KR20090132542A - 재생 장치 및 재생 방법 - Google Patents

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KR20090132542A
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마사아끼 하라
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소니 가부시끼 가이샤
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Abstract

픽셀 단위의 광 강도차의 정보에 의해 비트 데이터가 배열된 신호광과, 참조광이 간섭하여, 신호광에 따른 홀로그램 페이지가 기록된 홀로그램 기록 매체에 대하여 재생을 행하는 재생 장치는, 재생 화상을 얻을 때 조사될 참조광을 생성하는 참조광 생성부와, 강도가 재생 화상의 최소 진폭의 절대값보다도 크고, 재생 화상 내의 기준 위상과 동일한 동위상을 갖는 코히런트광을 생성하는 코히런트광 생성부와, 입력 화상을 픽셀 단위로 수광하는 이미지 센서와, 참조광을 상기 홀로그램 기록 매체에 유도하고, 참조광의 조사에 따라서 취득한 재생 화상과, 코히런트광을 이미지 센서에 유도하는 광학 시스템을 포함한다.
재생 장치, 신호광, 참조광, 코히런트광, 홀로그램 기록 매체

Description

재생 장치 및 재생 방법{REPRODUCING DEVICE AND REPRODUCING METHOD}
본 발명은, 참조광과 신호광 간의 간섭 줄무늬(interference fringes)에 의해 데이터가 기록된 홀로그램 기록 매체로부터 재생을 행하는 재생 장치와 그 방법에 관한 것이다.
[특허 문헌 1] 일본 특허 공개 제2006-107663호 공보
[특허 문헌 2] 일본 특허 공개 제2007-79438호 공보
예를 들면, 상기한 각 특허 문헌에 개시된 바와 같이, 신호광과 참조광 간의 간섭 줄무늬에 의해 데이터의 기록을 행하고, 또한, 상기 간섭 줄무늬로 기록된 데이터를 상기 참조광의 조사(irradiation)에 의해 재생하는 홀로그램 기록/재생 방법이 있다. 이 홀로그램 기록/재생 방법으로서는, 상기 신호광과 상기 참조광을 동축 상에 배치하여 기록을 행하는, 소위 코액시얼 방법(coaxial method)이 있다.
도 64, 도 65a 및 도 65b는, 코액시얼 방법을 사용하는 홀로그램 기록/재생 방법에 대하여 설명하기 위한 도면으로서, 도 64는 기록 방법을 도시하고, 도 65a 및 도 65b는 재생 방법을 도시한다.
우선, 도 64에서, 기록 시, 광원으로부터의 입사광에 대하여, SLM(공간광 변 조기)(101)에서 공간광 강도 변조(이하, 간단히 "강도 변조"라고도 함)를 실시함으로써, 도면과 같이 동축 상에 배치된 신호광과 참조광을 생성한다. SLM(101)은, 예를 들면, 액정 패널 등으로 구성된다.
이 때, 상기 신호광은, 픽셀 단위(pixel increments)의 기록 데이터에 따른 강도 변조를 입사광에 실시하여 생성된다. 또한，상기 참조광은, 소정 패턴에 의한 강도 변조를 입사광에 실시하여 생성된다.
이와 같이 SLM(101)에서 생성된 신호광 및 참조광에 대해서는, 위상 마스크(102)에 의한 공간 위상 변조가 실시된다. 도시된 바와 같이, 이 위상 마스크(102)에 따라서는, 신호광에 대하여 랜덤 위상 패턴을 부여하고, 참조광에 대해서는, 미리 정해진 소정의 위상 패턴을 부여한다.
여기에서, 참조광에 대하여 위상 변조를 실시하는 이유는, 특허 문헌 1에도 기재된 바와 같이, 홀로그램 기록 매체로의 다중 기록이 가능하게 되도록 하기 위해서이다. 확인을 위해 설명하자면, 다중 기록은, 예를 들면, 다음의 도 66에 도시되는 바와 같이, 홀로그램 페이지(신호광과 참조광 간의 간섭 줄무늬에 의해 한번에 기록할 수 있는 단위)를 겹치도록 기록을 행한다.
홀로그램 기록/재생 방법에서는, 어떤 위상 구조를 갖는 참조광을 이용하여 기록한 홀로그램 페이지(데이터)는, 재생 시에서 동일한 위상 구조를 갖는 참조광을 조사함으로써만 판독할 수 있다. 이 점을 이용하여, 즉, 기록시에 각각 서로 다른 위상 구조를 갖는 참조광을 이용하여 데이터를 다중 기록하고, 재생 시에는 각각 서로 다른 위상 구조를 갖는 참조광을 택일적으로 조사함으로써, 다중 기록된 각각의 데이터를 선택적으로 판독할 수 있는 것이다.
또한，신호광에 랜덤 위상 변조 패턴을 부여하는 이유는, 신호광과 참조광 간의 간섭 효율의 향상이나, 신호광의 스펙트럼의 확산을 실현함으로써 DC 성분을 억압하고, 고기록 밀도화를 실현하기 위해서이다.
신호광에 대한 위상 변조 패턴으로서는, 예를 들면, "0" 또는 "π"의 2치(binary)에 따른 랜덤 패턴을 설정한다. 즉, 위상 변조를 행하지 않는 픽셀(즉, 위상 = 0)과, 위상을 π(180°)만큼 변조하는 픽셀이 반반으로 되도록 설정한 랜덤 위상 변조 패턴을 설정한다.
여기에서, SLM(101)에 의한 강도 변조에 따라서는, 신호광으로서, 그 광 강도가 기록 데이터에 따라서 "0" 또는 "1"로 변조된 광이 생성된다. 이와 같은 신호광에 대하여, "0" 또는 "π"에 의한 위상 변조가 실시되어서, 광의 파면(wavefront)의 진폭으로서, "-1", "0", 또는 "1(+1)"을 갖는 광이 각각 생성된다. 즉, 광 강도가 "1"로 변조된 픽셀에 대하여 위상 "0"에 따른 변조가 부여되었을 때에는, 진폭은 "1"이며, 위상 "π"에 따른 변조가 부여되었을 때에는 진폭은 "-1"로 된다. 또한，광 강도 "0"의 픽셀에 대해서는, 위상 "0"의 변조 또는 위상 "π"의 변조 중 어느 하나에 대해서도 진폭은 "0" 그대로임을 주지하라.
확인을 위해서, 도 67a 및 도 67b는, 위상 마스크(102)가 없는 경우(도 67a)와 있는 경우(도 67b)에서의 신호광 및 참조광의 차이를 나타낸다. 또한，도 67a 및 도 67b에서는, 색 농도(color density)에 따른 광의 진폭의 대소 관계(magnitude relation)를 표현하고 있음을 주지하라. 구체적으로, 도 67a에서는, 블랙→화이트를 진폭 "0"→"1"로 나타내고, 도 67b에서는, 블랙→그레이→화이트를 진폭 "-1"→"0"→"1(+1)"로 나타내고 있다.
여기에서, 신호광은, 기록 데이터에 따라서 강도가 변조되어 생성되는 것이다. 이 때문에, 광 강도(진폭) "0" 및 "1"이 반드시 랜덤하게 배치되는 것은 아니므로, DC 성분의 발생을 조장하게 된다.
상기 위상 마스크(102)에 의한 위상 패턴은, 랜덤 패턴으로 설정된다. 이것에 의해, SLM(101)으로부터 출력되는 신호광 내의 광 강도 "1"의 픽셀을 진폭 "1"과 "-1"로 랜덤(반반)하게 나눌 수 있도록 되어 있다. 이와 같이, 진폭 "1"과 "-1"로 랜덤하게 나눌 수 있음으로써, 푸리에면(주파수 평면: 이 경우에는 미디어 상에서의 화상(image)으로 생각하면 됨)에서 균일하게 스펙트럼을 분포할 수 있어서, 신호광에서의 DC 성분의 억압을 실현할 수 있다.
이와 같이, 신호광의 DC 성분의 억압이 실현되면, 데이터 기록 밀도의 향상을 실현할 수 있다.
여기에서, 신호광에 DC 성분이 생기는 것에 따라서는, 그 DC 성분에 의해 기록 재료가 크게 반응하고, 전술한 도 66에 도시한 바와 같은 다중 기록을 행할 수 없게 된다. 즉, DC 성분이 기록된 부분에 대해서는, 그 이상 데이터를 다중시켜 기록할 수 없게 되기 때문이다.
상기한 바와 같은 랜덤 위상 패턴에 의해 DC 성분의 억압이 실현되면, 데이터의 다중 기록이 가능해져서, 고기록 밀도화가 실현된다.
다시 전술을 참조하여 설명한다. 위상 마스크(102)에 의한 상술된 위상 변 조를 받은 신호광 및 참조광은, 모두 대물 렌즈(103)에 의해 집광되어, 홀로그램 기록 매체 HM에 조사된다. 이것에 의해，홀로그램 기록 매체 HM에서는，신호광(기록 화상)에 따른 간섭 줄무늬(회절 격자, 즉, 홀로그램)가 형성된다. 즉, 그 간섭 줄무늬의 형성에 의해 데이터의 기록이 행해진다.
계속해서, 재생시에서는，우선, 도 65a에 도시된 바와 같이, 입사광에 대한 SLM(101)의 공간광 변조(강도 변조)에 의해, 참조광이 생성된다. 그리고, 이와 같이 생성된 참조광에 대해서는, 위상 마스크(102)에 의한 공간광 위상 변조에 의해, 기록시와 동일한 소정의 위상 패턴이 제공된다.
도 65a에서, 위상 마스크(102)에 의한 위상 변조를 받은 상기 참조광은, 대물 렌즈(103)를 통해서 홀로그램 기록 매체 HM에 대하여 조사된다.
이 때, 상기한 바와 같이, 참조광은 기록시와 동일한 위상 패턴이 제공된다. 이러한 참조광이 홀로그램 기록 매체 HM에 조사됨으로써, 도 65b에 도시한 바와 같이, 기록된 홀로그램에 따른 회절광이 얻어지고, 그 회절광이 홀로그램 기록 매체 HM으로부터의 반사광으로서 출력된다. 즉, 기록 데이터에 따른 재생 화상(재생 광)이 얻어진다.
그리고, 이와 같이 하여 얻어진 재생 화상을, 예를 들면, CCD(Charge　Coupled　Device) 센서나 CMOS(Complementary　Metal　Oxide　Semiconductor) 센서 등의 이미지 센서(104)에서 수광하고, 그 이미지 센서(104)의 수광 신호에 기초하여, 기록 데이터의 재생이 행해진다.
[애퍼처]
여기에서, 상술한 홀로그램 기록/재생 방법에서는, 기록 시, 위상 마스크(102)에 의해 신호광의 DC 성분의 억압을 실현함으로써, 고기록 밀도화를 실현한다. 이와 같은 위상 마스크(102)를 이용하는 방법은, 홀로그램 페이지의 다중 기록을 가능하게 하는 면에서 고기록 밀도화를 달성한다.
한편，종래에서는，고기록 밀도화를 달성하기 위한 다른 방식으로서, 홀로그램 페이지의 사이즈 축소화를 실현하는 방법도 제안되어 있다.
구체적으로는，다음의 도 68에 도시된 바와 같이, 기록시에 홀로그램 기록 매체 HM에 조사되는 신호광(및 참조광)이 입사되도록 애퍼처(105)를 형성하고, 애퍼처(105)에 의해 신호광의 광축 중심으로부터 소정 범위의 광만을 투과시키도록 한다. 애퍼처(105)는, 전술한 푸리에면(즉, 미디어에 대한 홀로그램 페이지의 기록면과 동일한 주파수 평면)으로 되는 위치에 형성된다.
이와 같이 푸리에면에 형성한 애퍼처(105)에 의해, 홀로그램 기록 매체 HM에 기록되는 홀로그램 페이지의 사이즈의 축소화를 실현할 수 있어, 결과적으로, 미디어 상에서의 각 홀로그램 페이지의 점유 면적의 축소화의 면에서의 고기록 밀도화를 달성할 수 있다.
또한，상기 애퍼처(105)를 이용하여 고기록 밀도화를 실현하는 방법을 이용하는 경우에는, 애퍼처(105)에서의 투과 영역을 좁힐수록, 홀로그램 페이지의 사이즈 축소화를 실현할 수 있어, 한층 더한 고기록 밀도화가 실현된다. 단, 이와 같이 투과 영역을 좁히는 것은, 입사광(화상)의 공간 주파수에 대하여, 통과 대역(passage band)을 좁히는 것에 상당한다. 구체적으로는，투과 영역을 좁힐수록 보다 저주파수 대역의 성분만이 통과하도록 되어, 투과 영역은 소위 로우패스 필터로서 작용한다.
그런데，상술한 홀로그램 기록/재생 시스템에서, 홀로그램 페이지 내에 포함되는 0 및 1의 데이터를 올바르게 재생하기 위해서는, 하나의 데이터 비트의 구획 문자(delimiter)로서 작용하는 각 데이터 픽셀(SLM(101)의 각 픽셀)의 위치가, 이미지 센서(104)에서 얻어진 화상 신호 내의 어느 위치에 해당하는지의 대응 관계를 알고 있을 필요가 있다.
이 때, SLM(101)의 각 픽셀(데이터 픽셀)와 이미지 센서(104)의 각 픽셀(디텍터 픽셀)가 엄밀하게 일대일로 대응하도록 광학이 조정되어 있으면, 대응 관계를 식별하기 위한 처리는 제거될 수 있다. 즉, 이와 같이 엄밀하게 광학적인 픽셀 매칭이 취해지고 있는 상태이면, 이미지 센서(104)의 어떤 픽셀에서 수광된 화상이, SLM(101)의 어느 픽셀을 통해서 기록된 화상인지가 자명하게 되므로, 대응 관계의 식별을 위한 처리는 특별히 행할 필요성은 없다.
그러나 실제에서, 엄밀한 픽셀 매칭을 실현하는 것은 매우 곤란하며, 비현실적이다. 이 때문에 종래에서는, 엄밀한 의미에서의 광학적인 픽셀 매칭은 취해지지 않는 것을 전제로 하여, 이미지 센서(104)에 의해 판독된 신호로부터 각 데이터 픽셀 위치를 식별하기 위한 신호 처리를 행했다.
여기에서, 엄밀한 픽셀 매칭이 취해져 있지 않은 경우, 데이터 픽셀이 디텍터 픽셀로부터 어긋난 상태에서 조사되게 된다. 이 때, 데이터 픽셀수 대 디텍터 픽셀수에 의한 비율이 1:1인 경우에는, 상기한 바와 같은 디텍터 픽셀에 대한 데이 터 픽셀의 시프팅에 대한 분해능이 1배로 되기 때문에, 픽셀 미만 단위로의 시프팅에 대응할 수 없게 된다. 이 때문에, 데이터 픽셀 위치의 식별 처리에 있어서는, 예를 들면, 다음의 도 69에 도시되는 바와 같이. SLM(101)의 1 픽셀분의 화상이, 이미지 센서(104) 상의 n 픽셀(n > 1)에서 수광되도록, SLM(101) 및 이미지 센서(104)의 픽셀수 및 광학 시스템을 조정한다.
이와 같이 하여 SLM(101)의 1 픽셀분의 화상이 이미지 센서(104)의 n 픽셀분에서 수광되도록 재생 화상의 샘플링을 행하는 방법을, 오버샘플링이라고 한다.
또한，도 69에서는 SLM(101)의 1 픽셀분의 화상을 이미지 센서(104) 상의 4 픽셀(2×2)분으로 수광하고, 오버샘플링 레이트가 2배로 되는 경우를 예시하고 있지만, 물론, 오버샘플링 레이트는 이것에 한정되는 것은 아님을 주지하라.
종래에서의 데이터 픽셀 위치의 식별 방법에 대하여, 그 구체예를 설명하겠다. 우선, 데이터 픽셀 위치의 식별을 행하기 위해서, 미리 기록 시에, 홀로그램 페이지(신호광) 내에 싱크라고 불리는 소정의 데이터 패턴을 삽입한다
도 70은, 신호광으로의 싱크의 삽입 예를 나타내고 있다. 도 70의 예에서, 도면에서 흰 사각 표시로 나타내는 싱크가, 수직 방향 및 수평 방향에서 모두 소정의 간격을 둘 수 있도록 삽입되는 경우를 나타내고 있다.
각 싱크의 삽입 위치는, 미리 기록 포맷에 의해 정해진다. 여기에서, 기록 포맷에 따라서는, 상기 싱크의 삽입 위치도 포함시켜, 신호광 내의 전체의 데이터 배열이 정해진다. 즉, 도 70에 도시한 바와 같은 각 싱크의 삽입 위치 및 그들 사이에 삽입되는 픽셀수(데이터 픽셀수) 등은, 미리 기록 포맷에 의해 정해진다.
이 점으로부터, 재생 시에는, 이미지 센서(104)에 의해 판독된 화상으로부터 각 싱크의 삽입 위치를 식별할 수 있으면, 기록 포맷의 정보에 따라서, 각 데이터 픽셀의 위치를 추정할 수 있다.
구체적으로, 재생 시에서의 처리로서는, 우선, 이미지 센서(104)에 의해 판독된 화상으로부터 싱크의 삽입 위치의 탐색을 행한다. 즉, 이미지 센서(104)에 의해 판독된 화상 내에서의, 상기 싱크로서의 소정의 데이터 패턴이 얻어져 있는 위치(디텍터 픽셀의 위치)를 식별한다.
그리고, 이와 같이 싱크의 삽입 위치를 식별하면，기록 포맷의 정보에 따라서, 각 데이터 픽셀의 위치를 식별한다. 예를 들면, 기록 포맷에 의하면, 식별한 싱크로부터 처리 대상 픽셀까지의 거리(수 픽셀분 떨어져 있음)를 알 수 있으므로, 그 정보에 기초하여, 식별된 싱크 위치의 정보로부터 각 데이터 픽셀 위치의 식별을 행한다.
이와 같은 데이터 픽셀 위치의 식별 처리를 행함으로써, 광학적인 픽셀 매칭이 행해지고 있지 않은 경우이어도, 적정하게 판독 화상 내에서의 각 데이터 픽셀의 위치를 파악할 수 있다.
또한，종래의 홀로그램 기록/재생 장치에서는, 상기한 바와 같은 데이터 픽셀 위치의 식별을 행한 후에, 식별된 데이터 픽셀 위치에서의 진폭값을, 식별된 데이터 픽셀 위치의 주위의 진폭값을 이용하여 선형 보간에 의해 계산한다.
일반적으로, 데이터 스토리지 시스템의 재생 시스템에서는, 부호간의 간섭(홀로그램 기록에서는 픽셀간의 간섭)은 동일한 신호 특성의 선형 겹침(linear superposition)이라고 간주할 수 있다. 따라서, 이 전제를 세우면, 인접하는 각 데이터 픽셀의 진폭값은 소정의 선형의 관계를 갖고 있다고 간주할 수 있다.
여기에서의 선형 보간 처리는, 이와 같은 선형성(linearity)을 전제로 하여, 주위의 진폭값으로부터 처리 대상 픽셀의 진폭값을 구하는 처리이다.
[샘플링 정리]
그런데，여기까지 설명해 온 홀로그램 기록/재생 방법에 대하여, 재생 시스템의 동작은, 전술한 도 65a를 참조하여 이해되는 바와 같이, 대략적으로 보면, 재생 화상으로서의, 원래의 연속적인 신호(아날로그 신호)를, 이미지 센서(104)의 각 픽셀에서 샘플링(디지털 샘플링)하고 있는 것에 상당한다.
여기에서, 나이퀴스트의 샘플링 정리에 의하면, 원래의 연속적인 신호를, 거기에 포함되는 최고 주파수의 2배보다도 높은 주파수의 클록으로 샘플링하여 디지털화하면(디지털 데이터), 적절한 LPF(Low　Pass　Filter)를 통해 디지털 데이터로부터 원래의 아날로그 신호를 정확하게 복원할 수 있다.
홀로그램의 기록/재생 시스템의 경우, 원래의 판독 신호의 최고 주파수는, 애퍼처 사이즈(전술한 도 68에 도시한 애퍼처(105)의 투과 영역의 사이즈)에 의해 결정된다. 구체적으로는，애퍼처 사이즈의 1/2개의 최고 주파수로 된다. 한편，샘플링 주파수는, 오버샘플링 레이트에 의해 결정된다.
따라서, 나이퀴스트의 샘플링 정리에 의하면, 오버샘플링 레이트가 애퍼처 사이즈보다도 크면, 원래의 신호(즉, 재생 화상)를 복원할 수 있다. 즉, 홀로그램 기록/재생 시스템에서, 오버샘플링 레이트와 애퍼처 사이즈 간의 관계는, 이론적으 로는, 오버샘플링 레이트 > 애퍼처 사이즈 이면 된다.
단，홀로그램 기록/재생 시스템은, 미디어에 대하여 광 강도와 위상의 정보를 기록할 수 있지만, 재생 시에는, 이미지 센서(104)에 의해 광 강도의 정보만 검출할 수 있다고 하는 점에서, 비선형성(non-linearty)을 갖는다. 즉, 전술한 도 64에 의해, 위상 마스크(102)에 의해 "0", "+1", 및 "-1"(강도 1과 위상 π의 조합)의 3치의 진폭을 기록할 수 있는 점에 대하여 설명하였지만, 이 점으로부터도 이해되는 바와 같이, 홀로그램 기록 매체 HM에 대해서는, 광 강도의 정보와 함께, 위상의 정보도 기록할 수 있다. 이것에 대하여, 이미지 센서(104)는, 진폭의 값을 제곱하여 절대값화한 광 강도의 정보만 검출할 수 있다. 이 점에서, 종래의 홀로그램 기록/재생 시스템은 비선형성을 갖고 있다.
도 71a 및 도 71b는, 이와 같은 비선형성에 대하여 설명하기 위한 시뮬레이션 결과를 나타낸다. 도 71a 및 도 71b 각각은, 홀로그램 기록/재생 시스템의 시뮬레이터를 이용하여 계산한, 본래 얻어질 판독 신호의 진폭과, 이미지 센서(104)에 의해 실제로 판독되는 신호의 진폭 간의 비교 결과를 나타내고 있다. 본래 얻어질 판독 신호의 진폭은, 시뮬레이터에 의해 이미지 센서(104)의 각 픽셀에 입력된 신호를 그대로 픽셀의 사이즈에 따라서 적분하여 구한 것이다. 또한，실제로 이미지 센서(104)에 의해 판독되는 신호의 진폭은, 이미지 센서(104)에 입력된 신호를 제곱하여 픽셀의 사이즈에 따라서 적분한 결과의 제곱근을 계산함으로써 구한 것이다.
각 도면에서는, 본래 얻어질 판독 신호 진폭을 수평축에, 실제로 이미지 센서(104)에 의해 판독되는 신호 진폭을 수직축에 취하고, 그들 관계를 플로팅(plotting)하여 나타내고 있다. 수평축 = 입력에 대하여, 수직축 = 출력이 선형의 관계에 있으면, 플롯(plot)은 직선으로 되므로, 일반적으로 이와 같은 도면은 "선형성을 보기 위한 도면"이라고 부르고 있다.
또한，이 경우의 시뮬레이터에서는, SLM(101)의 1개의 픽셀을 16×16 블록으로 분할하고, 또한, 이미지 센서(104)의 1개의 픽셀의 사이즈는 8×8 블록의 사이즈로 설정하고 있다. 즉, 오버샘플링 레이트는 2배이다(2×2의 오버샘플링). 이 경우, 이미지 센서(104)에서의 1개의 픽셀에서의 중심 부분의 5×5 블록의 영역만이 유효하다는 가정 하에 적분을 행한다. 이 조건은, 이미지 센서(104)의 실제의 필 팩터(actual fill factor)에 기초하여 설정한 것이다. 또한，애퍼처 사이즈는 나이퀴스트 애퍼처 사이즈인 1.2×1.2로 설정하였다.
도 71a 내지 도 72b의 시뮬레이션에서는, 의도적으로 재생 화상의 조사 위치 시프팅은 행해지지 않았음이 자명하다. 따라서, 상기 2×2의 오버샘플링(즉, 정수배의 오버샘플링)을 이용하는 경우, 이미지 센서(104)의 2×2 픽셀의 영역 내에 1개의 데이터 픽셀이 들어가게 된다(도 69의 상태와 같다). 또한，이점에서도 이해되는 바와 같이, 이 경우의 시뮬레이션에서는, 데이터 픽셀 위치는 미리 알고 있는 것이며, 위치 식별을 위한 처리는 행해지지 않았다.
도 71a는 위상 마스크(102)를 형성하지 않은 경우(위상 마스크가 없는 경우) 의 "선형성을 보기 위한 도면"을, 도 71b는 위상 마스크(102)를 형성한 경우(위상 마스크가 있는 경우)의 "선형성을 보기 위한 도면"을 각각 나타내고 있다. 도 71a를 참조하여 알 수 있는 바와 같이, 위상 마스크가 없는 경우에도, 신호 내에 있는 네가티브 진폭이 정류되어, 폴딩(folding)이 발생하고 있는 것을 확인할 수 있다.
또한，도 71b의 위상 마스크가 있는 경우에는, 수평축의 본래의 신호의 진폭이 네가티브로 되는 영역에서는, 전혀 선형성을 갖지 않은 것을 분명히 확인할 수 있다.
또한，다음의 도 72a 및 도 72b에는, 오버샘플링 레이트를 정수배 이외의 레이트로 설정하고, 또한, 선형 보간에 의한 진폭값 계산을 행한 경우에서의 선형성을 보기 위한 도면을 나타낸다. 도 72a는 위상 마스크가 없는 경우, 도 72b는 위상 마스크가 있는 경우를 나타낸다 도 72a에서는, 수평축을 도 71a에서 계산한 2×2의 오버샘플링의 결과를 단순하게 솎아내어 얻은 1×1 픽셀의 진폭값으로 하고, 수직축을 1.33×1.33의 오버샘플링의 결과로부터 처리 대상 픽셀 위치의 진폭값을 선형 보간에 의해 계산한 결과로 하며, 그들의 관계는 플롯점으로 나타난다.
또한，도 72b에서는, 수평축을 도 71b에서 계산한 2×2의 오버샘플링의 결과를 단순하게 솎아내어 얻은 1×1 픽셀의 진폭값으로 하고, 수직축을 1.33×1.33의 오버샘플링의 결과로부터 처리 대상 픽셀 위치의 진폭값을 선형 보간에 의해 계산한 결과로 하며, 그들의 관계는 플롯점으로 나타낸다.
확인을 위해 설명하자면, 전술한 바와 같이, 이 경우의 시뮬레이션에서는, 재생 화상을 의도적으로 조사 위치 시프팅하지 않으므로, 수평축의 값은, 도면에서 도시한 바와 같이, 픽셀 매칭이 취해지고 있을 때의 신호의 진폭으로서 취급될 수 있다.
또한，도 72a 및 도 72b도는 도 71a 및 도 71b에서 이용한 시뮬레이터를 사용한 결과를 나타내지만, 상술한 바와 같이, 시뮬레이터에서는, SLM(101)의 1개의 픽셀의 사이즈가 16×16 블록으로 되어 있으므로, 이미지 센서(104)의 1개의 픽셀 사이즈를 12×12 블록으로 설정하면, 16/12≒1.33배에 의한 오버샘플링 레이트를 설정할 수 있음을 주지하라. 이 경우에도, 이미지 센서(104)의 1 픽셀 내의 유효 영역은, 중심 부분의 5×5의 영역으로 설정한다.
도 72a 및 도 72b를 참조하여 알 수 있는 바와 같이, 오버샘플링 레이트를 정수 이외의 중도의 값(halfway value)으로 설정하고, 데이터 픽셀 위치의 진폭값을 선형 보간에 의해 계산하는 경우에는, 위상 마스크가 없는 경우, 위상 마스크가 있는 경우에서 모두, 수직축 및 수평축의 진폭의 불일치(즉, 선형성의 낮음)의 정도가 크게 된다. 도 72a의 위상 마스크가 없는 경우에서의 진폭값의 불일치도 상당히 큰 것이 되지만, 도 72b의 위상 마스크가 있는 경우, 진폭값의 불일치는 심하게 커서, 실용화 단계 전에 문제가 된다.
도 71a 내지 도 72b의 시뮬레이션 결과가 나타내는 바와 같이, 종래의 홀로그램 기록/재생 시스템은, 비선형성을 갖는다. 이와 같은 비선형성의 문제로부터, 종래의 기록/재생 시스템에서는, 전술한 샘플링 정리가 적정하게 성립하지 않는 것으로 되어 있다. 즉, 종래의 비선형의 시스템에서는,
오버샘플링 레이트 > 애퍼처 사이즈
의 조건을 설정하여도, 적정하게 데이터 재생을 행할 수 없는 경우가 있다.
구체적으로, 종래의 기록/재생 시스템에서는, 애퍼처 사이즈 2.0 정도, 오버샘플링 레이트 2.0 정도의 설정으로, 실용화에 충분한 일시적 재생 성능을 확보할 수 있다다.
여기에서, 전술한 바와 같이, 애퍼처 사이즈는, 그 값을 작게 함으로써 고기록 밀도화를 실현할 수 있다. 따라서, 이러한 관점으로부터 보면, 애퍼처 사이즈로서는, 가능한한 작게 하는 것이 바람직하다.
그러나, 애퍼처 사이즈는, 상기 비선형의 문제로부터, 전술한 2.0 이하로 내리는 것이 곤란하다. 즉, 애퍼처 사이즈를 축소화한 경우, 고주파수 성분의 대역 제한 폭도 확대되므로，그만큼, 이미지 센서(104)에 의해 판독된 신호에 왜곡이 생기기 쉽다. 그러나, 비선형 시스템에서는, 이와 같은 판독 신호에 생긴 왜곡을 적정하게 보정하는 것이 매우 곤란하게 되어, 그 결과, 애퍼처 사이즈를 소정 이하로 저하시키는 것, 구체적으로는, 전술한 2.0 정도보다 저하시키는 것이 곤란하다.
또한，이와 같은 애퍼처 사이즈에 대한 제약으로부터, 종래의 기록/재생 시스템에서는, 오버샘플링 레이트에 대해서도 2.0 이하로 내릴 수 없는 것으로 되어 있다. 즉, 전술한 샘플링 정리에 의하면, 오버샘플링 레이트의 값은 적어도 애퍼처 사이즈의 값보다도 크게 될 필요가 있기 때문에, 오버샘플링 레이트는 2.0보다 크게 할 필요가 있다.
오버샘플링 레이트가 크면, 데이터 재생에 있어서 취급하는 데이터량은 증대화하는 경향으로 되고, 고전송 레이트의 실현을 방해한다. 이로부터, 애퍼처 사이 즈에 대한 제약을 해소할 수 없으면, 전송 레이트의 향상도 실현되지 않는다.
이상과 같이 하여, 종래의 홀로그램 기록/재생 시스템에서는, 고기록 밀도화 및 고전송 레이트를 실현하는 것이 곤란하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 재생 장치는, 픽셀 단위의 광 강도차의 정보에 의해 비트 데이터가 배열된 신호광과, 참조광이 간섭하여 상기 신호광에 따른 홀로그램 페이지가 기록된 홀로그램 기록 매체에 대하여 재생을 행하는 재생 장치로서，상기 홀로그램 기록 매체에 기록된 상기 홀로그램 페이지에 대한 재생 화상을 얻음에 있어서 조사될 상기 참조광을 생성하는 참조광 생성 수단(reference light generating unit)과, 강도가 상기 재생 화상의 최소 진폭의 절대값보다도 크고, 위상이 상기 재생 화상 내의 참조 위상과 동위상으로 되는 코히런트광(coherent light)을 생성하는 코히런트광 생성 수단과, 입력 화상을 픽셀 단위로 수광하여 화상 신호를 얻는 이미지 센서와, 참조광을 상기 홀로그램 기록 매체에 유도함과 함께, 상기 참조광의 조사에 따라서 상기 홀로그램 기록 매체로부터 얻어지는 상기 재생 화상과, 상기 코히런트광을 상기 이미지 센서에 유도하도록 구성된 광학 시스템을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따라서, 상기 재생 화상 내에서 1 데이터 비트분의 정보를 나타내는 1 데이터 픽셀 분의 화상을 상기 이미지 센서측의 몇 픽셀로 수광할지의 비율을 나타내는 오버샘플링 레이트가, 적어도 1 보다도 크게 되도록 상기 이미지 센서의 픽셀수 및 상기 광학 시스템이 조정되어 있다.
또한, 이러한 양상을 기초로 하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 재상 장치는, 상기 이미지 센서에 의한 수광 동작에 기초하여 얻어진 화상 신호를 입력하고, 그 화상 신호를 구성하는 각 값의 제곱근을 계산하는 제곱근 계산 수단과, 상기 제곱근 계산 수단에 의한 제곱근 계산 결과로서의 화상 신호로부터 상기 코히런트광 성분을 제거하는 제거 수단과, 제거 수단에 의한 제거 처리 후의 화상 신호로부터 상기 재생 화상에 포함되는 각 데이터 픽셀의 위치를 식별하는 픽셀 위치 식별 수단과, 상기 픽셀 위치 식별 수단에 의해 식별된 각 데이터 픽셀의 위치의 정보에 기초하여, 상기 화상 신호 내에서의 각 데이터 픽셀 위치에서의 진폭값을 취득하는 픽셀 진폭값 취득 수단과, 상기 픽셀 진폭값 취득 수단에 의해 취득된 각 데이터 픽셀 위치에서의 진폭값에 기초하여, 기록 데이터를 재생하는 재생 수단을 더 포함한다.
상기한 바와 같이 본 발명에서는, 이미지 센서에 의해 재생 화상을 오버샘플링을 통해 판독하고, 이미지 센서에 의해 판독된 화상 신호에 관한 신호 처리에 따라, 각 데이터 픽셀의 위치를 식별한다. 즉, 이와 같은 본 발명은, 광학적인 픽셀 매칭이 취해지지 않은 경우를 전제로 하고 있는 것이다.
여기에서, 전술한 바와도 같이, 종래의 홀로그램 재생 시스템에서는, 재생 화상에 포함되는 위상의 정보는 검출되는 일은 없으며, 광의 강도에 대한 검출만이 행해진다. 이 강도로서는, 재생 화상의 진폭의 절대값(제곱값)이 검출되는 것에 상당한다. 따라서，상기 본 발명의 일 실시예에서는, 참조광을 조사하여 데이터의 판독을 행할 때에, 강도가 상기 재생 화상의 최소 진폭의 절대값보다도 큰 코히런 트광을 함께 조사하여서, 이것에 의해 원래의 진폭값에 이 코히런트광의 강도에 따른 값을 가산한다. 또한, 이와 같이 코히런트광 성분이 가산되어 얻어지는 재생 화상에 대하여, 그 진폭의 제곱값이 검출되어 얻어지는 화상 신호의 각 값의 제곱근을 계산하고, 또한, 가산된 성분을 제거하고나서 데이터 재생을 행한다.
이와 같이 재생 화상의 최소 진폭(예를 들면, -1)의 절대값보다도 큰 값(예를 들면, 1.5)을 가산하고, 그 제곱값으로서 검출되는 화상 신호의 각 값에 대하여 제곱근을 계산한 후에, 가산한 코히런트광 성분을 더 제거하여서, 네가티브 진폭(-1)이 적정하게 판독된다. 즉, 이것에 의해 위상 마스크가 이용되어 "+1", "0", 및 "-1"에 의한 3치(three values)가 기록되는 경우에도, "+1", "0", 및 "-1"을 적정하게 판독할 수 있고, 이것에 의해 선형 판독이 실현된다.
또한，본 발명에서는, 코히런트광의 위상을 재생 화상과 동위상으로 설정하는 것을 조건으로 하고 있는데, 이는, 만약 코히런트광의 위상을 시험적으로 동위상으로 설정하지 않은 경우에는 재생 화상에 코히런트광에 따른 진폭값을 적정하게 가산할 수 없기 때문이다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따라서, 홀로그램 기록 매체에 기록된 정보를 선형으로 판독할 수 있다. 이와 같이 선형 판독이 실현됨으로써, 종래의 애퍼처 사이즈에 대한 제약은 없앨 수 있어, 애퍼처 사이즈는 종래보다도 축소화할 수 있다. 그리고, 애퍼처 사이즈의 축소화가 가능하게 되면, 나이퀴스트 샘플링 정리(오버샘플링 레이트 > 애퍼처 사이즈의 조건)로부터, 오버샘플링 레이트에 대해서 도 종래보다 저하시킬 수 있다.
이와 같이 애퍼처 사이즈의 축소화 및 오버샘플링 레이트의 저하가 가능하게 됨으로써, 홀로그램 기록 매체에 대한 데이터의 고기록 밀도화 및 데이터 전송 레이트의 향상을 실현할 수 있다.
이하, 발명을 실시하기 위한 최량의 형태(이하, "실시예"라고 함)에 대하여 설명해 간다.
<제1 실시예>
[재생 장치의 구성]
도 1은, 본 발명에 따른 재생 장치의 일 실시예로서의, 기록/재생 장치(1)의 내부 구성에 대하여 나타낸 블록도이다. 또한，도 1에서는 주로 기록/재생 장치(1)의 광학 시스템, 기록 데이터 변조 시스템, 및 재생 시스템의 구성만을 나타내고 있으며, 다른 부분에 대해서는 생략하고 있다.
본 실시예에서는, 홀로그램 기록/재생 시스템으로서, 소위 코액시얼 시스템이 이용된다. 즉, 신호광과 참조광을 동일축 상에 배치하고, 신호광과 참조광은 모두 홀로그램 기록 매체 HM에 조사되어, 간섭 줄무늬를 이용하여 데이터 기록을 행하고, 재생 시에는, 참조광만이 홀로그램 기록 매체 HM에 조사되어서, 간섭 줄무늬에 따라 기록된 데이터를 재생한다. 이 경우, 도 1에서의 홀로그램 기록 매체 HM은, 반사막을 구비한 소위 반사형 홀로그램 기록 매체로 하고, 기록/재생 장치(1)는 반사형 홀로그램 기록 매체 HM에 대응한 구성을 갖는다.
도 1에서, 우선 레이저 다이오드(LD)(2)는, 기록/재생을 위한 레이저 광을 얻기 위한 광원으로서 설치된다. 레이저 다이오드(2)로서는, 외부 공진기를 갖는 레이저 다이오드가 이용되고, 레이저 광의 파장은 예를 들면, 410㎚ 정도이다. 레이저 다이오드(2)로부터의 출사광은 콜리메이터 렌즈(3)를 통해서 평행광으로 되도록 된 후, SLM(공간광 변조부)(4)에 입사한다.
SLM(4)은, 입사광에 대한 공간광 변조로서, 공간광 강도 변조(이하, 간단히 "강도 변조"라고도 함)와 공간광 위상 변조(간단히 "위상 변조"라고도 함)를 모두 실시한다.
여기에서, SLM(4)에 의한 공간광 변조에 따라서는, 홀로그램 기록 매체 HM에 대한 데이터 기록을 행함에 있어서 필요한, 신호광 및 참조광을 생성한다. 신호광은 기록 데이터에 따른 강도 변조를 받은 광이고, 참조광은 상기 신호광과 간섭하여 홀로그램 기록 매체 HM에 간섭 줄무늬를 형성시키기 위해 필요한 데이터이다.
SLM(4)에는, 상기 신호광 및 참조광의 생성이 가능해지도록, 도 2에 도시한 바와 같은 참조광 에리어(A1), 신호광 에리어(A2) 및 갭 에리어(A3)가 규정되어 있다. 구체적으로는，도 2에 도시한 바와 같이, SLM(4)의 중심 부분을 포함하는 원형의 에리어가, 신호광 에리어(A2)로서 정해져 있다. 그리고, 그 외주 부분에 대해서는, 갭 에리어(A3)를 이격하고, 신호광 에리어(A2)와 동심원으로 되는 참조광 에리어(A1)가 정해져 있다. 또한，상기 갭 에리어(A3)는, 참조광이 신호광 에리어(A2)에 누설되어 노이즈로 되는 것을 피하기 위한 영역으로서 정해져 있다.
도 1에서, SLM(4)에 의한 강도 변조, 위상 변조의 각 동작은, 강도/위상 제 어부(12)의 제어에 기초하여 행해진다. 일 실시예로서 SLM(4) 및 강도/위상 제어부(12)에 의해 실현되는 특정 공간광 변조 동작은 후술되지만, 이 경우의 공간광 변조는, 신호광과 참조광이 기록시에 생성되고 참조광이 재생시에 생성된다는 점에서 종래 기술과 상이하지 않음이 자명하다.
SLM(4)에서 공간광 변조된 광은 릴레이 렌즈(7)를 투과해서, 도 1에 도시된 바와 같이 소정의 위치에 초점(focal point)에 도달하도록 집광된다. 이어서, 집광 후에 확산된 광은 릴레이 렌즈(7)에 입사함으로써 평행광으로 되도록 변환된다.
릴레이 렌즈(5)의 집광에 의해 형성되는 초점 위치, 즉, 푸리에면(주파수 평면)의 위치에 애퍼처(6)가 형성된다. 애퍼처(6)는, 광축 중심으로부터 소정 범위 내의 입사광만을 투과하도록 구성되어 있다. 기록 시에는, 애퍼처(6)에 의해 신호광의 직경이 축소되어, 고기록 밀도화가 달성된다.
릴레이 렌즈(7)를 투과한 광은, 편광 빔 스플리터(8)를 투과하고, 또한, 1/4 파장판(9)을 통한 후, 대물 렌즈(10)에 의해 집광되어, 홀로그램 기록 매체 HM에 조사된다.
전술한 바와 같이 기록시에는，SLM(4)에 의해 신호광과 참조광이 생성된다. 따라서, 기록시에는，상술한 경로에 의해 신호광과 참조광이 홀로그램 기록 매체 HM에 조사되고, 그 결과, 홀로그램 기록 매체 HM에는, 신호광과 참조광의 간섭 줄무늬(회절 격자, 홀로그램)가 형성된다. 이에 의해，데이터의 기록이 행해진다.
또한，전술한 바와 같이 재생 시에는, SLM(4)에 의해 참조광이 생성된다. 이 참조광이 상기 경로에 의해 홀로그램 기록 매체 HM에 조사됨으로써, 재생 시에 는, 홀로그램 기록 매체 HM에 형성된 홀로그램에 따른 회절광이 재생 광(재생 화상)으로서 얻어진다.
본 실시예의 홀로그램 기록 매체 HM은 반사형이다. 따라서 상기 재생 화상은, 홀로그램 기록 매체 HM으로부터의 반사광으로서 기록/재생 장치(1) 측으로 복귀되고, 대물 렌즈(10)를 통한 후, 1/4 파장판(9)을 통해서 편광 빔 스플리터(8)에 입사한다. 편광 빔 스플리터(8)에 입사한 재생광은, 편광 빔 스플리터(8)에 의해 반사되고, 도 1과 같이 이미지 센서(11)에 유도된다.
이미지 센서(11)는, 예를 들면, CCD(Charge　Coupled　Device) 센서나 CMOS(Complementary　Oxide　Semiconductor) 센서 등의 촬상 소자를 구비하고， 도 1에 도시된 바와 같이 유도된 홀로그램 기록 매체 HM으로부터의 재생 화상을 수광하고, 수광된 재생 화상을 전기 신호로 변환한다. 이에 의해, 재생 시에는, 상기 재생 화상(기록된 화상)에 대한 광 강도 검출 결과를 나타내는 수광 신호(화상 신호)가 얻어진다. 즉, 기록된 데이터에 대한 판독 신호가 얻어진다. 이미지 센서(11)에 의해 얻어진 상기 재생 화상에 대응하는 화상 신호는, 데이터 재생부(13)에 공급된다.
데이터 재생부(13)는, 상기 화상 신호에 대한 소정의 재생 신호 처리 및 디코드 처리를 행함으로써, 기록 데이터의 재생을 행한다. 또한，데이터 재생부(13)에 의한 동작 및 그 내부 구성에 대해서는 후술한다.
[오버샘플링]
여기에서, 도 1에 도시한 바와 같은 홀로그램 기록/재생 시스템에서는, 광학 적인 왜곡이나 확대율/축소율 등의 문제로부터, 재생 화상에 내에서의 SLM(4)의 각 픽셀("데이터 픽셀"이라고도 함)의 화상과, 이미지 센서(11) 측의 각 픽셀("디텍터 픽셀"이라고도 함)를 엄밀하게 일대일로 맞추는 것이 매우 곤란하다. 즉, 이와 같은 엄밀한 의미에서의 픽셀 매칭이 취해지도록 광학 시스템을 구성하는 것은, 현실적으로는 불가능에 가깝다.
그 때문에，본 실시예로서도, 엄밀하게 광학적인 픽셀 매칭은 취해지지 않는 것을 전제로 하여, 이미지 센서(11)에 의해 얻어지는 화상 신호 내의 어느 위치에 각 데이터 픽셀이 위치하고 있는지를 식별하는 처리를 행한다. 그리고, 이와 같은 데이터 픽셀 위치의 식별을 유효하게 행하는 것을 할 수 있도록, 오버샘플링을 행한다.
전술한 도 69에서의 설명으로부터도 이해되는 바와 같이, 이 오버샘플링은, 1 데이터 픽셀분의 화상을, 이미지 센서(11) 상의 n 픽셀(n > 1)분의 영역에서 수광한다. 이와 같은 오버샘플링은, 재생 화상의 시프팅이 픽셀 미만 단위에서 생긴 경우에도 대응 가능해지도록, 실행된다. 예를 들면, 오버샘플링 레이트가 2×2=4배로 설정되는 경우(즉, 1 데이터 픽셀분의 화상을 이미지 센서(11)의 2×2=4 픽셀분의 영역에서 수광하는 경우), 이미지 센서(11)로부터는, 4배의 해상도를 갖는 화상 신호가 출력된다.
도시에 의한 설명은 생략하였지만, 도 1에 도시한 기록/재생 장치(1)는, 이와 같은 오버샘플링으로, SLM(4)과 이미지 센서(11) 간의 픽셀수의 설정 및 광학 시스템의 조정(특히, 배율의 조정)을 행한다.
[위상 변조 기록 및 싱크의 삽입]
상기 설명으로부터도 이해되는 바와 같이, 도 1에 도시한 기록/재생 장치(1)에서는, 애퍼처(6)에 의해 신호광의 사이즈의 축소되고, 미디어 상에서의 홀로그램 페이지의 점유 면적의 축소화에 수반하는, 고기록 밀도화가 달성된다. "홀로그램 페이지"란, 신호광과 참조광의 1번의 조사에 의해 형성되는 간섭 줄무늬와 동일한 의미이다. 환언하면, 홀로그램 페이지는, 홀로그램 기록 매체 HM에 기록할 수 있는 데이터의 최소 단위를 가리키는 것으로도 정의할 수 있다.
그리고, 본 실시예에서는, 이와 같은 애퍼처(6)에 의한 홀로그램 페이지의 점유 면적의 축소화와 관련된 고기록 밀도화와 함께, 도 64를 참조하여 상술한 위상 마스크(102)와 마찬가지로，신호광에 "0" 및 "π"의 위상 변조(2치 랜덤 위상 패턴)를 부여함으로써, 홀로그램 기록 매체 HM에 신호광이 조사되었을 때에 생긴다고 하는 DC 성분의 억압을 실현하고, 이것에 의해 홀로그램 페이지의 다중 기록을 가능하게 하여 기록 밀도의 향상을 실현한다. 본 실시예의 경우, 이러한 다중 기록에 의한 고기록 밀도화를 실현하기 위한 위상 마스크에 상당하는 위상 변조는, SLM(4)에 의해 행해진다.
도 3은, 도 1에 도시되는 SLM(4)과, 강도/위상 제어부(12)의 내부 구성에 대하여 주로 도시한 도면이다. 또한, 도 3에서, 레이저 다이오드(2)와 홀로그램 기록 매체 HM과 함께, 레이저 다이오드(2)로부터 출사되어 SLM(4)으로 유도되는 광과, SLM(4)을 통하여 홀로그램 기록 매체 HM에 대하여 유도되는 광에 대해서도 함께 나타남을 주지하라.
도 3에 나타내지는 바와 같이, SLM(4)은, 전술한 신호광 및 참조광의 생성을 위한 강도 변조를 행하는 강도 변조기(4a)를 가짐과 함께, 강도 변조기(4a)에 의한 강도 변조가 실시된 광에 대하여 위상 변조를 실시하는 위상 변조기(4b)를 갖는다. 본 실시예의 경우, 위상 변조기(4b)로서는, 픽셀 단위로 가변적인 위상 변조가 가능한 투과형 액정 패널을 이용한다.
여기에서, 이와 같이 픽셀 단위로 가변적인 위상 변조가 가능한 액정 패널로서는, 내부 액정 소자를, 다음의 도 4a 및 도 4b에 도시한 생각에 기초하여 구성함으로써 실현할 수 있다. 도 4a는, 액정 패널 내의 액정 소자에 구동 전압을 인가하지 않고 있는 상태(즉, 구동 전압 OFF의 상태)에서의 액정 분자의 모습을 나타내고, 도 4b는 액정 소자에 소정의 구동 전압을 인가한 상태(즉, 구동 전압 ON의 상태)에서의 액정 분자의 모습을 나타내고 있다. 도시한 바와 같이, 도 4a의 구동 전압 OFF의 상태에서는, 액정 분자는 수평 배향으로 되고, 또한, 도 4b에 도시한 구동 전압 ON의 상태에서는 액정 분자는 수직 배향으로 변화하게 된다.
이 때, 액정 소자의 굴절률 n에 대하여, 구동 전압 OFF에 의한 상기 수평 배향시의 굴절률을 "nh", 소정 레벨에서의 구동 전압 ON에 의한 상기 수직 배향시의 굴절률을 "nv"로 하고，액정 소자의 두께를 d로 한 경우, 구동 전압 OFF 시에 공급되는 위상 변화량은 "d×nh"로 되고, 구동 전압 ON 시에 공급되는 위상 변화량은 "d×nv"로 된다. 따라서, 구동 전압의 ON/OFF에 의해 부여되는 위상차 Δnd는,
Δnd = d × nh - d × nv
로 표현된다.
이 관계식에 의해, 픽셀 단위로 주어진 위상차를 부여함은, 액정 소자의 두께 d를 조정하여 실현될 수 있다.
본 실시예의 위상 변조기(4b)는, 액정 소자의 두께 d를 조정함으로써, 예를 들면, 위상차 Δnd=π로 되도록 설정된다. 따라서, 각 픽셀마다 ON/OFF의 구동 전압의 절환(switchover)을 행함으로써 "0"과 "π"의 2치에 의한 광 위상 변조를 실시하는 것이 가능하다.
또한，상기한 바와 같이 소정 레벨에 의한 구동 전압 ON시와 구동 전압 OFF시에서 위상 "0" 및 "π"의 변조를 행할 수 있음은, 구동 전압 레벨을 상기 소정 레벨까지 단계적으로 제어함으로써, 위상은 "0" 내지 "π"까지 단계적으로 변화시킬 수 있다. 예를 들면, 구동 전압 레벨을 상기 소정 레벨의 1/2로 하면, 위상 "π/2"에 의한 변조도 가능하다.
다시 도 3을 참조하면, SLM(4)은, 픽셀마다 위상 변조 가능한 위상 변조기(4b)가, 강도 변조기(4a)와 일체적으로 형성되어 이루어진다. 즉, 강도 변조기(4a)의 각 픽셀과 위상 변조기(4b)의 각 픽셀이 일대일의 위치 관계에서 각각의 범위가 일치하도록 포지셔닝되어, 강도 변조기(4a)와 위상 변조기(4b)가 일체적으로 형성된다. 이와 같은 구조로, 강도 변조기(4a)를 투과하여 얻어지는 신호광 및 참조광으로 될 광에, 픽셀 단위로 엄밀하게 일치시킨 위상 변조 패턴에 의해 위상 변조를 실시하는 것이 가능하다.
본 실시예에서，위상 마스크로서 위상 변조를 실시함에 있어서 픽셀 단위에서 가변적인 위상 변조가 가능한 위상 변조기(4b)를 이용하도록 하는 이유는 이하 의 이유에 의한다. 위상 마스크로서 DC 성분을 억압하면서, 기록 시에, 신호광에 "0" 및 "π"의 2치 랜덤 위상 패턴에 의한 위상 변조를 실시하지만, 본 실시예의 경우, 재생 시에는, 후술하는 코히런트광의 가산을 행하기 위해서, 신호광 에리어(A2) 내의 모든 픽셀에는 소정의 위상(구체적으로는, "π/2"의 위상 변조)을 부여할 필요가 있다. 이 점으로부터, 본 실시예의 경우에는, 기록시와 재생시에 신호광 에리어(A2) 내에 부여하는 위상이 절환 가능할 필요가 있어서, 가변적ㅇ니 위상 변조가 가능한 위상 변조기(4b)를 이용할 필요가 있다.
또한，본 실시예에서，기록 시에는, 미리 정해진 기록 포맷에 따라서, 신호광 내에 싱크라고 불리는 소정의 데이터 패턴을 삽입한다. 구체적으로, 본 실시예의 기록 포맷에서는, 상기 싱크를, 신호광 에리어(A2) 내에 소정의 픽셀 간격으로 등간격으로 삽입한다. 보다 구체적으로, 이 경우의 각 싱크의 사이즈는, 4×4 픽셀이다. 신호광 에리어(A2) 내에는, 싱크가 수평 방향 및 수직 방향의 쌍방향에서 소정의 간격 i_sper 마다 배치된다(예를 들면, 도 70 및 도 10을 참조).
전술한 도 70에서 설명한 바와 같이, 싱크는, 재생 시에, 이미지 센서(11)에서 얻어진 재생 화상에 관한 화상 신호 내에서의, 데이터 픽셀의 위치의 식별을 행할 때에 이용된다.
상술한 바와 같은 위상 마스크로서 위상 변조 및 기록 포맷을 따른 신호광의 생성 동작은, 도 3에 도시한 강도/위상 제어부(12)가, SLM(4)의 강도 변조기(4a) 및 위상 변조기(4b)를 제어함으로써 실현된다. 도 3에서, 강도/위상 제어부(12)는, 부호화부(15), 매핑부(16), 강도 변조 드라이버(17) 및 위상 변조 패턴 생성 부(18), 위상 변조 드라이버(19)를 포함한다.
우선, 기록 시에, 부호화부(15)에, 도 1에 도시한 기록 데이터가 입력되고, 그 기록 데이터에 기록 포맷에 따른 소정의 기록 변조 부호화 처리를 실시한다. 예를 들면, 홀로그램 기록/재생에서 통상 이용되는 스파스 부호화(sparse code)로서, 기록 데이터의 1 바이트(8 비트)를 4×4=16 비트의 정방형 블록 형상의 데이터 배열로 변환한다. 이 4×4=16 비트의 데이터 배열은 "심볼"이라고 불리고, 기록 부호화의 최소 단위이다.
매핑부(16)는, 기록 시에, 상기 부호화부(15)에 의해 부호화된 데이터를, 기록 포맷에 따라서 신호광 에리어(A2) 내에 배열한다. 이 때, 매핑부(16)는, 기록 포맷에 따라서 전술한 싱크를 소정의 간격 i_sper 마다 삽입한다. 이와 같은 매핑 처리에 의해, 1 홀로그램 페이지분의 데이터 패턴이 생성된다.
또한，매핑부(16)는, 이와 같은 신호광 에리어(A2)로의 데이터의 매핑과 함께, 참조광 에리어(A1)의 소정의 픽셀을 "1", 그 이외의 픽셀을 "0"으로 설정하며, 또한, 갭 에리어(A3)와 참조광 에리어(A1)로부터 외주 부분을 모두 "0"으로 한 데이터 패턴을 생성하고, 이 데이터 패턴과 상기 신호광 에리어(A2) 내의 데이터 패턴을 함께 조합하여서, 강도 변조기(4a)의 모든 유효 픽셀분의 데이터 패턴을 생성한다.
이와 같이 하여 생성된 강도 변조기(4a)의 모든 유효 픽셀분의 데이터 패턴은, 강도 변조 드라이버(17)에 공급되고, 그 강도 변조 드라이버(17)는, 이 데이터 패턴에 기초하여 강도 변조기(4a)의 각 픽셀을 구동 제어한다. 따라서, 기록 데이 터에 의한 패턴에 따라 강도 변조가 실시된 신호광의 기본으로서 작용하는 광과, 또한, 소정 패턴에서 강도 변조된 참조광의 기본으로서 작용하는 광이 생성된다.
또한，기록 시에, 강도/위상 제어부(12)는, 이와 같은 강도 변조기(4a)에 대한 구동 제어를 위한 동작과 함께, 위상 변조기(4b)에 대한 구동 제어를 위한 동작도 행한다.
우선, 위상 변조 패턴 생성부(18)는, 위상 마스크로서 위상 변조를 행하기 위해, 미리 설정된 소정의 데이터 패턴에 기초하여, 위상 변조기(4b)의 신호광 에리어(A2) 내에 설정할 위상 변조 패턴을 생성한다. 본 실시예의 경우에도, 위상 마스크로서 작용하는 위상 변조 패턴은, 2치 랜덤 위상 패턴 세트를 갖는다. 또한, 위상 변조 패턴 생성부(18)는, 위상 변조기(4b)의 참조광 에리어(A1)에 설정할 위상 변조 패턴으로서, 소정의 위상 변조 패턴을 생성한다.
위상 변조 패턴 생성부(18)는, 이와 같이 하여 생성한 신호광 에리어(A2)와 참조광 에리어(A1)에 관한 위상 변조 패턴(대응하는 각 픽셀의 제어 패턴)을 조합하여 위상 변조기(4b)의 모든 유효 픽셀분의 위상 변조 패턴을 생성한다. 이 때, 신호광 에리어(A2)와 참조광 에리어(A1) 이외의 픽셀은, 예를 들면, 위상 "0"에 대응한 값으로 설정될 수 있다. 이와 같이 하여 생성한 위상 변조 패턴을 위상 변조 드라이버(19)에 공급한다.
위상 변조 드라이버(19)는, 위상 변조 패턴 생성부(18)로부터 공급되는 위상 변조 패턴에 기초하여, 위상 변조기(4b)의 각 픽셀을 구동 제어한다. 이것에 의해 SLM(4)으로부터 최종적으로 출력되는 신호광에, 위상 마스크로서 2치 랜덤 위상 패 턴에 의한 위상 변조를 실시할 수 있고, 또한，참조광에 대해서도 소정의 위상 변조 패턴에 의한 광 위상 변조가 실시된다.
상술한 강도/위상 제어부(12)에 의한 기록시의 동작에 대응하여 얻어진, 강도 변조기(4a)의 출력 화상과, 위상 변조기(4b)의 출력 화상은, 전술한 도 67a 및 도 67b를 참조하여 전술한 바와 동일하다. 즉, 강도 변조기(4a)의 출력 화상은, 도 67a에 도시된 바와 같이, 신호광 에리어(A2) 내에는 비트 "0" 및 "1"의 패턴 배열이 얻어진다. 또한，참조광 에리어(A1)에 대해서는, 소정의 "0" 및 "1"의 패턴에 기초하는 강도 변조가 행해짐으로써，도 67a 및 도 67b에 도시된 바와 같이 "0" 및 "1"의 패턴이 발생하게 된다.
또한，위상 변조기(4b)의 출력 화상으로서는, 도 67a에 도시된 바와 같은 강도 변조기(4a)에 의한 출력 화상에 위상 마스크로서 위상 변조가 실시됨으로써, 도 67b와 같이 신호광 에리어(A2) 내에는 "+1", "0" 및 "-1"이 랜덤하게 발생하고 있는 것을 알 수 있다. 또한, 참조광 에리어(A1)에 대해서도 소정의 위상 변조가 행해짐으로써, "+1", "0" 및 "-1"의 3치가 발생하고 있는 것을 확인할 수 있다.
또한, 홀로그램 페이지의 다중 기록이 전술되었는데, 이제 또 간단히 기술될 것이다. 다중 기록을 행하는 경우, 기록 때마다, 참조광의 패턴(강도, 위상)을 계속해서 바꾸어 홀로그램 페이지의 다중 기록을 행한다. 또한，다중 기록된 홀로그램 페이지의 재생 시에는, 참조광의 패턴(강도, 위상)을 기록시와 동일한 패턴으로 설정함으로써, 처리 대상인 홀로그램 페이지를 선택적으로 판독할 수 있다.
[코히런트 가산]
여기에서, 전술한 바와 같이, 재생 시에 참조광만을 조사하는 종래의 홀로그램 기록/재생 시스템은, 재생 화상에 관한 화상 신호를 얻는 이미지 센서가 위상 정보까지를 검출할 수 없다는 점에서, 비선형성이다. 이와 같은 비선형성의 문제로부터, 종래의 기록/재생 장치에서는, 애퍼처 사이즈(애퍼처(6)에서의 입사광의 투과 영역의 사이즈에 의해 결정함)를 소정 이하로 축소화할 수 없어, 홀로그램 기록 매체 HM에 대한 데이터의 고기록 밀도화를 실현하는 것이 곤란하게 되어 있었다.
또한，홀로그램 기록/재생 시스템에서는, 전술한 나이퀴스트의 샘플링 정리로부터, 적어도
오버샘플링 레이트 > 애퍼처 사이즈
로 할 필요가 있기 때문에, 상기 애퍼처 사이즈에 대한 제약에 의해, 오버샘플링 레이트는 소정 이하로 저하시킬 수 없고, 그 결과, 재생시의 데이터 전송 레이트의 향상을 실현하는 것도 곤란하다고 생각되었다. 따라서 본 실시예에서는, 선형 판독을 가능하게 하여, 애퍼처 사이즈의 새로운 축소화를 가능하게 하고, 이것에 의해 오버샘플링 레이트에 대해서도 더 저하시킬 수 있도록 함으로써, 종래의 문제점의 해결을 실현한다.
본 실시예에서는, 이러한 선형 판독은, 재생 시에 참조광과 함께 코히런트광을 조사함으로써 실현된다. 코히런트광은, 진폭 및 위상이 균일한 광을 의미한다. 구체적으로, 본 실시예에서의 "코히런트광"은, 그 위상이, 참조광의 조사에 따라서 홀로그램 기록 매체 HM으로부터 얻어지는 재생 화상 내의 기준 위상과 동위상이며, 또한, 그 강도가, 재생 화상의 최소 진폭의 절대값보다도 커지도록 설정된 광을 가리킨다.
여기에서, 용어 "재생 화상 내의 기준 위상 "은, 기록 시에, 위상 "0"에 의한 변조가 공급되어 기록된 데이터 픽셀의 위상을 의미한다.
이와 같은 코히런트광을 생성하기 위해서, 전술한 도 3에 도시한 강도/위상 제어부(12)는, 재생 시에 이하의 동작을 행한다. 여기에서, 전술한 설명에 의하면, 재생 시에 강도/위상 제어부(12) 내의 매핑부(16)는, 참조광 에리어(A1)만이 기록시와 동일한 "0" 및 "1" 패턴이고, 다른 영역은 전부 "0"인 데이터 패턴을 생성하고, 강도 변조 드라이버(17)는 이 데이터 패턴에 기초하여 강도 변조기(4a)의 각 픽셀을 구동 제어한다. 본 실시예에서는, 신호광 에리어(A2) 내에도 광을 더 투과시킴으로써, 균일한 광 강도에 의한 코히런트광을 생성한다.
구체적으로, 상기 매핑부(16)는, 참조광 에리어(A1)를 기록시와 동일한 "0" 및 "1" 패턴으로 설정하고, 또한, 신호광 에리어(A2)의 전체 영역을 "0" 이외의 소정의 값으로 설정하며, 다른 영역을 전부 "0"으로 설정한 데이터 패턴을 생성한다. 그리고, 이 데이터 패턴을 강도 변조 드라이버(17)에 공급한다.
여기에서, 강도 변조기(4a)에서, 각 픽셀의 구동 전압 레벨에 따라서 투과율을 변화시킨다. 즉, "0" 또는 "1"의 2치가 아니라, "0"에서 "1"까지 가변적으로 투과율을 변화시킬 수 있다.
이에 대응하여, 강도 변조 드라이버(17)는, 매핑부(16)로부터 공급되는 "1"(예를 들면, 256 스텝인 경우, "255"에 대응하는 값)에 따라서는 광 강도가 최 대인 구동 전압 레벨에서 해당 픽셀을 구동하고, "0"에 따라서는 광 강도가 최소인 구동 전압 레벨에서 해당 픽셀을 구동한다. 강도 변조 드라이버(17)는, 상기한 바와 같이, 매핑부(16)로부터 신호광 에리어(A2) 내의 데이터 패턴으로서 "0"이외의 소정의 값을 할당할 수 있으면, 그 값에 따른 구동 전압 레벨에서 강도 변조기(4a)의 신호광 에리어(A2) 내의 각 픽셀을 구동한다. 즉, 신호광 에리어(A2) 내에서 하여 매핑부(16)로부터 할당한 값에 따른 강도로 코히런트광이 얻어질 수 있다.
이와 같이 하여 매핑부(16)에서 신호광 에리어(A2) 내에 할당하는 값에 의해, 코히런트광의 강도를 가변적으로 설정할 수 있지만, 전술한 설명에 의하면, 코히런트광의 강도는, 재생 화상의 최소 진폭의 절대값보다 큰 값으로 하는 것이 조건으로 되어 있다. 이 조건을 충족시키는 강도는, 미리 매핑부(16)에서 설정한 값과 그것에 의해서 얻어지는 코히런트광의 강도에 대하여 실험을 행한 결과 등으로 상기 조건을 충족시키는 값을 취득함으로써 취득될 수 있으며, 그 값을 신호광 에리어(A2) 내에 설정할 값으로서 할당하면 된다.
도 5a는, 상기한 바와 같은 매핑부(16) 및 강도 변조 드라이버(17)에 의한 재생시의 동작에 기초하여 얻어지는 강도 변조기(4a)의 출력 화상을 모식적으로 나타내고 있다. 도 5a에서는, 진폭 "1"을 화이트로, 진폭 "0"을 블랙으로 나타내고 있지만, 전술한 바에 의하면, 이 경우에는 신호광 에리어(A2)가 소정 레벨의 구동 전압으로 구동됨으로써, 신호광 에리어(A2)에서 광이 투과하고 있는 것을 알 수 있다. 도 5a에서는, 신호광 에리어(A2) 전체의 값을 "1"로 한 경우를 나타내고 있으며, 신호광 에리어(A2)는 전체 영역에서 화이트로 된다. 또한，참조광 에리어(A1) 에 대해서는 이 경우에도 기록시와 동일한 "0" 및 "1"의 패턴이 얻어진다.
또한，도 3에서, 기록 시에는, 위상 변조 패턴 생성부(18)에서 이하의 동작을 행한다. 즉, 위상 변조 패턴 생성부(18)는, 위상 변조기(4b)의 참조광 에리어(A1)에 대하여, 기록시와 동일한 위상 변조 패턴으로서의 데이터 패턴을 생성하고, 신호광 에리어(A2)에 대하여, 그 전체 영역을 소정의 값으로 매립한 데이터 패턴을 생성한다. 위상 변조 패턴 생성부(18)는, 이 데이터 패턴을 조합하여 위상 변조기(4b)의 모든 유효 픽셀분의 데이터를 생성하고, 이것을 위상 변조 드라이버(19)에 공급한다.
위상 변조기(4b)도, 강도 변조기(4a)와 마찬가지로, 구동 전압 레벨에 따라서 가변적으로 각 픽셀을 구동하는 것이 가능하게 구성된다. 즉, 구동 전압 레벨에 따라서, 각 픽셀마다 위상을 "0" 내지 "π"로 가변적으로 변경할 수 있다. 따라서, 위상 변조 드라이버(19)도, 위상 변조 패턴 생성부(18)로부터의 값 "0" 내지 "1"(예를 들면, 256 스텝인 경우)에 따른 구동 전압 레벨에서 위상 변조기(4b)의 각 픽셀을 구동하도록 구성되어 있다.
상기한 바와 같이, 위상 변조 패턴 생성부(18)에 의해 생성된 데이터 패턴에서 신호광 에리어(A2)가 소정값으로 매립하는 경우, 위상 변조 드라이버(19)는, 위상 변조기(4b)의 신호광 에리어(A2)의 각 픽셀을 그 값에 따른 구동 전압 레벨에서 구동한다. 이것에 의해 신호광 에리어(A2)를 투과하여 얻어지는 코히런트광의 위상을, 상기 소정값에 따라서 가변적으로 설정할 수 있다.
여기에서, 코히런트광의 위상으로서는, 전술한 바와 같이, 재생 화상 내의 기준 위상과 동위상인 것이 조건으로 된다. 이와 같은 "재생 화상 내의 기준 위상과 동위상 "인 것을 달성하기 위해서는, 위상 변조기(4b)가 기록시에 위상 "0"의 변조를 부여한 픽셀의 위상을
기준 위상 = "0"
으로 하였을 때, 위상 변조기(4b)가 코히런트광(신호광 에리어(A2) 내)에 부여할 위상의 값을 "π/2"로 하면 된다.
이와 같이 하여, 코히런트광에 대하여"π/2"에 의한 위상 변조를 부여하는 것은, 이하와 같은 이유에 의한다. 즉, 홀로그램 기록/재생 방법에서는, 홀로그램 기록 매체 HM에 참조광을 조사하여 재생 화상을 얻었을 때, 그 재생 화상의 위상이, 기록 신호의 위상으로부터 π/2만큼 시프트하는 현상이 일어난다(이 점에 대해서는 하기의 참고 문헌 1을 참조). 이 점으로부터, 재생 화상 내의 기준 위상은 "0" 그대로가 아니라, "π/2"만큼 시프트한 것이며, 이것에 대응시키기 위해, 코히런트광에 부여하는 위상도 "π/2"로 설정하면 된다.
[참고 문헌 1] Kogelnik, H　"Coupled　wave　theory　for　thick hologram grating", Bell System Technical Journal, 48, 2909-47
이와 같이 하여, 코히런트광의 생성에 있어서는, SLM(4)(위상 변조기(4b))에서 신호광 에리어(A2) 내의 각 픽셀로 위상 "π/2"에 의한 변조를 부여하는 것으로 하면 된다.
이와 같은 위상 "π/2"에 의한 변조를 부여하기 위해서, 위상 변조 패턴 생성부(18)에서는, 신호광 에리어(A2) 내의 값으로서 "0.5"(256 스텝의 경우, "127" 에 대응하는 값)를 할당한다. 참고로서, 다음의 도 5b에서는, 상술한 위상 변조 패턴 생성부(18) 및 위상 변조 드라이버(19)의 동작에 의해 얻어지는 위상 변조기(4b)의 출력 화상을 모식적으로 나타내고 있다. 또한，도 5b에서는, 진폭 "+1"을 화이트로, 진폭 "0"을 그레이로, 진폭 "-1"을 블랙으로 나타내고 있다.
상기한 바와 같은 강도/위상 제어부(12)의 동작에 의해, 재생시에서，참조광과 함께, 위상이 재생 화상 내의 기준 위상과 동위상이며 또한, 강도가 재생 화상의 최소 진폭의 절대값보다도 큰 코히런트광이 홀로그램 기록 매체 HM에 조사된다. 즉, 본 실시예에서는, 참조광의 조사에 의해 홀로그램 기록 매체 HM에 기록된 데이터에 따른 재생 화상이 얻어지는 한편，코히런트광이 홀로그램 기록 매체 HM에 조사된 후, 반사광으로서 상기 재생 화상과 함께 이미지 센서(11)에 유도된다.
이 때, 코히런트광의 위상은 재생 화상과 동위상으로 되어 있으므로, 코히런트광은, 이미지 센서(11)에 결상할 때에 재생 화상과 동위상의 성분으로서 가산된다. 이것에 의해 이미지 센서(11)는, 재생 화상에 코히런트광이 가산된 성분에 대한 판독 신호를 얻을 수 있다.
도 6 및 도 7은, 상기한 바와 같은 코히런트광의 가산을 행한 후의 재생 화상을 나타내고 있다. 도 6은 코히런트광의 가산량을 0.1로 한 경우(base＋0.1), 도 7은 코히런트광의 가산량을 1.0로 한 경우(base＋1.0)를 각각 나타내고 있다. 또한，이들 도면에서는 재생 화상의 진폭을 농담(light/dark)으로 나타내고 있으며, 짙은 z컬러는 소 진폭(small amplitude)을, 옅은 컬러는 대 진폭(great amplitude)을 나타냄을 주지하라.
이들 도면을 참조하면，코히런트광을 가산한 경우에도, 재생 화상에는 기록 데이터에 따른 모양이 적정하게 얻어져 있는 것을 확인할 수 있다. 즉, 코히런트 가산을 행한 경우에도, 기록 데이터를 적정하게 반영한 재생 화상이 얻어진다.
또한，도 6, 도 7을 비교하면，코히런트광의 가산량을 크게 한 경우에는, 전체적으로 콘트라스트의 중심이 화이트측으로 시프트하도록 저하되어 있는 것처럼 보인다. 이것은, 코히런트광의 가산량에 비례하여, 재생 화상의 진폭을 전체 영역에서 동일하게 증폭시킬 수 있다고 하는 것을 나타낸다.
이와 같이 하여, 재생시에 참조광과 함께 코히런트광을 조사한 경우에는, 이미지 센서(11)에서, 재생 화상에 코히런트광이 가산된 성분에 대한 판독을 행하게 할 수 있다.
본 실시예에서는, 이와 같이 하여 코히런트광이 가산된 재생 화상에 대한 판독 신호(화상 신호)에 대하여, 그 화상 신호를 구성하는 값의 제곱근을 계산하고, 또한, 그 제곱근 계산 결과로부터 코히런트광 성분을 제거하는 동작을 행한다. 코히런트광 성분의 제거는, 구체적으로는，가산한 코히런트광의 강도한 값을, 상기 제곱근 계산 결과의 값으로부터 감산함으로써 행해진다. 일례로서, 재생 화상의 최소 진폭이 -0.078인 것으로 하고, 코히런트광의 강도가 그 절대값 0.078 보다도 큰 0.1로 설정되어 있는 경우이면, 제곱근의 계산 결과값으로부터, 이 0.1의 값을 감산한다.
이제부터, 재생 화상 + 코히런트광의 판독된 화상 신호로부터 코히런트광 성분을 제거하고, 제곱근 계산을 수행하고 제곱근 계산 결과로부터 코히런트광 성분 을 제거함으로써, 선형 판독이 실현되는 것에 대하여 설명한다.
우선, 일반적으로 홀로그램 기록/재생 장치에서의 광학 시스템은, SLM, 대물 렌즈, 미디어, 접안 렌즈, 이미지 센서의 각각이 렌즈의 초점 거리만큼 이격하여 배치되어 있는, 4f 광학 시스템에 기초하는 구성으로 되어 있다. 이는 도 1에 도시한 기록/재생 장치(1)의 광학 시스템도 마찬가지이다. 이는 소위 푸리에 변환 홀로그램이라고 불리는 구성이다.
이와 같은 푸리에 변환 홀로그램의 구성에서는, 앞에서 설명한 기록/재생의 일련의 동작을, 아래와 같이 이해할 수 있다. 즉, SLM의 기록 데이터 패턴은 푸리에 변환되어 미디어에 투영되며, 미디어의 판독 신호(재생 화상)는 역 푸리에 변환되어 이미지 센서에 투영된다. 그리고, 이미지 센서는, 거기에 입력되는 광의 파면의 진폭의 절대값이 제곱된, 광의 강도를 검출한다.
이와 같은 전제를 근거로 하여, 우선은 본 실시예와 같은 코히런트 가산을 행하지 않고, 종래대로 참조광의 조사만으로 판독을 행한 경우에 대하여 고찰해 본다. 또한，여기서의 설명에서는, 위상 마스크에 의한 "+1" 및 "-1"에 대응한 기록 화상의 진폭의 최대값 및 최소값이, 각각 0.078 및 -0.078인 경우를 예시한다.
상기 전제에 의하면, 이 경우의 재생 화상의 진폭의 최대값, 최소값에 따라서 얻어지는 이미지 센서(11)의 출력값은, 그 제곱값인 6.1E-3이라고 하는 동일한 값이다. 이와 같이 이미지 센서(11)에서 "+1"과 "-1"에 상당하는 값이 동일한 값으로 검출됨으로써, 이후에서 어떠한 신호 처리를 행하여도, 상실된 위상 정보를 정확하게 복원할 수는 없다. 즉, 비선형의 왜곡이 발생한다.
한편，참조광과 함께, 코히런트광을 조사하는 본 실시예의 경우에서는, 이 코히런트광의 강도에 따른 값을 재생 화상에 가산할 수 있다. 여기에서, 이와 같은 코히런트광은, 진폭 및 위상이 균일한 DC 성분이므로, 기록된 홀로그램 페이지와 간섭하는 일은 없다. 그리고, 미디어를 조사한 후의 코히런트광은, 참조광의 조사에 따라서 얻어지는 재생 화상이 이미지 센서(11) 상에서 결상할 때에, 이 재생 화상과 동위상의 코히런트한 광으로서 가산된다. 즉, 이것에 의해 재생 화상에 주어진 진폭값을 가산할 수 있다. 따라서, 전술한 도 6, 도 7에 의하면, 이와 같은 현상이 실증되는 것을 알 수 있다.
여기에서, "재생 화상의 최소 진폭의 절대값보다도 크다"라고 하는 조건을 충족시키는 코히런트광의 가산량을, 예를 들면, 0.1로 설정하였다고 하면，재생 화상에는 0.1의 성분이 가해짐으로써, 최대값 0.078은 0.1782=0.032로 되고, 최소값 -0.078은 0.0222=4.8E-4라고 하는 강도로서 이미지 센서(11)에 의해 검출된다. 이 경우, 이미지 센서(11)의 출력에 대해서는, 전술한 바와 같이, 판독된 강도의 제곱근을 계산하여, 가산된 성분을 제거하는 처리를 행한다. 따라서 진폭의 최대값 0.078은 0.178 - 0.1 = 0.078에 의해 원래의 값으로 복원할 수 있고, 또한, 최소 진폭 -0.078도 0.022 - 0.1 = -0.078에 의해 원래의 값으로 복원할 수 있다. 이와 같이 하여 본 실시예에 의하면, 위상 마스크에 의해 부가한 위상 정보가 상실되지 않는, 선형 판독을 실현할 수 있다.
또한, 도 7은，코히런트 가산량을 1.0으로 하는 경우를 예시하였지만, 이 경 우로서도, 이미지 센서(11)에 의해 검출되는 강도 정보(0.078+1.0)2 = 1.162, (-0.078 + 1.0)2 = 0.850에 대하여, 각각 제곱근(1.078, 0.922)을 계산하고, 가산분을 감산(1.078 - 1.0, 0.922 - 1.0)함으로써，원래의 ±0.078이라고 하는 진폭을 복원할 수 있는 것을 알 수 있다.
즉, 코히런트 가산의 크기(magnitude)는, 이미지 센서(11)에 의한 강도 검출(제곱)에 대하여 네가티브 폴딩(folding)이 생기지 않도록, "재생 화상의 최소 진폭의 절대값보다도 큰 값"이라고 하는 조건만이 충족될 필요가 있다.
이와 같이 하여, 본 실시예로서의 코히런트광 가산 판독을 행함으로써, 홀로그램 기록 매체 HM에 진폭 "-1", "0" 및 "+1"의 3치의 정보가 기록되는 경우에도, 그들 정보를 적정하게 판독할 수 있다. 즉, 진폭 "0"과 함께, 위상 정보를 포함하는 진폭 "-1" 및 "+1"을 적정하게 판독할 수 있어, 선형 판독을 실현할 수 있다.
여기에서, 상술한 본 실시예로서의 동작 중，제곱근 계산 및 코히런트광 성분의 제거 처리는, 전술한 도 1에 도시한 데이터 재생부(13)에 의해 행해진다. 도 8은, 도 1에 도시한 데이터 재생부(13)의 내부 구성을 나타내고 있다. 도 8에 도시한 바와 같이, 데이터 재생부(13)는, 선형화 처리부(20), 업스케일링부(21), 등화 필터(22), 리샘플링부(23), 데이터 구별부(24), 및 스파스 부호 디코딩부(25)를 포함한다.
전술한 선형 판독을 위한 신호 처리는, 선형화 처리부(20)에 의해 행해진다. 도 8에 도시한 바와 같이, 선형화 처리부(20)는, 제곱근 계산부(20a) 및 감산 부(20b)를 포함한다. 제곱근 계산부(20a)는, 이미지 센서(11)에 의해 얻어지는 화상 신호를 구성하는 각 값에 대하여, 그 제곱근을 계산하고, 그 결과를 감산부(20b)에 공급한다. 이미지 센서(11)는, 검출된 광의 강도를, 예를 들면, 256 스텝 등의 소정 스텝에 의한 진폭값으로 나타냄이 자명하다. 제곱근 계산부(20a)는, 이미지 센서(11)의 각 픽셀의 진폭값에 대하여, 제곱근 계산을 행한다.
또한, 감산부(20b)는, 제곱근 계산부(20a)에 의해 얻어진 제곱근의 값에 대하여, 코히런트광의 가산량에 따른 값을 감산한다. 구체적으로, 이 경우의 코히런트광의 강도는, 재생 화상의 최소 진폭의 절대값보다도 큰 소정의 값으로 설정되어 있으므로, 이것을 상쇄할 수 있는 값을 미리 설정해 놓고, 그 값을 감산한다. 예를 들면, 전술한 예와 같이, 재생 화상의 최소 진폭이 -0.078인 것으로 하여, 코히런트광의 강도가 그 절대값 0.078보다도 큰 0.1로 설정되어 있는 경우에는, 이 0.1에 상당하는 값에 의해 제곱근의 값을 감산하는 것이다.
여기에서, 상기 선형화 처리부(20)에 의하면, 이미지 센서(11)에 의해 판독된 신호에 대한 선형화가 실현되지만, 도 1에 도시되는 기록 데이터를 재생하기 위해서는, 선형화 처리에 의해 얻어진 화상 신호 내에서 각 데이터 픽셀의 위치를 식별하고, 각 데이터 픽셀의 진폭값을 취득한다고 하는 리샘플링 처리와, 그 리샘플링 처리에 의해 취득한 각 데이터 픽셀의 진폭값으로부터 홀로그램 페이지 내에 배열된"0" 및 "1"의 각 비트값을 식별하는 데이터 식별 처리와, 전술한 스파스 부호에 대한 디코드 처리를 행할 필요가 있다. 이것을 위한 구성으로서, 데이터 재생부(13)에는, 업스케일링부(21), 등화 필터(22), 리샘프링부(23), 데이터 구별 부(24), 및 스파스 부호 디코딩부(25)가 설치되어 있다.
우선, 업스케일링부(21)에 대해서는, 감산부(20b)에 의한 계산 결과, 즉, 선형화 처리부(20)에 의해 얻어진 선형 판독 신호(화상 신호)가 공급된다. 업스케일링부(21)는, 상기 판독 신호에 대하여, 예를 들면, 보간 처리 등을 행함으로써, 상기 판독 신호를 소정 배율로 업스케일링한다.
전술한 바와 같이, 본 실시예의 기록/재생 장치(1)에서는, 1 데이터 픽셀 분의 화상을 이미지 센서(11)의 n 픽셀(n > 1)분으로 수광하는, 오버샘플링을 행함을 주지하라. 즉, 업스케일링부(21)는, 오버샘플링된 화상 신호에, 업스케일링 처리를 행하여, 고해상도를 가능케 한다. 예를 들면, 오버샘플링 레이트가 2배(2×2=4), 업스케일링의 배율이 2배(2×2=4)이면, 1 데이터 픽셀 분의 화상에 대한 해상도는, 4×4=16 픽셀로 할 수 있다. 이와 같이 해상도의 향상이 실현됨으로써, 재생 화상의 조사 위치 오프셋에 따른 포지셔닝(positioning)이 보다 고정밀도로 행해질 수 있다.
상기 업스케일링부(21)에 의한 업스케일링 후의 화상 신호는, 등화 필터(22)에 공급된다. 등화 필터(22)는, 상기 업스케일링 후의 화상 신호를 입력하고, 부호간 간섭 방지를 위한 파형 등화 처리를 행한다. 또한，부호간 간섭 방지를 위한 등화 처리는, 광 디스크나 통신 등의 분야에서도 널리 사용되는 1차원 신호에 대한 파형 등화 처리를, 2차원으로 확장한 것으로서 이해하면 된다.
리샘플링부(23)는, 상기 등화 필터(22)에 의한 등화 처리 후의 화상 신호로부터, 각 데이터 픽셀의 진폭값을 취득한다. 즉, 화상 신호 내에서의 각 데이터 픽셀의 위치를 식별한 후에, 각 데이터 픽셀 위치에서의 진폭값을 취득한다. 판독 화상 신호로부터 각 데이터 픽셀의 위치를 식별하고, 각 데이터 픽셀 위치에서의 진폭값을 취득하는 처리를, 여기에서는 "리샘플링 처리"라고 칭하고 있다.
제1 실시예에서는, 이와 같은 리샘플링 처리로서, 선형 보간을 이용한 처리를 행하지만, 그것을 위한 리샘플링부(23)의 내부 구성 및 구체적인 처리 내용에 대해서는, 설명의 편의상, 후에 다시 설명하는 것으로 한다.
데이터 구별부(24)는, 상기 리샘플링부(23)에 의해 얻어진 각 데이터 픽셀의 진폭값에 기초하는 데이터 구별(비트 판정)을 행한다. 여기에서, 전술한 설명에 의하면, 기록 시에서는, 기록 데이터의 8 비트가 스파스 부호화에 의해 4×4=16 비트의 블록 형상의 데이터 배열(심볼)로 변환되고, 이들 심볼이 홀로그램 페이지 내에 매핑된다.
이 스파스 부호화로서는, 예를 들면, 16 비트 중 m 비트만을 "1"로서 하고, 그 이외를 모두 "0"으로 한다. 이것에 따라, 데이터 구별부(24)는, 해당 심볼의 모든 데이터 픽셀의 진폭값 중 큰 상위 m개의 데이터 픽셀의 비트를 "1"로 하고, 그 이외의 모든 데이터 픽셀의 비트를 "0"으로 하는 데이터 구별을 행한다("소트 검출(sort detection)"이라고 함). 그리고, 이와 같은 소트 검출에 의한 심볼 단위에서의 데이터 구별에 의해 심볼 단위에서 얻어지는 각 비트값을, 후단의 스파스 부호 디코딩부(25)에 공급한다.
스파스 부호 디코딩부(25)는, 상기한 바와 같이, 얻어지는 심볼 단위마다의 비트값을 입력하고, 각 심볼에 대해 스파스 부호의 디코드를 행한다. 즉, 4×4=16 비트를 원래의 8 비트의 데이터에 디코드하여서, 도 1에 도시한 기록 데이터를 재생한다. 즉, 기록 데이터를 얻는다.
[코히런트 가산에 의한 효과]
상술한 코히런트 가산에 의한 판독을 행하는 본 실시예의 기록/재생 장치(1)에 의하면, 홀로그램 기록 매체 HM에 기록된 위상의 정보도 적정하게 판독할 수 있어, 선형 판독을 실현할 수 있다. 선형 판독이 실현됨으로써, 종래의 비선형의 시스템이 갖고 있던 애퍼처 사이즈에 관한 제약은 없앨 수 있다. 그리고, 이와 같이 애퍼처 사이즈에 대한 제약이 없어지면, 오버샘플링 레이트와 애퍼처 사이즈를 결정짓는 조건은, 나이퀴스트의 샘플링 정리만으로 하는 것이 가능하게 된다. 즉, 오버샘플링 레이트와 애퍼처 사이즈를 결정하기 위한 제약 조건은,
오버샘플링 레이트 > 애퍼처 사이즈
를 유지하는 것이다. 이러한 의미에서, 선형 판독이 가능하게 되면, 샘플링 정리가 적정하게 성립하는 조건이 갖춰졌다고 할 수 있다.
여기에서, 예를 들면, 종래의 시스템에서는, 애퍼처 사이즈는 2.0 정도가 하한이며, 그 이하로 저하시키는 것이 곤란하였지만, 애퍼처 사이즈에 대한 제약이 없어지는 것으로, 애퍼처 사이즈는 2.0보다도 축소화하는 것이 가능하게 된다. 그리고 이것으로, 상기 샘플링 정리보다, 오버샘플링 레이트에 대해서도 2.0 이하로 저하시킬 수 있게 된다. 이와 같이 애퍼처 사이즈의 축소화 및 오버샘플링 레이트의 저하가 가능하게 됨으로써, 홀로그램 기록 매체 HM에 대한 데이터의 고기록 밀도화 및 데이터 전송 레이트의 향상을 실현할 수 있다.
도 9a 및 도 9b는, 본 실시예로서의 코히런트 가산 판독을 행하는 홀로그램 기록/재생 시스템의 시뮬레이터를 이용하여 계산한, "선형성을 보기 위한 도면"을 나타내고 있다. 도 9a 및 도 9b는, 얻어질 판독 신호의 진폭과, 이미지 센서(11)에 의해 실제로 판독되는 신호의 진폭 간의 비교 결과를 나타내는 도면이다. 본래 얻어질 판독 신호의 진폭은, 픽셀의 사이즈에 따라서 단지 적분된 입력 신호에 의해 얻어진다. 또한，실제로 이미지 센서(11)에 의해 판독되는 신호의 진폭은, 이 경우에는, 이미지 센서(11)에 입사한 신호를 제곱하여 픽셀의 사이즈에 따라서 적분한 결과의 제곱근을 계산한 후에, 거기에서 코히런트광의 강도에 따른 값을 감산함으로써 구한 것이다.
또한，이 경우의 "이미지 센서(11)에 의해 실제로 판독되는 신호의 진폭 "은, 코히런트 가산이 행해진 것이며, 상기 "이미지 센서(11)에 입사한 신호"는, 재생 화상 내의 기준 위상과 동위상이며 또한, 강도가 재생 화상의 최소 진폭의 절대값보다도 큰 코히런트광 성분을 가산함을 주지하라.
도 9a 및 도 9b에서는, 본래 얻어질 판독 신호의 진폭을 수평축에, 실제로 이미지 센서(11)에 의해 판독되는 신호의 진폭을 수직축에, 그들 관계를 플롯점으로 나타내고 있다.
또한，이 경우의 시뮬레이터는, 전술한 도 71a 및 도 71b의 경우의 시뮬레이터와 마찬가지로，SLM(4)의 1개의 픽셀을 16×16 블록으로 분할하고, 또한, 이미지 센서(11)의 1개의 픽셀의 사이즈는 8×8 블록의 사이즈로 설정하고 있다. 즉, 오버샘플링 레이트는 2.0배(2×2의 오버샘플링)이다. 이 경우에도, 이미지 센서(11) 의 1개의 픽셀의 중심 부분의 5×5 블록의 영역만이 유효한 것으로 하여 적분을 행하고 있다. 이 조건은, 이미지 센서(11)의 실제의 필 팩터에 기초하여 설정한 것이다.
또한，이 경우에도 애퍼처 사이즈는 나이퀴스트 애퍼처 사이즈의 1.2×1.2로 설정하였다. 또한，이 경우에도, 시뮬레이션에서는 의도적으로 재생 화상의 위치 시프팅을 발생시킨다고 하는 것은 행하고 있지 않다.
도 9a는 기록시에 위상 마스크로서 위상 변조를 행하지 않은 경우(위상 마스크가 없는 경우)의 결과를, 도 9b는 기록시에 위상 마스크로서 위상 변조를 행한 경우(위상 마스크가 있는 경우)의 결과를 각각 나타내고 있다. 전술한 도 71a 및 도 71b에 도시한 "선형성을 보기 위한 도면"과 비교하여 알 수 있는 바와 같이, 코히런트 가산 판독을 행하는 본 실시예의 경우에는, 위상 마스크 있음/위상 마스크 없음 중 어느 하나의 경우에도 수직축 및 수평축의 값이 거의 완전하게 일치하고 있어, 거의 완벽한 선형성이 얻어진다. 도 9a 및 도 9b의 시뮬레이션 결과로부터도, 본 실시예에 따른 코히런트 가산을 행함으로써, 선형 판독이 가능하게 되는 것을 이해할 수 있다.
[선형 보간을 이용한 리샘플링 처리(제1 실시예의 리샘플링 처리)]
1) 기록 포맷
계속해서, 전술한 도 8에 도시한 리샘플링부(23)에 의해 행해지는, 제1 실시예에 따른 리샘플링 처리에 대하여, 다음 도 10 내지 도 16을 이용하여 설명한다.
우선은 도 10에 의해, 전술한 기록 포맷에 기초하는 홀로그램 페이지 내의 데이터 배열에 대하여 재고해 본다. 또한, 이 도 10에서는, 신호광 에리어(A2) 내의 데이터 배열예로서, 최소 부설 단위를 1 심볼(4×4=16 픽셀)로 설정하고, 싱크 간격 i_sper 24 비트(픽셀)로 설정하며, 신호광 에리어(A2)의 반경 i_rad을 156 픽셀로 설정한 경우의 예를 나타내고 있다.
도 10에서, 흰 부분은 4개의 싱크에 의해 둘러싸인 영역, 파선 부분은 3개의 싱크에 의해 둘러싸인 영역, 사선 부분은 2개의 싱크에 의해 둘러싸인 영역, 스크린 부분은 1개의 싱크에 의해 둘러싸인 영역, 전부 검게 칠해진 부분은 싱크에 의해 둘러싸여 있지 않은 영역 또는 싱크 자체를 나타내고 있다.
도 10에 도시되어 있는 바와 같이, 본 실시예의 기록 포맷에서는, 신호광 에리어(A2) 내에서, 그 대부분은 네 코너가 싱크에 의해 둘러싸이는 영역으로 되지만, 외주 부분에는, 네 코너가 싱크에 의해 둘러싸이지 않는 영역이 존재한다. 그 영역의 패턴으로서는, 네 코너 중 3군데가 싱크에 의해 둘러싸이는 것(파선 부분), 2군데만이 싱크에 의해 둘러싸이는 것(사선 부분), 1군데만이 싱크에 의해 둘러싸이는 것(스크린 부분)의 총 3개의 패턴이 생길 수 있다.
도 11 및 도 12에서도, 도 10과 마찬가지로，흰 부분은 4개의 싱크에 의해 둘러싸인 영역, 파선 부분은 3개의 싱크에 의해 둘러싸인 영역, 사선 부분은 2개의 싱크에 의해 둘러싸인 영역, 스크린 부분은 1개의 싱크에 의해 둘러싸인 영역, 전부 검게 칠한 부분은 싱크에 의해 둘러싸여 있지 않은 영역 또는 싱크 자체를 나타내고 있는 것으로 한다.
2) 싱크 위치의 검출
우선 도 11에 의해, 페이지 중심 위치의 검출 방법에 대하여 설명한다. 이 페이지 중심 위치의 검출은, 페이지 중심의 심볼 위치가 되도록 하여 배치되어 있는 중심 싱크를 기준으로 하여, 페이지 전체의 대략적인 정렬(rough alignment)을 행하는 것이다. 페이지 전체의 대략적인 정렬을 행함으로써, 후술하는 각 싱크 위치의 검출을 행하기 위한 탐색의 범위는 축소될 수 있고, 이것에 의해 싱크 위치 검출시의 계산 처리 부담의 삭감 및 검출 시간의 단축화가 실현된다.
이와 같은 페이지 중심의 위치 검출은, 검출할 페이지 중심의 싱크를 기준으로서 선출한 다수의 싱크를 이용하여 이루어진다. 구체적으로는，도 11에 도시된 바와 같은, 페이지 중심의 싱크도 포함시키고, 그 바로 근처의 주위 8개의 싱크도 맞춘 총 9개의 싱크를 이용하여 중심의 싱크 위치의 검출을 행한다. 다른 표현으로 말하자면, 상기 중심의 싱크를 중심으로 하는 3×3의 정방 형상으로 배열되는 총 9개의 싱크를 이용하여, 중심의 싱크 위치의 검출을 행한다.
이 경우의 싱크 위치 검출의 구체적 절차로서는, 우선, 기록 포맷으로부터, 등화 필터(22)에 의한 등화 처리 후의 화상 신호 내에서의 페이지 중심의 싱크가 있어야 할 위치를 추정한다. 그리고, 도 11에 도시한 바와 같은 미리 정해진 간격/위치 관계의 9개의 싱크가, 상기 중심의 싱크가 있어야 할 추정된 위치를 포함하는 소정 범위 내에서 움직이도록 하였을 때의, 싱크 위치에서의 진폭값과 싱크 패턴 간의 상관값을 각각 계산하고, 그 합계값을 계산한다. 이 결과, 최종적으로 각 싱크 위치에서의 상관값의 합계값이 가장 컸을 때의 상기 중심의 싱크의 위치를, 페이지 중심의 위치로서 식별한다.
또한，이와 같은 페이지 중심 위치의 검출에 이용하는 다수의 싱크로서는, 예를 들면, 5×5, 7×7 등으로 늘리 수도 있다. 그 경우에는 위치 검출 정밀도의 향상을 실현할 수 있다. 그러나 한편，싱크 검출에 이용하는 싱크 수를 늘리는 경우에는, 상관 계산이 복잡해지고, 계산 처리 부담의 증대 및 검출 시간의 지연화가 문제로 된다. 이와 같이, 위치 검출 정밀도 향상과 처리 부담 경감 및 검출 시간 단축화란 트레이드오프(tradeoff)의 관계에 있다 싱크 검출에 이용하는 싱크 수는, 실제의 처리 속도 등에 따라서 적절하게 최적 값으로 설정되면 된다.
페이지 중심 위치의 검출을 행하면，그 중심 위치에 기초하여 각 싱크 위치의 검출을 행한다. 본 실시예의 경우, 이 각 싱크 위치의 검출도, 처리 대상 싱크를 기준으로서 선출한 다수의 싱크를 이용하여 행한다.
다수의 싱크를 이용한 각 싱크 위치의 검출에 대해서는, 다음 도 12에 도시한 바와 같이, 행한다. 우선, 기본적으로는, 도 12의 (a)에 도시한 바와 같이, 처리 대상 싱크(object sinc)를 중심으로 하고, 이 싱크와, 그 상하 좌우로 인접하는 4개의 싱크, 즉, 총 5개의 싱크를 이용하여, 상기 처리 대상 싱크의 검출을 행한다. 구체적으로, 우선은 검출된 페이지 중심 위치를 기준으로 하고, 기록 포맷으로부터, 등화 필터(22)에 의한 등화 처리 후의 화상 신호 내에서의 처리 대상 싱크가 있어야 할 위치를 추정한다. 예를 들면, 기록 포맷에 기초함으로써, 페이지 중심으로부터 처리 대상 싱크까지의 거리를 알 수 있으므로, 검출된 페이지 중심의 싱크 위치로부터 그 거리만큼 떨어진 위치를 처리 대상 싱크 위치로서 추정하면 된다.
그리고, 도 12의 (a)에 도시한 바와 같은 미리 정해진 간격/위치 관계의 5개의 싱크에 대하여, 그 중심의 싱크(즉, 처리 대상 싱크)를 처리 대상 싱크가 있어야 할 상기 추정된 위치를 포함하는 소정 범위 내에서 움직이도록 전체적으로 움직였을 때의, 각 싱크 위치에서의 진폭값과 싱크 패턴 간의 상관값을 각각 계산하고, 그 합계값을 계산한다. 또한, 최종적으로 상기 각 싱크 위치에서의 상관값의 합계값이 가장 컸을 때의 상기 중심의 싱크의 위치를, 처리 대상 싱크의 위치로서 식별한다.
여기에서, 상기한 바와 같이 미리 식별해 둔 페이지 중심 위치에 기초하여 추정한 싱크 위치의 정밀도는, 페이지 중심 위치의 검출을 행하지 않고 간단히 기록 포맷만으로부터 추정한 싱크 위치의 정확도(accuracy)보다도 더 높게 할 수 있다. 이와 같이 하여 처리 대상 싱크의 추정 위치의 정밀도가 높기 때문에, 싱크의 검출 중에 상관 계산의 범위(탐색 범위)는, 페이지 중심 위치의 검출을 행하지 않은 경우보다도 더 좁게 설정되더라도, 검출 정밀도(precision)의 악화(deterioration)를 억제할 수 있다. 즉, 이 점으로부터, 페이지 중심 위치의 검출 후 그 중심 위치에 기초하여 각 싱크 위치의 검출을 행하는 본 실시예의 경우에서는, 탐색 범위(상관 계산 범위)의 축소화 및 이것에 수반하는 계산 처리 부담의 삭감 및 검출 시간의 단축화가 실현될 수 있다.
신호광 에리어(A2) 내에, 대부분의 싱크 위치에서는, 상기한 바와 같이, 처리 대상 싱크에 상하 좌우로 인접하는(즉, 중심 싱크 바로 근처의) 싱크가 존재한다고 가정된다. 그러나, 도 12에 도시되어 있는 바와 같이, 신호광 에리어(A2)의 외주 부분에서는，처리 대상 싱크에 바로 근처의 상하 좌우의 모든 싱크가 갖춰지지 않는 경우도 있다. 구체적으로는，도 12의 (b)에 도시한 바와 같이, 상하 좌우 중 1개의 싱크만이 존재하지 않는 경우와, 도 12의 (c)에 도시한 바와 같이, 상하 좌우 중 2개의 싱크가 존재하지 않는 경우가 있다.
우선, 도 12의 (b)와 같이 상하 좌우 중 1개의 싱크만이 존재하지 않는 경우에는, 그 존재하지 않는 싱크(the missing sync)를 제외한 총 4개의 싱크를 이용하여 처리 대상 싱크의 위치 검출을 행한다. 예를 들면, 도 12의 (b)에 도시한 바와 같이, 상하 좌우 중 좌측 싱크가 없는 경우에는, 처리 대상 싱크와, 존재하는 상하 우측의 3개의 싱크, 즉, 총 4개의 싱크에 의해 처리 대상 싱크의 위치를 검출한다.
이 경우에도, 검출 동작 자체는, 전술한 5개의 싱크를 이용하는 경우와 동일한 상관 검출 방법에 의해 행해질 수 있다. 우선은 검출된 페이지 중심 위치를 기준으로 하여, 기록 포맷으로부터, 등화 처리 후의 화상 신호 내에서의 처리 대상 싱크가 있어야 할 위치를 추정함이 자명하다. 그리고, 도 12의 (b)에 도시한 바와 같은 미리 정해진 간격/위치 관계의 4개의 싱크에 대하여, 그 중심의 싱크(즉, 처리 대상 싱크)를 처리 대상 싱크가 있어야 할 위치 주변의 소정 범위 내에서 움직이도록 전체적으로 움직였을 때의, 각 싱크 위치에서의 진폭값과 싱크 패턴 간의 상관값을 각각 계산한 후에, 그 합계값을 계산한다. 최종적으로 그 합계값이 가장 컸을 때의 상기 중심 싱크의 위치를, 처리 대상 싱크의 위치로서 식별한다.
또한，도 12의 (c)에 도시한 바와 같은 상하 좌우 중 2개의 싱크가 존재하지 않는 경우에는, 처리 대상 싱크에 바로 근처의 경사 위치에 있는 싱크도 사용하여 총 4개의 싱크를 이용하여 위치 검출을 행한다. 예를 들면, 도 12의 (c)에 도시된 바와 같이, 상하 좌우 중 상측과 우측의 싱크가 존재하지 않은 경우에는, 처리 대상 싱크와, 존재하는 좌측과 하측의 싱크와, 또한, 존재하는 싱크 중 처리 대상 싱크로부터 바로 근처의 비스듬한 위치의 처리 대상 싱크의 좌로 비스듬하게 아래의 싱크, 즉, 총 4개의 싱크를 이용하여, 처리 대상 싱크의 위치 검출을 행한다. 이 경우에도, 싱크 검출 동작 자체는, 상기와 동일한 상관 검출 방식에 기초하는 동작을 행한다.
또한，각 싱크의 검출을 행하는 경우에도, 될 수 있는 한 많은 싱크를 사용하여 상관 검출을 행한 쪽이 위치 검출 정밀도의 향상을 실현할 수 있다. 그러나, 전술한 바와 같이 정확도 향상과 계산의 복잡화는 트레이드 오프의 관계에 있으므로, 싱크 검출에 이용하는 싱크 수는 실제의 처리 속도 등에 따라서 최적값으로 설정되어야 한다.
3) 데이터 픽셀 위치의 식별
상기한 바와 같이, 각 싱크 위치의 검출을 행한 후에는, SLM(4)의 1 픽셀 단위에 상당하는 각 데이터 픽셀의 값(기록 비트의 값)을 데이터 구별하기 위해서, 각 데이터 픽셀의 위치의 식별 및 각 데이터 픽셀의 위치에서의 진폭값 계산을 행한다.
본 실시예의 따른 리샘플링 처리의 특징은, 각 데이터 픽셀의 위치를 식별하기 위해 1개의 싱크만으로부터 처리 대상 픽셀(object pixel)의 위치를 식별하기 보다는, 다수의 싱크에 기초하여 처리 대상 픽셀의 위치를 식별한다는 점이다. 여 기에서, 종래의 일반적인 방법에서는, 홀로그램 페이지를 "서브 페이지"라고 불리는 단위로 내부적으로 분할하고, 각 서브 페이지에 1개씩 "서브 페이지 싱크"라고 불리는 싱크를 삽입한다. 그리고 이것에 따라서, 각 데이터 픽셀 위치의 식별에 있어서는, 우선은 서브 페이지 내의 서브 페이지 싱크의 위치를 식별하고, 그 서브 페이지 싱크의 위치에 기초하여, 서브 페이지 내의 각 데이터 픽셀의 위치를 식별한다. 즉, 이 점으로부터, 종래의 일반적인 방법에서는, 처리 대상 픽셀 위치의 식별은 상기 서브 페이지 싱크인, 오직 1개의 싱크만 기초하여 행해진다. 한편, 본 실시예에서는, 각 데이터 픽셀의 위치의 식별을, 다수의 싱크를 이용하여 행한다.
이와 같이 다수의 싱크를 이용한 데이터 픽셀 위치의 식별 방법으로서, 본 실시예에서는, 처리 대상 픽셀 위치의 주위를 둘러싸는 4개의 싱크를 이용하여, 그들로부터 2차원 선형 보간 처리를 행함으로써 데이터 픽셀의 위치를 계산하는 방법이 이용된다.
단，이와 같은 픽셀 위치의 식별 방법(계산 방법)을 이용하는 경우에는, 처리 대상 픽셀 위치의 주위를 둘러싸는 싱크가, 4개에 미치지 않는 경우도 있음을 유념해야 한다. 즉, 예를 들면, 전술한 도 10을 참조하여 알 수 있는 바와 같이, 신호광 에리어(A2) 내의 외주 부분에서는，둘러싸는 싱크의 수가 3 내지 1개밖에 없는 영역이 존재하기 때문이다. 따라서，처리 대상 픽셀의 위치를 둘러싸는 싱크가 4개 보다 적은 부분에 대해서는, 그 내측에 있는 싱크를 이용하여 부족된 싱크를 외삽함으로써, 모든 영역에서 4개의 싱크를 이용하여 픽셀 위치의 계산을 행할 수 있도록 한다.
도 13 내지 도 15는, 이와 같은 싱크의 외삽의 구체적인 방법에 대하여 설명하기 위한 도면이다. 도 13 내지 도 15의 각 도면에서는，홀로그램 페이지 내에서의 24 픽셀 × 24 픽셀의 영역을 1 유닛으로 하여, 2 × 2 = 4 유닛분의 영역만을 추출하여 나타낸다. 4 유닛분의 영역 내의 각각 1 유닛분에 상당하는 각 영역에서 삽입되어 있어야 할 싱크를, 좌상단, 우상단, 좌하단, 우하단의 순으로 "sync_1",　"sync_2", "sync_3", "sync_4"라고 이름 붙이고 있다.
또한，이하의 설명에서는, 세로좌표(ordinate)를 i, 가로좌표(abscissa)를 j라고 한 좌표 평면을 설정하고 있다. sync_1 내지 sync_4의 좌표에 대하여 아래와 같이 정의한다.
sync_1(i,j,1) : sync_1의 세로 좌표
sync_1(i,j,2) : sync_1의 가로 좌표
sync_2(i,j,1) : sync_2의 세로 좌표
sync_2(i,j,2) : sync_2의 가로 좌표
sync_3(i,j,1) : sync_3의 세로 좌표
sync_3(i,j,2) : sync_3의 가로 좌표
sync_4(i,j,1) : sync_4의 세로 좌표
sync_4(i,j,2) : sync_4의 가로 좌표
또한，이하에서 등장하는 "s_row"와 "s_col"은 심볼 단위(4 픽셀×4 픽셀)에서의 싱크 간격을 나타낸다. 본 실시예와 같이 간격 i_sper을 24로 설정한 경우에 는,
s_row = s_col = 24/4 = 6
이다.
도 13은, 처리 대상 픽셀 위치를 둘러싸는 싱크가 3개인 경우에 대응한 싱크의 외삽 방법을 나타낸다. 도 13의 (a)는, 둘러싸야 할 싱크로서 sync_1이 없는 경우, 도 13의 (b)는 sync_2가 없는 경우, 도 13의 (c)는 sync_3이 없는 경우, 도 13의 (d)는 sync_4가 없는 경우를 나타내고 있다.
우선은, 도 13의 (a)의 sync_1이 없는 경우를 예로서 설명하면,
sync_1(i,j,1) ←　sync_2(i,j,1)
에 의해 sync_2의 세로 좌표를 sync_1의 세로 좌표에 대입하고,
sync_1(i,j,2) ←　sync_4(i,j,2)
에 따라서 sync_4의 가로 좌표를 sync_1의 가로 좌표로서 대입한다. 이것에 의해， 이 경우에 존재하지 않은 sync_1을 외삽할 수 있다.
이와 같이 하여 처리 대상 픽셀 위치를 둘러싸야 할 4개의 싱크 중 1개의 싱크가 존재하지 않는 경우에는, 그 존재하지 않는 싱크의 가로 좌표 방향의 연장선상에 존재하고 있는 싱크의 세로 좌표 및 그 존재하지 않는 싱크의 세로 좌표 방향의 연장선상에 존재하고 있는 싱크의 세로 좌표를 각각 대입함으로써, 존재하지 않는 싱크의 외삽을 행한다.
도 15의 (b), (c), (d)의 각 경우에 대해서도, 상기와 동일한 방법이 이용되면 된다. 이하, 구체적인 외삽 방법은 다음과 같다.
·도 15의 (b)의 경우: sync_2를 외삽
sync_2(i,j,1) ←　sync_1(i,j,1)
sync_2(i,j,2) ←　sync_3(i,j,2)
·도 15의 (c)의 경우: sync_3을 외삽
sync_3(i,j,1) ←　sync_4(i,j,1)
sync_3(i,j,2) ←　sync_2(i,j,2)
·도 15의 (d)의 경우: sync_4를 외삽
sync_4(i,j,1) ←　sync_3(i,j,1)
sync_4(i,j,2) ←　sync_1(i,j,2)
또한，도 14는, 처리 대상 픽셀 위치를 둘러싸는 싱크가 2개인 경우에 대하여 나타내고 있다. 도 14의 (a)는 sync_1과 sync_2가 없는 경우, 도 14의 (b)는 sync_2와 sync_3이 없는 경우, 도 14의 (c)는 sync_3과 sync_4가 없는 경우, 도 14의 (d)는 sync_4와 sync_1이 없는 경우, 도 14의 (e)는 sync_1과 sync_3이 없는 경우, 도 14의 (f)는 sync_2와 sync_4가 없는 경우를 나타내고 있다.
도 14의 (a)의 sync_1, sync_2를 외삽하는 경우를 예로서 설명하겠다. sync_1의 아래에 있는 sync_4의 세로 좌표sync_4(i,j,1) = sync_1(i+s_row,j,1)과, sync_4의 아래에 있는 sync_1(i+2*s_row,j,1) 간의 차가, sync_1(i,j,1)과 sync_1(i+s_row,j,1) 간의 차와 동일하다고 가정하면, sync_1의 세로 좌표인 sync_1(i,j,1)은,
sync_1(i,j,1) ← 2*sync_1(i+s_row,j,1)-sync_1(i+2*s_row,j,1)
에 의해 계산될 수 있다.
또한，sync_1의 가로 좌표인 sync_1(i,j,2)가 sync_4(i,j,2) = sync_1(i+s_row,j,2)와 동일하다고 가정하면,
sync_1(i,j,2) ←　sync_4(i,j,2)
에 의해 sync_1의 가로 좌표를 대입할 수 있다.
마찬가지로, sync_2의 아래에 있는 sync_3의 세로 좌표 sync_3(i,j,1) = sync_2(i+s_row,j,1)과 sync_3의 아래에 있는 sync_2(i+2*s_row,j,1) 간의 차가, sync_2(i,j,1)과 sync_2(i+s_row,j,1) 간의 차와 동일하다고 가정하면, sync_2의 세로 좌표인 sync_2(i,j,1)은,
sync_2(i,j,1) ← 2*sync_2(i+s_row,j,1)-sync_2(i+2*s_row,j,1)
에 의해 계산될 수 있다.
또한，sync_2의 가로 좌표인 sync_2(i,j,2)는, sync_3(i,j,2) = sync_2(i+s_row,j,2)와 동일하다고 가정하면, sync_2의 가로 좌표는
sync_2(i,j,2) ←　sync_3(i,j,2)
로 대입될 수 있다.
도 14의 (b) 내지 도 14의 (d)에서는, 세로 방향과 가로 방향에 차이가 있으며, 동일한 절차가 다음과 같다.
·도 14의 (b)의 경우: sync_2와 sync_3을 외삽
sync_2(i,j,1) ←　sync_1(i,j,1)
sync_2(i,j,2) ← 2*sync_2(i,j-s_col,2)-sync_2(i,j-2*s_col,2)
sync_3(i,j,1) ←　sync_4(i,j,1)
sync_3(i,j,2) ← 2*sync_3(i,j-s_col,2)-sync_3(i,j-2*s_col,2)
·도 14의 (c)의 경우: sync_3과 sync_4를 외삽
sync_3(i,j,1) ← 2*sync_3(i-s_row,j,1)-sync_3(i-2*s_row,j,1)
sync_3(i,j,2) ←　sync_2(i,j,2)
sync_4(i,j,1) ← 2*sync_4(i-s_row,j,1)-sync_4(i-2*s_row,j,1)
sync_4(i,j,2) ←　sync_1(i,j,2)
·도 14의 (d)의 경우: sync_4와 sync_1을 외삽
sync_4(i,j,1) ←　sync_3(i,j,1)
sync_4(i,j,2) ← 2*sync_4(i,j+s_col,2)-sync_4(i,j+2*s_col,2)
sync_1(i,j,1) ←　sync_2(i,j,1)
sync_1(i,j,2) ← 2*sync_1(i,j+s_col,2)-sync_1(i,j+2*s_col,2)
한편，도 14의 (e) 및 (f)는, 각각 비스듬히 있는 2개의 싱크를 외삽하게 된다.　예를 들면, 도 14의 (e)의 sync_1, sync_3을 외삽하는 경우를 예로 설명하면, sync_1에 관해서는, 세로 좌표는 sync_2의 세로 좌표와 일치하고, 가로 좌표는 sync_4의 가로 좌표와 일치한다고 가정하여,
sync_1(i,j,1) ←　sync_2(i,j,1)
sync_1(i,j,2) ←　sync_4(i,j,2)
에 의해 외삽한다.
또한，sync_3에 관해서는, 세로 좌표는 sync_4와 일치하고 가로 좌표는 sync_2와 일치한다고 가정하여,
sync_3(i,j,1) ←　 sync_4(i,j,1)
sync_3(i,j,2) ←　 sync_2(i,j,2)
에 의해 외삽할 수 있다.
마찬가지로, 도 14의 (f)의 경우에는, 이하와 같은 절차에서 sync_2와 sync_4를 외삽하면 된다.
sync_2(i,j,1) ← sync_1(i,j,1)
sync_2(i,j,2) ←　sync_3(i,j,2)
sync_4(i,j,1) ←　sync_3(i,j,1)
sync_4(i,j,2) ←　sync_1(i,j,2)
또한，이들 도 14의 (e) 및 (f)의 상황은, 앞에서 예시한 기록 포맷(최소 부설 단위 = 1 심볼, 반경 i_rad = 154 픽셀, 싱크 사이즈 = 1 심볼, 싱크 간격i_sper = 24 비트)을 이용하는 경우에는 발생하지 않는다. 단，예시한 기록 포맷 이외의 포맷이 이용되는 경우에는, 이와 같은 사황이 발생할 가능성이 있으며, 그 경우에는 상기 방법에 의한 싱크의 외삽이 행해지면 된다.
또한，도 15는, 처리 대상 픽셀 위치를 둘러싸는 싱크가 1개밖에 없는 경우에 대하여 나타내고 있다. 도 15의 (a)는 sync_4만이 있는 경우, 도 15의 (b)는 sync_3만이 있는 경우, 도 15의 (c)는 sync_2만이 있는 경우, 도 15의 (d)는 sync_1만이 있는 경우를 나타내고 있다.　
도 15의 (a)의 sync_4만이 있는 경우를 예로 설명하면, 이 경우에는, sync_1 의 바로 아래에 있는 sync_4의 세로 좌표 sync_4(i,j,1) = sync_1(i+s_row,j,1)과 sync_1의 2개 아래에 있는 sync_1(i+2*s_row,j,1) 간의 차가, sync_1(i,j,1)과 sync_1(i+s_row,j,1) 간의 차로 동일하다고 가정하여, sync_1의 세로 좌표　sync_1(i,j,1)은,
sync_1(i,j,1) ← 2*sync_1(i+s_row,j,1) - sync_1(i+2*s_row,j,1)
에 의해 외삽할 수 있다.
이 경우, sync_1의 가로 좌표 sync_1(i,j,2)는, sync_4의 가로 좌표sync_4(i,j,2)와 동일하여도 된다.
또한，sync_3의 세로 좌표 sync_3(i,j,1)은, sync_4(i,j,1)과 동일하여도 된다. sync_3의 바로 왼쪽에 있는 sync_4의 가로 좌표 sync_4(i,j,2) = sync_3(i,j-s_col,2)와 sync_3의 2개 왼쪽에 있는 sync_3(i,j-2*s_col,2) 간의 차가, sync_3(i,j,2)와 sync_3(i,j-s_col,2) 간의 차와 동일하다고 가정하여, sync_3의 가로 좌표 sync_3(i,j,2)은,
sync_3(i,j,2) ← 2*sync_3(i,j -s_col,2)-sync_3(i,j-2*s_col,2)
에 의해 외삽할 수 있다.
또한，sync_2에 관해서는, 세로 좌표는 sync_1과 동일하며, 가로 좌표는 sync_3과 동일하다고 가정하여,
sync_2(i,j,1) ←　sync_1(i,j,1)
sync_2(i,j,2) ←　sync_3(i,j,2)
에 의해 외삽할 수 있다.
도 15의 (b) 내지 (d)의 각 경우에 대해서도, 상기와 동일한 생각에 기초하여 외삽할 수 있다.
·도 15의（b)의 경우：sync_2, sync_4, sync_1을 외삽
sync_2(i,j,1) ← 2*sync_2(i＋s_row,j,1)－sync_2(i＋2*s_row,j,1)
sync_2(i,j,2) ← sync_3(i,j,2)
sync_4(i,j,1) ← sync_3(i,j,1)
sync_4(i,j,2) ← 2*sync_4(i,j＋s_col,2)－sync_4(i,j＋2*s_col,2)
sync_1(i,j,1)← sync_2(i,j,1)
sync_1(i,j,2) ← sync_4(i,j,2)
·도 15의 (c)의 경우：sync_1, sync_3, sync_4를 외삽
sync_1(i,j,1) ← sync_2(i,j,1)
sync_1(i,j,2) ← 2*sync_1(i,j＋s_col,2)－sync_1(i,j＋2*s_col,2)
sync_3(i,j,1) ← 2*sync_3(i－s_row,j,1)－sync_3(i－2*s_row,j,1)
sync_3(i,j,2) ← sync_2(i,j,2)
sync_4(i,j,1) ← sync_3(i,j,1)
sync_4(i,j,2) ← sync_1(i,j,2)
·도 15의（d)의 경우：sync_2, sync_4,sync_3을 외삽
sync_2(i,j,1) ← sync_1(i,j,1)
sync_2(i,j,2) ← 2*sync_2(i,j－s_col,2)－sync_2(i,j－2*s_col,2)
sync_4(i,j,1) ← 2*sync_4(i－s_row,j,1)－sync_4(i－2*s_row,j,1)
sync_4(i,j,2) ← sync_1(i,j,2)
sync_3(i,j,1) ← sync_4(i,j,1)
sync_3(i,j,2)← sync_2(i,j,2)
예를 들면, 이상과 같은 방법에 의해, 페이지 내의 각 데이터 픽셀 위치가 사방으로부터 싱크에 둘러싸이도록 하여 싱크를 외삽할 수 있다. 본 실시예에서는, 이와 같이 하여 모든 데이터 픽셀 위치가 사방으로부터 싱크에 의해 둘러싸이는 상태로 한 후에, 처리 대상 픽셀 위치는, 그 데이터 픽셀 위치를 둘러싸는 4개의 싱크를 이용한 선형 보간을 행함으로써 계산(식별)된다.
도 16의 (a)는, 본 실시예에 따른 리샘플링 방법을 설명하기 위한 도면으로서, 처리 대상 픽셀 위치(ph)와, 그것을 둘러싸는 4개의 싱크(sync_1 내지 sync_4)를 나타내고 있다. 16의 (a)에서는, 네 코너의 싱크(sync_1 내지 sync_4)에 의해 둘러싸지는 영역이 4×4=16 픽셀분의 영역으로서 나타나 있다. 그러나, 전술한 바와 같이 본 실시예의 기록 포맷으로서 싱크 간격 i_sper = 24 비트가 설정되는 경우에는, 4개의 싱크(sync_1 내지 sync_4)에 의해 둘러싸지는 영역은 1 유닛분(6 심볼 × 6 심볼)의 영역으로 된다.
우선, 임의의 픽셀 위치(처리 대상 픽셀 위치)에 대하여 리샘플링함에 있어서는, 그 처리 대상 픽셀 위치의 좌표로부터, 그것을 둘러싸는 4개의 싱크를 결정한다. 그리고, 이와 같이 결정한 4개의 싱크를 이용하여, 이하와 같은 절차로 데이터 픽셀 위치를 계산하여 식별한다.
우선, 예를 들면, 좌상단에 있는 sync_1의 위치를 기준으로 하여, 처리 대상 픽셀 위치가 sync_1로부터 아래로 nr 비트, 우측으로 mc 비트만큼 떨어진 위치에 있는 것으로 한다. 그리고, 이와 같이 sync_1의 위치와 nr, mc에 의해 처리 대상 픽셀 위치를 정의한 후에, 이 처리 대상 픽셀 위치의 세로 좌표 phi에 대해서는, sync_ 1·sync_4 및 sync_2·sync_3을 이용한 수직 방향의 선형 보간,
ph_1·4_i={(i_sper-nr)*sync_1(i,j,1)+nr*sync_4(i,j,1)}/i_sper
ph_2·3_i={(i_sper-nr)*sync_2(i,j,1)+nr*sync_3(i,j,1)}/i_sper
를 행하여 도 16에서의 ph_1·4_i, ph_2·3_i를 계산한 후, 또한, 이들 ph_1·4_i, ph_2·3_i를 이용한 수직 방향의 선형 보간,
phi={(i_sper-mc)*ph_1·4_i+mc*ph_2·3_i}/i_sper
를 행함으로써 구할 수 있다.
이 값은, 오버샘플링 및 업스케일링 후의 포지셔닝(각 싱크 위치의 검출)이 행해지기 소수점 이하의 값(a value of decimals)을 갖는 것이 예상된다. 따라서, 상기 값은
phi_int=floor(phi)
phi_flt=phi-phi_int
로서, 세로 좌표의 정수부 phi_int와 세로 좌표의 소수부 phi_flt로 나누어 진다.
또한，마찬가지로 처리 대상 픽셀 위치의 가로 좌표 phj에 대해서는,
ph_1·4_j={(i_sper-nr)*sync_1(i,j,2)+nr*sync_4(i,j,2)}/i_sper
ph_2·3_j={(i_sper-nr)*sync_2(i,j,2)+nr*sync_3(i,j,2)}/i_sper
에 의한 수평 방향의 선형 보간을 행한 후, 또한, 이들 ph_1·4_j, ph_2·3_j를 이 용한 수평 방향의 선형 보간,
phj={(i_sper-mc)*ph_1·4_j+mc*ph_2·3_j}/i_sper
를 행하여 구해진다.
이 값도,
phj_int=floor(phj)
phj_flt=phj-phj_int
에 의해, 가로 좌표의 정수부 phj_int와 가로 좌표의 소수부 phj_flt로 나누어진다.
이와 같은 네 코너의 싱크를 이용한 수직 방향의 선형 보간 및 수평 방향의 선형 보간에 의해 산출된 세로 좌표 phi, 가로 좌표 phj로 식별되는 픽셀의 위치가, 처리 대상 픽셀 위치로 된다. 즉, 이들 세로 좌표 phi 및 가로 좌표 phj를 계산하는 것이, 처리 대상 픽셀 위치의 계산(검출)에 상당한다. 이와 같은 선형 보간에 의한 픽셀 위치의 계산을 행함으로써, 광학적인 왜곡 등에 의해 SLM(4)의 각 픽셀의 광이 이미지 센서(11) 상의 이상적인 위치에 조사되지 않은 경우에도, 적정하게 각 픽셀 위치의 식별을 행할 수 있다.
4) 데이터 픽셀 위치의 진폭값 계산
상기한 바와 같이, 처리 대상 픽셀 위치의 세로 좌표 phi 및 가로 좌표 phj의 산출을 행한 후에는, 그 데이터 픽셀의 위치에서의 진폭값을 계산한다.
도 16의 (b)는, 본 실시예로서의 픽셀 진폭값 계산 방법에 대하여 나타내고 있다. 본 실시예에서는，픽셀의 진폭값의 계산에 대해서도, 선형 보간을 이용한 방법을 이용하고 있다. 구체적으로는，전술한 바와 같이, 식별된 처리 대상 픽셀의 위치를 둘러싸는 네 코너의 진폭값(도면에서 rd_1, rd_2, rd_3, rd_4)을 이용한 선형 보간을 행하고，상기 처리 대상 픽셀의 진폭값 계산을 행한다.
여기에서, 진폭값의 계산에 있어서는, 처리 대상 픽셀의 위치를 둘러싸는 네 코너의 진폭값 rd_1, rd_2, rd_3, rd_4를, 이하와 같이 하여 정의한다.
rd_1 = i_rdata(phi_int,phj_int)
rd_2 = i_rdata(phi_int,phj_int+1)
rd_3 = i_rdata(phi_int+1,phj_int)
rd_4 = i_rdata(phi_int+1,phj_int+1)
즉, 이들 진폭값 rd_1, rd_2, rd_3, rd_4는, 전술한 계산에 의해 산출한 세로 좌표의 정수부 phi_int와 가로 좌표의 정수부 phj_int만으로 처리 대상 픽셀의 위치를 식별하였을 때의, 그것을 둘러싸는 네 코너의 위치에서의 신호 진폭값이다. 또한, 이들 네 코너의 신호 진폭값 rd_1, rd_2, rd_3, rd_4 중 좌상단의 진폭값 rd_1은, 처리 대상 픽셀 위치 내의 값이다. 그러나, 여기에서는 설명의 편의상, rd_1을 포함하는 rd_2, rd_3, rd_4를, 처리 대상 픽셀 위치를 둘러싸는 네 코너의 위치의 진폭값이라고 정의한다.
진폭값 rd_1, rd_2, rd_3, rd_4와, 전술한 계산에서 산출한 소수 좌표를 이용한 수직 방향의 선형 보간을 이하와 같이 행한다.
rd_1·4 = (1-phi_flt)*rd_1+phi_flt*rd_4
rd_2·3 = (1-phi_flt)*rd_2+phi_flt*rd_3
마지막으로, 수직 방향의 선형 보간을 행하여 얻어진 rd_1·4, rd_2·3과 소수 좌표를 이용하여, 수평 방향의 선형 보간을 이하와 같이 행한다.
rd_sample = (1-phj_flt)*rd_1·4+phj_flt*rd_2·3
여기에서 얻어진 rd_sample이, 처리 대상 픽셀 위치에서의 픽셀의 진폭값으로 된다. 도 16의 (b)에는, 이와 같은 수직 방향의 선형 보간과 수평 방향의 선형 보간으로 정해지는 rd_sample의 화상이 나타나 있다.
선형 보간을 이용한 픽셀의 진폭값의 계산 방법을 사용함으로써, 광학적인 왜곡 등에 의해 SLM(4)의 각 픽셀의 광이 이미지 센서(11) 상의 이상적인 위치에 조사되지 않은 경우에도 적정하게 각 픽셀의 진폭값 계산을 행할 수 있다.
5) 데이터 구별
상기한 바와 같은 위치 식별(계산) 및 진폭값 계산을 페이지 내의 각 픽셀의 위치에 대하여 행함으로써, 홀로그램 페이지 내의 각 데이터 픽셀마다의 진폭값을 얻을 수 있다. 즉, 페이지 내의 데이터를 1×1로 리샘플링할 수 있다. 여기에서, 전술한 바와 같이, 페이지 내의 데이터는, 심볼 단위에 의해 스파스 부호화되어 있으므로, 이것에 대응하여 소트 검출에 의한 데이터 식별을 행함으로써, "0" 및 "1"의 각 기록 비트의 최종 값을 검출하게 된다.
그리고, 검출한 각 비트값에 대해서는, 심볼마다 스파스 부호의 디코딩을 행하여，최종적으로 1심볼로부터 1바이트, 즉, 8 비트로 변환한다. 이와 같이 디코드된 1 심볼(1 바이트)분의 데이터를, 그 심볼의 데이터 번호순으로 출력함으로써, 기록 데이터를 재생할 수 있다. 즉, 이것에 의해 재생 데이터를 얻을 수 있다.
6) 리샘플링부의 내부 구성
상술한 제1 실시예에 따른 리샘플링 처리를 실현하기 위한, 전술한 도 8에 도시한 리샘플링부(23)의 내부 구성을, 도 17에 나타낸다. 또한，도 17에서는 리샘플링부(23)와 함께, 도 8에 도시한 업스케일링부(21), 등화 필터(22) 및 데이터 구별부(24)도 더불어서 나타내고 있다. 도 17에 도시된 바와 같이, 리샘플링부(23) 내에는, 싱크 검출부 (23a), 싱크 외삽부(23b), 데이터 픽셀 위치 식별부(23c) 및 픽셀 진폭값 계산부(23d)가 구비되어 있다.
우선, 전술한 도 8에서도 설명한 바와 같이, 리샘플링부(23)에는, 등화 필터(22)에 의한 등화 처리 후의 화상 신호가 입력된다. 리샘플링부(23)에서, 화상 신호는 싱크 검출부(23a)에 입력된다. 싱크 검출부(23a)는, 상기 등화 필터(22)로부터 입력된 화상 신호 및 미리 정해진 기록 포맷의 정보에 기초하여, 각 싱크 위치의 검출을 행한다. 구체적으로는，전술한 도 11에서 설명한 바와 같이, 페이지 중심의 싱크(중심 싱크) 위치를 검출한다. 또한, 검출한 중심 싱크 위치에 기초하여, 전술한 도 12에 의해 설명한 바와 같이 각 싱크 위치의 검출을 행한다.
싱크 외삽부(23b)는, 상기 싱크 검출부(23a)에 의해 검출된 각 싱크 위치의 정보에 기초하여, 싱크의 외삽을 행한다. 구체적으로는，검출된 각 싱크 위치의 정보를 이용하여, 전술한 도 13 내지 도 15에서 설명한 절차에 의해 싱크의 외삽을 행한다.
데이터 픽셀 위치 식별부(23c)는, 싱크 검출부(23a)에 의해 검출된 각 싱크 위치 및 상기 싱크 외삽부(23b)에 의해 외삽된 싱크 위치의 정보에 기초하여, 홀로 그램 페이지 내의 각 데이터 픽셀 위치의 식별을 행한다. 구체적으로는，전술한 도 16의 (a)에 의해 설명한 절차에 의해, 선형 보간에 의해 세로 좌표의 정수부 phi_int와 세로 좌표의 소수부 phi_flt 및 가로 좌표의 정수부 phj_int와 가로 좌표의 소수부　phj_flt를 각 데이터 픽셀의 위치마다 계산한다.
픽셀 진폭값 계산부(23d)는, 상기 데이터 픽셀 위치 식별부(23c)에 의해 식별(계산)된 각 데이터 픽셀 위치의 정보(각 데이터 픽셀마다 phi_int, phi_flt, phj_int, phj_flt)에 기초하여, 등화 필터(22)에 의한 등화 처리 후의 화상 신호로부터, 각 데이터 픽셀 위치에서의 진폭값을 계산에 의해 구한다. 구체적으로는，각 데이터 픽셀의 위치마다 세로 좌표의 정수부 phi_int와 세로 좌표의 소수부　phi_flt 및 가로 좌표의 정수부 phj_int와 가로 좌표의 소수부 phj_flt와, 진폭값 rd_1, rd_2, rd_3, rd_4에 기초하여，전술한 도 16의 (b)에서 설명한 선형 보간을 행하여 각 데이터 픽셀 위치에서의 진폭값을 계산에 의해 구한다.
또한，전술한 도 8에서도 설명하였지만, 리샘플링부(23)에 의해 구해진 각 데이터 픽셀 위치의 정보는, 데이터 구별부(24)에 공급된다. 이 데이터 구별부(24)와 도 8에 도시한 스파스 부호 디코딩부(25)에 대해서는 이미 도 8에서 설명하였으므로 재차의 설명은 생략한다.
7) 제1 실시예에 따른 리샘플링 처리에 대한 실험 결과
도 18 내지 도 20에는, 상술한 본 실시예에 따른 리샘플링 방법의 유효성에 대하여 설명하기 위한 실험 결과(시뮬레이션 결과)를 나타낸다.
본 실시예의 기록 포맷에 의해 기록된 데이터에 대하여 실제로 리샘플링을 행하여 재생한 실험 결과로서, 도 18은 본 실시예에 따른 재생 방법을 적용한 경우를, 도 19는 종래의 재생 방법을 적용한 경우의 실험 결과를 나타내고 있다. 또한，도 20은, 본 실시예의 재생 방법 중 각 싱크 검출(페이지 중심 싱크의 검출은 제외함)만을 적용하고, 그 후의 각 데이터 픽셀 위치의 식별 및 각 데이터 픽셀 위치에서의 진폭값 취득에 대해서는 종래 방법에 준하는 방법을 적용한 경우의 실험 결과를 나타내고 있다. 구체적으로 이 종래 방법에 준하는 각 데이터 픽셀 위치의 식별 및 각 데이터 픽셀 위치에서의 진폭값 취득 방법에 대해서는, 가장 가까운 싱크에 기초하여 처리 대상 픽셀의 위치를 4×4의 판독 신호로부터 선택하고, 그 값을 진폭값으로 하는 방법인 것으로 한다.
또한，이들 도 18 내지 도 20의 각 도면에서, 구체적인 실험 결과로서는, 페이지 내의 에러 분포, SER(Symbol Error Rate), SNR(S/N ratio)을 나타내고 있다. 페이지 내의 에러 분포에 대해서는, 도면에서 흰 사각으로 나타내고 있다. 이중 사각으로 되어 있는 부분은, 그 안쪽 테두리가 비트 단위에서의 에러(비트 에러)를 나타내고, 외부 프레임이 심볼 단위에서의 에러(심볼 에러)를 나타내고 있다. 또한，이것으로부터 이해되는 바와 같이, 각 도면의 결과는, 리샘플링 후의 데이터 구별까지를 행하여 얻어진 것이다. 데이터 구별 방법은 본 실시예 및 종래의 어느 하나의 방법에서도 먼저 설명한 바와 동일하다.
우선, 도 19의 종래의 리샘플링 방법을 이용한 경우에 대하여 보면, 검출에 실패한 싱크의 주위에서 에러가 발생함을 알 수 있다. 특히, 외주 부분에서의 에러 레이트가 특히 높아서, 이대로는 실용화가 곤란하다. 이 경우, SNR은 2.63 이 었다.
이것에 대하여, 우선 도 18에 도시한 본 실시예의 리샘플링 방법을 이용하는 경우는, 싱크 검출의 실패에 의한 에러의 집중은 대폭 완화되어, 에러의 발생 위치는 분산되어 있음과 함께, 그 에러 수도 대폭 감소하고 있는 것을 알 수 있다. 이 경우의 SNR은 3.25 이었다. 이 결과로부터, 본 실시예의 리샘플링 방법에 의하면, 종래의 리샘플링 방법보다도 적정하게 데이터 재생을 행하는 것이 가능한 것을 이해할 수 있다.
또한，도 20에 도시한 결과와, 도 18에 도시한 본 실시예의 리샘플링 방법의 모두를 적용하는 경우를 비교하면, 도 20의 경우에는 약간의 에러의 증가는 있지만, 에러의 분포는 도 18의 경우와 거의 동일하고, 또한, 도 19의 종래 방법을 적용한 경우와의 비교에서는 대폭적인 에러의 저감이 실현되고 있는 것을 확인할 수 있다. 이 경우의 SNR은 3.24 이었다. 도 20의 결과로부터, 본 실시예와 같이, 다수의 싱크를 이용하여 각각의 싱크를 검출하는 것이 유효함이 실증된다.
또한，페이지 중심의 싱크에 대하여 다수의 싱크를 이용한 검출을 행하는 방법에 관해서는, 그것이 최종적인 싱크 위치를 결정하는 것이 아니므로, 단독으로는 효과를 발휘할 수 없다. 단，예를 들면, 제2 실시예로서 후술하는 2차원 클록의 추출을 행하여 타이밍 리커버리를 하는 경우에는, 최종적인 페이지의 포지셔닝로서 페이지 중심의 위치를 결정하므로, 그 경우에는，1군데의 싱크만을 사용하는 것보다도 본 실시예와 같이 다수의 싱크를 사용하여 페이지 중심 위치를 정하는 방법 쪽이 우수하다고 할 수 있다.
[선형 보간을 이용한 리샘플링까지를 포함한 종합적인 재생 특성]
도 21 내지 도 23을 이용하여, 코히런트 가산에 의한 신호 판독 후, 전술한 제1 실시예에 따른 리샘플링까지를 행한 후의 재생 특성에 대하여 설명한다.
우선, 도 21은, 제1 실시예에 따른 리샘플링을 행한 경우와, 픽셀 매칭이 취해지고 있는 경우에서의 비교 결과를 나타낸다. 도 21a 및 도 21b에서는, 수평축을, 도 9a 및 도 9b에서 계산한 2×2의 오버샘플링의 결과를 단순하게 솎아내어 얻은 1×1 픽셀의 진폭값으로 하고 있다. 또한，수직축은, 광학적인 픽셀 매칭을 취하지 않고 본 실시예의 선형 보간을 이용한 리샘플링을 행한 결과이다. 여기에서는 선형 보간에 의한 리샘플링의 유효성이 나타내기 때문에, 오버샘플링 레이트에 대해서는 1.33×1.33로서, 정수배가 아닌 어중간한 리샘플링 결과를 취하고 있다.
전술한 제1 실시예에 따른 선형 보간을 이용한 데이터 픽셀 위치의 식별 및 진폭값 계산에 의한 리샘플링 방법은, 선형 보간을 이용하고 있으므로, 오버샘플링 레이트가 정수배가 아니라 전술한 1.33×1.33과 같은 어중간한 오버샘플링 레이트가 설정된 경우에도, 적정한 리샘플링을 행할 수 있다. 또한，도 21의 결과를 얻는데 이용한 시뮬레이터는, 전술한 도 9에서 이용한 시뮬레이터와 마찬가지이다. 또한，이 경우의 시뮬레이션에서도, 의도적으로 재생 화상의 위치 시프팅을 발생시킨다고 하는 것은 행하고 있지 않고, 따라서 도 21a 및 도 21b에서의 수평축의 2×2의 오버샘플링 결과에 기초하는 진폭값은, 픽셀 매칭이 취해지고 있는 경우와 동일하게 취급할 수 있다.
도 21a는 위상 마스크가 없는 경우, 도 21b는 위상 마스크가 있는 경우를 나 타내고 있다. 이들 도 21a 및 도 21b에서, 전술한 도 9a 및 도 9b와 마찬가지로，수평축과 수직축의 값은 거의 일치한다. 이것은, 광학적인 픽셀 매칭이 취해지고 있지 않은 경우에도, 전술한 제1 실시예에 따른 선형 보간을 이용한 리샘플링을 행함으로써, 위상 마스크 없음/있음의 경우에서 모두, 광학적인 픽셀 매칭이 취해지는 경우와 거의 마찬가지의 재생 신호 특성이 얻어지는 것을 나타내고 있다.
여기에서, 선형 보간을 이용한 리샘플링에 의한 연산 오차를 보다 정량적으로 추정하기 위해서, 이하의 NMSE(Normalized Mean Square Error)라고 하는 평가값을 하기 NMSE의 정의식으로 정의하였다.
NMSE　＝（A-B)의 제곱 평균/A의 평균 거듭제곱
여기서, A는 광학적인 픽셀 매칭이 취해지고 있는 경우에 취득된 데이터 픽셀 위치에서의 진폭값이고, B는 본 실시예의 선형 보간을 이용한 리샘플링에 의해 계산한 데이터 픽셀 위치에서의 진폭값이다.
이 정의식으로부터 이해되는 바와 같이, NMSE는, 광학적인 픽셀 매칭이 취해지는 경우와의 오차가 적을수록(즉, 재생 특성이 양호할수록) 작은 값을 취한다.
이와 같은 NMSE를 이용하여, 애퍼처 사이즈와 오버샘플링 레이트 간의 관계에 대하여 고찰해 본다. 도 22a 및 도 22b는, 애퍼처 사이즈와 오버샘플링 레이트 간의 관계를 NMSE에 의해 나타내는 도면으로서, 1.0×1.0, 1.143×1.143, 1.333×1.333, 1.6×1.6, 및 2.0×2.0이라고 하는 5가지의 오버샘플링 레이트의 설정시의 각각에서의, 애퍼처 사이즈 1.0 내지 2.0까지의 범위에 대한 NMSE의 값의 변화를 그래프화하여 나타내고 있다. 이들 도면에서, 수평축은, 나이퀴스트 애퍼처비의 애퍼처 사이즈이며, 수직축이 NMSE이다.
도시되어 있는 바와 같이, 오버샘플링 레이트=2.000배(2.0×2.0)의 경우의 결과는 × 표시의 플롯에 의해 나타나고, 오버샘플링 레이트=1,600배(1.6×1.6)의 경우의 결과는 □ 표시의 플롯에 의해 나타내고 있다. 이하 마찬가지로, 오버샘플링 레이트=1.333배(1.333×1.333)의 경우에는 △ 표시, 1.143배(1.143×1.143)은 ▽ 표시, 1.000배(1.0×1.0)는 ○ 표시의 플롯에 의해 그 결과를 나타내고 있다.
도 22a는 위상 마스크가 없는 경우, 도 22b는 위상 마스크가 있는 경우를 나타내고 있다. 이들 도 22a 및 도 22b의 각 도면의 결과는, 본 실시예의 코히런트 가산에 의한 선형 판독을 행한 후에, 선형 보간을 이용한 리샘플링을 행한 경우를 나타내는 것이다. 이 경우의 시뮬레이터도 전술한 도 9에서 설명한 바와 동일하다.
또한，비교로서, 도 23a 및 도 23b는, 코히런트 가산에 의한 선형 판독을 행하지 않는 종래 방법을 이용하는 경우에 제1 실시예에 따른 선형 보간 이용의 리샘플링을 행한 경우에서의, 도 22a 및 도 22b와 동일한 NMSE에 관한 계산 결과를 나타낸다. 도 23a는 위상 마스크가 없는 경우, 도 23b는 위상 마스크가 있는 경우를 나타낸다.
우선, 이들 도 22, 도 23의 공통 사항으로서, 오버샘플링 레이트가 애퍼처 사이즈에 대하여 충분히 크면, NMSE의 값은 작아진다. 구체적으로, × 표시로 나타내는 오버샘플링 레이트 = 2.0×2.0의 경우에, 애퍼처 사이즈 = 1.0이면, NMSE는 가장 작아져서, 양호한 재생 신호 특성이 얻어지는 것을 이해할 수 있다.
이 전제를 근거로 한 후에서, 우선은 도 23에 도시한 종래 방법의 경우의 결과를 참조하면，도 23a에 도시한 위상 마스크가 없는 경우, 오버샘플링 레이트를 2.0×2.0으로, 애퍼처 사이즈를 1.0으로 하면, NMSE는 5％ 정도이고, 이 수치이면 실용화는 가능하다고 말할 수 있다. 그러나, 이 경우는 당연한 것이면서 위상 마스크에 의한 홀로그램 페이지의 다중화에 의해서 고기록 밀도화를 실현할 수는 없게 된다.
도 23b의 위상 마스크가 있는 경우에 대해서는, 오버샘플링 레이트를 2.0×2.0으로 설정하고, 애퍼처 사이즈를 충분히 작게 하여도 NMSE의 값은 10％ 정도로 멈춘다. 이 점으로부터, 종래에서 기록시에 위상 마스크로서 위상 변조를 행하는 경우에는, 오버샘플링 레이트는 2.0×2.0 이하로 내릴 수는 없게 된다.
이것에 대하여, 도 22에 도시한 본 실시예에 따른 코히런트 가산을 행하는 경우에는, 도 22a에 도시한 위상 마스크가 없는 경우, 및도 22b에 도시한 위상 마스크가 있는 경우를, 도 23a 및 도 23b의 결과와 비교하면, 전체적으로 NMSE의 수치는 낮아져 있는 것을 이해할 수 있다. 구체적으로, 나이퀴스트의 샘플링 정리의 조건, "오버샘플링 레이트 > 애퍼처 사이즈"라는 조건이 만족되는 범위이면, NMSE의 값은 1％보다도 작아져 있는 것을 확인할 수 있다.
이 결과에 의해, 본 실시예에 의하면, 샘플링 정리에 의한 조건을 충족하면, 광학적인 픽셀 매칭이 취해질 경우와 거의 마찬가지의 재생 신호 특성이 얻어지는 것을 이해할 수 있다. 환언하면, 코히런트 가산에 의한 선형 판독을 행함으로써, 광학적인 픽셀 매칭이 취해지지 않는 경우에도, 오버샘플링과 리샘플링 처리에 의 해, 광학적인 픽셀 매칭이 취해지는 경우와 동일한 재생 신호 특성을 얻을 수 있다.
다시 말하면, 광학적인 픽셀 매칭이 취해지지 않는 경우에서, 또한, 오버샘플링 레이트가 정수 배가 아닌 어중간한 값으로 설정되는 경우에도, 선형 보간을 이용한 샘플링에 의해 적정하게 데이터 재생을 행할 수 있다.
<제2 실시예>
계속해서, 본 발명의 제2 실시예에 대하여 설명한다. 제2 실시예는, 전술한 제1 실시예에서 설명한 코히런트 가산에 의한 선형 판독을 행하는 점에 대해서는 동일하고, 리샘플링 처리를, 상이한 방법으로 행한다는 점에서는 제1 실시예와 상이하다.
[이차원 클록 추출에 의한 리샘플링]
여기에서, 전술한 제1 실시예의 리샘플링 처리에서는, 홀로그램 페이지 내에 삽입된 싱크의 위치를 검출한 후에서, 각 데이터 픽셀 위치는, 싱크의 위치에 기초하여 식별한다. 즉, 제1 실시예에 따라 싱크 의존 리샘플링을 행한다.
그러나, 이와 같은 싱크 의존 리샘플링을 행하는 경우, 데이터 픽셀 위치의 식별 정밀도를 어는 정도 확보하기 위해서는, 실제로는, 홀로그램 페이지 내에 많은 싱크를 매립하는 것이 바람직하다. 이 의미에서, 싱크 의존 리샘플링을 행하는 방법은, 유저 데이터의 기록 용량을 확대할 때 곤란성을 갖는다.
또한，싱크 의존 리샘플링을 행하는 경우, 싱크가 손상된 경우에는, 유효한 리샘플링을 행할 수 없게 될 가능성이 있다. 또한，싱크 의존에 의한 리샘플링은, 수광 화상의 평면 방향의 시프트에 대해서는 매우 유효하지만, 화상의 확대/축소가 생긴 경우에, 포지셔닝 정밀도를 확보하는 것이 비교적 곤란하게 될 우려가 있다. 또한，화상의 회전에 대해서도 정밀도 확보의 곤란성이 있다.
본래, 싱크는, 비트 동기가 취해진 (즉, 1T마다의 비트 단락(bit sectioning)이 확정된) 상태에서, 소정의 데이터 단위를 구획하기 위한 정보로서 이용되어야 하지만, 예를 들면, 제1 실시예의 경우와 같이, 각 싱크의 위치의 식별 후에, 싱크 위치에 기초하는 각 데이터 픽셀의 위치의 식별이라고 하는 절차를 밟는 경우에는, 싱크는, 비트 동기를 취하기 위해 이용되고 있으며, 그 의미에서 본래의 사용법과는 다르게 된다.
따라서，제2 실시예에서는, 판독 화상 신호로부터 이차원 클록을 추출하고, 그 이차원 클록에 기초하여, 각 데이터 픽셀 위치의 식별을 행하는 방법을 제안한다. 구체적으로는，예를 들면, 판독 화상의 x 방향(예를 들면, 수평 방향), y 방향(예를 들면, 수직 방향)의 이차원 클록을 추출하고, 그들 교점으로부터, 각 데이터 픽셀의 위치를 식별한다. 이와 같은 이차원 클록에 기초하는 데이터 픽셀 위치의 식별이 가능하게 되면, 데이터 픽셀 위치의 식별에 있어서, 싱크는 불필요하다고 할 수 있다.
[재생 장치의 구성]
이하, 제2 실시예의 기록/재생 장치의 구성에 대하여 설명한다. 제2 실시예의 기록/재생 장치는, 전술한 제1 실시예의 기록/재생 장치(1)와 비교하면, 데이터 재생부(13) 내의 구성이 서로 다르다는 점에서 상이하고, 다른 부분의 구성은 도 1 및 도 3에 도시한 바와 동일하다. 따라서 이하에서는, 제2 실시예의 기록/재생 장치가 구비하는 데이터 재생부(13)의 내부 구성에 대하여 설명한다.
도 24는, 제2 실시예의 기록/재생 장치가 구비하는 데이터 재생부(13)의 내부 구성을 나타낸 블록도이다. 또한, 도 24에서, 이미 도 8에서 설명한 부분에 대해서는 동일 부호를 붙여서 설명을 생략한다.
도 24와 전술한 도 8을 비교하여 알 수 있는 바와 같이, 제2 실시예의 경우의 데이터 재생부(13)는, 리샘플링부(23) 대신에 리샘플링부(30)가 설치됨과 함께, 리샘플링부(30)와 데이터 구별부(24) 사이에, 페이지 싱크 포지셔닝부(33) 및 심볼 추출부(34)가 삽입되는 점이 서로 다르다.
상기 리샘플링부(30) 내에는, 이차원 클록 추출/데이터 픽셀 위치 식별부(31)와, 픽셀 진폭값 취득부(32)가 설치된다. 도 24에 도시한 바와 같이, 이차원 클록 추출/데이터 픽셀 위치 식별부(31)에는, 등화 필터(22)에 의한 등화 처리 후의 화상 신호가 공급된다. 이차원 클록 추출/데이터 픽셀 위치 식별부(31)는, 상기 등화 필터(22)로부터 입력되는 화상 신호로부터 이차원 클록의 추출 처리 및 이차원 클록에 기초하는 각 데이터 픽셀 위치의 식별을 행한다. 또한，이차원 클록 추출/데이터 픽셀 위치 식별부(31)에 의한 이차원 클록 추출 처리 및 이차원 클록에 기초하는 각 데이터 픽셀 위치의 식별 처리의 구체적 내용 및 그 내부 구성에 대해서는 후에 다시 설명한다.
또한，상기 픽셀 진폭값 취득부(32)에는, 상기 등화 필터(22)로부터의 화상 신호가 입력됨과 함께, 상기 이차원 클록 추출/데이터 픽셀 위치 식별부(31)에 의 해 식별된 각 데이터 픽셀 위치의 정보가 입력된다. 픽셀 진폭값 취득부(32)는, 상기 이차원 클록 추출/데이터 픽셀 위치 식별부(31)로부터의 각 데이터 픽셀 위치의 정보에 기초하여, 상기 등화 필터(22)로부터의 화상 신호 내에서의 각 데이터 픽셀 위치에서의 진폭값을 취득한다. 또한，픽셀 진폭값 취득부(32)에 의한 진폭값 취득 처리의 구체적 내용에 대해서도 후술한다.
페이지 싱크 포지셔닝부(33)는, 상기 픽셀 진폭값 취득부(32)에 의해 취득된 각 데이터 픽셀 위치의 진폭값의 정보에 기초하여, 페이지 싱크 포지셔닝 처리를 행한다. 즉, 페이지 싱크 포지셔닝부(33)는, 식별된 각 데이터 픽셀(특히, 그 진폭값)이, 기록 포맷 상의 어느 위치에 해당할지를 식별한다. 또한，심볼 추출부(34)는, 상기 페이지 싱크 포지셔닝부(33)에 의해 식별된, 기록 포맷상에서의 각 데이터 픽셀의 정보에 기초하여, 홀로그램 페이지 내의 각 심볼의 추출한다.
제2 실시예의 경우, 데이터 픽셀마다의 진폭값은 심볼 추출부(34)에 의해 심볼 단위로 모여져 데이터 구별부(24)에 입력된다. 또한，상기 페이지 싱크 포지셔닝부(33)에 의한 페이지 싱크 포지셔닝 처리 및 상기 심볼 추출부(34)에 의한 심볼 추출 처리의 구체적 내용에 대해서도 후술한다.
[이차원 클록 추출에 의한 리샘플링 처리의 구체예]
이하, 제2 실시예에 따른 리샘플링 처리의 구체적인 내용에 대하여 설명한다. 또한，설명은 이하의 항과 같이 나누어 행한다.
1. X 방향 미분 및 Y 방향 미분
2. 비선형 처리
3. 2차원의 푸리에 변환 처리
4. 클록 신호 성분의 추출
5. 위상 시프트 처리
6. 역 푸리에 변환 처리
7. 제로 크로스선의 추출
8. 제로 크로스선 격자점 추출
여기에서, 이하의 설명에서는, "신호"가 스칼라양(a scalar quantity)을 갖는 이차원 신호이며, 2차원 화상과 등가라는 점에서, "클록 신호"라고 하는 용어를 이용함을 주지하라. 또한，화상을 표현하는 경우의 좌표 시스템은, X 방향은 도면에서의 우 방향, Y 방향은 도면에서의 아래 방향으로 한다.
1. X 방향 미분 및 Y 방향 미분
우선은, 도 25 및 도 26은, 이미지 센서(11)의 검출 화상 신호로서의 센서 출력 화상 및 업스케일링부(21)에 의한 업스케일링 후의 화상을 각각 나타낸다. 또한, 도 25 및 도 26을 비롯하여, 이후에서 화상을 취급하는 도면에 관해서는, 전체 화상에서는 상세한 모습을 포착하기 어렵기 때문에, 위치는 각각 공통으로 한 후에 일부만을 확대한 도면을 이용함을 주지하라.
우선, 전제로 하여, 이하의 설명에서는, 도 25에 도시한 센서 출력 화상의 화상 사이즈는, 1024×1024 픽셀인 것으로 한다. 전술한 제1 실시예의 설명으로부터, 이 경우의 오버샘플링 레이트는 2×2이기 때문에，SLM(4)의 픽셀 1개에 대하여, 이미지 센서(11)의 픽셀이 2×2의 비율로 대응한다. 즉, SLM(4)의 1 픽셀분의 화상이 이미지 센서(11)의 4 픽셀분으로 수광된다.
또한，이 비율은 거의 일정하다고 생각해도 되지만, 포지셔닝의 상태(위상)는 다양하게 변화하고, 화상 내에서도 변동한다. 또한，거의 일정하기는 하지만, 오버샘플링 레이트도 변화하고, 화상 내에서의 변동도 있다고 생각해야 한다. 또한，센서 출력 화상에는 다양하게는 변동, 왜곡 및 열화가 포함되는 것도 주의해 둔다.
또한，상기 센서 출력 화상의 화상 사이즈와 오버샘플링 레이트 간의 관계로부터도 이해되는 바와 같이, 이 경우의 SLM(4)의 유효 픽셀수는, 512×512 픽셀이다.
도 25에 도시한 센서 출력 화상과 도 26에 도시한 업스케일링 후의 화상을 비교하면, 도 26에 도시한 화상 쪽이, 도 25에 도시한 화상보다도 해상도가 증가하고 있는 것을 알 수 있다. 이 경우, 업스케일링의 레이트는 2×2이기 때문에, 도 26에 도시한 화상의 화상 사이즈는, 도 25에 도시한 화상의 1024×1024 픽셀의 종횡 각각 2배로 되는 2048×2048 픽셀이다. 또한，2048×2048 픽셀에 의한 화상 사이즈는, 전술한 SLM(4)의 512×512 픽셀의 사이즈에 대하여 종횡 각각 4배로 되어 있는 것을 알 수 있다. 이것은, 2×2 샘플링 후에 2×2 업스케일링이 행해진 것으로, 종합적으로 4×4 업스케일링이 행해진 결과이다.
이 실시예에서는, 도 26에 도시한 바와 같은 업스케일링 후의 2차원 신호(화상)를 처리하고, 화상 내에 포함되는 X 방향 클록과 Y 방향 클록을 추출하고, 추출한 클록에 기초하여, 데이터 픽셀 위치의 식별을 행한다. 즉, 화상 내에서의 SLM(4)의 각 픽셀의 위치를 식별한다.
그 때문에, 우선은 업스케일링 후의 2차원 신호에 대하여, X 방향의 미분 처리와 Y 방향의 미분 처리를 각각 실시한다. 도 27은, 이 경우의 미분 처리에서 이용하는 화상 처리 마스크를 나타내고 있다. 도 27a는 X 방향 미분에서 이용하는 X 방향 미분 마스크를, 도 27b는 Y 방향 미분에서 이용하는 Y 방향 미분 마스크를 나타내고 있다. 도 27a 및 도 27b에 도시하는 바와 같이, 이들 마스크로서는, 중심 위치를 원점으로 하는 2차원 임펄스 응답(two-dimensional impulse responses)이며, 이것을 화상에 대하여 컨볼루션(convolution)함으로써, 각각 X 방향 미분 및 Y 방향의 미분 처리가 행해지게 된다.
또한，"화상 처리 마스크"라고 하는 용어 외에, "연산자(operator)"라고 하기도 함을 이해할 수 있다. 또한，이들 마스크로서는, 후술하는 화상 처리에서의 소벨 연산자(Sobel operator)를 구성하는 X 방향 미분과 Y 방향 미분이며, 미분 처리에서 종종 사용되는 것이다.
구체적으로, 이들 마스크의 사이즈로서는, 3×3 픽셀의 총 9픽셀분의 사이즈이며, X 방향 미분 마스크의 패턴은, X 방향 선(행)을 상단으로부터 순서대로 "-1, 0, +1", "-2, 0, +2", "-1, 0, +1"이다. 또한，Y 방향 미분 마스크의 패턴은, Y 방향 선(열)을 좌측으로부터 순서대로 "-1, 0, +1", "-2, 0, +2", "-1, 0, +1"이다.
이들 마스크를 이용한 미분 처리로서, 본 실시예에서는 X 방향 미분 마스크를 이용한 X 방향 미분과, Y 방향 미분 마스크를 이용한 Y 방향 미분을 각각 독립 적으로 행한다. 즉, 업스케일링 후의 2차원 화상 신호를 2개의 시스템으로 분배하고, 한 방향에는 X 방향 미분 마스크에 의한 컨볼루션을 행하고, 다른 쪽에는 Y 방향 미분 마스크에 의한 컨볼루션을 행한다. 즉, 이 경우의 미분 처리의 결과로서는, X 방향 미분된 2차원 화상 신호와 Y 방향 미분된 2차원 화상 신호와의 2개의 시스템이 얻어지게 된다.
미분 처리의 구체적인 내용으로서는, 업스케일링 후의 2차원 화상 신호에 대하여, 1개의 처리 대상 픽셀에 마스크의 중심을 맞춘 후에, 상기 처리 대상 픽셀과 그 주위의 각 픽셀의 값에 대하여 마스크가 대응하는 위치의 값을 각각 승산한다. 그 결과 얻어지는 총 9개의 값을 합산하고, 그 결과를 상기 처리 대상 픽셀의 미분 처리 결과라고 한다. 이 처리를, 업스케일링 후의 2차원 화상 신호의 각 픽셀에 대하여 행한다.
이와 같은 미분 처리가 행해진 결과 얻어지는 화상은, 업스케일링 후의 화상의 일부의 진폭값의 변화(즉, 휘도의 경사도)가 클수록, 해당 부분의 진폭의 절대값이 커지는 화상이다. 환언하면, 이와 같이 하여 얻어지는 미분 처리 후의 화상으로서는, 그 부분의 절대값이 클수록, 휘도의 경사도가 커진다. 이와 같이 휘도의 경사도가 큰 부분을 "에지"라고 한다. 클록 추출에는 이 에지의 성분이 중요한 정보원이다.
또한，도 27에 도시한 각 마스크는 평활화의 효과를 포함하므로, 다른 필터 처리와의 균형을 고려해야 한다. 또한，여기에서 예를 든 이외에 미분의 효과를 갖는 마스크는 다수 있으며, 적절히 선택하여 사용할 수 있다. 또한，여기에서 예 를 든 마스크는, 3×3 사이즈의 홀수×홀수이며, 컨볼루션 후에도 주목하는 픽셀의 위치(위상)의 오프셋이 없음을 의미한다. 이는 별도로 정렬을 고려할 필요가 없다는 점에서 바람직하다.
2. 비선형 처리
상기한 미분 처리에 의해, X 방향 미분이 행해진 2차원 화상 신호와 Y 방향 미분이 행해진 2차원 화상 신호가 얻어진다. 이들 2차원 화상 신호에 대해서는, 비선형 처리를 더 실시한다. 이 경우, 비선형 처리로서는, 절대값을 취하는 처리(절대값 처리)를 행한다.
도 28 및 도 29는, 이와 같은 절대값 처리 후에 얻어지는 타이밍 펄스 신호로서의 화상을 나타내고 있다. 도 28은, X 방향 미분 후의 2차원 화상 신호를 절대값 처리하여 얻어진 X 방향 타이밍 펄스 신호를, 도 29는 Y 방향 미분 후의 2차원 화상 신호를 절대값 처리하여 얻어진 Y 방향 타이밍 펄스 신호를 나타내고 있다.
우선, 이들 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, X 방향 타이밍 펄스 신호 및 Y 방향 타이밍 펄스 신호는 2치 신호가 아니라, 다치(multi-value) 신호(즉, 농담 화상(grayscale image))이다. 또한，물론 2치화하여도 되지만, 본 실시예에서는 다치 신호로부터 클록 추출을 행하고 있다. 그 이유는, 샘플링 레이트가 4×4로 비교적 적으므로, 2치화하지 않고 다치를 그대로 유지하여 에지 신호의 강도와 파형을 유지시킴으로써, 그 위상 정보(타이밍 정보)를 양호하게 유지시키기 위해서이다. 후의 처리에서 클록 신호가 그들에 피트하는 것으로 하여 적절하게 추출된 다.
그리고, 도 28과, 전술한 도 25 및 도 26의 화상을 비교하여 알 수 있는 바와 같이, X 방향 미분 및 절대값 처리는, X 방향에서 화이트로부터 블랙으로, 또는 블랙으로부터 화이트로 변화하는 원래의 화상 내의 부분을 추출한다. 즉, X 방향의 에지 부분이 추출된다. 마찬가지로, 도 29와 전술한 도 25 및 도 26을 비교하면, Y 방향 미분 및 절대값 처리는, Y 방향의 에지 부분을 추출하는 것을 알 수 있다.
3. 2차원의 푸리에 변환 처리
상기한 바와 같이, X 방향 미분 및 절대값 처리에서 얻어진 X 방향 타이밍 펄스 신호와, Y 방향 미분 및 절대값 처리에서 얻어진 Y 방향 타이밍 펄스 신호는, 각각, 이차원의 푸리에 변환 처리를 실시하여 각각의 주파수 해석을 행한다. 이 해석 결과로부터, X 방향 클록 성분과 Y 방향 클록 성분을 추출할 수 있다.
이 실시예의 경우, 푸리에 변환으로서는 FFT(Fast　Fourier　Transform: 고속 푸리에 변환)를 행한다. FFT는, DFT(Discrete　Fourier　Transform: 이산 푸리에 변환)와 동일한 결과를 고속으로 얻기 위한 널리 사용되는 알고리즘이다.
도 30 및 도 31은, X 방향 타이밍 펄스 신호의 2차원 FFT에 의한 해석 결과, 및 Y 방향 타이밍 펄스 신호의 2차원 FFT에 의한 해석 결과를 나타내고 있다. 여기에서, X 방향 타이밍 펄스 신호 및 Y 방향 타이밍 펄스 신호는, 각각 화상 사이즈는 2048×2048 픽셀로 되어 있다. 이것을 2차원 FFT하면，각각 2048×2048의 사이즈의 복소수 배열(complex number arrays)로 된다. 우선, 이하에서는, 이 2차원 FFT에 의한 해석 결과에 대한 설명에 앞서, 2차원 FFT의 개념에 대하여 설명해 둔다.
정의
FFT와 IFFT(Inverse　FFT: 역고속 푸리에 변환)의 기본으로 작용하는, DFT와 IDFT(Inverse　DFT: 역이산 푸리에 변환)의 정의는 다음의 수학식 1 및 수학식 2로 표현하는 바와 같다.
Figure 112009037186109-PAT00001
Figure 112009037186109-PAT00002
상기 식에서, M은 X 방향 화상 사이즈이고, N은 Y 방향 화상 사이즈이다. 여기에서는 양자 모두 2048 픽셀이다.
또한，f(x, y)는 2048×2048 픽셀의 화상을 나타낸다. 우측 방향에 X축, 하측 방향에 y축을 취하고,
x = 0, 1, …, 2047의 정수,
y = 0, 1, …, 2047의 정수
이며, 각 좌표에 농담값을 갖는다.
F(fx, fy)는 FFT의 변환 결과이며, 복소수이다. fx와 fy는 주파수 영역의 변수이고, fx는 X 방향 주파수이며, fy는 Y 방향 주파수이고,
fx = 0, 1, …, 2047의 정수,
fy = 0, 1, …, 2047의 정수
이다.
주파수
기본적으로는, 주파수는 단위 길이당 정현파(sine waves)가 몇 주기 들어갈지와 관련해서 정의되지만, 여기에서는, 이후의 설명을 이해하기 쉽게 하기 위해서, 공급된 화상 사이즈를 단위 길이로 한다. X　방향 주파수를 예로 들면, X 방향의 화상의 폭(M 픽셀, 즉, 2048 픽셀)과 등가인 길이에 맞춰지는 주기가 몇개인지가 X 방향 주파수이다. Y 방향 주파수도 마찬가지로, Y 방향의 화상의 높이(N 픽셀, 즉, 2048 픽셀)과 등가인 길이에 맞춰진 주기가 몇개인지가 Y 방향 주파수이다.
포지티브 및 네가티브 주파수
fx와 fy는, 정의에서는 상기와 같이 네가티브가 아닌 정수이지만, 그 상위 절반은, 네가티브 주파수 성분과 일치한다.
증명(demostation)
수학식 1에서, fx = -k 및 fx = M-k(여기서, k 및 x는 정수)를 대입해 보면,
F(-k, fy) = F(M-k, fy)
로 되어 동일한 것을 알 수 있다.
네가티브 주파수로 보는 것으로 하면，주파수가 원점 대칭으로 되어 이해하 기 쉽고, 나중에 파워 스펙트럼의 조감도를 볼 때에도 중앙을 주파수 0으로 하는 것과 합치한다. 따라서, 이후, 상위 절반은 네가티브 주파수라고 간주한다.
따라서, 이는
fx = 0, 1, …, 1023, 1024, …, 2046, 2047
의 상위 절반을 취하고,
fx = 0, 1, …, 1023, -1024, …, -2, -1
이라고 하는 네가티브 주파수라고 상위 절반을 간주하고, 또한, 상위 절반을 앞으로 이동하여,
fx = -1024, …, -1, 0, +1, …, +1023
인 주파수의 순서로 변환한다고 이해하여도 된다.
fy에 대해서도 마찬가지이다. 따라서, 2048×2048 포인트의 주파수 해석 결과는, 실장상 적절한 배열의 인덱스 변환으로 인해
fx = -1024, …, -1, 0, +1, …, +1023
fy = -1024, …, -1, 0, +1, …, +1023
인 포지티브 및 네가티브 주파수의 해석 결과로 이해하는 것으로 한다.
또한，주파수 +1024는 네가티브 -1024로 변경하지 않고 +1024 그대로여도 되지만, 여기에서는 네가티브로 함을 주지하라.
F(fx,　fy)의 의미
전술한 수학식 2와 같이, 화상은 다양한 주파수 성분으로 분해할 수 있어, 반대로 그 합으로서 나타낸다. 그 주파수 성분이란, 수학식 2의 Σ 내부의 각 항 이며, 다음의 수학식 3으로 표현된다.
Figure 112009037186109-PAT00003
여기에서 지수부(exponential portion)는 X 방향 주파수 = fx, 및 Y 방향 주파수 = fy인 평면파(plane wave)이다. F(fx,　fy)는 상기 평면파에 강도와 위상을 부여한다.
공액 성분
수학식 3은 복소수이지만, 여기에서는 실수치인 농담 화상을 주파수 해석하므로, 원점 대칭 네가티브 주파수 성분 F(-fx, -fy)가 반드시 F(fx,　fy)와 복소 공액으로 되어, 양자의 합을 취하면 허수부(imaginary number portion)가 지워져 실수(real number)로 된다. 따라서, 수학식 3의 복소수를 그대로 주파수 성분이라고 생각할 수 있으며, 포지티브 주파수만 주목된다. 주파수 성분의 개별 파형이 실제로 필요할 때 실부(real part)를 취하면 된다.
평면파
실수로 생각하면, 평면파는 수학식 4로 표현된다.
Figure 112009037186109-PAT00004
여기에서 A = |F(fx,　fy)| 이며, θ는 F(fx,fy)의 편각(argument)이다. A 는, F(fx,　fy)의 복소 공액 성분도 포함시키면 2배로 해야하지만, 본 실시예에서는 진폭의 절대값은 문제로 되지 않으므로 무시한다.
주기
상기 평면파의 파면은 직선이고, 그 법선 방향(normal direction)은 벡터 (fx/M, fy/N)의 방향이며, 주파수 L은 다음의 수학식 5로 된다.
Figure 112009037186109-PAT00005
주파수 해석
이와 같이 2차원 FFT를 이용하여 주파수 해석을 행하여，수학식 1에 따라서, 공급된 농담 화상을 다양한 주파수(fx,　fy)의 평면파인 성분으로 분해하고, 그 구성의 내역을 알 수 있다. 수학식 2와 같이, 모든 성분의 합을 취하면, 원래의 화상이 복원된다.
다시 도 30 및 도 31을 참조하여 설명한다. 도 30에서는, 도 28에 도시한 X 방향 타이밍 펄스 신호를 2차원 FFT하여 얻어지는 각 주파수 성분의 강도(F(fx,　fy)의 제곱)를 조감도로 나타내고 있다. 또한，도 31에서는, 도 29에 도시한 Y 방향 타이밍 펄스 신호를 2차원 FFT하여 얻어지는 각 주파수 성분의 강도를 마찬가지로 조감도로 나타내고 있다.
이들 도면에 도시된 바와 같이, 2차원 FFT의 해석 결과에서는, 주파수축은 fx와 fy의 2축이며, 원점은 양쪽 축의 교점이다. 또한，fx와 fy는 각각 포지티브 및 네가티브 주파수를 갖는다.
또한，2차원 FFT의 결과는 2048×2048 포인트이지만, 그대로는 정보가 지나치게 많아 의미 불분명한 도면으로 되기 때문에, 도 30 및 도 31에서는 해상도를 1/32로 떨어뜨려 나타내고 있다. 당연한 것이지만, 실제 내부 처리에서는 해상도를 떨어뜨릴 필요는 없다.
또한，여기서는 도시의 편의상, 강도만을 파워 스펙트럼으로서 나타내고, 복소수로서의 F(fx,　fy)가 갖는 위상 정보는 나타내고 있지 않지만, 내부 처리로서는 복소수로서 취급하고 있어서 위상 정보도 결락하지 않고 취급되는 것에 주의한다.
도 30의 경우에는, fx = 512, fy = 0인 주파수와 그 원점 대칭의 위치에 큰 피크가 있다. fx = 512, fy = 0인 피크 부분이, X 방향에서의 클록 신호의 성분이다. 이 주파수에 상당하는 평면파의 주기는, 전술한 수학식 5에 의해 구해진다. M = N = 2048 이므로, 주기 L은 L = 4 로 된다. 이것은, 이 경우의 오버샘플링/업스케일링의 레이트가 4×4이기 때문이다. 또한，이 평면파의 파면쪽 법선 방향은, (512, 0) 으로 인해 "0"의 Y 성분을 갖기 때문에, X축에 일치한다. 이것은 이치에 맞는 일이다. 원래부터 2차원 FFT 처리에 대한 입력 화상인 도 28의 화상은, X 방향의 에지 성분을 다수 포함한다. 그리고, 그 X 방향 에지의 X 방향의 기본 간격은 4로서, 에지 간 거리는 짧은 것부터 긴 것까지 상관없이, 이 기본 간격 4의 배수이다. 왜냐하면, 오버샘플링 및 업스케일링에 의한 종합적인 배율이 4배이며, 에지가 발생하는 위치는, SLM(4)의 데이터 픽셀의 경계(즉, 데이터 픽셀 단위의 단락)로 되기 때문이다. 이와 같은 뛰어난 특징이, 도 30의 해석에서 fx = 512,　fy = 0에서의 피크를 만들어 내고 있다.
여기에서, 해석된 모든 주파수 성분의 합의 IFFT를 취하면, 원래의 도 28의 X 방향 타이밍 펄스 신호로 되돌아가고, 성분을 한정하면 그 성분의 파형이 얻어진다. 만약, 피크 부분의 중심 성분만을 IFFT하면, X 방향 타이밍 펄스 신호인 X 방향 에지 신호의 중심 성분의 파형에 대응한 클록 신호로서의 평면파를 얻을 수 있다. 즉, 각각의 에지는 화상 내에서 드물게 발생하고 있지만, 그 중심 성분은, 주기가 4이고, 위상도 에지의 발생 위치에 동기한, 단일인 평면파에 의한 파형이 추출된다.
또한，피크 부분의 중심 성분과 함께 그 주변의 주파수 성분을 IFFT하면, X 방향의 주요한 성분에 따른 클록 신호로서 평면파가 얻어진다. 이와 같이 피크를 부여하는 하나의 주파수 성분만이 아니라, 그 주변의 주파수 성분도 포함시켜 IFFT한 경우에는, 단일 평면파가 아니라 그에 가까운 평면파가 얻어지게 된다. 주변의 주파수 성분은 측대역 성분이며, 단일 평면파의 진폭과 위상에 겨우 변동을 부여한다. 그 변동은 말하자면, 화상 내에서의 지터를 반영한 것이다. 따라서, 측대역(sidebands)을 포함하여 IFFT함으로써, 화상의 각종 변동(확대/축소, 회전, 왜곡)을 보다 충실하게 반영한 클록 신호를 얻을 수 있다.
또한，상기 설명에서는, 오버샘플링 및 업스케일링의 종합적인 배율이 4배이며, 주기 L이 4, X 방향 클록 신호 성분이 fx = 512,　fy = 0인 것으로 깔끔한 수 치로 설명하였지만, 이것은 설계값이며, 현실적으로는 이 값으로부터 변동한다. 즉, 이 변동에 추종하는 클록 신호를 생성하는 것이 본래의 목적이다.
또한，도 31의 Y 방향 타이밍 펄스 신호에 대한 해석 결과는, 도 30의 경우와 비교하여 X 방향이 Y 방향으로 교체한 이외에는 마찬가지dl다. 즉, 파워 스펙트럼의 피크 부분은 fx = 0,　fy = 512를 중심으로 한다. 이 피크의 성분이, Y 방향에서의 클록 신호가 성분이다.
4. 클록 신호 성분의 추출
클록 신호 성분의 탐색 범위
상기한 바와 같이, 2차원 FFT에 의한 해석 결과로부터 피크 부분을 탐색할 때에는, 미리 소정의 탐색 범위를 설정한다. 구체적으로, 이러한 탐색 범위로서는, 도 30에 도시한 X 방향의 2차원 FFT의 해석 결과에서는 fx = 512, fy = 0의 점을 중심으로 한 소정 범위로 하고, 또한, 도 31에 도시한 Y 방향의 2차원 FFT의 해석 결과에서는 fx = 0, fy = 512의 점을 중심으로 한 소정 범위를 설정한다.
여기에서, 홀로그램 기록/재생 시스템에서는, 이미지 센서(11) 상의 몇 픽셀분으로 SLM(4)의 1 픽셀분의 상을 수광할지가 정해지며, 또한, 신호광을 생성하는 SLM(4)의 유효 픽셀수가 정해져 있으므로, 이미지 센서(11)의 X 방향 및 Y 방향의 에지로부터 에지까지 SLM(4)의 픽셀이 몇개분 들어 갈지를 미리 알고 있다. 이 때문에, 그 정보로부터 주파수 해석 결과에서 피크 부분이 나타나는 위치를 어느 정도 추정할 수 있다. 구체적으로 말하면, 홀로그램 기록/재생 시스템에서는, 기본적으로 이미지 센서(11)의 모든 유효 픽셀의 범위와 SLM(4)의 모든 유효 픽셀의 범 위가 일치하도록 광학 시스템이 설계되어 있기 때문에, 이상적으로는, 이미지 센서 상의 X 방향 및 Y 방향으로 각각 데이터 픽셀이 512개분 들어가는 것을 미리 알고 있다. 즉, X 방향의 해석 결과에서는 fx = 512, fy = 0의 점이 이상적인 피크 위치가 되고, Y 방향의 해석 결과에서는 fx = 0, fy = 512개의 이상적인 피크 위치로 된다.
단지 실제로는, 재생 화상에 확대/축소나 회전, 왜곡 등의 변동이 생기게 되므로, 이것에 따라서 피크 위치는 상기한 이상점을 기준으로 하여 거기에서 오프셋된 위치에 나타나게 된다. 이 때, 피크 위치의 원점으로부터의 거리는 클록 신호의 주파수이며, 또한，원점을 기준으로 하는 피크 위치의 방향은, 클록 신호로서의 평면파의 법선 방향에 일치한다. 예를 들면, 전형적인 예로서, 재생 화상이 확대/축소한 경우에는, 클록 신호의 주파수는 저하 또는 상승하고, 원점으로부터 피크 위치까지의 거리는 감소 또는 증대한다. 또한，재생 화상이 회전한 경우, 클록 신호로서의 평면파의 법선 방향도 그것과 동일한 각도만 회전하고, 피크 위치가 축으로부터 오프셋된다.
또한，도 30 및 도 31에서 도시한 결과는, 변동이 없는 깨끗한 화상을 전제로 하였으므로, 각각 fx = 512, fy = 0과 fx = 0, fy = 512의 이상적인 위치에 피크가 존재하고 있는 것으로 나타남을 주지하라.
이들을 감안하여, 본 실시예에서는, 전술한 바와 같이, X 방향 타이밍 펄스 신호의 해석 결과에 대해서는 fx = 512, fy = 0을 기준으로 한 소정 범위를 피크의 탐색 범위로 하고, 또한, Y 방향 타이밍 펄스 신호의 해석 결과에 대해서는 fx = 0, fy = 512를 기준으로 한 소정 범위를 피크의 탐색 범위로서, 각각 피크 부분의 탐색을 행한다.
또한，이와 같은 탐색 범위의 사이즈의 설정에는 트레이드오프가 있음을 주지하라. 예를 들면, 탐색 범위가 지나치게 좁으면, 재생 화상의 변동을 취급하는 범위가 좁아지는 경향이지만, 피크 탐색의 오류를 적게 하는 경향으로 할 수 있다. 반대로 탐색 범위가 지나치게 넓으면, 재생 화상의 변동을 취급하는 범위는 넓어지는 경향이 있지만, 잘못된 피크를 검출하게 될 위험성이 높아진다.
이들을 감안하여 본 실시예에서는, 각 기준점을 중심으로 한 재생 화상 범위의 ±10％ 정도의 사각형 영역을 탐색 범위로 하고 있다. 기준점의 값은 각각 fx = 512, fy = 512 이므로, 그 10％는 약 50(512×0.1) 이며, 따라서 이 경우에는 101 (50 + 1 + 50) × 101(50 + 1 + 50)의 사각형 영역을 탐색 범위로서 설정한다. 또한, 색 범위의 사이즈는 상기 사이즈에 한정되지 않고 임의로 설정할 수 있다. 또한, 탐색 범위의 형상은 사각형에 한정되는 것이 아니라, 예를 들면, 원형 등의 다른 형상으로 할 수도 있다.
X 클록 신호 성분, Y 클록 신호 성분의 추출
상기한 탐색의 결과, X 방향의 해석 결과와 Y 방향의 탐색 결과로부터 각각의 피크 부분이 검출된다. 계속해서는, 검출된 피크 부분의 중심 성분과 그 주위의 성분과 맞춰, X 방향 및 Y 방향의 각 클록 신호 성분을 추출한다. 또한，이와 같이 검출된 피크 부분의 중심 성분과 그 주위의 성분으로 맞춘 것을, 본 실시예에서는 각각 "X 클록 신호 성분" 및 "Y 클록 신호 성분"이라고 부른다.
도 32 및 도 33은, 각각 X 클록 신호 성분의 추출 결과 및 Y 클록 신호 성분의 추출 결과를 나타내고 있다. 이들 도면에 도시된 바와 같이, 탐색에 의해 검출된 피크 부분에 대해서는, 그 중심을 기준으로 하여, 예를 들면, 11×11 사이즈의 사각형 영역을 추출한다. 상기 수 11은, 포지티브측과 네가티브측의 측대역 사이즈를 5로 하고, 중심점을 1로 카운팅하여 얻어진다. 즉, 2 × 5 + 1 = 11 이다. 또한，추출 영역의 형상은 사각형 외에, 원형 등의 다른 형상으로도 할 수 있음을 주지하라.
추출 영역의 사이즈에 대해서도 트레이드오프가 있으며, 시스템 설계에 대응해서 적절하게 결정함을 주지하라. 예를 들어, 사이즈가 작으면, 화상 내에서의 위치 변동에 대응하기 어려워지지만, 노이즈에 흐트러지지 않는 효과가 높아진다. 또한, 사이즈가 크면, 위치 변동에 잘 대응하게 되지만, 반대로 노이즈에 대해서도 반응하게 되어 흐트러질 가능성이 높아진다.
5. 위상 시프트 처리
jωx의 승산, jωy의 승산
후술도 하지만, 상기한 바와 같이, 추출한 X 클록 신호 성분과 Y 클록 신호 성분에 대해서는, 각각을 IFFT하여 실제로 화상으로 변환하여 X 클록 신호와 Y 클록 신호를 얻는 처리를 행한다. 그러나, 추출한 각 클록 신호 성분을 그대로 IFFT한 결과 얻어지는 각 클록 신호는, 진폭의 피크 부분에서 에지 타이밍이 표현되게 하므로, 후에 행해질 에지 타이밍의 샘플링시에 다루기가 어렵다. 그 때문에，보 다 취급하기 쉬운 제로 크로스의 타이밍에서 에지 타이밍이 얻어지도록, 위상 시프트 처리, 구체적으로는 미분 처리를 행한다.
도 34는, 위상 시프트 처리에 대하여 설명하기 위한 도면으로서, 센서 출력 화상, X 방향 타이밍 펄스 신호 및 X 방향 미분 전의 X 방향 클록 신호, X 방향 미분 후의 X 방향 클록 신호의 각 파형을 나타내고 있다. 또한，2차원 그대로의 상태에서는 알기 어려우므로, 도면에서는, 각 신호의 파형을 절단해서 1차원 신호로서 나타냄을 주지하라. 즉, 도 34에서의 각 신호의 파형은, 2차원 화상(신호)을 Y축에 수직인 면에서 절단한 단면의 파형을 나타낸다. 도 34는 X 방향만 나타내지만, Y 방향에 대해서도 마찬가지로 생각하면 된다.
우선, 전술한 설명으로부터 이해되는 바와 같이, X 방향 타이밍 펄스 신호는, 도 34에 도시하는 바와 같이, 센서 출력 화상의 휘도 경사도가 높은 부분에서 그 피크가 얻어지도록 하는 파형을 갖는다. 이와 같은 X 방향 타이밍 펄스 신호를 2차원 FFT하여 클록 신호를 추출하고, IFFT함으로써, X 방향 미분 전의 X 방향 클록 신호로서 도 34에 도시한 바와 같은 코사인파(cosine wave)가 재생된다.
이 때, 이상 샘플 위치는, 데이터 픽셀의 중심이며, 도 34에서의 세로의 실선의 위치로 된다. 도시하는 바와 같이, X 방향 미분 전의 클록 신호에서는, 그 위치는 네가티브의 피크 위치임을 알 수 있다. 이후의 처리에서, 이 네가티브의 피크 위치를 검출할 수 있지만, 검출의 용이함으로부터 보면，제로 크로스 위치에서의 검출이 보다 더 양호하다. 따라서，이 코사인파를 미분하여 위상을 시프트시킨다.
여기에서, 이러한 미분 처리로서는, 실제로 화상 영역(즉, IFFT 후)에서 행할 수도 있지만, 여기에서는 연산의 용이함을 감안하여, 주파수 영역에서 미분과 등가한 처리를 행하기로 한다.
주파수 영역에서의 미분은, 허수 jω를 승산함과 동일하다. 따라서, 전단계(previous steps)에서 구해진, 주파수 영역에서의 클록 신호 성분에 jω를 승산한다. 추출한 클록 신호 성분 내의 각 성분의 주파수에 따라서, jω를 승산한다. 미분하는 방향은 클록 신호 성분에 의해 변하고, X 클록 신호 성분에 대해서는 X 방향으로, Y 클록 신호 성분에 대해서는 Y 방향으로 미분한다. 따라서, 각각 X 방향 주파수 jωx 및 Y 방향 주파수 jωy를 승산한다.
이와 같은 jω의 승산을 주파수 영역에서 추출한 클록 신호 성분에 대하여 행해 둠으로써, 예를 들면, 도 34에 도시한 미분 후의 X 클록 신호의 파형과 같이, IFFT 후에 얻어지는 클록 신호의 위상을, 제로 크로스 위치가 최적의 샘플 위치로 되도록 시프트할 수 있다. 포지티브 제로 크로스 위치는, 포지티브 제로 크로스 위치를 네가티브측으로부터 포지티브측으로 전이할 때 마주침을 주지하라.
6. 역 푸리에 변환 처리
X 클록 신호, Y 클록 신호
본 실시예의 경우, 전술한 바와 같이, 2차원 푸리에 변환에 의한 해석 결과로부터 피크 탐색해서 얻어진 주파수 영역에서의 클록 신호 성분을 역 푸리에 변환함으로써, 실제로 화상에 의한 클록 신호를 얻는다. 이 경우, 주파수 해석은 FFT 에 의해 행하였으므로, 역 푸리에 변환은 IFFT에 의해 행해진다. 구체적인 처리로서는, 전술한 바와 같이 jω가 승산된 X 클록 신호 성분과 Y 클록 신호 성분을 각각 IFFT한다.
도 35 및 도 36은, X 클록 신호 성분을 IFFT하여 얻어지는 화상, Y 클록 신호 성분을 IFFT하여 얻어지는 화상을 각각 나타내고 있다. 이 경우에도 신호 레벨은 농담으로 나타내고, 블랙 보다는 화이트로 갈 수록 더 큰 값을 갖는다. 전술한 설명으로부터도 이해되는 바와 같이, 이들 화상은, 각각 센서 출력 화상 내에 포함되는 에지 위치와 강도에 대하여, X 방향과 Y 방향에서의 주요 성분으로서의 파의 주기, 위상과 법선 방향의 정보를 포함한다. 본 실시예에서는, 이와 같이 하여 2차원 푸리에 변환에 의한 해석 결과로부터 추출한 피크 성분(X 클록 신호 성분 및 Y 클록 신호 성분)에 대하여 역 푸리에 변환하여 얻어진 화상을, 각각 X 클록 신호, Y 클록 신호라고 부른다.
그리고, 전술한 바와 같이, 주파수 영역에서는 jω의 승산이 행해지고 있으므로, 이들 화상에서의 포지티브 제로 크로스 위치(블랙→화이트)가, 샘플링해야 할 위치를 부여하게 된다. 즉, 도 35에 도시되는 X 클록 신호에서는, 그 포지티브 제로 크로스 위치가 X 방향에서의 데이터 픽셀 단위의 단락(각 데이터 픽셀의 중심 위치)을 나타낸다. 마찬가지로 도 36에 도시한 Y 클록 신호로서도, 그 포지티브 제로 크로스 위치가 Y 방향에서의 데이터 픽셀 단위의 단락을 나타낸다. 실제로, 전술한 도 25 및 도 26에 대하여, 이들 도 35 및 도 36의 화상을 각각 대조해 보면 이것을 이해할 수 있다.
이와 같이 X 클록 신호 및 Y 클록 신호의 포지티브 제로 크로스선에 의해, 각각 화상 내에서의 X 방향에서의 데이터 픽셀 단위의 샘플 위치와 Y 방향에서의 데이터 픽셀 단위에서의 샘플 위치를 식별할 수 있다. 환언하면, X 클록 신호에서의 포지티브 제로 크로스선은, 원래의 재생 화상 내의 X 방향에서의 데이터 픽셀 주기를 나타내는 선(X 방향 주기선)이고, 또한, Y 클록 신호에서의 포지티브 제로 크로스선은, 원래의 재생 화상 내의 Y 방향에서의 데이터 픽셀 주기를 나타내는 선(Y 방향 주기선)이다. 따라서，후술하는 바와 같이, 이들 X 클록 신호와 Y 클록 신호의 포지티브 제로 크로스선을 추출한 후에, 그들 교점을 구함으로써, 리샘플링 위치의 식별을 행할 수 있다.
클록 신호를 복원할 때의 X 방향 및 Y 방향의 해상도
제로 크로스선을 추출하는 처리를 행한 후에, X 방향과 Y 방향의 해상도를 서로 다르게 하는 처리를 행한다. 즉, 도 35 및 도 36의 화상을 탐색하여 제로 크로스 위치를 구하는데 앞서, 제로 크로스 위치를 탐색하는 방향의 해상도를 높이고, 다른 방향의 해상도는 낮추는 처리를 행한다. 구체적으로는，X 클록 신호에 대해서는 X 방향의 해상도를 높이고, Y 방향의 해상도는 저하시킨다. 또한，Y 클록 신호에 대해서는 Y 방향의 해상도를 높이고, X 방향의 해상도를 저하시킨다.
해상도를 높이는 목적은, 제로 크로스 위치를 탐색하여 결정하는 처리를, 용이하고 또한, 정확하게 행할 수 있도록 한다. 해상도를 높이지 않는다고 하면，이 경우의 샘플 레이트는 업스케일링분도 포함시켜 4×4 이기 때문에, 클록 신호의 기본 주기는 화상 데이터 상에서, 설계 표준값의 4 픽셀 정도로 된다. 즉, 클록 신 호의 1주기의 파형이 약 4 픽셀의 농담값으로 표현된다. 이와 같은 신호 파형으로부터 포지티브 제로 크로스 위치를 추출하는 것은, 불가능하지는 않지만, 용이하지도 않다. 따라서，해상도를 수배로 높여서, 정확한 결과를 용이한 처리로 얻어지도록 한다.
한편，제로 크로스 위치를 탐색하는 방향이 아닌 방향에 대하여 해상도를 저하시키는 목적은, 상기한 해상도의 확대에 수반하는 계산량의 증가를 방지하기 위해서이다. 이 때, 다른 쪽의 방향에 대하여 해상도를 저하시키지 않으면，샘플 레이트가 4×4이기 때문에, 그 방향에서, 1개의 데이터 픽셀에 대하여 제로 크로스 위치 정보가 약 4개의 비율로 산출된다. 이것은 과잉으로서, 그 수분의 1이어도 충분하다.
그 방향에 대하여, 데이터 픽셀의 주기보다도 짧은 주기에서 제로 크로스 위치를 구해 두지 않으면 안 될 정도로 데이터 픽셀의 샘플 위치가 짧은 주기이거나, 혹은 급격하게 변동하는 것은 실제로는 발생하지 않는다. 이는, 제로 크로스선은 그와 같은 변동을 표현할 수 있을 필요는 없음을 의미한다. 따라서, 본 실시예에서는, 클록 신호 성분을 IFFT하여 화상 신호로 변환할 때에는, 제로 크로스 위치를 탐색하는 방향의 해상도를 확대시키고, 다른 방향에 대해서는 해상도를 저하시킨다.
구체적으로 본 실시예의 경우, X 클록 신호에 대해서는 X 방향의 해상도를 4배(2048 × 4 = 8192)로 확대하고, Y 클록 신호에 대해서는 Y 방향의 해상도를 4배로 확대한다. 그리고, X 클록 신호에 대해서는, Y 방향의 해상도를 1/4(2048/4 = 512)로 저하시키고, Y 클록 신호에 대해서는 X 방향의 해상도를 1/4로 저하시킨다.
또한，이와 같이 하여 X 방향과 Y 방향에서의 해상도를 서로 다르게 하여 IFFT하는 것은 매우 용이하게 실현할 수 있음을 주지하라. 구체적으로 말하면, X 클록 신호에 대하여, X 방향에서의 해상도를 올리는 경우에는, 주파수 영역에서 fx 방향에서의 포인트 수를 고대역측((highband side)으로 늘려서 4배로 하고, 증가한 부분은 제로로 매립한다. 또한，Y 방향에서의 해상도를 내림에 있어서는, 주파수 영역의 fy 방향에서의 포인트수를 저대역측(lowband side)의 1/4로 한다. 이 결과는 8192 × 512 포인트로 되므로, 이것을 IFFT함으로써 X 클록 신호를 생성할 수 있다. Y 클록 신호에 대해서도 마찬가지의 방법에 의해 포인트 수를 8192 × 512 포인트로 조정한 후에, 이것을 IFFT한다.
이와 같이 X 클록 신호에 대해서는 X 방향의 해상도를 올리고, Y 클록 신호에서는 Y 방향의 해상도를 올림으로써, 각각 X 방향에서의 샘플 위치의 검출 정밀도 및 Y 방향에서의 샘플 위치의 검출 정밀도를 향상시킬 수 있다. 또한，예를 들면, 상기한 구체예와 같이 한쪽을 4배로 하고 다른 쪽을 1/4로 저하시키면, 그 처리 부담은, 해상도가 상승되지 않은 통상의 IFFT를 행하는 경우와 동등하게 억제될 수 있다.
또한，상기한 해상도의 확대율로부터 이해되는 바와 같이, 이 경우, 원래의 화상(512 × 512)에 대한 샘플 레이트는 X 방향 및 Y 방향에서 모두 16배라고 할 수 있다. 즉, 원래의 화상에서의 데이터 픽셀 위치의 해상도에 대하여 16배의 해상도에 의해 제로 크로스 위치의 검출을 행할 수 있다.
7. 제로 크로스선의 추출
상기한 바와 같은 IFFT에 의해 X 클록 신호 및 Y 클록 신호를 얻은 후에, 그들로부터 포지티브 제로 크로스선의 추출을 행한다. 도 37은, 제로 크로스선의 추출 방법에 대하여 설명하기 위한 도면이다.
전술한 해상도 확대 처리에 의해, X 클록 신호는, X 방향의 1행이 8192개의 샘플값에 의해 형성되고, 이 X 방향의 1행이 Y 방향의 512개의 샘플값으로 구성된다. 마찬가지로, Y 클록 신호는, Y 방향의 1열이 8192개의 샘플값으로 형성되고, Y 방향의 1열이 X 방향의 512개의 샘플값으로 구성된다.
도 37a는, 각 열의 샘플값을 파형화하여 나타내고 있다. 즉, X 클록 신호이면, 도 37a에 도시한 각 파형이 X 방향의 1행분의 샘플 값을 포함하고, 이것이 Y 방향으로 512개 있다. 또한, Y 클록 신호이면, 각 파형은 Y 방향의 1열분의 샘플 값을 포함하고, 이것이 X 방향으로 512개 있다.
포지티브 제로 크로스선은, X 클록 신호에 대해서는 X 방향의 각 행, Y 클록 신호에 대해서는 Y 방향의 각 열의 파형에 대하여 각각 포지티브 제로 크로스점을 추출한 후에, 그들 각 행, 각 열에서 얻어진 제로 크로스점을 연결하여 형성되는 것으로서 이해할 수 있다.
도 37b는, 포지티브 제로 크로스점의 추출 방법에 대하여 모식적으로 나타내고 있다. 도시하는 바와 같이, 전술한 해상도 확대 처리에 의해, 1 데이터 픽셀의 주기에 대응하는 파형의 1주기 내에는, 16개의 샘플값(샘플링 값)이 존재한다. 제로 크로스점의 추출은, 구체적으로는 선형 보간을 이용하여 행한다. 즉, 각 행 또 는 각 열의 파형에서 네가티브로부터 포지티브로의 극성 변화점을 사이에 두는 2점을 찾아내고, 그들 2점의 샘플링값을 연결하는 직선과 0 레벨과의 교점을 포지티브 제로 크로스점으로서 추출한다.
이와 같은 포지티브 제로 크로스점의 추출 처리를, X 클록 신호에 대해서는 각 행으로 행하고, Y　클록 신호에 대해서는 각 열에서 행한다. 그리고, X 클록 신호에 대하여 각 행에서 얻어진 각각의 포지티브 제로 크로스점을 각각 Y 방향을 향해서 연결하면, 다음의 도 38에 도시한 바와 같은 X　클록 신호에 대한 포지티브 제로 크로스선이 얻어진다. 또한，Y 클록 신호에 대해서 각 열에서 얻어진 각각의 포지티브 제로 크로스점을 각각　X 방향을 향해서 연결하면, 도 39에 도시한 바와 같은 Y 클록 신호에 대한 포지티브 제로 크로스선이 얻어진다.
또한，도 38 및 도 39에서는，포지티브 제로 크로스선을 실선으로 나타내고, 또한, 배경에는 각각 도 35 및 도 36에 도시한 것과 마찬가지의 X 클록 신호의 화상 및 Y 클록 신호의 화상을 나타내고 있다.
클록 신호의 제로 크로스선의 데이터 표현 형식
상기한 바와 같은 처리에 의해 X 클록 신호의 포지티브 제로 크로스선군, Y 클록 신호의 포지티브 제로 크로스선군이 각각 구해지지만, 그 결과는, 다음과 같이 배열 변수로 저장한다.
예를 들면, X 클록 신호에 대해서는 다음과 같다.
clkx_timing (i,j)
이는, 사이즈는 512×512의 실수 변수이다. 이는, y=i번째 행의, 좌측부터 j번째 의 X 클록 신호의 포지티브 제로 크로스 위치(실수)를 나타낸다.
즉, Y 좌표는 정수 좌표로서, X 방향 클록의 포지티브 제로 크로스 위치를, 정수가 아닌 실수로서 유지한다. 이와 같이 함으로써, 전술한 해상도의 Y 방향의 감소로 적합하면서, 정밀도에 대해서도 문제없이 X 방향의 타이밍선군을 유지할 수 있다.
Y 클록 신호의 포지티브 제로 크로스선군에 관해서도 마찬가지이다. 즉, x와 y를 교체하는 것뿐이다. 구체적으로는 다음과 같이 배열 변수로 저장한다.
clky_timing (i,j)
이는, 사이즈 512×512의 실수 변수이다. 이는, x = j번째 열의, 상측부터 i번째의 Y 클록 신호의 포지티브 제로 크로스 위치(실수)를 나타낸다.
또한，상기한 바와 같은 표현 형식에 의해 타이밍선군이 유지되면, 각 제로 크로스선이 전체 중에서 몇 번째인가 하는 정보도 파악되게 되므로, 후술하는 바와 같이, 이와 같이 저장된 각 제로 크로스선의 격자점으로부터 구해지는 각 데이터 픽셀 위치에 대해서도, X 방향과 Y 방향의 쌍방에서 각각 전후의 순서 관계를 올바르게 파악할 수 있다. 즉, 이것에 의해, 각 데이터 픽셀 위치로부터 구해지는 각각의 픽셀 진폭값을, 그 전후의 순서 관계를 유지한 상태에서 얻을 수 있다. 이것은, 종래의 저장 장치로의 PLL 회로형 클록 재생 방법에 의해 발생하고 있던, 주기 슬립 현상(cycle slip phenomenon)이 발생하지 않음을 의미한다.
제로 크로스점의 추출 처리에 대하여
각 클록 신호의 제로 크로스점을 검출하면서, 상기한 바와 같은 데이터 포맷 으로 제로 크로스점을 저장하는 처리는, 구체적으로는 이하와 같이 행하는 것이 바람직하다.
우선, 신호광 에리어(A2)의 중앙 위치로 추정되는 위치 부근에서, 하나의 제로 크로스 위치를 찾아낸다. 그리고, 그것에 의지하여, 상하 또는 좌우로 제로 크로스 위치를 찾아가는 처리를 행한다. 이와 같이 하여, 제로 크로스점의 검출을 중앙 부근으로부터 주위로 확대하면, 신호광 에리어에서 제로 크로스 위치의 전후 좌우의 순서 관계가 일치하도록 하는 올바른 제로 크로스선군을, 용이하고 확실하게 추출할 수 있다. 이것은, 이미지 센서(11)와 신호광 간의 관계를 생각하면 이해할 수 있다.
예를 들면, 도 41에 도시한 바와 같이, 이미지 센서(11)의 형상은 정방 형상이며, 신호광 에리어(A2)의 형상은 대략 원 형상이므로, X 클록 신호로서 얻어지는 화상에서, 그 주위의 부분은 신호광으로서의 기록 데이터를 그다지 반영하지 않고, 반대로 농담값이 낮은 전체 배경을 반영하는 것으로 예상할 수 있다. 따라서, X 클록 신호 및 Y 클록 신호로서의 화상의 주위에서 얻어지는 제로 크로스점으로서는, 그 신뢰성이 낮을 가능성이 높다.
따라서，상기한 바와 같이, 제로 크로스점의 추출을 화상의 중앙 부근으로부터 점차로 확대해 감으로써, 신호광 에리어에서 제로 크로스 위치의 순서 관계가 일치하도록 하는 올바른 제로 크로스선군을, 용이하게 확실하게 추출할 수 있다.
8. 제로 크로스선의 격자점 추출
상기한 처리에 의해, X 클록 신호와 Y 클록 신호의 각 제로 크로스선군과, 그들 각 제로 크로스선이 화상 내의 X 방향/Y 방향의 몇 번째에 위치할지(구체적으로는 512개 중 몇 번째의 선인지)의 정보가 얻어진다. 그 후, X 클록 신호의 각 제로 크로스선군과 Y 클록 신호의 각 제로 크로스선군의 교점(격자점)을 각각 구함으로써, 각 데이터 픽셀의 위치를 식별할 수 있다. 도 40은, 양 제로 크로스선군이 교차하는 각 격자점을 블랙점으로 나타내고 있다. 도 40에서는, X 클록 신호의 제로 크로스선, Y 클록 신호의 제로 크로스선을 실선에 의해 합쳐서 나타내고 있다.
1×1로 리샘플링
상기한 바와 같이, 각 격자점에 의해 데이터 픽셀 위치(리샘플링 위치)가 식별된다. 다음은, 전술한 도 26에 도시한 업스케일링 후의 화상에서의, 격자점으로부터 식별되는 리샘플링 위치의 재생 화상의 농담값(진폭값)을 취득하면, SLM(4)의 데이터 픽셀 단위에서의 진폭값이 얻어진다. 즉, 이것에 의해 1×1의 리샘플링이 완료한다.
또한，이와 같이 하여 식별된 리샘플링 위치의 정보에 기초하는, 각 데이터 픽셀 위치에서의 진폭값의 취득 처리는, 전술한 도 24에 도시한 픽셀 진폭값 취득부(32)에서 행해지지만, 이것에 대해서는 다음 항에서 설명한다. 참고로서, 도 42에는, 리샘플링 처리의 결과 얻어지는 화상을 예시한다.
[제2 실시예의 리샘플링 처리 실현을 위한 구성]
계속해서, 도 43을 참조하여 상술한 제2 실시예에 따른 리샘플링 처리를 실현하기 위한, 이차원 클록 추출/데이터 픽셀 위치 식별부(31)의 내부 구성에 대하 여 설명한다. 또한，도 43는, 이차원 클록 추출/데이터 픽셀 위치 식별부(31)의 내부 구성과 함께, 등화 필터(22), 픽셀 진폭값 취득부(32), 페이지 싱크 포지셔닝부(33), 및 심볼 추출부(34)을 나타냄을 주지하라. 도 43에서는, 이차원 클록 추출/데이터 픽셀 위치 식별부(31)에 의한 동작과 함께, 상기 픽셀 진폭값 취득부(32), 페이지 싱크 포지셔닝부(33), 심볼 추출부(34)에 의한 구체적인 동작에 대해서도 설명한다.
도 43에서, 이차원 클록 추출/데이터 픽셀 위치 식별부(31)는, 내부적으로, X 방향 미분 처리부(40x), Y 방향 미분 처리부(40y), X 절대값 처리부(41x), Y 절대값 처리부(41y), X-FFT 처리부(42x), Y-FFT 처리부(42y), X 클록 신호 추출부(43x), Y 클록 신호 추출부(43y), X 위상 시프트 처리부(44x), Y 위상 시프트 처리부(44y), X-IFFT 처리부(45x), Y-IFFT 처리부(45y), X 제로 크로스선 추출부(46x), Y 제로 크로스선 추출부(46y), 제로 크로스선 격자점 추출부(47)를 포함한다.
우선, X 방향 미분 처리부(40x), Y 방향 미분 처리부(40y)는, 각각 등화 필터(222)로부터의 화상 신호를 입력하고, 전술한 X 방향 미분 처리 및 Y 방향 미분 처리를 각각 실행한다. 즉, X 방향 미분 처리부(40x)는, 전술한 도 27a에 도시한 바와 같은 X 방향 미분 마스크를 이용한 X 방향 미분 처리를 행하고, Y 방향 미분 처리부(30y)에서는 도 27b에 도시한 바와 같은 Y 방향 미분 마스크를 이용한 Y 방향 미분 처리를 행한다.
X 절대값 처리부(41x)는, 상기 X 방향 미분 처리부(40x)에 의한 X 방향 미분 처리 후의 화상 내의 각 값을 절대값화하는 처리를 행하여, 그 결과를 X-FFT 처리부(42x)에 공급한다. 또한，Y 절대값 처리부(41y)는, 상기 Y 방향 미분 처리부(40y)에 의한 Y 방향 미분 처리 후의 화상 내의 각 값을 절대값화하는 처리를 행하여, 그 결과를 Y-FFT 처리부(42y)에 공급한다.
X-FFT 처리부(42x) 및 Y-FFT 처리부(42y)는, 각각, 상기 X 절대값 처리부(41x), 상기 Y 절대값 처리부(41y)로부터 공급되는 절대값 처리 후의 화상(즉, X 방향 타이밍 펄스 신호 및 Y 방향 타이밍 펄스 신호)에 대하여 2차원 FFT 처리를 실행한다. 이 결과로서, 전술한 도 30 및 도 31에 도시한 바와 같은 해석 결과가 얻어진다.
X 클록 신호 성분 추출부(43x)는, 상기 X-FFT 처리부(42x)에 의한 2차원 FFT에 의해 얻어지는 해석 결과에 대하여, 전술한 바와 같은 기준점 fx = 512, fy = 0을 중심으로 한 소정의 탐색 범위 내(101×101의 사각형 영역)에서 파워 스펙트럼의 피크 부분의 탐색을 행한다. 그리고, 이 결과 검출된 피크 부분의 중심 성분과 그 주변 성분을 X 클록 신호 성분으로서 추출한다. 즉, 전술한 바와 같이, 검출된 피크 부분의 중심을 기준으로 한 11×11의 사각형 영역을 X 클록 신호 성분으로서 추출한다.
Y 클록 신호 성분 추출부(43y)도 마찬가지로, 상기 Y-FFT 처리부(42y)에 의한 2차원 FFT의 결과 얻어지는 해석 결과에 대하여, 기준점 fx = 0, fy = 512를 중심으로 한 소정의 탐색 범위 내(101×101의 사각형 영역)에서 파워 스펙트럼의 피크 부분의 탐색을 행하고, 이 결과 검출된 피크 부분의 중심을 기준으로 한 11×11 의 사각형 영역을 Y 클록 신호 성분으로서 추출한다.
X 위상 시프트 처리부(44x)는, 상기 X 클록 신호 성분 추출부(43x)에서 추출된 X 클록 신호 성분에 대하여 jω를 승산한다. 즉, 상기 X 클록 신호 성분이 IFFT되어 얻어지는 X 클록 신호의 위상이 전술한 도 34에서 설명된 바와 같이 시프트되도록, 상기 X 클록 신호 성분에, 각 성분의 주파수에 따른 X 방향 주파수 jωx를 승산한다.
또한，마찬가지로 Y 위상 시프트 처리부(44y)는, Y 클록 신호 성분이 IFFT되어서 얻어지는 Y 클록 신호의 위상이 도 34에서 설명하는 바와 같이, 시프트되도록, 상기 Y 클록 신호 성분에, 각 성분의 주파수에 따른 Y 방향 주파수 jωy를 승산한다.
X-IFFT 처리부(45x)는, 상기 X 위상 시프트 처리부(44x)에 의해 처리된 X 클록 신호 성분을 IFFT함으로써, 실제로 화상인 X 클록 신호로 X 클록 신호 성분을 변환한다. 또한, Y-IFFT 처리부(45y)도 마찬가지로, 상기 Y 위상 시프트 처리부(44y)에 의해 처리된 Y 클록 신호 성분을 IFFT함으로써, 실제로 화상인 Y 클록 신호로 Y 클록 신호 성분을 변환한다. 또한，전술한 설명으로부터도 이해되는 바와 같이, 이 경우의 X-IFFT 처리부(45x)는,　X 방향의 해상도가 4배, Y 방향의 해상도가 1/4로 되도록 IFFT를 행한다. 또한，Y-IFFT 처리부(45y)는, Y 방향의 해상도가 4배, X 방향의 해상도가 1/4로 되도록 IFFT를 행한다.
X 제로 크로스선 추출부(46x)는, 상기 X-IFFT 처리부(45x)에 의해 얻어진 X 클록 신호로부터, 도 37에서 설명한 방법에 의해 X 방향의 각 행의 포지티브 제로 크로스점을 검출하고, 이것을 전술한 바와 같은 배열 변수(clkx_timing(i,j))에 저장한다. 또한，전술한 바와 같이, 제로 크로스점의 추출은, 우선은 신호광 에리어(A2)의 중심 위치로서 추정되는 위치 부근으로부터 행하고, 그곳으로부터 서서히 주위로 확대해 간다.
또한，마찬가지로 Y 제로 크로스선 추출부(46y)는, 상기 Y-IFFT 처리부(45y)에 의해 얻어진 Y 클록 신호로부터, 도 37에서 설명한 방법에 의해 Y 방향의 각 열의 포지티브 제로 크로스점을 검출하고, 이것을 전술한 배열 변수(clky_timing(i,j))에 저장한다. Y 클록 신호의 제로 크로스점의 추출의 경우에도 또한, 우선은 신호광 에리어(A2)의 중심 위치로서 추정되는 위치 부근으로부터 제로 크로스점의 추출을 행하고, 그곳으로부터 서서히 주위로 확대해 간다.
제로 크로스선 격자점 추출부(47)는, 상기 X제로 크로스선 추출부(46x), Y 제로 크로스선 추출부(46y)의 각 제로 크로스점의 추출 결과로부터 얻어지는 각 제로 크로스선의 교점(격자점)을 추출한다.
제로 크로스점이 각 제로 크로스선 추출부(46)에 의해 배열 변수로 저장된 상태에서는, 각 행마다 및 각 열마다의 제로 크로스점의 세트만 존재하지만, 각 행마다 및 각 열마다의 제로 크로스점의 세트를 제로 크로스선으로서 취급할 수 있다. 구체적으로는, 각 행마다 및 각 열마다 저장된 제로 크로스점의 세트를 선형 보간하여, 각 제로 크로스선의 정보를 얻는다.
제로 크로스선 격자점 추출부(47)는, 이와 같은 처리를 행하여 X 클록 신호 의 각 제로 크로스선군, Y 클록 신호의 각 제로 크로스선군을 얻은 후에, 그들 각 교점(각 격자점)을 추출한다. 이들 격자점에 의해, 화상 내에서의 SLM(4)의 데이터 픽셀의 위치가 구해진다. 즉, 리샘플링 위치가 구해진다.
또한，상기한 배열 변수에 의한 각 제로 크로스점의 저장에 의해, 그들 제로 크로스점의 세트으로부터 생성되는 각 제로 크로스선이 X 방향/Y 방향의 각각 몇 번째의 선인지를 파악할 수 있다. 즉, 이와 같은 제로 크로스선군의 격자점으로서 식별되는 각 데이터 픽셀의 위치도, 그것이 화상 내에서 X 방향/Y 방향의 각각 몇 번째의 격자점인지를 파악할 수 있다.
상기 제로 크로스선 격자점 추출부(47)에 의해 구해진 각 데이터 픽셀 위치의 정보는, 픽셀 진폭값 취득부(32)에 공급된다. 픽셀 진폭값 취득부(32)는, 상기 이차원 클록 추출/데이터 픽셀 위치 식별부(31)의 처리 결과로서 얻어지는 각 데이터 픽셀의 위치의 정보와, 업스케일링부(21)로부터 입력되는 화상 신호(화상 신호)를 입력하고, 상기 화상 신호 내에서의 각 데이터 픽셀 위치의 진폭값을 취득한다(1×1 리샘플링).
이와 같은 각 데이터 픽셀 위치가 구해진 후의 진폭값 취득 처리는, 리샘플링 정리에 기초하여 2차원 신호의 보간을 행하면 된다. 혹은, 종래의 화상 처리의 분야에서 일반적으로 행해지고 있는 보간 처리를 행하여도 된다. 이러한 보간 처리에 사용될 수 있는 예는, 최근린 방법(Nearest　neighbor　method), 공일차 보간법(Bi-linear　interpolation　method), 공삼차 보간법(Cubic　convolution　interpolation method, 이후에 간단히 "cubic interpolation"으로 약칭할 수도 있 음), 및 쌍 3차 스플라인법(Bicubic　spline　method) 을 포함한다.
이들 중，예를 들면, 최근린 방법은, 가장 타이밍이 가까운 판독 신호를 그 픽셀의 진폭값으로서 선택함으로써，오버샘플링 레이트가 클 때에 유효하다. 이 최근린 방법은 함수 등에 기초한 계산 처리가 불필요하다고 하는 점에서, 처리 시간이 짧아질 수 있다는 장점이 있다.
또한，공삼차 보간법은, 샘플링 정리에 기초하여 보간할 때에 사용하는 함수sin(x)/x의 구분적 3차 다항식 근사이며, 처리 부담은 상기 최근린 방법보다 크지만, 고정밀도의 결과가 얻어진다고 하는 장점이 있다. 본 실시예의 경우, 진폭값 취득 처리에는, 이 공삼차 보간법을 이용하고 있다.
페이지 싱크 포지셔닝부(33)는, 상기 픽셀 진폭값 취득부(32)에 의해 구해진 각 데이터 픽셀 위치에서의 진폭값의 정보와, 미리 기록 포맷에서 정해진 페이지 싱크로서의 소정의 데이터 패턴의 정보에 기초하여，포지셔닝 처리를 행한다. 즉, 식별된 각 데이터 픽셀의, 기록 포맷 상에서의 위치(즉, 포맷에서 규정된 홀로그램 페이지 내에서의 위치)를 식별한다.
이 페이지 싱크에 의한 포지셔닝 처리는, 종래와 동일한 방법에 의해 행할 수 있다. 즉, 이 경우의 홀로그램 페이지는, 페이지 싱크로서 적어도 1개의 싱크가 매립되어 있으며, 그 페이지 싱크로서의 소정의 데이터 패턴을 기초로, 상관 연산에 의한 템플릿 매칭을 행하여，각 데이터 픽셀의 포맷 상에서의 위치를 식별한다. 구체적으로는，페이지 싱크가 존재하는 범위는, 기록 포맷에 기초하여 어느 정도 추정할 수 있으므로，그 추정된 범위 내에서 상기 소정의 데이터 패턴 간의 상관값을 계산하고, 최대 상관값을 갖는 위치를 식별한다. 그리고, 화상 신호 내에서의 페이지 싱크의 위치가 구해지면, 후에는 기록 포맷의 정보에 따라서, 각 데이터 픽셀의 포맷 상에서의 위치를 식별할 수 있다.
여기에서, 이와 같이 제2 실시예의 경우의 싱크를 이용한 포지셔닝 처리는, 전술한 제1 실시예의 경우와는 달리，이미 데이터 픽셀 단위에서의 진폭값이 구해진(즉, 1×1 레이트로 된) 화상을 대상으로 행하므로, 싱크를 본래의 사용법에 의해 이용할 수 있다. 또한, 이와 함께, 포지셔닝 처리의 계산량은, 4×4 업스케일링 후의 화상을 대상으로 행할 필요가 있던 제1 실시예의 경우와 비교하여, 극히 적게 할 수 있다.
심볼 추출부(34)는, 상기 페이지 싱크 포지셔닝부(33)에 의해 식별된, 각 데이터 픽셀의 포맷 상에서의 위치의 정보를 이용하여, 홀로그램 페이지 내의 각 심볼의 추출을 행한다. 그리고, 추출한 심볼마다 각 데이터 픽셀의 진폭값을 도 24에 도시한 데이터 구별부(24)에 공급한다.
여기에서, 데이터 구별부(24)가 심볼 단위에 의한 각 데이터 픽셀의 진폭값에 기초하여 소트 검출에 의해 데이터 식별을 행하는 것에 대해서는, 제1 실시예의 경우와 마찬가지이므로 재차의 설명은 생략한다. 또한，스파스 부호 디코딩부(25)가 심볼 단위의 스파스 부호에 대한 디코드 처리를 행하여 재생 데이터를 얻는 점에 대해서도 제1 실시예의 경우와 마찬가지이기 때문에 재차의 설명은 생략한다.
또한，도 43 및 도 24에서의 도시는 생략하였지만, 데이터 재생부(13) 내에서, 적절하게, 화상 처리에서 통상적으로 사용디는 기본적인 전처리(basic pre- processing)를 행하기 위한 구성을 추가하여도 된다. 예를 들면, AGC(Automatic　Gain　Control)에 의한 농담 얼룩짐 제거, 명(light) 레벨 보정, 암(dark) 레벨 보정 등을 행하는 신호 처리부를 추가하기도 한다.
또한，상기에 의한 설명에서는, 배열 변수로 저장된 각 행마다 및 각 열마다의 제로 크로스점의 세트으로부터, X 클록 신호의 제로 크로스선군, Y 클록 신호의 제로 크로스선군을 보간에 의해 생성하는 처리를 제로 크로스선 격자점 추출부(47)가 행하는 것으로 설명하였지만, 이 처리를 각각 X 제로 크로스선 추출부(46x), Y 제로 크로스선 추출부(46y)가 행하기도 한다.
또한，도 43 및 도 24에서는，설명의 편의상, 등화 필터(22)가 이차원 클록 추출/데이터 픽셀 위치 식별부(31)와 픽셀 진폭값 취득부(32)로 분기되는 것으로 설명하였지만, 실제로는, 등화 필터(22)에 의한 처리 후의 화상 신호는 메모리에 저장되고，이차원 클록 추출/데이터 픽셀 위치 식별부(31)와 픽셀 진폭값 취득부(32)가 메모리 내의 화상을 공용하도록 구성될 수도 있다.
[제2 실시예에 따른 리샘플링 방법에 의한 효과]
상술한 제2 실시예에 따른 리샘플링 방법에 의하면, 판독 화상 신호에 대하여 이차원의 푸리에 변환을 행한 해석 결과로부터, 제1 소정 범위 내에서의 파워 스펙트럼의 피크 부분과, 제2 소정 범위 내에서의 파워 스펙트럼의 피크 부분을 추출한 결과에 기초하여, 화상 내의 X 방향 클록의 성분의 주기와 위상과 방향을 나타내는 정보로서의 X 클록 신호(클록 정보)와, 화상 내의 Y 방향 클록의 성분의 주기와 위상과 방향을 나타내는 정보로서의 Y 클록 신호(클록 정보)를 각각 취득할 수 있다. 그리고, X 클록 정보와 Y 클록 신호에 기초하여，홀로그램 기록 매체 HM에 기록된 홀로그램 페이지 내의 각 데이터 픽셀의 위치를 식별할 수 있어，그 위치 정보에 기초하여 각 데이터 픽셀의 진폭값을 취득할 수 있다.
이 때, 해석 결과에 기초하여 취득되는 상기 X 클록 신호와 상기 Y 클록 신호에는, 상기한 바와 같이, X 방향 클록의 성분과 Y 방향 클록의 성분의 주기와 위상과 함께 방향의 정보도 포함되어 있다. 이것으로부터, 상기한 바와 같이, X 클록 신호와 Y 클록 신호에 기초하는 각 데이터 픽셀 위치의 식별이 행해짐으로써，화상의 회전에도 대응하여 적절하게 각 데이터 픽셀의 위치의 식별을 행할 수 있다. 또한，물론, 화상 사이즈의 확대/축소를 위해 데이터 픽셀 위치의 식별을 행할 수도 있다. 또한, 예를 들면, X 방향과 Y 방향에서 클록 주파수가 서로 다르도록 왜곡에도 적정히 대응하여 각 데이터 픽셀 위치를 식별할 수 있다.
또한，상기한 바와 같은 제2 실시예에 따른 리샘플링 방법에 의하면, 홀로그램 페이지 내에 삽입된 싱크를 이용하지 않고, 각 데이터 픽셀의 위치를 식별할 수 있다. 이것에 의하면, 유저 데이터의 기록 용량을 늘릴 수 있다. 즉, 유저 데이터의 기록 밀도 향상을 실현할 수 있다.
또한，제2 실시예의 리샘플링 방법에 의하면, 화상 신호 내의 싱크 부분뿐만 아니라, 유저 데이터를 포함하는 화상 전체의 데이터를 이용하여 각 데이터 픽셀 위치의 식별을 행할 수 있다. 즉, 싱크 의존 리샘플링을 행하는 방법을 이용하는 경우에는, 싱크로서의 화상 내의 임의의 일부가 손상된 경우에, 그 영역에서는 각 데이터 픽셀의 위치 식별이 적정히 행해지지 않아, 그 영역 내의 데이터가 전멸하 게 될 가능성이 있었지만, 제2 실시예에 의하면, 취득된 화상 신호 전체를 이용하여 각 데이터 픽셀 위치를 식별할 수 있으므로, 보다 견고한(more robust) 데이터 판독이 가능하게 된다.
또한，상기한 바와 같이, 싱크를 이용한 위치 식별 없이 각 데이터 픽셀의 위치 식별을 행할 수 있으면, 비트 동기를 취한 후에, 각 비트값이 기록 포맷 상의 어느 위치에 해당하는지를 식별하기 위한 싱크에 의해 프레임 동기를 행하는 통상의 싱크 사용법을 이용할 수 있다.
또한，상기한 바와 같이 데이터 픽셀 위치의 식별을 위한 싱크를 삽입하지 않아도 된다고 하는 점으로부터도 알 수 있는 바와 같이, 제2 실시예에 의하면, 기록 포맷 스킴에 대한 제한을 완화할 수 있다. 또한，전술한 바와 같이, 싱크와 유저 데이터의 구별 없이 화상 전체를 이용하여 데이터 픽셀 위치를 식별하기 때문에, 기록 변조 부호에 하등의 제한을 가하지 않는다. 이 점으로부터, 제2 실시예에 의하면, 기록 포맷 설계의 자유도를 크게 향상시킬 수 있음을 알 수 있다.
또한，제2 실시예에서는, X 클록 신호 성분, Y 클록 신호 성분의 추출에 있어서, 각각의 화상에 미분 처리를 실시하여 에지를 강조한 후에, 비선형 처리(절대값 처리)를 행한 화상에, 2차원 FFT에 의한 해석을 행한다. 이 점에서, 해석 결과로서 얻어지는 각 클록 신호 성분의 피크 레벨을 보다 확실하게 얻어지도록 할 수 있어，클록 신호 성분의 오검출을 견고하게 방지할 수 있다.
또한，제2 실시예에서는, 업스케일링 후의 화상을 2개의 시스템으로 분배하고, X 방향과 Y 방향에서 각각 독립하여,
X 방향 미분, 비선형 처리, 2차원 FFT, 및 X 클록 신호 성분의 추출과,
Y 방향 미분, 비선형 처리, 2차원 FFT, 및 Y 클록 신호 성분의 추출
의 처리를 행한다. 이는, 서로 방해되지 않고 양호하게 클록 신호 성분의 추출을 행할 수 있게 한다. 즉, 그만큼，X 클록 신호 및 Y 클록 신호를 보다 정밀도가 높은 클록 신호로서 얻을 수 있다.
또한，제2 실시예에서는, 클록 신호 성분의 추출 시，스펙트럼의 피크 부분의 중심 부분과 함께, 그 주변의 성분도 맞춰서 IFFT하여 클록 신호를 생성하고, 이와 같이 주변의 측대역도 포함함으로써, 지터라고 표현할 수 있는 부분의, 실제의 재생 화상의 미묘한 변동도 포함하여 클록 신호를 재생할 수 있다. 즉, 이와 같은 클록 신호에 기초하여 데이터 픽셀 위치의 식별이 행해지는 본 실시예에서는, 실제 재생 화상의 미묘한 변동에도 추종할 수 있는, 고정밀도의 위치 식별이 실현된다.
또한，이와 같이 실제 재생 화상의 미소한 변동에도 추종할 수 있다는 점과, 전술한 바와 같이, 재생 화상의 확대/축소, 회전 등에 대응할 수 있다고 하는 점을 감안하면, 제2 실시예에 의하면, 이미지 센서(11) 측의 픽셀과 SLM(4)의 엘리먼트를 엄밀하게 일치시킨다고 하는, 엄밀한 의미에서의 픽셀 매칭(광학적인 픽셀 매칭)을 취할 필요는 없어진다. 따라서, 광학 시스템의 설계의 자유도 및 광학 시스템의 설계의 자유도가 증가함과 함께, 정밀도 향상을 위한 비용 증가를 억제할 수 있다.
또한，상기한 기재 내에서, 제2 실시예의 경우에서는 싱크를 이용하지 않고 데이터 픽셀 위치를 식별할 수 있다고 설명하였지만, 전술한 설명으로부터도 이해되는 바와 같이, 각 데이터 픽셀 위치가 식별되었다고 하여도, 그 시점에서는 아직 그들 데이터 픽셀 위치가 신호광 에리어(A2)에 상당하는 홀로그램 페이지 내의 어느 위치인지는 파악되지 않은 상태이다. 따라서，전술한 바와 같이 페이지 싱크에 의한 포지셔닝을 행하여, 포맷 상에서의 위치를 식별하고(페이지 싱크 포지셔닝부(33)), 이와 같은 포맷 상에서의 포지셔닝에 필요한 페이지 싱크는, 다음의 도 44에 도시되는 바와 같이, 1개이어야만 한다.
혹은, 다음의 도 45에 도시한 바와 같이, 페이지 싱크를 다수 삽입할 수도 있다. 도 45에 도시한 바와 같이, 다수개의 페이지 싱크를 삽입한 경우, 페이지 싱크 포지셔닝부(33)는, 이들 다수의 페이지 싱크를, 위치가 분산되어 있더라도, 그들을 통합하여 통합 페이지 싱크(템플릿)로서 취급하고, 상관 연산을 이용하여 템플릿 매칭에 의해 포지셔닝을 행한다.
또한，페이지 싱크를 다수개 삽입하는 경우, 그들은 통합되어 통합 페이지 싱크로서 기능하는 것이기 때문에, 개개의 페이지 싱크의 패턴은, 각각 서로 다른 것으로 되어 있어도 전혀 문제가 없다. 통합 페이지 싱크의 상관 특성을 향상시키기 위해서, 의도적으로 그와 같이 할 수도 있다.
여기에서, 페이지 싱크가 1개인 경우에는, 그 싱크가 손상된 경우, 페이지 전체의 정보를 복호할 수 없다. 한편, 상기한 바와 같이, 페이지 싱크를 다수 개소로 분산되어 설치한 경우에는, 그 중 몇 개인가가 손상된 경우에도, 페이지 포지셔닝 처리의 결과에 미치는 영향은 없는 것으로 할 수 있어, 페이지 전체의 정보를 잃어버리는 일은 없다는 장점이 있다.
여기에서, 싱크 의존의 데이터 픽셀 위치 식별을 행하는 리샘플링 방법에서는, 싱크가 확실하게 검출되도록, 싱크 사이즈를 비교적 크게 할 필요성이 있다. 제2 실시예에서도, 상기한 바와 같이, 최종적인 포맷 상에서의 위치를 확인하기 위해 페이지 싱크가 사용되어야만 하지만, 이 경우의 포지셔닝 시에는, 이미 각 데이터 픽셀 위치가 식별되어 진폭값 취득(리샘플링)도 완료되어서, 포지셔닝은 이 리샘플링한 데이터에 대하여 행하므로, 싱크 의존의 데이터 픽셀 위치 식별을 행하는 경우와 비교하면, 싱크 사이즈를 크게 할 필요는 없다. 즉, 이 점에서도, 제2 실시예에 의하면 유저 데이터의 기록 밀도 향상을 실현할 수 있다.
또한, 제2 실시예도, 재생 시에는, 제1 실시예와 동일한 코히런트 가산에 의한 선형 판독을 행한다. 따라서, 제2 실시예도, 제1 실시예와 같이 종래의 비선형의 기록/재생 시스템과 비교하여 애퍼처 사이즈의 축소화 및 오버샘플링 레이트의 저하가 가능해지고，결과적으로, 홀로그램 기록 매체 HM에 대한 데이터의 고기록 밀도화 및 데이터 전송 레이트의 향상을 실현할 수 있다.
[제2 실시예의 리샘플링 방법에 대한 실험 결과]
다음의 도 46 내지 도 49에, 전술한 제2 실시예에 따른 리샘플링 방법의 유효성(effectiveness)을 실증하기 위한 실험 결과를 나타낸다. 또한，도 46 내지 도 49에 도시한 실험 결과를 얻기 위해 설정한 기록 포맷은 이하와 같음을 주지하라.
데이터 부설의 최소 단위 : 1 심볼(4×4 비트 = 16 비트)
싱크 사이즈 : 1 심볼
싱크 간격 i_sper : 48 픽셀
신호광 에리어(A2)의 반경 i_rad : 169 픽셀
또한, 이 경우, 싱크 간격 i_sper은 전술한 제1 실시예의 경우의 2배의 간격이고, 페이지 내의 싱크 배치 수는 대폭 감소된다. 덧붙여서 말하면, 이 경우의 1 페이지 내에 부설 가능한 데이터 용량은 5,555 심볼(바이트)이다.
도 46은, 상기한 기록 포맷에 의해 데이터 기록이 행해진 홀로그램 기록 매체 HM에 대하여, 종래의 리샘플링 방법에 의해 데이터 재생을 행한 경우의 페이지 내의 에러 분포, SER, SNR을 나타내고 있다. 또한，여기에서 "종래의 리샘플링 방법"은, 전술한 도 19에서 설명한 종래 방법과 마찬가지이다. 구체적으로는，데이터 픽셀의 위치를 4×4 판독 신호로부터 선택하고, 그 값을 진폭값으로 하는 방법이다.
또한，도 47은, 제2 실시예의 리샘플링 방법에 의해 데이터 재생을 행한 경우의 페이지 내의 에러 분포, SER, SNR을 나타내고 있다. 이들 도면에서, 페이지 내의 에러는 도면의 흰 사각에 의해 나타내고 있으며, 이중 사각으로 되어 있는 부분에서는, 그 안쪽 테두리가 비트 단위에서의 에러(비트 에러)를 나타내고, 외부 프레임이 심볼 단위에서의 에러(심볼 에러)를 나타내고 있다.
우선, 도 46에 도시한 종래의 리샘플링 방법의 경우, 예를 들면, 페이지 우측 상 부분의 영역에서, 서브 페이지 전체가 에러로 되어 있는 것을 확인할 수 있다. 이것은, 검출에 실패한 싱크의 주위에서 통합하여 에러로 되어 있음을 나타낸 다. 이 경우, SER은 5,555 심볼 중 704 심볼이었으며, 1.27E-001이었다. 또한, SNR은 2.40이었다.
역으로, 도 47에 도시한 제2 실시예의 경우에서는, 종래 방법 (즉, 싱크 의존의 데이터 픽셀 위치 식별을 행하는 리샘플링 방법)과 같은 싱크 검출의 실패에 의한 에러의 집중은 없고, 에러의 발생 위치는 분산되어 있으며, 그 수도 감소하고 있는 것을 알 수 있다. 이 경우, SER은 5,555 심볼 중 429 심볼이었으며, 7.72E-002이며, SNR은 2.79이었다.
이들 결과로부터, 제2 실시예에 의하면, 종래의 싱크 의존 위치 식별의 방법보다도 높은 재생 신호 품질이 얻어지는 것을 이해할 수 있다. 또한, 이것을 환언하면, 제2 실시예에서는 종래 방법보다도 유저 데이터를 고밀도로 한 경우에도 재생 신호 품질의 저하를 억제할 수 있게 된다.
또한，도 48은, 재생 화상의 확대/축소에 대한 마진 특성을 나타내고 있다. 이 도면에서는, 재생 화상의 축소/확대를 수평축에 취하고, 에러수(심볼 에러수)를 수직축에 취한다. 도면의 파선에 의해 종래의 리샘플링 방법을 이용한 경우의 결과를 나타내고, 실선에 의해 제2 실시예의 리샘플링 방법을 이용한 경우의 결과를 나타내고 있다.
도시한 바와 같이, 종래 방법의 경우에는, 확대/축소율이 ±1％ 정도의 부분에서 급격하게 에러수가 증가하고 있음을 알 수 있다. 즉, 종래 방법의 확대/축소에 대한 마진은 약 ±1％ 정도로 제한된다. 한편, 제2 실시예의 경우에는, 확대/축소율이 약 ±9％ 정도의 부분까지 에러수가 대부분 변화하지 않고, 따라서 확대/ 축소에 대한 마진은 종래보다도 대폭 확대되는 것을 알 수 있다.
또한，참고로서, 도 50에는, 1.1배의 확대 시에서의 2차원 FFT에 의한 해석 결과를 나타낸다. 도 50a는 X축 근방만을 추출하고, 도면에서의 착색 부분이 피크 탐색 범위를 나타내고 있다. 또한, 도 50b는 Y축 근방만을 추출하고, 동일하게 착색 부분이 피크 탐색 범위를 나타내고 있다. 이들 도면에 도시된 바와 같이, 피크 성분의 피크는, 원래의 화상의 확대/축소에 따라서는, 축 상에서 반비례하는 방향(즉, 확대의 경우 주파수가 저하하는 방향)으로 이동한다.
그리고, 이들 도면에 도시한 탐색 범위와 피크 부분을 참조하면，전술한 확대/축소 마진의 수치(±9％ 정도)는, 탐색 범위에 의해 결정지어진 것임을 알 수 있다. 즉, 전술한 본 실시예의 탐색 범위(101×101)의 설정에 대해서는, 마진이 ±9％ 정도로 되는 것이며, 이것을 환언하면, 탐색 범위를 확대하면 한층 더한 확대/축소 마진의 확대를 실현할 수 있다. 이것은, 전술한 도 48의 특성도에서,종래 방법의 경우에는 확대/축소가 생긴 시점으로부터 에러수의 증가가 현저하고, 제2 실시예의 경우에는 에러수가 마진 에지까지 거의 증가하지 않음을 분명히 알 수 있다.
또한，도 49는, 재생 화상의 회전에 대한 마진 특성을 나타낸다. 이 도면에서도, 수직축은 에러수(심볼 에러수)이며, 수평축은 화상 회전이다. 또한，파선은 종래의 리샘플링 방법을 이용한 경우의 결과를 나타내고, 실선은 제2 실시예의 리샘플링 방법을 이용한 경우의 결과를 나타내고 있다.
도시한 바와 같이, 회전에 대한 마진도, 종래 방법으로부터 대폭 개선되어 있는 것을 알 수 있다. 종래 방법의 경우, 회전이 생기는 것에 따라서 즉시 에러수의 현저한 증가를 볼 수 있어, 회전 각도가 0.5도 정도의 부분에서 에러수가 급격하게 상승하는 특성이 나타난다. 한편, 제2 실시예의 경우에는, 5번 정도까지 에러수는 거의 변화하지 않아, 따라서 회전에 대한 마진은 종래의 방법에 비해서 대략 10배 정도로 확대되는 것을 알 수 있다.
도 51은, 5번의 회전시의 2차원 FFT에 의한 해석 결과를 나타내고 있다. 또한, 도 51a는 X축 근방만을 추출하고, 착색 부분에 의해 피크 탐색 범위를 나타내고 있다. 또한, 도 51b는 Y축 근방만을 추출하여, 동일하게 착색 부분에서 피크 탐색 범위를 나타내고 있다. 도시한 바와 같이, 회전시에서 얻어지는 피크 부분은, 그 주파수는 변화하지 않고, 화상의 회전 방향에 따른 축 외의 방향으로 시프트한다. 이와 같은 현상에 의해, 해석 결과상에서의 피크 부분의 기준점으로부터의 축 외의 시프팅의 방향과 양이, 각각 회전의 방향, 회전의 각도를 표시하는 것을 이해할 수 있다.
또한，도 51을 참조하여, 전술한 5번이라는 마진 값은, 설정된 피크 탐색 범위에 의해 결정된 것임을 알 수 있다. 즉, 회전에 대한 마진으로 하여도, 탐색 범위의 확대에 의해 그 확대를 더 실현할 수 있다.
이상의 결과에 의해, 제2 실시예에 의하면, 화상의 변형, 왜곡 및 회전에 대하여 보다 견고함을 이해할 수 있다.
[제2 실시예의 리샘플링 방법에 대한 변형예]
변형예 1
지금까지의 설명에서는, 각 데이터 픽셀 위치의 식별에 있어서, 2차원 FFT의 해석 결과로부터 피크 부분을 탐색하고, 그 피크 부분을 IFFT함으로써 2차원 화상으로서의 클록 신호를 얻지만, 이러한 2차원 화상에 의한 클록 신호를 얻지 않더라도 데이터 픽셀 위치의 식별을 행할 수 있다.
우선, 변형예 1에서는, 2차원 FFT에 의한 해석 결과로부터 피크 탐색을 행할 때까지는 동일하지만, 클록의 정보는 탐색의 결과 검출된 피크 부분으로부터 직접적으로 얻는다.
전술한 바와 같이이, 피크 부분의 중심 성분은, 클록 신호를 종종 근사하는 단일 평면파에 대응하고, 그 주기와 위상과 법선 방향은, 푸리에 영역 상에서의 피크 위치와 값(복소수)으로부터 정해진다. 즉, 피크 위치의 원점으로부터의 거리가 주파수이며, 그 역수가 주기이다. 또한，원점을 기준으로 한 피크 위치의 방향이 법선 방향이다. 또한, 피크 위치에서의 값(복소수)이 평면파의 위상을 결정짓는다. 따라서 탐색의 결과 얻어진 피크 부분의 중심 성분의 위치와 값으로부터, 클록의 정보를 얻을 수 있다.
이와 같이 피크의 중심 위치에 기초하여 클록의 정보를 얻는 경우에는, 다음과 같이 계산에 의해 비교적 쉽게 리샘플링 위치를 구할 수 있다.
P(m,　n) = P0 + m ＊ Lclky + n ＊ Lclkx
여기서, m과 n은 정수이고, P(m, n)은 X 방향에서 n번째, y 방향에서 m번째의 리샘플링 위치의 좌표를 나타내고, P0은 리샘플링 위치 좌표의 기준점을 나타내며, X 방향 클록과 Y 방향 클록으로부터 구해지는 최적 샘플 위치의 하나의 솔루션(솔루 션은 다수 있지만, 화상 중앙 부근의 것을 선택해 두고, m 및 n을 정수로 취하는 것이 자연스러움)으로서, Lclkx는 X 방향 클록(단일 평면파)의 기본 주기 벡터를 나타내고, Lclky는 방향 클록(단일 평면파)의 기본 주기 벡터를 나타낸다. 기본 주기 벡터는, 크기가 파장과 동일하며, 방향이 전파 방향과 일치하는 벡터임을 주지하라.
상기 P0의 구하는 방법은, 타이밍 펄스 신호의 생성 방법에 따라 다르지만, 예를 들면, 미분하여 절대값을 취하는 경우에는, 전술한 도 34에 도시한 바와 같이 그 네가티브의 피크 위치가 최적의 샘플 위치이므로, 그 중의 화상 중앙 부근의 것을 선택하면 된다.
변형예 1의 특징은, 해석 결과에 대한 탐색의 결과 얻어진 피크 부분의 중심 성분만을 이용하고 있는 점에 있다. 즉, 중심 성분에 대응하는 단일 평면파를 클록 신호로서 이용하면, 주기와 위상과 법선 방향(벡터)의 정보를 기초로, 각 데이터 픽셀 위치의 좌표를 상기한 바와 같은 선형 연산에 의해 간단히 구할 수 있다. 이것에 의하면, 데이터 픽셀 위치의 식별에 있어서 비교적 처리 부담이 큰 IFFT　처리를 행할 필요가 없어지는 등, 계산 처리 부담은 대폭 경감할 수 있다.
또한，이와 같은 변형예 1에 의한 데이터 픽셀 위치의 식별 방법은, 페이지 화상 전체를 대상으로 하여 행하여도 되지만, 그 경우, 클록 신호로서 단일 주기의 평면파를 사용하게 되기 때문에, 미소한 흔들림에 대한 기능은 저하된다. 또한, 물론, 화상의 전체로서의 회전이나 확대/축소 등의 변동에 대해서는 유효한 것은 물론이다.
여기에서, 변형예 1의 방법을 이용하여 미소한 흔들림에 대응하는 경우에는, 화상을 다수의 영역으로 분할하고, 각각의 영역마다 일련의 처리를 행하면 된다. 이와 같이 각 영역으로 분할함으로써, 대상 범위의 사이즈는 작게 되어, 각각의 영역 내에서는 클록의 주기가 단일 주기인 것으로 간주할 수 있다. 즉, 각 영역마다 상기한 선형 연산에 의한 리샘플링 위치의 식별을 행함으로써, 미소한 흔들림에 대한 기능을 어느 정도 확보할 수 있다.
구체적인 처리로서는, 우선 각 영역마다 2차원 FFT를 행하고, 각각의 영역에서 피크 탐색을 행한다. 그리고, 영역마다 피크의 중심 성분에 기초하여 전술한 선형 연산을 행하여, 데이터 픽셀 위치를 결정한다. 이와 같이 영역 나누어 처리를 행하는 경우, 각각의 영역에 대하여 동일한 처리를 행하게 되므로, 신호 처리 장치를 다수개 늘어 세워서 계산을 병렬적으로 행하는 것도 가능하다. 이와 같은 하드웨어 구성으로 하면, 처리 시간의 대폭적인 단축화를 실현할 수 있다.
또한，상기한 바와 같이, 영역 분할하는 방법은, 전술한 바와 같은 IFFT를 행하여 실제로 화상으로서의 클록 신호를 재생하는 경우에도 적용 가능하다. 즉, 그 경우는 각 영역마다 2차원 FFT를 행하고, 각각의 영역에서 피크 탐색을 행한 후에, 영역마다 피크 성분을 IFFT하여 각 영역의 클록 신호를 취득한다. 그 후의 제로 크로스선군의 추출까지는 영역마다 행하지만, 격자점의 추출은 영역마다 추출된 제로 크로스선을 이용하여 화상 전체에서 행한다. 이 경우에도 제로 크로스선군의 추출까지는 각 영역에서 처리 내용을 동일하게 할 수 있으므로, 그들에 대하여 병렬 처리를 행하는 하드웨어 구성으로 함으로써 처리 시간의 단축화를 실현할 수 있 다.
또한，클록 신호를 단일 평면파에서 취급하는 경우 및 실제 화상으로서 취급하는 경우 중 어느 하나에서도, 홀로그램 페이지를 수개의 영역으로 분할하여 독립된 작은 페이지의 세트으로서 포맷을 정의해 놓고，각각의 영역(소 페이지)마다 일련의 처리를 병렬하여 행하여 처리 시간의 단축을 실현할 수도 있다.
변형예 2
변형예 2는, 주파수 해석 결과의 저역 성분을 이용하여, 이미지 센서(11) 상의 신호광의 조사 에리어(즉, 유효 재생 에리어)를 대략적으로 포지셔닝하는 것이다. 제2 실시예에서는, 타이밍 펄스 신호를 FFT하여 주파수 해석 결과를 얻지만, 이 과정에서, 저역 성분도 얻어진다. 이것을 유용하여, 저해상도 화상을 얻어, 그것에 기초하여 대략의 포지셔닝을 행한다.
변형예 2에 대하여, 도 52를 참조하여 설명한다. 도 52a는, 주파수 해석 결과로부터 얻어진 저역 성분을 IFFT하여 얻어지는 저해상도 화상을 나타낸다. 또한，도 52a는, 일례로서 2차원 FFT의 결과의 주파수 성분이 3 이하의 것을 추출하여, IFFT에 의해 64×64 사이즈의 화상을 형성한 것을 나타내고 있다. 화상 사이즈가 작으므로, 여기에서 필요한 계산량은 전체에 비하면 근소하다.
또한，변형예 2에서는, 미리 도 52b에 도시한 바와 같은 고리 형상 템플릿을 준비해 둔다. 이 고리 형상 템플릿은 신호광 에리어(A2)에 따른 대략원형의 형상을 본뜬 것으로서 이해하면 된다. 즉, 이 고리 형상 템플릿과 도 52a와 같이 생성한 화상과의 상관 계산을 행한 결과에 기초하여, 이미지 센서(11) 상에서의 신호광 의 조사 에리어의 식별을 행한다.
고리 형상 템플릿으로서는, 그 최외주의 고리 형상 부분의 값이 "-1"(도면에서의 블랙 부분), 그 내측에 인접하는 고리 형상 부분의 값이 "+1"(도면에서의 화이트 부분), 그 이외의 값은 전부 "0"(도면에서의 그레이 부분)으로 하고 있다. 신호광 에리어(A2)의 형상이 대략 원형이므로, 그 농담 화상의 에지 부분만으로 포지셔닝을 행하고, 내부의 기록 데이터에 따른 농담값의 얼룩짐에는 영향을 받지 않도록 하는 것을 목표로 한다.
이와 같은 대략의 포지셔닝 처리는, 주파수 해석 결과의 일부를 유용하여 행할 수 있으므로, 계산량의 증가는 거의 없다. 또한，대략의 포지셔닝으로서, 예를 들면, 전술한 바와 같은 64×64 사이즈 등 저해상도에 의한 화상을 이용하여 행하면 충분하며, 이 점에서도 계산량의 증가를 억제할 수 있다.
변형예 2로서의 포지셔닝 처리를 실현함에 있어서는, 우선, FFT 처리부(42)(42x 또는 42y 중 어느 하나)에서, 피크 성분의 탐색과 함께 저역 성분의 추출을 행하도록 한다. 그리고, 도시는 생략하지만, 새로운 구성으로서, FFT 처리부(42)에서 추출된 저역 성분을 IFFT하여 도 52a와 같은 저해상도 화상을 얻어, 미리 설정된 고리 형상 템플릿과의 상관 계산을 행하고, 그 최대값을 부여하는 위치를 신호광 에리어(유효한 재생 에리어)의 위치 정보로서 취득하는 포지셔닝부를 추가하면 된다. 유효한 재생 에리어가 식별되면, 그 정보를 이용하여 전체의 재생 처리를 보다 더 견고하게 행할 수 있다. 그 예를 이하에 기재한다.
우선, 첫째로는, 페이지 싱크 검출시에 이용하는 것이 생각된다. 즉, 상기 포지셔닝부에서 식별된 위치 정보에 기초하여, 페이지 싱크 포지셔닝부(33)의 페이지 싱크의 탐색 범위를 설정한다. 유효한 재생 에리어의 대략적인 위치를 알고 있으면, 페이지 싱크 검출을 위한 탐색 범위는, 그 위치 정보에 기초하여 보다 좁은 범위로 한정할 수 있다. 이 때문에, 보다 견고한 구성이 실현될 수 있고, 또한, 계산량의 삭감을 실현할 수 있다.
그 밖에도, 제로 크로스점의 추출 시에 이용하는 것이 생각된다. 전술한 설명에 의하면, 제로 크로스점의 추출 시에는 우선 신뢰할 수 있는 중심 부근의 제로 크로스점으로부터 추출을 개시하게 되지만, 미리 유효한 재생 에리어의 위치가 식별되어 있으면, 그 위치 정보에 기초하여 대략 중심 위치가 구해지므로, 그 위치 부근으로부터 제로 크로스점의 추출을 개시하면 된다. 구체적으로는，전술한 포지셔닝부에서 식별된 위치 정보에 기초하여, X 제로 크로스선 추출부(46x), Y 제로 크로스선 추출부(46y) 각각이 제로 크로스점의 추출을 개시하도록 구성한다.
변형예 3
계속해서, 변형예 3에 대하여 설명한다. 전술한 설명에 의하면, 2차원 FFT의 해석 결과로부터 피크 부분의 탐색을 행할 때, X 클록 신호 성분 추출부(43x), Y 클록 신호 성분 추출부(43y)가 각각 독립하여 피크 탐색을 행하는 경우를 예시하였지만, X 방향과 Y 방향과의 피크를 탐색할 때에는, 직교하는 관계에 있는 각각의 성분에 기초하여, X 방향과 Y 방향의 피크 탐색을 종합적으로 행하도록 할 수도 있다.
도 53은, 이와 같은 종합적인 피크 탐색을 행하는 변형예 3에 대하여 설명하 기 위한 도면이다. 또한, 이 도면에서는, 주파수축 fx와 주파수축 fy를 기초로 X 클록 신호 성분 탐색 범위와 Y 클록 신호 성분 탐색 범위의 관계를 나타내고 있다.
여기에서, 애당초 본 실시예의 경우, SLM(4)의 픽셀은 512×512이기 때문에, X 방향 클록과 Y 방향 클록 간의 관계는, 그 주파수가 fx = fy = 512로 거의 동일하며, 또한, 화상의 미소한 변동에 의한 영향은 받지만, 그들 평면파의 파면의 법선 벡터는 거의 직교한 관계에 있다.
따라서, "X 방향 클록과 Y 방향 클록은, 각각 주파수가 동일하며, 파의 방향은 직교이다"라고 하는 구속 조건을 부과하여, 그와 같은 구속 조건을 충족시키는 X 방향의 탐색 범위의 점과 Y 방향의 탐색 범위에서의 점의 각 세트에 대하여, 종합적으로 파워 스펙트럼의 평가를 행하고, 그 평가값의 최대를 부여하는 각 점을 X 방향 탐색 범위 내의 피크와 Y 방향 탐색 범위 내의 피크로서 각각 취득한다.
구체적으로는，상기한 바와 같은 구속 조건을 충족시키는 X 방향 탐색 범위 내의 점과 Y 방향 탐색 범위 내의 점의 각 세트에 대하여, 그 파워 스펙트럼의 합이나 곱 등을 평가값으로서 계산하고, 그 값이 최대로 되는 조합을 X 방향의 피크와 Y 방향의 피크로서 취득한다.
단，이와 같은 방법은, 재생 화상의 왜곡이 대부분 없는 경우에는 유효하지만, 각각의 피크 위치의 관계가 반드시 직교하는 관계로 된다는 보증은 없다. 따라서，상기에 의해 구한 각각의 피크는 가상의 피크인 것으로 하고, 이 가상의 피크 위치를 기준으로 하여 설정한 보다 좁은 범위 내에서 재차, X 방향과 Y 방향에 각각 독립적으로 보다 상세한 피크 탐색을 행하여, 그 결과를 최종적인 X 방향 탐 색 범위 내의 최종 피크와 Y 방향 탐색 범위 내의 최종 피크로서 취득한다.
이와 같은 방법에 의하면, 우선은 직교 관계를 조건으로 한 탐색이 행해짐으로써，상기 가상의 피크로서는 있을지도 모르는 주위의 큰 가짜 성분에 현혹되지 않고 검출할 수 있다. 또한, 상기 가상의 피크 위치에 기초하여 상세한 탐색이 행해짐으로써，피크의 검출 정밀도를 보다 향상시킬 수 있다.
또한，상기에 의한 피크 탐색을 실현하기 위한 구성으로서는, 예를 들면, 이하와 같이 하면 된다. 우선, 상기한 구속 조건을 충족시키는 X 방향 탐색 범위 내, Y 방향 탐색 범위 내의 각 점의 조합에 대하여, 파워 스펙트럼의 검출을 행하는 순서를 미리 정해 둔다. X 클록 신호 성분 추출부(43x), Y 클록 신호 성분 추출부(43y) 각각은, 그 순서에 따라서 각각의 탐색 범위 내의 파워 스펙트럼을 검출한다. 또한, 이들 클록 신호 성분 추출부(43) 중 어느 한쪽, 혹은 별도로 새롭게 설치한 피크 판정부가, 상기한 바와 같이, 얻어지는 각 점의 파워 스펙트럼에 기초한 평가값을 계산하고, 최종적으로 평가값을 최대로 한 조합을 X 방향 피크와, Y 방향 피크로서 취득한다.
변형예 4
변형예 4는, 미분 처리에 개량을 가하는 것이다. 지금까지의 설명에서는, 미분 처리는 각각 업스케일링 후의 화상을 분기하여, X 방향 미분 및 Y 방향 미분으로 나누어 각각 독립적인 타이밍 펄스 신호로서의 화상을 얻도록 하였지만, 이들 X 방향 미분과 Y 방향 미분을 업스케일링 후의 공통의 화상에 대하여 동시에 행할 수도 있다.
도 54는, 변형예 4를 실현하기 위한 데이터 재생부(13)의 내부 구성에 대하여 나타내고 있다. 또한，이 도 54에서는 데이터 재생부(13)의 구성 중，등화 필터(22), 리샘플링부(30), 페이지 싱크 포지셔닝부(33) 및 심볼 추출부 (34)만을 추출하여 나타내고 있지만, 데이터 재생부(13) 내의 다른 구성에 대해서는 전술한 도 24의 경우와 마찬가지이다. 또한，도 54에서 이미 전술한 도 43에서 설명한 부분에 대해서는 동일부호를 붙이고 설명을 생략한다.
이 경우, X 방향 미분 처리부(40x), Y 방향 미분 처리부(40y), X 절대값 처리부(41x), Y 절대값 처리부(41y), X-FFT 처리부(42x), Y-FFT 처리부(42y)는 생략되고, 대신에 소벨 연산자 처리부(50), FFT 처리부(51)가 설치된다.
소벨 연산자 처리부(50)는, 등화 필터(22)로부터의 화상 신호에 대하여, 소벨 연산자 처리를 실시한다. 이 소벨 연산자 처리는, 먼저 설명한 X 방향의 미분 처리와 Y 방향의 미분 처리를 동시에 행하는 것에 상당하는 처리이다. 또한，이 소벨 연산자 처리에 의하면, 절대값 처리에 상당하는 처리도 행해지게 된다. 또한，소벨 연산자에 대해서는 다음의 문헌에도 기재되어 있음을 주지하라.
"화상 인식론(Gazo Ninshiki-ron)" 나가오 마코토, 코로나사, 1983년 2월 15일 초판.
여기에서, 다음의 도 55에, 소벨 연산자 처리 결과로서의 화상을 나타낸다. 이 도면으로부터, 소벨 연산자 처리에 의하면, X 방향의 에지와 Y 방향의 에지가 융합되어 있는 화상이 얻어지는 것을 알 수 있다. 이것은, 도 55와, 전술한 도 28 및 도 29에 나타낸 X 방향 타이밍 펄스 신호, Y 방향 타이밍 펄스 신호의 화상을 대조하여 보면 잘 이해할 수 있다. 이와 같은 공통의 화상에 대하여 X 방향 미분 및 Y 방향 미분(및 절대값 처리)을 동시에 행한 것에 상당하는 화상으로서의, 소벨 연산자 처리부(50)에 의한 처리 결과에 대하여, 도 54에 도시한 FFT 처리부(51)의, 2차원 FFT 처리를 실행한다.
도 56은, 도 55에 도시한 소벨 연산자 처리 결과에 대하여 2차원 FFT를 행한 해석 결과를 나타내고 있다. 이와 같이 하여 소벨 연산자 처리 결과를 2차원 FFT하면，동일한 푸리에 면 상에서의 X축 근방과 Y축 근방에서, 각각 설계상 예상되는 위치에 명료하게 피크가 존재하고 있는 것을 알 수 있다. 이점으로부터, 소벨 연산자 처리 결과를 2차원 FFT한 해석 결과로부터, X 방향 클록 신호 성분과 Y 방향 클록 신호 성분을 문제없이 추출할 수 있는 것을 이해할 수 있다.
도 54에서, 이 경우의 X 클록 신호 성분 추출부(43x), Y 클록 신호 성분 추출부(43y)는, 상기 FFT 처리부(51)에서 얻어지는 소벨 연산자 처리 결과에 관한 2차원 FFT에 의한 해석 결과로부터, 미리 정해진 X축 근방의 탐색 범위 내, Y축 근방의 탐색 범위 내에서 각각 피크 탐색을 행한다. 또한，이후의 처리는 전술한 바와 같이 되므로 재차의 설명은 생략한다.
변형예 4에 의하면, 클록 추출을 위한 2차원 FFT 처리가 2회가 아니라 1회로 삭감할 수 있으므로, 계산량이 대폭 단축된다고 하는 장점이 있다. 또한，이 변형예 4의 방법은, X 방향과 Y 방향에서 서로 신호가 방해하는 요인은 증가하게 되지만, 타이밍 펄스 신호는 기본적으로는 직교하는 위치 관계에 있으므로, 대체로 문제없다고 생각된다.
변형예 5
지금까지의 설명에서는, 타이밍 펄스 신호의 생성에 있어서는 미분 처리 및 비선형 처리(절대값 처리)의 쌍방을 행하는 것으로 하였지만, 타이밍 펄스 신호로서는, 미분 처리를 행하지 않고 비선형 처리만을 행하여 생성할 수도 있다. 미분 처리를 행하면, 클록 성분에 수반하는 에지를 강조하여 보다 확실한 클록 신호 추출을 재촉할 수 있지만, 주파수 영역에서 클록 신호 성분을 인출하는 본질은, 비선형 처리에 의해 스펙트럼을 화상에 따라서 광범위하게 넓히는 부분에 있기 때문에, 비선형 처리만으로 타이밍 펄스 신호를 생성함으로써, 먼저 설명한 구체예의 경우와 거의 동등한 클록 신호 추출을 행할 수 있다.
도 57은, 업스케일링 후의 화상을 그대로 절대값 처리한 화상을 나타내고 있다. 또한，도 58은, 이 절대값 처리 후의 화상에 대한 2차원 FFT에 의한 해석 결과를 나타내고 있다. 도 58과 전술한 도 56을 비교하여 알 수 있는 바와 같이, 절대값 처리만을 행한 경우에도, 미분 처리를 행하는 경우와 마찬가지로 X축 근방 및 Y축 근방의 각각의 기준점을 중심으로 하여 파워 스펙트럼의 피크가 얻어진다.
도 59는, 이와 같은 변형예 5로서의 절대값 처리만으로 타이밍 펄스 신호를 생성하는 경우의 동작을 설명하기 위한 도면으로서, 센서 출력 화상, 절대값 처리에 의한 타이밍 펄스 신호 및 X 방향 적분 전의 X 클록 신호, 적분 후의 X 클록 신호의 각 파형을 나타내고 있다. 또한，도 59에서는, 전술한 도 34와 같이, 각 신호(각 2차원 화상)의 파형을 절단하여 1차원 신호로 하고, 수평축은 X축, 수직축은 농담값(진폭값)을 나타내는 것으로 하고 있음을 주지하라. 도 59에서는 X 방향에 대해서만 나타내고 있지만, Y 방향에 대해서도 마찬가지로 생각하면 된다.
우선, 절대값 처리로서는, 도시한 바와 같이, 센서 출력 화상(실제로는 업스케일링 후의 화상)에 대하여, 절대값 처리를 위한 기준 레벨(제로 레벨)을 미리 정해 두고, 이 기준 레벨에 기초하여 절대화를 행함으로써, 도면과 같은 절대값 처리에 의한 타이밍 펄스 신호를 생성한다. 이 경우, 상기 기준 레벨로서는 국소적인 평균값, 또는 국소적인 최소값과 최대값의 중심값으로 하면 된다.
이 절대값 처리에 의한 타이밍 펄스 신호에 대하여, 2차원 FFT하여 피크 탐색 및 클록 신호 성분 추출 및 IFFT를 행하여 얻어지는 클록 신호의 파형을, 도면에서의 X 방향 적분 전의 X 클록 신호로 나타내고 있지만, 이 파형을 참조하면，전술한 도 34의 경우와는 달리，최적 샘플 위치는 포지티브 피크 위치가 된다. 이 때문에, 최적 샘플 위치를 포지티브 제로 크로스 위치로 조정함에 있어서는, 위상을 늦출 필요가 있고, 따라서 이 경우에는 미분이 아니라 적분을 행하여 위상을 시프트시킨다. 구체적으로는，최적 샘플 위치가 포지티브 제로 크로스 위치로 되도록, 주파수 영역에서 추출한 클록 신호 성분에 대하여 허수 -jω를 승산한다.
이와 같은 변형예 5로서의 동작을 실현함에 있어서는, 전술한 도 54에 도시한 구성에서, 소벨 연산자 처리부(50) 대신에, 등화 필터(22)로부터의 등화 처리 후의 화상 신호(업스케일링 후의 화상 신호)에 대하여 절대값 처리를 행하는 절대값 처리부를 설치한다. 이후의 구성은, 도 54에 도시되는 것과 마찬가지로 되지만, X 위상 시프트 처리부(44x), Y 위상 시프트 처리부(44y)의 처리 내용이 서로 다르다. 즉, 이 경우의 X 위상 시프트 처리부(44x)에서는, 전단에서 구해진 X 클 록 신호 성분에 대하여, IFFT 후의 파형의 포지티브 제로 크로스 위치가 최적 샘플 위치로 되도록 X 방향에 X 방향 각 주파수 -jωx를 승산한다. 또한，Y 위상 시프트 처리부(44y)에서는, Y 클록 신호 성분에 대하여, IFFT 후의 파형의 포지티브 제로 크로스 위치가 최적 샘플 위치로 되도록 Y 방향에 Y 방향 각 주파수 -jωy를 승산하게 된다.
변형예 6
변형예 6은, 타이밍 펄스 신호 생성을 위한 명시적인 비선형 신호 처리(미분하여 절대값을 취하는 처리 등)를 일체 행하지 않고, 업스케일링 후의 화상을 그대로 타이밍 펄스 신호로서 취급하는 것이다. 지금까지의 설명에 의하면, X 방향, Y 방향의 각 타이밍 펄스 신호로서는, 업스케일링 후의 화상에 대하여 절대값 처리(비선형 처리)됨으로써 X 방향, Y 방향의 에지가 강조된다. 단，그와 같은 명시적인 에지 강조 처리를 행하지 않아도, 시스템에 잠재된 비선형성을 이용하여, 클록 신호 성분의 추출을 행할 수 있다.
예를 들면, 2차원 수광 소자의 γ특성을 비롯하여, 기록/재생 시스템에는 광학적 및 전기적으로 비선형의 입출력 특성이 내재하므로, 판독 신호를 그대로 주파수 해석하여도, 클록 신호 성분을 추출할 수 있다. 또한，여기에서 말하는 "비선형성"이란, 홀로그램 기록 매체 HM에 기록된 위상 정보를 재생할 수 없다고 하는 의미에서 비선형성과는 다르다는 점을 주지하라.
도 60 및 도 61은, 업스케일링 후의 화상을 그대로 2차원 FFT한 해석 결과를 나타내고 있다. 도 60은 X축 근방의 기준점 부근(즉, X 클록 신호 성분 부근), 도 61은 Y축 근방의 기준점 부근(Y 클록 신호 성분 부근)을 확대하여 나타내고 있다. 이들 도면을 참조하면，업스케일링 후의 화상을 그대로 2차원 FFT한 경우에는, 원래의 재생 화상을 반영하여 다양한 주파수 성분이 포함되고, 피크가 다수 존재하고 있는 것을 확인할 수 있다. 단，잘 관찰해 보면, 각각의 클록 신호 성분이, 각각 있어야 할 위치에 약하면서도 존재하고 있는 것을 확인할 수 있다.
이와 같은 결과로, 피크의 탐색 범위를 매우 좁은 범위로 한정할 수 있는 경우에는, 클록 신호 성분의 추출이 가능한 것을 알 수 있다. 예를 들면, 시스템의 설계를 매우 엄격하게 할 수 있어, 화상의 변동이 매우 작은 경우 등에는, 피크의 탐색 범위는 보다 좁힐 수 있다. 따라서 그와 같은 조건이 충족되는 경우에는, 변형예 6에 의한 방법을 적절히 적용할 수 있다.
또한，이와 같은 변형예 6을 실현함에 있어서는, 도 54의 구성에서, 등화 필터(22)에 의한 등화 처리 후의 화상(즉, 업스케일링 후의 화상에 상당)을 그대로 2차원 FFT 처리하도록, 소벨 연산자 처리부(50)를 생략한 구성으로 하면 된다.
변형예 7
지금까지의 설명으로부터 이해되는 바와 같이, 클록 신호 성분의 추출함에 있어서는, 2차원 FFT를 행하지만, 이차원 FFT는, 행과 열 방향에 1차원 FFT를 반복 실행함으로써 실현할 수 있다. 이 방법은 행렬 분해법(matrix decomposition)으로서 알려져 있다. 도 62는, 이와 같은 행렬 분해법에 의한 2차원 FFT의 방법을 모식적으로 나타내고 있다. 우선, X 방향의 행마다 1차원 FFT를 행하고, 다음으로 Y 방향의 열마다 1차원 FFT를 행한다.
1차원 FFT의 계산량의 오더(order)는 N·log(N)이다. 상기한 바와 같이, 통상의 행렬 분해법은, 1차원 FFT를 행에서 N회, 열에서 N회 행하기 때문에 합계 2N회의 1차원 FFT를 행하게 되므로, 2차원 FFT의 계산량의 오더는 합계에서 2N2Log(N)으로 된다.
그러나, 여기에서의 목적은, 클록 성분의 추출이며, 따라서 클록 신호 성분의 탐색 범위만으로 해석 결과가 얻어지면 된다고 생각할 수 있다. 따라서，다음의 도 63에 도시되는 바와 같이, X 방향, Y 방향의 어느 한 쪽에 대해서만 관련된 범위 내에서만 1차원 FFT를 행한다.
도 63a는, X 클록 신호 성분의 탐색 범위와 Y 클록 신호 성분의 탐색 범위를 나타내고 있지만, 클록 신호 성분의 추출시에 필요한 해석 결과는, 이들 부분만으로 된다. 따라서 도 63b에 도시한 바와 같이, 예를 들면, X 방향에 대해서는 각 행으로 1차원 FFT를 행한 후, Y 방향에 대해서는, 각각의 탐색 범위가 포함되는 열에 대해서만 1차원 FFT를 행한다.
예를 들면, 만약, 각 탐색 범위의 폭이 재생 화상 폭의 5％로 하면, 탐색 범위는 X, Y의 2개소이므로 10％로 되고, 열마다의 1차원 FFT는 10％로 삭감된다. 단, 행마다의 1차원 FFT는 모든 행에 대하여 행할 필요가 있어, 전체의 계산량은 50％ + 50％ × 10％ = 55％로 된다. 오더로 하면, 계산량은 약 1/2로 삭감될 수 있다.
또한，계산량의 삭감의 관점에서 보면, 행마다의 1차원 FFT에서도 마찬가지의 생각으로 삭감할 수 있을 것이지만, 이미 FFT 알고리즘에 의해 대폭 삭감되어 있으므로, 대폭적인 계산량의 삭감은 곤란하다. 다만, 예를 들면, FFT 처리 내부에서의 최종단에 가까운 부분에서，목적의 클록 신호 성분에 대한 부분만을 계산하면 되며, 그것에 의해서 상응한 계산량 삭감이 가능하다. 또한，이와 같은 행에 관한 삭감 방법을 할 수 있으면, 이것을 열에 대하여 더 적용하는 것도 가능하며, 그만큼 계산량을 더 삭감할 수 있다.
또한，상기 설명에서는, 우선은 행에 대하여 1차원 FFT를 행한 후에 열에 대한 1차원 FFT를 행하는 것을 전제로 하여 설명하였지만, 그들 순서를 교체한 경우에도 마찬가지의 생각에 기초하여 계산량의 삭감을 실현할 수 있다.
또한，상기 변형예 7에 따른 방법은, 예를 들면, DFT 등의 FFT 이외의 다른 푸리에 변환 방법을 이용하는 경우에도 적용할 수 있다. 또한，확인을 위해 설명하자면, 본 발명에서는 이 변형예 7에 의한 푸리에 변환의 방법과, 통상 행해지는 행렬 분해법에 의한 2차원 FFT도 포함시켜 "2차원 적인 푸리에 변환"이라고 총칭하고 있다. 또한，여기에서 "푸리에 변환"이란, 예시한 FFT에 한정되는 것이 아니라, 이차원의 벡터 레딕스 FFT나, 나아가서는 FFT뿐만 아니라 DFT를 정의대로 계산하는 방법, 필터 뱅크를 구성하여 주파수 성분으로 분해하는 방법 등, 주파수 해석을 행하는 모든 방법을 포함한다.
그 밖의 변형예
또한，지금까지의 설명에서는, 업스케일링나 미분의 처리를 개별의 스텝으로 나누어 설명하였지만, 이것은 어디까지나 알고리즘을 설명한 다음에 알기 쉽게 하기 위해 배려한 것으로서, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 설명한 알고리즘의 일부는, 주파수 영역에서 보다 계산량을 적게 하여 행할 수 있다. 이 점에 관해서는 실제의 시스템에 따라서 적절히, 계산량을 삭감할 수 있는 방법을 선택하면 된다.
구체적으로, 미분 처리는, 주파수 영역에서 행할 수도 있다. 미분 처리는 선형 필터이며, 컨볼루션 연산자에 의해 나타낸다. 컨볼루션 연산자는, 주파수 영역에서는 각 주파수 성분마다 곱을 취하는 것과 동일하게, 계산량도 적게 되는 것은 주지의 사실이다. 또한，미분 처리는 미리 컨볼루션해 놓기 때문에, 그만큼 계산량을 삭감할 수 있다. 또한，예를 들면, 업스케일링 처리도, 주파수 영역에서, 사이즈를 확장하여 제로로 매립하면 되는 것은 주지의 사실이다.
이와 같은 것을 조합하여, 미리 계산할 수 있는 것은 해 놓고，주파수 영역에서 연산을 행함으로써 계산량의 새로운 삭감을 실현할 수 있다. 단，필터의 탭수가 적은 경우에는, 실제로 화상 영역에서 컨볼루션을 행하는 쪽이 계산량이 적게 되는 경우도 있으므로, 적절히 선택하면 된다는 점을 주지하라.
또한，지금까지의 설명에서는, 주파수 영역 상에서 클록 신호 성분을 추출할 때, X 클록 신호에 대해서는 X축 근방의 소정의 범위를 탐색하고, Y 클록 신호에 대해서는 Y축 근방의 소정의 범위를 탐색하여 추출하기로 하였지만, 이것은, SLM(4)과 이미지 센서(11)의 X축과 Y축이 각각 일치하고 있을 때의 상황에서는，그렇게 해야 한다고 함으로써, 시스템의 설계 혹은 동작 상황에 의해, 미리 그들 좌 표 시스템의 관계로서 회전 각도나 확대율을 알 수 있으면, 그에 따라서, 각각의 클록 신호 성분을 추출하기 위한 적절한 제1 소정 범위와 제2 소정 범위를 정하고, 그들을 대상 범위로 하여 피크 탐색을 행하여 각 클록 신호를 추출하여도 된다.
또한，지금까지의 설명에서는, 타이밍 펄스 신호로서, 절대값 처리를 행함으로써 미분 처리 결과의 포지티브 및 네가티브의 에지의 쌍방을 사용하는 것으로 하였지만, 한쪽만의 에지로부터도 클록 추출을 행할 수 있다. 구체적으로는, 절대값 처리는 행하지 않고, 미분 결과의 포지티브인지 네가티브인지 어느 한쪽만의 파형을 남기고, 다른 쪽은 0으로 하는 처리를 행한다.
이와 같은 방법에 의해서도 클록을 추출할 수 있지만, 절대값 처리를 행하는 경우와 같이 포지티브 및 네가티브의 에지의 양방을 이용함으로써 얻어지는 장점을 잃게 된다. 즉, 절대값 처리를 행하여 놓으면, 클록 신호가 포지티브 및 네가티브의 에지의 양방에 적합하도록 추출되므로，샘플 위치가 어느 한쪽인가에 기울거나 하지 않아, 포지티브 및 네가티브의 에지 위치의 오프셋 및 치우침이 상쇄된 것으로 하여 정밀도 좋게 위치 식별을 행할 수 있지만, 상기 방법에 의하면 이 점에서의 정밀도는 부족하다. 또한，절대값 처리를 행한 경우, 에지 정보의 양이 상대적으로 2배로 되므로, 클록 신호 성분의 강도가 크게 되어 S/N비가 향상한다고 하는 효과도 얻어진다. 또한, 절대값 처리로서는, 절대값화에 상당하는 처리를 행하면 되며, 예를 들면, 제곱을 취하는 등의 처리도 절대값 처리에 포함되는 것으로 한다.
<실시예의 변형예>
이상, 본 발명의 각 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명으로서는 지금까지 설명한 예에 한정되는 것은 아니다.
예를 들면, 전술한 제1 실시예에서는, 페이지 중심의 싱크를 검출한 후에, 개개의 싱크를 검출하는 경우를 예시하였지만, 이와 같은 페이지 중심 위치의 검출은 행하지 않고 개개의 싱크의 검출을 행하도록 할 수도 있다. 단, 전술한 바와 같이 미리 페이지 중심 위치의 검출을 행해 두면, 개개의 싱크의 검출시의 탐색 범위를 축소화할 수 있다.
예를 들어, 실시예에서, 개개의 싱크의 검출 시에는, 처리 대상 싱크를 중심으로 상하 좌우의 싱크를 맞춘 총 5개의 십자형의 패턴을 기본 패턴으로 하는 경우를 예시하였지만, 다수의 싱크를 이용한 개개의 싱크 검출로서, 이것에 이용하는 싱크의 수 및 그 패턴은 임의로 설정할 수 있다. 또한，이와 같은 싱크의 검출 시에는 반드시 처리 대상 싱크도 포함시킨 다수의 싱크를 이용하는 것으로 하였지만, 처리 대상 싱크 이외의 그 주위의 다수의 싱크만을 이용하여 상기 처리 대상 싱크의 검출을 행할 수도 있다.
어쨌든 제1 실시예의 싱크 검출에 대해서는, 처리 대상 싱크의 위치를 기준으로 하여 선출한 다수의 싱크의 위치에 기초하여 상기 처리 대상 싱크의 위치를 검출하는 것으로 하면, 싱크의 비율의 저하에 의한 싱크 위치 검출 정밀도의 저하를 억제할 수 있다.
또한，제1 실시예에서, 데이터 픽셀의 위치의 식별(계산)에 있어서는, 페이지 내의 전체 데이터 픽셀 위치가 사방으로부터 싱크에 의해 둘러싸이도록 하기 위 해서, 싱크의 외삽을 행하는 것으로 하였지만, 이와 같은 싱크의 외삽은 행하지 않고 각 데이터 픽셀의 위치의 계산을 행할 수도 있다.
그 경우, 처리 대상 픽셀의 위치의 주위 사방 중 어느 한쪽인가의 싱크가 없을 때에는, 예를 들면, 사방 중 존재하는 전부 싱크의 위치에 기초하여 처리 대상 픽셀의 위치를 계산하는 것으로 하면 된다. 혹은, 처리 대상 픽셀의 위치에 바로 근처의 싱크 위치만에 기초하여 데이터 픽셀의 위치의 계산을 행하는 등의 방법을 이용할 수도 있다.
또한，이와 같은 데이터 픽셀의 위치의 계산에 대해서도 다수의 싱크를 이용하여 행하는 경우를 예시하였지만, 종래와 같이 1개의 싱크를 기준으로 하여 데이터 픽셀의 위치의 계산을 행할 수도 있다. 예를 들면, 처리 대상 픽셀의 위치에 바로 가깝게 되는 1개의 싱크에 기초하여 데이터 픽셀의 위치의 계산을 행한다고 하는 것이다.
또한，각 실시예에 공통인 것으로 하여, 앞에서 예시한 기록 포맷은 일례에 지나지 않으며, 최소 부설 단위, 신호광 에리어(A2)의 반경 i_rad, 싱크 간격 i_sper, 싱크 사이즈 등의 각종 파라미터는 실제의 실시예에 따라서 적절히 선택할 수 있는 것은 물론이다.
또한，각 실시예에서는, 리샘플링에 의해 최종적으로 계산(취득)한 각 픽셀의 진폭값으로부터 각 비트값을 얻음(즉, 데이터 식별을 행함)에 있어서는, 종래와 동일한 소트 검출을 이용하는 경우를 예시하였지만, 스파스 부호화가 아닌 부호화의 경우에도 본 발명은 적용할 수 있고, 그 경우에는 소트 검출이 아니라, 사용하 는 부호화에 따른 복호(데이터 식별) 방법을 이용하면 된다. 또한，이 때의 복호에서, 본 발명의 방법에 의해 각 리샘플링 위치마다 취득한 진폭값을 이용하는 점은 공통이다.
또한，스파스 부호화가 행해지는 경우에는, 상관 검출 방식으로서, 리샘플링에 의해 얻은 1 심볼분의 각 픽셀의 진폭값과, 1 심볼의 데이터 패턴으로서 생길 수 있는 전체 데이터 패턴(진폭값으로 나타낸 것)과의 상관 계산을 행하고, 그 중 상관값이 가장 큰 데이터 패턴을 그 심볼의 데이터 패턴으로서 검출한다고 할 수 있다.
또한，각 실시예에서는, 판독 화상에 대한 업스케일링 처리를 행하는 것을 전제로 하여 설명하였지만, 예를 들면, SLM(4)의 픽셀수에 대하여 이미지 센서(11)의 픽셀수가 충분히 많고, 오버샘플링 레이트가 충분히 높은 경우 등에는, 특히 업스케일링 처리를 행할 필요는 없다.
또한，각 실시예에서는, 본 발명이, 기록/재생의 쌍방이 가능한 기록/재생 장치에 적용되는 경우를 예시하였지만, 본 발명으로서는 적어도 재생이 가능한 재생 장치에 대하여 적용할 수 있다.
또한，각 실시예에서는, 반사막을 구비한 반사형의 홀로그램 기록 매체 HM에 대응하는 경우를 예시하였지만, 본 발명으로서는, 반사막을 구비하지 않는 투과형의 홀로그램 기록 매체에 대응하는 재생 장치에 대해서도 적절히 적용할 수 있다. 이와 같이 투과형의 홀로그램 기록 매체에 대응하는 경우의 재생 장치로서는, 조사한 참조광에 따라서 반사광으로서 얻어지는 재생 화상을 이미지 센서(11) 측으로 유도하기 위한 편광 빔 스플리터(8)(및 1/4 파장판(9))는 불필요하다고 할 수 있다. 이 경우, 참조광의 조사에 따라서 얻어지는 재생 화상은 홀로그램 기록 매체 자체를 투과하게 되므로, 레이저 광의 출사점측으로부터 보아 홀로그램 기록 매체의 반대측에 대물 렌즈를 더 설치해 놓고, 상기 투과광으로서의 재생 화상을 그 대물 렌즈를 통해서 이미지 센서(11) 측으로 유도하도록 구성하면 된다.
또한，각 실시예에서는, 참조광과 신호광을 동일축 상에 배치하여 기록을 행하는 코액시얼 방법이 이용되는 경우에 본 발명이 적용되는 경우를 예시하였지만, 본 발명으로서는, 기록시에 신호광과 참조광을 각각 조사하는 소위 2광속 방법(double-beam method)이 이용되는 경우에도 적절히 적용할 수 있다.
2광속 방법의 경우, 기록 시에는, 참조광과 신호광을 각각 서로 다른 각도에서 홀로그램 기록 매체 HM에 조사하지만, 재생시에 대해서는, 실시예와 같이 코히런트광을 참조광과 동축에 배치하여 판독을 행하는 것에는 변함이 없다. 즉, 2광속 방법의 경우에, 실시예의 기록/재생 장치(1)와 같이 기록과 재생이 가능한 장치 구성으로 할 때에는, 도 1의 구성과 비교하고, 기록시에 신호광을 생성하기 위한 제1 레이저 다이오드와 강도/위상 변조가 가능한 제1 SLM의 세트와, 참조광을 생성하기 위한 제2 레이저 다이오드와 강도/위상 변조가 가능한 제2 SLM의 세트를 별도로 설치하고, 또한, 각각에서 생성되는 신호광 및 참조광을 별도의 각도로 홀로그램 기록 매체 HM에 유도하도록 광학 시스템을 변경한다는 점에서 상이하다. 단，재생시에 대해서만 보면, 참조광을 생성 하기 위한 SLM을 이용하여 동축 상에 참조광과 코히런트광을 생성하는 점에서는 실시예의 경우와 동일한 구성이다.
또한，이 설명으로부터도 이해되는 바와 같이, 재생 전용의 장치 구성으로 하는 경우에는 도 1에 도시한 재생 시스템의 구성과 마찬가지의 구성으로 하면 바람직하다. 또한，각 실시예에서는, 강도 변조기로서, 구동 전압 레벨에 따라서 가변적으로 강도 변조가 가능하게 되는 액정 패널을 이용하는 것으로 하였지만, 만약, 코히런트광으로서 가산하는 광의 강도를 1. 0으로 하는 경우에는, 단순하게 광의 ON/OFF만을 제어할 수 있으면 된다. 그와 같은 경우에는, 강도 변조기로서, 예를 들면, DMD(Digital　Micromirror　Device)를 이용할 수도 있다. 또한，강도 변조기로서는 실시예에서 예시한 투과형의 액정 패널로 하는 이외에도, 반사형의 액정 패널로 할 수도 있다.
또한，각 실시예에서는, 위상 변조기로서 투과형의 액정 패널을 이용하는 경우를 예시하였지만, 각 픽셀의 구동 전압 레벨에 따라서 픽셀 단위에서 위상을 가변적으로 변조할 수 있는 소자이면, 다른 소자를 이용할 수도 있다.
또한，각 실시예에서는, 이미지 센서의 출력에 대하여 제곱근의 계산을 행한 후, 그 결과에 대하여 코히런트광의 가산량에 따른 값을 감산함으로써, 코히런트광에 의해 가산된 성분을 제거하는 경우를 예시하였지만, 이와 같이 명시적인 감산 처리를 행하는 이외에도, 예를 들면, DC 성분을 제거하는 필터 처리 등에 의해 가산된 코히런트광 성분을 제거하는 것도 가능하다.
본 발명은 2008년 6월 19일에 일본 특허청에 출원된 일본 특허 출원 JP 2008-160661과 관련된 기술 내용을 포함하며, 그 전체 내용은 이하 참조된다.
당업자는, 첨부된 청구항들 또는 그 등가물의 범위 내에 속하는 한 설계 요 구 사항 및 다른 요인들에 따라 다양한 변경, 조합, 부조합 및 변형이 발생할 수 있음을 이해할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 재생 장치의 내부 구성을 나타내는 블록도.
도 2는 SLM에서 규정되는 참조광 에리어, 신호광 에리어, 갭 에리어의 각 에리어에 대하여 설명하기 위한 도면.
도 3은 실시예에 따른 재생 장치가 구비하는 SLM과 강도/위상 변조 제어부의 내부 구성에 대하여 주로 나타낸 블록도.
도 4a 및 도 4b는 픽셀 단위로 위상 변조가 가능한 액정 소자의 구조에 대하여 설명하기 위한 도면.
도 5a 및 도 5b는 코히런트광 가산시의 강도 변조기와 위상 변조기의 출력 화상을 모식적으로 도시한 도면.
도 6은 코히런트 가산량이 0.1일 때의 재생 화상을 나타낸 도면.
도 7은 코히런트 가산량이 1.0일 때의 재생 화상을 나타낸 도면.
도 8은 일 실시예에 따른 재생 장치가 구비하는 데이터 재생부의 내부 구성을 나타내는 블록도.
도 9a 및 도 9b는 일 실시예에 따른 코히런트 가산을 행한 경우의 "선형성을 보기 위한 도면"을 나타낸 도면.
도 10은 둘러싸이는 싱크의 수에 따라 나눈 각각의 영역에 관한, 신호광 에리어 내에서의 분포를 나타낸 도면.
도 11은 페이지 중심 위치의 검출 방법에 대하여 설명하기 위한 도면.
도 12는 각 싱크 위치의 검출 방법에 대하여 설명하기 위한 도면.
도 13은 3개의 싱크에 의해 둘러싸이는 경우에 1개의 싱크를 외삽하는 방법에 대하여 설명하기 위한 도면.
도 14는 2개의 싱크에 의해 둘러싸이는 경우에 2개의 싱크를 외삽하는 방법에 대하여 설명하기 위한 도면.
도 15는 1개의 싱크에 의해 둘러싸이는 경우에 3개의 싱크를 외삽하는 방법에 대하여 설명하기 위한 도면.
도 16은 제1 실시예의 리샘플링 방법에 대하여 설명하기 위한 도면.
도 17은 제1 실시예에 따른 리샘플링 방법에 기초하는 재생 동작을 실현하기 위한 구성에 대하여 나타낸 블록도.
도 18은 제1 실시예에 따른 리샘플링 방법을 적용한 경우의 페이지 내의 에러의 분포, SER, 및 SNR에 대한 각 실험 결과를 나타낸 도면.
도 19는 종래의 리샘플링 방법을 적용한 경우의 페이지 내의 에러의 분포, SER, 및 SNR에 대한 각 실험 결과를 나타낸 도면.
도 20은 제1 실시예에 따른 각 싱크를 검출하고, 종래의 픽셀 위치 식별과 픽셀 진폭값 취득 및 데이터 구별을 행하는 경우의 페이지 내의 에러의 분포, SER, 및 SNR에 대한 각 실험 결과를 나타낸 도면.
도 21a 및 도 21b는 제1 실시예에 따른 리샘플링을 행한 경우와, 픽셀 매칭이 취해지고 있는 경우에서의 비교 결과를 나타낸 도면.
도 22a 및 도 22b는 코히런트 가산을 행한 경우의 애퍼처 사이즈와 오버샘플링 레이트 간의 관계를 NMSE에 의해 나타내는 도면.
도 23a 및 도 23b는 코히런트 가산을 행하지 않는 종래의 경우의 애퍼처 사이즈와 오버샘플링 레이트 간의 관계를 NMSE에 의해 나타내는 도면.
도 24는 제2 실시예에 따른 재생 장치가 포함하는 데이터 재생부의 내부 구성을 나타낸 블록도.
도 25는 센서 출력 화상을 나타낸 도면.
도 26은 업스케일링 후의 화상을 나타낸 도면.
도 27a 및 도 27b는 미분 처리를 위한 화상 마스크를 나타낸 도면.
도 28은 X 방향 타이밍 펄스 신호로서의 화상을 나타낸 도면.
도 29는 Y 방향 타이밍 펄스 신호로서의 화상을 나타낸 도면.
도 30은 X 방향 타이밍 펄스 신호에 대한 2차원 FFT에 의한 해석 결과를 나타낸 도면.
도 31은 Y 방향 타이밍 펄스 신호에 대한 2차원 FFT에 의한 해석 결과를 나타낸 도면.
도 32는 X 클록 신호 성분의 추출 결과를 나타낸 도면.
도 33은 Y 클록 신호 성분의 추출 결과를 나타낸 도면.
도 34는 위상 시프트 처리에 대하여 설명하기 위한 도면.
도 35는 X 클록 신호로서의 화상을 나타낸 도면.
도 36은 Y 클록 신호로서의 화상을 나타낸 도면.
도 37a 및 도 37b는 클록 신호의 제로 크로스선의 추출 방법에 대하여 설명하기 위한 도면.
도 38은 X 클록 신호의 포지티브 제로 크로스선의 추출 결과를 나타낸 도면.
도 39는 Y 클록 신호의 포지티브 제로 크로스선의 추출 결과를 나타낸 도면.
도 40은 각 제로 크로스선군의 격자점의 추출 결과를 나타낸 도면.
도 41은 이미지 센서와 신호광 간의 위치 관계에 대하여 나타낸 도면.
도 42는 리샘플링 결과의 화상을 예시한 도면.
도 43은 제2 실시예에 따른 리샘플링 방법에 기초하는 재생 동작을 실현하기 위한 구성에 대하여 나타낸 블록도.
도 44는 페이지 싱크의 배치예를 나타낸 도면.
도 45는 페이지 싱크의 다른 배치예를 나타낸 도면.
도 46은 종래의 리샘플링 방법을 이용한 경우의 페이지 내의 에러의 분포, SER, SNR에 대한 각 실험 결과를 나타낸 도면.
도 47은 제2 실시예에 따른 리샘플링 방법을 적용한 경우의 페이지 내의 에러의 분포, SER, SNR에 대한 각 실험 결과를 나타낸 도면.
도 48은 화상의 확대/축소에 대한 마진 특성에 관한 실험 결과를 나타낸 도면.
도 49는 화상의 회전에 대한 마진 특성에 관한 실험 결과를 나타낸 도면.
도 50a 및 도 50b는 화상의 확대시(1.1배)에서의 2차원 FFT에 의한 해석 결과를 나타낸 도면.
도 51a 및 도 51b는 화상의 회전시(5도)에서의 2차원 FFT에 의한 해석 결과를 나타낸 도면.
도 52는 제2 실시예의 변형예 2에 대하여 설명하기 위한 도면.
도 53은 제2 실시예의 변형예 3에 대하여 설명하기 위한 도면.
도 54는 제2 실시예의 변형예 4의 경우의 데이터 재생부의 내부 구성(일부를 추출)을 나타낸 블록도.
도 55는 소벨 연산자 처리 결과를 나타낸 도면.
도 56은 소벨 연산자 처리 후의 화상을 2차원 FFT하여 얻어지는 해석 결과에 대하여 나타낸 도면.
도 57은 업스케일링 후의 화상을 그대로 절대값 처리한 화상을 나타내는 도면.
도 58은 절대값 처리한 화상을 2차원 FFT하여 얻어진 해석 결과를 나타낸 도면.
도 59는 제2 실시예의 변형예 5의 경우의 위상 시프트 처리에 대하여 설명하기 위한 도면.
도 60은 절대값 처리 후의 화상을 그대로 2차원 FFT하여 얻어진 해석 결과(X 클록 신호 성분 부근)를 나타낸 도면.
도 61은 절대값 처리 후의 화상을 그대로 2차원 FFT하여 얻어진 해석 결과(Y 클록 신호 성분 부근)를 나타낸 도면.
도 62는 행렬 분해법에 의한 2차원 FFT의 방법을 모식적으로 나타낸 도면.
도 63은 제2 실시예의 변형예 7로서의 FFT의 방법에 대하여 설명하기 위한 도면.
도 64는 홀로그램 기록 매체에의 정보 기록 방법 대하여 설명하기 위한 도면.
도 65는 홀로그램 기록 매체의 기록 정보에 대한 재생 방법에 대하여 설명하기 위한 도면.
도 66은 홀로그램 페이지의 다중 기록에 대하여 설명하기 위한 도면.
도 67a 및 도 67b는 위상 마스크가 없는 경우(도 67a)와 있는 경우(도 67b)에서의 신호광 및 참조광의 차이를 나타낸 도면.
도 68은 애퍼처에 대하여 설명하기 위한 도면.
도 69는 오버샘플링에 대하여 설명하기 위한 도면.
도 70은 홀로그램 페이지로의 싱크의 삽입예를 나타낸 도면.
도 71a 및 도 71b는 종래의 홀로그램 기록/재생 시스템이 갖는 비선형성에 대하여 설명하기 위한 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면.
도 72a 및 도 72b는 오버샘플링 레이트를 정수배 이외의 레이트로 설정하고, 선형 보간에 의한 진폭값 계산을 행한 경우에서의 "선형성을 보기 위한 도면"을 나타낸 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1: 기록/재생 장치
2: 레이저 다이오드(LD)
3: 콜리메이터 렌즈
4:　SLM(공간광 변조부)
4a: 강도 변조기
4b: 위상 변조기
5, 7: 릴레이 렌즈
6: 애퍼처
8: 편광 빔 스플리
9: 1/4 파장 판
10: 대물 렌즈
11: 이미지 센서
12: 강도/위상 제어부
13: 데이터 재생부
15: 부호화부
16: 매핑부
17: 강도 변조 드라이버
18: 위상 변조 패턴 생성부
19: 위상 변조 드라이버
20: 선형화 처리부
20a: 제곱근 계산부
20b: 감산부
21: 업스케일링부
22: 등화 필터
23, 30: 리샘플링부
23a:　싱크 검출부
23b:　싱크 외삽부
23c: 데이터 픽셀 위치 식별부
23d: 픽셀 진폭값 계산부
24: 데이터 식별부
25: 스파스 부호 디코딩부
32: 픽셀 진폭값 취득부
33: 페이지 싱크 포지셔닝부
34: 심볼 추출부
40x:　X 방향 미분 처리부
40y:　Y 방향 미분 처리부
41x:　X 절대값 처리부
41y:　Y 절대값 처리부
42x:　X-FFT 처리부
42y:　Y-FFT 처리부
43x:　X 클록 신호 성분 추출부
43y:　Y　클록 신호 성분 추출부
44x:　X 위상 시프트 처리부
44y:　Y 위상 시프트 처리부
45x:　X-IFFT 처리부
45y:　Y-IFFT 처리부
46x:　X 제로 크로스선 추출부
46y:　Y 제로 크로스선 추출부
47: 제로 크로스선 격자점 추출부
50:　소벨 연산자 처리부
51:　FFT 처리부

Claims (23)

  1. 픽셀 단위(pixel increments)의 광 강도차의 정보에 의해 비트 데이터가 배열된 신호광과, 참조광 간의 간섭에 의해, 상기 신호광에 따른 홀로그램 페이지가 기록된 홀로그램 기록 매체에 대하여 재생을 행하는 재생 장치로서,
    상기 홀로그램 기록 매체에 기록된 상기 홀로그램 페이지에 대한 재생 화상을 얻을 때 조사될 상기 참조광을 생성하는 참조광 생성 수단과,
    강도가 상기 재생 화상의 최소 진폭의 절대값보다도 크고, 위상이 상기 재생 화상 내의 기준 위상과 동위상으로 되는 코히런트광을 생성하는 코히런트광 생성 수단과,
    입력 화상을 픽셀 단위로 수광하여 화상 신호를 얻는 이미지 센서와,
    상기 참조광을 상기 홀로그램 기록 매체에 유도(guide)하고, 상기 참조광의 조사에 따라서 상기 홀로그램 기록 매체로부터 얻어지는 상기 재생 화상과, 상기 코히런트광을 상기 이미지 센서에 유도하도록 구성된 광학 시스템 - 상기 재생 화상 내에 1 데이터 비트분의 정보를 나타내는 1 데이터 픽셀분의 화상을 상기 이미지 센서측의 몇 픽셀분의 영역에서 수광할지에 관한 비율을 나타내는 오버샘플링 레이트가 적어도 1 보다 크게 되도록, 상기 이미지 센서의 픽셀수 및 상기 광학 시스템이 조정됨 - 과,
    상기 이미지 센서에 의한 수광 동작에 기초하여 얻어진 화상 신호를 입력하고, 상기 화상 신호를 구성하는 각 값의 제곱근을 계산하는 제곱근 계산 수단과,
    상기 제곱근 계산 수단에 의한 제곱근 계산 결과로서의 화상 신호로부터 상기 코히런트광 성분을 제거하는 제거 수단과,
    상기 제거 수단에 의한 제거 처리 후의 화상 신호로부터 상기 재생 화상에 포함되는 각 데이터 픽셀의 위치를 식별하는 픽셀 위치 식별 수단과,
    상기 픽셀 위치 식별 수단에 의해 식별된 각 데이터 픽셀의 위치의 정보에 기초하여, 상기 화상 신호 내에서의 각 데이터 픽셀 위치에서의 진폭값을 취득하는 픽셀 진폭값 취득 수단과,
    상기 픽셀 진폭값 취득 수단에 의해 취득된 각 데이터 픽셀 위치에서의 진폭값에 기초하여, 기록 데이터를 재생하는 재생 수단
    을 포함하는 재생 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제거 수단은,
    상기 제곱근 계산 결과로부터 상기 코히런트광의 강도에 따른 값을 감산하여 상기 코히런트광 성분을 제거하는 재생 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 참조광 생성 수단과 상기 코히런트광 생성 수단은, 공통의 입사광의 강도와 위상을 변조하는 공통 공간광 변조기를 이용하여, 각각, 상기 참조광과 상기 코히런트광을 생성하도록 구성되어 있는 재생 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 공간광 변조기는,
    입사광에 대해서 픽셀 단위에 따라 공간광 강도 변조를 실시하는 강도 변조기와, 상기 입사광에 픽셀 단위에 따라 공간 위상 변조를 실시하는 위상 변조기가 일체적으로 조합되어 이루어지는 재생 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 홀로그램 페이지 내에는, 소정의 복수 위치에 소정 데이터 패턴에 따른 싱크 데이터(sync data)가 삽입되어 있으며,
    상기 픽셀 위치 식별 수단은,
    상기 제거 수단에 의한 제거 처리 후의 화상 신호 내에서의 상기 소정 데이터 패턴과 상관성(correlation)을 갖는 위치를 탐색하여, 상기 화상 신호 내에서의 각 싱크 데이터의 삽입 위치를 식별하고, 식별된 각 싱크 데이터의 위치에 기초하여 각 데이터 픽셀의 위치를 식별하는 재생 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 픽셀 위치 식별 수단은,
    각 싱크 데이터의 삽입 위치를 식별할 때, 식별 처리 대상 싱크 데이터의 삽입 위치를 기준으로 하여 선출한 복수의 싱크 데이터를 상기 화상 신호 내의 소정 범위 내에서 일체적으로 움직였을 때의 각 싱크 데이터 위치에서의 상관성 검출을 행하고, 그 결과, 가장 큰 상관성을 갖는다고 식별된 위치를 싱크 데이터의 삽입 위치로서 식별하는 재생 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 화상 신호 내에 포함되는 모든 데이터 픽셀의 위치가 사방으로부터 상기 싱크 데이터에 의해 둘러싸이도록 상기 싱크 데이터를 외삽하는 싱크 외삽 수단을 더 포함하는 재생 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 픽셀 위치 식별 수단은,
    식별 처리 대상 데이터 픽셀의 위치를 둘러싸는 4개의 싱크 데이터의 위치와, 상기 기록 포맷으로부터 추정되는 상기 식별 처리 대상 데이터 픽셀의 위치에 기초하는 선형 보간을 행하여，상기 식별 처리 대상 데이터 픽셀의 위치를 식별하는 재생 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 픽셀 진폭값 취득 수단은,
    처리 대상 데이터 픽셀 위치를 둘러싸는 4개의 위치의 진폭값을 이용한 선형 보간에 의해, 처리 대상 데이터 픽셀 위치의 진폭값을 계산하여 취득하는 재생 장 치.
  10. 제4항에 있어서,
    상기 픽셀 위치 식별 수단은,
    상기 제거 수단에 의한 제거 처리 후의 화상 신호 내에 포함되는 이차원 클록 정보를 추출한 결과에 기초하여, 각 데이터 픽셀 위치의 식별을 행하는 재생 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 픽셀 위치 식별 수단은,
    상기 제거 수단에 의한 제거 처리 후의 화상 신호에 대하여 2차원적인 푸리에 변환을 행하여，상기 화상 신호 내에 포함되는 평면파 요소(plane-wave factor)에 대하여 주파수 해석을 행하는 해석 처리(analysis processing)와,
    상기 해석 처리에 의한 해석 결과에 대하여, 제1 소정 범위 내와 제2 소정 범위 내에서 각각 파워 스펙트럼의 피크 부분의 탐색을 행하고, 상기 제1 소정 범위 내에서 검출된 피크 부분에 기초하여 식별되는 평면파의 주기, 위상, 및 법선 방향(normal direction)을 나타내는 제1 방향 클록 정보와, 상기 제2 소정 범위 내에서 검출된 피크 부분에 기초하여 식별되는 평면파의 주기, 위상, 및 법선 방향을 나타내는 제2 방향 클록 정보를 취득하는 클록 정보 취득 처리
    를 행한 후에,
    상기 제1 방향 클록 정보와 상기 제2 방향 클록 정보에 기초하여，상기 화상 신호 내에서의 각 데이터 픽셀의 위치를 식별하는 재생 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제거 수단에 의해 상기 코히런트광 성분이 제거된 화상 신호에 미분 처리를 실시하는 미분 처리 수단(differential processing means)과,
    상기 미분 처리 수단에 의해 미분 처리된 상기 화상 신호에 비선형 처리를 실시하는 비선형 처리 수단을 더 구비하고,
    상기 픽셀 위치 식별 수단에 의한 상기 해석 처리에서는, 상기 비선형 처리 수단에 의한 비선형 처리 후의 상기 화상 신호에 상기 2차원 적인 푸리에 변환을 행하는 재생 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 비선형 처리 수단은,
    상기 비선형 처리로서, 상기 화상 신호의 절대값 또는 제곱 값을 취득하는 처리를 실행하는 재생 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 픽셀 위치 식별 수단은,
    상기 클록 정보 취득 처리로서,
    상기 제1 소정 범위 내에서 검출된 피크 부분에 기초하는 성분에 역 푸리에 변환을 행하여 실제 화상(a real image)으로 변환한 제1 방향 2차원 클록 화상을 상기 제1 방향 클록 정보로서 취득하고, 상기 제2 소정 범위 내에서 검출된 피크 부분에 기초하는 성분에 역 푸리에 변환을 행하여 실제 화상으로 변환한 제2 방향 2차원 클록 화상을 상기 제2 방향 클록 정보로서 취득하며,
    상기 제1 방향 2차원 클록 화상이 나타내는 제1 방향 주기선(cycle line)과, 상기 제2 방향 2차원 클록 화상이 나타내는 제2 방향 주기선을 추출하고, 각 주기선이 교차하는 각 격자점(grating points)을 취득한 후에, 각 격자점의 위치에 기초하여 각 데이터 픽셀의 위치를 식별하는 재생 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 픽셀 위치 식별 수단은,
    상기 클록 정보 취득 처리로서,
    상기 제1 소정 범위 내에서 검출된 피크 부분의 중심 성분과 그 이웃 성분을 포함하는 성분에 역 푸리에 변환을 행하여 얻어진 실제 화상을 상기 제1 방향 2차원 클록 화상으로서 취득하고, 상기 제2 소정 범위 내에서 검출된 피크 부분의 중심 성분과 그 이웃 성분을 포함하는 성분에 역 푸리에 변환을 행하여 얻은 실제 화상을 상기 제2 방향 2차원 클록 화상으로서 취득하며,
    상기 제1 방향 2차원 클록 화상이 나타내는 제1 방향 주기선과, 상기 제2 방향 2차원 클록 화상이 나타내는 제2 방향 주기선을 추출하고, 각 주기선이 교차하 는 각 격자점을 취득한 후에, 각 격자점의 위치에 기초하여 각 데이터 픽셀의 위치를 식별하는 재생 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 미분 처리 수단은,
    상기 제거 수단에 의해 상기 코히런트광 성분이 제거된 화상 신호에 대하여, 각각 제1 방향 미분 처리와 제2 방향 미분 처리를 행하고,
    상기 비선형 처리 수단은,
    상기 제1 방향 미분 처리 후의 화상 신호에 대하여 비선형 처리를 실시하는 제1 방향 비선형 처리와, 상기 제2 방향 미분 처리 후의 화상 신호에 대하여 비선형 처리를 실시하는 제2 방향 비선형 처리를 행하고,
    상기 픽셀 위치 식별 수단은,
    상기 해석 처리로서,
    상기 비선형 처리 수단에 의한 상기 제1 방향 비선형 처리 후의 화상 신호와 상기 제2 방향 비선형 처리 후의 화상 신호에, 각각, 개별로 상기 2차원 푸리에 변환을 실시하고, 상기 클록 정보 취득 처리로서, 상기 해석 처리에 의해 얻어진 상기 제1 방향 비선형 처리 후의 화상 신호에 대한 해석 결과에 기초하여 상기 제1 방향 클록 정보를 취득하고, 상기 해석 처리에 얻어진 상기 제2 방향 비선형 처리 후의 화상 신호에 대한 해석 결과에 기초하여 상기 제2 방향 클록 정보를 취득하는 재생 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 홀로그램 페이지 내에는, 페이지 싱크로서 미리 정해진 소정의 데이터 패턴이 삽입되어 있으며,
    상기 재생 수단은, 상기 픽셀 진폭값 취득 수단에 의해 취득된 각 데이터 픽셀의 진폭값과 페이지 싱크로서의 소정의 데이터 패턴에 기초하여 상기 화상 신호 내에서의 상기 페이지 싱크의 위치의 탐색 결과에 기초하여, 각 데이터 픽셀의 기록 포맷 상에서의 위치를 식별하고, 식별된 각 데이터 픽셀의 기록 포맷 상에서의 위치의 정보와 각 데이터 픽셀의 진폭값의 정보에 기초하여，기록된 데이터를 재생하는 재생 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    복수의 페이지 싱크가 삽입되어 있으며,
    상기 재생 수단은,
    복수의 페이지 싱크를 일체의 페이지 싱크로서 탐색한 결과에 기초하여 각 데이터 픽셀의 기록 포맷 상에서의 위치를 식별하는 재생 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 픽셀 위치 식별 수단에 의한 상기 클록 정보 취득 처리에서는,
    상기 신호광의 생성시 픽셀 단위에 따라 공간광 변조를 실시한 공간광 변조 기의 X 방향과 Y 방향의 픽셀수와, 상기 이미지 센서에서의 X 방향과 Y 방향의 샘플링 레이트에 기초하여 각각 추정되는 X 방향 클록 주파수와 Y 방향 클록 주파수에 의해 각각 설정된 상기 제1 소정 범위 내와 상기 제2 소정 범위 내에서, 각각 클록 정보를 얻기 위한 피크 부분을 탐색하는 재생 장치.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 픽셀 진폭값 취득 수단은, 상기 픽셀 위치 식별 수단에 의해 식별된 데이터 픽셀의 위치의 주변의 값을 이용한 보간 처리를 행하여 각 데이터 픽셀의 진폭값을 계산에 의해 취득하는 재생 장치.
  21. 제5항 또는 제10항에 있어서,
    상기 제거 수단에 의해 상기 코히런트광 성분이 제거된 화상 신호를 선형 보간에 의해 소정 배율(predetermined magnification)로 업컨버트하는 업컨버팅 수단(up-converting means)을 더 포함하는 재생 장치.
  22. 입력 화상을 픽셀 단위로 수광하여 화상 신호를 얻는 이미지 센서를 이용하여, 참조광이 간섭한 픽셀 단위의 광 강도차의 정보에 의해 비트 데이터가 배열된 신호광에 따른 홀로그램 페이지가 기록된 홀로그램 기록 매체에 관한 재생을 행하는 재생 방법으로서,
    상기 홀로그램 기록 매체에 기록된 상기 홀로그램 페이지에 관한 재생 화상 을 취득할 때 조사될 상기 참조광을 생성하는 스텝과,
    강도가 상기 재생 화상의 최소 진폭의 절대값보다도 크고, 위상이 상기 재생 화상 내의 기준 위상과 동위상으로 되는 코히런트광을 생성하는 스텝과,
    상기 참조광을 생성하는 스텝에 의해 생성한 상기 참조광이 조사됨에 따라서 상기 홀로그램 기록 매체로부터 얻어지는 상기 재생 화상과,
    상기 코히런트광을 생성하는 스텝에 의해 생성한 상기 코히런트광을, 상기 재생 화상 내에서 1 데이터 비트 분의 정보를 나타내는 1 데이터 픽셀분의 화상을 상기 이미지 센서측의 몇 픽셀분의 영역에서 수광할지의 비율을 나타내는 오버샘플링 레이트가 적어도 1 보다 큰 상태에서, 상기 이미지 센서에 의해 수광하는 스텝과,
    상기 화상 신호를 구성하는 각 값의 제곱근을 계산하기 위해, 상기 수광 스텝에 의해 상기 이미지 센서에서 얻어진 화상 신호를 입력하는 스텝과,
    상기 입력 스텝에 의한 제곱근 계산 결과로서의 화상 신호로부터 상기 코히런트광 성분을 제거하는 스텝과,
    상기 제거 스텝에 의한 제거 처리 후의 화상 신호로부터 상기 재생 화상에 포함되는 각 데이터 픽셀의 위치를 식별하는 스텝과,
    상기 식별 스텝에 의해 식별된 각 데이터 픽셀의 위치의 정보에 기초하여, 상기 화상 신호 내의 각 데이터 픽셀 위치에서의 진폭값을 취득하는 스텝과,
    상기 취득 스텝에 의해 취득한 각 데이터 픽셀 위치에서의 진폭값에 기초하여, 기록 데이터를 재생하는 스텝
    을 포함하는 재생 방법.
  23. 픽셀 단위의 광 강도차의 정보에 의해 비트 데이터가 배열된 신호광과, 참조광 간의 간섭에 의해, 상기 신호광에 따른 홀로그램 페이지가 기록된 홀로그램 기록 매체에 대하여 재생을 행하는 재생 장치로서,
    상기 홀로그램 기록 매체에 기록된 상기 홀로그램 페이지에 대한 재생 화상을 얻을 때 조사될 상기 참조광을 생성하는 참조광 생성부와,
    강도가 상기 재생 화상의 최소 진폭의 절대값보다도 크고, 위상이 상기 재생 화상 내의 기준 위상과 동위상으로 되는 코히런트광을 생성하는 코히런트광 생성부와,
    입력 화상을 픽셀 단위로 수광하여 화상 신호를 얻는 이미지 센서와,
    상기 참조광을 상기 홀로그램 기록 매체에 유도하고, 상기 참조광의 조사에 따라서 상기 홀로그램 기록 매체로부터 얻어지는 상기 재생 화상과, 상기 코히런트광을 상기 이미지 센서에 유도하도록 구성된 광학 시스템 - 상기 재생 화상 내에 1 데이터 비트분의 정보를 나타내는 1 데이터 픽셀분의 화상을 상기 이미지 센서측의 몇 픽셀분의 영역에서 수광할지에 관한 비율을 나타내는 오버샘플링 레이트가 적어도 1 보다 크게 되도록, 상기 이미지 센서의 픽셀수 및 상기 광학 시스템이 조정됨 - 과,
    상기 이미지 센서에 의한 수광 동작에 기초하여 얻어진 화상 신호를 입력하고, 상기 화상 신호를 구성하는 각 값의 제곱근을 계산하는 제곱근 계산부와,
    상기 제곱근 계산부에 의한 제곱근 계산 결과로서의 화상 신호로부터 상기 코히런트광 성분을 제거하는 제거부와,
    상기 제거부에 의한 제거 처리 후의 화상 신호로부터 상기 재생 화상에 포함되는 각 데이터 픽셀의 위치를 식별하는 픽셀 위치 식별부와,
    상기 픽셀 위치 식별부에 의해 식별된 각 데이터 픽셀의 위치의 정보에 기초하여, 상기 화상 신호 내에서의 각 데이터 픽셀 위치에서의 진폭값을 취득하는 픽셀 진폭값 취득부와,
    상기 픽셀 진폭값 취득부에 의해 취득된 각 데이터 픽셀 위치에서의 진폭값에 기초하여, 기록 데이터를 재생하는 재생부
    를 포함하는 재생 장치.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10088803B2 (en) 2015-05-01 2018-10-02 Samsung Electronics Co., Ltd. Holographic display apparatus and holographic display method for providing enhanced image quality

Families Citing this family (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4225346B2 (ja) * 2006-12-14 2009-02-18 ソニー株式会社 再生装置、再生方法
JP5380382B2 (ja) * 2010-07-09 2014-01-08 パナソニック株式会社 光路変換素子および撮像装置
JP5501217B2 (ja) * 2010-12-27 2014-05-21 日立コンシューマエレクトロニクス株式会社 光情報再生装置及び光情報再生方法
FR2972281B1 (fr) * 2011-03-02 2013-04-12 Univ Aix Marseille Procede et systeme pour estimer une similarite entre deux images binaires
WO2013024596A1 (ja) * 2011-08-15 2013-02-21 国立大学法人神戸大学 ホログラフィックメモリの情報符号化方法、ホログラフィックメモリの記録方法およびホログラフィックメモリ装置
CN102999307B (zh) * 2011-09-14 2017-04-12 新奥特（北京）视频技术有限公司 变焦脉冲数据的显示方法
JP2013207439A (ja) * 2012-03-28 2013-10-07 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 溶接用撮像装置
AU2012202349B2 (en) * 2012-04-20 2015-07-30 Canon Kabushiki Kaisha Image resampling by frequency unwrapping
FR2994735B1 (fr) * 2012-08-22 2014-08-01 Onera (Off Nat Aerospatiale) Procede et dispositif d'imagerie telemetrique
WO2014077798A1 (en) * 2012-11-13 2014-05-22 Empire Technology Development Llc Holographic imaging
CN104182996B (zh) * 2014-04-17 2017-10-31 中国人民解放军装甲兵工程学院 一种数字基元全息图的压缩存储与快速恢复方法
KR101803320B1 (ko) * 2014-05-12 2017-12-05 한국전자통신연구원 복소 공간 광 변조기의 제조 방법
FR3022346B1 (fr) * 2014-06-16 2022-10-07 Commissariat Energie Atomique Dispositif et procede de caracterisation d'un faisceau de lumiere
CN104316989A (zh) * 2014-10-07 2015-01-28 北京理工大学 一种室内led可见光通信全息单色反射镜的设计方法
KR102452945B1 (ko) * 2015-08-27 2022-10-11 삼성전자주식회사 푸리에 변환을 수행하는 방법 및 장치
CN107976445B (zh) * 2016-10-21 2022-08-19 上海交通大学 平面位置测量方法和系统
CN106580269B (zh) * 2017-01-24 2023-09-01 青岛大学 利用全息膜侧流暗场成像技术探测人体微血管超微结构的装置
CN112005161B (zh) * 2018-03-30 2021-12-10 华为技术有限公司 成像器件、显示装置和成像设备
GB2576031B (en) * 2018-08-02 2021-03-03 Envisics Ltd Illumination system and method
CN111829651B (zh) * 2019-04-18 2023-03-14 北京小米移动软件有限公司 光强值的校准方法、装置、设备及存储介质
CN111025876B (zh) * 2019-11-08 2021-09-28 桂林电子科技大学 基于压电陶瓷的透射式相位显微成像测量系统
CN110864817B (zh) * 2019-11-22 2021-02-12 山东大学 基于单像素探测器的非干涉定量相位成像方法
CN113037459B (zh) * 2019-12-25 2023-11-14 西安诺瓦星云科技股份有限公司 时钟同步方法、装置和视频处理设备
CN113009689B (zh) * 2021-03-04 2021-12-21 清华大学 量子成像方法以及量子成像系统
CN115314626B (zh) * 2022-09-29 2023-04-11 中国科学院西安光学精密机械研究所 一种集成化定量相位成像相机、方法及图像处理方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3639202B2 (ja) * 2000-07-05 2005-04-20 株式会社オプトウエア 光情報記録装置および方法、光情報再生装置および方法、ならびに光情報記録再生装置および方法
KR100516709B1 (ko) * 2003-04-30 2005-09-22 주식회사 대우일렉트로닉스 홀로그래픽 디지털 데이터 저장 시스템
US7848595B2 (en) * 2004-06-28 2010-12-07 Inphase Technologies, Inc. Processing data pixels in a holographic data storage system
JP4396473B2 (ja) 2004-10-07 2010-01-13 ソニー株式会社 ホログラフィック記録再生装置
JP2007079438A (ja) 2005-09-16 2007-03-29 Sony Corp ホログラム記録再生装置
KR100717065B1 (ko) 2006-05-03 2007-05-10 삼성전자주식회사 홀로그램 기록 재생 장치, 홀로그램 기록 재생 방법 및홀로그램 기록매체
JP4135113B2 (ja) * 2006-05-17 2008-08-20 ソニー株式会社 ホログラム再生装置、ホログラム記録再生装置およびホログラム再生方法
JP4605104B2 (ja) * 2006-06-19 2011-01-05 富士ゼロックス株式会社 ホログラム再生方法及び装置
JP4232812B2 (ja) * 2006-10-18 2009-03-04 ソニー株式会社 再生装置、再生方法、記録再生装置、記録再生方法、記録装置、記録方法
JP4225346B2 (ja) * 2006-12-14 2009-02-18 ソニー株式会社 再生装置、再生方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10088803B2 (en) 2015-05-01 2018-10-02 Samsung Electronics Co., Ltd. Holographic display apparatus and holographic display method for providing enhanced image quality
US10969744B2 (en) 2015-05-01 2021-04-06 Samsung Electronics Co., Ltd. Holographic display apparatus and holographic display method for providing enhanced image quality
US11327439B2 (en) 2015-05-01 2022-05-10 Samsung Electronics Co., Ltd. Holographic display apparatus and holographic display method for providing enhanced image quality

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