(57)【要約】【課題】再生時の信号品質が高い情報記録装置および情報記録方法を提供する。【解決手段】信号光ＳＬは、空間変調素子１０８により、２要素×２要素を最小の符号化単位とし、符号化単位のうち、少なくとも３要素を暗ビット、残りの要素を明ビットとする変調方式によって変調されている。位相変調素子１１０は、上記符号化単位の大きさと等しい位相変調領域ごとに、信号光を第１の位相状態と第２の位相状態に変調する。位相変調領域は、４個の異なる符号化単位の各々１要素を含むように配置される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
記録対象の情報が付与された信号光と、参照光との干渉により、情報をホログラム記録する情報記録装置であって、
２要素×２要素を最小の符号化単位とするとき、前記信号光を、前記符号化単位のうち、少なくとも３要素を暗ビット、残りの要素を明ビットとする空間変調方式によって変調する空間変調手段と、
少なくとも前記符号化単位の大きさごとに、前記信号光を第１の位相状態と第２の位相状態に変調する位相変調領域に分割された位相変調手段と、
前記位相変調手段からの前記信号光をホログラム記録媒体に記録するホログラム記録手段とを備え、
前記位相変調領域は、４個の異なる符号化単位の各々１要素を含むように配置される、情報記録装置。
【請求項２】
前記第１の位相状態と第２の位相状態との位相差はπである、請求項１記載の情報記録装置。
【請求項３】
前記第１の位相状態と前記第２の位相状態の分布数は略等しい、請求項１記載の情報記録装置。
【請求項４】
前記第１の位相状態と前記第２の位相状態の分布数は略等しくなるようにランダムに配置されている、請求項１記載の情報記録装置。
【請求項５】
記録対象の情報が付与された信号光と、参照光との干渉により、情報をホログラム記録する情報記録方法であって、
２要素×２要素を最小の符号化単位とするとき、前記信号光を、前記符号化単位のうち、少なくとも３要素を暗ビット、残りの要素を明ビットとする空間変調方式によって記録情報の二次元データを生成し信号光を生成するステップと、
少なくとも前記符号化単位のサイズに対応した位相変調領域ごとに、前記信号光を第１の位相状態と第２の位相状態に変調するステップとを備え、
前記位相変調領域は、４個の異なる符号化単位の各々１要素を含むように配置されており、
前記位相変調された前記信号光をホログラム記録媒体に記録するステップをさらに備える、情報記録方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、信号光と参照光との干渉縞によって、情報をホログラム記録媒体へ記録する情報記録装置と情報記録方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、情報のマルチメディア化が進み、情報を処理するシステムや装置において扱われるデータ量が増大している。このような大容量のデータを記録するために、ホログラムを用いた情報記録再生装置（以下、「ホログラムメモリ」という）の研究が各種なされている。
【０００３】
このホログラムメモリは、２次元のページデータ（明暗のビットで構成される２次元データ）を一度に記録再生できることから、データの転送速度が高速である。また、フォトポリマーのような感光性材料が記録媒体として利用されており、多重記録と呼ばれる技術を用いることが可能である。このような多重記録により、記憶容量の大容量化も実現できるといわれている。
【０００４】
ホログラムメモリにおける情報の記録・再生には、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）等のような媒体へ情報の記録再生を行う光ディスク装置と異なる性質の外乱要因がある。その中でも、符号間干渉（ＩＳＩ：Inter Symbol Interference）は、ＤＶＤとホログラムメモリでは大きく性質が異なっている。
【０００５】
図９は、ホログラムメモリのＩＳＩについて説明する概念図である。
図９において、空間光振幅変調器９０１は、コヒーレント(可干渉)な光の振幅を空間変調する。すなわち、図面上部から照射されるコヒーレントな光ｈνの振幅を空間光振幅変調器９０１が空間変調し、イメージセンサ９０２は、変調された光を受光してイメージセンサ信号を出力する。
【０００６】
空間光振幅変調器９０１は、光を透過するピクセルと光を遮蔽するピクセルとで構成されている。ピクセルは、ｎ行ｍ列で表わされる２次元に配列されている。空間光振幅変調器９０１としては、例えば、液晶素子や、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device）などが利用される。
【０００７】
図９においては、光を透過するピクセルが１つの場合（図中で「明ビットが孤立」と記載した、ピクセルＰＡのみで光が透過する）と、２つ隣接する場合（図中で「明ビットが隣接」と記載した、ピクセルＰＡとピクセルＰＢとで光が透過する）について、信号再生時において、それぞれの電界振幅波形と電界パワー波形（光強度）とイメージセンサー出力値とが比較して示されている。
【０００８】
イメージセンサー９０２は光電変換素子で構成される。したがって、各ピクセルでのイメージセンサー出力値は、各ピクセル内の画素で受光した成分の出力値を積分したものである。図９から分かるように、各ピクセルのイメージセンサー出力は、データの記録再生を行う光学系の伝達関数に応じて変化し、隣接するピクセルが、光が遮蔽されるピクセルか光が透過するピクセルかにより影響を受ける。例えば、暗ビットの周囲がすべて明ビットで囲まれているような状態の場合、再生時に暗ビットが埋もれてしまい、誤りビットになる可能性が高くなる。
【０００９】
従来、このＩＳＩの影響を削減する一つの手法として、明ビット（光が透過するピクセルに対応）の隣接ピクセルに明ビットが少ない「変調符号」を適用する方法がある。
【００１０】
例えば、「４−１６変調符号」と呼ばれる符号は、２ピクセル×２ピクセルで構成された４つのピクセルを１つのブロックとした符号であり、このブロックの内、１つだけ明ビットで残りの３つは暗ビット（光を遮蔽するピクセルに対応）である、という制約が課された符号である。この符号は、明ビットに隣接するピクセルに明ビットが少なくなる特徴があり、ＩＳＩの影響を抑えることができる（例えば、特許文献１参照）。
【００１１】
明ビットと暗ビットの組み合わせによって記録対象のデータが、強度変調のみの形式として空間光振幅変調器９０１により物体光（信号光）に付与された場合、信号光の焦点面（フーリエ面）において０次光成分（ＤＣ成分）の強度が高次の成分と比較して強くなり、０次光成分による干渉の影響が支配的になる。このため、参照光を記録媒体に照射した再生時に高周波成分が弱い、即ち、再生時にエッジがぼけた再生画像になってしまう。また、記録媒体のダイナミックレンジを浪費してしまい、多重記録できるホログラム数が限られてしまう。このような結果として、記録できる容量の低下を招く。
【００１２】
この問題を解決するために、位相マスク（位相変調器）を利用し、信号光の光束に位相の変調を付与させる手法が考案されている（例えば、特許文献２参照）。
【００１３】
この位相変調器は、空間光振幅変調器とマッチしたピクセル間隔、すなわち、信号光の変調ピッチと等しい間隔を持っている光学素子で、ピクセル毎に光の位相を変更することができる。位相変調器としては、例えば液晶素子や、透明部材の表面に凹凸を与えた光学素子などが用いられる。
【００１４】
このような信号光に対する位相変調器のパターンとしては、例えば２値のランダムパターンを設定する。即ち、位相を変調するピクセルと、位相変調を行わないピクセルとによって構成され、それらがランダムに分布しており、分布数が等しくなるように設定した位相変調パターンを形成するものである。
【００１５】
位相変調器を利用することで０次光成分の強度を抑え、記録媒体のダイナミックレンジを有効に活用することができ、記録容量を高めることが可能になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特許第３５３５７７６号公報明細書
【特許文献２】特開２００８−１５２８２７号公報明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかしながら、従来の位相変調器を用いる手法では、以下に説明するように、位相変調器を利用することにより、再生時の信号劣化が生じてしまうという課題がある。
【００１８】
図１０は、位相変調器を利用した場合の、信号光の表示パターンとその特性について示す概念図である。なお、図１０は説明を簡単にするために、空間光振幅変調器においては、画素が１次元に４個隣接しているものとする。
【００１９】
図１０は、空間光振幅変調器による振幅変調と位相変調器による位相変調とを与えた信号光が記録再生される際の、電界振幅波形と電界パワー波形（光強度）とイメージセンサー上の強度分布を模式的に示している。
【００２０】
位相変調器を設けることにより、明ビット状態の隣接する２画素の領域において、光は位相変調器によってそれぞれ異なる位相（０またはπ）に変調される。このため、明ビットの状態を仮に「１」とすると、その振幅は「＋１」と「−１」の二種類に分けられることになる。なお、暗ビットは位相変調に対して「０」のままとなる。
【００２１】
このことから位相変調器が有る場合、記録データは「０」「＋１」「−１」の３値により記録されることになる。
【００２２】
ホログラムメモリの再生においては、再生信号を光の振幅ではなく強度で検出する。位相マスクによって、明ビットの連続する領域が、ランダムに「０」と「π」、すなわち振幅が「＋１」と「−１」に分断される。このため、それら「＋１」と「−１」との境界に振幅ゼロのヌル（Null）領域が発生する。その結果、イメージセンサー上の強度分布は、図１０のように、明ビット状態の隣接する２画素の間に、光強度が低くなる領域が生じる。再生時にオーバーサンプリングによって再生光を検出する場合、上記のようなヌル領域が信号の劣化を招く。このような信号劣化は、隣接する明ビット間で位相が異なることに起因する。
【００２３】
図１１は、空間光変調器の画素ピッチと同様のピッチを有する位相変調器を用いて記録再生した場合の再生信号を示す模式図である。隣接する明ビットや斜め方向において、出力信号のレベルの低下（読出信号の欠落）が生じている。
【００２４】
このため、特許文献２に開示された従来技術においては、再生時に、再生光に重畳するようにコヒーレント光を加算させるように照射し、「０」「＋１」「−１」の３値を検出する手法を採用しているが、イメージセンサーからの出力に複雑な演算を施す必要があるという問題があった。
【００２５】
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、符号間干渉を低減できる変調符号利用時において、位相変調を採用することで記録密度を高く維持しつつ、信号の劣化を招かない記録装置、記録方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
この発明の１つの局面に従うと、記録対象の情報が付与された信号光と、参照光との干渉により、情報をホログラム記録する情報記録装置であって、２要素×２要素を最小の符号化単位とするとき、信号光を、符号化単位のうち、少なくとも３要素を暗ビット、残りの要素を明ビットとする空間変調方式によって変調する空間変調手段と、少なくとも符号化単位の大きさごとに、信号光を第１の位相状態と第２の位相状態に変調する位相変調領域に分割された位相変調手段と、位相変調手段からの信号光をホログラム記録媒体に記録するホログラム記録手段とを備え、位相変調領域は、４個の異なる符号化単位の各々１要素を含むように配置される。
【００２７】
好ましくは、第１の位相状態と第２の位相状態との位相差はπである。
好ましくは、第１の位相状態と第２の位相状態の分布数は略等しい。
【００２８】
好ましくは、第１の位相状態と第２の位相状態の分布数は略等しくなるようにランダムに配置されている。
【００２９】
この発明の他の局面に従うと、記録対象の情報が付与された信号光と、記録対象の情報が付与された信号光と、参照光との干渉により、情報をホログラム記録する情報記録方法であって、２要素×２要素を最小の符号化単位とするとき、信号光を、符号化単位のうち、少なくとも３要素を暗ビット、残りの要素を明ビットとする空間変調方式によって記録情報の二次元データを生成し信号光を生成するステップと、少なくとも符号化単位のサイズに対応した位相変調領域ごとに、信号光を第１の位相状態と第２の位相状態に変調するステップとを備え、位相変調領域は、４個の異なる符号化単位の各々１要素を含むように配置されており、位相変された信号光をホログラム記録媒体に記録するステップをさらに備える。
【発明の効果】
【００３０】
この発明によれば、信号光は、２要素×２要素を最小の符号化単位とし、各符号化単位の中には少なくとも暗ビットが３要素あり、明ビットは多くとも１要素存在する変調符号で構成されている。また、単位要素は互いに上下左右方向に隣接して整列されているため、信号光中で隣接する明ビットの数は、上下左右方向に各２要素までである。一方、位相変調手段は、符号化単位と同じサイズ（２要素×２要素の領域）の位相変調領域を有しており、各位相変調の領域は異なる４個の符号化単位の１要素を含んでいる。そのため、隣接する明ビットどうしの位相を等しくすることが可能になるため、再生時の信号劣化を防ぐことが可能になる。
【００３１】
あるいは、この発明によれば、位相変調器を構成する第１の位相状態と第２の位相状態の位相差はπである。また、第１の位相状態と第２の位相状態との分布の頻度は略等しいことから、フーリエ面における低周波成分の強度を抑圧することができ、高密度記録を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】図１は、実施の形態１のホログラム記録再生装置１０の構成と記録プロセスを説明するためのブロック図である。
【図２】実施の形態１における符号化プロセスを説明する模式図である。
【図３】実施の形態１における位相変調素子の位相分布の一例を示す模式図である。
【図４】実施の形態１における位相変調素子１１０と、信号光に与えている振幅変調の位置関係を示す模式図である。
【図５】実施の形態１のホログラム記録再生装置１０によって、情報をホログラム記録媒体から再生するプロセスを説明するためのブロック図である。
【図６】実施の形態１において、空間光変調器の状態、位相変調の状態、信号光の振幅の状態、再生光の光強度を示す模式図である。
【図７】実施の形態２の符号化プロセスを説明する模式図である。
【図８】１要素あたり２画素×２画素に設定した場合において、信号光に与えている振幅変調と、位相変調素子１１０との関係を示す模式図である。
【図９】ホログラムメモリのＩＳＩについて説明する概念図である。
【図１０】位相変調器を利用した場合の、信号光の表示パターンとその特性について示す概念図である。
【図１１】空間光変調器の画素ピッチと同様のピッチを有する位相変調器を用いて記録再生した場合の再生信号を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。
【００３４】
[実施の形態１]
図１は、実施の形態１のホログラム記録再生装置１０の構成と記録プロセスを説明するためのブロック図である。
【００３５】
図１においては、ホログラム記録再生装置１０によって、角度多重方式により、情報がホログラム記録材料１１３（ホログラム記録媒体）に記録される場合を示している。
【００３６】
図１を参照して、ホログラム記録再生装置１０は、レーザー光源１００と、シャッター１０１と、スペイシャルフィルタ１０２と、コリメートレンズ１０３と、半波長板１０４および１１４と、λ/４波長板１１８と、偏光ビームスプリッター（ＰＢＳ：Polarizing Beam Splitter）１０５および１１９と、ビームエキスパンダ１０６と、空間光変調素子（ＳＬＭ：Spatial Light Modulator）１０８と、撮像素子１１６と、リレーレンズ１０９ａ、１０９ｂおよび１０９ｃと、位相変調素子１１０と、アパーチャ１１１と、対物レンズ１１３と、角度回転ミラー１１５ａおよび１１５ｂとを備える。
【００３７】
ホログラム記録再生装置１０は、ホログラム記録媒体１１３内に信号光ＳＬと参照光ＲＬとを干渉させて干渉縞を記録し、参照光ＲＬの入射角を角度回転ミラー１１５ａにより変化させることにより、ホログラムを角度多重方式で記録する。
【００３８】
レーザー光源１００から出射されたレーザー光は、スペイシャルフィルタ１０２およびコリメートレンズ１０３により所望のビーム径に変換され、偏光ビームスプリッター１０５で信号光ＳＬと参照光ＲＬとに分割される。信号光ＳＬと参照光ＲＬとの分割の強度比率は、半波長板１０４の回転量で調整される。
【００３９】
参照光ＲＬは角度回転ミラー１０５ａに導かれる。参照光ＲＬは、角度回転ミラー１０５ａにより反射され、所望の角度でリレーレンズ系１０９ｃに導かれる。リレーレンズ系１０９ｃでは、レンズが４ｆ光学系の配置になっている。従って、角度回転ミラー１１５ａで参照光ＲＬの偏向方向を変えることで、ホログラム記録媒体１１３に対する入射角が変更され、ブラッグ回折を利用してホログラム記録媒体１１３の同一記録領域に多重記録することができる。なお、ホログラム記録媒体１１３を透過した参照光ＲＬ、信号光ＳＬが迷光となるのを防ぐため、記録処理時には、制御部２００の制御により、透過側に吸収部材を配置する、あるいは、角度回転ミラー１０５ｂを遮光部材で覆うなどして、迷光がホログラム記録媒体１１３に入射するのを防ぐ構成となっている。
【００４０】
信号光ＳＬは、空間光変調素子１０８の全面を照射するようにビームエキスパンダ１０６によって光束径が調整され、空間光変調素子１０８によって振幅変調を受ける。空間光変調素子１０８としては、たとえば、ＤＭＤ（Digital Mirror Device）、反射型液晶空間変調器、さらには磁気光学効果、電気光学効果を利用した空間光変調素子などを用いることができる。
【００４１】
以下では、一例として、空間光変調素子１０８としてＤＭＤを用いた場合の信号光ＳＬの振幅変調について説明する。
【００４２】
空間光変調素子１０８は、微小なマイクロミラーが２次元に配列されている。各々のミラーの角度は、制御部２００における記録制御部２１０によって制御されており、入射した光束をリレーレンズ系１０９ａの方向に反射する様な角度（明ビットを生成する角度）と、光ビームをリレーレンズ系１０９ａの方向に反射しない様な角度（明ビットを生成しない角度）との２つの状態に対応する角度のいずれかを維持する。
【００４３】
空間光変調素子１０８を構成するマイクロミラーの各々は、さらに、記録制御部２１０によって記録対象の情報データに加えて、その他の重畳情報（エラー訂正用の情報など）、位置合わせ用のマーカーなどによって表現されるページを単位とする記録データに応じて、「１」の場合には、明ビットを生成する角度、「０」の場合には、明ビットを生成しない角度に維持される。すなわち、空間光変調素子１０８は、記録データである２次元のページデータ（明暗のビットで構成される２次元データ）に対応する空間分布となるように、信号光ＳＬの振幅を変調することで、情報を信号光ＳＬにのせる。
【００４４】
ここで、記録データのうち記録対象の情報データは、ブロックコードである変調記録データとして符号化されている。特に限定されないが、例えば、変調記録データの１ブロックは、４行４列の１６個のマイクロミラーからなる１ブロックに対応させられている。この場合、１ブロック１６個の内の４個が明ビット、残りを暗ビットとなるような符号（以下、「４−１６変調符号」と呼ぶ）が使用されうる。４−１６変調符号による符号化データについては、後にさらに詳しく説明する。
【００４５】
空間光変調素子１０８によって情報が付与された信号光ＳＬは、リレーレンズ系１０９ａを通り、一旦結像する。位相変調素子１１０が結像面に設けられ、変調された信号光ＳＬに位相の変調を与える。位相変調素子１１０は、たとえば、ガラスなどで構成されており、ガラスの表面に凹凸を与えることによりピクセルごとの位相を変えた構成とすることができる。他の位相変調素子の例としては、例えば、液晶の変調素子などが利用できる。
【００４６】
信号光ＳＬは、位相変調素子１１０を透過後、リレーレンズ系１０９ｂと透過し、対物レンズ１１２によってホログラム記録媒体１１３内に集光される。集光された信号光ＳＬは、ホログラム記録媒体１１３内で上記の参照光ＲＬと重なり干渉縞を生成する。このようにして発生する干渉縞の光強度分布がホログラムとしてホログラム記録媒体１１３に記録される。ホログラム記録媒体１１３は感光性のフォトポリマーをガラスなどの基板で挟み込んだような形状となっている。
【００４７】
なお、空間光変調素子１０８で発生する不要回折光は、アパーチャ１１１により遮光される。アパーチャ１１１は、信号光ＳＬの光束の光軸を中心とした開口部をもつ遮光マスクであり、図１ではリレーレンズ系１０９ｂのレンズ焦点面に配置される。記録時には、リレーレンズ系１０９ｂを構成するレンズのレンズ焦点面に、信号光パターンのフーリエ変換像が形成される。アパーチャ１１１は、フーリエ面に形成される高次の回折光を取り除く役割を果たす。
【００４８】
ホログラム記録媒体１１３に、空間変調器１０８により生成された記録データがいったん記録された後、記録制御部２１０は、次に記録されるデータページに対応するように空間光変調素子１０８の各ミラーの角度を調整する。これとともに、記録制御部２１０は、角度回転ミラー１１５ａをわずかに回転して、参照光ＲＬの入射角度を変更する。その後、記録制御部２１０がシャッター１０１の開閉させることより、次に記録されるデータページがホログラム記録媒体１１３の同一記録領域に多重角度で記録される。これを繰り返して所定の多重度になると、記録制御部２１０は、図示しない移動機構により、ホログラム記録媒体１１３をＸ方向またはＹ方向に移動させ、次の記録領域に上記と同様の多重記録を行なう。
【００４９】
図２は、実施の形態１における符号化プロセスを説明する模式図である。
図２を用いて、空間光変調素子１０８でのミラーの角度設定のパターンについて説明する。
【００５０】
空間光振幅変調器１０８は、上述のとおり、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device）であり、微小ミラーの偏角によって入射光を特定の方向に反射することが可能である。従って、微小ミラーごとに光の振幅の制御ができるため、光束に２次元の明ビット、暗ビット変調を与えることができる。尚、光の振幅を空間変調できるものであれば、液晶の変調素子などを用いてもよく、空間光振幅変調器１０８の構成はＤＭＤに限定されるものではない。なお、空間光変調素子１０８が反射型液晶空間変調器で構成される場合には、上記「ミラーの角度設定のパターン」は、液晶画面に表示されるパターン（表示パターン）に相当する。以下では、空間光変調素子１０８において、記録データに応じて設定される２次元の空間変調パターンを総称するときは「２次元空間変調パターン」と呼ぶことにする。
【００５１】
空間光振幅変調器１０８の変調パターンは、書き込む情報（記録対象情報データ）によって変化する。実施の形態１では、変調符号として、上述した４−１６変調符号を用いる。４−１６変調符号は、最小の符号化単位を２画素×２画素にしており、２画素×２画素のうち１画素だけ明ビットで、残りの３画素は暗ビットであるという制約の符号である。また、各２画素×２画素は、１画素ずれて配列されることは無く、２画素×２画素は互いに隣接して配列される。
【００５２】
このような制約の符号化の場合、一方向に連続して隣接する明ビットの数は、最大で２個までである。従って、変調パターンの空間周波数に制約を持たすことができる。符号化は、図２に示すように、現在符号化しようとしているビットのデータ（記録対象情報データ）を、記録制御部２１０の情報取得部２１１が、まず情報系列から抜き出す。続いて、記録制御部２１０の符号化処理部２１２が、抜き出されたデータを符号化テーブル２１３を参照して、最小符号化単位である２次元データ（符号化データ）へと変換する。２画素×２画素を単位とすると、図２に示すとおり、この単位により、”００”，”１１”，”０１”，”１０”が表現される。
【００５３】
この符号化データを複数組み合わせることで、記録データである２次元空間変調パターンが生成される。また、記録制御部２１０は、複数個の位置合わせ用のマーカー（以下、シンクマーク）もこの際に２次元空間変調パターンに付与する。複数個のシンクマークは再生信号検出後の画像処理などに利用されるため、データ変調と区別する必要があり、２次元空間変調パターン内の符号化データとは異なる形状（明暗パターンの配置）であれば良い。
【００５４】
図３は、実施の形態１における位相変調素子の位相分布の一例を示す模式図である。
図３を用いて、位相変調素子１１０に関して説明する。
【００５５】
実施の形態１においては、位相変調素子１１０として、ガラス表面に凹凸を与えた光学素子を用いる。位相変調素子１１０は、各ピクセルにおいて光に与える位相差が０またはπの２値になるように各ピクセルの厚みを変えて設計されており、このようなピクセルが、ランダムに配列されている。なお、より一般には、透明部材の表面に凹凸を与えた光学素子などが用いられる。また、位相変調素子１１０の各ピクセルのサイズは、空間光変調素子１０８の最小符号化単位と等しいサイズとなっており、たとえば、空間光変調素子１０８の画素サイズについて一辺の長さが２倍、即ち図２で示しているような２画素×２画素と等しいサイズとなっているものとする。
【００５６】
このように位相変調素子１１０の各ピクセルが等しい出現確率でランダムに配置される結果、位相差０のピクセルの個数と位相差πのピクセルの個数とは、略等しくなる。このような構成により、後に説明するように、フーリエ面における低周波成分の強度を抑圧することができ、高密度記録を達成することができる。
【００５７】
図４は、実施の形態１における位相変調素子１１０と、信号光に与えている振幅変調の位置関係を示す模式図である。
【００５８】
図４では、説明を簡単にするために一部を取り出して示している。
図４（ａ）は、４−１６変調方式による振幅変調の一部を例示しており、白い領域が明ビット、斜線領域が暗ビットとなっている。また、太線で示した領域が、最小符号化単位を示している。
【００５９】
図４（ｂ）は、位相変調素子１１０の一部を例示しており、白い領域が位相差０、斜線領域が位相差πとなっている。
【００６０】
図４（ｃ）はこれら振幅変調と位相変調の位置関係を示す模式図である。
ここで、位相変調素子１１０の各ピクセル（１８０度だけ異なる位相を有する領域の単位）のピッチは、振幅変調の最小符号化単位と等しいサイズとなっている。そして、位相変調素子１１０の配置は、位相変調の各領域が、異なる４個の最小符号化単位の各々１画素を含めるように配置されている。４−１６変調符号の特徴上、このように配置することにより、明ビット（図４（ａ）の振幅変調において白で示される領域）に与える位相を、位相変調素子１１０の各ピクセル内において等しくすることができる。実施の形態１においては、このようにして信号光ＳＬに振幅、位相の変調を与え情報を記録する。
【００６１】
図５は、実施の形態１のホログラム記録再生装置１０によって、情報をホログラム記録材料１１３（ホログラム記録媒体）から再生するプロセスを説明するためのブロック図である。
【００６２】
再生時においては、記録時に用いた参照光ＲＬのみを利用する。再生制御部２２０の制御により、参照光ＲＬは、記録時と同様に、角度回転ミラー１１５ａによって所望の角度に偏向されて干渉縞が記録されているホログラム記録媒体１１３に入射する。参照光ＲＬはいったんホログラム記録媒体１１３を透過した後、再生制御部２２０が制御する角度回転ミラー１１５ｂによって、入射時と同様の光路をたどって、再度ホログラム記録媒体１１３に入射する。参照光ＲＬのホログラム記録媒体１１３への照射によって、記録されていた信号光ＳＬと同一の光路をたどる再生光ＩＬが発生する。
【００６３】
再生光ＩＬは、撮像素子１１６によって検出され、光電変換された後、画像処理および信号処理が施される。これにより、ホログラム記録媒体１１３に記録されていたデータが再生される。実施の形態１においては、このように位相共役光による再生を行ったが、再生光ＩＬを透過側で検出しても構わない。撮像素子１１６は、再生光を受光して記録された情報を再生するものであり、格子状に配列された多数の光電変換素子を有している。撮像素子１１６には、光電変換素子としてＣＣＤ（Charge Coupled Device)を採用したＣＣＤアレイや、ＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）を採用したＣＭＯＳセンサーなどを使用することができる。
【００６４】
図６は、実施の形態１において、空間光変調素子の状態、位相変調の状態、信号光の振幅の状態、再生光の光強度を示す模式図である。
【００６５】
図６では、振幅変調と位相変調を与えた信号光が記録再生される場合の、電界振幅波形と電界パワー波形（光強度）と撮像素子上の強度分布を模式的に示している。尚、図６においては、説明を簡単にするため図４（ｃ）中のＩ−Ｉ´で示した１次元の領域のみを表示している。
【００６６】
位相変調素子１１０を設けることにより、明ビット状態の２画素の領域において、光は位相変調素子によってそれぞれ異なる位相（０またはπ）に変調されるため、明ビットの状態を仮に「１」とすると、その振幅は「＋１」と「−１」の二種類に分けられることになる。なお、暗ビットは位相変調に対して「０」のままとなる。
【００６７】
ここで、実施の形態１においては、信号光に与えられている振幅変調の最小符号化単位のピッチと位相変調のピッチが半周期ずれている。即ち、異なる４個の最小符号化単位の各々１画素を含めるように配置されていることから、明ビットが隣接する場合において、両ビットの位相状態が必ず等しくなる。そのため、図１０で示したように、「＋１」と「−１」との境界に振幅がゼロの領域が生じることが無く、再生時において、隣接する明ビット間で強度が低くなる領域は生じない。
【００６８】
以上のように、本実施形態では、４−１６変調符号を利用時に、位相変調素子のピッチを４−１６変調符号の最小符号化単位（２画素×２画素）と等しくし、異なる４個の最小符号化単位の各々１画素を含めるように配置することで、隣接する明ビット間で信号の劣化のない記録装置を提供することができる。そのため、再生信号の品質が向上し、ビットエラーレートが良化する。
【００６９】
[実施の形態２]
図７は、実施の形態２の符号化プロセスを説明する模式図である。
【００７０】
実施の形態２においても、ホログラム記録再生装置の構成は、図１で説明した実施の形態１のホログラム記録再生装置１０の構成と基本的に同様である。ただし、以下に説明するように、実施の形態２のホログラム記録再生装置の構成は、実施の形態１のホログラム記録再生装置１０の構成に比べて、記録制御部２１０の代わりに記録制御部２１０´が設けられる構成となっており、このような記録制御部２１０´に対応する再生制御部２２０´が設けられる構成となっている点が異なる。
【００７１】
以下、実施の形態２について、図７に沿って説明する。
実施形態１では、４−１６変調符号を用いた場合に関して説明を行ったが、実施形態２では、実施形態１とは異なる３−１６変調方式を利用した場合に関して説明する。
【００７２】
ここで、４−１６変調符号は、２画素×２画素を最小符号化単位とし、その領域内で明ビットが１個、暗ビットが３個存在するため、４画素×４画素内で明ビットが４個存在するような変調符号である。一方、３−１６変調符号とは、同様に４画素×４画素内で、２画素×２画素を最小符号化単位とし、明ビットが３個存在するような変調符号であり、４−１６変調符号と同様の容量を有している。このような変調方式の場合においても、隣接する明ビットの数は最大２個までと限られていることから、図７に示したように２次元データを生成する場合に、３−１６変調符号のテーブル２１３´を用いて符号化処理部２１２´が符号化をし、実施形態１と同様に位相変調素子の配置を半周期ずらすことによって、信号品質を向上させることが可能になる。
【００７３】
ここで、３−１６変調型の変換手法としては、例えば、文献：特開２００８-１１２５５９号公報に詳しく開示されている。
【００７４】
そこで、ここでは、簡単に説明すると、３−１６変調符号方式では、４画素×４画素を、４−１６変調符号方式と同様に、２画素×２画素の４つの領域に分割して、３つの領域については、４−１６変調符号方式と同様に符号化を行なう。一方で、残りの１つの領域については、２画素×２画素を全て光が遮断される領域（または、全て光を透過させる領域）とすることで、この領域の輝度値を情報再生処理の基準とする。
【００７５】
そして、たとえば、全て光が遮断される２画素×２画素の領域を、４画素×４画素のいずれの位置（右上、左上、右下、左下）に配置するかによって２ビット分の情報を表現する。さらに、２画素×２画素の残りの３つの領域の各々は、実施の形態１と同様にして２ビット分ずつの情報を表す。したがって、４画素×４画素により、合計８ビット分の情報が表現される。
【００７６】
このこのようにすれば、実施の形態１と同等の情報の表現の容量を有しつつ、再生画像中に輝度ムラが存在する場合であっても、４画素×４画素＝１６画素ごとに再生画像の補正を行うことができるので、より高精度に情報の読み出しが可能となる。
【００７７】
［実施の形態１または実施の形態２の変形例］
また、以上において説明した実施の形態１または実施の形態２では、図４に示したように、２画素×２画素の合計４画素を最小の符号化の単位（符号化単位と呼ぶ）としたが、この構成に限定するわけではない。
【００７８】
図８は、１要素あたり２画素×２画素に設定した場合において、信号光に与えている振幅変調と、位相変調素子１１０との関係を示す模式図である。
【００７９】
図８を参照して、具体的には、図８（ａ）に示したように、符号化単位を４画素×４画素にして、２画素×２画素ごとに明暗のビットを設定していても同様の効果が得られる。この場合、符号化単位中で、１つの要素が２画素×２画素で構成される。したがって、以下では、このように、符号化単位において、符号化時に明暗の輝度をそれぞれ設定する単位領域のことを「要素」と呼ぶことにする。つまり、「符号化単位」とは、符号化において、対応する情報を表現するための単位領域のことであり、「要素」とは、符号化単位において、明ビットまたは暗ビットが設定される画素または画素群のことを意味する。
【００８０】
図８（ａ）においては、画素の分割を点線、明暗のビットの境界（要素の境界）を実線、符号化単位を太い実線で表現している。
【００８１】
位相変調素子の各ピクセルのサイズは図８（ｂ）に示したように、符号化単位と同じサイズ、この場合では、４画素×４画素と同じサイズにすれば、実施の形態１または実施の形態２と同様の効果が得られる。
【００８２】
したがって、より一般に、符号化単位が２ｎ画素×２ｎ画素（ｎ：自然数）に設定され、１要素は、各々、ｎ画素×ｎ画素で構成されている場合を想定すると、位相変調素子が符号化単位と同じサイズの位相変調領域に分割され、この位相変調領域が、４個の異なる符号化単位の各々１要素を含むように配置されれば、実施の形態１または実施の形態２と同様の効果を得ることができる。
【００８３】
また、以上の説明では、参照光の角度を変更することにより多重記録を行う方式であるものとして説明を行なったが、ホログラム記録再生装置１０の構成は、これに限定されるわけでなく、以上説明したような記録方式は、参照光と信号光が同一の対物レンズで記録媒体に集光される同軸型のホログラムメモリにおいても適用可能である。さらに、同軸型の場合には、位相変調素子の位相分布によって、参照光、信号光に各々に対し、以上説明した記録方式を適用することができる。
【００８４】
今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００８５】
１０  ホログラム記録再生装置、１００  レーザー光源、１０１  シャッター、１０２  スペイシャルフィルタ、１０３  コリメートレンズ、１０４  半波長板、１０５  偏光ビームスプリッター（ＰＢＳ）、１０６  ビームエキスパンダ、１０７  ミラー、１０８  空間光変調素子（ＳＬＭ）、１０９  リレーレンズ、１１０  位相変調素子、１１１  アパーチャ、１１２  対物レンズ、１１３  ホログラム記録媒体、１１４  半波長板、１１５  角度回転ミラー、１１６  撮像素子、１１７  シャッター、１１８  λ/４板、１１９  ＰＢＳ、２００  制御部、２１０  記録制御部、２１１  情報取得部、２１２  符号化処理部、２１３  符号化テーブル、２２０  再生制御部、９０１  空間光変調器、９０２  イメージセンサ。
【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６】
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【図７】
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【図８】
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【図１０】
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【図９】
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【図１１】
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