(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２次元のビットパターンであるページデータが再生された再生ページデータを用いて、前記ページデータを記録するホログラム記録媒体に所定の角度で参照光が照射されるようにチルト制御を行うホログラム記録再生装置であって、
重心座標の算出対象である重心算出領域を有する前記再生ページデータが入力される再生ページデータ入力手段と、
前記再生ページデータ入力手段に入力された再生ページデータ内の重心算出領域から、前記再生ページデータの重心座標を算出する重心座標算出手段と、
前記重心座標算出手段によって算出された重心座標と、前記再生ページデータの中心座標との重心中心間距離を算出する重心中心間距離算出手段と、
前記重心中心間距離算出手段によって算出された重心中心間距離が予め設定された許容範囲を超える場合、チルト制御を行うと判定するチルト制御判定手段と、
前記チルト制御判定手段によってチルト制御を行うと判定された場合、前記重心中心間距離が前記許容範囲内に収まるようにチルト制御を行うチルト制御手段と、
を備えることを特徴とするホログラム記録再生装置。
【請求項２】
前記再生ページデータ入力手段は、少なくとも４隅に同一の空間周波数成分を有するパターンが配置された再生ページデータが入力され、
当該再生ページデータ入力手段に入力された再生ページデータから、前記重心算出領域として、前記パターンを検出するパターン検出手段と、
前記パターン検出手段によって検出されたパターンを周波数変換して、前記パターンごとの空間周波数成分を算出する空間周波数成分算出手段と、をさらに備え、
前記重心座標算出手段は、前記パターンごとの空間周波数成分から基本周波数を抽出し、抽出した当該基本周波数の振幅強度分布により前記重心座標を算出することを特徴とする請求項１に記載のホログラム記録再生装置。
【請求項３】
正方形の連続する数が互いに素である前記パターンを前記ページデータごとに交互に付加するパターン付加手段、をさらに備え、
前記再生ページデータ入力手段は、前記パターン付加手段によってパターンが付加されたページデータの再生画像である再生ページデータが、入力されることを特徴とする請求項２に記載のホログラム記録再生装置。
【請求項４】
前記空間周波数成分算出手段は、前記周波数変換として、高速フーリエ変換を行うことを特徴とする請求項２または請求項３に記載のホログラム記録再生装置。
【請求項５】
前記再生ページデータ入力手段は、前記重心算出領域として、前記ページデータの再生領域であるデータ領域を有する再生ページデータが入力され、
前記重心座標算出手段は、当該再生ページデータ入力手段に入力された再生ページデータのデータ領域において、当該データ領域の輝度分布により前記重心座標を算出することを特徴とする請求項１に記載のホログラム記録再生装置。
【請求項６】
前記チルト制御手段は、予め設定された角度多重軸を回転中心として前記再生ページデータを回転させるように前記チルト補正を行った後、前記角度多重軸に直交する直交軸を回転中心として前記再生ページデータを回転させるように前記チルト補正を行うことを特徴とする請求項１から請求項５の何れか一項に記載のホログラム記録再生装置。
【請求項７】
２次元のビットパターンであるページデータが再生された再生ページデータを用いて、前記ページデータを記録するホログラム記録媒体に所定の角度で参照光が照射されるようにチルト制御を行うために、コンピュータを、
重心座標の算出対象である重心算出領域を有する前記再生ページデータが入力される再生ページデータ入力手段、
前記再生ページデータ入力手段に入力された再生ページデータ内の重心算出領域から、前記再生ページデータの重心座標を算出する重心座標算出手段、
前記重心座標算出手段によって算出された重心座標と、前記再生ページデータの中心座標との重心中心間距離を算出する重心中心間距離算出手段、
前記重心中心間距離算出手段によって算出された重心中心間距離が予め設定された許容範囲を超える場合、チルト制御を行うと判定するチルト制御判定手段、
前記チルト制御判定手段によってチルト制御を行うと判定された場合、前記重心中心間距離が前記許容範囲内に収まるようにチルト制御を行うチルト制御手段、
として機能させるためのホログラム記録再生プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２次元のビットパターンであるページデータが再生された再生ページデータを用いて、ページデータを記録するホログラム記録媒体に所定の角度で参照光が照射されるようにチルト制御を行うホログラム記録再生装置およびそのプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のホログラフィックメモリ記録システムは、一般的に、デジタルデータ（ページデータ）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、このホログラム記録媒体中に形成される干渉縞をホログラム記録媒体に書き込むことによって、デジタルデータを記録することができる。
【０００３】
また、従来のホログラフィックメモリ記録システムは、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が生じ、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。
【０００４】
ここで、図２０を参照して、従来のホログラフィックメモリ記録システム９００の一例について、簡単に説明する。図２０に示すように、ホログラフィックメモリ記録システム９００では、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（Ｓ偏光（縦偏光））が、ハーフミラー１０３によって２系に分割され、一方は参照光とされてミラー１１０および集光レンズ１１１を介して、ホログラム記録媒体１０９上に照射される。
【０００５】
また、２系に分割されたうちの他方のレーザ光は、１／２波長板１０５によってＰ偏光（横偏光）に変換されてＰＢＳ（偏光ビームスプリッタ）１０６（Ｐ偏光を透過しＳ偏光を反射する）を透過し、反射型液晶素子などからなるＳＬＭ（空間光変調素子）１０７上に照射される。
【０００６】
この照射された光は、ＳＬＭ１０７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ＰＢＳ１０６に戻る。このＳＬＭ１０７から戻った物体光は、ＰＢＳ１０６により反射され、集光レンズ１０８を介してホログラム記録媒体１０９上に照射される。
【０００７】
このように、ホログラム記録媒体１０９上に照射された参照光と物体光は、何れもＳ偏光とされているので、このホログラム記録媒体１０９上で干渉して干渉縞が形成され、この干渉縞がホログラム記録媒体１０９に書き込まれることになる。
【０００８】
また、再生時、ホログラフィックメモリ記録システム９００は、参照光のみをホログラム記録媒体１０９に照射することにより、書き込まれた干渉縞から生成される回折光（再生光）をレンズ１１２で平行光に戻す。そして、ホログラフィックメモリ記録システム９００は、この平行光を、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサなどの２次元撮像素子１１３で撮像することにより、デジタルデータを復元（再生）することになる。
【０００９】
ここで、ホログラム記録媒体１０９としては、フォトポリマ記録媒体が有望である。このフォトポリマ記録媒体は、高い屈折率差、長期保存安定性など大きなメリットを持ち、製造も比較的容易である。その一方、フォトポリマ記録媒体は、干渉縞を記録する場合には重合反応を伴うため、体積収縮を起こすことがある。この体積収縮が起きた場合、ホログラフィックメモリ記録システム９００は、フォトポリマ記録媒体から正確にデジタルデータを復元（再生）できないことがある。そこで、フォトポリマ記録媒体の収縮率を低減するため、収縮する材料と膨張をする材料との２つを混ぜ、見かけ上の収縮をほとんど無くした発明が知られている（特許文献１）。
【００１０】
この特許文献１に記載の記録媒体を採用した場合でも、前記した収縮があると、干渉縞の状態が変わるため、条件を合わせないとデジタルデータを綺麗に再生することが困難である。特に、ホログラム記録では、記録するデジタルデータが２次元のデータ面であるため、タンジェンシャルチルトやラジアルチルトの補正が重要である。そこで、チルト検出用微小ホログラムを予め記録しておき、そのチルト検出用微小ホログラムより補正信号を取り出す発明が提案されている（特許文献２）。さらに、デジタルデータの光を集光し、その光点の位置より補正信号を取り出す発明も提案されている（特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００８−８６９１４号公報（特許３５０４８８４号公報）
【特許文献２】特開２００８−９７７５２号公報
【特許文献３】特開２００２−５６５５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかし、特許文献２，３に記載の発明では、補正信号を取り出すために余分な光学素子を付加する必要があり、構成が複雑化するという問題があった。また、特許文献２，３に記載の発明では、補正信号の精度が低いために、チルト補正を正確に行えず、再生ページデータの誤り率が高くなるという問題あった。
【００１３】
そこで、本発明は、前記した問題を解決し、簡易な構成で、再生ページデータの誤り率を低減するホログラム記録再生装置およびそのプログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本願発明者らは、前記した課題を解決するために、レンズの特性やホログラム記録媒体の歪み方を考慮に入れて、種々の手法を実験検討した。その結果、本願発明者らは、再生ページデータの誤り率がチルトによって大きく変化する共に、再生ページデータの輝度重心もチルトに応じて変化することを見出し、本発明を完成させた。
【００１５】
すなわち、本願第１発明に係るホログラム記録再生装置は、２次元のビットパターンであるページデータが再生された再生ページデータを用いて、ページデータを記録するホログラム記録媒体に所定の角度で参照光が照射されるようにチルト制御を行うホログラム記録再生装置であって、再生ページデータ入力手段と、重心座標算出手段と、重心中心間距離算出手段と、チルト制御判定手段と、チルト制御手段と、を備えることを特徴とする。
【００１６】
かかる構成によれば、ホログラム記録再生装置は、再生ページデータ入力手段によって、重心座標の算出対象である重心算出領域を有する再生ページデータが入力される。また、ホログラム記録再生装置は、重心座標算出手段によって、前記再生ページデータ入力手段に入力された再生ページデータ内の重心算出領域から、再生ページデータの重心座標を算出する。また、ホログラム記録再生装置は、重心中心間距離算出手段によって、重心座標算出手段で算出された重心座標と、再生ページデータの中心座標との重心中心間距離を算出する。そして、ホログラム記録再生装置は、チルト制御判定手段によって、重心中心間距離算出手段で算出された重心中心間距離が予め設定された許容範囲を超える場合、チルト制御を行うと判定する。さらに、ホログラム記録再生装置は、チルト制御手段によって、チルト制御判定手段でチルト制御を行うと判定された場合、重心中心間距離が許容範囲に収まるようにチルト制御を行う。
【００１７】
前記したように、ホログラム記録媒体が収縮している場合、再生ページデータの誤り率は、チルトにより変化する。また、再生ページデータの誤り率が最低になる位置が最適なチルト位置になるが、ホログラム記録媒体に記録されたページデータが未知のため、そのチルト位置を探すことは困難である。そこで、重心座標算出手段は、再生ページデータの重心座標を、再生ページデータの誤り率が最低になるチルト位置として算出する。そして、チルト制御判定手段は、再生ページデータの重心座標と中心座標との重心中心間距離に基づいて、チルト制御を行うか否かを判定する。このとき、ホログラム記録再生装置は、再生ページデータ自体から重心座標を算出するので、チルト制御を行うために余分な光学素子を必要としない。
【００１８】
本願第２発明に係るホログラム記録再生装置は、再生ページデータ入力手段が、少なくとも４隅に同一の空間周波数成分を有するパターンが配置された再生ページデータが入力され、再生ページデータ入力手段に入力された再生ページデータから、重心算出領域として、パターンを検出するパターン検出手段と、パターン検出手段によって検出されたパターンを周波数変換して、パターンごとの空間周波数成分を算出する空間周波数成分算出手段と、をさらに備え、重心座標算出手段が、パターンごとの空間周波数成分から基本周波数を抽出し、抽出した基本周波数の振幅強度分布により重心座標を算出することを特徴とする。
【００１９】
かかる構成によれば、重心座標算出手段は、パターンごとに重心座標を算出すればよいので、重心座標算出処理の計算量を低減できる。例えば、４個のパターンが付加されている場合、重心座標算出手段は、４個のパターンに重心座標算出処理を行うだけでよい。
【００２０】
本願第３発明に係るホログラム記録再生装置は、正方形の連続する数が互いに素であるパターンをページデータごとに交互に付加するパターン付加手段、をさらに備え、再生ページデータ入力手段が、パターン付加手段によってパターンが付加されたページデータの再生画像である再生ページデータが、入力されることを特徴とする。
【００２１】
ここで、ホログラム記録媒体にページデータを記録する場合、露光によるホログラム記録媒体の重合反応を利用する。また、ページデータおよびパターンというようにホログラム記録媒体に多重記録する場合、例えば、最初にホログラム記録媒体のうちの１％重合させ、次にホログラム記録媒体のうちの１％重合させるというように、ホログラム記録媒体の記憶容量を小分けにすることになる。このとき、パターン付加手段は、正方形が一定間隔で配列されたパターンのため、各パターンを１つの長方形とした場合に比べて、パターンの記録領域を少なくして、余分な露光を低減でき、パターンを記録するための記憶容量を最小限に抑える。
【００２２】
また、ホログラム記録再生装置は、再生ページデータごとに、正方形が連続する数が互いに素であるパターンが交互するため、再生ページデータ間でパターンがオーバーラップ（重なり合い）した場合でも周波数変換により、再生ページデータ間での分離ができる。これによって、ホログラム記録再生装置は、再生ページデータ間でのクロストークを抑えて、パターンを容易に検出することができる。
【００２３】
なお、パターン付加手段は、例えば、７個の正方形が連続するパターンと、９個の正方形が連続するパターンとを交互にページデータに付加する。すなわち、正方形が連続する数が互いに素であるパターンは、例えば、７個の正方形が連続するパターン、および、９個の正方形が連続するパターンである。
【００２４】
本願第４発明に係るホログラム記録再生装置は、空間周波数成分算出手段が、周波数変換として、高速フーリエ変換を行うことを特徴とする。
かかる構成によれば、空間周波数成分算出手段は、周波数変換の高速化を図ることができる。
【００２５】
本願第５発明に係るホログラム記録再生装置は、再生ページデータ入力手段は、重心算出領域として、ページデータの再生領域であるデータ領域を有する再生ページデータが入力され、重心座標算出手段が、再生ページデータ入力手段に入力された再生ページデータのデータ領域において、データ領域の輝度分布により重心座標を算出することを特徴とする。
かかる構成によれば、重心座標算出手段は、データ領域自体から重心座標を算出するので、チルト制御を行うために、余分な光学素子だけでなく、データ領域以外の一切の信号も必要としない。
【００２６】
本願第６発明に係るホログラム記録再生装置は、チルト制御手段が、予め設定された角度多重軸を回転中心として再生ページデータを回転させるようにチルト補正を行った後、角度多重軸に直交する直交軸を回転中心として再生ページデータを回転させるようにチルト補正を行うことを特徴とする。
【００２７】
ここで、ホログラム記録再生装置が角度多重方式を採用した場合を考える。この場合、角度多重軸を回転中心とした角度多重軸回転方向の角度を変えながら、重心算出領域の重心座標をプロットした重心軌跡は、直線状にならず、２次曲線状となる。その一方、直交軸（あおり軸）を回転中心とした直交軸回転方向（あおり軸回転方向）の角度を変えながら、重心算出領域の重心座標をプロットした重心軌跡は、直線状となる。このことは、角度多重軸の変化が、直交軸の変化より、再生ページデータの誤り率に与える影響が大きいことを示す。すなわち、ホログラム記録媒体の収縮は、角度多重軸の方に大きな影響をおよぼす。このため、チルト制御手段は、角度多重軸および直交軸でのチルト補正を同時に行うのではなく、角度多重軸でのチルト制御を優先する。
【００２８】
なお、本願第１発明に係るホログラム記録再生装置は、一般的なコンピュータを、再生ページデータ入力手段、重心座標算出手段、重心中心間距離算出手段、チルト制御判定手段、および、チルト制御手段として機能させるホログラム記録再生プログラムによって実現することもできる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、以下のような優れた効果を奏する。
本願第１発明によれば、再生ページデータ自体から重心座標を算出できるため、余分な光学素子を必要とせずに、再生ページデータの誤り率が許容範囲に収まるようにチルト制御を行うことができる。これによって、本願第１発明によれば、ホログラム記録再生装置を簡易な構成とし、再生ページデータの誤り率を低減することができる。
【００３０】
本願第２発明によれば、パターンごとに重心座標を算出すればよいため、重心座標算出処理の計算量を低減でき、チルト補正を素早く行うことができる。
本願第３発明によれば、正方形が連続する数が互いに素であるパターンをページデータごとに交互に付加するため、パターンの記憶容量を最小限に抑えると共に、パターンを容易に検出することができる。これによって、本願第３発明によれば、再生ページデータの誤り率低減と、ホログラム記録媒体の効率的な利用とを両立することができる。
本願第４発明によれば、周波数変換を高速化するため、チルト補正をより素早く行うことができる。
【００３１】
本願第５発明によれば、データ領域自体から重心座標を算出できるため、余分な光学素子だけでなく、データ領域以外の一切の信号もチルト制御に必要とせず、ホログラム記録再生装置をより簡易な構成とすることができる。
【００３２】
本願第６発明によれば、再生ページデータの誤り率に与える影響が大きい角度多重化移転軸を優先的にチルト補正するため、チルト補正をより正確に行うことができ、再生ページデータの誤り率をより低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の第１実施形態において、ホログラフィックメモリ記録システムの構成を示す概略図である。
【図２】図１のホログラム記録・再生演算部の構成を示すブロック図である。
【図３】図２の制御手段の構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の第１実施形態において、再生ページデータを説明する図である。
【図５】図１のホログラム記録媒体上の座標軸を説明する図である。
【図６】本発明の第１実施形態において、再生ページデータの輝度分布を示す画像例である。
【図７】本発明の第１実施形態において、（ａ）は輝度分布が三日月状のときの重心座標と許容範囲との関係を示す図であり、（ｂ）は輝度分布が均一なときの重心座標と許容範囲との関係を示す図である。
【図８】本発明の第１実施形態において、（ａ）は角度多重軸の回転を示す図であり、（ｂ）は角度多重軸を回転させたときの重心軌跡を示す重心マップである。
【図９】角度多重軸の回転角度と、重心中心間距離（２乗距離）と、再生ページデータの誤り率との関係を示すグラフである。
【図１０】本発明の第１実施形態において、（ａ）はあおり軸の回転を示す図であり、（ｂ）はあおり軸を回転させたときの重心軌跡を示す重心マップである。
【図１１】図３の制御手段の動作を示すフローチャートである。
【図１２】本発明の第２実施形態に係るホログラム記録・再生演算部の構成を示すブロック図である。
【図１３】本発明の第２実施形態において、パターンを付加する位置を説明する図である。
【図１４】本発明の第２実施形態において、（ａ）〜（ｄ）はパターンの形状を説明する。
【図１５】図１２の制御手段の構成を示すブロック図である。
【図１６】本発明の第２実施形態において、パターンの空間周波数成分の算出を説明する図である。
【図１７】本発明の第２実施形態において、（ａ）は角度多重軸の回転を示す図であり、（ｂ）は角度多重軸を回転させたときの重心軌跡を示す重心マップである。
【図１８】本発明の第２実施形態において、（ａ），（ｂ）は再生ページデータの輝度分布を示す画像である。
【図１９】図１２の制御手段の動作を示すフローチャートである。
【図２０】従来のホログラフィックメモリ記録システムの構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明の各実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各実施形態において、同一の機能を有する手段及び同一の部材には同一の符号を付し、説明を省略した。
【００３５】
［ホログラフィックメモリ記録システムの構成］
図１を参照して、本発明の第１実施形態に係るホログラム記録・再生演算部（ホログラム記録再生装置）を有するホログラフィックメモリ記録システムの構成について説明する。
なお、図１のホログラフィックメモリ記録システム１００において、図２０のホログラフィックメモリ記録システム９００と同一の手段には同一の符号を付した。
【００３６】
図１に示すように、ホログラフィックメモリ記録システム１００は、角度多重方式でホログラム記録および再生を行うものであり、ホログラム記録・再生演算部（ホログラム記録再生装置）１と、レーザ光源１０１と、シャッタ１０２と、ハーフミラー１０３と、シャッタ１０４と、１／２波長板１０５と、ＰＢＳ（偏光ビームスプリッタ）１０６と、ＳＬＭ（空間光変調素子）１０７と、集光レンズ１０８と、ホログラム記録媒体１０９と、集光レンズ１１１と、レンズ１１２と、２次元撮像素子１１３と、２軸回転ミラー１１４と、リレーレンズ１１５と、２軸回転ステージ１１６とを備える。
【００３７】
ホログラム記録・再生演算部（ホログラム記録再生装置）１は、ホログラム記録および再生に必要な各種演算を行うと共に、再生ページデータを用いて、ホログラム記録媒体１０９に所定の角度で参照光が照射されるようにチルト制御を行うものである。
【００３８】
ここで、ホログラムを記録する場合、ホログラム記録・再生演算部１は、ホログラム記録媒体１０９に記録する映像、データなどの記録信号が入力される。そして、ホログラム記録・再生演算部１は、この記録信号を２次元のビットパターンであるページデータに変換して、ＳＬＭ１０７に出力する。
【００３９】
また、ホログラムを再生する場合、ホログラム記録・再生演算部１は、２次元撮像素子１１３から、再生ページデータ（輝度信号）が入力される。そして、ホログラム記録・再生演算部１は、チルト補正を行った後、この再生ページデータを映像、データなどの再生信号に変換して出力する。
なお、ホログラム記録・再生演算部１の詳細については、後記する。
【００４０】
レーザ光源１０１は、物体光および参照光となるレーザ光を出射するものであり、例えば、青紫色レーザ光を出射する外部共振器型半導体レーザによって構成することができる。レーザ光源１０１から出射したレーザ光は、シャッタ１０２に入射する。なお、ここでは、レーザ光源１０１からＳ偏光のレーザ光（平行光）が出射することとする。
【００４１】
シャッタ１０２は、ホログラム記録媒体１０９へのレーザ光の照射または遮断を制御するものである。このシャッタ１０２を通過したレーザ光は、ハーフミラー１０３に入射する。
【００４２】
ハーフミラー１０３は、入射したレーザ光を、透過する光と反射する光との２つの光に分割するものである。ここでは、ハーフミラー１０３で反射したレーザ光を参照光、透過したレーザ光を物体光として用いた。また、ハーフミラー１０３で反射した参照光は、入射光の光路に対して直交する方向に光路を変えて２軸回転ミラー１１４に、透過した物体光はシャッタ１０４に入射する。
【００４３】
シャッタ１０４は、ホログラム記録媒体１０９へのレーザ光の照射または遮断を制御するものである。このシャッタ１０４を通過したレーザ光は、１／２波長板１０５に入射する。
【００４４】
１／２波長板１０５は、Ｓ偏光の物体光をＰ偏光の物体光に変換するものである。ここで１／２波長板１０５を通過した物体光はＰＢＳ１０６に入射する。
【００４５】
ＰＢＳ（偏光ビームスプリッタ）１０６は、Ｐ偏光の光を透過し、Ｓ偏光の光を反射するビームスプリッタである。ここでは、ＰＢＳ１０６は、１／２波長板１０５を通過したＰ偏光の物体光を透過してＳＬＭ１０７に入射させるとともに、ＳＬＭ１０７が反射したＳ偏光の物体光をさらに反射して、入射光の光路に対して直交する方向に光路を変えて集光レンズ１０８に入射させる。
【００４６】
ＳＬＭ（空間光変調素子）１０７は、ＰＢＳ１０６から入射されたＰ偏光の物体光に、当該ＳＬＭ１０７の素子面（図示せず）に映出された白と黒のビットパターンによる画像のページデータを素子内における振動面（図示せず）の回転により、反射光をＳ偏光に変換するものである。ここで、ＳＬＭ１０７に物体光が入射すると、白表示とされた素子のみでＳ偏光に変換され（黒表示はＰ偏光のまま）反射され、ＰＢＳ１０６でＳ偏光は反射、Ｐ偏光は透過され、最終的に素子面に映出された白と黒のビットパターンを有するＳ偏光の物体光となる。
【００４７】
集光レンズ１０８は、物体光を集光して、ホログラム記録媒体１０９に照射するものである。この集光レンズ１０８は、例えば、凸レンズやフーリエ変換レンズなどから構成される。
【００４８】
ホログラム記録媒体１０９は、例えば、フォトポリマ記録媒体である。すなわち、ホログラム記録媒体１０９は、集光レンズ１０８と後記する集光レンズ１１１とによって互いに同一方向の振動面を有する直線偏光である参照光と物体光とが照射され、ＳＬＭ１０７上に表示されたページデータを反映した干渉縞が形成される。これによって、ホログラム記録媒体１０９は、ページデータを干渉縞の形態で記録する。
【００４９】
集光レンズ１１１は、後記するリレーレンズ１１５を通過した参照光を集光して、ホログラム記録媒体１０９に照射するものである。この集光レンズ１１１は、例えば、凸レンズやフーリエ変換レンズなどから構成される。
【００５０】
レンズ１１２は、ホログラム記録媒体１０９に書き込まれた干渉縞から生成される回折光（再生光）を平行光に戻すものである。
【００５１】
２次元撮像素子１１３は、レンズ１１２からの平行光を撮像して、輝度信号（再生ページデータ）をホログラム記録・再生演算部１に出力するものである。この２次元撮像素子１１３は、例えば、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサなどである。
【００５２】
２軸回転ミラー１１４は、ホログラム記録・再生演算部１からの制御信号に基づいて、ミラーを２軸方向に回転させることで、ホログラム記録媒体１０９に入射するレーザ光（参照光）と、ホログラム記録媒体１０９との相対角度を制御するものである。この２軸回転ミラー１１４は、例えば、レーザ光をリレーレンズ１１５に向けて反射するミラーと、ミラーを２軸方向（角度多重軸回転方向Θｘ、あおり軸回転方向Θｙ）に駆動させるアクチュエータとから構成される。
【００５３】
リレーレンズ１１５は、２軸回転ミラー１１４からのレーザ光を、集光レンズ１１１に照射するものである。このリレーレンズ１１５は、例えば、凸レンズを複数配列した凸レンズ群から構成される。
【００５４】
２軸回転ステージ１１６は、ホログラム記録・再生演算部１からの制御信号に基づいて、ホログラム記録媒体１０９が搭載されたステージを２軸方向に回転させることで、ホログラム記録媒体１０９に入射するレーザ光（参照光）と、ホログラム記録媒体１０９との相対角度を制御するものである。この２軸回転ステージ１１６は、例えば、ホログラム記録媒体１０９を搭載するステージと、ステージを２軸方向（角度多重軸回転方向Θｘ、あおり軸回転方向Θｙ）に駆動するアクチュエータを有する。
【００５５】
なお、ホログラフィックメモリ記録システム１００は、２軸回転ミラー１１４および２軸回転ステージ１１６の両方を備えることとしたが、何れか一方だけを備えてもよい。つまり、ホログラフィックメモリ記録システム１００は、レーザ光（参照光）の反射角度を制御してチルト補正を行う場合には２軸回転ミラー１１４だけを備えればよい。一方、ホログラフィックメモリ記録システム１００は、ホログラム記録媒体１０９を回転させてチルト補正を行う場合には、２軸回転ステージ１１６だけを備えればよい。以下、ホログラム記録・再生演算部１は、制御信号を２軸回転ミラー１１４に出力し、レーザ光（参照光）の反射角度を制御して、チルト補正を行うこととする。
【００５６】
（第１実施形態：データ領域から重心座標を算出）
［ホログラム記録・再生演算部の構成］
図２を参照して、図１のホログラム記録・再生演算部１の構成について説明する（適宜図１参照）。
図２に示すように、ホログラム記録・再生演算部１は、記録信号演算部１０と、再生信号演算部２０とを備える。
【００５７】
記録信号演算部１０は、ホログラム記録に必要な各種演算を行うものであり、誤り訂正符号付加手段１１と、ホログラム記録用変調手段１２と、２次元画像並び替え手段１３とを備える。
【００５８】
誤り訂正符号付加手段１１は、記録信号が入力され、この記録信号に誤り訂正符号（ＥＣＣ）を付加するものである。そして、誤り訂正符号付加手段１１は、誤り訂正符号を付加した記録信号を、ホログラム記録用変調手段１２に出力する。
【００５９】
ホログラム記録用変調手段１２は、誤り訂正符号付加手段１１から、誤り訂正符号を付加した記録信号が入力され、この記録信号を変調するものである。このホログラム記録用変調手段１２は、例えば、２−４変調などの変復調方式で変調して、２次元画像並び替え手段１３に出力する。ここで、２−４変調とは、２ビットを４ビットに変換する変復調方式であって、２×２のビットのうちの１つが白で、残りが黒となる。
【００６０】
２次元画像並び替え手段１３は、ホログラム記録用変調手段１２から、変調された記録信号が入力され、この記録信号を２次元画像に並び替えるものである。この２次元画像並び替え手段１３は、例えば、入力されたブロック記録信号を順次並べていき、ＳＬＭ１０７の画素数にあった２次元画像とする。このようにして、２次元画像並び替え手段１３は、この記録信号が２次元のビットパターンで表現されたページデータをＳＬＭ１０７に出力する。
【００６１】
再生信号演算部２０は、ホログラム再生に必要な各種演算を行うものであり、制御手段２１と、１次元データ並び替え手段２２と、ホログラム記録用復調手段２３と、誤り訂正手段２４とを備える。
【００６２】
制御手段２１は、２次元撮像素子１１３から再生ページデータ（輝度信号）が入力され、この再生ページデータを用いて、ホログラム記録媒体１０９に所定の角度で参照光が照射されるようにチルト制御を行うものである。また、制御手段２１は、チルト補正を行わない場合、入力された再生ページデータを１次元データ並び替え手段２２に出力する。
なお、制御手段２１の詳細については、後記する。
【００６３】
１次元データ並び替え手段２２は、制御手段２１から再生ページデータが入力され、２次元画像並び替え手段１３と同様の手法で、この再生ページデータを１次元データに並び替えるものである。そして、１次元データ並び替え手段２２は、並び替えた１次元データをホログラム記録用復調手段２３に出力する。
【００６４】
ホログラム記録用復調手段２３は、１次元データ並び替え手段２２から１次元データが入力され、ホログラム記録用変調手段１２と同様の変復調方式によって、この１次元データを再生信号に復調するものである。そして、ホログラム記録用復調手段２３は、復調した再生信号を誤り訂正手段２４に出力する。
【００６５】
誤り訂正手段２４は、ホログラム記録用復調手段２３から、復調された再生信号が入力され、この再生信号の誤り訂正処理を行うものである。この誤り訂正手段２４は、誤り訂正符号付加手段１１が付加した誤り訂正符号を用いて、この再生信号に誤り訂正処理を行った後、再生信号を出力する。
【００６６】
なお、記録信号演算部１０および再生信号演算部２０は、各種演算に必要なテーブルやパラメータを共有し、変復調方式や誤り訂正アルゴリズムを共通化することとする。
【００６７】
［制御手段の構成］
図３を参照して、図２の制御手段２１の構成について説明する（適宜図１，図２参照）。
図３に示すように、制御手段２１は、再生ページデータ入力手段２１１と、重心座標算出手段２１２と、重心中心間距離算出手段２１３と、チルト制御判定手段２１４と、制御信号生成手段（チルト制御手段）２１５とを備える。
【００６８】
再生ページデータ入力手段２１１は、再生ページデータが入力され、この再生ページデータを重心座標算出手段２１２に出力するものである。以下、図４を参照して、再生ページデータについて説明する。
【００６９】
前記した２次元撮像素子１１３は、ページデータであるデータ領域Ｄａの全体が含まれるように、このデータ領域Ｄａよりもやや広い領域を撮像する。このため、この再生ページデータは、その全領域Ａｌの一部がデータ領域Ｄａとなる。また、再生ページデータは、水平軸をＸ軸とし、垂直軸をＹ軸とする。
【００７０】
このデータ領域Ｄａは、重心座標算出領域としても扱われる。重心座標算出領域とは、再生ページデータの全領域Ａｌのうちの重心座標の算出対象となる領域のことである。
【００７１】
重心座標は、再生ページデータの重心位置を示す座標である。この重心座標は、例えば、（ｘｇ，ｙｇ）と表される。ここで、ｘｇはＸ軸方向の重心座標を示し、ｙｇは、Ｙ軸方向の重心座標を示す。
なお、再生ページデータにデータ領域Ｄａが含まれる場合、重心座標（ｘｇ，ｙｇ）は、再生ページデータ内のデータ領域Ｄａの重心座標としてもよい。
【００７２】
中心座標は、再生ページデータの中心位置を示す座標である。この中心座標は、例えば、（ｘｃ，ｙｃ）と表される。ここで、ｘｃはＸ軸方向の中心座標を示し、ｙｃはＹ軸方向の中心座標を示す。
なお、再生ページデータにデータ領域Ｄａが含まれ、初期アライメントとしてカメラ（２次元撮像素子１１３）の中心位置と再生ページデータの中心位置とを合わせた場合、中心座標（ｘｃ，ｙｃ）は、再生ページデータ内のデータ領域Ｄａの中心座標としてもよい。
【００７３】
重心中心間距離Ｄは、重心座標（ｘｇ，ｙｇ）と中心座標（ｘｃ，ｙｃ）との距離（２乗距離）である。
許容範囲Ｔｈは、重心中心間距離Ｄの許容範囲を示すものである。この許容範囲Ｔｈは、例えば、再生ページデータの誤り率が２×１０−３に納まるように、中心座標（ｘｃ，ｙｃ）を中心とした、半径１１８画素の円となる。
【００７４】
ここで、許容範囲Ｔｈは、再生ページデータの誤り率に応じて手動で設定することができる。例えば、ＬＤＰＣ（Low Density Parity Check Code）など誤り訂正能力が高い符号化方式を採用した場合、再生ページデータの誤り率が１×１０−１程度でも許容される。この場合、許容範囲Ｔｈは、より広い範囲に設定できる。
【００７５】
また、図４左下には、ホログラム記録媒体１０９の座標軸として、角度多重軸ｘ、角度多重軸回転方向Θｘ、あおり軸ｙ、および、あおり軸回転方向Θｙを図示した。ここで、ホログラム記録媒体１０９の座標軸は、再生ページデータの座標軸と同一軸として扱う。つまり、角度多重軸ｘは再生ページデータのＸ軸と同一軸であり、あおり軸ｙは再生ページデータのＹ軸と同一軸である。
【００７６】
なお、図４には、重心座標（ｘｇ，ｙｇ）、中心座標（ｘｃ，ｙｃ）、重心中心間距離Ｄおよび許容範囲Ｔｈは、説明のために図示したものであり、再生ページデータにこれらが含まれないことは言うまでもない。
【００７７】
以下、図５を参照して、ホログラム記録媒体１０９の座標軸について説明する。
ここで、２軸回転ミラー１１４を回転させることで、ホログラム記録媒体１０９への入射角度が変化するが、これは相対角度のため、入射光を固定して、ホログラム記録媒体１０９を回転させたものとして、図５では軸表記した。
【００７８】
図５に示すように、角度多重軸ｘは、ホログラム記録媒体１０９において、平坦面（記録面）の中心位置１０９ｃを基準とした水平軸である。また、角度多重軸回転方向Θｘは、角度多重軸ｘを回転中心とした回転方向である。
【００７９】
あおり軸ｙは、ホログラム記録媒体１０９において、平坦面の中心位置１０９ｃを基準とした垂直軸、つまり、角度多重軸ｘに直交する軸である。また、あおり軸回転方向Θｙは、あおり軸ｙを回転中心とした回転方向である。
【００８０】
つまり、再生ページデータのＸ軸を回転中心としてチルト補正を行うと、ホログラム記録媒体１０９の平坦面が角度多重軸回転方向Θｘに回転することになる。また、再生ページデータのＹ軸を回転中心としてチルト補正を行うと、ホログラム記録媒体１０９の平坦面があおり軸回転方向Θｙに回転することになる。
【００８１】
なお、角度多重軸ｘは、ホログラム記録媒体１０９にページデータを記録するときに予め決定されているため、制御手段２１には、角度多重軸ｘおよびあおり軸ｙの方向を手動で設定しておく。
【００８２】
図３に戻り、制御手段２１の構成について説明を続ける。
重心座標算出手段２１２は、再生ページデータ入力手段２１１から再生ページデータが入力され、この再生ページデータにおけるデータ領域の重心座標を算出するものである。
【００８３】
前記したように、再生ページデータの誤り率が最低になる位置が最適なチルト位置となるが、ホログラム記録媒体に記録されたページデータが未知のため、そのチルト位置を探すことは困難である。そこで、重心座標算出手段２１２は、重心座標を、再生ページデータの誤り率が最低になるチルト位置として算出する。
【００８４】
具体的には、重心座標算出手段２１２は、データ領域の各画素の輝度値、Ｉ（ｘ（ｉ），ｙ（ｊ））を合計して、輝度合計値を算出する。また、重心座標算出手段２１２は、データ領域の各画素の輝度値、Ｉ（ｘ（ｉ），ｙ（ｊ））に座標値（ｘ（ｉ），ｙ（ｊ））を乗算した輝度座標乗算値を求めて、各画素の輝度座標乗算値を合計した輝度座標乗算合計値を算出する。そして、重心座標算出手段２１２は、この輝度座標乗算合計値を輝度合計値で除算して重心座標を算出する。
【００８５】
言い換えるなら、重心座標算出手段２１２は、下記の式（１）で表されるデータ領域の輝度分布により重心座標を算出する。つまり、式（１）の分母が輝度合計値となり、式（１）の分子が輝度座標乗算値の合計値となる。その後、重心座標算出手段２１２は、再生ページデータと、算出した重心座標とを重心中心間距離算出手段２１３に出力する。
【００８６】
【数１】
0005462814.tif 000002
【００８７】
なお、各画素の座標は（ｘ（ｉ），ｙ（ｊ））と表される。ここで、ｉはＸ軸方向の各画素の座標を示し、ｊがＹ軸方向の各画素の座標を示す。また、Ｉ（ｘ（ｉ），ｙ（ｊ））は、座標（ｘ（ｉ），ｙ（ｊ））に位置する画素の輝度値である。
【００８８】
例えば、データ領域が横１２８０画素×縦１０２４画素の場合、ｉが１〜１２８０の値となり、ｊが１〜１０２４の値となる。つまり、重心座標算出手段２１２は、データ領域内に存在する画素の数（１２８０×１０２４個）だけ、式（１）の計算を繰り返すことになる。
【００８９】
重心中心間距離算出手段２１３は、重心座標算出手段２１２から、再生ページデータおよび重心座標が入力され、この重心座標と中心座標との重心中心間距離を算出するものである。この重心中心間距離算出手段２１３は、例えば、下記の式（２）に示すように、重心座標（ｘｇ，ｙｇ）と中心座標（ｘｃ，ｙｃ）との２乗距離を重心中心間距離として算出する。その後、重心中心間距離算出手段２１３は、再生ページデータと、算出した重心中心間距離Ｄとをチルト制御判定手段２１４に出力する。
【００９０】
【数２】
0005462814.tif 000003
【００９１】
なお、重心中心間距離算出手段２１３は、中心座標（ｘｃ，ｙｃ）を公知の手法により求めることができる。例えば、重心中心間距離算出手段２１３は、データ領域の水平方向長さおよび垂直方向長さをそれぞれ半分にして、中心座標（ｘｃ，ｙｃ）を求めることができる。
【００９２】
チルト制御判定手段２１４は、重心中心間距離算出手段２１３から再生ページデータおよび重心中心間距離Ｄが入力され、この重心中心間距離Ｄが予め設定された許容範囲を超えるか否かにより、チルト制御を行うか否かを判定するものである。このチルト制御判定手段２１４は、重心中心間距離Ｄが許容範囲を超える場合（図４の重心座標（ｘｃ，ｙｃ）が許容範囲Ｔｈ外の場合）、チルト制御を行うと判定して、チルト制御指令信号を制御信号生成手段２１５に出力する。
【００９３】
一方、チルト制御判定手段２１４は、重心中心間距離Ｄが許容範囲に収まる場合（図４の重心座標（ｘｃ，ｙｃ）が許容範囲Ｔｈ内の場合）、チルト制御を行わないと判定して、再生ページデータを１次元データ並び替え手段２２に出力する。
【００９４】
ここで、図６，図７を参照して、重心座標と許容範囲との関係について説明する（適宜図３参照）。
下記の式（３）で定義されるブラッグ条件式を満たす部分のみ、ホログラム再生像を得ることができる。なお、式（３）では、ｄが干渉縞の間隔であり、θが入射角度であり、λが波長であり、ｎが任意の自然数である。
【００９５】
【数３】
0005462814.tif 000004
【００９６】
このため、ホログラム記録媒体１０９が収縮または膨張すると、前記したブラッグ条件式を満たさず、ホログラム再生を行えないことがある。また、ホログラム記録媒体１０９の一部分だけがブラッグ条件式を満たす場合、残りの部分は、信号対ノイズ比（ＳＮＲ）の低い状態でホログラム再生されることもある。
【００９７】
例えば、ブラッグ条件式を満たさない場合、再生ページデータの輝度分布は、図６に示すように、三日月状の形状となる。この一例は、文献「K.Curtis,L.Dhar,A.Hill,W.Wilson and M.Ayres;"Holographic Data Storage",Johh Wiley＆Sons,Ltd.,p.356,2010」に記載されている。この場合、図７（ａ）に示すように、この輝度分布により求まる重心座標（ｘｃ，ｙｃ）は、許容範囲Ｔｈの外側になることが多い。
【００９８】
その一方、図７（ｂ）に示すように、ブラッグ条件式を満たし、データ領域Ｄａに均一に輝度分布が広がる場合、この輝度分布により求まる重心座標（ｘｃ，ｙｃ）は、許容範囲Ｔｈの内側になることが多い。このため、チルト制御判定手段２１４は、重心座標と許容範囲との関係に基づいて、チルト制御を行うか否かを判定する。
なお、図７では、データ領域Ｄａの輝度分布をハッチングで図示した。
【００９９】
図３に戻り、制御手段２１の構成について説明を続ける。
制御信号生成手段（チルト制御手段）２１５は、チルト制御判定手段２１４からチルト制御指令信号が入力された場合、重心中心間距離Ｄが許容範囲Ｔｈに収まるようにチルト補正を行うものである。この制御信号生成手段２１５は、重心座標が、角度多重軸ｘまたはあおり軸ｙのどちら側にずれているか判定する。そして、制御信号生成手段２１５は、重心座標がずれている側の軸を回転中心とした角度多重軸回転方向Θｘおよびあおり軸回転方向Θｙにチルト補正を行う制御信号を生成する。その後、制御信号生成手段２１５は、この制御信号を２軸回転ミラー１１４に出力し、２軸回転ミラー１１４を角度多重軸回転方向Θｘおよびあおり軸回転方向Θｙに駆動する。
【０１００】
ここで、重心座標が、角度多重軸ｘおよびあおり軸ｙの両軸にずれていることがある。この場合、制御信号生成手段２１５は、角度多重軸ｘを回転中心とした角度多重軸回転方向Θｘにチルト補正を行う制御信号を生成する。その後、制御信号生成手段２１５は、あおり軸ｙを回転中心としたあおり軸回転方向Θｙにチルト補正を行う制御信号を生成する。
なお、角度多重軸ｘまたはあおり軸ｙの一方だけがずれている場合、制御信号生成手段２１５は、その一方の軸だけを回転中心としてチルト補正を行う制御信号を生成する。
【０１０１】
ここで、図８〜図１０を参照して、角度多重軸回転方向Θｘを優先する理由について説明する（適宜図３参照）。
前記したように、ブラッグ条件式により、再生ページデータの輝度分布が三日月状の形状となる（図６参照）。このとき、図８（ａ）に示すように、あおり軸回転方向Θｙを固定して、角度多重軸回転方向Θｘに回転させながら重心座標をプロットした。つまり、再生ページデータがＸ軸を回転中心として回転することになる。この場合、図８（ｂ）に示すように、重心軌道は、ホログラム記録媒体１０９の収縮により、円弧状の２次曲線を描いている。このとき、中心座標（ｘｃ，ｙｃ）から最も近い重心座標（最隣接点）において、再生ページデータの誤り率が最低となる。
【０１０２】
このとき、図９に示すように、角度多重軸ｘの角度と、重心中心間距離（２乗距離）Ｄと、再生ページデータの誤り率との関係を求めた。図９より、重心中心間距離Ｄが最小となる角度多重軸の回転角度で、再生ページデータの誤り率が最小になることがわかる。従って、制御信号生成手段２１５は、重心座標が中心座標（角度多重軸ｘ）の上下に位置する場合、角度多重軸回転方向Θｘに回転させて、許容範囲Ｔｈにより近付くような制御信号を生成するとよい。
なお、図９では、重心中心間距離Ｄを実線で図示し、再生ページデータの誤り率を破線で図示した。
【０１０３】
次に、図１０（ａ）に示すように、角度多重軸回転方向Θｘを固定して、あおり軸回転方向Θｙに回転させながら重心座標をプロットした。この場合、図１０（ｂ）に示すように、重心軌道は、直線状となる。従って、制御信号生成手段２１５は、重心座標が中心座標（あおり軸ｙ）の左右に位置する場合、あおり軸回転方向Θｙに回転させて、許容範囲Ｔｈにより近付くような制御信号を生成するとよい。
【０１０４】
［制御手段の動作］
図１１を参照して、図３の制御手段２１の動作について説明する（適宜図３参照）。
制御手段２１は、再生ページデータ入力手段２１１によって、再生ページデータが入力される（ステップＳ１）。
【０１０５】
制御手段２１は、重心座標算出手段２１２によって、再生ページデータの重心座標を算出する。つまり、制御手段２１は、重心座標算出手段２１２によって、前記した式（１）を用いて、データ領域から重心座標を算出する（ステップＳ２）。
【０１０６】
制御手段２１は、重心中心間距離算出手段２１３によって、重心座標と中心座標との重心中心間距離を算出する。つまり、制御手段２１は、重心中心間距離算出手段２１３によって、前記した式（２）に示すように、重心座標と中心座標との２乗距離を重心中心間距離として算出する（ステップＳ３）。
【０１０７】
制御手段２１は、チルト制御判定手段２１４によって、重心中心間距離が許容範囲を超えるか否かにより、チルト制御を行うか否かを判定する（ステップＳ４）。
ここで、重心中心間距離が許容範囲に収まる場合（ステップＳ４でＮｏ）、制御手段２１は、チルト制御を行わないと判定して、処理を終了する。
一方、重心中心間距離が許容範囲を超える場合（ステップＳ４でＹｅｓ）、制御手段２１は、チルト制御を行うと判定して、ステップＳ５の処理に進む。
【０１０８】
制御手段２１は、制御信号生成手段２１５によって、重心座標が角度多重軸ｘまたはあおり軸ｙのどちら側にずれているか判定する。そして、制御手段２１は、制御信号生成手段２１５によって、角度多重軸ｘを優先的にチルト補正すると判定する（ステップＳ５）。
【０１０９】
あおり軸ｙと判定された場合（ステップＳ５でＹ軸）、制御手段２１は、制御信号生成手段２１５によって、Ｙ軸中心線を回転中心としたチルト補正（あおり軸回転方向Θｙのチルト補正）を行う制御信号を生成する（ステップＳ６）。
【０１１０】
角度多重軸ｘと判定された場合（ステップＳ５でＸ軸）、制御手段２１は、制御信号生成手段２１５によって、Ｘ軸中心線を回転中心としたチルト補正（多重軸回転方向Θｘのチルト補正）を行う制御信号を生成する（ステップＳ７）。
【０１１１】
すなわち、ホログラム記録・再生演算部１は、制御手段２１によって、重心中心間距離が許容範囲に収まるまで、ステップＳ１〜Ｓ８の処理を繰り返すことになる。そして、ホログラム記録・再生演算部１は、重心中心間距離が許容範囲に収まった場合、制御手段２１によるチルト補正を終了し、再生ページデータを再生する。
【０１１２】
以上のように、本発明の第１実施形態に係るホログラム記録・再生演算部１は、余分な光学素子だけでなく、データ領域以外の一切の信号もチルト制御に必要としないため、極めて簡易な構成とすることができる。
【０１１３】
また、図８〜図１０に示すように、角度多重軸回転方向Θｘの変動が、あおり軸回転方向Θｙの変動よりも、再生ページデータの誤り率に与える影響が大きいことがわかる。このため、ホログラム記録・再生演算部１は、角度多重軸回転方向Θｘに優先的にチルト補正している。一方、従来技術では、ＳＮＲを向上させると再生ページデータの誤り率を低減させることにつながるため、ＳＮＲを向上させる制御手法が採用されることが多い。しかし、ＳＮＲを向上させる従来手法では、２軸のうち、どちら側を優先して補正すればよいか決定することができず、正確なチルト補正を行えない場合がある。このように、これによって、ホログラム記録・再生演算部１は、ＳＮＲを向上させる従来手法と比べて、チルト補正をより正確に行って、再生ページデータの誤り率を低減することができる。
【０１１４】
なお、第１実施形態では、ホログラム記録・再生演算部１は、制御信号を２軸回転ミラー１１４に出力して、２軸回転ミラー１１４を駆動制御することとして説明したが、これに限定されない。例えば、ホログラム記録・再生演算部１は、制御信号を２軸回転ステージ１１６に出力して、２軸回転ステージ１１６を駆動制御してもよい。この場合も、ホログラム記録・再生演算部１は、多重軸回転方向Θｘおよびあおり軸回転方向Θｙを逆方向にするだけで、第１実施形態と同様にチルト補正を行うことができる。
【０１１５】
なお、第１実施形態では、再生ページデータの一部分であるデータ領域を重心算出領域として説明したが、ホログラム記録・再生演算部１は、再生ページデータ全体を重心算出領域として扱ってもよい。つまり、ホログラム記録・再生演算部１は、再生ページデータ全体から重心座標を算出してもよい。
【０１１６】
（第２実施形態：パターンから重心座標を算出）
［ホログラム記録・再生演算部の構成］
図１２を参照して、本発明の第２実施形態に係るホログラム記録・再生演算部１Ｂの構成について、第１実施形態と異なる点を説明する（適宜図１参照）。
このホログラム記録・再生演算部１Ｂは、重心算出領域としてのパターンをページデータに付加すると共に、このパターンから重心座標を算出するものであり、記録信号演算部１０Ｂと、再生信号演算部２０Ｂとを備える。
【０１１７】
記録信号演算部１０Ｂは、ホログラム記録に必要な各種演算を行うものであり、誤り訂正符号付加手段１１と、ホログラム記録用変調手段１２と、２次元画像並び替え手段１３と、パターン付加手段１４とを備える。
なお、パターン付加手段１４以外の各手段は、図３と同様のため、説明を省略する。
【０１１８】
パターン付加手段１４は、２次元画像並び替え手段１３からページデータが入力され、このページデータの外周部の少なくとも４隅に、重心算出領域としてのパターンを付加するものである。そして、パターン付加手段１４は、このパターンを付加したページデータをＳＬＭ１０７に出力する。
【０１１９】
ここで、パターン付加手段１４は、ページデータの４隅だけでなく、ページデータの長辺中央部および短辺中央部にもパターンを付加してもよい。図１３に示すように、パターン付加手段１４は、例えば、ページデータの外周部に合計１２個のパターンｈ１〜ｈ６，ｖ１〜ｖ６を付加する。つまり、後記する制御手段２１Ｂに入力される再生ページデータには、データ領域（ページデータ）の外周部に１２個のパターンｈ１〜ｈ６，ｖ１〜ｖ６が付加されることになる。
【０１２０】
また、パターン付加手段１４は、例えば、ページデータごとに、正方形の連続する数が互いに素であるパターンｈ１〜ｈ６，ｖ１〜ｖ６を交互に付加する。具体的には、パターン付加手段１４は、奇数番目のページデータに対して、垂直方向に正方形が７個連続したパターンｖ１〜ｖ６を付加し（図１４（ａ））、水平方向に正方形が７個連続したパターンｈ１〜ｈ６を付加する（図１４（ｂ））。また、パターン付加手段１４は、偶数番目のページデータに対して、垂直方向に正方形が９個連続したパターンｖ１〜ｖ６を付加し（図１４（ｃ））、水平方向に正方形が９個連続したパターンｈ１〜ｈ６を付加する（図１４（ｂ））。すなわち、同一のページデータに付加されたパターンｈ１〜ｈ６，ｖ１〜ｖ６は、空間周波数成分が同一、つまり、その模様が同一となる。
【０１２１】
ここで、パターン付加手段１４は、様々な大きさのパターンを付加することができる。ホログラム記録・再生演算部１Ｂでは、２−４符号、３−１６符号などの２次元コード変復調方式が用いられている。そこで、パターン付加手段１４は、例えば、パターンの大きさを、これら２次元コード変復調方式における１個の輝点のサイズ、または、この輝点を整数倍したサイズとすることができる。
なお、このパターンｈ１〜ｈ６，ｖ１〜ｖ６は、ページデータを同期させるシンク信号として利用することもできる。
【０１２２】
図１２に戻り、ホログラム記録・再生演算部１Ｂの構成について説明を続ける。
再生信号演算部２０Ｂは、ホログラム再生に必要な各種演算を行うものであり、制御手段２１Ｂと、１次元データ並び替え手段２２と、ホログラム記録用復調手段２３と、誤り訂正手段２４とを備える。
【０１２３】
制御手段２１Ｂは、２次元撮像素子１１３から、パターンが付加されたページデータの再生画像である再生ページデータが入力され、この再生ページデータのパターンを用いて、ホログラム記録媒体１０９に所定の角度で参照光が照射されるようにチルト制御を行うものである。
【０１２４】
［制御手段の構成］
図１５を参照して、図１２の制御手段２１Ｂの構成について説明する（適宜図１２参照）。
図１５に示すように、制御手段２１Ｂは、重心中心間距離算出手段２１３と、チルト制御判定手段２１４と、制御信号生成手段（チルト制御手段）２１５と、再生ページデータ入力手段２２１と、パターン検出手段２２２と、空間周波数成分算出手段２２３と、重心座標算出手段２２４とを備える。
なお、再生ページデータ入力手段２２１〜重心座標算出手段２２４以外の各手段は、図３と同様のため、詳細な説明を省略する。
【０１２５】
再生ページデータ入力手段２２１は、前記した再生ページデータが入力され、この再生ページデータをパターン検出手段２２２に出力するものである。この再生ページデータは、図１３に示すように、１２個のパターンｈ１〜ｈ６，ｖ１〜ｖ６が配置されている。
【０１２６】
パターン検出手段２２２は、再生ページデータ入力手段２２１から再生ページデータが入力され、この再生ページデータに含まれるパターンｈ１〜ｈ６，ｖ１〜ｖ６を検出するものである。このパターン検出手段２２２は、例えば、パターンを示すテンプレート画像を手動で登録しておく。そして、パターン検出手段２２２は、パターンマッチングによって、再生ページデータからテンプレート画像にマッチする領域（例えば、パターンｈ１〜ｈ６，ｖ１〜ｖ６）を検出する。
【０１２７】
また、パターン検出手段２２２は、検出したパターンｈ１〜ｈ６，ｖ１〜ｖ６、および、このパターンｈ１〜ｈ６，ｖ１〜ｖ６を構成する各画素の座標を含むパターン検出情報を生成する。その後、パターン検出手段２２２は、再生ページデータと、パターン検出情報とを空間周波数成分算出手段２２３に出力する。
なお、パターン検出手段２２２は、パターンマッチングとして、例えば、「http://opencv.jp./sample/matching.html」に記載された手法を用いることができる。
【０１２８】
空間周波数成分算出手段２２３は、パターン検出手段２２２から、再生ページデータおよびパターン検出情報が入力され、このパターン検出情報に含まれるパターンを周波数変換して、パターンｈ１〜ｈ６，ｖ１〜ｖ６それぞれの空間周波数成分を算出するものである。
【０１２９】
ここで、図１６に示すように、図１４のパターンｈ１に注目して説明する。この場合、空間周波数成分算出手段２２３は、空間周波数成分を高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Fast Fourier Transform）して求める。このとき、パターンｈ１において、周波数変換の対象となる代表座標は、中心座標（ｘ（ｈ１），ｙ（ｈ１））とする。また、空間周波数成分算出手段２２３は、パターンｈ１と同様、残りのパターンｈ２〜ｈ６，ｖ１〜ｖ６の代表座標において、空間周波数成分を高速フーリエ変換によって求める。そして、空間周波数成分算出手段２２３は、パターンｈ１〜ｈ６，ｖ１〜ｖ６の空間周波数成分と、再生ページデータとを重心座標算出手段２２４に出力する。
【０１３０】
なお、図１６では、図面を見やすくするために、パターンｈ１で中央の正方形だけを白抜きで図示した。
また、パターンｈ１〜ｈ６，ｖ１〜ｖ６の中心座標を（ｘ（i），ｙ（i）；ｉ＝ｈ１〜ｖ６）とする。
【０１３１】
重心座標算出手段２２４は、空間周波数成分算出手段２２３から、パターンｈ１〜ｈ６，ｖ１〜ｖ６の空間周波数成分および再生ページデータが入力され、パターンｈ１〜ｈ６，ｖ１〜ｖ６の空間周波数成分から基本周波数を抽出し、抽出した基本周波数の振幅強度分布により重心座標を算出するものである。
【０１３２】
ここで、パターンｈ１〜ｈ６，ｖ１〜ｖ６の中心座標（ｘ（ｉ），ｙ（ｉ）；ｉ＝ｈ１〜ｖ６）における基本周波数の振幅強度をＡ（ｆ１（ｉ））とする。この場合、重心座標算出手段２２４は、基本周波数の振幅強度Ａ（ｆ１（ｉ））をパターンｈ１〜ｈ６，ｖ１〜ｖ６で合計して、基本周波数振幅強度合計値を算出する。また、重心座標算出手段２２４は、基本周波数の振幅強度Ａ（ｆ１（ｉ））に中心座標の座標値（ｘ（ｉ），ｙ（ｉ））を乗算した振幅強度座標乗算値を求めて、パターンｈ１〜ｈ６，ｖ１〜ｖ６で合計した振幅強度座標乗算合計値を算出する。そして、重心座標算出手段２２４は、この振幅強度座標乗算合計値を基本周波数振幅強度合計値で除算して、パターンでの重心座標を算出する。
【０１３３】
言い換えるなら、重心座標算出手段２２４は、下記の式（４）で表される基本周波数の振幅強度分布により重心座標を算出する。従って、式（４）の分母が基本周波数振幅強度合計値となり、式（４）の分子が振幅強度座標乗算合計値となる。その後、重心座標算出手段２２４は、再生ページデータと、算出した重心座標とを重心中心間距離算出手段２１３に出力する。
【０１３４】
【数４】
0005462814.tif 000005
【０１３５】
なお、重心座標算出手段２２４は、ページデータに付加されたパターンの数だけ（例えば、１２個）、式（４）の計算を繰り返すことになる。
【０１３６】
ここで、図１７，図１８を参照して、パターンから算出した重心座標の一例について説明する（適宜図１５参照）。
図１７（ａ）に示すように、あおり軸回転方向Θｙを固定して、角度多重軸回転方向Θｘに回転させながら重心座標をプロットした。
【０１３７】
この場合、図１７（ｂ）に示すように、重心軌道は、図８（ｂ）と同様、ホログラム記録媒体１０９の収縮により、円弧状の２次曲線を描いている。その一方、図１７（ｂ）の重心軌道は、図８（ｂ）と比較して、円弧の半径が大きくなっている。言い換えるなら、図８（ｂ）では、例えば、最隣接点（重心座標）と、その左隣の重心座標との距離が、３．３×１０３離れている。また、図１７（ｂ）では、最隣接点（重心座標）と、その左隣の重心座標との距離が、２．８×１０５離れている。このように、パターンから重心座標を算出した場合、重心座標同士の距離がより離れることから、中心座標に最も近くなる重心座標（最隣接点）を判定し易くなる。すなわち、チルト制御用の制御信号の精度が高くなることと等価であり、より正確なチルト制御を可能とする。
【０１３８】
このことは、再生ページデータの輝度分布にも表れる。パターンから重心座標を算出した場合、例えば、最隣接点での再生ページデータの輝度分布は、図１８（ａ）に示すように、均一となる。一方、最隣接点より３個左側の重心座標では、その再生ページデータの輝度分布は、図１８（ｂ）に示すように、均一にならない。
【０１３９】
［制御手段の動作］
図１９を参照して、図１５の制御手段２１Ｂの動作について説明する（適宜図１５参照）。
制御手段２１Ｂは、再生ページデータ入力手段２２１によって、再生ページデータが入力される（ステップＳ１０）。
【０１４０】
制御手段２１Ｂは、パターン検出手段２２２によって、再生ページデータからパターンを検出する。つまり、制御手段２１Ｂは、パターン検出手段２２２によって、パターンマッチングによって、再生ページデータからパターンを検出する（ステップＳ１１）。
【０１４１】
制御手段２１Ｂは、空間周波数成分算出手段２２３によって、各パターンを周波数変換（例えば、高速フーリエ変換）して、各パターンの空間周波数成分を算出する（ステップＳ１２）。
【０１４２】
制御手段２１Ｂは、重心座標算出手段２２４によって、各パターンの空間周波数成分から基本周波数を抽出し、抽出した基本周波数の振幅強度により、重心座標を算出する。つまり、制御手段２１Ｂは、重心座標算出手段２２４によって、前記した式（４）を用いて、基本周波数の強度分布により重心座標を算出する（ステップＳ１３）。
なお、図１９において、ステップＳ３以降の各処理は、図１１と同様のため、詳細な説明を省略する。
【０１４３】
以上のように、本発明の第２実施形態に係るホログラム記録・再生演算部１Ｂは、余分な光学素子をチルト制御のために必要としないため、簡易な構成とすることができる。また、ホログラム記録・再生演算部１Ｂは、高速フーリエ変換を用いると共に、この１２個のパターンに対して重心座標算出処理を行うので、データ領域内の全画素に対して重心座標算出処理を行う場合より、チルト補正を素早く行うことができる。
【０１４４】
また、ホログラム記録・再生演算部１Ｂは、正方形が７個連続したパターンと、正方形が９個連続したパターンとをページデータごとに交互に付加するため、再生ページデータ間でのクロストークを抑えることができる。これによって、ホログラム記録・再生演算部１Ｂは、パターンの記憶容量を最小限に抑えると共に、パターンの検出を容易にでき、再生ページデータの誤り率低減と、ホログラム記録媒体の効率的な利用とを両立することができる。
【０１４５】
なお、第２実施形態では、空間周波数成分算出手段２２３は、周波数変換として高速フーリエ変換を用いたが、これに限定されない。例えば、空間周波数成分算出手段２２３は、周波数変換として、アダマール変換またはウェーブレット変換を利用することもできる。また、空間周波数成分算出手段２２３は、パターンの代表座標として中心座標を用いたが、これに限定されない。例えば、空間周波数成分算出手段２２３は、パターンの隅を代表座標としてもよい。
【０１４６】
なお、各実施形態において、ホログラム記録・再生演算部１，１Ｂは、画像取得するデータ領域が決まっているため、例えば、注目領域抽出処理（ＲＯＩ：Region Of Interest)を行えば、データ領域だけを読み出すことができ、画像転送速度を高速化することができる。
【０１４７】
なお、本発明では、一般的なコンピュータを、前記したホログラム記録・再生演算部１，１Ｂの各手段として機能させるプログラムによって動作させることもできる。このプログラムは、通信回線を介して配布しても良く、ＣＤ−ＲＯＭやフラッシュメモリなどの記録媒体に書き込んで配布しても良い。なお、本発明のコンピュータには、一般的なコンピュータだけでなく、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）などのプログラマブルな電気回路も含まれる。
【符号の説明】
【０１４８】
１，１Ｂ  ホログラム記録・再生演算部（ホログラム記録再生装置）
１０，１０Ｂ  記録信号演算部
１１  誤り訂正符号付加手段
１２  ホログラム記録用変調手段
１３  ２次元画像並び替え手段
１４  パターン付加手段
２０，２０Ｂ  再生信号演算部
２１，２１Ｂ  制御手段
２２  １次元データ並び替え手段
２３  ホログラム記録用復調手段
２４  誤り訂正手段
１００  ホログラフィックメモリ記録システム
１０１  レーザ光源
１０２  シャッタ
１０３  ハーフミラー
１０４  シャッタ
１０５  １／２波長板
１０６  ＰＢＳ（偏光ビームスプリッタ）
１０７  ＳＬＭ（空間光変調素子）
１０８  集光レンズ
１０９  ホログラム記録媒体
１１１  集光レンズ
１１２  レンズ
１１３  ２次元撮像素子
１１４  ２軸回転ミラー
１１５  リレーレンズ
１１６  ２軸回転ステージ
２１１，２２１  再生ページデータ入力手段
２１２  重心座標算出手段
２１３  重心中心間距離算出手段
２１４  チルト制御判定手段
２１５  制御信号生成手段（チルト制御手段）
２２２  パターン検出手段
２２３  空間周波数成分算出手段
２２４  重心座標算出手段
【図１】
0005462814.tif 000006
【図２】
0005462814.tif 000007
【図３】
0005462814.tif 000008
【図４】
0005462814.tif 000009
【図５】
0005462814.tif 000010
【図７】
0005462814.tif 000011
【図８】
0005462814.tif 000012
【図９】
0005462814.tif 000013
【図１０】
0005462814.tif 000014
【図１１】
0005462814.tif 000015
【図１２】
0005462814.tif 000016
【図１３】
0005462814.tif 000017
【図１４】
0005462814.tif 000018
【図１５】
0005462814.tif 000019
【図１６】
0005462814.tif 000020
【図１７】
0005462814.tif 000021
【図１９】
0005462814.tif 000022
【図２０】
0005462814.tif 000023
【図６】
0005462814.tif 000024
【図１８】
0005462814.tif 000025