(57)【要約】  本発明は、各データ領域が透過係数と位相シフト係数とによって特徴付けられてデータを記憶する、データ領域群を有する情報担体にデータセットを符号化する方法に関する。この方法は、データセットの強度パターンに対応する出力光パターンが、隣接し合わないデータ領域群に周期的に当てられる光スポットアレイに応じて該データ領域群から出力される光の間の干渉によって、情報担体から所与の距離に生成されるように、データ領域群の透過係数及び位相シフト係数を計算する段階を有する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
各データ領域が透過係数と位相シフト係数とによって特徴付けられてデータを記憶する、データ領域群を有する情報担体にデータセットを符号化する方法であって、前記データセットの強度パターンに対応する出力光パターンが、隣接し合わないデータ領域群に周期的に当てられる光スポットアレイに応じて該データ領域群から出力される光の間の干渉によって、前記情報担体から所与の距離に生成されるように、前記データ領域群の前記透過係数及び前記位相シフト係数を計算する段階を有する方法。
【請求項２】
前記透過係数及び位相シフト係数を決定する前に、前記強度パターンにオフセット値を付加する段階を更に有する請求項１に記載の方法。
【請求項３】
データセットを記憶するための情報担体であって、各データ領域がデータを記憶するデータ領域群を有し、前記データセットの強度パターンに対応する出力光パターンが、隣接し合わないデータ領域群に周期的に当てられる光スポットアレイに応じて該データ領域群から出力される光の間の干渉によって、当該情報担体から所与の距離に生成されるように、各データ領域が透過係数と位相シフト係数とによって特徴付けられる、情報担体。
【請求項４】
各データ領域は、前記透過係数を定めるために、該データ領域の厚さに関連して異なる透明度を有する材料、又は異なる大きさの透明な孔を有する材料から形成される、請求項３に記載の情報担体。
【請求項５】
各データ領域は、前記位相シフト係数を定めるために、その領域上で均一な、異なる高さを有する材料、又は異なる屈折率変調を有する材料から形成される、請求項３又は４に記載の情報担体。
【請求項６】
各データ領域がデータを記憶するデータ領域群を有し、データセットの強度パターンに対応する出力光パターンが、隣接し合わないデータ領域群に周期的に当てられる光スポットアレイに応じて該データ領域群から出力される光の間の干渉によって、情報担体から所与の距離に生成されるように、各データ領域が透過係数と位相シフト係数とによって特徴付けられる情報担体からデータを読み取るシステムであって：
前記光スポットアレイを生成する光学素子、
前記所与の距離に配置され、前記出力光パターンを検出する画素を有する検出器、及び
前記出力光パターンからデータを復元するため、閾値動作のコード命令を実行する処理ユニット、
を有するシステム。
【請求項７】
請求項６に記載のシステムを有する可搬式装置。
【請求項８】
請求項６に記載のシステムを有する携帯電話。
【請求項９】
請求項６に記載のシステムを有するゲーム再生ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、情報担体上でのデータ符号化方法、及び該情報担体を読み取るシステムに関する。本発明は光学記憶の分野で使用され得る。
【背景技術】
【０００２】
近年、例えばＤＶＤ（デジタル多用途ディスク）規格に基づく記憶システムにおいて等、コンテンツ配信のために光学記憶ソリューションが広く使用されている。光学記憶は、情報担体が容易且つ安価に複製される点で、ハードディスク記憶及び半導体記憶に対して大きな利点を有している。
【０００３】
しかしながら、ドライブ装置内の多量の可動部のため、書き込み／読み取り動作を行うとき、該動作中に可動部に要求される安定性を考慮すると、光学記憶ソリューションを用いる既知の応用は衝撃に対して堅牢であるとはいえない。その結果、例えば可搬式装置においてのように衝撃を受けやすい用途においては、光学記憶ソリューションは容易且つ効果的に使用されることができないでいた。
【０００４】
最近、光学記憶ソリューションは改良されてきている。これらのソリューションは、安価で取り外し可能な情報担体が使用されるという光学記憶の利点と、情報担体が静止しており、その読み取りに必要とされる可動部の数が限られているという半導体記憶の利点とを結合させている。
【０００５】
図１は、このような光学記憶ソリューションを例示するシステムを３次元的に示している。
【０００６】
このシステムは情報担体101を有している。情報担体は、sと参照される大きさを有し且つマトリックス状に配列された一組のデータ領域を有している。データは、相異なる透明度レベルを取るように意図された材料を使用することにより、各データ領域上に符号化される。相異なる透明度レベルは、例えば、２状態のデータを符号化する透明又は不透明である材料を用いることによる２つのレベルであり、より一般的には、N個の透明度レベルである（例えば、Nは2log(N)状態のデータを符号化する２の整数乗である）。
【０００７】
このシステムはまた、上記のデータ領域に当てられるように意図された光スポット103のアレイを生成する光学素子102を有している。光学素子102は、図２に示されるマイクロレンズの２次元アレイに相当していてもよく、その入力側にコヒーレント入力光ビーム105が与えられる。
【０００８】
各光スポットは、有利には、全ての光スポットをデータ領域の相異なる部分集合上で同時に平行移動させるように光学素子102を２次元的に平行移動させる役割を担うアクチュエータを使用することにより、データ領域の部分集合（この例では、この部分集合は４×４のデータ領域によって形成されている）に連続的に当てられるように意図されている。光スポットが当てられるデータ領域の透明状態に従って、光スポットはＣＭＯＳ又はＣＣＤセンサー104に透過させられる（全く透過されない、部分的に、あるいは完全に透過される）。センサー104は画素群を有しており、これら画素はデータ領域に記憶された対応データを復元するために受け取った光信号を変換するように意図されている。
【０００９】
この既知のシステムにおいては、情報担体に記憶されたデータが検出器上に自己結像される。すなわち、透明及び不透明のデータ領域によって形成されたパターンがそのまま検出器上に再現される。
【００１０】
しかしながら、自己結像を用いることは技術的な限界を有する。
【００１１】
実際、各データ領域によって生成された光ビームは急激に発散するので、自己結像は検出器の位置において完全ではなく、データ復元におけるデータのクロストークやエラーがもたらされる。データのクロストークは情報担体と検出器との間の距離を短縮することで僅かに減じられ得るが、こうすることは上記システムの設計に大きな機械的制約を付加することになる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、データを記憶する各データ領域が透過係数と位相シフト係数とによって特徴付けられるデータ領域群を有する情報担体にデータを符号化する方法を提供することを目的とする。この方法は、容易で堅牢、且つコスト効率に優れたデータ復元を可能にする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題に鑑み、本発明に従った符号化方法は、データセットの強度パターンに対応する出力光パターンが、隣接し合わないデータ領域群に周期的に当てられる光スポットアレイに応じて該データ領域群から出力される光の間の干渉によって、情報担体から所与の距離に生成されるように、データ領域群の透過係数及び位相シフト係数を計算する段階を有する。
【００１４】
データが検出器上に自己結像される従来技術と異なり、本発明に従った符号化方法は干渉現象、すなわち、情報担体を形成する相異なるデータ領域群によって光スポットアレイに応じて引き起こされる回折、によるデータの再構築を可能にする。故に、データのクロストークの問題が解決される。
【００１５】
検出器で読み取られるパターンは、直接的に、情報担体に記憶されたデータによって形成されるパターンに相当する。故に、付加的で複雑な処理段階が不要であるので、この符号化方法はコスト効率に優れたものである。
【００１６】
実装の観点からは、データを復元するのに、情報担体と検出器との間の読み取り機器内には更なる光学結像素子は必要とされず、検出器は情報担体から如何なる距離にも位置付けられ得る。このことは、本発明に従って符号化されたデータを読み取るシステムの設計を単純化する。
【００１７】
本発明はまた、この方法に従ってデータを記憶する情報担体に関する。
【００１８】
本発明はまた、この情報担体からデータを読み取るシステムに関する。
【００１９】
本発明の詳細な説明及び他の態様が以下にて与えられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
続いて、本発明の具体的な態様について、添付の図面に関連して考察される以下の実施形態を参照しながら説明する。図面においては、相等しい部分又はサブステップは同様にして指定することとする。
【００２１】
本発明は好ましくは２次元情報担体上でのデータの符号化に関するが、以下においては理解目的のため、１次元データセットを記憶するように意図された１次元情報担体のみを考慮して説明する。当業者は１次元情報担体の知見を２次元情報担体に容易に適用できるであろう。
【００２２】
また、本発明は透過により読み取られる情報担体に基づいて説明されるが、当業者はこの知見を反射により（すなわち、透過性の代わりに反射性のデータ領域を用いて）使用される情報担体に容易に適用できるであろう。この場合、情報担体は更に、データ層に積層された反射層を有する。
【００２３】
本発明に従った方法は情報担体上でのデータセットの符号化に関する。この情報担体はデータ領域群を有し、各データ領域はデータを記憶するように意図され、透過係数と位相シフト係数とによって特徴付けられる。故に、情報担体は位相構造及び／又は振幅構造から成る。
【００２４】
データセットの強度パターンに対応する（すなわち、記憶されるべきバイナリー値により定められるパターンに対応する）出力光パターンが、隣接し合わないデータ領域群に周期的に当てられる光スポットアレイに応じて該データ領域群から出力される光の間の干渉によって、情報担体から所与の位置に生成されるように、データが符号化される。
【００２５】
光スポットアレイは、例えば、上述のような開口アレイ、又はマイクロレンズアレイによって生成され得る。情報担体に当てられる光はコヒーレントであり、レーザ光源に相当していてもよい。
【００２６】
各光スポットは情報担体の単一のデータ領域を透過させられる。背景技術にて述べられたように、各光スポットはデータ領域群の部分集合（例えば、４×４のデータ領域から成る部分集合）内のデータ領域に連続的且つ同時に当てられる。この場合、各光スポットを横方向に且つ同時に別のデータ領域の前に移動させることにより、別の出力光パターンが情報担体から生成され、対応するデータが検出器によって復元され得る。
【００２７】
データ領域群は光スポット群の一部を吸収したり、あるいは光スポット群に或る位相シフトを付加したりすることができる。吸収及び位相シフトは単一のデータ領域の複素透過係数tjに一般化され得る：
【数１】
2008524762.tif 000003
ただし、
【数２】
2008524762.tif 000004
は透過係数であり、ψjはランクjを有するデータ領域により引き起こされる位相シフトである。
【００２８】
図３は、平面（x’，y’）に位置する情報担体のデータ領域によって点P’で出力された光の寄与により生成された、検出器平面（x，y）内の点Pでの電界の計算を２次元的に示している。理解目的のため、唯一の光スポットが表されている。
【００２９】
フレネル回折を適用した方が正確な結果を得られるが、この場合には明瞭化のため、単一のスポットの回折パターンはフラウンホーファー回折を用いて近似される。しかしながら、これは計算例をより有益なものにする。単一スポットのフラウンホーファー回折パターンは次のように表現され得る：
【数３】
2008524762.tif 000005
ただし、
∝は“比例”を意味し、
x’は情報担体の横方向位置に相当し、
xは検出器の横方向位置に相当し、
zは横方向位置に相当し、z=0がスポットの焦点面であり、
ωは入力光の周波数に相当し、
dはスポットの直径に相当し、
Rは点（x’，y’）=（0，0）から（x，y）までの距離に相当し、
nはデータ領域を形成する材料の屈折率に相当し、
k0は真空中での波動ベクトルの長さに相当する（すなわち、λ0は真空中での光の波長として、k0=2π/λ0）。
【００３０】
電界は全ての光スポットに対して同一であると仮定すると、多数の光スポットを重ね合わせることにより、次のパターンが得られる：
【数４】
2008524762.tif 000006
ただし、
pは光スポットのピッチであり、
jはデータ領域のランクであり、そして
【数５】
2008524762.tif 000007
である。
複素透過係数tjを導入することにより、次の表現が得られる：
【数６】
2008524762.tif 000008
検出器を情報担体から距離z0に置いてデータを復元するように選択される場合、本発明に従った方法は、データ領域群の透過係数及び位相シフト係数を、次の方程式を解くことによって計算する段階を有する：
【数７】
2008524762.tif 000009
ただし、
I(x)は情報担体上に記憶されるべきデータセットの強度パターンに相当し、
KはE及びI双方の正規化に応じた係数である。
【００３１】
検出器位置での電界の位相は如何なる値をも取り得る（強度の指標のみが検出器によって検出可能である）ので、この方程式は全ての透過係数（キャップtj）に対して複数の解を有する。そして符号化は、情報担体の製造者が最適な透過係数及び位相シフト係数を選定することが容易にされる状況に最適化されることができる。例えば、データ領域の透過率は等しく（すなわち、一定の吸収、又は如何なる吸収もなし）設定されることが可能であり、それに従って位相シフト係数が計算され、故に、情報担体は純粋な位相プロファイルと等価に定められる。この場合、位相プロファイルは容易にエンボス加工されることができ、また透過光の量も最大化されるので有利である。
【００３２】
方程式（６）を解くためには、例えば処理ユニット（例えば、メモリに格納されたコード命令を実行する信号プロセッサ）によって実行される最小二乗適合法などの、解析的手法又は数値的手法が使用されてもよい。
【００３３】
有利には、この符号化方法は、I(x)がI(x)+I0になるように、要求される強度パターンにオフセット成分I0を付加する段階を有する。実際、或る一定のゼロでない強度を有するビットを作り出すことは、ゼロ強度を有するビットを作り出すことより遙かに容易である。これは、ゼロ強度はビット領域の至るところでゼロであるプロファイルによってのみ実現され得るが、ゼロでない強度を有するビットを作り出すプロファイルは多数存在することによる。
【００３４】
図４は、データセットを記憶するように意図された、本発明に従った情報担体ＩＣを３次元的に示している。
【００３５】
この情報担体は、例えば正方形の隣接し合い、有利には（太線で区切られている）部分集合に編成された、データ領域群から成るアレイを有している。
【００３６】
データ領域群は各々、データを記憶するように意図されており、データセットの強度パターンに対応する出力光パターンが、隣接し合わないデータ領域群に周期的に当てられる光スポットアレイに応じて該データ領域群から出力される光の間の干渉によって、情報担体から所与の位置に生成されるように、透過係数と位相シフト係数とによって特徴付けられる。
【００３７】
データ領域ごとに、透過係数はデータ領域を定める材料（例えば、プラスチック）の透過係数を変化させて設定されてもよい。他の例では、透過係数は吸収層に透明な孔を形成することによって設定されてもよい。孔の直径が吸収率を決定する。また、材料の厚さが吸収率を決定する吸収材料を用いて実現されることも可能である。
【００３８】
データ領域ごとに、位相シフト係数は、該データ領域上で均一なデータ領域高さを変化させて設定されてもよい。他の例では、屈折率変調として実現されてもよい。
【００３９】
図５は、本発明に従って符号化され、情報担体501上に記憶されたデータを読み取るシステムを３次元的に示している。情報担体は、図４に従って上述されたように、各データ領域がデータを記憶するように意図され、透過係数と位相シフト係数とによって特徴付けられているデータ領域群を有している。
【００４０】
このシステムはまた光学素子502（例えば、マイクロレンズアレイ）を有しており、光学素子502は、データ領域群に当てられるように意図された光スポット群から成るアレイ503を入力コヒーレント光ビーム505から生成する。
【００４１】
この例では太線で表される４×４のデータ領域のブロックによってデータ領域の部分集合が形成されており、各光スポットは、全ての光スポットをデータ領域の相異なる部分集合上で同時に平行移動させるように光学素子502を２次元的に平行移動させる役割を担うアクチュエータ（図示せず）を使用することにより、データ領域の部分集合に連続的に当てられるように意図されている。故に、データセットの強度パターンに対応する出力光パターンが、隣接し合わないデータ領域群に周期的に当てられる光スポットアレイに応じて該データ領域群から出力される光の間の干渉によって、情報担体から所与の距離z0に生成される。
【００４２】
このシステムはまた、出力光パターンを検出するように意図された画素を有するＣＭＯＳ又はＣＣＤ検出器504を有している。検出器の画素は、処理ユニット507によって解析される電気信号506を提供する。処理ユニット507は、例えば上述のように閾値動作のコード命令を実行する信号プロセッサ等である。それに応じて、処理ユニット507は情報担体501上に記憶されたデータに対応するデータ508を作り出す。
【００４３】
第１の実施例においては、検出器の１つの画素がデータ領域の１つの部分集合に面している。
【００４４】
第２の実施例においては、検出器の少なくとも２つの画素がデータ領域の１つの部分集合に面している。これは、検出器に対する情報担体の横方向の位置合わせがそれほど重要でなくなるので有利である。
【００４５】
第３の実施例においては、検出器の１つの画素がデータ領域の少なくとも２つの部分集合に面している。これは、透過係数を計算する方程式（６）の解を発見する自由度が高くなるので有利である。
【００４６】
図６は、本発明に係る方法に従って前もって符号化されたデータセットの復元例を示す図であり、p=16μ、λ=0.4μ、z0=500μとして方程式（６）から計算された複素透過係数を有するデータ領域を用いたものである。復元されるべきデータセットは［0,1,1,0,1,0,0,1］に相当しており、強度パターンI(x)によって表されている。
【００４７】
出力光パターンＯＬＰが、データ領域と光スポットアレイとの間の干渉によって、情報担体から距離z0の位置に生成される。
【００４８】
（正規化された）出力光パターンＯＬＰから、例えば、以下のように作用する閾値段階によって、データセットが容易に復元され得ることは明らかである：
−  所与の閾値TH（例えば、出力光パターンＯＬＰの振幅の半分）より大きい出力光パターンＯＬＰの部分は“１”と見なされる、
−  上記の閾値THより小さい出力光パターンＯＬＰの部分は“０”と見なされる。
【００４９】
図７に例示されるように、図５に示されたシステムは、読み取り機器ＲＡ（例えば、家庭用再生装置など）、可搬式装置ＰＤ（例えば、携帯情報端末、ポータブルコンピュータ、ゲーム再生ユニットなど）、又は携帯電話ＭＴに有利に実装され得る。これらの機器及び装置は、データを読み取る／書き込む上で光スポットアレイが当てられるように意図された情報担体ＩＣを受け入れる開口部（ＯＰ）を有している。
【００５０】
動詞“有する”及びその活用形の使用は、請求項に記載された要素又は段階以外の要素又は段階が存在することを排除するものではない。要素又は段階に前置された冠詞“或る（a又はan）”の使用は、このような要素又は段階が複数存在することを排除するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】情報担体上のデータを読み取る既知のシステムを示す図である。
【図２】光スポットアレイを生成するマイクロレンズアレイを示す図である。
【図３】本発明に従って符号化された情報担体のデータ領域から出力された光の寄与により生成された、検出器位置での電界計算を例示する図である。
【図４】本発明に従った情報担体の構造を示す図である。
【図５】本発明に従って符号化され、情報担体上に記憶されたデータを読み取るシステムを３次元的に示す図である。
【図６】本発明に係る方法に従って前もって符号化されたデータセットの復元例を示す図である。
【図７】本発明に従った情報担体からデータを読み取るシステムを有する様々な装置を示す図である。
【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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【国際調査報告】
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2008524762.tif 000018
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