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特開2022-189643変調符号作成方法およびホログラム記録再生装置
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022189643
(43)【公開日】2022-12-22
(54)【発明の名称】変調符号作成方法およびホログラム記録再生装置
(51)【国際特許分類】
   G11B 7/0065 20060101AFI20221215BHJP
   G11B 20/10 20060101ALI20221215BHJP
   G11B 20/18 20060101ALI20221215BHJP
   G03H 1/02 20060101ALI20221215BHJP
   G03H 1/04 20060101ALI20221215BHJP
   G03H 1/22 20060101ALI20221215BHJP
【FI】
G11B7/0065
G11B20/10 341Z
G11B20/10 301Z
G11B20/18 572C
G11B20/18 512Z
G11B20/18 522Z
G03H1/02
G03H1/04
G03H1/22
【審査請求】未請求
【請求項の数】8
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2021098337
(22)【出願日】2021-06-11
(71)【出願人】
【識別番号】000004352
【氏名又は名称】日本放送協会
(74)【代理人】
【識別番号】100097984
【弁理士】
【氏名又は名称】川野 宏
(74)【代理人】
【識別番号】100098073
【弁理士】
【氏名又は名称】津久井 照保
(72)【発明者】
【氏名】石井 紀彦
(72)【発明者】
【氏名】室井 哲彦
(72)【発明者】
【氏名】片野 祐太郎
(72)【発明者】
【氏名】信川 輝吉
【テーマコード(参考)】
2K008
5D044
5D090
【Fターム(参考)】
2K008AA04
2K008AA08
2K008BB04
2K008BB06
2K008CC03
2K008HH01
2K008HH12
2K008HH13
2K008HH14
2K008HH16
2K008HH18
2K008HH26
2K008HH28
5D044BC02
5D044BC04
5D044BC10
5D044GL10
5D044GL34
5D090BB16
5D090CC01
5D090CC04
5D090FF11
5D090KK12
5D090KK15
5D090LL08
(57)【要約】
【課題】振幅位相多値記録用に、輝点面積比率を低く、かつ符号化効率を高くしつつ、符号間干渉を良好に抑制し得る、効率的な変調符号を作成する変調符号作成方法およびホログラム記録再生装置を提供する。
【解決手段】 ホログラム記録媒体に記録される、入力信号に基づくページデータの画像要素として構成するとともに、少なくとも2値の階調を有する、互いに隣接する複数のシンボル22をグループ化してブロック21を形成する変調符号作成方法において、ブロック21を、縦方向に4個、横方向に4個並べた16個の、各々に複素振幅値が付与されたシンボル22から形成し、ブロック21毎に、16個のシンボル22のうち、輝点シンボル23の数を、符号化効率と輝点面積比率を要素とする式に基づいて決定する。
【選択図】図3
【特許請求の範囲】
【請求項1】
情報記録用のホログラム記録媒体に記録される、入力信号に基づくページデータの画像要素として構成するとともに、少なくとも2値の階調を有する、互いに隣接する複数のシンボルをグループ化してブロックを形成する変調符号の作成方法であって、
前記ブロックを、縦方向に4個、横方向に4個並べた16個の、各々に複素振幅値が付与されたシンボルから形成し、
該ブロック毎に、16個の該シンボルのうち、輝点となる該シンボルの数を、下式(A)に基づいて得られるビット輝点速度効率Eに基づいて決定することを特徴とする変調符号作成方法。
【数1】
ただし、aは輝点シンボル数、bはビット数、pは全シンボル数(=16)、(b/p)は符号化効率、(a/p)は輝点面積比率である。
【請求項2】
前記ブロック毎に、16個の前記シンボルのうち、3~15個の該シンボルが輝点となるように設定して前記変調符号を生成することを特徴とする請求項1に記載の変調符号作成方法。
【請求項3】
前記ブロック毎に、16個の前記シンボルのうち、5~13個の前記シンボルが輝点となるように設定して前記変調符号を生成することを特徴とする請求項1に記載の変調符号作成方法。
【請求項4】
前記ブロック毎に、16個の前記シンボルのうち、7~9個の前記シンボルが輝点となるように設定して前記変調符号を生成することを特徴とする請求項1に記載の変調符号作成方法。
【請求項5】
前記ブロック内の、輝点とされた前記シンボルのうち、所定のシンボルスキャン手法による所定の順番に位置する該シンボルに所定の振幅と所定の位相を付与して、基準シンボルとして設定することを特徴とする請求項1~4のうちいずれか1項に記載の変調符号作成方法。
【請求項6】
前記ブロックの中心から外側にスパイラル状に全ての前記シンボルをスキャンしていく際に、前記輝点とされた該シンボルのうち、所定の順番に位置する該シンボルを前記基準シンボルとして設定することを特徴とする請求項5に記載の変調符号作成方法。
【請求項7】
前記ブロックの角部からラスタ状に全ての前記シンボルをスキャンしていく際に、前記輝点とされた該シンボルのうち、第1番目に位置する該シンボルを前記基準シンボルとして設定することを特徴とする請求項5に記載の変調符号作成方法。
【請求項8】
請求項1~7のうちいずれか1項に記載の変調符号作成方法を用いて得られた変調符号により表されるページデータを記録再生するホログラム記録再生装置において、
入力信号に基づき生成された該ページデータのうち振幅データが表示される振幅用空間光変調手段と、該ページデータのうち位相データが表示される位相用空間光変調手段とを備え、該振幅用空間光変調手段および該位相用空間光変調手段に表示された該ページデータの振幅情報および位相情報を担持してなる信号光と、参照光とを干渉させてホログラム記録媒体に該ページデータの情報をホログラム記録するとともに、ホログラム記録された該ページデータの情報を再生する記録再生光学系と、
該再生された該ページデータの情報を撮像するイメージセンサと、から構成されてなることを特徴とするホログラム記録再生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、記録すべきページデータを構成するホログラムシンボルに係るn:r変調符号を作成する変調符号作成方法、および該変調符号を作成し、この変調符号を用いて作成されたページデータを、記録し、再生するホログラム記録再生装置に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、大容量のデータを効率的に記録することができる媒体として、ホログラフィックメモリ(ホログラム記録媒体)が注目されている。ホログラフィックメモリは、画像や音声、コンピュータ等の大容量メモリとしての利用が期待されている。
ホログラフィックメモリ記録再生システムでは、一般に、デジタルデータを担持した物体光を参照光とともにホログラム記録媒体に同時に照射し、ホログラム記録媒体中に形成される干渉縞を光記録媒体に書き込むことによって、該デジタルデータを記録する。一方、デジタルデータが記録されたホログラム記録媒体に参照光を照射すると、ホログラム記録媒体中に書き込まれた干渉縞により光の回折を生じて、上記物体光が担持していたデジタルデータを再生することができる。現在、一般的に用いられているホログラフィック記録再生システムの一例について図7および図8を参照しながら簡単に説明する。
【0003】
まず、記録時について説明する。図7は、ホログラフィック記録再生システム100の記録時に使用される光学部材の配置と光路(濃い一点鎖線)の一例を示す図である。なお、記録時に使用されない光学部材と光路(薄い二点鎖線で表される)も描かれている。
【0004】
レーザ光源101から出力され、シャッタ102を通過したレーザ光(ここではS偏光(縦偏光))が1/2波長板103によって45度偏光に偏光面を回転させられた後、PBS(偏光ビームスプリッタ)104にてP偏光およびS偏光に分割される。P偏光はPBS104を透過後、シャッタ105を通過する。その後、拡大レンズ106により拡大され、PBS107を透過し、反射型液晶素子等からなるSLM(空間光変調素子)108上に照射される。この照射された光は、SLM108の素子面に映出された白と黒のビットパターンによる2次元画像のデジタルデータを担持されるとともに、S偏光に変換されて(実際には、白表示とされた素子からの光がS偏光に変換される)反射され、物体光としてPBS107に戻る。このSLM108から戻った物体光は、PBS107により反射され、FT(フーリエ変換:以下同じ)レンズ109を通過後、空間フィルタ110でナイキスト周波数分を透過し、それ以上の周波数成分をカットし、さらに、FTレンズ111、FTレンズ112を透過してホログラム記録媒体113上に照射される。
【0005】
一方、PBS104によって反射されたS偏光は1/2波長板117を通過するが、ここでは、1/2波長板117とビームの偏光軸を合わせておき、ビームの偏光面は回転させない。次にPBS116に入射し、ここで反射され、ミラー120、ガルバノミラー121で順次反射され、リレーレンズ122を通過後、ホログラム記録媒体113上に照射される。このときホログラム記録媒体113上に照射された参照光と物体光はいずれもS偏光とされているので、このホログラム記録媒体113上で干渉して、この記録媒体113中に材料の屈折率分布として干渉縞が書き込まれることになる。
【0006】
次に再生時について図8を用いて説明する。図8は、ホログラフィック記録再生システム100の再生時の光学部材の配置と光路(濃い一点鎖線)の一例を示す図である。なお、再生時に使用されない光学部材と光路(薄い二点鎖線で表される)も描かれている。
PBS104までの処理の流れは記録時と同様であるが、PBS104を透過したP偏光はシャッタ105で遮断される。一方、反射されたS偏光は1/2波長板117の軸を45度の設定値へ変更して偏光面が90度回転され、P偏光となる。このP偏光はPBS116を通過後、ガルバノミラー115によって反射され、リレーレンズ114を通過後ホログラム記録媒体113に入射する。ホログラム記録媒体113に形成された干渉縞によって回折された信号光はFTレンズ112、FTレンズ111、空間フィルタ110、FTレンズ109を順次通過後、PBS107を通過して2次元撮像素子118で撮像され、その撮像信号が演算装置119で処理されることにより、デジタルデータが復元されることになる。
【0007】
このようなホログラフィック記録再生システム100において、FTレンズを通過する光は一種のローパスフィルタの作用を受け、信号再生する2次元撮像素子118では、点像が大きく広がり、また、近隣の点像が近い場合はその点像同士が接合してしまう再生像となる。また、レーザ光源101から出射する光スポットを拡大レンズ106でSLM108のサイズまで大きくすることになるので、SLM108の中心部が明るく、周辺部がやや暗い再生像となる。
【0008】
この場合の再生されたデジタルデータの閾値判定においては、輝度分布に応じて周辺部と中心部で閾値を変化させなければならない。しかしながら、輝度分布は記録条件、再生条件など種々の依存性があるので、一概には決定できない。そこで、記録コードとして、ある一定の範囲内で白と黒の判定を行う差分コードが提案されている(下記特許文献1を参照)。この手法をとることにより、ある一定の範囲内で白と黒の判別を行うことにより、データを良好に再生することが可能となる。
【0009】
ここで、n:r変調について、一例として5:9変調を用いて説明する。ホログラフィックメモリ記録システムにおいては、5:9変調とは、5ビットのデータを9個のピクセル(本発明においては「シンボル」と称する)で表すようにした変調を意味し、その9個のピクセルのうち、2個を白とし、そのほかを黒とするように取り決めた変調符号である。9個のピクセルから2個を白とするので、その選択数は下式(1)のように、36通りである。
【数1】
5ビットのデータは2=32であるので、36通りの中から32通りを選択することにより、5:9変調に対応することができる。
ホログラムの記録再生時には、再生された3(列)×3(行)の9ピクセル中で白である2個のピクセルを識別することで、そのピクセルの配置に応じて、5ビットの情報を復号できることになる。
【0010】
一方、ホログラフィックメモリでは、振幅や位相も用いてさらに多値化する振幅位相多値が可能である(下記特許文献2および下記特許文献3を参照)。
さらに、振幅位相多値記録用の変調符号も提案されている(下記非特許文献1を参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0011】
【特許文献1】特許第3209493号
【特許文献2】特許第5862896号
【特許文献3】特許第5988054号
【非特許文献】
【0012】
【非特許文献1】N.Kinoshita, et. al.: 20:9 Modulation Code for Complex Amplitude Multi-Level Modulation in Holographic Memory, ISOM’20, Su-A-02, pp.3-4(2020)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0013】
前述した変調符号は、振幅位相の信号点配置と変調符号を最適に選ぶ必要があり、上記非特許文献1に記載の技術では、3×3の9ピクセル中の中心を標準ピクセル(本発明においては「基準シンボル」と称する)とし、この標準ピクセルを、振幅255(8ビットグレースケール時)、位相0に設定している。この場合、中心の標準ピクセルを含め、輝点が5個となるので、輝点面積比率は(5/9)=0.56となり、ビット数は20となり、符号化効率は(20/9)=2.22と計算される。この符号化効率はできるだけ高くすることが望まれている。
また、ホログラフィックメモリの場合、輝点間の光学的な干渉や、記録媒体に使用されるフォトポリマー媒体のモノマ消費や感度の観点から、輝点数をなるべく少ない数とした方がよく、また、光学系の高域遮断による符号間干渉を避ける意味でも、輝点数をなるべく少ない数として、輝点間の距離を長く取れるようにすることが望まれる。
【0014】
本発明者は、上記観点に立って種々の変調符号について鋭意検討した結果、ピクセル数を16とした変調符号の中で、上記の課題を解決し得る変調符号を見出していくことが肝要であると、考えるに至った。
【0015】
本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、振幅位相多値記録用に、輝点面積比率を低く、かつ符号化効率を高くしつつ、符号間干渉を良好に抑制し得る、効率的な符号を作成することが可能な、変調符号作成方法およびホログラム記録再生装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【0016】
本発明の変調符号作成方法は、
情報記録用のホログラム記録媒体に記録される、入力信号に基づくページデータの画像要素として構成するとともに、少なくとも2値の階調を有する、互いに隣接する複数のシンボルをグループ化してブロックを形成する変調符号の作成方法であって、
前記ブロックを、縦方向に4個、横方向に4個並べた16個の、各々に複素振幅値が付与されたシンボルから形成し、
該ブロック毎に、16個の該シンボルのうち、輝点となる該シンボルの数を、下式(A)に基づいて得られるビット輝点速度効率Eに基づいて決定することを特徴とする変調符号作成方法。
【数2】
ただし、aは輝点シンボル数、bはビット数、pは全シンボル数(=16)、(b/p)は符号化効率、(a/p)は輝点面積比率である。
なお、本願明細書の記載においては、「シンボル」単体を複数個集合させてグループ化した「シンボル」の群を「ブロック」と称するものとする。
【0017】
この場合において、前記ブロック毎に、16個の前記シンボルのうち、3~15個の該シンボルが輝点となるように設定して前記変調符号を生成することが好ましい。
また、この場合において、前記ブロック毎に、16個の前記シンボルのうち、5~13個の前記シンボルが輝点となるように設定して前記変調符号を生成することがより好ましい。
また、この場合において、前記ブロック毎に、16個の前記シンボルのうち、7~9個の前記シンボルが輝点となるように設定して前記変調符号を生成することがさらに好ましい。
【0018】
また、前記ブロック内の、輝点とされた前記シンボルのうち、所定のシンボルスキャン手法による所定の順番に位置する該シンボルに所定の振幅と所定の位相を付与して、基準シンボルとして設定することが好ましい。
また、前記ブロックの中心から外側にスパイラル状に全ての前記シンボルをスキャンしていく際に、前記輝点とされた該シンボルのうち、所定の順番に位置する該シンボルを前記基準シンボルとして設定することが好ましい。
さらに、前記ブロックの角部からラスタ状に全ての前記シンボルをスキャンしていく際に、前記輝点とされた該シンボルのうち、第1番目に位置する該シンボルを前記基準シンボルとして設定することも好ましい。
【0019】
また、本発明のホログラム記録再生装置は、
上述したいずれかの変調符号作成方法を用いて得られた変調符号により表されるページデータを記録再生するホログラム記録再生装置において、
入力信号に基づき生成された該ページデータのうち振幅データが表示される振幅用空間光変調手段と、該ページデータのうち位相データが表示される位相用空間光変調手段とを備え、該振幅用空間光変調手段および該位相用空間光変調手段に表示された該ページデータの振幅情報および位相情報を担持してなる信号光と、参照光とを干渉させてホログラム記録媒体に該ページデータの情報をホログラム記録するとともに、ホログラム記録された該ページデータの情報を再生する記録再生光学系と、
該再生された該ページデータの情報を撮像するイメージセンサと、から構成されてなることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【0020】
データ記録の観点からは符号化効率が高く情報量が大きいことが望まれ、一方、ホログラムメモリの記録媒体に使用されるフォトポリマー媒体のモノマ消費や感度の観点から、輝点数をなるべく少ない数とした方がよく、また、光学系の高域遮断による符号間干渉を避ける意味でも、輝点数をなるべく少ない数として、輝点間の距離を長く取れるようにすることが望まれる。
一方、記録速度の向上を図る観点からは、各ブロックにおけるビット数を増加させることが有効であるが、上記容量的な観点と記録速度の観点との重みは、4:1程度である(例えば、ストレージLTO(Ultrium(登録商標))では、容量:速度=4:1程度の関係とされる)ので、これらの要素に鑑みると、(符号化効率)1.25/輝点面積比率の値(ビット輝点速度効率E)を大きな値とすることが重要である。ここで、符号化効率の指数を1.25(=5/4)としたことについて、若干補足する。すなわち、符号化効率は単位面積当たりのビット数を表しているので、容量と同じディメンジョンと考えてよい。一方、転送速度も(容量/4)に比例するので、容量と同じディメンジョンとすることができ、結局、容量×転送速度を符号化効率で表すと、符号化効率5/4とおくことができる。
本発明の変調符号作成方法においては、上記観点を考慮した下記評価式(2)に基づき、輝点の数に係るビット輝点速度効率Eを求め、1ブロック内の輝点数を決定しているので、輝点面積比率を低く、かつ符号化効率を高くしつつ、符号間干渉を良好に抑制し得る、効率的な変調符号を作成することができる。
また、本発明のホログラム記録再生装置によれば、このような良好な変調符号を作成し得るホログラム記録再生装置を構築することができる。
【0021】
【数3】
ここで、aは輝点シンボル数、bはビット数、pは全シンボル数(=16)、(b/p)は符号化効率、(a/p)は輝点面積比率である。
具体例で示すと、縦4個×横4個のシンボルを配列したブロックの場合、16個のシンボルのうち、例えば、3~15個のシンボルが輝点となるように設定して前記変調符号を生成するようにした場合、ビット輝点速度効率Eは、上式(2)から、5.57より大きい値となり、前述した非特許文献1に示されたもの(ビット輝点速度効率Eが5.50である)に比べて符号化効率および輝点面積比率がトータルとして良好な変調符号を作成することができる。
【図面の簡単な説明】
【0022】
図1】本発明の実施形態による変調符号作成方法を用いて得られた変調符号に係るページデータを記録再生するホログラム記録再生装置のしくみを説明するための概略図である。
図2】本実施形態による変調符号作成方法により生成された変調符号(ブロック)のシンボル番号を示す図である。
図3】本実施形態による変調符号作成方法に係る変調符号(1ブロックが16シンボル(各2値の階調)、輝点数7で表される)を示す概念図である。
図4】本発明の実施例および比較例についての比較結果を得るための、サンプル作成のシミュレーションに係るフローを示す図である。
図5】変調符号(1ブロックが16シンボル(各4値の階調)で表される)の輝点数に応じてビット輝点速度効率が変化する様子を示すグラフである。
図6図4に示すサンプル作成のシミュレーションにより得られた実施例および比較例についてのサンプルによる、再生像およびヒストグラムを示すものである(ガウスフィルタσが、0.50の場合と0.45の場合を各々示す)。
図7】ページデータを記録再生する一般的なホログラム記録再生システム(記録時)のしくみを説明するための概略図である。
図8】ページデータを記録再生する一般的なホログラム記録再生システム(再生時)のしくみを説明するための概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0023】
以下、本発明の実施形態に係る変調符号作成方法およびホログラム記録再生装置について、図面を参照しながら説明する。
(ホログラム記録再生装置)
図1は、本発明の実施形態に係るホログラム記録再生装置200における処理の流れを示す概略図である。
ホログラム記録再生装置200に、記録したい入力データ201のデータ列が入力されると、この入力データ201のデータ列は、図1では(A)として表された変調処理により、ページデータ202に変換される。ここで、ページデータ202は振幅と位相をそれぞれ表すための2つの実数2次元配列として格納される。
【0024】
ページデータ202のうち、振幅を表す2次元配列された画素値は、振幅用SLM311に入力され、これにより振幅用SLM311には振幅を表す2次元配列された画素値が表示される。一方、上記ページデータ202のうち、位相を表す2次元配列された画素値は、位相用SLM312に入力され、これにより位相用SLM312には位相を表す2次元配列された画素値が表示される。
【0025】
上記振幅用SLM311に入力されたレーザ光は、上記振幅用SLM311において振幅を表す2次元配列された画素値により空間的に変調され、図示されないレンズにより上記位相用SLM312上に結像される。位相用SLM312上に結像されたレーザ光は、上記位相用SLM312において位相を表す2次元配列された画素値により空間的に変調され、信号光203として、レンズ213を介してホログラム記録媒体206の所定領域に入射される。
【0026】
すなわち、ホログラム記録媒体206の所定領域に入射された信号光203は、振幅と位相の両方で空間的に変調されたレーザ光とされ、レンズ213においてフーリエ変換されてホログラム記録媒体206の所定領域に入射されたものとなる。
【0027】
また、信号光203がホログラム記録媒体206の所定領域に入射されるのと同時に、別の角度から参照光(記録時用)204が、この所定領域に入射され、これにより、この所定領域(媒体内部)に、上記ページデータ202の情報がホログラム(干渉縞)として記録される。
なお、位相用SLM312による空間変調処理の後に、振幅用SLM311による空間変調処理を行う手法によっても、上記と同様の信号光を得ることができる。
【0028】
ホログラム記録媒体206の上記所定領域に対し、裏面から参照光(再生時用)205が入射(記録時用の参照光204の入射方向とは対向する方向から入射)されると、回折現象により、この所定領域から、上記信号光203の入射方向に、上記ページデータ202の情報を有する再生光208が射出される。この再生光208はレンズ213によりフーリエ変換(フーリエ逆変換)され、撮像素子214により撮像される。
【0029】
ここで、この撮像素子214に再生光208とともに、所定のプローブ光209を入射させ、再生光208に対してこのプローブ光の位相を順次ずらしていくことにより複数の位相差の干渉縞模様を得ることができる(位相シフト干渉計測法)。これら複数の位相差の干渉縞模様に基づき、所定の計算を行うことにより振幅情報のみならず位相情報についても明確とされた再生ページデータ211が得られる。通常は、この位相差をπ/2とし、4枚(4位相)の干渉縞模様210を得る手法(4位相シフト法)を採用することにより、その後の所定の計算を容易なものとする。
【0030】
この再生ページデータ211に、所定の変換処理(復調処理:図1では(B)として表す)がなされて、元の入力データ201のデータ列に対応する、出力データ212のデータ列が、ホログラム記録再生装置200から出力される。
【0031】
(変調符号作成方法)
前述したように、入力データ201のデータ列は、本実施形態に係る変調符号作成方法により、ページデータ202に変換されることになる。
前述した非特許文献1に記載された先行技術においては、特に、入力信号をページデータに変換する際において、効率よくビット誤りの数を低減する、という点において改良の余地があった。
【0032】
そこで、本実施形態に係る変調符号作成方法では、下記のようにして定義された変調符号を用いてページデータ202への変換を行うようにしており、これにより、入力信号をページデータに変換する際において、輝点面積比率と符号化効率の両者をトータルとして良化し得るようにしている。
【0033】
また、再生時には、上記再生ページデータ211から出力データ212のデータ列に復調する復調処理(図1中の(B)部分)を行うことになるが、復調処理は上記変調処理と対を成すものであり、復調処理を行う符号も変調符号と称して説明を行う。
【0034】
ここで、上記変調符号(以下、ブロック21(図2を参照)と称する)は、以下のような定義の下に生成される。
1)各ブロック21は、各々に複素振幅値が付与されたシンボル22を、縦4個×横4個のマトリクス状に配列して、矩形状のグループを構成する。
2)各シンボル22は少なくとも2値の階調を有する。
3)各ブロック21は、16個のシンボル22のうち、3個~15個の、図3に示すような輝点シンボル23を設定する(図3では白表示で表される)。
4)また、望ましくは、図3に示すように、ブロック21内の1つの輝点シンボル23を「基準シンボル24」として定める。この基準シンボル24には既知の複素振幅を付与し、それ以外の通常のシンボル22には、入力データ201に応じた複素振幅が付与される。
【0035】
ところで、仮に、非特許文献1のように、1ブロック21内の、予め設定された絶対位置(例えば、図2のブロック21内において、番号7が付されているシンボル22の位置)を、基準シンボル24とすれば、番号7が付されているシンボル22は複素振幅が一義的に決定されてしまう。
【0036】
したがって、番号7が付されているシンボル22以外の通常のシンボル22に情報が担持されることになり、その個数は16個-1個=15個となる。そのうち、全ての輝点シンボル23をn個とすれば、基準シンボル24を除いた輝点シンボル23の個数は(n-1)個である。この場合の、輝点シンボル23が取り得る位置の組み合わせ数Sは、下式(3)で表される。
【0037】
15n-1 ……(3)
仮に、nを7と置けば、輝点が取り得る位置の組み合わせ数S´は、下式(3´)で表される。
´=15=5,005 ……(3´)
【0038】
これに対して、本実施形態においては、基準シンボル24は、1ブロック21内の、予め定められた絶対位置に設定しているのではなく、輝点シンボル23のうち、所定シンボル走査による所定の順番に位置するシンボルを基準シンボル24として設定している。
例えば、輝点シンボル23の数を7としたとき、これら7つの輝点シンボル23のうち、n番目(例えば4番目)の輝点シンボル23を、振幅255(8ビットグレースケール時)、位相0である基準シンボル24として設定する。
【0039】
すなわち、このブロック21内で、全シンボル22を通過するように所定のスキャン(例えばラスタースキャン(図2のブロック内21で、全シンボル22が番号順に指定されるスキャン))を行った場合における第n番目の輝点シンボル23を基準シンボル24として設定するようにしている。
これにより、4×4のシンボル22において基準シンボル24が特定され、この基準シンボル24とされた輝点シンボル23に、所定の振幅と位相(振幅255(8ビットグレースケール時)、位相0)が設定される。この場合の、輝点シンボル23が取り得る位置の組み合わせ数Sは、下式(4)で表される。
【0040】
16 ……(4)
仮に、nを7と置けば、輝点が取り得る位置の組み合わせ数S´は、下式(4´)で表される。
´=16=11,440 ……(4´)
であり、このときのビット数としては、213を含むことになるので13ビットとなる。
さらに、輝点シンボル23のうち、基準シンボル24以外の6つの輝点シンボル23においては、振幅位相の16値を取得できるので、各輝点シンボル23で各々4ビットの情報を記録することができる。
すなわち、本実施形態における変調符号を用いることにより、
13+4+4+4+4+4+4=37 ビットの情報を記録することができる。
【0041】
なお、本実施形態では、このような取り決めに限られるものではなく、基準シンボル24のシンボル位置を、その他のスキャンによる、その他の順番取り決めにより決定してもよい。例えば、順番としては、第1番目の輝点シンボル23としてもよいし、最後の輝点シンボル23としてもよい。なお、基準シンボル24を設定することにより、再生データの振幅分布と位相分布に生じるノイズ(レーザ光、記録媒体に起因する空間的な不均一性)を排除して復号することが可能となる。
【0042】
そして、このように、絶対位置により基準シンボル24の位置を定める、非特許文献1の技術とは異なり、基準シンボル24の位置として、所定のスキャン手法において、何番目の輝点シンボル23かという相対位置のみ決定することでブロック21を生成することにより、輝点が取り得る位置の組み合わせ数を大幅に増大させることができる。
【0043】
また、基準シンボル24について隣接するブロック21からの符号間干渉の影響を低減するスキャン手法として、中心部の所定のシンボル22からスパイラル状にスキャンしていき、そのスキャン順で最初に通過した輝点を基準シンボル24に設定する。
つまり、図3において、6⇒7⇒11⇒10⇒9⇒5⇒1⇒2⇒3⇒4⇒8⇒12⇒16⇒15⇒14⇒13のシンボル22の順番でスキャンし、最初に通過した7の輝点シンボル23を基準シンボル24とする。
【0044】
また、本実施形態においては、1ブロック21が、縦4個、横4個に配列した16個のシンボル22から構成するように設定している。しかし、シンボル22の数を16に固定した場合にも、そのうちの輝点シンボル23の数(n:前述した例では7としている)を変化させることで、とり得るビット数b、符号化効率(b/p)、輝点面積比率(a/p)が変化する。ここで、aは輝点シンボル数、pは全シンボル数である。
【0045】
データ記録の観点からは符号化効率が大きく、情報量を多くすることが望まれるため、上記符号化効率(b/p)は大きく設定されるのが好ましい。
その一方、ホログラムメモリの感光材記録媒体のモノマ消費という観点からは、上記輝点面積比率(a/p)を低くすることが望まれる。
【0046】
これらの要望を両立させるためには、符号化効率(b/p)が高く、輝点面積比率(a/p)が低くなるときに、良好な評価値を示すような評価式を規定することが好ましく、方向性としては、符号化効率(b/p)を輝点面積比率(a/p)で割った値を評価値とすることが考えられる。
【0047】
また、記録速度の観点からは同じブロック21の領域内でのビット数の向上が記録速度の向上につながるが、記録密度の観点との重みを考えると、1/4程度であるので、このことを考慮に入れると、(符号化効率(b/p))1.25/(輝点面積比率(a/p))を評価式とすることが有効である。なお、符号化効率(b/p)の指数は以下の理由で1.25に設定している。
すなわち、符号化効率は単位面積当たりのビット数を表しているので、容量と同じディメンジョンと考えてよい。一方、転送速度も(容量/4)に比例するので、容量と同じディメンジョンとすることができ、結局、容量×転送速度を符号化効率で表すと、符号化効率5/4とおくことができる。
以上の点に鑑み、評価式は下式(5)で表される。
【数4】
【0048】
1ブロック21が、縦4個、横4個に配列した16個のシンボル22から構成され、そのうちの輝点シンボル23の数を2~15の範囲で変化させた場合のビット輝点速度効率Eの値を上式(5)で計算し、その結果を下表1に示す。なお、各輝点シンボル23はいずれも4値の階調に設定されている。
さらに、輝点シンボル数に応じた、表1に示されたビット輝点速度効率Eの相関関係を図5に示す。
なお、上記ビット輝点速度効率Eにおいては、前述した基準シンボル24を特定しない状態で算出するようにしている。
【0049】
【表1】
【0050】
上述した、16個のシンボル22から構成された変調符号は、ビット輝点速度効率Eが総じて高い値となっているが、比較例(表1の最上段に示す)の変調符号のビット輝点速度効率E(5.50)と比べると、輝点数aが2の場合にはこの比較例よりも小さい値となってしまうので、輝点数aを3~15個とすることがビット輝点速度効率Eを5.50より大きな値とするために必要となる。
したがって、本発明においては、16個のシンボル22から構成された変調符号を、輝点シンボル23の数が3~15個に限定するようにして作成している(ビット輝点速度効率Eが5.57以上となる)。
なお、非特許文献1のものでは、ビット数bを20としているが、最大値までビット数bをとるようにすると22となるので、上記表1に示された比較例では、ビット数bを22としている。
【0051】
また、前述した、データ記録の観点およびホログラムメモリの感光材記録媒体のモノマ消費という観点を両立させるという点から、ビット輝点速度効率Eを6.00以上とすることが好ましく、表1より、輝点シンボル数23を、5~13個に設定することが好ましい。
また、上記と同様の理由で、ビット輝点速度効率Eを6.45以上とすることがさらに好ましく、表1より、輝点シンボル数23を、7~9個とすることがさらに好ましい。
なお、ビット輝点速度効率Eは、表1に示すように輝点シンボル数が7の時に最大値6.52を示す。
【実施例0052】
以下、上述した実施形態のうちの1態様に係る変調符号(1ブロックを縦4、横4で合計16個のシンボル22により構成し、そのうち9個を輝点シンボル23とし、輝点シンボル23のうちいずれか1つの輝点シンボル23を基準シンボル24に設定し、他のシンボル22は4値の階調をとり得るように作成する。37:16変調)を実施例とする。
また、前述した非特許文献1に記載された変調符号(1ブロックを縦3、横3で合計9個のシンボルにより構成し、そのうち5個を輝点シンボルとし、さらに、輝点シンボルの1つを中央の位置に設定し、この輝点シンボルを基準シンボルに設定し、他のシンボルは4値の階調をとり得るように作成する。22:9変調)を比較例とする。
以下、上記実施例および上記比較例に係る変調符号を評価するためのシミュレーションの流れについて図4を用いて説明する。
【0053】
上述した実施例に係る変調符号と、上述した比較例に係る変調符号を作成し、これらの変調符号を用いて形成されたページデータを記録再生するシミュレーションを行い、各再生データについて評価した結果を図6に示す。
【0054】
まず、入力データ201であるランダムデータを取り込み(S1)、上記実施例に係る37-16変調符号を作成する(S2)とともに、上記比較例に係る22-9変調符号を作成する(S2´)。
【0055】
次に、上記ステップ2(S2)および上記ステップ2´(S2´)で作成された各変調符号により2次元ページデータ(縦144シンボル×横144シンボル)を作成し(S3)、このページデータにAWGN(Additive white Gaussian noise)を付加し(S4)、ノイズと光学系による高域カットフィルタとして、ガウスフィルタ(σ=0.50およびσ=0.45のガウスフィルタを順に用いる)を入れた状態に設定する(S5)。
【0056】
続いて、これらのページデータを記録し、再生し(S6)、その再生データから輝度分布のヒストグラムを得る(S7)。その再生像および、その輝度分布のヒストグラムを図6に示す。
【0057】
上記実施例と上記比較例について、計算により得られたヒストグラムの山の重なり具合(山と山の間にできる谷)を互いに比較すると、ガウスフィルタがσ=0.50およびσ=0.45のいずれの場合であっても、本実施例の方が比較例よりも山の重なりが少なくなっており、換言すれば、本実施例の方が比較例よりも誤りの少ない状態で再生できることが明らかである。
【0058】
本発明の変調符号作成方法およびホログラム記録再生装置としては上記実施形態のものに限られるものではない。例えば、ホログラム記録再生装置としては、必ずしも、1つの装置で記録機能と再生機能を併せ有していなくてもよく、記録機能を有する装置と、再生機能をする装置が別体とされていてもよい。
【0059】
また、上記実施形態や実施例においては、基準シンボルは、各ブロックに1つとされているが、各ブロックに2つ以上とすることも可能である。2つ以上の場合には、それらのシンボルの読取り値を平均してもよいし、条件に応じて、基準とするシンボルを選択すること等の種々の取扱い手法とすることが可能である。
【符号の説明】
【0060】
21 ブロック
22 シンボル
23 輝点シンボル
24 基準シンボル
100、200 ホログラフィック記録再生システム(ホログラム記録再生装置)
101 レーザ光源
102、105 シャッタ
103、117 1/2波長板
104、107 PBS(偏光ビームスプリッタ)
106 拡大レンズ
108 SLM(空間光変調素子)
109、111、112 FTレンズ
110 空間フィルタ
113、206 ホログラム記録媒体(記録媒体)
114、122 リレーレンズ
115、121 ガルバノミラー
116 PBS
118、214 2次元撮像素子(撮像装置)
119 演算装置
120 ミラー
201 入力データ
202 ページデータ
203 信号光
204 参照光(記録時)
205 参照光(再生時)
207 ホログラム
208 再生光
209 プローブ光
210 4位相の干渉縞模様
211 再生ページデータ
212 出力データ
311 振幅用SLM
312 位相用SLM
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8