WO2007114029A1 - ２次元復調方法、２次元復調装置及びホログラム装置 - Google Patents

２次元復調方法、２次元復調装置及びホログラム装置 Download PDF

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recording medium
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Michikazu Hashimoto
Kiyoshi Tateishi
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    • G11B2020/1863—Error detection or correction; Testing, e.g. of drop-outs by adding special lists or symbols to the coded information wherein the Viterbi algorithm is used for decoding the error correcting code

Definitions

  • Two-dimensional demodulation method Two-dimensional demodulation device, and hologram device
  • the present invention relates to a two-dimensional demodulation method and a two-dimensional demodulation device, and more particularly to a memory system in which information recording or information reproduction is optically performed on a recording medium.
  • a hologram memory system As a memory system, a hologram memory system is known in which information recording or information reproduction is optically performed on a powerful hologram recording medium such as a photopolymer.
  • a hologram memory system when data is recorded on a hologram recording medium (hereinafter simply referred to as a recording medium), two-dimensional modulation is performed based on the input data, and the unit is called a data page, which is two-dimensional data. Is displayed on a spatial light modulator in which a plurality of modulation pixels are two-dimensionally arranged, and thereby the light is spatially modulated to generate signal light. The signal light and the reference light are caused to interfere in the recording medium, and the interference fringes are recorded on the recording medium.
  • reproduction light (diffracted light) is generated by irradiating the recording portion of the recording medium with only reference light under the same conditions as at the time of recording.
  • the reproduced image to be imaged is received by the image sensor, and the original data page is reproduced.
  • the powerful decision feedback Viterbi detection process taking advantage of the fact that the data to be handled is two-dimensional, for example, a matrix type image sensor configured by arranging a large number of light receiving pixels in a rectangular shape is used. Assuming that the playback process is performed correctly in the line above the current line (the line of light receiving pixels), the effect of the line above is subtracted and the output signal from the current line is subtracted. Then, the Viterbi detection process is performed, that is, the Viterbi detection process is executed using the transition of the change in the column direction by performing the determination feedback in the column direction.
  • the input data when the input data is reproduced based on the output signal received in the uppermost row, it is known that the amount of light received in the upper row (virtual row) of the uppermost row is zero. , Exit from the topmost row
  • the input data is reproduced based on the input signal, it is reproduced as it is and no decision feedback is given.
  • the input data is reproduced based on the power output signal of the second row from the top, the influence of the uppermost row on the uppermost row is affected by the output signal on the uppermost row. Assuming that the input data that has not been received has been reproduced, it is reproduced by subtracting the effect of the input data in the uppermost row.
  • the input data is reproduced based on the output signal of the third line of power
  • it is assumed that the input data is accurately reproduced based on the output signal in the second line from the top.
  • the direction of the Viterbi detection process is, for example, the left force is also performed in the row direction to the right in the image sensor, and the direction of the determination feedback is the column direction.
  • Viterbi detection is described in paragraphs (0120) to (0120) and the corresponding trellis diagrams described in Patent Document 2, but each state is measured using the measured value rk at time k as the Viterbi detection result.
  • a metric calculation is performed for each pixel (1 bit) unit, and a path metric with the minimum total combination force is selected, and the state value that constitutes the surviving path becomes the detection result of this line.
  • Two-dimensional modulation such as 1: 2 differential code, 2: 4 differential code, 4: 8, or 6: 8 balance code is used to prevent an increase in errors during pixel discrimination of the data page.
  • Two-dimensional modulation is a two-dimensional code that generates a bit pattern in which two types of information bits, ON (bright) and OFF (dark), are arranged two-dimensionally. Some of the data bits to be recorded are Is converted into a unit symbol (two-dimensional modulation pattern symbol) having a predetermined number of pixel forces in the spatial light modulator, and the input data is converted as a set of a plurality of unit symbols.
  • Patent Document 1 U.S. Pat.No. 5,740,184
  • Patent Document 2 Japanese Patent Laid-Open No. 11 317084
  • Patent Document 3 Japanese Patent Laid-Open No. 2001-75463
  • the detection result is a unit symbol of the two-dimensional modulation rule (two-dimensional) in order to advance the detection process by one pixel. There was a possibility that it would not match the modulation pattern symbol.
  • the determination feedback Viterbi detection result is a code of a two-dimensional modulation pattern symbol.
  • the pixel shift is detected in advance before the data is reproduced by the detection feedback Viterbi detection. For example, it was detected only once when the power was turned on or when the recording medium was replaced. In hologram reproduction, the irradiation position of the reproduction light (reproduction image) to the image sensor may actually move because the recording medium is moved or the angle of the reference light is changed. The transfer function will change. In such a case, there was also a problem that the detection return Viterbi detection did not work well and errors increased.
  • the two-dimensional demodulation method of the present invention uses a maximum likelihood decoding process from a recording medium on which a data page is recorded as a set of a plurality of two-dimensionally modulated symbol symbols each consisting of a plurality of pixels.
  • the two-dimensional demodulator performs maximum likelihood decoding processing from a recording medium on which a data page is recorded as a set of a plurality of two-dimensionally modulated symbol symbols each of which is composed of a plurality of pixels.
  • the hologram apparatus of the present invention uses a maximum likelihood decoding process to record the data page from a recording medium on which the data page is recorded as a set of a plurality of two-dimensionally modulated symbol symbols each including a plurality of pixels.
  • a hologram apparatus for reproducing an image sensor
  • Means for performing maximum likelihood decoding for each of the signal symbol data in accordance with the pixel shift value Means for performing maximum likelihood decoding for each of the signal symbol data in accordance with the pixel shift value.
  • Maximum likelihood decoding is most probable based on the correlation, if the restored signal is not a direct representation of the original bit string but has a correlation with the preceding signal. (Maximum Likelihood) That is, the probability is high! The bit code is guessed and the original code is detected.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a hologram recording / reproducing system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining a 2: 4 modulation two-dimensional modulation table that is used in the two-dimensional demodulation method according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a partial front view showing an outline of a spatial light modulator in a hologram apparatus for recording information on a hologram recording medium according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a partial front view showing a reproduced image on the light receiving element of the image sensor in the hologram memory system according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a flowchart of data page reproduction processing according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 A 4-bit signal symbol for data page reproduction processing according to the embodiment of the present invention. It is a conceptual diagram explaining vol data.
  • FIG. 7 is a conceptual diagram illustrating the relationship between a reproduced image, an image symbol and a signal symbol in the light receiving area of the image sensor according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a conceptual diagram illustrating the relationship between image symbols and signal symbols according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a trellis diagram by detection feedback Viterbi detection for each two-dimensional modulation pattern symbol of the embodiment according to the present invention.
  • FIG. 10 is a conceptual diagram illustrating the relationship between image symbols and signal symbols according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a diagram for explaining a 1: 2 modulation two-dimensional modulation table according to a two-dimensional demodulation method of another embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a diagram for explaining a part of a two-dimensional modulation table of 5: 9 modulation according to the two-dimensional demodulation method of another embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a diagram for explaining a part of a 6: 9 modulation two-dimensional modulation table according to the two-dimensional demodulation method of another embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 shows an example of a hologram device for recording and / or reproducing information as a hologram memory system.
  • a half mirror HM On the optical path of the coherent laser beam 12 emitted from the laser light source LD, a half mirror HM, a shirtta SH, a beam expander BX, a transmissive spatial light modulator SLM, an objective lens 16, a photopolymer A recording medium 10, such as a second lens 21, and an image sensor 20 are disposed.
  • the half mirror HM generates reference light by dividing the laser light 12, and functions as a reference light optical system together with the reflection mirrors RM1 and RM2.
  • the shatter SH is controlled by the controller 32 and controls the irradiation time of the light beam to the recording medium 10.
  • the beam expander BX expands the diameter of the light that has passed through the shatter SH to be a parallel light beam and irradiates the spatial light modulator SLM.
  • the spatial light modulator SLM is a liquid crystal display (LCD) panel having a matrix arrangement in which a plurality of modulation pixels are two-dimensionally arranged.
  • the spatial light modulator SLM has, for example, vertical 480 x horizontal 640 pixels, displays the data page from the encoder 25, and optically modulates the irradiated light into spatial ON and OFF signals, and becomes the signal light 12a.
  • the encoder 25 to which the data DATA to be recorded is supplied is controlled by the controller 32.
  • the objective lens 16 performs Fourier transform on the signal light 12a and condenses the focal point behind the mounting position of the recording medium 10.
  • the recording medium 10 is mounted on the support unit 60.
  • the reflection mirror RM2 of the reference light optical system irradiates the recording medium 10 with the reference light 12 at a predetermined incident angle. Due to the action of the reflection mirror RM2, the reference light 12 crosses the signal light 12a at a predetermined angle inside the recording medium 10.
  • the intersecting signal light and reference light interfere in the recording medium 10, and the interference fringes are stored in the recording medium 10 as a refractive index grating, whereby the data page is recorded. Also, By changing the crossing angle between the signal light and the reference light, multiple angle recording of a plurality of data pages becomes possible.
  • the image sensor 20 includes a CCD (charge coupled device) in which a plurality of light receiving elements corresponding to the spatial light modulator pixels are two-dimensionally arranged, an array such as a complementary metal oxide film semiconductor device, and the like. Is done. Further, a decoder 26 is connected to the image sensor 20. Decoder 26 is connected to controller 32. The light receiving elements of the image sensor 20 and the pixels of the spatial light modulator do not need to correspond one-to-one. The image of the data page displayed on the spatial light modulator, especially the number and arrangement of the light receiving elements that can be distinguished from each pixel. Have it! /.
  • CCD charge coupled device
  • the signal light is blocked by the shirter SH, and only the reference light is incident at the same crossing angle as at the time of recording.
  • Reproduction light (diffracted light) corresponding to the recorded signal light appears on the side opposite to the incident side of the recording medium 10 irradiated with the reference light.
  • the reproduction light is guided to the image sensor 20 through the second lens 21.
  • the image sensor 20 receives the reconstructed image from the reconstructed light and reconverts it into an electrical reconstructed image signal
  • the data DATA is sent to the controller 32 via the decoder 26, and the controller 32 receives the original input data. Played.
  • 2: 4 modulation is executed at the time of recording as two-dimensional modulation for hologram recording.
  • 4 modulation when a data page to be recorded is determined by passing laser light through the spatial light modulator SLM, four adjacent modulation pixels of the spatial light modulator SLM are combined into one set. One-fourth of the number of pixels that make up the light transmits light, and three-fourths of the pixels block light.
  • the two-dimensional modulation pattern symbol consists of four pixels of the spatial light modulator SLM, only one of which transmits light, and the other three pixels Block out light.
  • FIG. 3 shows a partial front view of the spatial light modulator SLM displaying a powerful data page.
  • the light / dark dot pattern is displayed when each cell is turned on (bright) and off (dark), and becomes a transparent or non-transmissive pattern.
  • the spatial light modulator SLM displays data (a set of two-dimensional modulation pattern symbols) in the central data area DR, and displays the positioning mark LM, for example, at its four corners.
  • the transmissive spatial light modulator SLM is a liquid crystal panel with an analyzer having a plurality of pixel electrodes divided in a matrix and is electrically controlled by the controller 32 via the encoder 25.
  • the light receiving area of the image sensor is played back because the irradiation position of the playback image fluctuates due to the movement of the recording medium to play each page, and the attachment position is adjusted. It is selected so that it is slightly wider than the area irradiated with the image. Therefore, it is necessary to specify the area irradiated with the reproduced image from the image sensor output.
  • the positioning mark LM for detecting the data position together with the modulated data as shown in Fig. 3 is placed in the page (in the figure, only one positioning mark LM at the top left of the page) Put it in the corner).
  • FIG. 4 shows 4 ⁇ 4 portions of the light receiving elements of the image sensor 20 in the hologram memory system.
  • dx and dy are pixel shifts between a light-receiving element and a reconstructed pixel image image (or a spatial light modulator, indicated by a broken line with light and dark reversed). Since there is a two-dimensional inter-pixel interference due to optical transfer characteristics such as pixel shift and point spread function characteristics, the original input data cannot be accurately reproduced.
  • the maximum likelihood decoding process for each symbol corresponding to a two-dimensional modulation pattern symbol such as 2: 4 modulation, which is extended to two dimensions by using detection feedback Viterbi detection for each pixel, for example, decision feedback Viterbi Perform detection.
  • FIG. 5 shows a flowchart of the data page reproduction process in the two-dimensional demodulator using decision feedback Viterbi detection.
  • the recording medium on which the data page is recorded is irradiated with reference light, and the reproduction light that appears in the recording medium force is received by the image sensor to acquire the data page signal.
  • the position of the positioning mark is first detected from the data page signal (step Sl).
  • the position of the positioning mark is detected by performing a correlation calculation between a known positioning mark template and a predetermined portion of the data page signal for each position of the predetermined portion of the data page signal, and determining the position where the correlation value is maximized.
  • the position of the positioning mark is a pixel coordinate (integer coordinate).
  • step S2 pixel shifts dx and dy between the reproduction pixel and the light receiving element shown in FIG. 4 are detected (step S2).
  • This is the relative position deviation from the integer coordinates detected in S1, and becomes the decimal point coordinates.
  • the right direction and the downward direction are positive, and the left direction and the upward direction are negative.
  • This pixel shift detection can be performed by calculating the center of gravity from the maximum correlation value calculated in step S1 and the surrounding correlation values.
  • the start and end points of Viterbi detection and the direction of decision feedback are determined from the integer coordinates and decimal point coordinates calculated in steps Sl and S2.
  • step S3 the output signal of the image sensor indicating the reproduced image is blocked according to the 2: 4 modulation two-dimensional modulation pattern symbol and divided into signal symbol data.
  • the signal is divided into two pixels, ie, a signal symbol syd consisting of 4 bits (column direction (judgment feedback direction DF from top to bottom) and row direction (Viterbi detection direction VA to the left and right)). (4 bits) This is to detect Viterbi for each data unit.
  • Reconstructed image (developed in the memory space of the device) indicated by the output signal of the image sensor
  • Dividing into signal symbols for each volt can be realized, for example, by dividing the output signal of one data page into equal symbols by dividing the output signal at a predetermined number of bits at equal intervals. That is, signal symbol data is set by blocking the output signal of the image sensor according to the two-dimensional modulation pattern symbol.
  • the 2: 4 modulation symbol corresponding to the received light signal to be measured is called a signal symbol
  • the 2: 4 modulation symbol consisting of the reproduced pixel image is called an image symbol.
  • Figure 7 shows an example of the relationship between the reconstructed image and the light receiving area of the image sensor. The broken line represents the reconstructed image, and the solid line represents the light receiving area of the image sensor.
  • Y is an image symbol that also has four reconstructed pixel image forces
  • S is a received light signal to be measured, that is, a signal symbol.
  • i is the row number
  • j is the column number.
  • the reproduced images are grouped for each image symbol as shown in FIG.
  • the reproduced image is divided into image symbol length 2 X width 2 pixels, and the image symbol Y and the signal symbol S have the same size.
  • the number of symbols per row is such that the signal symbol S is one more than the image symbol Y.
  • a reference signal R is calculated according to the pixel shift (step S4).
  • the output of each light receiving element is considered to be proportional to the area of the reproduced image input to the element. Therefore, if dx and dy are the pixel shift values in the horizontal and vertical directions, respectively, the transfer function H of the pixel shift is as follows.
  • various reference signals R can be calculated in advance according to the pixel shift.
  • the reference signal R at that time is calculated by the above-described calculation formula.
  • determination feedback Viterbi detection processing is performed based on the pixel shift amount (step S5). Determination Feedback Viterbi detection processing will be described later.
  • step S6 it is determined whether or not playback of the data page is continued. If it is continued, the process returns to step S1, and if playback is completed, the process ends.
  • a reference signal is calculated in advance before the reproduction process and stored in a storage device such as a memory, and instead of calculating the reference signal during the reproduction process, the reference signal is read from the storage device and determined. Feedback Viterbi detection may be performed.
  • the reference signal conversion table indicating the reference signal for the pixel shift value is created and stored, that is, the reference signal is calculated in advance and stored in the storage device, so the amount of calculation at the time of Viterbi detection is reduced. Can be reduced.
  • image symbols and signal symbols of the same size in other two-dimensional modulation pattern symbols is not limited to 2: 4 modulation. This is effective for detecting Viterbi.
  • V even if it is shifted, a plurality of reference signals corresponding to a plurality of predetermined pixel shift values are calculated for each of the image symbols! It is stored in a storage device such as (Access Memory) (reference signal conversion table).
  • a storage device such as (Access Memory) (reference signal conversion table).
  • Viterbi demodulation is performed by referring to the reference signal conversion table of the storage device with the reference signal corresponding to the detected pixel shift value and the data in the uppermost row shown in FIG.
  • the uppermost row shown in FIG. 7 is detected, the uppermost row is a black V portion that is not irradiated with the reproduction light, and therefore is all black.
  • the reference signal R is determined.
  • the pixel is black.
  • FIG. 9 shows the relationship between the image symbol Y and the image symbol Y on the left side of this embodiment.
  • FIG. 10 is a trellis diagram by determination feedback Viterbi detection for each dimension modulation pattern symbol.
  • the number of states of the image symbol IMAGE SYMBOL in this trellis diagram corresponds to the number of two-dimensional modulation pattern symbols shown in Fig. 2.
  • the state values StateO, 1, 2, and 3 correspond to the two-dimensional modulation rule, that is, the input data 00, 01, 10, and 11 in FIG.
  • the number of patterns of 2 vertical x 2 horizontal pixels (2: 4 modulation symbol size) is 16 types. Only 4 patterns shown in Fig. 2 are selected as the state of the trellis diagram.
  • the state full black pattern
  • the reference signal R of the combination of image symbols Y and Y (16 types) is read from the storage device.
  • the branch metric represents the correlation between the symbol combination (reference signal) and the actual reproduced image.
  • the no metric is equivalent to connecting the branch metrics, that is, the correlation of the entire symbol string in one row.
  • a method of selecting the smallest path metric from all the combinations is performed by the Viterbi algorithm.
  • ij 00 01 10 r represents the pixels that make up the reference signal, and s, s, s, and s of S make up the signal symbol
  • the comparison between the reference signal and the actual signal to be measured is performed for each two-dimensional modulation pattern symbol.
  • the metric calculation at this time is based on the reference signal.
  • the Viterbi detection result is two-dimensionally modulated. Be sure to meet the rules. As a result, the error rate is improved compared to the Viterbi detection for each pixel.
  • the force considered that the amount of light received in the uppermost row of the portion irradiated with the reproduced image or the lowermost row of the lowermost row is considered to be zero.
  • the error rate can be improved by considering the part before the first image symbol and the part behind the last image symbol as Vitrebi detection as a part not irradiated with reproduction light.
  • the reference signal for detecting Viterbi is created in advance by a combination of pixel shifts in the vertical and horizontal directions, and pixel shift detection is performed each time a data page is reproduced, and the corresponding reference signal is displayed. Refer to it and reflect it in Viterbi detection. This allows you to move the recording medium or Viterbi detection works well even when the playback light irradiation position moves slightly due to reasons such as changing the illumination angle.
  • Branch metric calculation is also performed on the right side of the image symbol Y.
  • Micromax indicates the number of bits of the input data
  • New shows the number of pixels of the modulation pattern
  • the modulation pattern number becomes 2 Micromax.
  • 5 9 modulation
  • Viterbi detection is advanced every 3 pixels in both the column and row directions.
  • 6 9 modulation
  • Viterbi detection is advanced every 3 pixels in both the column and row directions.
  • the number of states at this time 64
  • Figure 11 shows the two-dimensional modulation table for 1: 2 modulation.
  • Figure 12 shows a two-dimensional modulation table with 5: 9 modulation.
  • Figure 13 shows a two-dimensional modulation table for 6: 9 modulation.
  • the determination feedback direction is from top to bottom, and the Viterbi detection direction is from left to right.
  • change the judgment feedback direction from bottom to top and the Viterbi detection direction to the right force to the left.
  • the power described for the hologram memory system using the hologram recording medium as the two-dimensional demodulator is not limited to this.
  • the present invention is not limited thereto. It can also be applied to a two-dimensional demodulator such as a two-dimensional code reader.
  • the power described in the example of decision feedback Viterbi detection as the maximum likelihood decoding process for each symbol for example, BCJR decoding (LR Bahl, J. Cocke, F. Jelinek, and J. Raviv, Optimal decoding or linear codes for minimizing symool err or rate, "-IEEE Transactions on Information Theory, March. 1974, pp284-287) has the same effect.

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Abstract

　２次元復調方法は、各々が複数の画素からなる２次元変調された複数の２次元変調パターンシンンボルの集合としてデータページが記録された記録媒体から判定帰還ビタビ検出処理により当該データページを再生する２次元復調方法であって、像センサ上の記録媒体から受光された再生像の画素ずれ値を検出するステップと、記録媒体から受光された再生像を示す像センサの出力信号を２次元変調パターンシンンボルに応じてブロック化して信号シンボルデータへ分割するステップと、画素ずれ値に応じて信号シンボルデータ毎の判定帰還ビタビ検出を実行するステップと、を含む。

Description

明 細 書
2次元復調方法、 2次元復調装置及びホログラム装置
技術分野
[0001] 本発明は 2次元復調方法及び 2次元復調装置に関し、特に記録媒体に対して光学 的に情報記録又は情報再生が行われるメモリシステムに関する。
背景技術
[0002] メモリシステムとして、フォトポリマーなど力 なるホログラム記録媒体に対して光学 的に情報記録又は情報再生が行われるホログラムメモリシステムが知られている。
[0003] ホログラムメモリシステムにおいて、データをホログラム記録媒体 (以下単に記録媒 体という）に記録する場合、入力データに基づき 2次元変調を行い、 2次元データで あるデータページと呼ばれる単位にして、それを複数の変調用画素が 2次元的に配 置された空間光変調器に表示して、これにより光を空間変調して信号光を生成する。 信号光と参照光とを記録媒体中で干渉させ、その干渉縞を記録媒体に記録する。
[0004] 一方、記録媒体から 2次元データを再生する場合、記録媒体の記録部位に記録時 と同一条件の参照光のみを照射することにより再生光（回折光)を生成し、再生光で 結像される再生像を像センサで受光して、元のデータページを再生する。
[0005] ホログラムメモリシステムにお 、て雑音の影響で上記出力信号が変形して正確に元 の入力データを再生できない場合があるので、これを防止するため、いわゆる判定帰 還ビタビ検出処理を用いる手法が提案されて!、る (特許文献 1参照)。
[0006] 力かる判定帰還ビタビ検出処理においては、扱うデータが 2次元であることを利用し て、例えば、多数の受光画素を矩形に配置して構成されるマトリクス型の像センサに ぉ 、て、現在の行（受光画素の行）の一つ上の行では正確に再生処理が為されたと 仮定して当該一つ上の行の影響を差し引 、て現在の行からの出力信号に基づ 、て ビタビ検出処理を行う、すなわち、列方向の判定帰還を行い列方向における変化の 推移をも用いてビタビ検出処理が実行される。例えば、最上端の行で受光した出力 信号に基づいて入力データを再生するとき、当該最上端の行のさらに上の行 (仮想 的な行）における受光量は零であることが判っているので、当該最上端の行からの出 力信号に基づいて入力データを再生するときには、そのまま再生して判定帰還は施 さない。次に、上から 2行目の行力 の出力信号に基づいて入力データを再生すると きは、最上端の行では出力信号に基づいて、当該最上段の行の更に上の行からの 影響を受けることなぐ入力データが再生されたと仮定し、当該最上端の行の入力デ 一タカもの影響を差し引いて再生する。更に、上力も 3行目の行力もの出力信号に基 づいて入力データを再生するときは、上から 2行目の行では出力信号に基づいて正 確に入力データが再生されたと仮定し、当該上から 2行目の行の入力データ力 の 影響を差し引いて再生する。このとき、ビタビ検出処理の方向は、例えば、像センサ 内で左力も右へ行方向に行われており、判定帰還の方向は列方向である。
[0007] し力しながら、特許文献 1記載の従来の判定帰還ビタビ検出処理にお!、ては、空間 光変調器内の各画素と対応する像センサ内の各画素との相対的位置関係が実際に は種々の方向にずれて 、ること（ 、わゆる画素ずれ）に起因して、像センサ上の再生 像力 正確に判定帰還ビタビ検出処理ができない問題点があった。すなわち、画素 ずれの方向と判定帰還の方向が異なる場合には、判定帰還ビタビ検出処理ができな い。
[0008] 判定帰還ビタビ再生処理を行って、記録媒体のデータページを再生する際に、空 間光変調器内の 1つの画素と、これに対応する像センサ内の 1つの受光画素との相 対的な画素ずれ方向を光学系全体の伝達関数から検出し、当該検出された画素ず れ方向に基づ 、て、判定帰還ビタビ再生処理における判定帰還方向及び状態プロ ック形状を設定する方法が提案されて ヽる (特許文献 2参照)。
[0009] 特許文献 2記載の段落 (0120)〜（0120)並びその対応のトレリス線図においてビ タビ検出が説明されているが、ビタビ検出結果として、時刻 kの測定値 rkを用いて各 状態遷移に対してブランチメトリック Bk
[0010] [数 1]
Bk = (rk - sk )2
[0011] (skは時刻 kでの状態遷移の理想出力）を計算し、時刻 kにおいて状態 Sn (n= l,…
, 4)のそれぞれに至る 2本のパスに対してパスメトリック Lk
[0012] [数 2]
Figure imgf000005_0001
[0013] を計算し、パスメトリック Lkが小さいパスを各状態に至る生き残りパスとして残している
[0014] 画素（1ビット）単位毎にメトリック計算を行 、、全組み合わせ力 最小のパスメトリツ クを選んで、その生き残りパスを構成する状態値カこの行の検出結果になる。
[0015] 一方、ホログラムメモリシステムでは、光源の強度分布や、使用する光学部品、さら に、記録媒体の特性の不均一性等によって、再生像に不均一な光強度分布が発生 する。そこでデータページの画素判別時の誤り増加するのを防ぐため、 1 : 2差分符 号、または、 2 :4差分符号や、 4 : 8、または、 6 : 8バランス符号などの 2次元変調が用 いられている（特許文献 3参照)。 2次元変調は、 ON (明）と OFF (暗)の 2種類の情 報ビットが 2次元的に配置されたビットパターンを生成する 2次元符号ィ匕であり、記録 すべきデータビットの幾つかが空間光変調器内の所定数画素力 なる単位シンボル (2次元変調パターンシンンボル)へ変換され、入力データが複数の単位シンボルの 集合として変換されたものである。
特許文献 1 :米国特許第 5, 740, 184号公報
特許文献 2：特開平 11 317084号公報
特許文献 3：特開平 2001— 75463号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0016] データページが 2次元変調されている場合、従来の判定帰還ビタビ検出処理にお いては、 1画素づっ検出処理を進めるために、検出結果が 2次元変調規則の単位シ ンボル（2次元変調パターンシンンボル）に合わなくなる可能性があった。
[0017] 例えば、 2 :4変調の場合、 4画素力もなる単位シンボル内の 1画素のみが白でその 他の 3画素は黒であると 、う変調規則があるが、判定帰還ビタビ検出結果のシンボル 内に白画素が 2個ある場合が出現する。
[0018] また、判定帰還ビタビ検出結果は 2次元変調パターンシンンボルの符号になるため
、元のデータに戻すための復調プロセスが必要になる。 [0019] さらに、従来は、画素ずれは判定帰還ビタビ検出によるデータの再生を行う前に、 予め検出していた。例えば電源起動の時や、記録媒体交換の時に、一度だけ検出し ていた。ホログラムの再生において、記録媒体を移動させたり、参照光の角度を変え たりするなどの理由で再生光 (再生像)の像センサへの照射位置が動くことが実際に はあり、したがって、光学的な伝達関数が変わることになる。このような場合、判定帰 還ビタビ検出がうまく働かずエラーが増加してしまうなどの問題もあった。
[0020] そこで、本発明の解決しょうとする課題には、エラー低減を可能にする 2次元復調 方法及びホログラム装置を提供することが一例として挙げられる。
課題を解決するための手段
[0021] 本発明の 2次元復調方法は、各々が複数の画素からなる 2次元変調された複数の 2次元変調パターンシンンボルの集合としてデータページが記録された記録媒体か ら最尤復号処理により当該データページを再生する 2次元復調方法であって、 像センサ上の前記記録媒体力 受光された再生像の画素ずれ値を検出するステツ プと、
前記記録媒体から受光された再生像を示す前記像センサの出力信号を前記 2次 元変調パターンシンンボルに応じてブロック化して信号シンボルデータへ分割するス テツプと、
前記画素ずれ値に応じて前記信号シンボルデータ毎の最尤復号を実行するステツ プと、を含むことを特徴とする。
[0022] 本発明の 2次元復調装置は、各々が複数の画素からなる 2次元変調された複数の 2次元変調パターンシンンボルの集合としてデータページが記録された記録媒体か ら最尤復号処理により当該データページを再生する 2次元復調装置であって、 像センサと、
前記像センサ上の前記記録媒体から受光された再生像の画素ずれ値を検出する 手段と、
前記記録媒体から受光された再生像を示す前記像センサの出力信号を前記 2次 元変調パターンシンンボルに応じてブロック化して信号シンボルデータへ分割する手 段と、 前記画素ずれ値に応じて前記信号シンボルデータ毎の最尤復号を実行する手段 と、を含むことを特徴とする。
[0023] 本発明のホログラム装置は、各々が複数の画素からなる 2次元変調された複数の 2 次元変調パターンシンンボルの集合としてデータページが記録された記録媒体から 最尤復号処理により当該データページを再生するホログラム装置であって、 像センサと、
前記像センサ上の前記記録媒体から受光された再生像の画素ずれ値を検出する 手段と、
前記記録媒体から受光された再生像を示す前記像センサの出力信号を前記 2次 元変調パターンシンンボルに応じてブロック化して信号シンボルデータへ分割する手 段と、
前記画素ずれ値に応じて前記信号シンボルデータ毎の最尤復号を実行する手段 と、を含むことを特徴とする。
[0024] 最尤復号は、復元された信号が、元のビット列を直接表したものではなく先行する 信号と相関を持ったものであると 、う相関性に基づ 、て、もっとも確からし 、(Maximu m Likelihood)すなわち確率の高!、ビット列を推測して元の符号を検出して 、く方法 である。
図面の簡単な説明
[0025] [図 1]本発明による実施形態のホログラム記録再生システムを示す概略構成図である
[図 2]本発明による実施形態の 2次元復調方法に力かる 2： 4変調の 2次元変調テー ブルを説明する図である。
[図 3]本発明による実施形態のホログラム記録媒体の情報を記録するホログラム装置 における空間光変調器の概略を示す部分正面図である。
[図 4]本発明による実施形態のホログラムメモリシステムにおける像センサの受光素子 上の再生像を示す部分正面図である。
[図 5]本発明による実施形態のデータページの再生処理のフローチャートである。
[図 6]本発明による実施形態のデータページの再生処理の 4ビットからなる信号シン ボルデータを説明する概念図である。
[図 7]本発明による実施形態の再生像と像センサの受光エリアにおける像シンボル及 び信号シンボルの関係を説明する概念図である。
圆 8]本発明による実施形態の像シンボル及び信号シンボルの関係を説明する概念 図である。
[図 9]本発明による実施形態の 2次元変調パターンシンンボル毎の判定帰還ビタビ検 出によるトレリス線図である
[図 10]本発明による他の実施形態の像シンボル及び信号シンボルの関係を説明す る概念図である。
[図 11]本発明による他の実施形態の 2次元復調方法にかかる 1： 2変調の 2次元変調 テーブルを説明する図である。
[図 12]本発明による他の実施形態の 2次元復調方法にかかる 5 : 9変調の 2次元変調 テーブルの一部を説明する図である。
[図 13]本発明による他の実施形態の 2次元復調方法にかかる 6 : 9変調の 2次元変調 テーブルの一部を説明する図である。
符号の説明
10 記録媒体
20 像センサ
21 第 2レンズ
25 エンコーダ
26 デコーダ
32 コントローラ
16 対物レンズ
HM ビームスプリッタ
LD 光源
SH シャツタ
BX ビームエキスノ ンダ
SLM 空間光変調器 発明を実施するための形態
[0027] 以下に本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
[0028] <ホログラム装置 >
図 1に、ホログラムメモリシステムとして、情報の記録及び/又は再生用のホログラム 装置の一例を示す。
[0029] レーザ光源 LDから発した可干渉性のレーザ光 12の光路上には、ハーフミラー HM 、シャツタ SH、ビームエキスパンダ BX、透過型の空間光変調器 SLM、対物レンズ 1 6、フォトポリマーなどの記録媒体 10、第 2レンズ 21、像センサ 20が配置されている。
[0030] ハーフミラー HMはレーザ光 12を分割して参照光を生成し、反射ミラー RM1、 RM2 とともに参照光光学系として機能する。
[0031] シャツタ SHはコントローラ 32に制御され、記録媒体 10への光ビームの照射時間を 制御する。
[0032] ビームエキスパンダ BXは、シャツタ SHを通過した光の径を拡大して平行光線とし 空間光変調器 SLMを照射する。
[0033] 空間光変調器 SLMは複数の変調用画素が 2次元的に配置されたマトリクス配置の 透過型の液晶表示装置（Liquid Crystal Display: LCD)のパネルである。空間光変調 器 SLMはたとえば縦 480 X横 640画素を有し、エンコーダ 25からのデータページを 表示して照射された光を空間的な ON信号及び OFF信号に光変調し、信号光 12aと して対物レンズ 16へ導く。記録すべきデータ DATAが供給されたエンコーダ 25は、コ ントローラ 32に制御される。
[0034] 対物レンズ 16は、シャツタ SHが開いたとき（記録時）、信号光 12aをフーリエ変換す るとともに、記録媒体 10の装着位置の後方に焦点を結ぶように、集光する。
[0035] 記録媒体 10は支持部 60上に装着される。
[0036] 参照光光学系の反射ミラー RM2は、参照光 12を記録媒体 10へ所定入射角度で 照射する。反射ミラー RM2の作用により、記録媒体 10内部にて参照光 12を信号光 12aに対して所定角度で交差させる。
[0037] 交差する信号光と参照光とは記録媒体 10内で干渉し、この干渉縞が記録媒体 10 内に屈折率格子として記憶されることにより、データページの記録が行われる。また、 信号光に対しする参照光との交差角を変えることにより、複数のデータページの角度 多重記録が可能となる。
[0038] 像センサ 20は、空間光変調器画素に対応する複数の受光素子が 2次元的に配置 された CCD (電荷結合素子)や相補型金属酸ィ匕膜半導体装置などのアレイなどから 構成される。さらに、像センサ 20にはデコーダ 26が接続されている。デコーダ 26はコ ントローラ 32へ接続される。像センサ 20の受光素子と空間光変調器の画素とは一対 一に対応する必要はなぐ空間光変調器に表示されるデータページの像特に各画 素が区別できる個数、配置の受光素子配列を有して 、ればよ!/、。
[0039] 記録されたデータページを記録媒体 10から再生する場合には、シャツタ SHで信号 光を遮断し、記録時と同じ交差角で参照光のみを入射させる。参照光が照射された 記録媒体 10の入射側の反対側に、記録された信号光に対応した再生光（回折光） が現れる。これにより、再生光が第 2レンズ 21を通して像センサ 20へ導かれる。像セ ンサ 20が再生光による再生像を受光して、電気的な再生像信号に再変換した後、デ コーダ 26を介してデータ DATAがコントローラ 32へに送り、コントローラ 32により元の 入力データが再生される。
[0040] < 2次元変調 >
ホログラム装置においては、ホログラム記録用 2次元変調として例えば、 2 :4変調が 記録時に実行される。 2 :4変調は、レーザ光を空間光変調器 SLMに通過させること によって記録するデータページを決定する際に、空間光変調器 SLMの隣接する 4個 の変調用画素を一組とし、各組を構成する画素数の 4分の 1が光を透過し、その 4分 の 3は光を遮るようにする。図 2に示す 2次元変調テーブルのように、 2 :4変調は、記 録すべき入力データを 2ビット単位で区切り（上段）、入力データ 2ビットを、 4ビット（2 X 2=4画素）の 2次元変調パターンシンンボル（下段）へ変調するものである。
[0041] この際、 2次元変調パターンシンンボルは、図 2に示すように、空間光変調器 SLM の 4つの画素からなり、そのうちただ一つの画素のみ光を透過し、他の 3つの画素は 光を遮る。どの部分が光を透過させるかの場合分けは 4通りあり、すなわち、 2 :4変調 で表すことができるビット数は 2ビットに相当する。
[0042] 2： 4変調でビット列データを記録した 、場合、空間光変調器 SLM上では、例えば、 左上方から右に読み進み、右端に達した時点で左端に移動し、一段（2画素）下がつ て、再び右に読み進むように 2次元変調パターンシンンボルを整列する。 2 :4変調で は、 ONビットを表す明ビットの数が少なくなることから、 1ページを記録するために必 要なホログラムの回折効率は低下する力 パターン上において ONを示す明ビットの 現れる確率が小さくなるために、明ビットの連続が回避され、パターンのフーリエ変換 像における低周波成分の集中が緩和される。
[0043] 図 3は、力かるデータページを表示する空間光変調器 SLMの部分正面図を示す。
明暗ドットパターンは各セルの ON (明）及び OFF (暗)の電圧印加状態で表示され、 透過、非透過のパターンとなる。空間光変調器 SLMは中央データ領域 DRにおいて データ（2次元変調パターンシンンボルの集合）を表示し、位置決めマーク LMを例え ば、その 4隅に表示する。透過型の空間光変調器 SLMはマトリクス状に分割された 複数の画素電極を有する検光子付きの液晶パネルなどであり、コントローラ 32により エンコーダ 25を介し電気的に制御されている。
[0044] 各ページを再生するため記録媒体を移動させるなどの理由で再生像の照射位置 が変動することや、また、取り付け位置の調整などの理由から、通常、像センサの受 光エリアは再生像が照射される面積より多少広めになるように選ばれる。そのため、 像センサ出力から再生像が照射されたエリアを特定することが必要になる。ホロダラ ム記録するデータページには、図 3に示すように変調したデータと共にデータ位置を 検出するための位置決めマーク LMをページ内（図ではページ内左上の 1つの位置 決めマーク LMのみ示す力 例えば 4隅でもよい）に入れておく。
< 2次元復調 >
次に、当該記録されたデータページの再生処理について、 2次元変調の例として、 図 2に示した 2： 4変調がなされて 、る場合にっ 、て説明する。
[0045] 図 4は、ホログラムメモリシステムにおける像センサ 20の受光素子 elementsの 4 X 4 個の部分を示す。 dx, dyは再生光による再生画素像 image (あるいは空間光変調器 、明暗を逆にして破線で示す）と受光素子との画素ずれである。かかる画素ずれ、点 拡がり関数特性などの光学伝達特性による 2次元的な画素間の干渉があるため、正 確に元の入力データを再生できないので、本実施形態では、記録媒体からの 2次元 的なデータ検出の方法として、画素毎の判定帰還ビタビ検出でなぐ 2次元に拡張し 2： 4変調などの 2次元変調パターンシンンボルに対応したシンボル毎の最尤復号処 理、例えば判定帰還ビタビ検出を行う。
[0046] 図 5は判定帰還ビタビ検出を用いた 2次元復調装置におけるデータページの再生 処理のフローチャートを示す。
[0047] データページが記録された記録媒体に参照光を照射し、記録媒体力 現れる再生 光を像センサで受光してデータページ信号を獲得する。（再生処理）
データ再生時、まずデータページ信号から位置決めマークの位置検出を行う（ステ ップ Sl)。
[0048] 位置決めマークの位置検出は、既知の位置決めマークのテンプレートとデータべ ージ信号の所定部分の相関計算をデータページ信号の所定部分の位置毎に行い、 相関値が最大となった位置を位置決めマークの位置とする。この位置検出結果は、 画素単位の座標 (整数座標）となる。
[0049] 次に、図 4に示した再生画素と受光素子間の画素ずれ dx, dyを検出する (ステップ S2)。これは S1で検出した整数座標からの相対的な位置のずれであり小数点座標と なる。また右方向及び下方向を正として、左方向及び上方向を負とする。この画素ず れ検出は、ステップ S1で計算した最大相関値とその周りの相関値から、重心計算で 行うことができる。ステップ Sl、 S2で計算した整数座標と小数点座標から、ビタビ検 出の開始点、終了点、判定帰還の方向を決定する。
[0050] その他、例えば、特開平 5— 120436号公報、特開平 10— 124666号公報、特開 2001— 195597号公報に示されるようなテンプレートマッチング技術によって検出 位置決めマークの画素ずれ量を求めてもょ 、。
[0051] 次に、再生像を示す像センサの出力信号を 2 :4変調の 2次元変調パターンシンン ボルに応じてブロック化して信号シンボルデータへ分割する（ステップ S3)。
[0052] 分割は、図 6のように 4ビットからなる信号シンボル syd (列方向（上から下への判定 帰還方向 DF)、行方向（左力 右へのビタビ検出方向 VA)とも 2画素すなわち 4ビッ ト）データ単位ごとに判定帰還ビタビ検出するためである。像センサの出力信号により 示される再生像 (装置のメモリ空間において展開された)を 2次元変調パターンシンン ボル毎に信号シンボルへ分割することは、例えば、 1つのデータページの出力信号 を所定ビット数ごとに等間隔に区切って、各シンボルに分けることで実現できる。すな わち、像センサの出力信号を 2次元変調パターンシンンボルに応じてブロック化して 信号シンボルデータを設定する。
[0053] これ以降の説明のため、測定すべき受光信号に対応する 2 :4変調シンボルを信号 シンボルと呼び、再生画素像からなる 2 :4変調シンボルを像シンボルと呼ぶ。図 7は 再生像と像センサの受光エリアの関係の一例を示す。破線は再生像を表しており、 実線は像センサの受光エリアを表している。ここで、 Yは 4つの再生画素像力もなる 像シンボル、 Sは測定すべき受光信号すなわち信号シンボルとする。シンボル中 iは 行の番号、 jは列の番号を表している。
[0054] まず、位置決めマークの位置を基準位置として、図 7のように再生像を像シンボル 毎にまとめる。例えば、 2 :4変調の場合、再生像を像シンボル縦 2 X横 2画素づつに 分け、それぞれを同じサイズの像シンボル Y、信号シンボル Sとする。行あたりのシ ンボル数は、信号シンボル Sが像シンボル Yより 1つ多くなるようにする。
[0055] 一方、 2 :4変調の 2次元変調パターンシンンボルに対応したシンボル毎の判定帰 還ビタビ検出のために、画素ずれに応じて基準信号 Rを算出する (ステップ S4)。
[0056] 図 4に示すように再生像と受光エリアの画素ずれがある場合、各受光素子の出力は 素子に入力した再生像の面積に比例すると考えられる。従って、 dx、 dyをそれぞれ 水平方向、垂直方向の画素ずれ値とすると、画素ずれの伝達関数 Hは次のようにな る。
[0057] [数 3]
Figure imgf000013_0001
[0058] ここで、理想的な雑音のない再生像 Pを次式のような m行、 n列の画素 P の行列で 表すとすると、測定すべき像センサの出力（基準信号) Rは、次のように R=P * Hで 計算できる。ここで、 *は畳み込み演算を表す。
[0059] [数 4]
Figure imgf000014_0001
[0060] 従って、画素ずれに応じて種々の基準信号 Rを予め算出できる。
[0061] 例えば、図 8のように 4つの像シンボル Υ , Υ , Υ , Y の組み合わせを再生像 P
00 01 10 11
として、その時の基準信号 Rを上述した計算式で算出する。
[0062] 次に、画素ずれ量に基づ 、て判定帰還ビタビ検出処理を行う（ステップ S5)。判定 帰還ビタビ検出処理は後述する。
[0063] 次に、データページの再生継続又は終了を判別して (ステップ S6)、継続であれば ステップ S1へ戻り、再生終了であれば終了する。
[0064] また、上述のステップ S4は、再生処理前に予め基準信号を計算しメモリ等の記憶 装置に記憶しておき、再生処理時に基準信号算出する代わりに記憶装置から基準 信号を読み出して判定帰還ビタビ検出を行ってもよい。
[0065] この場合は、画素ずれ毎 (例えば、横 dx、縦 dyそれぞれ 0. 1画素毎）、及び、図 8 に示す 4個の像シンボル Υ , Υ , Υ , Y の組み合わせ毎に、基準信号を予め計
00 01 10 11
算して記憶装置に格納しておく。ここで、 4つの像シンボル Υ , Υ , Υ , Y の組み
00 01 10 11 合わせは、例えば 2 :4変調の場合、図 2に示した 4種類の 2次元変調パターンシンン ボルに遮光する全黒パターンをカ卩えた合計 5種類の 2次元変調パターンシンンボル の組み合わせとする。従って、その組み合わせ数は 5 X 5 X 5 X 5 = 625となる。遮光 する全黒パターンをカ卩える理由は、一番端の像シンボルのさらに隣は再生光が照射 されていない部分 (全黒)であるためである。なお、上述の基準信号の算出において 図を持って概念的に説明しているが、基準信号 Rは 2行 2列の r , r , r , r を表す
00 01 10 11 信号として記憶される。
[0066] このように画素ずれ値に対する基準信号を示す基準信号変換テーブルを作製して 記憶する、すなわち、基準信号を予め計算して記憶装置に入れておくので、ビタビ検 出時の計算量を減らすことができる。
[0067] 2 :4変調に限らず、他の 2次元変調パターンシンンボルにおいて同じサイズの像シ ンボル及び信号シンボルを規定することは、 1画素ずつではなぐ数画素をまとめて、 ビタビ検出を行うために有効である。
[0068] V、ずれにしても、像シンボルの各々につ!/、ての所定の画素ずれ値の複数にそれぞ れ対応する複数の基準信号を算出して、コントローラ 32などの RAM (Random Acces s Memory)等の記憶装置に記憶させておく（基準信号変換テーブル)。
[0069] <判定帰還ビタビ検出 >
次に、得られた像センサ出力信号を、判定帰還ビタビ検出する方法ついて説明す る。
[0070] 先ず、検出済みの画素ずれ値と図 7に示す最上の行のデータから、それに対応す る基準信号を記憶装置の基準信号変換テーブルを参照して、ビタビ復調を行う。
[0071] 図 7に示す一番上の行の検出を行う場合、一つ上の行は再生光が照射されていな Vヽ部分であるので全て黒である。
[0072] 画素ずれ値 dx, dvは検出済みであり上の行は既知であるので、像シンボル Y と
00 左隣の 2次元変調パターンシンンボルの画素が決まれば、基準信号 Rが決まることに なる。この場合、同様に、像シンボル Y の左隣の 2次元変調パターンシンンボルの
00
画素は黒である。
[0073] 図 9は、像シンボル Yと左隣の像シンボル Y の関係を表した、本実施形態の 2
ij i(i-D
次元変調パターンシンンボル毎の判定帰還ビタビ検出によるトレリス線図である。この トレリス線図の像シンボル IMAGE SYMBOLの状態数は図 2に示した 2次元変調パタ ーンシンンボルの数に相当する。また、その状態値 StateO, 1, 2, 3は 2次元変調規 則すなわち図 2の入力データ 00, 01, 10, 11に対応させてある。縦 2 X横 2画素（2 : 4変調シンボルサイズ）のパターン数は 16種類である力 その中から図 2に示した 4つ のパターンのみをトレリス線図の状態として選ぶ。さらに最初の像シンボルのさらに前 と最後の像シンボルのさらに後ろは再生光が照射されて ヽな 、再生像のな 、部分で あるので、その状態 (全黒パターン）は仮に Nとしてある。
[0074] 画素ずれ値 dx, dyは検出済みであり上の行は既知であるので、最初は全黒パター ンと像シンボル Y の組み合わせ (4種類)の基準信号 Rを予め計算してぉ 、た記憶
iO
装置の基準信号変換テーブル力 読み出し、その基準信号 Rと実際の測定すべき 信号 (信号シンボル S )力 4個のブランチメトリック b、パスメトリック Lを計算する。 画素単位ではなぐ 2次元変調パターンシンンボル毎にメトリック計算を行ってビタビ 検出を行う。ブランチメトリック、パスメトリックは後述する。
[0075] 次に像シンボル Y と Y の組み合わせ（16種類)の基準信号 Rを記憶装置力ゝら読
iO il
み出し、同様に 16個のブランチメトリック b 、パスメトリック Lの計算を行う。
以降、順次同様の計算を行っていき、最後は像シンボル Y と全黒パターンの組み合
in
わせ (4種類)で 4個のブランチメトリック、ノ スメトリックの計算を行う。
[0076] 図 9に示すトレリス線図の像シンボル Y と Yの間の各線分は、像シンボル Y
i(i-D ij i(j"l と Yの組み合わせを表し、従って各線分毎に基準信号 Rが決まる。その線分毎の基 準信号 Rと実際の測定すべき信号 (信号シンボル S )を比較したものをブランチメトリ
iO
ックとする。つまりブランチメトリックは、シンボルの組み合わせ (の基準信号）と実際の 再生像の相関を表したものになる。ノ スメトリックはブランチメトリックを繋げていったも のに相当し、つまり、一行のシンボル列全体の相関を表したものになる。
[0077] ブランチメトリックの計算を以下の式 1で行う場合は、値が小さいほど相関が高い結 果になるので、全組み合わせ力 最小のパスメトリックを選んで、そのノ スを構成する 状態値が最適な検出結果になる。この状態値は図 2に示した 2 :4変調の 2次元変調 規則の入力データであるので、従って検出値は 2 :4変調が復調されたデータになる
[0078] 全組み合わせカゝら最小のパスメトリックを選ぶ方法は、ビタビアルゴリズムで行う。
[0079] 次の行の検出を行う場合、前の行は検出済みであるので、上記と同様に検出する。
[0080] <メトリック計算 >
像シンボル Yにおけるブランチメトリック b、及びパスメトリック Lの計算は次の（式 1) で表される。ここで、シンボルは 2 :4変調シンボルであるため、基準信号 Rと実際の測 定すべき信号 (信号シンボル S )は次式の行列で表される。ここで、 Rの r , r , r ,
ij 00 01 10 r は基準信号を構成する画素を表し、 Sの s , s , s , s は信号シンボルを構成
11 ij 00 01 10 11
する画素を表し、 s 、 r はそれぞれ s , s , s , s および r , r , r , r を一般化
mn mn 00 01 10 11 00 01 10 11
した表現とする。
[0081] [数 5]
R _ r Γοι [0082] 、 sw su
[0083] [数 6]
[0084]
L〕 = bl = Lj_i + b]
[0085] このようにすることで、基準信号と実際の測定すべき信号 (信号シンボル SiO)の比 較が 2次元変調パターンシンンボル毎に行われるので、例えば、上述の 2 :4変調の 場合、縦 2画素 X横 2画素がシンボルとなるので、図 6のように 4ビットからなるシンポ ル (列方向、行方向とも 2画素）毎に検出を進め、この時のメトリック計算は基準信号と 信号シンボルとの差を計算するため、あるいは別の言い方をすれば、信号シンボル 列 (測定出力）に最も似ている基準信号列を探していることになるため、ビタビ検出結 果は 2次元変調規則に必ず合うようになる。その結果、画素毎のビタビ検出に比べェ ラーレートが向上する。
[0086] さらに、トレリス線図の像シンボルの状態を 2次元変調規則に対応させるため、検出 結果はデータそのものになり、復調プロセスは必要なくなる。従来の別であったビタビ 検出と復調プロセスが一緒になる。
[0087] また従来は、再生像が照射されている部分の最上端の行のさらに上の行、あるいは 最下端の行のさらに下の行における受光量は零であるとして考慮していた力 これに カロえて、最初の像シンボルのさらに前と最後の像シンボルのさらに後ろも、再生光が 照射されていない部分としてビタビ検出の際に考慮することことにより、エラーレート が向上する。
[0088] また、ビタビ検出の際の基準信号は、縦横方向の画素ずれの組み合わせで予め作 成しておき、また画素ずれの検出はデータページの再生のたびに行い、対応する基 準信号を参照してビタビ検出に反映させる。これにより、記録媒体を移動させたり、参 照光の角度を変えたりするなどの理由で再生光の照射位置が微妙に動く場合でも、 ビタビ検出がうまく働くことになる。
[0089] 実施形態では説明を簡単化するため、上述の 2 :4変調の場合、図 8に示すように 基準信号の計算に 4つの像シンボル力 計算した力 画素ずれによるシンボル間干 渉は隣接する 1画素力 のみ影響を受けるので、図 10に示すように太い破線内を計 算すればよい。つまり、図 10の像シンボル Y の右下画素、像シンボル Y の下側 2
00 01 画素、像シンボル Y の右側 2画素、像シンボル Y から基準信号を計算する。従つ
10 11
て、基準信号の組み合わせ数を減らすことができ、基準信号を記憶しておく記憶装 置のメモリ量を削減できる。また、ブランチメトリック計算も像シンボル Y の右側 2画
10
素と像シンボル Y の組み合わせで計算すればよい。例えば、図 2の入力データ 00
11
と 10は右側 2画素の変調パターンが同じであるので、図 9における Y の状態 0· 1
i(i-D
• 3と Yの状態 0 · 1 · 2 · 3の組み合わせのブランチメトリックを計算すればょ 、ことにな り、計算量も減らすことができる。
[0090] 上述の実施形態では 1例として 2 :4変調をあげた力 図 12、図 13に示す様な 3 X 3
= 9画素を 1シンボルとする変調や、 4 X 4= 16画素を 1シンボルとする変調であって もよい。 Μ個のビットが Ν画素の 2次元的に配置されたシンボルに変換されればよい 。すなわち、 2次元変調は、 2 :4変調だけでなぐ Μ :Ν変調が可能であり、記録すベ きデータを Μビット（ただし Μ<Ν、 Μ =整数）ごとにグループ化するステップと、グル ープ化された Μビットごとに 2次元変調テーブルによりシンボルごとに Νビットデータと して割り当てる 2次元変調を実行してデータページを生成するステップと、データべ ージに応じて空間光変調器を駆動するステップと、を含めばよい。ここで、 Μ :Ν変調 の Μは入力データのビット数を示し、 Νは変調パターンの画素数を示しており、その 変調パターン数は 2Μになる。例えば、 5 : 9変調の場合、列方向、行方向とも 3画素毎 にビタビ検出を進める。この時の状態数は 25 = 32になる。 6 : 9変調の場合、列方向、 行方向とも 3画素毎にビタビ検出を進める。この時の状態数は 26 = 64になる
図 11に 1： 2変調の 2次元変調テーブルを示す。図 12に 5： 9変調の 2次元変調テー ブルを示す。図 13に 6： 9変調の 2次元変調テーブルを示す。
[0091] また上述の実施形態では、判定帰還方向は上から下、ビタビ検出方向は左から右 として説明したが、判定帰還方向を下から上、ビタビ検出方向を右力も左などにして ちょい。
[0092] さらに、上述の実施形態では 2次元復調装置としてホログラム記録媒体を用いたホ ログラムメモリシステムについて説明した力 本発明はこれには限定されず、種々の バーコード、 2次元コードのための 2次元コード読取装置などにおける 2次元復調装 置にも適用できる。
[0093] さらにまた、上述の実施形態ではシンボル毎の最尤復号処理として判定帰還ビタビ 検出を例に説明した力 他の最尤復号、例えば、 BCJR復号法 (L.R. Bahl, J. Cocke, F. Jelinek, and J. Raviv, Optimal decoding or linear codes for minimizing symool err or rate," - IEEE Transactions on Information Theory, March. 1974, pp284- 287)を 用いても同様の効果を奏する。

Claims

請求の範囲
[1] 各々が複数の画素力 なる 2次元変調された複数の 2次元変調パターンシンンボル の集合としてデータページが記録された記録媒体から最尤復号処理により当該デー タページを再生する 2次元復調方法であって、
像センサ上の前記記録媒体力 受光された再生像の画素ずれ値を検出するステツ プと、
前記記録媒体から受光された再生像を示す前記像センサの出力信号を前記 2次 元変調パターンシンンボルに応じてブロック化して信号シンボルデータへ分割するス テツプと、
前記画素ずれ値に応じて前記信号シンボルデータ毎の最尤復号を実行するステツ プと、を含むことを特徴とする 2次元復調方法。
[2] 記録すべきデータを Mビットごとにグループ化するステップと、グループ化された M ビットごとに 2次元変調テーブルによりシンボルごとに Nビットデータ (ただし M < N、 M、 Nは整数）として割り当てる 2次元変調を実行して前記データページを生成する ステップと、を介して、前記 2次元変調されたデータページは、生成されたことを特徴 とする請求項 1記載の 2次元復調方法。
[3] 前記画素ずれ値に応じて複数の基準信号を算出するステップと、前記画素ずれ値 に対する前記基準信号を示す基準信号変換テーブルを作製して記憶するステップと 、を含み、前記画素ずれ値に応じて前記基準信号変換テーブルを参照して、前記信 号シンボルデータ毎の最尤復号を実行することを特徴とする請求項 1又は 2記載の 2 次元復調方法。
[4] 前記像センサはマトリクス型であり、前記画素ずれ値は前記像センサにおける行及 び列方向の画素ずれ値の組み合わせを含むことを特徴とする請求項 1〜3のいずれ かに記載の 2次元復調方法。
[5] 前記信号シンボルデータへ分割するステップにおいて、遮光パターンを前記 2次元 変調パターンシンンボルの 1つとして追加して前記最尤復号を実行することを特徴と する請求項 1〜4のいずれかに記載の 2次元復調方法。
[6] 前記最尤復号を実行するステップにおいて、トレリス線図における初期状態及び最 終状態は前記遮光パターンとすることを特徴とする請求項 1〜5のいずれかに記載の 2次元復調方法。
[7] 前記最尤復号を実行するステップにおいて、トレリス線図における状態値は、前記 2 次元変調されたデータページの変調規則における入力データに対応させることを特 徴とする請求項 1〜6のいずれかに記載の 2次元復調方法。
[8] 前記最尤復号は判定帰還ビタビ検出であることを特徴とする請求項 1〜7の 、ずれ かに記載の 2次元復調方法。
[9] 各々が複数の画素力 なる 2次元変調された複数の 2次元変調パターンシンンボル の集合としてデータページが記録された記録媒体から最尤復号処理により当該デー タページを再生する 2次元復調装置であって、
像センサと、
前記像センサ上の前記記録媒体から受光された再生像の画素ずれ値を検出する 手段と、
前記記録媒体から受光された再生像を示す前記像センサの出力信号を前記 2次 元変調パターンシンンボルに応じてブロック化して信号シンボルデータへ分割する手 段と、
前記画素ずれ値に応じて前記信号シンボルデータ毎の最尤復号を実行する手段 と、を含むことを特徴とする 2次元復調装置。
[10] 可干渉光を出射する光源と、前記可干渉光から参照光を生成する手段と、前記空 間光変調器を介しデータページを含む信号光を生成する手段と、前記参照光及び 信号光を前記記録媒体に照射する照射手段と、を有することを特徴とする請求項 9 記載の 2次元復調装置。
[11] 前記画素ずれ値に応じて複数の基準信号を算出するステップと、前記画素ずれ値 に対する前記基準信号を示す基準信号変換テーブルを作製して記憶するステップと 、を含み、前記画素ずれ値に応じて前記基準信号変換テーブルを参照して、前記信 号シンボルデータ毎の最尤復号を実行することを特徴とする請求項 9又は 10記載の 2次元復調装置。
[12] 前記最尤復号は判定帰還ビタビ検出であることを特徴とする請求項 9〜11の 、ず れかに記載の 2次元復調装置。
[13] 各々が複数の画素力 なる 2次元変調された複数の 2次元変調パターンシンンボル の集合としてデータページが記録された記録媒体から最尤復号処理により当該デー タページを再生するホログラム装置であって、
像センサと、
前記像センサ上の前記記録媒体から受光された再生像の画素ずれ値を検出する 手段と、
前記記録媒体から受光された再生像を示す前記像センサの出力信号を前記 2次 元変調パターンシンンボルに応じてブロック化して信号シンボルデータへ分割する手 段と、
前記画素ずれ値に応じて前記信号シンボルデータ毎の最尤復号を実行する手段 と、を含むことを特徴とするホログラム装置。
[14] 可干渉光を出射する光源と、前記可干渉光から参照光を生成する手段と、前記空 間光変調器を介しデータページを含む信号光を生成する手段と、前記参照光及び 信号光を前記記録媒体に照射する照射手段と、を有することを特徴とする請求項 13 記載のホログラム装置。
[15] 前記画素ずれ値に応じて複数の基準信号を算出するステップと、前記画素ずれ値 に対する前記基準信号を示す基準信号変換テーブルを作製して記憶するステップと 、を含み、前記画素ずれ値に応じて前記基準信号変換テーブルを参照して、前記信 号シンボルデータ毎の最尤復号を実行することを特徴とする請求項 13又は 14記載 のホログラム装置。
[16] 前記最尤復号は判定帰還ビタビ検出であることを特徴とする請求項 13〜15のいず れかに記載のホログラム装置。
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