulation data is transferred to the minute area of the virtual playback display area, and the modulation data is summed in units of pixels for all the pixels of the virtual playback display area. Are equivalent to each other in a one-to-one correspondence.
また、請求項1に記載の2次元符号復号装置において、前記2次元座標割り当て手段は、前記微小領域の大きさを、前記仮想受光素子を微小領域で分割し、一定の位置ずれ量の場合とずれのない場合との出力振幅比が所定の値以内になるように前記仮想受光素子における前記仮想再生表示領域の各ピクセルについて予め求めた仮想分割数に応じて設定することとした。 Further, in the two-dimensional code decoding apparatus according to 請 Motomeko 1, wherein the 2-dimensional coordinate allocation means, the size of the micro region, the virtual light-receiving element is divided in small areas, if a certain amount of positional deviation The output amplitude ratio with no deviation is set within a predetermined value according to the number of virtual divisions obtained in advance for each pixel of the virtual reproduction display area in the virtual light receiving element.
かかる構成によれば、2次元符号復号装置は、仮想受光素子のピクセルを微小領域に分割し、縦方向と横方向に1微小領域分だけずれ、かつ45度回転した場合の仮想受光素子の1ピクセル出力と縦方向と横方向のずれがなく、かつ回転がない場合の仮想受光素子の1ピクセルの出力との偏差を低減するように微小領域の大きさを設定する。
According to such a configuration, the two-dimensional code decoding apparatus divides the pixel of the virtual light receiving element into minute regions, shifts by one minute region in the vertical and horizontal directions, and rotates the virtual
さらに、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の2次元符号復号装置において、前記復号データ推定手段は、複数の前記仮想再生データと、前記再生データとの間で最尤復号を行い、符号誤り率が最も小さい前記仮想再生データに対応する前記2次元符号を復号することとした。
Furthermore, the invention according to
かかる構成によれば、2次元符号復号装置は、復号データ推定手段によって、複数の仮想再生データと再生データとの間で最尤復号を行うことで、再生データとして最もふさわしい2次元符号をより厳密に推定する。 According to such a configuration, the two-dimensional code decoding apparatus performs strictest two-dimensional code most suitable as reproduction data by performing maximum likelihood decoding between a plurality of virtual reproduction data and reproduction data by the decoded data estimation unit. To estimate.
さらに、請求項3に記載の発明は、変調素子と受光素子とを対向させ、入力された記録データを2次元符号に符号化し、前記変調素子上に配置して、前記受光素子で受光して再生するホログラム記録再生装置であって、2次元座標割り当て手段と、変換式生成手段と、仮想再生データ生成手段と、復号データ推定手段とを備える2次元符号復号手段を備える構成とした。 Further, according to the third aspect of the present invention, the modulation element and the light receiving element are made to face each other, the input recording data is encoded into a two-dimensional code, arranged on the modulation element, and received by the light receiving element. A hologram recording / reproducing apparatus for reproducing is configured to include a two-dimensional code decoding unit including a two-dimensional coordinate assigning unit, a conversion formula generating unit, a virtual reproduction data generating unit, and a decoded data estimating unit.
かかる構成によれば、ホログラム記録再生装置は、2次元符号復号装置の2次元座標割り当て手段によって、2次元符号のパターンを仮想変調表示領域にそれぞれ配置した仮想変調素子の仮想変調表示領域の各ピクセルと、仮想変調素子の仮想変調表示領域で仮想的に変調された仮想変調データを、仮想再生表示領域でそれぞれ仮想的に受光して再生する仮想受光素子の仮想再生表示領域の各ピクセルとを、同じ大きさの微小領域で仮想的に分割して微小領域ごとにそれぞれ2次元座標を割り当てる。
ここで、2次元座標割り当て手段は、微小領域の大きさを、仮想受光素子を微小領域で分割し、一定の位置ずれ量の場合とずれのない場合との出力振幅比が所定の値以内になるように仮想受光素子における仮想再生表示領域の各ピクセルについて予め求めた仮想分割数に応じて設定する。
また、ホログラム記録再生装置は、2次元符号復号装置の変換式生成手段によって、変調素子に対する受光素子の位置ずれ量に基づいて、仮想変調素子の各ピクセルの2次元座標系を仮想受光素子の各ピクセルの2次元座標系に変換する変換式を生成する。
According to such a configuration, the hologram recording / reproducing apparatus has each pixel of the virtual modulation display area of the virtual modulation element in which the two-dimensional code pattern is arranged in the virtual modulation display area by the two-dimensional coordinate assignment unit of the two-dimensional code decoding apparatus. And each pixel in the virtual reproduction display area of the virtual light receiving element that virtually receives and reproduces the virtual modulation data virtually modulated in the virtual modulation display area of the virtual modulation element in the virtual reproduction display area, Virtual regions are divided into minute regions of the same size, and two-dimensional coordinates are assigned to the respective minute regions.
Here, the two-dimensional coordinate allocating means divides the virtual light receiving element into the minute regions so that the size of the minute region is within a predetermined value when the output amplitude ratio between the fixed displacement amount and the non-shifted amount is within a predetermined value. In this manner, each pixel in the virtual reproduction display area in the virtual light receiving element is set according to the virtual division number obtained in advance.
Further, the hologram recording / reproducing apparatus converts the two-dimensional coordinate system of each pixel of the virtual modulation element to each virtual light receiving element based on the positional deviation amount of the light receiving element with respect to the modulation element by the conversion formula generating means of the two-dimensional code decoding apparatus. A conversion expression for converting to a two-dimensional coordinate system of pixels is generated.
さらに、ホログラム記録再生装置は、2次元符号復号装置の仮想再生データ生成手段によって、変換式生成手段で生成された変換式により、仮想変調素子の各ピクセルの2次元座標系を、対応する仮想受光素子の各ピクセルの2次元座標系にそれぞれ変換し、さらに、仮想変調表示領域の各ピクセルの微小領域上の仮想変調データを、それぞれ対応する仮想再生表示領域の各ピクセルの微小領域にそれぞれ割り当て、ピクセルごとに割り当てられた仮想再生表示領域内の微小領域単位の仮想変調データに基づいて、仮想再生データをそれぞれ生成する。 Furthermore, the hologram recording / reproducing apparatus converts the two-dimensional coordinate system of each pixel of the virtual modulation element to the corresponding virtual light reception by the conversion expression generated by the conversion expression generating means by the virtual reproduction data generating means of the two-dimensional code decoding apparatus. Respectively converting the two-dimensional coordinate system of each pixel of the element, and assigning the virtual modulation data on the minute area of each pixel of the virtual modulation display area to the minute area of each pixel of the corresponding virtual reproduction display area, Virtual reproduction data is generated based on virtual modulation data in units of minute areas in the virtual reproduction display area allocated for each pixel.
そして、ホログラム記録再生装置は、2次元符号復号装置の復号データ推定手段によって、仮想再生データ生成手段で2次元符号のパターンの数だけ生成された複数の仮想再生データと、変調データの再生データとをそれぞれ対比し、再生データに最も近い仮想再生データを、変調素子と受光素子とのピクセルサイズが同一で、かつ、位置ずれがない場合に、仮想再生データに対応する受光素子における再生領域で再生すべき2次元符号であると推定し、推定した2次元符号を復号する。 The hologram recording and reproducing apparatus, the decoded data estimation means of the two-dimensional code decoding apparatus, a plurality of virtual reproduction data generated by the number of 2-dimensional code pattern with virtual reproduction data generating means, and reproducing the data of the modulated data The virtual reproduction data closest to the reproduction data is reproduced in the reproduction area of the light receiving element corresponding to the virtual reproduction data when the pixel size of the modulation element and the light receiving element are the same and there is no positional deviation. The estimated two-dimensional code is estimated, and the estimated two-dimensional code is decoded.
また、請求項4に記載の発明は、CPU、メモリやハードディスク等のハードウェア資源を備えるコンピュータを、請求項1に係る2次元符号復号装置の変換式生成手段と、仮想再生データ生成手段と、復号データ推定手段として協調動作させるための2次元符号復号プログラムとして実現することとした。
The invention described in
本発明によれば、以下のような優れた効果を奏する。
請求項1,4に記載の発明によれば、2次元符号復号装置(2次元符号復号プログラム)は、変調素子と受光素子とにピクセルサイズの不一致、または、位置ずれがある場合であっても、受光素子で再生すべき2次元符号を正確に推定して復号することが可能となる。つまり、変調素子のピクセルと受光素子のピクセルとを等価的に1対1で対向させてデータの授受を行うことが可能となる。
また、請求項1,4に記載の発明によれば、2次元符号復号装置は、仮想変調素子のピクセルと仮想受光素子のピクセルを分割する微小領域を仮想変調素子のピクセルと仮想受光素子のピクセルを対向させて、一定の位置ずれ量の場合とずれのない場合との出力振幅比が所定の値以内になるように仮想受光素子における仮想再生表示領域の各ピクセルについて予め求めた仮想分割数に応じて設定することで、変調素子のピクセルと受光素子のピクセルとをほぼ正確に対向させることができる。
請求項2に記載の発明によれば、2次元符号復号装置は、2次元符号の推定精度をより向上することができる。
請求項3に記載の発明によれば、ホログラム記録再生装置は、変調素子と受光素子とにピクセルサイズの不一致、または、位置ずれがある場合であっても、変調素子のピクセルと受光素子のピクセルとを等価的に1対1で対向させてデータの授受を行うことが可能となる。
According to the present invention, the following excellent effects can be obtained.
According to the first and fourth aspects of the present invention, the two-dimensional code decoding device (two-dimensional code decoding program) is a case where the modulation element and the light receiving element have a pixel size mismatch or a positional deviation. It is possible to accurately estimate and decode the two-dimensional code to be reproduced by the light receiving element. That is, it is possible to exchange data by making the pixels of the modulation element and the pixels of the light receiving element equivalently face each other.
Further, according to according to the invention described in
According to the invention described in
According to the third aspect of the present invention, the hologram recording / reproducing apparatus has a pixel of the modulation element and a pixel of the light receiving element even when the modulation element and the light receiving element have a pixel size mismatch or a positional deviation. Can be exchanged in a one-to-one manner equivalently.
[ホログラム記録再生装置の構成]
以下、本発明のホログラム記録再生装置の構成について、図1を参照して説明する。なお、以下では、ホログラム記録再生装置に入力される記録データが“00”の場合について説明する。
図1に示すように、ホログラム記録再生装置1は、予めレーザ装置(図示せず)からの出射ビームをビームスプリッタ(図示せず)等で二分割したビーム1とビーム2を入力としており、空間光変調器2と、レンズ3と、レンズ4と、光検出器5と、計算機6とを備えている。また、ホログラム記録再生装置1は、空間光変調器2に表示された2次元ページデータを変調データとして記録する記録媒体Kを備えている。さらに、ホログラム記録再生装置1は、計算機6が、2次元符号復号手段10を備えている。
[Configuration of hologram recording / reproducing apparatus]
Hereinafter, the configuration of the hologram recording / reproducing apparatus of the present invention will be described with reference to FIG. In the following, a case where the recording data input to the hologram recording / reproducing apparatus is “00” will be described.
As shown in FIG. 1, a hologram recording / reproducing
空間光変調器2は、2次元状に複数配列されたピクセル20a(図3(a)参照)を備える変調素子20(図3(a)参照)上に、外部から入力された、2次元符号化された記録データを表示することで、ビーム1を2次元変調して記録データの変調データとするものである。
The spatial
ここで、2次元符号とは、ホログラム記録再生方式において、一般的に用いられる変調符号であり、1次元の元のデータを2次元の平面状で表現したものである。一般的なホログラム記録再生方式では、2次元符号として、2/4符号、5/9符号などがよく用いられる。ここでは、空間光変調器2は、外部の2次元符号符号化器40において、2ビットの記録データ“00”を2/4符号を用いて4ビットのデータに変調した結果を入力し、変調素子20上に表示している。この変調素子20をビーム1が透過、あるいは反射することで、記録データの変調データが生成される。このようにして生成された変調データは、レンズ3に出力される。
Here, the two-dimensional code is a modulation code generally used in the hologram recording / reproducing system, and represents one-dimensional original data in a two-dimensional plane. In a general hologram recording / reproducing system, a 2/4 code, a 5/9 code, or the like is often used as a two-dimensional code. Here, the spatial
なお、2/4符号の変調データは、記録媒体Kに、縦および横方向に2ピクセルずつ並べて正方形状に記録してもよいし、縦方向に4ピクセル並べて長方形状(一直線状)に記録してもよく、記録の仕方は自由である。ただし、4ピクセル分のデータを、円形に近い正方形状に並べて記録媒体Kに記録した場合、それぞれのピクセルが近いので、信号伝送における劣化がほぼ等しくなることから、信号等化という観点から有利となる。ここでは、空間光変調器2によりビーム1から変換された変調データは、記録媒体Kに、縦および横方向に2ピクセルずつ並べられた4個のピクセル20aにより正方形状に記録されるものとする。
The modulation data of 2/4 code may be recorded on the recording medium K in a square shape by arranging two pixels in the vertical and horizontal directions, or may be recorded in a rectangular shape (straight line) by arranging four pixels in the vertical direction. You may record it freely. However, when data for 4 pixels are arranged in a square shape close to a circle and recorded on the recording medium K, since each pixel is close, deterioration in signal transmission is almost equal, which is advantageous from the viewpoint of signal equalization. Become. Here, it is assumed that the modulated data converted from the
レンズ3は、2次元符号符号化器40からの2次元変調符号により空間光変調器2で変調された信号光を記録媒体Kに照射するものである。ここでは、レンズ3は、空間光変調器2において変調データで変調された信号光を記録媒体Kに照射する。これと同時に、参照光が記録媒体K中の信号光が照射される領域へ重ねて照射される。これら信号光と参照光により、干渉縞(干渉縞パターン)が記録媒体K中で生じ、光の明暗パターンに応じて、記録媒体Kの屈折率変化等となって変調データの記録が完了する。
The
レンズ4は、再生時に記録媒体Kの記録済み領域へ照射された参照光が、当既記録済み領域における干渉縞パターンに応じた屈折率変化によって回折された再生光を、光検出器5に出射するものである。
The
光検出器5は、レンズ4から出射された再生光を、受光素子30のピクセル30a(図2、図3(b)参照)を2次元状に複数配列した再生領域33(図4参照)で受光(撮影)してデータ化し、この再生データを計算機6に出力するもので、CCD撮像素子やCMOS撮像素子が用いられる。
また、光検出器5は、再生光の例えば4隅に表示されたマーカ(図示せず)により、変調素子20(図3(a)参照)と受光素子30(図3(b)参照)との位置ずれ量を計算により求める。空間光変調器2で得られた変調データの再生光を、光検出器5が受光素子30の再生領域33(図4参照)によって受光することで、変調データに対し、変調素子20と受光素子30の位置ずれ量の分だけ位置がずれた再生データが得られる。この再生データと位置ずれ量は、計算機6の2次元符号復号手段10に出力される。
The
In addition, the
なお、ここでは、変調素子20の4個のピクセル20aに表示された2/4符号を、受光素子30の、縦および横方向に3ピクセルずつ並べられた9個のピクセル30aで受光して再生するものとする。以下では、図4に示すように、2/4符号を表示する変調素子20の4個のピクセル20aを含む領域を「表示領域23」と呼称し、2/4符号を再生する受光素子30の9個のピクセル30aを含む領域を「再生領域33」と呼称する場合があるものとする。
前記した空間光変調器2と、レンズ3と、レンズ4と、光検出器5とは、一般的なホログラム記録再生装置と同様のものを適宜用いることができる。
Here, the 2/4 code displayed on the four pixels 20a of the
As the spatial
図1に示すように、計算機6は、再生時に、光検出器5から入力された再生データを信号処理してデータの復元を行うものである。
計算機6は、再生データからデータ領域を切り出して信号処理するために、空間光変調器2の変調素子20の表示領域23に表示する記録データの外部若しくは内部にマーカと呼ばれる位置検出用画像群を予め表示しておき、これによって切り出すデータ領域を特定することとしている。このマーカは、前記したように、光検出器5によって、変調素子20(図3(a)参照)と受光素子30(図2、図3(b)参照)とを対向させた時に生じるこれらの位置ずれ量を計算するためにも用いられる。
As shown in FIG. 1, the
The
この計算機6は、データの復元を行う手段として、2次元符号復号手段10を備えている。2次元符号復号手段10は、光検出器5から再生データと位置ずれ量とを入力し、この再生データと位置ずれ量から2/4符号を推定し、推定した2/4符号を復号し、外部の2次元符号符号化器40に入力された記録データと同様の2ビットのデータ(推定復号データ)を生成する。
The
ここで、2次元符号復号手段10の説明に先立ち、空間光変調器2の変調素子20(図3(a)参照)と光検出器5の受光素子30(図2、図3(b)参照)について説明する。
Here, prior to the description of the two-dimensional code decoding means 10, the
[受光素子の構造]
まず、図2を特に参照して受光素子30の構造について説明する。図2では、受光素子30のピクセル30aを拡大して図示している。
ピクセル30aは、図2に示すように、受光面31と受光面31の外側に沿って表示される配線部32とを備えている。ピクセル30a全体に対する受光面31の広さの割合を示す開口率は、x方向開口率aとy方向開口率bとによって表現される。x方向開口率aは、x方向における、ピクセル30a全体の1辺の長さx1に対する受光面31の1辺の長さax1の割合であり、y方向開口率bは、y方向における、ピクセル30a全体の1辺の長さy1に対する受光面31の1辺の長さby1の割合である。x方向開口率aとy方向開口率bとは、ともに通常0.8〜0.9程度であるが、ここでは、説明を簡単化するために、x方向開口率aとy方向開口率bとを、ともに1とする。
[Structure of light receiving element]
First, the structure of the
As illustrated in FIG. 2, the pixel 30 a includes a
受光素子30は、図2に示すように、ピクセル30aをx方向およびy方向に2次元状に複数配列して構成されている。受光素子30は、一般的なCCDが想定される。なお、以下では、ピクセル30aというときは、受光面31のみを指すこととする。
As shown in FIG. 2, the
[変調素子の構造]
次に、図3(a)を参照して変調素子20の構造について説明する。図3(a)では、変調素子20のピクセル20aを拡大して図示している。
変調素子20は、図3(a)に示すように、ピクセル20aをx方向およびy方向に2次元状に複数表示して構成されている。ピクセル20aは、ここでは図示しないが、受光素子30のピクセル30aと同様に受光面と配線部とを備えている。以下では、ピクセル20aというときは、受光面のみを指すこととする。
[Structure of modulation element]
Next, the structure of the
As shown in FIG. 3A, the
[変調素子と受光素子とのサイズの関係]
次に、変調素子20と受光素子30とのサイズの関係について図3(a),(b)を特に参照して説明する。
ホログラム記録再生装置1は、変調素子20と受光素子30とを対向させて変調データの授受、すなわちデータ伝送を行っている。データ伝送の手法としては、標本化定理を満たす方法とサンプル値伝送方式の2通りの方法がある。
まず、標本化定理を満たす方法であるが、ホログラム記録再生装置1におけるデータ伝送は、変調素子20で表される2次元符号を受光素子30においてサンプリングしていることと等価であるから、図3(a)に示す変調素子20のピクセル20aと、図3(b)に示す受光素子30のピクセル30aとの位置関係は、縦方向、横方向ともに、標本化定理を満たしている必要がある。すなわち、受光素子30のピクセルサイズを変調素子20のピクセルサイズの縦方向と横方向共に1/2以下にする必要があるので、受光素子30のピクセル数は変調素子20のピクセル数の少なくとも4倍以上必要となる。これは、直接的な記録密度の減少になる。
[Relationship between size of modulation element and light receiving element]
Next, the size relationship between the
The hologram recording / reproducing
First, a method that satisfies the sampling theorem is that data transmission in the hologram recording / reproducing
つぎにサンプル値伝送は、変調素子20と受光素子30とのピクセルサイズを一致させてデータを伝送する方法である。この方法は受光素子30のピクセル数を節約でき、記録密度の減少はないが、変調素子20と受光素子30のピクセルサイズや位置関係を正確に一致させる必要があり、少しでもずれると大きなノイズを発生させ、SNRの劣化の結果の原因となる。そこで、SNRを稼ぐためにピクセルサイズを大きくすると記録密度の減少につながる。
Next, sample value transmission is a method of transmitting data by matching the pixel sizes of the
本発明では、受光素子30のピクセル数を節約するためにサンプル値伝送方式を採用し、変調素子20と受光素子30のピクセルサイズはほぼ同一のものを選定し、ピクセルサイズの違いと位置ずれによる影響(誤差)は、信号処理で除去することとし、SNRの劣化を低減し記録密度の減少を抑えた。
本説明では、受光素子30のピクセルを正方形として、変調素子20のピクセルは受光素子30のピクセルの縦横共に1.1倍と設定した。
In the present invention, a sample value transmission method is employed to save the number of pixels of the
In this description, the pixels of the
[変調素子と受光素子との位置ずれ量]
次に、光検出器5による変調素子20と受光素子30との位置合わせ、および、位置ずれ量の計算について、図4を特に参照して説明する。なお、以下では、変調素子20(仮想変調素子120)の座標系を(x,y)と表記し、受光素子30(仮想受光素子130)の座標系を(x´,y´)と表記して区別する。
光検出器5は、ここでは、変調素子20と受光素子30との相対的な位置関係を、空間光変調器2で生成された変調データの4隅に書き込まれたマーカ(図示せず)を用いて調整する。なお、このマーカ(図示せず)は、前記したように計算機6によって、空間光変調器2の変調素子20に表示する2次元ページデータの4隅に予め書き込まれている。
[Position deviation between modulation element and light receiving element]
Next, the alignment of the
Here, the
光検出器5は、このマーカ(図示せず)を基準として変調素子20と受光素子30との位置を合わせることで、変調素子20と受光素子30とを、1ピクセル程度の誤差で位置合わせすることができる。ただし、変調素子20のピクセル20aと受光素子30のピクセル30aのサイズは互いに異なっているので、4つのマーカ(図示せず)のうちの1つの位置を正確に合わせたとしても他の3つは位置がずれることになる。
The
光検出器5は、1つのマーカ(図示せず)の位置を正確に合わせた場合において、例えば、図4に示すように、2/4符号が表示される変調素子20の表示領域23の4個のピクセル20aのうち、左上のピクセル20aのx方向の位置に対する、受光素子30の再生領域33の左上のピクセル30aのx方向の位置ずれ量である水平移動量xaを計算により求める。光検出器5は、同様にして、変調素子20の表示領域23の左上のピクセル20aのy方向の位置に対する、受光素子30の再生領域33の左上のピクセル30aのy方向の位置ずれ量である垂直移動量yaを計算により求めるとともに、変調素子20の表示領域23の左上のピクセル20aに対する受光素子30の再生領域33の左上のピクセル30aの傾きである回転角度θを計算により求める。
When the position of one marker (not shown) is accurately aligned, the
このようにして求められた位置ずれ量、つまり、変調素子20に対する受光素子30の水平移動量xa、垂直移動量ya、および、回転角度θは、計算機6の2次元符号復号手段10に出力される。なお、光検出器5は、レンズ4から再生光を入射する都度、位置ずれ量を求める必要はなく、適宜の間隔で求めればよい。光検出器5は、位置ずれ量を求めてから次に求めるまでの間にレンズ4から再生光を入射した場合、予め求めておいた位置ずれ量を適宜用いることができる。
In this way, the positional deviation amount obtained, that is, horizontal shift amount x a of the
[2次元符号復号手段の構成]
以下、2次元符号復号手段10の構成について、図1〜4に加え、図5を参照して説明する。
図5に示すように、2次元符号復号手段10は、2次元座標割り当て手段11と、変換式生成手段12と、仮想再生データ生成手段13と、復号データ推定手段14とを備えている。
[Configuration of two-dimensional code decoding means]
Hereinafter, the configuration of the two-dimensional code decoding means 10 will be described with reference to FIG. 5 in addition to FIGS.
As shown in FIG. 5, the two-dimensional
2次元座標割り当て手段11は、図6に示すように仮想変調素子120の仮想変調表示領域123の各ピクセル120aと仮想受光素子130の仮想再生表示領域の各ピクセル130aを、それぞれ予め定めた仮想分割数n2に応じて、仮想的に分割するものである。
As shown in FIG. 6, the two-dimensional coordinate assigning
ここで、仮想変調素子120とは、仮想変調表示領域123に2次元符号のパターンを仮想的に配置したものである。ここでは、2次元符号を2/4符号としているので、4種類の仮想変調素子120を想定する。仮想変調表示領域123とは、2次元符号のパターンをそれぞれ仮想的に表示する領域である。ここでは、変調素子20の表示領域23(図4参照)に対応して、2×2ピクセルの領域を指す。
また、仮想受光素子130とは、仮想変調素子120の仮想変調表示領域123により仮想的に変調された仮想変調データを仮想再生表示領域133によって再生するものであり、ここでは、4種類の仮想変調素子120に対応して、4つの仮想受光素子130を想定する。仮想再生表示領域133とは、仮想変調データを仮想的に再生する領域であり、ここでは、受光素子30の再生領域33(図4参照)に対応して、3×3ピクセルの領域を指す。
Here, the
The virtual
2次元座標割り当て手段11は、図6(a)に示すように、仮想変調表示領域123に(x,y)座標系を割り当て、図6(b)に示すように、仮想受光素子130の仮想再生表示領域133に(x´,y´)座標系を割り当てる。
The two-dimensional coordinate assigning
ここで、受光素子30は、各ピクセル30aが、受光面31(図2参照)に入る光パワーの平均に対応した出力を出すので、変調素子20のピクセル20aと受光素子30のピクセル30aのサイズが異なる場合には、変調素子20で表される変調データ1ビット(ピクセル20a)に対して単純に、受光素子30のピクセル30aを整数ビットで対応させることはできない。そこで、ここでは、仮想変調素子120の仮想変調表示領域123の各ピクセル120aおよび仮想受光素子130の仮想再生表示領域133の各ピクセル130aを、それぞれ同じ大きさの微小領域で仮想的に分割し、これらを微小領域単位で対応させることとした。
Here, since the
ここでは、図6(b)に示すように、仮想受光素子130の仮想再生表示領域133の各ピクセル130aの仮想分割数n2をn=10としているので、2次元座標割り当て手段11は、仮想受光素子130の仮想再生表示領域133の各ピクセル130aを10×10の微小領域に仮想的に細分化する。
また、2次元座標割り当て手段11は、前記したように、仮想変調表示領域123の各ピクセル120aを、仮想再生表示領域133の各ピクセル130aを仮想的に細分化した微小領域と同じ大きさの微小領域で仮想的に細分化する。ここで、仮想変調表示領域123の各ピクセル120aは、仮想再生表示領域133の各ピクセル130aよりもサイズが1.1倍大きいと設定している。
そのため、仮想再生表示領域133の各ピクセル130aを仮想的に細分化した微小領域と同じ大きさの微小領域で仮想変調表示領域123の各ピクセル120aを仮想的に細分化すると、図6(a)に示すように、11×11の微小領域に仮想的に細分化されることになる。
Here, as shown in FIG. 6 (b), since the virtual division number n 2 of each
Further, as described above, the two-dimensional coordinate assigning
Therefore, when each
ここで、仮想受光素子130の仮想再生表示領域133の各ピクセル130aの仮想分割数n2の設定について説明する。ここでは、1ピクセルを微小領域に仮想的に分割する場合について、仮想分割数n2と出力誤差との関係から、必要な仮想分割数n2を検討する。
なお、1ピクセルを分割した微小領域の出力は“0”か“1”とし、1ピクセルの出力は、仮想微小領域の出力の合計を仮想分割数で割ったものとする。また、ノイズの影響は無視できるものとする。
The following describes settings of a virtual division number n 2 of each
It is assumed that the output of the minute area obtained by dividing one pixel is “0” or “1”, and the output of one pixel is obtained by dividing the total output of the virtual minute area by the number of virtual divisions. The influence of noise can be ignored.
まず、1次元の場合に、1ピクセルをいくつかの微小領域に仮想的に分割して、1微小領域分だけ位置がずれたときの1ピクセルの出力振幅と、位置ずれがないときの1ピクセルの出力振幅との振幅比について検討する。 First, in the one-dimensional case, one pixel is virtually divided into several minute areas, and the output amplitude of one pixel when the position is shifted by one minute area and one pixel when there is no position shift. The amplitude ratio with the output amplitude is examined.
例えば、1ピクセルを2分割する場合、1微小領域(1ピクセルの1/2)分だけ位置がずれたとき、一方の微小領域の出力は“1”となり、他方の微小領域の出力は“0”となるので、1ピクセルの出力は“0.5”となる。一方、1ピクセルを2分割する場合、位置ずれがないとき、双方のセルの出力は互いに“1”となるので、1ピクセルの出力は“1”となる。したがって、1ピクセルを2分割する場合、1微小領域分だけ位置がずれたときの1ピクセルの出力振幅と、位置ずれがないときの1ピクセルの出力振幅との振幅比は、“0.5”となる。これをデシベル表示すると、−6.02dB(=20log(0.5))である。 For example, when one pixel is divided into two, when the position is shifted by one minute region (1/2 of one pixel), the output of one minute region is “1” and the output of the other minute region is “0”. Therefore, the output of one pixel is “0.5”. On the other hand, when one pixel is divided into two, when there is no position shift, the outputs of both cells are “1”, so the output of one pixel is “1”. Therefore, when one pixel is divided into two, the amplitude ratio between the output amplitude of one pixel when the position is shifted by one minute region and the output amplitude of one pixel when there is no position shift is “0.5”. It becomes. When this is expressed in decibels, it is -6.02 dB (= 20 log (0.5)).
また例えば、1ピクセルを3分割する場合、1微小領域分だけ位置がずれたとき、そのピクセル中の2つのセルの出力は“1”となり、残りの1つのセルの出力は“0”となるので、1ピクセルの出力は“2/3”となる。したがって、1ピクセルを3分割する場合、1微小領域分だけ位置がずれたときの1ピクセルの出力振幅と、位置ずれがないときの1ピクセルの出力振幅(=“1”)との振幅比は、“2/3”(−3.52dB)となる。以下、同様に計算できる。 For example, when one pixel is divided into three, when the position is shifted by one minute region, the output of two cells in the pixel is “1” and the output of the remaining one cell is “0”. Therefore, the output of one pixel is “2/3”. Therefore, when one pixel is divided into three, the amplitude ratio between the output amplitude of one pixel when the position is shifted by one minute region and the output amplitude (= “1”) of one pixel when there is no position shift is , “2/3” (−3.52 dB). Hereinafter, the same calculation can be performed.
次に、この考え方を2次元に拡張する。ピクセルは正方形と仮定し、微小領域も正方形と仮定する。ここでは、1ピクセルの中で、水平方向と垂直方向とにそれぞれ1微小領域ずつ位置がずれた場合の出力振幅と、位置ずれがない場合の出力振幅との振幅比のシミュレーションを行った。図7(a)にシミュレーション結果の表を示し、図7(b)にシミュレーション結果のグラフを示している。
一般的に有意差が出るのは、振幅比が−3dBを上回るときであるといわれている。そのため、図7(b)に示したグラフから、振幅比が−3dBとなる仮想分割数n2のnの数を求めると約6.29となる。仮想分割数n2は整数であるので、前記した結果から、nが7以上であれば、振幅比を−3dB以内に抑えることができるといえる。
Next, this idea is extended to two dimensions. The pixels are assumed to be square, and the microregions are assumed to be square. Here, a simulation was performed on the amplitude ratio between the output amplitude when the position is shifted by one minute region in each of the horizontal and vertical directions and the output amplitude when there is no position shift in one pixel. FIG. 7A shows a table of simulation results, and FIG. 7B shows a graph of simulation results.
In general, it is said that a significant difference occurs when the amplitude ratio exceeds -3 dB. Therefore, from the graph shown in FIG. 7B, the number of n of the virtual division number n 2 where the amplitude ratio is −3 dB is about 6.29. Since the virtual division number n 2 is an integer, from the results described above, if n is 7 or more, it can be said that it is possible to suppress the amplitude ratio within -3 dB.
なお、ここでは、仮想変調素子120に対する仮想受光素子130の水平方向と垂直方向の平行移動のみを考慮したため、次に回転を考慮する。仮想変調素子120に対して仮想受光素子130が回転することにより、微小領域による分割間隔が長くなる。ここで、微小領域は正方形を仮定しているので、45度に傾いたときにその間隔が最も長くなり、分割間隔は、√2倍広がる。よって、仮想分割数を√2倍する必要があるので、仮想分割数は9以上(8.90≒6.29×√2)必要となる。現実的には、回転角度θは、わずか(数度程度)であると考えられるが、本実施形態では、仮想変調素子120に対する仮想受光素子130の回転角度θが45度である場合を想定し、さらに、余裕をもたせて、仮想受光素子130の仮想再生表示領域133の各ピクセル130aの仮想分割数n2を、n=10と設定した。
Here, since only the parallel movement of the virtual
このようにして仮想変調素子120の各ピクセル120aおよび仮想受光素子130の各ピクセル130aにそれぞれ割り当てられた2次元座標の情報は、変換式生成手段12に出力される。なお、2次元座標割り当て手段11は、適宜のタイミングで仮想変調素子120の各ピクセル120aおよび仮想受光素子130の各ピクセル130aにそれぞれ2次元座標を割り当てることができる。
Information on the two-dimensional coordinates assigned to each
再び、図5に戻って、変換式生成手段12について説明する。
変換式生成手段12は、光検出器5によって計算により求められた変調素子20に対する受光素子30の位置ずれ量(ここでは、水平移動量xa、垂直移動量yaおよび回転角度θ:図4参照)を入力し、この位置ずれ量に合わせて、2次元座標割り当て手段11で割り当てられた、図6(a)に示す仮想変調素子120の仮想変調表示領域123の各ピクセル120aの2次元座標系を、図6(b)に示す対応する仮想受光素子130の仮想再生表示領域133の各ピクセル130aの2次元座標系に変換する変換式を生成するものである。
Returning to FIG. 5 again, the conversion formula generating means 12 will be described.
Conversion formula generating means 12, the positional deviation amount of the
まず、仮想変調素子120の仮想変調表示領域123の各ピクセル120aの2次元座標を(x,y)とし、仮想受光素子130の仮想再生表示領域133の各ピクセル130aの2次元座標を(x´,y´)とした場合、仮想受光素子130の仮想再生表示領域133の各ピクセル130aの2次元座標(x´,y´)は、仮想変調素子120の仮想変調表示領域123の各ピクセル120aの2次元座標(x,y)と、水平移動量xaと、垂直移動量yaと、回転角度θとによって次の式(1)に示すように表すことができる。
First, the two-dimensional coordinate of each
前記式(1)を1つの行列にまとめると、次の式(2)となる。 When the formula (1) is combined into one matrix, the following formula (2) is obtained.
変換式生成手段12は、このようにして、仮想変調素子120の仮想変調表示領域123の各ピクセル120aの2次元座標系を位置ずれ量に基づいて、対応する仮想受光素子130の仮想再生表示領域133の各ピクセル130aの2次元座標系に変換する変換式(式(2))を生成する。ここで生成された変換式は、仮想再生データ生成手段13に出力される。なお、変換式生成手段12は、光検出器5から位置ずれ量を受け取ったタイミングで変換式を生成してもよいし、外部から変換式の生成指示が入力されたタイミングで変換式を生成してもよい。
In this way, the conversion
仮想再生データ生成手段13は、変換式生成手段12で生成された変換式に基づいて、複数の仮想変調素子120より成る仮想変調表示領域123の各ピクセル120aの2次元座標系を、対応する複数の仮想受光素子130より成る仮想再生表示領域133の各ピクセル130aの2次元座標系に変換する。これとともに、仮想再生データ生成手段13は、複数の仮想変調素子120の仮想変調表示領域123で仮想的に変調された仮想変調データを、対応する複数の仮想受光素子130の仮想再生表示領域133で仮想的に受光したときの仮想再生データをそれぞれ生成するものである。
以下、2次元符号復号手段10の仮想再生データ生成手段13,復号データ推定手段14で行われる処理の概要について、図8を適宜参照して説明する。
Based on the conversion formula generated by the conversion
Hereinafter, an outline of processing performed by the virtual reproduction
図5に示すように、仮想再生データ生成手段13は、変換式生成手段12から変換式を入力し、仮想変調素子120の仮想変調表示領域123の各ピクセル120aの2次元座標系を前記式(1),(2)に示す変換式に基づいて仮想受光素子130の仮想再生表示領域133の各ピクセル130aの2次元座標系に変換する。
As shown in FIG. 5, the virtual reproduction
また、仮想再生データ生成手段13は、図8に示すように、仮想変調表示領域123に2次元符号の各パターンをそれぞれ表示した複数の仮想変調素子120を想定する。そして、仮想再生データ生成手段13は、この仮想変調表示領域123の各ピクセル120aの2次元座標上の仮想変調データを、仮想受光素子130の仮想再生表示領域133の各ピクセル130aの2次元座標にそれぞれ割り当てることで、仮想変調データを仮想的に再生する。
Further, as shown in FIG. 8, the virtual reproduction
前記したように、ここでは、2次元符号として2/4符号を想定しているので、2/4符号の4つのパターンを仮想変調表示領域123にそれぞれ配置した4種類の仮想変調素子120を想定する。そして、仮想再生データ生成手段13は、4種類の仮想変調素子120の仮想変調表示領域123の各ピクセル120aの微小領域上のデータを、仮想受光素子130の仮想再生表示領域133の各ピクセル130aの微小領域にそれぞれ割り当てる。これにより、4種類の仮想変調素子120の仮想変調表示領域123上の4種類の仮想変調データを仮想受光素子130の仮想再生表示領域133でそれぞれ仮想的に再生する。
As described above, since 2/4 code is assumed as the two-dimensional code here, four types of
なお、仮想受光素子130の各ピクセル130aは、ここでは、1つのピクセルは10×10の微小領域に仮想的に分割されているので、仮想再生データ生成手段13は、仮想受光素子130の仮想再生表示領域133の各ピクセル130aの微小領域に、それぞれ対応する仮想変調素子120の仮想変調表示領域123の各ピクセル120aの微小領域のデータを割り当てるものとする。
Here, since each
ここで、仮想変調素子120の仮想変調表示領域123の各ピクセル123aは、ここでは、11×11の微小領域に仮想的に分割されており、仮想変調素子120の仮想変調表示領域123の各ピクセル120aの微小領域のデータは、“0”か“1”であるので、仮想受光素子130の仮想再生表示領域133の各ピクセル130aの各微小領域にも“0”か“1”のデータが割り当てられる。この仮想再生表示領域133の各ピクセル130aの微小領域に割り当てられたデータ“1”の合計数を仮想分割数で除算したものを仮想再生表示領域133の各ピクセル130aの出力とする。
Here, each pixel 123a of the virtual
したがって、仮想再生データ生成手段13は、仮想受光素子130の仮想再生表示領域133のピクセル130aごとに“1”が割り当てられた微小領域の数を数え、この数をピクセル130aの分割数(ここでは、100)で除算して出力を算出する。仮想再生データ生成手段13は、これを9ピクセル分行うことで、仮想受光素子130の仮想再生表示領域133全体の出力である仮想再生データを生成する。
仮想再生データ生成手段13は、このようにして、後記する復号データ推定手段14において、受光素子30の再生領域33の出力である再生データと対比可能な4種類の仮想再生データを生成する。例えば、1つの仮想再生データは行列表示を行うと[0.5 0.7 0.1;0.6 0.5 0.1;0.1 0.2 0.1]などの数値データとなる。1.2等の数値データとなる。ここで生成された4種類の仮想再生データは、復号データ推定手段14に出力される。
Therefore, the virtual reproduction data generation means 13 counts the number of minute areas to which “1” is assigned for each
In this way, the virtual reproduction
図5に示すように、復号データ推定手段14は、仮想再生データ生成手段13で生成された複数の仮想再生データと、光検出器5の受光素子30の再生領域33で再生された再生データとを対比して、再生データに最も近い仮想再生データを、変調素子20と受光素子30との位置ずれがない場合に、受光素子30の再生領域33で再生される再生データであると推定する。復号データ推定手段14は、さらに、推定した仮想再生データの2次元符号を復号して、復号した2次元符号を2ビットのデータに変換して推定復号データを生成する。
As shown in FIG. 5, the decoded
復号データ推定手段14は、ここでは、図8に示すように、光検出器5の受光素子30の再生領域33で、ある2/4符号の変調データを再生した再生データと、仮想再生データ生成手段13により、仮想受光素子130の仮想再生表示領域133で、4種類の仮想変調データをそれぞれ仮想的に再生した4種類の仮想再生データとをそれぞれ対比する。そして、復号データ推定手段14は、4種類の仮想再生データのうち、再生データに最も近い仮想再生データを、変調素子20と受光素子30との位置ずれがない場合に、再生領域33で再生すべき再生データであると推定する。
Here, as shown in FIG. 8, the decoded data estimation means 14 generates reproduction data obtained by reproducing certain 2/4 code modulation data in the
また、復号データ推定手段14は、ここでは、最尤復号により、ピクセル30aで再生すべき2次元符号を推定する。
最尤復号は、符号を推定して復号する際に、尤度関数を最大にすることにより、最も確からしい符号を推定する復号方法である。
最尤復号と復号データの符号誤り率との関係は、次のように表すことができる。
ベイズの定理により、符号の事後確率と尤度関数との間には、「事後確率∝尤度関数×事前確率」の関係が成立する。
In addition, the decoded
Maximum likelihood decoding is a decoding method that estimates the most probable code by maximizing the likelihood function when the code is estimated and decoded.
The relationship between the maximum likelihood decoding and the code error rate of the decoded data can be expressed as follows.
According to Bayes' theorem, a relationship of “posterior probability∝likelihood function × prior probability” is established between the posterior probability of the code and the likelihood function.
ホログラム記録再生装置1をモデルとして考えると、事前確率は記録符号語の発生確率に、尤度関数は伝送路が誤らない確率に、事後確率は復号符号が誤らない確率に相当する。よって、事前確率が一定な符号(等確率に発生する符号=ランダム符号)に対して、尤度が最も高い場合に事後確率が最も高くなり、復号データの2次元符号の誤り率が最小になる。ホログラム記録再生装置の場合、変調データは、予めランドマイズを行い、擬似ランダムデータ化を行うので、事前確率がほぼ一定となり尤度関数を最大とすることで、復号データの符号誤り率が最小となる。
When the hologram recording / reproducing
ここで、符号間の尤度関数について説明する。符号Pの要素をpi、符号Qの要素をqiとする(pi∈P,qi∈Q)。符号Pと符号Qに関する尤度とは、PとQが似ている度合いを示す数値であり、受信信号語Qrを受信したときに送信信号語Prが送られた確率を示す条件付き確率で表される。情報理論の用語で表現すると、PとQのクロスエントロピーが負の対数尤度となる。ここで、クロスエントロピーは、次の式(3)で表される。 Here, the likelihood function between codes will be described. Let p i be the element of the code P and q i be the element of the code Q (p i ∈P, q i ∈Q). The likelihood regarding the code P and the code Q is a numerical value indicating the degree of similarity between P and Q, and a conditional probability indicating the probability that the transmission signal word Pr is transmitted when the reception signal word Qr is received. It is represented by When expressed in terms of information theory, the cross entropy of P and Q is a negative log likelihood. Here, the cross entropy is expressed by the following equation (3).
なお、最尤復号では、前記したようなクロスエントロピー以外にカルバック・ライブラー距離やユークリッド距離などを用いてもよい。このカルバック・ライブラー距離は、クロスエントロピーと次の式(4)に示すような密接な関係がある。 In the maximum likelihood decoding, in addition to the cross-entropy as described above, a Cullback-Ribler distance, an Euclidean distance, or the like may be used. This Cullback-Riller distance has a close relationship with the cross entropy as shown in the following equation (4).
式(4)において、H(P,Q)は、符号Pと符号Qのクロスエントロピーを示し、H(P)は、符号Pのエントロピーを示し、DKL(P||Q)は、符号Pと符号Qのカルバック・ライブラー距離を示す。 In Expression (4), H (P, Q) indicates the cross entropy of the code P and the code Q, H (P) indicates the entropy of the code P, and D KL (P || Q) is the code P And the Cullback-Ribler distance of Q.
復号データ推定手段14は、図8に示すように、前記したような最尤復号の結果、再生データと4種類の仮想再生データとでそれぞれ尤度の計算を行い、最も尤度の高い仮想再生データを受光素子30の再生領域33で再生すべきデータであると推定し、推定した仮想再生データに対応する2/4符号を復号し、この2/4符号を2ビットのデータに変換して推定復号データを生成する。
ホログラム記録再生装置1は、以上のように構成される。
As shown in FIG. 8, the decoded data estimation means 14 calculates likelihoods for each of the reproduction data and the four types of virtual reproduction data as a result of the maximum likelihood decoding as described above, and performs the virtual reproduction with the highest likelihood. The data is estimated to be data to be reproduced in the
The hologram recording / reproducing
[ホログラム記録再生装置の動作]
次に、図9、および、適宜図1〜図8を参照して、本発明の実施形態に係るホログラム記録再生装置1の動作について説明する。なお、ここでは、ホログラム記録再生装置1は、光検出器5によって、変調素子20に対する受光素子30の位置ずれ量を予め計算により求め、2次元符号復号手段10に通知しているものとする。
[Operation of hologram recording / reproducing apparatus]
Next, the operation of the hologram recording / reproducing
図9に示すように、ホログラム記録再生装置1は、空間光変調器2によって、外部の2次元符号符号化器40において2次元符号化された記録データ“00”を入力し、この記録データ“00”に対応する2次元符号を、ピクセル20aを複数配列した変調素子20上に表示して、この空間光変調器2の表示面を透過、または、反射することによりビーム1を2次元符号で変調することで、記録データ“00”の変調データを生成する(ステップS101)。
As shown in FIG. 9, the hologram recording / reproducing
また次に、ホログラム記録再生装置1は、レンズ3によって、空間光変調器2で生成された変調データを信号光として記録媒体Kに照射するとともに、ビーム2を参照光として記録媒体Kに照射する(ステップS102)。
さらに、ホログラム記録再生装置1は、記録媒体Kによって、変調データを記録する(ステップS103)。
続いて、ホログラム記録再生装置1は、レンズ4によって、再生光を光検出器5に出射する(ステップS104)。
Next, the hologram recording / reproducing
Further, the hologram recording / reproducing
Subsequently, the hologram recording / reproducing
さらに続いて、ホログラム記録再生装置1は、光検出器5によって、レンズ4から出射された再生光を、ピクセル30aを2次元状に複数配列して構成した受光素子30の再生領域33で受光(撮影)し、再生領域33の出力(再生データ)を生成する(ステップS105)。ホログラム記録再生装置1は、光検出器5によって、生成した再生データを計算機6の2次元符号復号手段10に出力する。
Further, the hologram recording / reproducing
そして、ホログラム記録再生装置1は、2次元符号復号手段10の2次元座標割り当て手段11によって、受光素子30のピクセル30aを仮想分割数n2の微小領域に仮想的に細分化して仮想受光素子130を生成するとともに、変調素子20のピクセル20aを、受光素子30のピクセル30aを細分化した微小領域と同じサイズの微小領域で仮想的に細分化し、仮想変調素子120を生成する(ステップS106)。本実施形態では、仮想受光素子130の各ピクセル130aが100(10×10)の微小領域で構成され、仮想変調素子120の各ピクセル120aが121(11×11)の微小領域で構成されている。ホログラム記録再生装置1は、2次元符号復号手段10の2次元座標割り当て手段11によって、割り当てた2次元座標の情報を変換式生成手段12に出力する。
Then, the hologram recording / reproducing
そして、ホログラム記録再生装置1は、2次元符号復号手段10の変換式生成手段12によって、予め計算により求められた変調素子20に対する受光素子30の位置ずれ量に基づいて、仮想変調素子120の各ピクセル120aの2次元座標系を、仮想受光素子130の対応するピクセル130aの2次元座標系に変換する変換式を生成する(ステップS107)。ホログラム記録再生装置1は、2次元符号復号手段10の変換式生成手段12によって、生成した変換式を仮想再生データ生成手段13に出力する。
Then, the hologram recording / reproducing
次に、ホログラム記録再生装置1は、2次元符号復号手段10の仮想再生データ生成手段13によって、変換式生成手段12から変換式を入力し、この変換式にしたがって、仮想変調素子120の各ピクセル120aの2次元座標系を、仮想受光素子130の対応するピクセル130aの2次元座標系に変換する。
続いて、ホログラム記録再生装置1は、2次元符号復号手段10の仮想再生データ生成手段13によって、仮想変調表示領域123に2/4符号の4つのパターンをそれぞれ配置した4種類の仮想変調素子120を想定し、この仮想変調素子120ごとに、仮想変調表示領域123の各ピクセル120aの微小領域上の“0”または“1”の仮想変調データを、仮想受光素子130の対応するピクセル130aの微小領域に割り当てる(ステップS108)。つまり、4種類の仮想変調素子120でそれぞれ仮想的に表示された仮想変調データを、対応する4つの仮想受光素子130でそれぞれ仮想的に受光する。
Next, the hologram recording / reproducing
Subsequently, in the hologram recording / reproducing
さらに、続いて、ホログラム記録再生装置1は、2次元符号復号手段10の仮想再生データ生成手段13によって、仮想受光素子130の仮想再生表示領域133のピクセル130aごとに、当該ピクセル130aに割り当てられた“1”の数を数え、“1”の合計数を微小領域の総数、つまり、分割数(ここでは、100(10×10))で除算して、仮想再生表示領域133のそれぞれのピクセル130aの出力を求める。そして、仮想再生表示領域133を構成するピクセル130aの数(ここでは、9個)分の出力を計算することで、仮想再生表示領域133の出力である仮想再生データを生成する(ステップS109)。これを、4つの仮想受光素子130の全てについて行う。そして、ホログラム記録再生装置1は、2次元符号復号手段10の仮想再生データ生成手段13によって、生成した4種類の仮想再生データを、復号データ推定手段14に出力する。
Further, subsequently, the hologram recording / reproducing
そして、ホログラム記録再生装置1は、2次元符号復号手段10の復号データ推定手段14によって、仮想再生データ生成手段13から4種類の仮想再生データを入力するとともに、光検出器5から再生データを入力する。そして、ホログラム記録再生装置1は、2次元符号復号手段10の復号データ推定手段14によって、4種類の仮想再生データと再生データとをそれぞれ対比する。さらに、ホログラム記録再生装置1は、2次元符号復号手段10の復号データ推定手段14によって、4種類の仮想再生データと再生データとをそれぞれ対比した結果、再生データに最も近い仮想再生データに対応する2次元符号を、再生データを再生した受光素子30の再生領域33で再生すべきデータであると推定する(ステップS110)。
Then, the hologram recording / reproducing
そして、ホログラム記録再生装置1は、2次元符号復号手段10の復号データ推定手段14によって、推定した2次元符号を復号し、復号した2次元符号を、空間光変調器2に入力した記録データと同様の2ビットのデータに変換して推定復号データを生成する(ステップS111)。
ホログラム記録再生装置1は、以上のように動作する。
Then, the hologram recording / reproducing
The hologram recording / reproducing
以上説明した、ホログラム記録再生装置1によれば、2次元符号復号手段10により、空間光変調器2の変調素子20の表示領域23に対応する仮想変調素子120の仮想変調表示領域123の各ピクセル120aと、光検出器5の受光素子30の再生領域33に対応する仮想受光素子130の仮想再生表示領域133の各ピクセル130aとを、2次元座標上で対応させることができる。また、ホログラム記録再生装置1によれば、2次元符号復号手段10により、受光素子30の再生領域33で再生した再生データと、仮想受光素子130の仮想再生表示領域133で仮想的に再生した4種類の仮想再生データとをそれぞれ対比することで、変調素子20と受光素子30とのピクセルサイズが同一で、かつ、位置ずれがない場合に、受光素子30の再生領域33で本来再生すべき2次元符号を推定することができる。したがって、ホログラム記録再生装置1によれば、2次元符号復号手段10を備えることによって、変調素子20のピクセル20aと受光素子30のピクセル30aとを等価的に1対1で対向させてデータの授受を行うことが可能となる。
According to the hologram recording / reproducing
また、ホログラム記録再生装置1は、2次元符号復号手段10によって、受光素子30の再生領域33で再生すべき2次元符号を推定するときに、受光素子30の再生領域33で実際に再生した再生データと仮想受光素子130の仮想再生表示領域133で仮想的に再生した4種類の仮想再生データとの間で最尤復号を行うので、受光素子30の再生領域33で再生すべき2次元符号を、より正確に推定することができる。
Further, the hologram recording / reproducing
[シミュレーション]
以上説明した本実施形態に係るホログラム記録再生装置1では、図4に示すように、空間光変調器2の変調素子20に対して光検出器5の受光素子30は、回転角度θ分だけ傾いている。このような位置ずれを吸収するため、変調素子20の2×2ピクセルの表示領域23に表示した2/4符号を、受光素子30の3×3ピクセルの再生領域33で受光して再生している。このように受光素子30の再生領域33は、変調素子20の表示領域23より大きいため、変調素子20の表示領域23に表示された2/4符号だけでなく、その周辺データも受光することになる。
[simulation]
In the hologram recording / reproducing
そのため、受光素子30の再生領域33で再生された、2/4符号の周辺データも含む変調データの再生データと、仮想受光素子130の仮想再生表示領域133で仮想的に再生された、2/4符号の全てのパターンの仮想再生データとの間との尤度に基づいて2/4符号を推定するときに、周辺データの影響が推定結果に現れる可能性がある。そこで、2次元符号の推定結果に現れる周辺データが尤度に与える影響を調べるためのシミュレーションを行うこととした。
具体的には、変調素子20の表示領域23を、2/4符号に対応するデータ(2×2のデータ)の表示領域だけでなく周辺データも含めた4×4ピクセルとし、この表示領域23のデータを受光素子の3×3の再生領域33に写像して、受光素子30の再生領域33のデータから2/4符号を推定するシミュレーションを行った。
Therefore, the reproduction data of the modulation data including the peripheral data of 2/4 code reproduced in the
Specifically, the
ここで、変調素子20上で横方向に連続する4ピクセルを含む連続領域24を切り出すと、図10(a)に示すように、変調素子20が、連続領域24内に2/4符号を2つ含む場合と、図11(a)に示すように、変調素子20が、連続領域24内に2/4符号を1つ含み、その前後を別の2/4符号で囲まれている場合が考えられる。
2/4符号は、前記したように、隣り合う2×2ピクセルにおいて、1個のピクセルをON“1”、残りの3個のピクセルをOFF“0”にして、2ビットのデータを4ピクセルで表現する符号である。そのため、連続領域24内では、このような2/4符号の性質上、“1”が4つ続くことはない。つまり、図10(a)に示すように、連続領域24内に2/4符号を2つ含む場合、4ピクセル中に“1”は、0〜2個のいずれかになる。また、図11(a)に示すように、連続領域24内に2/4符号を1つ含みその前後を他の2/4符号で囲まれている場合、4ピクセル中に“1”は0〜3個のいずれかになる。そこで、図10(a),11(a)にそれぞれ示したような場合における“1”の発生確率を計算により求め、その結果を、図10(b)の表1、図11(b)の表2にそれぞれ示した。
Here, when the
As described above, in the 2/4 code, in 2 × 2 pixels adjacent to each other, one pixel is ON “1”, the remaining three pixels are OFF “0”, and 2-bit data is four pixels. It is the code | symbol expressed by. Therefore, four “1” s do not continue in the
図10(b)の表1に示すように、変調素子20が、連続領域24内に2/4符号を2つ含む場合、連続領域24内の4ピクセル中1ピクセルが“1”の確率は、50パーセント(1/2)であり、連続領域24内の4ピクセル中0または2ピクセルが“1”の確率は、25(1/4)パーセントであることが確認された。
As shown in Table 1 of FIG. 10B, when the
一方、図11(b)の表2に示すように、変調素子20が、連続領域24内に2/4符号を1つ含みその前後を別の2/4符号で囲まれている場合、連続領域24内の4ピクセル中1ピクセルが“1”の確率は、約50パーセント(30/64)であり、連続領域24内の4ピクセル中0または2ピクセルが“1”の確率は、約24パーセント(18/64または14/64)であり、連続領域24内の4ピクセル中3ピクセルが“1”の確率は、約3パーセント(2/64)であることが確認された。
On the other hand, as shown in Table 2 of FIG. 11B, when the
次に、変調素子20上において、2/4符号の表示領域23の周辺データが全て“0”である場合と、表示領域23の周辺データに“1”を含む場合のそれぞれについて、受光素子30の再生領域33で再生した再生データと仮想再生データとの尤度を計算により求めた。
まず、変調素子20上において、2/4符号の表示領域23の周辺データが全て“0”である場合については、図12に示すデータを用いた。図12において、仮想変調素子120上の4×4ピクセルのデータは、[0000;0100;0000;0000]であるものとした。このデータにおいて、2項目の「0100」中の2,3番目の数字「10」と3項目の「0000」中の2,3番目の数字「00」が2/4符号を表すものとする。
Next, on the
First, in the case where all the peripheral data of the 2/4
図12(a)〜(d)において、変調素子20の太枠内の2×2ピクセルが表示領域23である。図12(a)は、表示領域23に“00”を示す2/4符号が表示されており、(b)は、表示領域23に“01”を示す2/4符号が表示されており、(c)は、表示領域23に“10”を示す2/4符号が表示されており、(d)は、表示領域23に“11”を示す2/4符号が表示されているものとする。また、図12(a)〜(d)において、表示領域23の周辺データは全て“0”であるものとする。
12A to 12D, 2 × 2 pixels within the thick frame of the
次に、変調素子20上において、2/4符号の表示領域23の周辺データに“1”が含まれる場合については、図13に示すデータを用いた。ここでは、2/4符号の性質を考慮して、横方向に連続する4ピクセル中に“1”が0〜3個のいずれか含まれるように、周辺データを設定した。
すなわち、図13において、変調素子20上の4×4ピクセルのデータは、[0010;1101;0000;1000]であるものとした。このデータにおいて、2項目の「1101」中の2,3番目の数字「10」と3項目の「0000」中の2,3番目の数字「00」が2/4符号を表すものとする。
Next, in the case where “1” is included in the peripheral data of the
That is, in FIG. 13, the data of 4 × 4 pixels on the
また、図13(a)〜(d)において、変調素子20の太枠内の2×2のピクセルが表示領域23である。図13(a)は、表示領域23に“00”を示す2/4符号が表示されており、(b)は、表示領域23に“01”を示す2/4符号が表示されており、(c)は、表示領域23に“10”を示す2/4符号が表示されており、(d)は、表示領域23に“11”を示す2/4符号が表示されているものとする。また、図13(a)〜(d)において、表示領域23の周辺データに連続する4ピクセル中の“1”の確率が図10(b),11(b)を参照して説明した条件を満たすように“1”を配置する。
13A to 13D, 2 × 2 pixels within the thick frame of the
図12,13に示すそれぞれの場合について、尤度の計算を行った結果を図14(a)の表3、図14(b)の表4にそれぞれ示した。なお、尤度の計算は、前記式(3)により行い、最大値により規格化した。また、パラメータは、水平移動量xa、垂直移動量yaおよび回転角度θに加え、より実際の状況に近づけるためSNRを追加した。ここで、水平移動量xaおよび垂直移動量yaは、微小領域単位とし、本シミュレーションでは、受光素子30のピクセル幅の10分の1単位で設定した。
In each case shown in FIGS. 12 and 13, the results of the likelihood calculation are shown in Table 3 in FIG. 14A and Table 4 in FIG. 14B, respectively. The likelihood was calculated by the above equation (3) and normalized by the maximum value. The parameter is the horizontal shift amount x a, in addition to the vertical movement amount y a and the rotation angle theta, added a SNR to approximate to the actual situation. Here, the horizontal shift amount x a and the vertical shift amount y a, a minute area unit, in the present simulation were set in tenths of pixel width of the
図12(a)〜(d)に示したように記録データを“00”として、その周辺データが全て“0”である場合に、位置ずれ量とSNRを変化させて、各記録データに対する尤度を計算した結果を、図14(a)の表1に示す。いずれの結果もデータ“00”の場合に尤度が最も高く、データ“00”が推定値として選択されることが確認できた。 As shown in FIGS. 12A to 12D, when the recording data is “00” and all the peripheral data is “0”, the positional deviation amount and the SNR are changed, and the likelihood for each recording data is changed. The results of calculating the degrees are shown in Table 1 of FIG. In any of the results, when the data is “00”, the likelihood is the highest, and it was confirmed that the data “00” is selected as the estimated value.
また、図13(a)〜(d)に示したように記録データを“00”として、その周辺データに“1”が含まれる場合に、位置ずれ量とSNRを変化させて、各記録データに対する尤度を計算した結果を、図14(b)の表2に示す。図14(a)の表1に示した周辺データが全て“0”である場合の結果と比較して比率的には低くなっているものの、いずれの結果もデータ“00”の場合に尤度が最も高く、データ“00”が推定値として選択されることが確認できた。 Also, as shown in FIGS. 13A to 13D, when the recording data is “00” and the surrounding data includes “1”, the amount of positional deviation and the SNR are changed to change each recording data. The result of calculating the likelihood for is shown in Table 2 of FIG. Although the ratio is lower than the result in the case where all the peripheral data shown in Table 1 of FIG. 14A are all “0”, the likelihood is obtained when all the results are data “00”. It was confirmed that data “00” was selected as the estimated value.
以上から、本発明の第1実施形態に係るホログラム記録再生装置1の2次元符号復号手段10によって、再生データから2/4符号を推定する場合、受光素子30の再生領域33で再生した再生データが、変調素子20の表示領域23の周辺データを含むとしても、2/4符号の推定結果にほとんど影響を及ぼさないことが確認できた。
From the above, when the 2/4 code decoding means 10 of the hologram recording / reproducing
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、本発明の趣旨はこれらの記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて広く解釈されなければならない。また、これらの記載に基づいて種々変更、改変等したものも本発明の趣旨に含まれることはいうまでもない。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, the meaning of this invention is not limited to these description, and should be interpreted widely based on description of a claim. Needless to say, various changes and modifications based on these descriptions are also included in the spirit of the present invention.
例えば、前記した実施形態において、ホログラム記録再生装置1が備える2次元符号復号手段10を、当該2次元符号復号手段10の各手段を備える2次元符号復号装置として構成してもよい。このように、2次元符号復号装置として独立した構成とすることで、例えば、地上に空間光変調器2と、レンズ3と、記録媒体Kと、レンズ4と、光検出器5とを備えるホログラム記録再生装置を設け、一方、海上の船舶等に2次元符号復号装置を設け、空間や光ファイバ等を介して、ホログラム記録再生装置の光検出器5から2次元符号復号装置に、再生データを伝送することが可能となる。
For example, in the above-described embodiment, the two-dimensional code decoding means 10 included in the hologram recording / reproducing
また例えば、2次元符号復号手段10は、CPU、メモリやハードディスク等のハードウェア資源を備えるコンピュータで、2次元座標割り当て手段11と、変換式生成手段12と、仮想再生データ生成手段13と、復号データ推定手段14における処理を実行可能に記述したプログラム(2次元符号復号プログラム)とすることも可能である。この場合、2次元符号復号プログラムは、対応する2次元符号復号手段10と同様の効果を奏する。この2次元符号復号プログラムは、ネットワークを介して配布してもよく、CD−ROMやフラッシュメモリ等の記録媒体に書き込んで配布してもよい。
Further, for example, the two-dimensional code decoding means 10 is a computer having hardware resources such as a CPU, a memory and a hard disk, a two-dimensional coordinate assigning
さらに例えば、2次元符号復号プログラムを、GPGPU(General-purpose computing on graphics processing units)、FPGA(Field-Programmable Gate Array)やASIC(Application Specific Integrated Circuit)などによりハードウェア化してもよい。このようにすると、実用的速度で演算を実行することができる。 Further, for example, the two-dimensional code decoding program may be implemented as hardware by using a general-purpose computing on graphics processing unit (GPGPU), a field-programmable gate array (FPGA), an application specific integrated circuit (ASIC), or the like. In this way, the calculation can be executed at a practical speed.
1 ホログラム記録再生装置
2 空間光変調器
3 レンズ
4 レンズ
5 光検出器
10 2次元符号復号手段
11 2次元座標割り当て手段
12 変換式生成手段
13 仮想再生データ生成手段
14 復号データ推定手段
20 変調素子
23 表示領域
30 受光素子
33 再生領域
120 仮想変調素子
123 仮想変調表示領域
130 仮想受光素子
133 仮想再生表示領域
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記2次元符号の全てのパターンを仮想変調表示領域にそれぞれ仮想的に配置するときの仮想変調素子の各ピクセルと、前記仮想変調素子の前記仮想変調表示領域で仮想的に変調された仮想変調データを仮想再生表示領域でそれぞれ仮想的に受光して再生するときの仮想受光素子の前記仮想再生表示領域の各ピクセルとを、同じ大きさの微小領域で仮想的に分割して微小領域ごとにそれぞれ2次元座標を割り当てる2次元座標割り当て手段と、
前記変調素子に対する前記受光素子の位置ずれ量に基づいて、前記2次元座標割り当て手段で割り当てられた前記各仮想変調表示領域の各ピクセルの2次元座標系を、それぞれ対応する前記仮想再生表示領域の各ピクセルの2次元座標系に変換する変換式を生成する変換式生成手段と、
前記変換式生成手段で生成された前記変換式により、前記仮想変調素子の前記仮想変調表示領域の各ピクセルの2次元座標系を、それぞれ対応する前記仮想受光素子の前記仮想再生表示領域の各ピクセルの2次元座標系にそれぞれ変換し、さらに、前記仮想変調表示領域の各ピクセルの前記微小領域上の前記仮想変調データを、それぞれ対応する前記仮想再生表示領域の各ピクセルの前記微小領域にそれぞれ割り当て、前記仮想再生表示領域の各ピクセルの前記微小領域に割り当てられた前記仮想変調データに基づいて仮想再生データを生成する仮想再生データ生成手段と、
前記仮想再生データ生成手段で前記2次元符号のパターンの数だけ生成された前記仮想再生データと、前記再生データとをそれぞれ対比し、前記再生データに最も近い前記仮想再生データを、前記変調素子と前記受光素子とのピクセルサイズが同一で、かつ、位置ずれがない場合に、前記仮想再生データに対応する前記受光素子の前記再生領域で再生すべき前記2次元符号であると推定し、推定した前記2次元符号を復号する復号データ推定手段と、を備え、
前記2次元座標割り当て手段は、前記微小領域の大きさを、前記仮想受光素子を微小領域で分割し、一定の位置ずれ量の場合とずれのない場合との出力振幅比が所定の値以内になるように前記仮想受光素子における前記仮想再生表示領域の各ピクセルについて予め求めた仮想分割数に応じて設定することを特徴とする2次元符号復号装置。 In a hologram recording / reproducing apparatus that encodes input recording data into a two-dimensional code, arranges it on a modulation element, and receives and reproduces the modulation data of the recording data in a reproduction area of a light receiving element facing the modulation element The two-dimensional code to be reproduced in the reproduction region of the light receiving element when the pixel size of the modulation element and the light receiving element is the same and there is no positional deviation from the reproduced data of the modulated data reproduced. A two-dimensional code decoding apparatus that estimates and decodes,
Each pixel of the virtual modulation element when all the patterns of the two-dimensional code are virtually arranged in the virtual modulation display area, and virtual modulation data virtually modulated in the virtual modulation display area of the virtual modulation element When the virtual light receiving display area is virtually received and reproduced, each pixel of the virtual light receiving display area of the virtual light receiving element is virtually divided by a micro area of the same size and is divided for each micro area. Two-dimensional coordinate assigning means for assigning two-dimensional coordinates;
Based on the amount of positional deviation of the light receiving element with respect to the modulation element, the two- dimensional coordinate system of each pixel of each virtual modulation display area assigned by the two-dimensional coordinate assignment unit is assigned to the corresponding virtual reproduction display area. Conversion equation generating means for generating a conversion equation for conversion into a two- dimensional coordinate system of each pixel;
The two- dimensional coordinate system of each pixel of the virtual modulation display area of the virtual modulation element is converted into each pixel of the virtual reproduction display area of the corresponding virtual light receiving element by the conversion formula generated by the conversion formula generation means. And the virtual modulation data on the minute area of each pixel of the virtual modulation display area is assigned to the minute area of each pixel of the corresponding virtual reproduction display area, respectively. Virtual reproduction data generation means for generating virtual reproduction data based on the virtual modulation data assigned to the minute area of each pixel of the virtual reproduction display area;
The virtual reproduction data generated by the virtual reproduction data generation means by the number of patterns of the two-dimensional code is compared with the reproduction data, and the virtual reproduction data closest to the reproduction data is compared with the modulation element. When the pixel size is the same as that of the light receiving element and there is no positional deviation, the two-dimensional code to be reproduced in the reproduction area of the light receiving element corresponding to the virtual reproduction data is estimated and estimated e Bei and a decoded data estimation means for decoding the 2-dimensional code,
The two-dimensional coordinate allocating unit divides the virtual light receiving element into small regions so that the size of the minute region is within a predetermined value when an output amplitude ratio between a certain amount of positional deviation and no deviation is obtained. The two-dimensional code decoding apparatus characterized by setting according to the virtual division | segmentation number calculated | required beforehand about each pixel of the said virtual reproduction display area in the said virtual light receiving element .
複数の前記仮想再生データと、前記再生データとの間で最尤復号を行い、符号誤り率が最も小さい前記仮想再生データに対応する前記2次元符号を復号することを特徴とする請求項1に記載の2次元符号復号装置。 The decoded data estimation means includes:
A plurality of the virtual reproduction data, performs maximum likelihood decoding between said reproduction data, in claim 1, characterized in that decoding the 2-dimensional code a code error rate corresponding to the smallest the virtual reproduction data The two-dimensional code decoding apparatus described.
前記2次元符号の全てのパターンを仮想変調表示領域にそれぞれ仮想的に配置するときの仮想変調素子の各ピクセルと、前記仮想変調素子の前記仮想変調表示領域で仮想的に変調された仮想変調データを仮想再生表示領域でそれぞれ仮想的に受光して再生するときの仮想受光素子の前記仮想再生表示領域の各ピクセルとを、同じ大きさの微小領域で仮想的に分割して微小領域ごとにそれぞれ2次元座標を割り当てる2次元座標割り当て手段と、
前記変調素子に対する前記受光素子の位置ずれ量に基づいて、前記2次元座標割り当て手段で割り当てられた前記各仮想変調表示領域の各ピクセルの2次元座標系を、それぞれ対応する前記仮想再生表示領域の各ピクセルの2次元座標系に変換する変換式を生成する変換式生成手段と、
前記変換式生成手段で生成された前記変換式により、前記仮想変調素子の前記仮想変調表示領域の各ピクセルの2次元座標系を、それぞれ対応する前記仮想受光素子の前記仮想再生表示領域の各ピクセルの2次元座標系にそれぞれ変換し、さらに、前記仮想変調表示領域の各ピクセルの前記微小領域上の前記仮想変調データを、それぞれ対応する前記仮想再生表示領域の各ピクセルの前記微小領域にそれぞれ割り当て、前記仮想再生表示領域の各ピクセルの前記微小領域に割り当てられた前記仮想変調データに基づいて仮想再生データを生成する仮想再生データ生成手段と、
前記仮想再生データ生成手段で前記2次元符号のパターンの数だけ生成された前記仮想再生データと、前記変調データの再生データとをそれぞれ対比し、前記再生データに最も近い前記仮想再生データを、前記変調素子と前記受光素子とのピクセルサイズが同一で、かつ、位置ずれがない場合に、前記仮想再生データに対応する前記受光素子の前記再生領域で再生すべき前記2次元符号であると推定し、推定した前記2次元符号を復号する復号データ推定手段と、を備え、
前記2次元座標割り当て手段は、前記微小領域の大きさを、前記仮想受光素子を微小領域で分割し、一定の位置ずれ量の場合とずれのない場合との出力振幅比が所定の値以内になるように前記仮想受光素子における前記仮想再生表示領域の各ピクセルについて予め求めた仮想分割数に応じて設定することを特徴とするホログラム記録再生装置。 A hologram recording / reproducing apparatus that encodes input recording data into a two-dimensional code, arranges it on a modulation element, and receives and reproduces the modulation data of the recording data in a reproduction area of a light receiving element facing the modulation element. There,
Each pixel of the virtual modulation element when all the patterns of the two-dimensional code are virtually arranged in the virtual modulation display area, and virtual modulation data virtually modulated in the virtual modulation display area of the virtual modulation element When the virtual light receiving display area is virtually received and reproduced, each pixel of the virtual light receiving display area of the virtual light receiving element is virtually divided by a micro area of the same size and is divided for each micro area. Two-dimensional coordinate assigning means for assigning two-dimensional coordinates;
Based on the amount of positional deviation of the light receiving element with respect to the modulation element, the two- dimensional coordinate system of each pixel of each virtual modulation display area assigned by the two-dimensional coordinate assignment unit is assigned to the corresponding virtual reproduction display area. Conversion equation generating means for generating a conversion equation for conversion into a two- dimensional coordinate system of each pixel;
The two- dimensional coordinate system of each pixel of the virtual modulation display area of the virtual modulation element is converted into each pixel of the virtual reproduction display area of the corresponding virtual light receiving element by the conversion formula generated by the conversion formula generation means. And the virtual modulation data on the minute area of each pixel of the virtual modulation display area is assigned to the minute area of each pixel of the corresponding virtual reproduction display area, respectively. Virtual reproduction data generation means for generating virtual reproduction data based on the virtual modulation data assigned to the minute area of each pixel of the virtual reproduction display area;
The virtual reproduction data generated by the number of the two-dimensional code patterns by the virtual reproduction data generation means and the reproduction data of the modulation data are respectively compared, and the virtual reproduction data closest to the reproduction data is When the pixel size of the modulation element and the light receiving element are the same and there is no positional deviation, it is estimated that the two-dimensional code is to be reproduced in the reproduction area of the light receiving element corresponding to the virtual reproduction data. , e Bei decoded data estimating means for decoding the estimated the two-dimensional code, a,
The two-dimensional coordinate allocating unit divides the virtual light receiving element into small regions so that the size of the minute region is within a predetermined value when an output amplitude ratio between a certain amount of positional deviation and no deviation is obtained. The hologram recording / reproducing apparatus, wherein each pixel of the virtual reproduction display area in the virtual light receiving element is set according to a virtual division number obtained in advance .
前記2次元符号の全てのパターンを仮想変調表示領域にそれぞれ仮想的に配置するときの仮想変調素子の各ピクセルと、前記仮想変調素子の前記仮想変調表示領域で仮想的に変調された仮想変調データを仮想再生表示領域でそれぞれ仮想的に受光して再生するときの仮想受光素子の前記仮想再生表示領域の各ピクセルとを、同じ大きさの微小領域で仮想的に分割して微小領域ごとにそれぞれ2次元座標を割り当てる2次元座標割り当て手段、
前記変調素子に対する前記受光素子の位置ずれ量に基づいて、前記2次元座標割り当て手段で割り当てられた前記各仮想変調表示領域の各ピクセルの2次元座標系を、それぞれ対応する前記仮想再生表示領域の各ピクセルの2次元座標系に変換する変換式を生成する変換式生成手段、
前記変換式生成手段で生成された前記変換式により、前記仮想変調素子の前記仮想変調表示領域の各ピクセルの2次元座標系を、それぞれ対応する前記仮想受光素子の前記仮想再生表示領域の各ピクセルの2次元座標系にそれぞれ変換し、さらに、前記仮想変調表示領域の各ピクセルの前記微小領域上の前記仮想変調データを、それぞれ対応する前記仮想再生表示領域の各ピクセルの前記微小領域にそれぞれ割り当て、前記仮想再生表示領域の各ピクセルの前記微小領域に割り当てられた前記仮想変調データに基づいて仮想再生データを生成する仮想再生データ生成手段、
前記仮想再生データ生成手段で前記2次元符号のパターンの数だけ生成された前記仮想再生データと、前記再生データとをそれぞれ対比し、前記再生データに最も近い前記仮想再生データを、前記変調素子と前記受光素子とのピクセルサイズが同一で、かつ、位置ずれがない場合に、前記仮想再生データに対応する前記受光素子の前記再生領域で再生すべき前記2次元符号であると推定し、推定した前記2次元符号を復号する復号データ推定手段、として機能させるための2次元符号復号プログラムであって、
前記2次元座標割り当て手段は、前記微小領域の大きさを、前記仮想受光素子を微小領域で分割し、一定の位置ずれ量の場合とずれのない場合との出力振幅比が所定の値以内になるように前記仮想受光素子における前記仮想再生表示領域の各ピクセルについて予め求めた仮想分割数に応じて設定することを特徴とする2次元符号復号プログラム。 In a hologram recording / reproducing apparatus that encodes input recording data into a two-dimensional code, arranges it on a modulation element, and receives and reproduces the modulation data of the recording data in a reproduction area of a light receiving element facing the modulation element The two-dimensional code to be reproduced in the reproduction region of the light receiving element when the pixel size of the modulation element and the light receiving element is the same and there is no positional deviation from the reproduced data of the modulated data reproduced. To estimate and decode the computer,
Each pixel of the virtual modulation element when all the patterns of the two-dimensional code are virtually arranged in the virtual modulation display area, and virtual modulation data virtually modulated in the virtual modulation display area of the virtual modulation element When the virtual light receiving display area is virtually received and reproduced, each pixel of the virtual light receiving display area of the virtual light receiving element is virtually divided by a micro area of the same size and is divided for each micro area. 2D coordinate assigning means for assigning 2D coordinates,
Based on the amount of positional deviation of the light receiving element with respect to the modulation element, the two- dimensional coordinate system of each pixel of each virtual modulation display area assigned by the two-dimensional coordinate assignment unit is assigned to the corresponding virtual reproduction display area. Conversion expression generation means for generating a conversion expression for conversion into a two- dimensional coordinate system of each pixel;
The two- dimensional coordinate system of each pixel of the virtual modulation display area of the virtual modulation element is converted into each pixel of the virtual reproduction display area of the corresponding virtual light receiving element by the conversion formula generated by the conversion formula generation means. And the virtual modulation data on the minute area of each pixel of the virtual modulation display area is assigned to the minute area of each pixel of the corresponding virtual reproduction display area, respectively. Virtual reproduction data generating means for generating virtual reproduction data based on the virtual modulation data allocated to the minute area of each pixel of the virtual reproduction display area;
The virtual reproduction data generated by the virtual reproduction data generation means by the number of patterns of the two-dimensional code is compared with the reproduction data, and the virtual reproduction data closest to the reproduction data is compared with the modulation element. When the pixel size is the same as that of the light receiving element and there is no positional deviation, the two-dimensional code to be reproduced in the reproduction area of the light receiving element corresponding to the virtual reproduction data is estimated and estimated A two-dimensional code decoding program for functioning as decoded data estimating means for decoding the two-dimensional code ,
The two-dimensional coordinate allocating unit divides the virtual light receiving element into small regions so that the size of the minute region is within a predetermined value when an output amplitude ratio between a certain amount of positional deviation and no deviation is obtained. A two-dimensional code decoding program characterized in that each pixel of the virtual reproduction display area in the virtual light receiving element is set according to the virtual division number obtained in advance.
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