(57)【要約】【課題】信号光と参照光との干渉縞によりデータが記録されたホログラム記録媒体についての再生を行うにあたり、上記参照光と共にＤＣ光を照射して読み出しを行う場合において、上記ＤＣ光のフーリエ面（メディアの記録面に相当）における強度集中を抑制してデータ破壊の防止を図る。【解決手段】上記ＤＣ光に分割的な位相変調を施す。例えば「π／２」「３π／２」の２値をランダムに配置した位相変調を施す。これにより上記ＤＣ光のフーリエ面上での強度集中が抑圧され、メディアに記録されたデータの破壊が防止される。【選択図】図１０
2010067300.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号光と参照光との干渉縞によってデータが記録されたホログラム記録媒体に対して光照射を行うための光源と、
上記信号光の生成領域としての信号光エリアと上記参照光の生成領域としての参照光エリアとが設定され且つ入射光に対し画素単位による空間光変調を施す空間光変調器を有し、上記入射光についての空間光強度変調を行うように構成された強度変調部と、
上記信号光エリアと上記参照光エリアとが設定され且つ入射光に対し画素単位による空間光位相変調を施す位相変調器と、
上記光源より発せられた光を上記強度変調部、上記位相変調器、及び対物レンズを介して上記ホログラム記録媒体に対して導く光学系と、
上記空間光変調器と上記位相変調器における上記参照光エリア内の各画素を駆動制御することで上記参照光を生成させると共に、上記空間光変調器の信号光エリアについては、全画素で同一の変調量による空間光強度変調が施されるように駆動制御し、上記位相変調器の信号光エリアについては、一部の位相変調量を上記参照光の照射に応じて上記ホログラム記録媒体から得られる再生像内の基準位相と同位相とするための位相変調量とし他の部分の位相変調量を上記一部の位相変調量に対しπ異なる位相変調量とするようにして駆動制御を行うことで、上記再生像に対して加算されるべきＤＣ光を生成させる変調制御部と
を備える再生装置。
【請求項２】
上記変調制御部は、
上記位相変調器の上記信号光エリア内の位相変調が所要のユニット単位を最小変調単位として行われるように駆動制御を行う
請求項１に記載の再生装置。
【請求項３】
上記ユニットは上記信号光エリア内を格子状に領域分けして設定されたものである
請求項２に記載の再生装置。
【請求項４】
上記ユニットとしてそれぞれサイズの異なる複数種のユニットが設定されている請求項２に記載の再生装置。
【請求項５】
上記変調制御部は、
上記ユニットを最小変調単位としてπ／２又は３π／２による位相変調が施されるようにして上記位相変調器を駆動制御する
請求項２に記載の再生装置。
【請求項６】
上記再生装置は上記ホログラム記録媒体についての記録機能も有しており、
上記変調制御部は、
記録時には、上記空間光変調器に対する駆動制御として、上記信号光エリアの入射光に対し記録データに応じた「０」「１」の光強度パターンが与えられ、上記参照光エリア内の入射光に対し所定の「０」「１」の光強度パターンが与えられるようにして各画素を駆動制御し、且つ上記位相変調器に対する駆動制御として、上記信号光エリア及び上記参照光エリアの入射光に対し画素単位で０又はπによる位相変調が施されるようにして各画素を駆動制御すると共に、
再生時には、上記空間光変調器に対する駆動制御として、上記信号光エリアの入射光に対しその全域に所定の強度変調量による空間光強度変調が施され、上記参照光エリア内の入射光に対し記録時と同じ光強度パターンが与えられるようにして各画素を駆動制御し、且つ上記位相変調器に対する駆動制御として、上記参照光エリアの入射光に対し記録時と同じ位相変調パターンによる空間光位相変調が施され、上記信号光エリアの入射光に対し上記ユニットを最小変調単位としたπ／２又は３π／２による位相変調が施されるようにして各画素を駆動制御する
請求項５に記載の再生装置。
【請求項７】
入射像を画素単位で受光して画像信号を得るイメージセンサをさらに備え、
上記光学系は、
上記参照光の照射に応じ上記ホログラム記録媒体から得られる上記再生像と、上記ホログラム記録媒体を介した上記ＤＣ光とを上記イメージセンサに対して導くように構成されていると共に、
上記イメージセンサの受光結果として得られる画像信号を入力し、該画像信号を構成する各値の平方根を計算する平方根計算部と、
上記平方根計算部による平方根計算結果としての画像信号から上記ＤＣ光の成分を除去するオフセット除去部と、
上記オフセット除去部による除去処理後の画像信号に基づき、記録されたデータを再生するための再生処理を行う再生処理部とをさらに備える
請求項５に記載の再生装置。
【請求項８】
上記再生処理部は、
上記画像信号中における上記空間光変調器のピクセル単位の振幅値について、振幅値「０」のピクセルはデータ「０」、振幅値「０」以外のピクセルはデータ「１」とするデータ識別を行って記録されたデータを再生する
請求項７に記載の再生装置。
【請求項９】
上記再生装置は上記ホログラム記録媒体についての記録機能も有しており、
上記変調制御部は、
上記空間光変調器の駆動制御として、上記信号光エリア内における上記ユニットの境界領域となる各画素の光強度が「０」となるように駆動制御を行う
請求項２に記載の再生装置。
【請求項１０】
上記強度変調部は、
上記入射光の偏光方向を画素単位で変化させる強誘電性液晶素子を備えて構成された空間光変調器と、
上記空間光変調器を介した光が入射される位置に挿入された偏光ビームスプリッタとを有して構成される
請求項１に記載の再生装置。
【請求項１１】
上記強度変調部は、
上記入射光に対する画素単位による空間光強度変調が可能に構成された強度変調器としての空間光変調器で構成される
請求項１に記載の再生装置。
【請求項１２】
信号光と参照光との干渉縞によってデータが記録されたホログラム記録媒体に対して光照射を行うための光源と、上記信号光の生成領域としての信号光エリアと上記参照光の生成領域としての参照光エリアとが設定され且つ入射光に対し画素単位による空間光変調を施す空間光変調器を有し、上記入射光についての空間光強度変調を行うように構成された強度変調部と、上記信号光エリアと上記参照光エリアとが設定され且つ入射光に対し画素単位による空間光位相変調を施す位相変調器と、上記光源より発せられた光を上記強度変調部、上記位相変調器、及び対物レンズを介して上記ホログラム記録媒体に対して導く光学系とを備えた再生装置における再生方法であって、
上記空間光変調器と上記位相変調器における上記参照光エリア内の各画素を駆動制御することで、上記参照光を生成させる参照光生成ステップと、
上記空間光変調器と上記位相変調器における上記信号光エリア内の各画素の駆動制御として、上記空間光変調器の信号光エリアについては、全画素で同一の変調量による空間光強度変調が施されるように駆動制御し、上記位相変調器の信号光エリアについては、一部の位相変調量を上記参照光の照射に応じて上記ホログラム記録媒体から得られる再生像内の基準位相と同位相とするための位相変調量とし他の部分の位相変調量を上記一部の位相変調量に対しπ異なる位相変調量とするようにして駆動制御を行うことで、上記再生像に対して加算されるべきＤＣ光を生成させるＤＣ光生成ステップと
を有する再生方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、参照光と信号光との干渉縞によってデータが記録されたホログラム記録媒体についての再生を行う再生装置とその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
【特許文献１】特開２００６−１０７６６３号公報
【特許文献２】特開２００７−７９４３８号公報
【特許文献３】特開２００８−１５２８２７号公報
【０００３】
例えば上記の特許文献１，２にあるように、信号光と参照光との干渉縞によりホログラムを形成することでデータの記録を行い、また上記干渉縞としてのホログラムにより記録されたデータを上記参照光の照射によって再生するホログラム記録再生方式が知られている。このホログラム記録再生方式としては、上記信号光と上記参照光とを同軸上に配置して記録を行う、いわゆるコアキシャル方式が知られている。
【０００４】
図１４、図１５は、コアキシャル方式によるホログラム記録再生手法について説明するための図として、図１４は記録手法、図１５は再生手法についてそれぞれ示している。
先ず、図１４において、記録時には、光源からの入射光に対し、ＳＬＭ（空間光変調器）１０１にて空間光強度変調（光強度変調、又は単に強度変調とも称する）を施すことで、図のように同軸上に配置された信号光と参照光とを生成するようにされる。ＳＬＭ１０１は、例えば画素単位で入射光を透過／遮断する液晶パネルなどで構成することができる。
このとき、上記信号光としては、記録データに応じた強度パターンを与えるようにして生成する。また、上記参照光は、予め定められた所定の強度パターンを与えるようにして生成する。
【０００５】
このようにＳＬＭ１０１にて生成された信号光及び参照光は、位相マスク１０２に入射する。このとき、位相マスク１０２によっては、図示されるように信号光・参照光に対してランダム位相パターンが与えられる。
【０００６】
ここで、信号光・参照光に対してランダムな位相変調パターンを与えるのは、信号光と参照光との干渉効率の向上や、信号光・参照光のスペクトルの拡散を図ることでＤＣ成分を抑圧し、高記録密度化を図るためである。
このようなＤＣ成分の抑圧を図るための具体的な位相変調パターンとしては、例えば「０」「π」の２値によるランダムパターンを設定するものとされている。すなわち、位相変調を行わないピクセル（つまり位相＝０）と、位相をπ（１８０°）だけ変調するピクセルとが半々となるようなランダムな位相変調パターンを設定するものである。
【０００７】
ここで、ＳＬＭ１０１による光強度変調によっては、信号光として、その光強度が記録データに応じて「０」「１」に変調された光が生成される。このような信号光に対し、「０」又は「π」による位相変調が施されることによっては、光の波面の振幅として、「−１」「０」「１（＋１）」を有する光がそれぞれ生成されることになる。すなわち、光強度「１」で変調されたピクセルについて位相「０」の変調が与えられたときは、振幅は「１」であり、位相「π」による変調が得られたときは振幅は「−１」となる。なお、光強度「０」のピクセルについては位相「０」又は「π」の何れの変調に対しても振幅は「０」のままである。
【０００８】
確認のために、図１６に位相マスク１０２が無い場合（図１６（ａ））と有る場合（図１６（ｂ））とでの信号光・参照光の違いを示しておく。なお、この図１６においては色濃度により光の振幅の大小関係を表現している。具体的に、図１６（ａ）では黒色→白色により振幅「０」→「１」を表し、図１６（ｂ）では黒色→灰色→白色により振幅「−１」→「０」→「１（＋１）」を表している。
【０００９】
上記位相マスク１０２による位相パターンは、ランダムパターンとされている。これによって、ＳＬＭ１０１から出力される信号光内の光強度「１」のピクセルを振幅「１」と「−１」とにランダム（半々）に分けることができるようにされている。このように振幅「１」と「−１」とにランダムに分けられることで、フーリエ面（周波数平面：この場合はメディア上での像と考えればよい）において均質にスペクトルをばらまくことができ、これによって信号光におけるＤＣ成分の抑圧を図ることができる。また位相マスク１０２によれば、参照光のＤＣ成分の抑圧も図られ、結果として上記フーリエ面におけるＤＣ成分の発生の防止が図られる。
【００１０】
このようにＤＣ成分の抑圧が図られれば、データ記録密度の向上を図ることができる。
なぜなら、ＤＣ成分が生じた場合、該ＤＣ成分によって記録材料が大きく反応し、ホログラムの多重記録を行うことができなくなってしまう。すなわち、ＤＣ成分が記録された部分に対しては、それ以上ホログラム（データ）を多重させて記録することができなくなってしまうからである。
上記のようなランダム位相パターンによってＤＣ成分の抑圧が図られれば、データの多重記録が可能となり、高記録密度化が図られる。
【００１１】
説明を戻す。
上記位相マスク１０２を介した信号光、参照光は、共に対物レンズ１０３によって集光されてホログラム記録媒体ＨＭに対して照射される。これにより、ホログラム記録媒体ＨＭにおいては、信号光（記録像）に応じた干渉縞（回折格子：ホログラム）が形成される。すなわち、該干渉縞の形成によってデータが記録されるものである。
【００１２】
続いて、再生時においては、先ず図１５（ａ）に示されるように、入射光に対するＳＬＭ１０１の空間光変調（強度変調）によって、参照光を生成するようにされる。そして、このように生成された参照光が位相マスク１０２→対物レンズ１０３を介してホログラム記録媒体ＨＭに対して照射される。
このように参照光がホログラム記録媒体ＨＭに照射されることにより、図１５（ｂ）に示すように、記録されたホログラムに応じた回折光が得られ、該回折光がホログラム記録媒体ＨＭからの反射光として出力されることになる。すなわち、記録データに応じた再生像（再生光）が得られる。
【００１３】
そして、このようにして得られた再生像を、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）センサやＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）センサなどとされるイメージセンサ１０４で受光し、該イメージセンサ１０４の受光信号に基づき、記録されたデータの再生が行われる。
【００１４】
ここで、上記のようにしてホログラム記録再生システムでは、記録データに応じた強度情報を有する信号光について、「０」「π」による位相変調を施した上で記録を行うことでＤＣ成分の抑圧を図り、ホログラムの多重記録を可能としている。
このような位相変調記録を行った場合、先の図１６（ｂ）に示したように、信号光には振幅情報として「０」「＋１」「−１」の３値が含まれることになる。つまり、これらの３値がホログラム記録媒体ＨＭに対して記録されるものである。
【００１５】
しかしながら、ここで問題となるは、再生時において再生像の検出を行うイメージセンサ１０１は、光強度の情報しか検出できないという点である。
ここで、ホログラム記録再生システムの光学系は、一般的にＳＬＭ、対物レンズ、メディア、接眼レンズ（対物レンズ）、イメージセンサのそれぞれがレンズの焦点距離だけ離間して配置されている、４ｆ光学系に基づく構成となっている。いわゆるフーリエ変換ホログラムと呼ばれる構成である。
このようなフーリエ変換ホログラムの構成では、先に説明した記録再生の一連の動作を、次のようにみなすことができる。すなわち、ＳＬＭの記録データパターンはフーリエ変換されてホログラム記録媒体（メディア）に投影され、メディアの読み出し信号（再生像）は逆フーリエ変換されてイメージセンサに投影される。そして、イメージセンサでは、そこに入力される光の波面の振幅の絶対値が２乗された、光の強度を検出しているというものである。
この点から、従来のホログラム記録再生システムは、強度・位相の双方を記録可能とされるのに対し、再生側ではそのうちの強度の情報しか再生できないという、非線形性を有するものとなっている。従来のホログラム記録再生システムでは、このような非線形性の問題から、位相変調記録を行った場合に適正にデータ再生を行うことが非常に困難とされていた。
【００１６】
このような非線形性の問題の解決を図るべく、先に本出願人は、メディアに記録された位相の情報（具体的にこの場合は振幅「−１」の情報）も適正に読み出す「線形読み出し」を実現するための技術を提案している。具体的には、上記した特許文献３に記載される所謂「コヒーレント加算方式」と呼ばれる読み出し手法である。
【００１７】
この「コヒーレント加算方式」では、再生時において、次の図１７に示されるようなコヒーレント光を生成し、該コヒーレント光を参照光と共にホログラム記録媒体ＨＭに照射するようにされている。すなわち、先の図１５にて説明した通常の再生手法では、再生像を得るための参照光のみを照射するものとされていたが、コヒーレント加算方式ではさらにコヒーレント光も併せて照射するものである。
上記コヒーレント光は、光強度、及び位相がそれぞれ均一となるように生成された光を指す。またコアキシャル方式において、上記コヒーレント光としては、図１７にも示しているように記録時に信号光を生成した領域（信号光エリアと呼ばれる）と同じ領域にて光を透過させることで生成するようにされている。
なお、上記コヒーレント光については、均一な強度を有するという意味で、「ＤＣ光」とも称する。
【００１８】
次の図１８を参照して、コヒーレント加算方式による再生手法について具体的に見ていく。
先ず前提として、コヒーレント加算方式による再生を行う場合には、位相変調素子として、可変的な位相変調が可能な位相変調器（図１８（ａ）中の位相変調器１０１ｂ）を設けることになる。ここで、コヒーレント加算方式により再生を行う記録再生システムでは、入射光に与える位相パターンとして、記録時には上述した多重記録を可能とするための位相パターン（位相マスク１０２に相当する２値ランダム位相パターン）、再生時にはコヒーレント光生成のための後述する均一な位相パターンを設定する必要がある。つまりこのことから、この場合の位相変調素子としては、可変的な位相変調が可能な位相変調器１０１ｂを用いる必要がある。
【００１９】
この場合、ＳＬＭ１０１としては、入射光に対する強度変調を行う強度変調器１０１ａと、上記位相変調器１０１ｂとが一体的に形成されて構成される。このようなＳＬＭ１０１により、入射光の強度と位相とを任意に変調することが可能とされる。
【００２０】
図１８（ａ）に示すように、この場合の再生時には、上記ＳＬＭ１０１により参照光とコヒーレント光とを生成する。
再生時において、先ず参照光については、記録時と同じ強度パターン及び位相パターンを有するものを生成する。つまり、再生対象とするホログラムを記録したときと同じ強度・位相パターンによる参照光を生成するものである。これは、多重記録したホログラムを適正に再生するには、そのホログラムを記録したときのパターンと同パターンの参照光を照射する必要があるためである。換言すれば、或るパターンを有する参照光を照射して記録したホログラムは、そのパターンを有する参照光を用いてのみ適正に再生できるものである。
この意味で、再生時における参照光としては、記録時と同じ強度・位相パターンを有するものを生成する。
【００２１】
上述したようにコヒーレント光としては、記録時において信号光を生成したエリア（信号光エリア）にて入射光を透過させることで生成する。具体的に、このコヒーレント光としては、強度変調器１０１ａにて信号光エリア内の各画素を所定の強度に変調することで、その強度が均一となるようにされている。
【００２２】
「コヒーレント加算方式」は、このように均一な強度を有するようにされたコヒーレント光（ＤＣ光）と、上記参照光の照射に応じて得られる再生像とを共にイメージセンサ１０４にて結像させ、これによりイメージセンサ１０４において、再生像とコヒーレント光との合成光についての検出が行われるようにするものである。
【００２３】
このとき、コヒーレント光は、再生像と同位相の成分として加算されるようにする。このため、コヒーレント光の位相は、再生像の位相（再生像内の基準位相）と同位相に揃える。
なお、上記「再生像内の基準位相」とは、再生像内に含まれるＳＬＭ１０１の画素単位の像（記録信号）のうち、位相「０」（０π）による変調が与えられて記録された画素の位相を指すものである。
【００２４】
ここで、上記のように再生像内の基準位相は、位相変調器１０１ｂにて０πによる位相変調が与えられて記録された信号の位相である。従って、コヒーレント光の位相をこの再生像内の基準位相に対して一致させるためには、コヒーレント光に対しても、位相変調器１０１ｂにて位相「０」による位相変調を与えれば良いと考えられる。
【００２５】
但し、ホログラム記録再生システムにおいては、ホログラム記録媒体ＨＭ（メディア）に参照光を照射して得られた再生像の位相が、メディアに記録された信号の位相からπ／２だけずれたものとなる点を考慮しなければならない。つまり、仮に、強度変調により得られたＤＣ光に対し位相「０」による変調を与えた場合には、再生像内の基準位相とコヒーレント光の位相とに「π／２」の位相差が生じてしまい、コヒーレント光を再生像と同位相の成分として適正に加算させることができなくなってしまう。
【００２６】
この点を考慮し、コヒーレント光の位相を再生像内の基準位相と一致させるためには、位相変調器１０１ｂにおいて、図のように「π／２」による変調を与える。具体的にこの場合の位相変調器１０１は、信号光エリア内の各画素にてπ／２による位相変調を与えるものである。
【００２７】
上記により説明したＳＬＭ１０１の空間光変調により参照光とコヒーレント光とが生成されることに応じて、図１８（ｂ）に示されるようにして、再生像と、該再生像と同位相のコヒーレント光とが、対物レンズ１０３を介してイメージセンサ１０４に対して導かれることになる。このとき、上記コヒーレント光は、再生像と同位相の成分として加算されたものとしてイメージセンサ１０４にて検出される。
【００２８】
「コヒーレント加算方式」では、このような「再生像＋コヒーレント光」の成分がイメージセンサ１０４にて検出されるようにした上で、検出された「再生像＋コヒーレント光」の画像信号に対し、次のような処理を施して線形読み出し信号を得る。
先ずは、上記「再生像＋コヒーレント光」の画像信号について、各画素の値の平方根を計算する。
その上で、この平方根計算結果から、加算したコヒーレント光の成分を除去する処理を行う。具体的には、例えば平方根計算結果の値から加算したコヒーレント光の強度の値を減算するものである。
【００２９】
ここで、上記により説明したコヒーレント光の加算・平方根計算・加算分の除去の一連の動作によって、線形読み出しが実現されることについて説明する。
なお、以下の説明にあたり、再生像の振幅は例えば±0.078の範囲内であるとする。すなわち、再生像の振幅は最大値＝0.078、最小値＝−0.078であるとする。
また、再生像に加算されたコヒーレント光の強度の値は、例えば0.1であったとする。
【００３０】
先ず、比較のため、コヒーレント加算を行わずに従来どおり参照光の照射のみで読み出しを行った場合について考察してみる。
先に説明したフーリエ変換ホログラムと上記再生像の振幅の最大値・最小値の前提によると、この場合の再生像の振幅の最大値、最小値に応じて得られるイメージセンサ１０４の出力値は、その２乗値である「6.1E-3」という同じ値で得られることになる。このようにイメージセンサ１０４にて「＋１」と「−１」に相当する値が同じ値で検出されることで、以降でどのような信号処理を行っても、失われた位相情報を正確に復元することはできないものとなってしまう。つまり、非線形な歪みが発生するものである。
【００３１】
一方、「コヒーレント加算方式」として、参照光と共にその位相が再生像と同位相とされるコヒーレント光を照射する場合には、コヒーレント光の強度に応じた値を、再生像に対して加算することができる。なお確認のために述べておくと、このようなコヒーレント光は、振幅・位相が均一となるようにされたＤＣ成分であるので、記録されたホログラムと干渉することはない。
【００３２】
ここで、上記説明によると、この場合のコヒーレント光の加算量は例えば0.1とされる。これによると、再生像にはこの0.1の成分が加わることによって、最大値0.078は0.1782=0.032、最小値-0.078は0.0222=4.8E-4という強度としてイメージセンサ１０４により検出される。この場合、イメージセンサ１０４の出力に対しては、上述のように平方根が計算され、その後加算された成分を除去するということが行われる。従って振幅の最大値0.078は0.178−0.1＝0.078によって元の値に復元でき、また最小値-0.078としても0.022−0.1＝-0.078により元の値に復元することができる。
【００３３】
このようにして「コヒーレント加算方式」による再生手法によれば、位相変調記録によって記録された位相情報が失われない、線形な読み出しを実現することができる。
なお、ここで重要となるのは、再生像に対するコヒーレント光の加算量（強度値）である。すなわち、上記のような線形読み出しを実現するにあたり、コヒーレント光の加算量は、イメージセンサ１０４による強度検出（２乗値化）に対して負の折り返しを生じさせないように、少なくとも「再生像の振幅の最小値の絶対値よりも大きな値」という条件が満たされる必要があることになる。
この点から「コヒーレント加算方式」において、上記コヒーレント光としては、再生像に対して加算されるときの強度が「再生像の振幅の最小値の絶対値よりも大きな値」で、且つ位相が「再生像の基準位相と同位相」とされるものと定義することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３４】
上記のようにして「コヒーレント加算方式」によれば、位相変調記録によるＤＣ成分抑圧の面での高記録密度化を図る上で振幅「−１」「０」「＋１」の３値が記録される場合に、振幅「０」と共に位相情報を含む「−１」「＋１」を適正に読み出すことができ、線形読み出しを実現することができる。
【００３５】
しかしながら、従来のコヒーレント加算方式では、再生像に対して加算する光として、強度のみでなく位相も均一となるようにされたコヒーレント光を生成するものとされるので、このコヒーレント光が対物レンズを介してホログラム記録媒体に照射されることに応じて、記録されたデータが破壊される虞があった。具体的に、このように強度と位相とが均一となるようにされていることで、上記対物レンズの焦点位置（フーリエ面）における強度集中が助長され、この強度が集中する部分で記録されたホログラムの破壊を招き、データ破壊が生じるものである。
【００３６】
なお、このような強度集中によるデータ破壊の防止を図るため、先に本出願人は、ホログラム記録媒体として記録膜と反射膜との間にギャップ層を設ける手法を提案している。すなわち、このようにギャップ層が設けられたホログラム記録媒体を用いることにより、焦点位置（つまり強度集中の生じる位置）を記録膜からギャップ層の厚さ分だけシフトさせることができ、結果、記録膜に対する強度集中の影響を低減させるものである。
【００３７】
しかしながら、このようにギャップ層を設ける手法を採った場合には、充分な記録再生特性を得ることができなくなってしまう虞がある。つまり、この場合はギャップ層が介在する分、記録時における信号光と参照光との干渉効率が低下するものとなり、結果、ホログラムの記録特性の悪化、ひいては再生特性の悪化を助長する虞があった。
【課題を解決するための手段】
【００３８】
本発明は以上のような問題点に鑑みなされたものであり、再生時において参照光と共に強度が均一となるようにされたＤＣ光をホログラム記録媒体に照射し、上記参照光の照射に応じて得られる再生像に対し上記ホログラム記録媒体を介したＤＣ光が加算された成分についての検出を行って線形読み出し信号を得る場合において、記録再生特性の悪化を招くギャップ層の挿入を不要としつつ、上記ＤＣ光によるデータ破壊の防止が図られるようにすることを目的としている。
かかる目的の達成のため、本発明では再生装置として以下のように構成することとした。
つまり、本発明の再生装置は、信号光と参照光との干渉縞によってデータが記録されたホログラム記録媒体に対して光照射を行うための光源を備える。
また、上記信号光の生成領域としての信号光エリアと上記参照光の生成領域としての参照光エリアとが設定され且つ入射光に対し画素単位による空間光変調を施す空間光変調器を有し、上記入射光についての空間光強度変調を行うように構成された強度変調部を備える。
また、上記信号光エリアと上記参照光エリアとが設定され且つ入射光に対し画素単位による空間光位相変調を施す位相変調器を備える。
また、上記光源より発せられた光を上記強度変調部、上記位相変調器、及び対物レンズを介して上記ホログラム記録媒体に対して導く光学系を備える。
さらに、上記空間光変調器と上記位相変調器における上記参照光エリア内の各画素を駆動制御することで上記参照光を生成させると共に、上記空間光変調器の信号光エリアについては、全画素で同一の変調量による空間光強度変調が施されるように駆動制御し、上記位相変調器の信号光エリアについては、一部の位相変調量を上記参照光の照射に応じて上記ホログラム記録媒体から得られる再生像内の基準位相と同位相とするための位相変調量とし他の部分の位相変調量を上記一部の位相変調量に対しπ異なる位相変調量とするようにして駆動制御を行うことで、上記再生像に対して加算されるべきＤＣ光を生成させる変調制御部を備えるものである。
【００３９】
上記のようにして本発明では、再生時において参照光と共に照射する強度均一のＤＣ光について、その全域に均一な位相変調を施すのではなく、一部は再生像の基準位相と同位相とするための位相変調を施し、他の部分は上記一部の部分とπ異なる位相変調量による位相変調を施すものとしている。
このようにＤＣ光に対し分割的に異なる位相変調量による位相変調を施すことで、上記ＤＣ光の波面内の振幅分布に不均一性を与えることができ、その結果、上記対物レンズの焦点位置としてのフーリエ面上におけるＤＣ光の強度集中の防止を図ることができる。
【発明の効果】
【００４０】
本発明によれば、ＤＣ光の位相を均一ではなく部分的に異なるようにして分割的な位相変調を施すことで、フーリエ面上におけるＤＣ光の強度集中の防止を図ることができる。この結果、従来の均一位相によるＤＣ光（コヒーレント光）を照射する場合に生じる可能性のあった、データ破壊の防止を図ることができる。
【００４１】
また、上記のようにして本発明によればフーリエ面上におけるＤＣ光の強度集中が防止されるので、先に本出願人が提案したホログラム記録媒体の記録膜と反射膜との間にギャップ層を設ける手法を採る場合のような、記録再生特性の悪化を招く虞もない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
以下、発明を実施するための最良の形態（以下実施の形態とする）について説明していく。
なお、説明は以下の順序で行う。
＜１．記録再生装置の構成＞
[全体構成]
[位相変調記録]
＜２．実施の形態としてのＤＣ光加算方式による再生手法＞
[動作概要]
[実施の形態の再生手法を実現するための構成]
[シミュレーション結果]
[実施の形態の効果]
＜３．変形例＞
【００４３】
＜１．記録再生装置の構成＞
[全体構成]
図１は、本発明の再生装置の一実施形態としての記録再生装置の内部構成を示したブロック図である。
ここで、実施の形態では、本発明の再生装置が記録機能も有する記録再生装置として構成される場合を例示する。
この図１に示す記録再生装置は、コアキシャル方式によるホログラム記録再生を行うように構成される。コアキシャル方式は、信号光と参照光とを同一光軸上に配置し、それらを共に所定位置にセットされたホログラム記録媒体に照射してホログラムの形成によるデータ記録を行い、また再生時には参照光をホログラム記録媒体に対して照射することで上記ホログラムとして記録されたデータの再生を行うものである。
また、本実施の形態の記録再生装置は、記録時において、記録密度向上のための位相変調記録を行うと共に、再生時には、線形読み出しを実現するため、従来の「コヒーレント加算方式」と同様に参照光とＤＣ光（強度均一）とを照射する再生手法を採る。
また、本実施の形態の記録再生装置は、図中のホログラム記録媒体ＨＭとして、反射膜を備えた反射型のホログラム記録媒体に対応する構成が採られる。
【００４４】
図１において、レーザダイオード（ＬＤ）１は、記録再生のためのレーザ光を得るための光源として設けられる。このレーザダイオード１としては、例えば外部共振器付きレーザダイオードが採用され、レーザ光の波長は例えば４１０nm程度とされる。
【００４５】
レーザダイオード１からの出射光は、アイソレータ２を介してビームエキスパンダ３に導かれる。ここで上記アイソレータ２は、以降で説明する光学系からの反射光（特に偏光ビームスプリッタ７からの反射光）が、光源である上記レーザダイオード１に対して戻されないようにして構成されている。
上記ビームエキスパンダ３は、入射光のビーム径を最適な径に拡大するために設けられ、少なくとも、２種のレンズと、レンズを光軸方向に駆動する駆動部（図示は省略）とを有して構成される。
このビームエキスパンダ３のレンズ焦点位置には、図のようにピンホール（空間フィルタ）４が挿入されており、当該ピンホール４によりビームの強度分布の平滑化が行われる。
【００４６】
上記ビームエキスパンダ３から出射光は、ミラー５でその光軸が４５°折り曲げられるようにして反射された後、１／２波長板６を介して偏光ビームスプリッタ７に入射する。このように偏光ビームスプリッタ７に入射したレーザ光は、当該偏光ビームスプリッタ７の特性に応じて、ｓ偏光、ｐ偏光が当該偏光ビームスプリッタ７を透過、反射することになる。
この場合、偏光ビームスプリッタ７はｓ偏光を反射、ｐ偏光を透過するように構成されているとする。
【００４７】
ここで、図のようにこの場合の光学系では、偏光ビームスプリッタ７の反射光が反射型のＳＬＭ（空間光変調器）８側に導かれた後、当該ＳＬＭ８の反射光が再度偏光ビームスプリッタ７に入射する。そしてこのように再度入射した光が、偏光ビームスプリッタ７を透過することで、最終的に対物レンズ１７に対して導かれるようになっている。
上記偏光ビームスプリッタ７の特性によれば、当該偏光ビームスプリッタ７からＳＬＭ８への入射光はｓ偏光となる。
【００４８】
この際、偏光ビームスプリッタ７に対しては、レーザダイオード１を光源とする光が１／２波長板６を介して入射することになるが、当該１／２波長板６の面内回転角（つまり入射する直線偏光の偏光方向軸と１／２波長板６の光学基準軸とのなす角度）によっては、偏光ビームスプリッタ７への入射光のｓ偏光、ｐ偏光の振幅が変化するため、ＳＬＭ８への入射光量が変化することになる。すなわち、この図に示す光学系では、このような１／２波長板６の面内回転角の調整により、最終的に対物レンズ１７を介してホログラム記録媒体ＨＭに照射される光の光量を調整することが可能とされている。
【００４９】
上記ＳＬＭ８は、ＦＬＣ（Ferroelectric Liquid Crystal：強誘電性液晶）としての反射型液晶素子を備えて構成され、入射光について、画素単位で偏光方向を制御するように構成されている。
このＳＬＭ８は、図中の変調制御部２０からの駆動信号に応じて、各画素ごとに入射光の偏光方向を９０°変化、或いは入射光の偏光方向を不変とするようにして空間光変調を行う。具体的には、駆動信号がＯＮの画素は偏光方向の角度変化＝９０°、駆動信号がＯＦＦの画素は偏光方向の角度変化＝０°となるように、駆動信号に応じ画素単位で偏光方向制御を行うように構成されている。
【００５０】
ここで、この図１に示す記録再生装置では、上記ＳＬＭ８としての、偏光方向制御型の空間光変調器と、偏光ビームスプリッタ７との組により、画素単位の空間光強度変調（光強度変調、或いは単に強度変調とも称する）を行う強度変調部が形成される。
【００５１】
図２は、ＳＬＭ８と偏光ビームスプリッタ７との組み合わせにより実現される強度変調動作のイメージを示している。図２（ａ）はＯＮ画素の光について、図２（ｂ）はＯＦＦ画素の光についてそれぞれその光線状態を模式的に示している。
上述もしたように、この場合の偏光ビームスプリッタ７はｓ偏光を反射、ｐ偏光を透過するので、上記ＳＬＭ８には、ｓ偏光が入射する。
この点より、ＳＬＭ８にて偏光方向が９０°変化された画素の光（駆動信号ＯＮの画素の光）は、偏光ビームスプリッタ７に対しｐ偏光で入射することになる。このことで、ＳＬＭ８におけるＯＮ画素の光は、偏光ビームスプリッタ７を透過することになり、ホログラム記録媒体ＨＭに対して導かれることになる（図２（ａ））。
一方、駆動信号がＯＦＦとされ偏光方向が変化されなかった画素の光は、偏光ビームスプリッタ７にｓ偏光で入射する。つまり、ＳＬＭ８におけるＯＦＦ画素の光は偏光ビームスプリッタ７にて反射されて、ホログラム記録媒体ＨＭに対しては導かれないようになっている（図２（ｂ））。なお確認のために述べておくと、このように偏光ビームスプリッタ７にて反射された光は、図１に示すアイソレータ２にて終端される。
【００５２】
このようにして、偏光方向制御型の空間光変調器としてのＳＬＭ８と、偏光ビームスプリッタ７との組み合わせにより、画素単位で光強度変調を行うことが可能とされている。
【００５３】
ここで、本実施の形態ではホログラム記録再生方式としてコアキシャル方式が採用されている。コアキシャル方式が採用される場合、ＳＬＭ８においては、信号光と参照光とを同一光軸上に配置するために、次の図３に示すような各エリアが設定される。
この図３に示されるようにして、ＳＬＭ８においては、その中心（光軸中心）を含む円形の所定範囲のエリアが、信号光エリアＡ２として設定される。そして、この信号光エリアＡ２の外側には、ギャップエリアＡ３を隔てて、輪状の参照光エリアＡ１が設定されている。
これら信号光エリアＡ２、参照光エリアＡ１の設定により、信号光と参照光とを同一光軸上に配置するようにして照射することができる。
なお、上記ギャップエリアＡ３は、上記参照光エリアＡ１にて生成される参照光が信号光エリアＡ２に漏れ込んで信号光に対するノイズになることを避けるための領域として定められている。
また、確認のために述べておくと、空間光変調器では各画素の形状が矩形状となるため厳密には、上記信号光エリアＡ２の形状は略円形、上記参照光エリアＡ１の形状は略輪状となる。
【００５４】
図１に戻り、変調制御部２０は、上記ＳＬＭ８に対する駆動制御を行うと共に、後述する位相変調器１１に対する駆動制御を行うことで、記録時には位相変調記録のための例えば２値ランダム位相パターン（位相「０」と位相「π」の数が略半々）の与えられた信号光と参照光を生成させ、また、再生時には、記録時と同じ強度・位相パターンを有する参照光と、ＤＣ光（後述する）とを生成させる。
なお、この変調制御部２０の具体的な動作内容については後述する。
【００５５】
上記ＳＬＭ８を介し、さらに上記偏光ビームスプリッタ７を透過した光は、図のようにリレーレンズ９→リレーレンズ１０によるリレーレンズ系に導かれる。リレーレンズ系における焦点位置（リレーレンズ９の焦点位置）は、周波数平面（フーリエ面）となる。
【００５６】
上記リレーレンズ系を介したレーザ光は、位相変調器１１に導かれる。この位相変調器１１は、入射光に対し画素単位で空間光位相変調（単に位相変調とも称する）を施すように構成され、先のＳＬＭ８と同様の参照光エリアＡ１、信号光エリアＡ２、及びギャップエリアＡ３が設定されている。
位相変調器１１は、ＳＬＭ８とのピクセルマッチング（ＳＬＭ８の各画素と位相変調器１１の各画素がそれぞれ１対１で対応する状態）がとられるように、その挿入位置が、上記リレーレンズ系により形成されるＳＬＭ８の実像面となる位置とされ、且つ、入射面に平行な面上での位置については、ＳＬＭ８の参照光エリアＡ１、信号光エリアＡ２、ギャップエリアＡ３を介した光が、それぞれ、位相変調器１１の参照光エリアＡ１、信号光エリアＡ２、ギャップエリアＡ３に入射する状態が得られるように調整されている。
【００５７】
ここで、本実施の形態の場合、上記位相変調器１１としては、画素単位で可変的な位相変調が可能な透過型の液晶パネルを用いるものとしている。
このように画素単位で可変的な位相変調が可能な液晶パネルとしては、内部の液晶素子を、次の図４に示す考えに基づき構成することで実現することができる。
【００５８】
図４（ａ）は、液晶パネル内の液晶素子に駆動電圧を印加していない状態（つまり駆動電圧OFFの状態）での液晶分子の様子を示し、図４（ｂ）は液晶素子に所定レベルでの駆動電圧を印加した状態（駆動電圧ONの状態）での液晶分子の様子を示している。
図示するようにして図４（ａ）の駆動電圧OFFの状態では、液晶分子は水平配向となり、また図４（ｂ）に示す駆動電圧ONの状態では液晶分子は垂直配向に変化することになる。
このとき、液晶素子の屈折率ｎについて、駆動電圧OFFによる上記水平配向時の屈折率をｎh、所定レベルでの駆動電圧ONによる上記垂直配向時の屈折率をｎvとすると、液晶素子の厚さをｄとした場合、駆動電圧OFF時に与えられる位相変化量は「ｄ×ｎh」となり、駆動電圧ON時に与えられる位相変化量は「ｄ×ｎv」となる。従ってこのことから、駆動電圧のON/OFFによって与えることのできる位相差Δｎｄとしては、
Δｎｄ＝ｄ×ｎh−ｄ×ｎv
により表されるものとなる。
この関係式より、画素単位で所要の位相差を与えるにあたっては、液晶素子の厚さｄを調整すればよいことがわかる。
本実施の形態の位相変調器１１としては、液晶素子の厚さｄを調整することで、例えば位相差Δｎｄ＝２πとなるように設定している。すなわち、これによって各画素ごとに、上記ON／OFFとしての駆動電圧の切換を行うことで「０」と「２π」の２値による光位相変調を施すことが可能とされているものである。
【００５９】
また、上記のように所定レベルによる駆動電圧ON時と駆動電圧OFF時とで位相「０」「２π」の変調を行うことができるということは、駆動電圧レベルを上記所定レベルまで段階的に制御することで、位相は「０」〜「２π」まで段階的に変化させることができる。例えば、駆動電圧レベルを上記所定レベルの１／２とすれば、位相「π」による変調が、また駆動電圧レベルを上記所定レベルの１／４とすれば位相「π／２」による変調が可能となる。
【００６０】
説明を図１に戻す。
上記位相変調器１１を介した光は、偏光ビームスプリッタ１２に導かれる。この偏光ビームスプリッタ１２としてもｐ偏光を透過、ｓ偏光を反射するように構成され、従って上記位相変調器１１を介して導かれたレーザ光（ｐ偏光）は偏光ビームスプリッタ１２を透過する。
【００６１】
上記偏光ビームスプリッタ１２を透過したレーザ光は、リレーレンズ１３→リレーレンズ１５によるリレーレンズ系に導かれる。図示するようにこのリレーレンズ系においては、上記リレーレンズ１３の焦点位置（フーリエ面）に対し、アパーチャー１４が配置される。アパーチャー１４は、光軸を中心とする所定範囲内の光のみを透過、それ以外の光を遮断するように構成される。このアパーチャー１４により、ホログラム記録媒体ＨＭに記録されるホログラムページのサイズが制限され、ホログラムの記録密度（つまりデータ記録密度）の向上が図られる。
【００６２】
上記リレーレンズ１３→アパーチャー１４→リレーレンズ１５を介した光は、偏光回折素子１６に入射する。偏光回折素子１６は、参照光が入射する領域に液晶回折素子が形成された部分的回折素子と、１／４波長板とが組み合わされて成る。上記部分的回折素子における液晶回折素子は、ｐ偏光を透過、ｓ偏光を回折するように構成されており、従って上記リレーレンズ系からの入射光（ｐ偏光）は上記部分的回折素子を透過する。そして、このように部分的回折素子を透過したｐ偏光は、上記１／４波長板を透過することで円偏光に変換される。
【００６３】
このように偏光回折素子１６を介して円偏光に変換された光は、対物レンズ１７を介してホログラム記録媒体ＨＭに対して照射される。
【００６４】
ここで、後述もするが、記録時においては、ＳＬＭ８と偏光ビームスプリッタ７との組による強度変調部と位相変調器１１とによる空間光変調が行われることで、信号光と参照光とが生成される。従って記録時においては、上記により説明した光路によりこれら信号光と参照光とがホログラム記録媒体ＨＭに対して照射され、その結果、ホログラム記録媒体ＨＭには、これら信号光と参照光との干渉縞（回折格子：ホログラム）が形成される。つまり、これによりデータ記録が行われる。
【００６５】
また、再生時には、ＳＬＭ８と偏光ビームスプリッタ７との組による強度変調部と位相変調器１１とによる空間光変調が行われることで、参照光と、ＤＣ光とが生成される。参照光が上記の光路によってホログラム記録媒体ＨＭに照射されることで、ホログラム記録媒体ＨＭに形成されたホログラムに応じた回折光が再生光（再生像）として得られる。この再生光は、ホログラム記録媒体ＨＭからの反射光として記録再生装置側に戻されることになる。
また、上記ＤＣ光は、ホログラム記録媒体ＨＭにて反射され、記録再生装置側に戻されることになる。
また、ホログラム記録媒体ＨＭに照射された参照光も、ホログラム記録媒体ＨＭからの反射光として装置側に戻されることになる。
【００６６】
ここで、ホログラム記録再生システムでは、上記のように参照光を照射して、記録されたホログラムに応じた回折現象を利用して再生像を得るようにされるが、この際の回折効率は、一般に数％〜１％未満とされることから、上記のように反射光として装置側に戻される参照光は、再生像に対して非常に大きな強度を有することになる。このため、上記反射光としての参照光は、再生像の検出にあたって無視できないノイズ成分となってしまう。
【００６７】
図１に示す記録再生装置では、上記反射光としての参照光を、偏光回折素子１６により抑圧するようにされている。
上記のようにしてホログラム記録媒体ＨＭからの反射光として得られる再生光、ＤＣ光、参照光のそれぞれは、対物レンズ１７を介した後、偏光回折素子１６に入射することになる。
これらの各光は、偏光回折素子１６における１／４波長板により円偏光→ｓ偏光に変換される。そして、このようにｓ偏光に変換された各光が偏光回折素子１６における上述した部分的回折素子に入射することになるが、この部分的回折素子は、参照光の入射領域に選択的に液晶回折素子（ｓ偏光を回折）が形成されているので、信号光の光線領域内に得られる再生光とＤＣ光は部分的回折素子を透過し、参照光のみが部分的回折素子にて回折、すなわち抑圧されることになる。
【００６８】
上記偏光回折素子１６によりｓ偏光に変換された再生光・ＤＣ光は、リレーレンズ１５→アパーチャー１４→リレーレンズ１３を介した後、偏光ビームスプリッタ１２にて反射され、図のようにビームエキスパンダ１８を介してイメージセンサ１９に導かれる。
上記ビームエキスパンダ１８は、上記再生光・ＤＣ光のビーム径を拡大するために設けられる。
【００６９】
イメージセンサ１９は、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）センサやＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）センサなどの撮像素子を備え、上記のようにして導かれたホログラム記録媒体ＨＭからの反射光としての再生光（再生像）及びＤＣ光を受光し、電気信号に変換する。これによって再生時には、上記再生像にＤＣ光が加算された成分についての光強度検出結果を表す受光信号（画像信号）が得られる。
【００７０】
イメージセンサ１９により得られた画像信号（再生像＋ＤＣ光）は、データ再生部２１に供給される。
データ再生部２１は、上記画像信号に対する所定の再生信号処理、及びデコード処理を行うことで、記録データの再生を行う。なお、データ再生部２１の内部構成、及びその動作については後述する。
【００７１】
[位相変調記録]
ここで、図１に示す記録再生装置には、アパーチャー１４が設けられ、メディア上におけるホログラムページの占有面積の縮小化に伴う、高記録密度化が達成される。
なお確認のために述べておくと、ホログラムページとは、信号光と参照光の１度の照射により形成される干渉縞と同義である。換言すれば、このホログラムページは、ホログラム記録媒体ＨＭに記録することのできるデータの最小単位を指すものとも定義することができる。
【００７２】
本実施の形態の記録再生装置では、このようなアパーチャーによるホログラムページの占有面積の縮小化の面での高記録密度化と共に、さらに、先の図１４や図１６を参照して説明したような、「０」「π」の位相変調（例えば２値ランダム位相パターン）を与えた信号光・参照光の照射による記録を行うことで、ＤＣ成分の抑圧を図ることによる記録密度の向上も図るものとしている。いわゆる、位相変調記録による記録密度の向上である。
【００７３】
図１において、このような位相変調記録は、変調制御部２０がＳＬＭ８及び位相変調器１１を駆動制御することで実現されるものとなる。
図５は、図１に示されるＳＬＭ８、位相変調器１１、変調制御部２０を抽出して示し、さらに、変調制御部２０の内部構成も示している。なおこの図５では、ＳＬＭ８の入／出射光、位相変調器１１の入／出射光も併せて示している。
【００７４】
図５において、変調制御部２０内には、符号化部２５、マッピング部２６、偏光制御ドライバ２７、及び位相変調パターン生成部２８、位相変調ドライバ２９が備えられる。
【００７５】
先ず、記録時において、符号化部２５に対しては、図１にも示した記録データが入力される。符号化部２５は、このように入力される記録データに対し、記録フォーマットに従った所定の記録変調符号化処理を施す。
【００７６】
マッピング部２６は、記録時において上記符号化部２５にて符号化されたデータを、記録フォーマットに従って信号光エリアＡ２内に配列する。つまり、このような信号光エリアＡ２へのデータのマッピング処理により、１ホログラムページ分のデータパターンが生成される。
【００７７】
また、マッピング部２６は、このような信号光エリアＡ２内へのデータマッピングと共に、参照光エリアＡ１の所定の画素を「１」、それ以外の画素を「０」とし、且つギャップエリアＡ３と参照光エリアＡ１より外周部分とを全て「０」としたデータパターンを生成し、このデータパターンと上記信号光エリアＡ２内のデータパターンとを併せてＳＬＭ８の全有効画素分のデータパターンを生成する。
このようにして生成されたＳＬＭ８の全有効画素分のデータパターンは、偏光制御ドライバ２７に供給され、当該偏光制御ドライバ２７は、このデータパターンに基づきＳＬＭ８の各画素を駆動制御する。
これにより、図１に示した偏光ビームスプリッタ７から対物レンズ１７側への出射光として、記録時には、記録データに応じたパターンにより強度変調の施された信号光の元となる光と、さらに所定パターンで強度変調の施された参照光の元となる光とが得られるものとなる。
【００７８】
また、記録時において変調制御部２０では、このようなＳＬＭ８に対する駆動制御のための動作（つまり強度変調のための動作）と共に、位相変調器１１に対する駆動制御のための動作も行う。
先ず、位相変調パターン生成部２８は、予め設定された所定のデータパターンに基づき、位相変調器１１の信号光エリアＡ２内に設定すべき位相変調パターンを生成する。本実施の形態の場合も、位相変調記録時に与える位相変調パターンについては、２値ランダム位相パターンが設定されているものとする。
また、これと共に位相変調パターン生成部２８は、位相変調器１１の参照光エリアＡ１に設定すべき位相変調パターンとして、所定の位相変調パターンを生成する。参照光エリアＡ２に設定する位相変調パターンとしても、２値ランダム位相パターンとする。
そして位相変調パターン生成部２８は、このようにして生成した信号光エリアＡ２と参照光エリアＡ１についてのそれぞれの位相変調パターン（対応する各画素の制御パターン）を併せて、位相変調器１１の全有効画素分の位相変調パターンを生成する。このとき、信号光エリアＡ２と参照光エリアＡ１以外の画素については、例えば位相「０」に対応した値を設定する。
そして、このようにして生成した位相変調パターンを位相変調ドライバ２９に与える。
【００７９】
位相変調ドライバ２９は、位相変調パターン生成部２８から供給される位相変調パターンに基づき、位相変調器１１の各画素を駆動制御する。これによって位相変調器１１からは、２値ランダム位相パターンによる位相変調の施された信号光、参照光が出力されることになる。
【００８０】
＜２．実施の形態としてのＤＣ光加算方式による再生手法＞
ここで、先にも述べたように、再生時において参照光のみを照射するホログラム記録再生系では、再生像についての画像信号を検出するイメージセンサが、位相情報までを検出することができないという意味で、非線形性を有するものとなっている。
そして、このような非線形性の問題から、再生時に参照光のみを照射するシステムでは、適正なデータ再生を行うことが非常に困難とされていた。
この点を考慮し、本実施の形態の記録再生装置としても、再生時に参照光と共にＤＣ光を併せて照射し、線形読み出しを行う。
【００８１】
但し、従来例として説明したいわゆる「コヒーレント加算方式」による線形読み出し手法のように、参照光と共に照射するＤＣ光として、強度のみでなく、位相が全域で均一となるようにされた光（コヒーレント光）を生成するとした場合には、フーリエ面（記録面）においてＤＣ光の強度集中が発生し、データ破壊を招く可能性がある。
そこで本実施の形態では、再生時に参照光と共に照射するＤＣ光に対し、分割的な位相変調を施す、つまり部分的に異なる位相変調量による位相変調を施すことで、フーリエ面上での強度集中の防止を図る。
【００８２】
[動作概要]
図６は、実施の形態におけるＤＣ光の位相変調例について説明するための図として、位相変調器１１から出射されるＤＣ光の振幅分布を色濃度により示している。黒は振幅「−１」、白は振幅「１」、白と黒の中間色であるグレーは振幅「０」を表す。なおここでの振幅は任意単位である。
なおこの図では縦軸・横軸に位相変調器１１のピクセル数を示しており、ＤＣ光（信号光エリアＡ２）と位相変調器１１のピクセル数との関係も併せて示している。
【００８３】
この図６に示されるようにして、本実施の形態では、ＤＣ光を生成するための信号光エリアＡ２を格子状に領域分けし、各領域を位相変調の最小変調単位として位相変調を行うものとしている。ここで、このような領域分割により形成される各領域を、位相変調ユニットと称する。
なお確認のために述べておくと、各位相変調ユニットは格子状の分割によって設定されるため、その形状は正方形状となり、サイズはそれぞれ均等となるようにされる。
但し、この場合は信号光エリアＡ２の形状が円形となるように設定されているため、信号光エリアＡ２における外周部分のユニット形状は正方形状とはならず、この部分のユニットサイズは必然的に小となる。
【００８４】
本実施の形態の場合、格子状の領域分けは、各領域（各格子）が６４ピクセル×６４ピクセルのサイズとなるようにして行うものとしている。
【００８５】
そして、本実施の形態では、上記位相変調ユニットを最小変調単位として、分割的に、異なる位相変調量による位相変調を施すものとしている。
具体的に、ユニット単位で分割的に与える位相変調量は、ＤＣ光の加算による線形読み出しが適正に行われるようにすべく、再生像内の基準位相と同位相とするための位相変調量と、この位相変調量に対しπ異なる位相変調量の２種とする。
【００８６】
ここで、先の図１８における説明からも理解されるように、再生像に対してＤＣ光を同位相の成分として加算させるためには、位相変調器１１にて、ＤＣ光に対してπ／２による位相変調を施せばよいものとなる。すなわち、本例の場合のように記録時に信号光・参照光に対して「０」「π」の位相変調を施して位相変調記録を行うことを前提とした場合には、記録像内の基準位相（位相「０」による変調を受けて記録された像の位相）は「０」とおくことができる。そして、ホログラム記録再生システムでは、再生時に参照光を照射して得られる再生像の位相が、記録像の位相からπ／２だけずれたものとなる（この点については下記の参考文献１にも記載されている）。従って、再生像の位相は、記録像の位相に対しπ／２の位相差が与えられるものとなり、このため再生像内の基準位相は、「π／２」に相当するものとなる。
参考文献１・・・Kogelnik,H "Coupled wave theory for thick hologramgrating". Bell System Technical Journal,48,2909-47
【００８７】
再生像に対してＤＣ光を同位相の成分として加算させるにあたっては、再生像に対して加算されるＤＣ光の位相が、再生像内の基準位相と同位相となるようにすればよい。この点から、ＤＣ光に対して与えるべき位相変調量は、上記のように再生像に対して与えられるπ／２の位相差を相殺すべく、「π／２」とすればよいことになる。すなわち、再生像内の基準位相と同位相の光が加算されるようにするために位相変調器１１がＤＣ光に与えるべき位相変調量は、「π／２」である。
【００８８】
この点から、位相変調器１１が位相変調ユニット単位で与える、上述した再生像内の基準位相と同位相とするための位相変調量は、具体的には「π／２」となる。
そして、位相変調ユニット単位で与えるもう一種の位相変調量は、この「π／２」からπだけ異なるようにされた「３π／２」となる。
【００８９】
このように位相変調器１１が位相変調ユニット単位で位相変調量「π／２」又は「３π／２」による分割的な位相変調を施すことで、この場合の再生像に対しては、その一部には当該再生像と同位相となる光が加算され、他の部分では逆位相となる光が加算されることになる。
【００９０】
ここで、次の図７を参照して、このように再生像に対して同位相となる成分、逆位相となる成分が加算された場合の作用について検証してみる。
図７（ａ）は、再生像とＤＣ光の振幅の関係を表す図として、振幅「１」「０」「−１」を有する再生像と、同相のＤＣ光、逆相のＤＣ光との振幅の関係を示している。また、図７（ｂ）は、イメージセンサ結像時の振幅として、再生像に同相のＤＣ光が加算された成分（再生像＋同相のＤＣ光）の振幅、及び再生像に逆相のＤＣ光が加算された成分（再生像＋逆相のＤＣ光）の振幅をそれぞれ示し、図７（ｃ）は、イメージセンサ検出強度として、上記「再生像＋同相のＤＣ光」についてのイメージセンサ１９による強度検出結果、上記「再生像＋逆相のＤＣ光」についてのイメージセンサ１９による強度検出結果をそれぞれ示している。
なお、これらの各図においては、再生像に加算される際の光強度が「３」に設定された場合を例示している。
【００９１】
先ず、図７（ａ）に示すように、この場合のＤＣ光の強度設定によれば、同相のＤＣ光の振幅は「３」、逆相のＤＣ光の振幅は「−３」となる。
【００９２】
振幅「３」による同相のＤＣ光が再生像に対して加算されると、図７（ｂ）に示すように、再生像内の振幅「１」のピクセルにおける振幅は「４」、振幅「０」のピクセルにおける振幅は「３」、振幅「−１」のピクセルにおける振幅は「２」となる。
一方、振幅「−３」となる逆相のＤＣ光が再生像に対して加算されると、再生像内の振幅「１」のピクセルにおける振幅は「−２」、振幅「０」のピクセルにおける振幅は「−３」、振幅「−１」のピクセルにおける振幅は「−４」となる。
【００９３】
このようにＤＣ光が加算された再生像が、イメージセンサ１９にて検出されることになるが、先にフーリエ変換ホログラムとして説明したように、イメージセンサ１９では、入射光の波面の振幅が２乗化されて絶対値化された、光の強度が検出されることになる。
従って上記「再生像＋同相のＤＣ光」についてのイメージセンサ１９での強度検出結果としては、図７（ｃ）の上段に示されるように、振幅「１」のピクセルについては光強度「４2」、振幅「０」のピクセルについては光強度「３2」、振幅「−１」のピクセルについては光強度「２2」が得られることになる。
また、上記「再生像＋逆相のＤＣ光」についてのイメージセンサ１９での強度検出結果としては、図７（ｃ）下段に示すように、振幅「１」のピクセルについては光強度「２2」、振幅「０」のピクセルについては光強度「３2」、振幅「−１」のピクセルについては光強度「４2」が得られることになる。
【００９４】
ここで、先に従来例として説明した「コヒーレント加算方式」では、イメージセンサにより検出された値について、その平方根を計算し、加算したＤＣ光の成分を除去することで、記録された振幅の情報（「１」「０」「−１」）を復元するものとしていた。
本実施の形態においても、イメージセンサ１９により検出された値に対しては、同様に平方根を計算し、加算したＤＣ光の成分を除去するという処理を行う。
このような処理（線形化処理と称する）の結果、「再生像＋同相のＤＣ光」の成分については、振幅「１」のピクセルが「４」、振幅「０」のピクセルが「３」、振幅「−１」のピクセルが「２」という処理結果値が得られる。
また、「再生像＋逆相のＤＣ光」の成分については、振幅「１」のピクセルが「２」、振幅「０」のピクセルが「３」、振幅「−１」のピクセルが「４」という処理結果値が得られる。
【００９５】
この結果からも理解されるように、同相のＤＣ光が加算される領域については、従来例として説明した「コヒーレント加算方式」と同様の処理結果値が得られることになる。
これに対し、逆相のＤＣ光が加算される領域においては、従来の「コヒーレント加算方式」の場合と比較して、振幅「１」のピクセルの値と振幅「−１」のピクセルの値とが反転した処理結果値が得られる。
【００９６】
但し、ここで注意すべきは、位相変調記録によっては振幅「１」「０」「−１」の３値が記録されるが、記録したデータ自体は、「０」「１」の２値の何れかであるという点である。すなわち、記録したデータを再生するにあたっては、少なくとも振幅「０」のピクセルであるか、それ以外の振幅のピクセルであるかの識別が可能であればよいものである。
【００９７】
このような２値データ識別の手法は、従来の「コヒーレント加算方式」を採る場合も同様であり、具体的に、従来よりこの２値データ識別としては、上記線形化処理の処理結果値として、値「０」が得られたピクセルはデータ「０」、それ以外の処理結果値の得られたピクセルはデータ「１」と識別する処理を行うものである。
つまり、このことからも理解されるように、本実施の形態のＤＣ光加算方式による再生手法によっても、イメージセンサにより検出された値について、平方根計算、加算したＤＣ光成分の除去、２値データ識別という従来と同様の再生処理を行うことで、記録した「０」「１」の２値データを適正に再生することができるものである。
【００９８】
なお確認のために述べておくと、「線形読み出し」としては、図７（ｃ）に示されるようにして振幅「１」が記録されたピクセル（つまり位相０のピクセル）についての強度検出値と振幅「−１」が記録されたピクセル（位相πのピクセル）の強度検出値とがそれぞれ異なる値で得られる点が重要となるものである。すなわち、イメージセンサにおける強度検出の時点で、位相情報が失われていない点が重要となるものである。
【００９９】
上記の説明より、位相変調記録として信号光・参照光に「０」「π」による位相変調を施して記録を行う場合において、記録した「０」「１」の２値データを適正に再生するためには、位相変調器１１にてＤＣ光に分割的に与える位相変調量を、「π／２」「３π／２」の２種とする必要があることが理解できる。
【０１００】
ここで、ＤＣ光の位相変調として、「π／２」による位相変調を施すユニットと「３π／２」による位相変調を施すユニットの分布に周期性が与えられてしまうと、ＤＣ光のフーリエ面上での強度集中を効果的に抑制することができない。これは、このように位相分布に周期性が与えられてしまうと（例えば各ユニットに「π／２」→「３π／２」→「π／２」→「３π／２」・・・のように周期的に位相を割り振った場合）、フーリエ面上でその周期で決定される位置に光強度の集中が発生してしまうためである。
そこで、それぞれ異なる位相変調量の与えられるユニットの分布には、ランダム性を持たせる。具体的にこの場合は、「π／２」による位相変調を施すユニットの数と「３π／２」による位相変調を施すユニットの数とが半々となるようにして、ユニットごとに「π／２」又は「３π／２」の位相変調量をランダムに割り振る。
このことで、ＤＣ光のフーリエ面上での強度集中を効果的に抑制することができる。
【０１０１】
また、上記の位相変調量の設定値からも理解されるように、本例では、ＤＣ光に対して位相差がπとなる（つまり逆相の関係となる）２つの位相による位相パターンが与えられる。このように逆相の関係となる２値の位相による位相パターンが与えられることにより、位相変調記録の場合と同様の原理で、フーリエ面上での強度集中を効果的に抑制することができる。
【０１０２】
[実施の形態の再生手法を実現するための構成]
上記により説明した実施の形態としてのＤＣ光加算方式による再生を行うために、先の図５に示した変調制御部２０は、再生時において以下のような動作を行う。
先ず、再生時において、変調制御部２０におけるマッピング部２６は、参照光、及びＤＣ光を生成するためのマッピング処理として、参照光エリアＡ１を記録時と同様の「０」「１」のパターンとした上で、さらに信号光エリアＡ２の全域を「１」とし、他の領域をすべて「０」としたデータパターンを生成する。そして、このデータパターンを偏光制御ドライバ２７に供給する。
【０１０３】
偏光制御ドライバ２７は、上記マッピング部２６から供給されたＳＬＭ８の全画素分のデータパターンに応じて、ＳＬＭ８の各画素を駆動制御する。これにより、図１に示した偏光ビームスプリッタ７から対物レンズ１７側への出射光として、記録時と同じ強度パターンの与えられた参照光の元となる光と、信号光の光線領域において、その全域が光強度「１」で均一となるようにされたコヒーレント光の元となる光とが得られる。
【０１０４】
なお、従来の「コヒーレント加算方式」の場合と同様に、ＤＣ光としては、再生像に対して加算されるときの強度が、再生像の振幅の最小値の絶対値よりも大となるようにされることが条件となる。
先に説明したホログラムの回折効率（数％〜１％未満）によれば、上記のように光強度「１」による強度変調を行うことで、このようなＤＣ光について強度条件は十分に満たされる。
【０１０５】
また、図５において、再生時には、さらに位相変調パターン生成部２８及び位相変調ドライバ２９が以下の動作を行う。
すなわち、位相変調パターン生成部２８は、位相変調器１１の参照光エリアＡ１については、記録時と同様の位相変調パターンとしてのデータパターンを生成する。
さらに、信号光エリアＡ２については、先に説明した位相変調ユニットを最小変調単位とする位相パターンとして、所定の位相変調ユニット内の全画素を位相変調量「π／２」に相当する値、それ以外の位相変調ユニット内の全画素を位相変調量「３π／２」に相当する値としたデータパターンを生成する。
そして、これらのデータパターンを合わせて位相変調器１１の全有効画素分のデータを生成し、これを位相変調ドライバ２９に対して供給する。
【０１０６】
ここで、先の図４にて説明したように、位相変調器１１は、駆動電圧レベルに応じて可変的に各画素の位相を変調することが可能に構成される。具体的には、駆動電圧レベルに応じ各画素ごとに位相を「０」〜「２π」の間で可変的に変調することができる。
これに対応して、位相変調ドライバ２９は、位相変調パターン生成部２８からの値「０」〜「１」（例えば２５６階調であれば０〜２５５）に応じたレベルの駆動電圧により位相変調器１１の各画素を駆動するように構成されている。
【０１０７】
この前提によると、位相変調量「π／２」による位相変調を行わせるにあたって位相変調パターン生成部２８が設定すべき値は、上記「０」〜「１」の範囲内における「１／４」（２５６階調であれば６３）となる。同様にして、位相変調量「３π／２」による位相変調を行わせるために設定すべき値は「３／４」（１９１）となる。
【０１０８】
ここで、先にも述べたように、ＤＣ光に与える位相パターンとしては、ランダム性を持たせることが望ましい。このため位相変調パターン生成部２８は、「π／２」による位相変調を施すユニットの数と「３π／２」による位相変調を施すユニットの数とが半々となるようにし、且つユニットごとにこれら「π／２」「３π／２」がランダムに割り振られるようにして、各ユニット内の各画素に割り振る値（つまり上記「１／４」又は「３／４」）を設定することになる。
【０１０９】
上記による位相変調パターン生成部２８及び位相変調ドライバ２９による再生時の動作により、位相変調器１１からは、記録時と同じ位相パターンの与えられた参照光と、位相変調ユニットを最小変調単位とした「π／２」と「３π／２」によるランダムな位相パターンの与えられたＤＣ光とが出力される。
【０１１０】
先の説明からも理解されるように、このように生成された参照光とＤＣ光は対物レンズ１７を介してホログラム記録媒体ＨＭに照射され、これに伴い、図１に示したイメージセンサ１９では、再生像とＤＣ光とが加算された成分についての強度検出が行われることになる。
【０１１１】
図１に示した記録再生装置では、このようにしてイメージセンサ１９にて得られる強度検出結果（画像信号）に基づき、データ再生部２１が記録データの再生を行う。
【０１１２】
図８は、データ再生部２１の内部構成を示している。なお、この図８ではイメージセンサ１９も併せて示している。
図示するようにしてデータ再生部２１には、線形化処理部３０、及び再生処理部３１が設けられている。
【０１１３】
線形化処理部３０は、イメージセンサ１９により得られた再生像＋ＤＣ光の検出結果としての画像信号を入力し、線形読み出しのための処理を行う。
この場合の線形化処理部３０には、図示するようにして平方根計算部３０ａ、及びオフセット除去部３０ｂが備えられている。
平方根計算部３０ａは、イメージセンサ１９によって得られる画像信号を構成する各値について、その平方根を計算し、その結果をオフセット除去部３０ｂに供給する。
なお確認のために述べておくと、イメージセンサ１９によっては、検出された光の強度が例えば２５６階調などの所定階調による振幅値で表されるものとなっている。平方根計算部３０ａは、このようなイメージセンサ１９の各画素の振幅値について、その平方根計算を行うことになる。
【０１１４】
また、上記オフセット除去部３０ｂは、平方根計算部３０ａにより得られた平方根の値から、ＤＣ光の成分（すなわち検出対象である再生像に対するオフセット成分）を除去するための処理を行う。具体的に、この場合のオフセット除去部３０ｂは、平方根計算部３０ａにより得られた各画素の振幅値の平方根の値について、それぞれＤＣ光の加算量に応じた値を減算する処理を行う。
ここで確認のための述べておくと、ＤＣ光の加算量とは、再生像に対して加算されるＤＣ光の強度を指す。すなわち、先の図７の例において、ＤＣ光の加算量は｜３｜となるものである。
【０１１５】
なお、ここではＤＣ光としてのオフセット成分の除去として、平方根計算結果値からＤＣ光の加算量の値を減算する手法を例示したが、このように明示的な減算処理を行うのではなく、例えば平方根計算部３０ａにより得られる平方根計算結果としての画像信号に対しＤＣ成分を除去するフィルタ処理を施すなど、他の手法によってＤＣ光の加算分の除去を行うようにすることもできる。
【０１１６】
ここで、先の説明からも理解されるように、ＤＣ光＋再生像の検出結果について上記のような線形化処理（平方根計算・オフセット除去）が行われることによって、位相変調記録によりホログラム記録媒体ＨＭに記録された位相の情報も適切に表す線形読み出し信号を得ることができる。
【０１１７】
上記線形化処理部３０の線形化処理により得られた線形読み出し信号は、再生処理部３１に供給される。
再生処理部３１は、上記線形読み出し信号としての画像信号に基づき、記録データを再生する。つまり、再生データを得る。
具体的に、再生処理部３０では、上記線形読み出し信号としての画像信号に対し、符号間干渉（ピクセル間干渉）抑制のためのイコライジング処理を行う。また、このイコライジング処理後の画像信号を対象として、当該画像信号中に含まれるＳＬＭ８の画素単位の値（データピクセルの値）を取得するためのリサンプリング処理を行う。さらには、リサンプリング処理により取得した各データピクセルの値に基づく「０」「１」のデータ識別処理、及び先に説明した符号化部２５による記録変調符号の復号化処理等を行って、記録データを再生する。
ここで、先に説明したように、位相変調記録が行われることに伴ってホログラム記録媒体ＨＭに記録される振幅の情報は「１」「０」「−１」の３値となるが、このうち「１」「−１」については、共にデータ「１」として記録されたものであり、従って再生時にはこれら「１」「−１」としての振幅情報は共にデータ「１」として識別することになる。つまり、再生処理部３０による上記データ識別処理としては、上記線形化処理後の画像信号（この場合は上記リサンプリング処理後の画像信号となる）について、振幅値「０」のデータピクセル（図７の例では「３2」のピクセル）についてはデータ「０」と識別し、それ以外の振幅値によるデータピクセル（図７の例では「２2」又は「４2」）についてはデータ「１」と識別することになる。
【０１１８】
[シミュレーション結果]
上記により説明した実施の形態としてのＤＣ光加算方式の有効性を実証するためのシミュレーション結果を図９〜図１１に示しておく。
図１０は、位相変調ユニットのサイズを先に例示した６４×６４ピクセルとした場合におけるシミュレーション結果を、図１１は位相変調ユニットのサイズを４８×４８ピクセルに設定した場合におけるシミュレーション結果をそれぞれ示している。これら図１０、図１１の各図において、（ａ）図は先の図６と同様に色濃度で振幅値を表すかたちでＤＣ光の位相変調例を表しており、（ｂ）図は（ａ）図に示すＤＣ光のフーリエ面上での強度分布をシミュレーションにより計算した結果を示している。
また、図９には比較として、均一な位相変調を施したＤＣ光を照射する従来例についてのシミュレーション結果を示しており、この図９においても、（ａ）図はＤＣ光の振幅パターン（位相変調例）を示し（ｂ）図はフーリエ面上での強度分布の計算結果を示している。
これら図９〜図１１において、各（ａ）図の強度分布は、色濃度により光強度の強弱を表しており、黒色→白色にかけて光強度が強であることを表す。
【０１１９】
なお、これら図９〜図１１に示される計算結果を得るにあたっての前提であるが、直径４１２ピクセルの円形パターンに対して２次元のＦＦＴ（高速フーリエ変換）計算を行うことを考慮し、１０２４×１０２４の２次元行列の中心に対象となるパターンを配置し、これを計算対象としている。このパターンのＦＦＴ計算結果からパワースペクトラムを求め、フーリエ面上での強度分布計算結果とした。
【０１２０】
先ず、図１０,図１１の結果と、図９の結果とを比較して分かるように、実施の形態としてのＤＣ光加算方式が採られることによって、フーリエ面上でのＤＣ光の強度集中が効果的に抑制されていることが理解できる。
【０１２１】
また、図１０と図１１との対比より、位相変調ユニットのサイズを縮小化して領域分割数を増加させることで、より効果的にフーリエ面上でのＤＣ光の強度集中を抑制できることが理解できる。
【０１２２】
また、図９〜図１１の各ＤＣ光について、フーリエ面上での最大ピーク値を計算した。結果は以下の通りである。
・フーリエ面上での最大ピーク値
図９のＤＣ光パターン    ＝１．７８×１０10（任意単位）
図１０のＤＣ光パターン（６４×６４）  ＝５．７４×１０8（任意単位）
図１１のＤＣ光パターン（４８×４８）  ＝３．９３×１０8（任意単位）
また、図９の従来例に対する、図１０,図１１の場合のＤＣピーク抑圧比の計算も行った。
・図９の従来例に対するＤＣピーク抑圧比
図１０のＤＣ光パターン（６４×６４）  ＝１４．９[dB]（約１／３１に抑圧）
図１１のＤＣ光パターン（４８×４８）  ＝１６．６[dB]（約１／４５に抑圧）
【０１２３】
これらの計算結果からも、実施の形態としての分割位相変調によりフーリエ面上でのＤＣ光の強度集中を効果的に抑制でき、また位相変調ユニットのサイズの縮小化によって、ＤＣ光の強度集中をより効果的に抑制できることが理解できる。
【０１２４】
[実施の形態の効果]
以上のようにして本実施の形態によれば、ＤＣ光についてそれぞれ異なる位相変調量による位相変調を分割的に施すことで、ＤＣ光がホログラム記録媒体ＨＭに照射された際の、フーリエ面上での強度集中の防止が図られる。そして、このようにＤＣ光のフーリエ面上での強度集中の防止が図られることで、ホログラム記録媒体ＨＭに記録されたデータの破壊が防止される。
【０１２５】
このとき、「０」「π」の２値による位相変調記録が行われることに対応させて（記録像の基準位相が「０」となることに対応させて）、分割的に与える位相変調量を「π／２」「３π／２」の２値とすることにより、従来の「コヒーレント加算方式」の場合と同様の再生信号処理を行うことで、記録された「０」「１」の２値データを適正に再生することができる。
【０１２６】
また、上記のようにしてＤＣ光のフーリエ面上での強度集中の防止が図られれば、先に本出願人が提案した手法のようにホログラム記録媒体の記録膜と反射膜との間にギャップ層を挿入する必要性もなくなり、結果、上記ギャップ層を挿入することに伴う記録再生特性の悪化の防止も図ることができる。
【０１２７】
＜３．変形例＞
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれまでに説明した具体例に限定されるべきものではない。
例えば、これまでの説明では、位相変調ユニットの領域分けを格子状に行い、各ユニットのサイズが均等となるようにする場合を例示したが、例えば次の図１２のように、領域分けを格子状に行わず、位相変調ユニットのサイズがバラバラとなるように設定する（つまりサイズの異なる複数種のユニットが設定される）こともできる。
このように位相変調ユニットのサイズをバラバラに設定することによっては、サイズを均等とする場合よりも、ＤＣ光のフーリエ面上での強度集中の抑制効果を高めることができる。
また、この図１２にも示されるように、位相変調ユニットの形状は正方形状に限定されるものではなく、他の形状とすることもできる。
【０１２８】
また、これまでの説明では、ＤＣ光に対する分割的な位相変調を施すにあたり、位相変調ユニットとしての所定数の画素で形成される領域を最小変調単位として位相変調を施す場合を例示したが、このような位相変調ユニットは設けず、１画素を最小変調単位として分割的な位相変調を施すこともできる。
先に説明したように、最小変調単位のサイズが小さければ、その分、フーリエ面上での強度集中の抑制効果は大となるので、このように画素単位で分割位相変調を行う構成とすることで、強度集中抑制効果は最大とすることができる。
【０１２９】
また、本発明のＤＣ光加算を行って得られた読み出し信号（イメージセンサによる検出画像）に対する再生信号処理の内容は、先に例示したものに限定されない。
例えば、先の説明では、「０」「１」の２値データ記録を行う場合を前提としたので、線形化処理の処理結果値が「０」のピクセルはデータ「０」、処理結果値が「０」以外のピクセルはデータ「１」と識別するデータ識別手法を採るものとしたが、データとして「１」「０」「−１」の３値を記録することも可能であり、その場合には、データ識別手法を変更することになる。
当然のことながらこのような３値記録を行う場合には、「１」「−１」の識別も行う必要がある。但し、ここで注意すべきは、ＤＣ光の分割位相変調を行う場合は、それぞれ異なる位相変調の施された位相変調ユニット間で、振幅「１」「−１」の検出結果が逆となる点である（図７（ｃ）を参照）。すなわち、この場合においてデータ「１」「−１」を適正に識別するには、「π／２」の位相変調が施された位相変調ユニットと、「３π／２」の位相変調が施された位相変調ユニットとで、それぞれ異なるデータ識別を行う必要があることになる。
具体的に、位相変調量「π／２」の位相変調ユニット（再生像の基準位相と同位相とするための位相変調を行った位相変調ユニット）では、データ「１」についての線形化処理の結果値が「１」、データ「−１」の処理結果値が「−１」となるので、データ識別としては、処理結果値「０」のピクセルはデータ「０」、処理結果値「１」のピクセルはデータ「１」、処理結果値「−１」のピクセルはデータ「−１」と識別する。一方、位相変調量「３π／２」の位相変調ユニット（π異なる位相変調量による位相変調を行った位相変調ユニット）では、逆にデータ「１」についての線形化処理の結果値が「−１」、データ「−１」の処理結果値が「１」となるので、データ「０」の識別は上記と同様とされた上で、処理結果値「−１」のピクセルをデータ「１」、処理結果値「１」のピクセルをデータ「−１」と識別することになる。
このようにして、３値記録が行われる場合に対応して適正にデータ再生を行うにあたっては、データ「１」「−１」の識別を、位相変調量に応じてユニットごとに異ならせる。
【０１３０】
ここで、上記のように位相変調ユニット単位で異なるデータ識別処理を行う場合など、位相変調ユニット単位でそれぞれ異なる信号処理が必要となる場合には、位相変調ユニット間の境界線を設けるようにする。つまり、各位相変調ユニット間に光強度＝「０」となる境界画素を設けるものである（例えば幅２画素程度）。
このような境界線を設ければ、イメージセンサの検出画像中からの各位相変調ユニットの抜き出しが容易となり好ましい。
具体的に、このような境界線を設けるとした場合には、変調制御部２０におけるマッピング部２６が、記録時において信号光エリアＡ２内の当該境界線に該当する各画素に「０」を割り振るようにすればよい。
【０１３１】
また、上記のようにユニット単位での信号処理が必要となる場合には、各ユニットの信号処理を並列的に行うことが考えられる。このようにユニット単位の並列処理を行う場合、位相変ユニットは実施の形態で例示したように格子状に分割されて形成されたものであることが望ましい。つまり、格子状分割により各ユニットのサイズが均等とされれば、ユニットごとの処理速度も均等化できるからである。
【０１３２】
また、これまでの説明では、データ破壊の防止にあたり、ＤＣ光の分割位相変調による強度集中の抑制のみを図る場合を例示したが、例えば再生時における信号光エリア内の光の強度を抑制する手段を別途設けるようにすれば、より強固にデータ破壊の防止を図ることができる。
具体的には、信号光エリアに対応する領域にのみ減光材料（例えば金属膜など）の形成された部分的減光素子を、再生時にのみ光路中に挿入する構成を挙げることができる。或いは、図１における１／２波長板６に代えて、信号光エリアに対応する領域にのみ１／２波長板が形成された部分的偏光方向制御素子を挿入し、この部分的偏光方向制御素子を、再生時にのみ上記１／２波長板と偏光ビームスプリッタ７との作用によりＳＬＭ８の信号光エリアＡ２への入射光量が減衰されるようにして回転駆動するといった構成を採ることもできる。
【０１３３】
また、これまでの説明では、信号光、参照光の生成のための強度変調を行う強度変調部が、偏光方向制御型の空間光変調器（ＳＬＭ８）と偏光ビームスプリッタとの組み合わせで実現される場合を例示したが、これに代えて、例えばＤＭＤ（Digital Micro mirror Device：登録商標）など、偏光ビームスプリッタを組み合わせる必要なく単体で強度変調が可能な強度変調器としての空間光変調器を用いることもできる。
また、空間光変調器としては、反射型ではなく透過型のもの（例えば透過型の液晶パネルなど）を用いることもできる。
【０１３４】
また、これまでの説明では、反射型のホログラム記録媒体ＨＭに対応する場合の記録再生装置の構成を例示したが、反射膜を備えない透過型のホログラム記録媒体に対応する構成とすることも可能である。
透過型のホログラム記録媒体の場合、再生時の参照光の照射に応じては、再生像がホログラム記録媒体を抜けるようにして反対側に出力されることになる。
この点から、この場合の記録再生装置としては、光源側から見てホログラム記録媒体の反対側となる位置に別途対物レンズを設け、当該対物レンズに再生像及びＤＣ光を入射させることになる。そして、この対物レンズを介して得られる再生像及びＤＣ光を、イメージセンサ１９に対して導くように光学系を構成する。
【０１３５】
また、これまでの説明では、略円形とされた信号光エリアＡ２の外側に略輪状の参照光エリアＡ２が設けられる場合を例示したが、信号光エリア、参照光エリアの形状は、これら略円形や略輪状に限定されるものではない。また、参照光エリアを内側、信号光エリアを外側に配置することもできる。
【０１３６】
ここで、信号光エリアの形状を矩形状にする場合には、例えば次の図１３に示されるようにして、信号光エリアの全域で位相変調ユニットのサイズは同じとすることができる。
但し、略円形とする場合にも、例えば位相変調ユニットのサイズを４×４ピクセルなど比較的小さめのサイズに設定する場合には、信号光エリア内の全域でユニットサイズを同じとすることもできる。
【０１３７】
また、これまでの説明では、本発明の再生装置が、記録と再生の双方が可能な記録再生装置に適用される場合を例示したが、本発明の再生装置としては、記録機能を有さない再生専用装置として構成することも勿論可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１３８】
【図１】実施の形態の記録再生装置の内部構成を示したブロック図である。
【図２】偏光方向制御型の空間光変調器と偏光ビームスプリッタとの組み合わせによる強度変調手法について説明するための図である。
【図３】空間光変調器において設定される参照光エリア、信号光エリア、ギャップエリアの各エリアについて説明するための図である。
【図４】画素単位で可変的な空間光位相変調が可能な位相変調器の構造について説明するための図である。
【図５】変調制御部の内部構成について説明するための図である。
【図６】実施の形態としてのＤＣ光の位相変調例について説明するための図である。
【図７】再生像に対して同位相となる成分、逆位相となる成分が加算された場合の作用について検証するための図である。
【図８】データ再生部の内部構成について説明するための図である。
【図９】ＤＣ光に均一な位相を与える従来手法についてのシミュレーション結果を示した図である。
【図１０】実施の形態としての分割位相変調（ユニットサイズ６４×６４）を行った場合のシミュレーション結果を示した図である。
【図１１】実施の形態としての分割位相変調（ユニットサイズ４８×４８）を行った場合のシミュレーション結果を示した図である。
【図１２】ユニットサイズについての変形例について説明するための図である。
【図１３】信号光エリアの形状を矩形状とする変形例について説明するための図である。
【図１４】コアキシャル方式によるホログラム記録再生方式（記録時）について説明するための図である。
【図１５】コアキシャル方式によるホログラム記録再生方式（再生時）について説明するための図である。
【図１６】信号光、参照光の振幅を位相マスク有り／無しの場合で比較して示した図である。
【図１７】コヒーレント光について説明するための図である。
【図１８】コヒーレント加算方式について説明するための図である。
【符号の説明】
【０１３９】
１  レーザダイオード（ＬＤ）、２  アイソレータ、３,１８  ビームエキスパンダ、４  ピンホール（空間フィルタ）、５  ミラー、６  １／２波長板、７,１２  偏光ビームスプリッタ、８  ＳＬＭ、９,１０,１３,１５  リレーレンズ、１１  位相変調器、１４  アパーチャー、１６  偏光回折素子、１７  対物レンズ、１９  イメージセンサ、２０  変調制御部、２１  データ再生部、２５  符号化部、２６  マッピング部、２７  偏光制御ドライバ、２８  位相変調パターン生成部、２９  位相変調ドライバ、３０  線形化処理部、３０ａ  平方根計算部、３０ｂ  オフセット除去部、３１  再生処理部、ＨＭ  ホログラム記録媒体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図７】
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【図８】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１８】
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【図６】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１６】
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【図１７】
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【手続補正書】
【提出日】平成21年12月8日(2009.12.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
しかしながら、ここで問題となるは、再生時において再生像の検出を行うイメージセンサ１０４は、光強度の情報しか検出できないという点である。
ここで、ホログラム記録再生システムの光学系は、一般的にＳＬＭ、対物レンズ、メディア、接眼レンズ（対物レンズ）、イメージセンサのそれぞれがレンズの焦点距離だけ離間して配置されている、４ｆ光学系に基づく構成となっている。いわゆるフーリエ変換ホログラムと呼ばれる構成である。
このようなフーリエ変換ホログラムの構成では、先に説明した記録再生の一連の動作を、次のようにみなすことができる。すなわち、ＳＬＭの記録データパターンはフーリエ変換されてホログラム記録媒体（メディア）に投影され、メディアの読み出し信号（再生像）は逆フーリエ変換されてイメージセンサに投影される。そして、イメージセンサでは、そこに入力される光の波面の振幅の絶対値が２乗された、光の強度を検出しているというものである。
この点から、従来のホログラム記録再生システムは、強度・位相の双方を記録可能とされるのに対し、再生側ではそのうちの強度の情報しか再生できないという、非線形性を有するものとなっている。従来のホログラム記録再生システムでは、このような非線形性の問題から、位相変調記録を行った場合に適正にデータ再生を行うことが非常に困難とされていた。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
この点を考慮し、コヒーレント光の位相を再生像内の基準位相と一致させるためには、位相変調器１０１ｂにおいて、図のように「π／２」による変調を与える。具体的にこの場合の位相変調器１０１ｂは、信号光エリア内の各画素にてπ／２による位相変調を与えるものである。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７８】
また、記録時において変調制御部２０では、このようなＳＬＭ８に対する駆動制御のための動作（つまり強度変調のための動作）と共に、位相変調器１１に対する駆動制御のための動作も行う。
先ず、位相変調パターン生成部２８は、予め設定された所定のデータパターンに基づき、位相変調器１１の信号光エリアＡ２内に設定すべき位相変調パターンを生成する。本実施の形態の場合も、位相変調記録時に与える位相変調パターンについては、２値ランダム位相パターンが設定されているものとする。
また、これと共に位相変調パターン生成部２８は、位相変調器１１の参照光エリアＡ１に設定すべき位相変調パターンとして、所定の位相変調パターンを生成する。参照光エリアＡ１に設定する位相変調パターンとしても、２値ランダム位相パターンとする。
そして位相変調パターン生成部２８は、このようにして生成した信号光エリアＡ２と参照光エリアＡ１についてのそれぞれの位相変調パターン（対応する各画素の制御パターン）を併せて、位相変調器１１の全有効画素分の位相変調パターンを生成する。このとき、信号光エリアＡ２と参照光エリアＡ１以外の画素については、例えば位相「０」に対応した値を設定する。
そして、このようにして生成した位相変調パターンを位相変調ドライバ２９に与える。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１１７】
上記線形化処理部３０の線形化処理により得られた線形読み出し信号は、再生処理部３１に供給される。
再生処理部３１は、上記線形読み出し信号としての画像信号に基づき、記録データを再生する。つまり、再生データを得る。
具体的に、再生処理部３１では、上記線形読み出し信号としての画像信号に対し、符号間干渉（ピクセル間干渉）抑制のためのイコライジング処理を行う。また、このイコライジング処理後の画像信号を対象として、当該画像信号中に含まれるＳＬＭ８の画素単位の値（データピクセルの値）を取得するためのリサンプリング処理を行う。さらには、リサンプリング処理により取得した各データピクセルの値に基づく「０」「１」のデータ識別処理、及び先に説明した符号化部２５による記録変調符号の復号化処理等を行って、記録データを再生する。
ここで、先に説明したように、位相変調記録が行われることに伴ってホログラム記録媒体ＨＭに記録される振幅の情報は「１」「０」「−１」の３値となるが、このうち「１」「−１」については、共にデータ「１」として記録されたものであり、従って再生時にはこれら「１」「−１」としての振幅情報は共にデータ「１」として識別することになる。つまり、再生処理部３１による上記データ識別処理としては、上記線形化処理後の画像信号（この場合は上記リサンプリング処理後の画像信号となる）について、振幅値「０」のデータピクセル（図７の例では「３2」のピクセル）についてはデータ「０」と識別し、それ以外の振幅値によるデータピクセル（図７の例では「２2」又は「４2」）についてはデータ「１」と識別することになる。