(57)【要約】【課題】位相マスクによりホログラム記録媒体上での信号光のスペクトル拡散を図ることでの高記録密度化と、符号間干渉を抑制することによりアパーチャーによる信号光の径の縮小化を可能とすることによる高記録密度化との双方を実現化する。【解決手段】再生時においてホログラム記録媒体に参照光を照射してデータ読み出しを行う際に、この参照光の照射に応じ得られる再生像と同位相で且つ強度が再生像の振幅の最小値の絶対値より大となるコヒーレント光を上記参照光と共に照射する。一方で、イメージセンサで得られた読み出し信号に対しては、その平方根を計算し、さらに上記コヒーレント光に応じたＤＣ成分を除去してデータ再生を行う。このような読み出し動作とすることで位相マスクによる+1,0,-1の３種の記録値を線形に読み出すことができ、符号間干渉防止のための等化フィルタを有効に作用させることが可能となって上記双方の高記録密度化を達成できる。【選択図】図１３
2008152827.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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対する再生を行う再生装置であって、
上記ホログラム記録媒体に記録されたデータに応じた再生像を得るにあたって照射されるべき上記参照光を生成する参照光生成手段と、
強度が上記再生像の振幅の最小値の絶対値よりも大きく、位相が上記再生像と同位相となるコヒーレント光を生成するコヒーレント光生成手段と、
上記参照光と上記コヒーレント光とを上記ホログラム記録媒体に導くように構成された光学系と、
上記光学系によって上記ホログラム記録媒体に対して上記参照光と上記コヒーレント光とが照射されたことに応じて得られる、上記ホログラム記録媒体に記録されたデータに応じた再生像を受光すると共に、上記再生像に基づく画像信号を得る画像信号取得手段と、
上記画像信号取得手段により得られた上記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手段と、
上記平方根計算手段による平方根計算結果に基づく画像信号から上記コヒーレント光の成分を除去する除去手段と、
上記除去手段により得られた画像信号に基づき上記ホログラム記録媒体に記録されたデータを再生するデータ再生手段と、
を備えることを特徴とする再生装置。
【請求項２】
上記除去手段は、
上記平方根計算結果から上記コヒーレント光の強度に応じた値を減算して上記コヒーレント光の成分を除去する、
ことを特徴とする請求項１に記載の再生装置。
【請求項３】
上記参照光生成手段と上記コヒーレント光生成手段とは、共通の入射光に対してその強度と位相を変調する共通の空間光変調器によってそれぞれ上記参照光と上記コヒーレント光を生成するように構成される、
ことを特徴とする請求項１に記載の再生装置。
【請求項４】
上記空間光変調器は、
入射光について画素単位による空間光強度変調を施す強度変調器と、同じく画素単位による空間位相変調を施す位相変調器との組み合わせで成る、
ことを特徴とする請求項３に記載の再生装置。
【請求項５】
上記空間光変調器は、
入射光について画素単位による空間光強度変調を施す強度変調器と、同じく画素単位による空間位相変調を施す位相変調器とが一体的に組み合わされて成る、
ことを特徴とする請求項３に記載の再生装置。
【請求項６】
上記空間光変調器は、
入射光について画素単位による空間光強度変調を施す強度変調器と、同じく画素単位による空間位相変調を施す位相変調器との組み合わせで成り、
上記強度変調器は、
各画素の駆動電圧レベルに応じて入射光の強度を変化させるように構成された液晶パネルで構成され、
上記位相変調器は、
各画素の駆動電圧レベルに応じて入射光の位相を変化させるように構成された液晶パネルで構成される、
ことを特徴とする請求項３に記載の再生装置。
【請求項７】
上記位相変調器としての液晶パネルは、
その液晶分子の水平配向時の屈折率をｎh、垂直配向時の屈折率をｎv、上記液晶分子を内包する液晶素子の厚さをｄとしたとき、当該液晶素子を透過する光に対し与えることのできる位相差Δｎｄが、
ｎh×ｄ−ｎv×ｄ＝Δｎｄ
となる関係に基づき、上記位相差Δｎｄが所定値となるようにして上記厚さｄが設定されていることで、各画素の駆動電圧レベルに応じて入射光の位相を可変的に変化させる、
ことを特徴とする請求項６に記載の再生装置。
【請求項８】
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対する再生を行うための再生方法であって、
上記ホログラム記録媒体に記録されたデータに応じた再生像を得るにあたって照射されるべき上記参照光を生成する参照光生成手順と、
強度が上記再生像の振幅の最小値の絶対値よりも大きく、位相が上記再生像と同位相となるコヒーレント光を生成するコヒーレント光生成手順と、
上記ホログラム記録媒体に対して上記参照光と上記コヒーレント光とが照射されたことに応じて得られる、上記ホログラム記録媒体に記録されたデータに応じた上記再生像を受光すると共に、上記再生像に基づく画像信号を得る画像信号取得手順と、
上記画像信号取得手順により得た上記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手順と、
上記平方根計算手順による平方根計算結果に基づく画像信号から上記コヒーレント光の成分を除去する除去手順と、
上記除去手順により得られた画像信号に基づき上記ホログラム記録媒体に記録されたデータを再生するデータ再生手順と、
を備えることを特徴とする再生方法。
【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対する再生を行う再生装置とその方法とに関する。
【背景技術】
【０００２】
【特許文献１】特開２００６−１０７６６３号公報
【特許文献２】特開２００６−１５４０１２号公報
【０００３】
ホログラム記録再生方式において、特に光ストレージ系の分野におけるホログラム記録再生方式では、光強度変調として例えば透過型液晶パネルやＤＭＤ（Digital Micro mirror Device）などのＳＬＭ（空間光変調器）が使用され、信号光にbit１（例えば光強度＝強）、bit0（例えば光強度＝弱）のパターン配列が得られるような強度変調をかけるようにされる。
このとき、ＳＬＭにおいては、例えば図２に示されるようにしてその中心部において記録データに応じて光強度変調を与えて信号光を生成すると共に、その周りに輪状に光を透過させることで参照光を生成するようにされている。そして、記録データに応じて変調された信号光は、上記参照光と共にホログラム記録媒体に対して照射され、これにより、これら信号光と参照光との干渉縞がデータとしてホログラム記録媒体に記録される。
【０００４】
また、データの再生時においては、ＳＬＭにおいて上記参照光のみを生成してこれをホログラム記録媒体に対して照射することで、上記干渉縞に応じた回折光を得るようにされる。この回折光に応じた像を例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）センサやＣＭＯＳ（Complementary Oxide Semiconductor）センサなどのイメージセンサ上に結像させ、記録ビットの各値を得てデータ再生を行う。
このようにして信号光と参照光とを同一光軸上で照射するホログラム記録再生方式は、コアキシャル方式として知られている。
【０００５】
例えばこのようなコアキシャル方式が採られる場合、従来では、上記特許文献１に記載されるように、ＳＬＭにおける空間光強度変調が与えられた後の光について、その実像面にさらに位相マスクによる位相変調を与えるということが行われている。
このような位相マスクによる位相変調は、信号光と参照光との双方に対して行われる。参照光に対して位相変調を与えるのは、特許文献１にも記載されるように、ホログラム記録媒体への多重記録が可能となるようにするためである。すなわち、或る位相構造を有する参照光を用いて記録した信号光（データ）は、再生時において同一の位相構造による参照光を照射することによってのみ読み出すことができるので、これを応用し、記録時にそれぞれ異なる位相構造による参照光を用いてデータを記録し、再生時にはそれらの各位相構造による参照光を択一的に照射することで、多重記録されたデータを選択的に読み出すことができるといったものである。
【０００６】
そして、信号光に対し位相変調を与えるのは、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。
このような信号光に対する位相変調パターンとしては、例えば２値のランダムパターンを設定するものとしていた。すなわち、例えば位相をπだけ変調するピクセルと、位相変調を行わないピクセル（つまり位相＝０）とが半々となるようにして設定したランダムな位相変調パターンを設定するものである。
このような２値のランダムパターンにより、参照光と信号光との干渉効率の向上を図ることができる。また、同時にフーリエ面（メディア上での像）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内のＤＣ成分の抑圧を図ることができる。
【０００７】
ここで、このような位相マスクによるＤＣ成分の抑制効果について、次の図２８〜図３０を参照して説明する。
先ず、図２８では、ランダムに発生させた記録データとその周波数特性について示している。（ａ）図ではランダムに発生させた記録データ全体（上段）と、その周波数特性（下段）を示している。また、（ｂ）図では（ａ）図に示される記録データの中心部（上段）とその周波数特性（下段）を示している。
なお、実際の構成において、記録データに相当する信号光の形状は略円形となるが、ここでは説明の便宜上、記録データ全体は正方形状であるもとして示している。なお、このことについては後で説明する図２９、図３０についても同様である。
また、この図２８において、上段の記録データは白がビット「１」、黒がビット「０」を示している。また下段の周波数特性ではスペクトルの分布を濃淡値で表している。
【０００８】
図２９、図３０は、図２８に示した記録データに応じて得られるＳＬＭの変調後の画像（ＳＬＭページの画像）とその周波数特性について示している。
先ず図２９では、位相マスク無しの場合のＳＬＭページの画像とその周波数特性について、（ａ）図ではその全体を（ｂ）図ではその中心部を示している。この図では、上段の各画像の図は白色が「１」を示し、灰色が「０」を示すものとなっている。
この図２９の下段の各図に示されるように、位相マスク無しの場合は、その中心部分に強いスペクトルが集中していることがわかる。これは、中心部分にＤＣ成分が現れていることを示しており、このＤＣ成分が記録された部分が他のホログラムページを記録する際の妨害部分となるため、その分各ホログラムページの間隔を広げてデータ記録を行う必要があり、高記録密度化の妨げとなっている。
【０００９】
図３０は、位相マスク有りの場合のＳＬＭページの画像とその周波数特性について示している。この図においても（ａ）図は全体を（ｂ）図は中心部を示しており、上段の各画像の図は白色が「１」を示しているが、ここでは灰色が「０」を示している。また下段の周波数特性では同様にスペクトルの分布を濃淡値で示している。
先ず、各図の上段に示されるように、位相マスクを設けることにより、記録ビット「１」は、位相変調によってそれぞれ異なる位相（０／π）に変調されるため、「＋１」と「−１」に分けられることになる。なお、記録ビット「０」は位相変調に対して「０」のままとなる。
このことから位相マスク有りの場合、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。図中では「−１」を黒色で示している。
【００１０】
そして、このように３値記録が実現されることで、位相マスク有りの場合は、下段の各図に示されるようにスペクトルが拡散されることになる。特に（ｂ）図を参照するとその様子がよく判る。この例ではスペクトルのピーク値は先の図２９の場合の2.6E+5から2.1E+4となっており、１／１０以下になっていることがわかる。
スペクトルが拡散されることで、ＤＣ成分の抑圧が図られ、他のホログラムページを記録する上での妨害要素が低減される。これにより、各ホログラムページの間隔をその分詰めて記録を行うことが可能となり、高記録密度化が達成される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上述のようにして、位相マスクにより信号光に所定の位相変調を施すことで、ＤＣ成分を抑圧してメディアの均質な使用化を図り、高記録密度化を達成することができるが、ホログラム記録再生の技術において、高記録密度化を図る上でのアプローチとしては、このようなＤＣ成分の抑圧によるメディアの均質な使用を図るという以外にも、アパーチャーによって信号光の径の縮小化を図るということも挙げられる。すなわち、ホログラムページのサイズ自体を小さくしてページ当たりのメディアの占有面積を縮小化することで、高記録密度化を達成するというものである。
【００１２】
理想的には、上記による双方の高記録密度化が達成されることが望ましい。
しかしながら、位相マスクを用いてＤＣ成分を抑圧することによる高記録密度化を図る手法は、上述のようにスペクトルを均質に分散させるという性質上、信号光のフーリエ面における像の空間周波数を拡大する傾向となるので、アパーチャーにより信号光の径を狭める、すなわち空間周波数の高域を制限するようなフィルタを通した場合に大きな歪みを生じさせる。このことによって符号間干渉が助長される傾向となり、この結果、読み出し信号のアイ・パターンとしてはそのアイが潰れる傾向となって、記録データを適正に再生することが困難となってしまう。
【００１３】
この際、符号間干渉を防止する、すなわちアイ・パターンのアイを広げるにあたっては、従来より、読み出し信号に対し空間周波数特性を改善するためのフィルタ処理（等化フィルタ）を行うようにされている。なお、この場合の等化フィルタ処理としては、例えば光ディスクや通信などの分野で一般的に行われている、符号間干渉抑制のためのフィルタ処理を２次元に拡張したものとして理解すればよい。
しかしながら、信号光に対する位相変調パターンとして、例えば上述した２値ランダムパターンのような固定のパターンを設定した場合には、このような等化フィルタによる周波数特性改善のためのフィルタ処理を行ってもアイを開かせることができず、符号間干渉の低減が図られないものとなってしまう。
【００１４】
このようなことから、従来において高記録密度化を図る上での選択肢としては、
・位相マスク設けない
→スペクトル拡散による高記録密度化は図られない。但しメディアの占有面積縮小化の面での高記録密度化は図ることができる。
・位相マスクを設けるがアパーチャーによる信号光の径の縮小化は行わない
→スペクトル拡散による高記録密度化は達成されるが、メディアの占有面積縮小化の面での高記録密度化は図られない。
ということになる。
【００１５】
このようにして従来では、位相マスクを設けてスペクトルを拡散させる面での高記録密度化を達成することと、アパーチャーによる信号光の径の制御によってメディア占有面積を縮小化させるという面での高記録密度化を達成することとは、それぞれトレードオフの関係となっている。
【００１６】
ここで、そもそも位相マスク・アパーチャーの双方を用いた高記録密度化を図るとした場合に、上述のような等化フィルタによる符号間干渉の抑制を図ることができないのは、ホログラム記録再生システムが有する非線形性に原因がある。つまり、位相マスクにより「０」「＋１」「−１」の３値が記録される一方で、再生時においては、イメージセンサ側で記録データに応じた再生像を光の強度でしか検出できない（すなわち絶対値でしか検出できない）という非線形性を有しているからである。
【００１７】
図３１は、このような非線形性を表す図として、従来手法による読出信号（画像）を示している。
この図３１では、位相マスクを設けて記録を行った場合におけるイメージセンサの読出画像を濃淡値（黒色は強度＝弱、白色は強度＝強）で示しているが、特徴的であるのは、画像内の４つのＡｌｌ「１」の領域（全白であるべき領域）に、あるべきでない模様が確認できることである。これは、位相マスクによってビット「１」の連続する領域がランダムに「０」と「π」、すなわち「＋１」と「−１」に分断されたため、それら「＋１」と「−１」との境界に振幅ゼロのＮｕｌｌ領域が発生した結果である。上記もしているようにイメージセンサ側では振幅の絶対値を検出するので、「＋１」と「−１」を識別することができず、双方とも同じ「１」の強度として検出されることとなってしまう。
【００１８】
上記説明によれば、位相マスクを用いた場合の記録データ「０」「＋１」「−１」を線形に読み出すことができれば、位相マスク・アパーチャーの双方を用いた高記録密度化の両立を図ることができる。すなわちこれを換言すれば、位相マスク・アパーチャーの双方を用いた高記録密度化の両立を図るためには、線形読み出しを実現すればよい、ということなる。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
そこで、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、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対する再生を行う再生装置であって、上記ホログラム記録媒体に記録されたデータに応じた再生像を得るにあたって照射されるべき上記参照光を生成する参照光生成手段を備える。
また、強度が上記再生像の振幅の最小値の絶対値よりも大きく、位相が上記再生像と同位相となるコヒーレント光を生成するコヒーレント光生成手段を備える。
また、上記参照光と上記コヒーレント光とを上記ホログラム記録媒体に導くように構成された光学系を備える。
また、上記光学系によって上記ホログラム記録媒体に対して上記参照光と上記コヒーレント光とが照射されたことに応じて得られる上記再生像を受光すると共に、上記再生像に基づく画像信号を得る画像信号取得手段を備える。
また、上記画像信号取得手段により得られた上記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手段を備える。
また、上記平方根計算手段による平方根計算結果に基づく画像信号から上記コヒーレント光の成分を除去する除去手段を備える。
さらに、上記除去手段により得られた画像信号に基づき上記ホログラム記録媒体に記録されたデータを再生するデータ再生手段を備えるようにした。
【００２０】
先にも述べたように、ホログラム記録再生では、再生像に含まれる位相の情報は検出されることはなく、光の強度のみについて検出が行われる。この強度としては、再生像の振幅の絶対値（２乗値）が検出されることに相当する。そこで本発明では、参照光を照射してデータの読み出しを行う際に、強度が上記再生像の振幅の最小値の絶対値よりも大きいコヒーレント光を併せて照射するものとし、これによって元々の振幅値にこのコヒーレント光の強度に応じた値を加算するものとしている。その上で、このようにコヒーレント光成分が加算されて得られる再生像について、その振幅の２乗値が検出されて得られる画像信号の各値の平方根を計算し、さらに加算された成分を除去してからデータ再生を行うものとしている。
このように再生像の振幅の最小値（例えば−１）の絶対値よりも大きな値（例えば１．５）を加算し、その２乗値として検出される画像信号の各値について平方根を計算した上で、さらに加算したコヒーレント光成分を除去することによっては、負の振幅（−１）が適正に読み出されることになる。すなわち、これによって位相マスクが用いられて「０」「＋１」「０」「−１」による３値が記録される場合に、それら「＋１」「０」「−１」を適正に読み出すことができ、これによって線形な読み出しが実現される。
なお、本発明では、コヒーレント光の位相を再生像と同位相とすることを条件としているが、これは、仮に同位相としない場合には再生像にコヒーレント光に応じた振幅値を適正に加算することができないためである。
【発明の効果】
【００２１】
上記のようにして本発明によれば、位相マスクを用いた３値記録が行われる場合にも、その位相情報（位相０／πの変調による「＋１」「−１」）を適正に読み出すことができ、線形な読み出しを実現できる。
このような線形読出が実現されることで、位相マスク・アパーチャーの双方を用いた高記録密度化を図るとした場合にも、等化フィルタによる符号間干渉の抑制を図ることができる。この結果本発明によれば、位相マスクを用いたメディアの均質な使用という面での高記録密度化と、アパーチャーによる信号光の径の制御によってメディア占有面積の縮小化を図るという面での高記録密度化との両立を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
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、説明は以下の順で行う。
１．記録再生装置の構成
１−１．全体構成
１−２．空間光変調部（ＳＬＭ）とデータ変調・位相変調制御部
１−３．データ再生部
２．実施の形態としての読み出し動作
３．実験結果
４．変形例
【００２３】
１．記録再生装置の構成
１−１．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１の内部構成について示したブロック図である。なお、図１では主に記録再生装置１の光学系、記録データの変調系、及び再生系の構成のみを抽出して示しており、他の部分については省略している。
【００２４】
先ず、本実施の形態では、ホログラム記録再生方式として、いわゆるコアキシャル方式が採用される。すなわち、信号光と参照光とを同一軸上に配置し、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２２に照射して干渉縞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２２に対して照射することで干渉縞により記録されたデータの再生を行うものである。
またこの場合、図中のホログラム記録媒体２２としては、反射膜を備えたいわゆる反射型のホログラム記録媒体とされ、記録再生装置１はこのような反射型のホログラム記録媒体２２に対応した構成が採られる。
【００２５】
図１において、先ずレーザダイオード（ＬＤ）２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２としては、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である。
レーザダイオード２からの出射光はシャッター３を介してアナモプリズム４を透過した後、空間フィルタ５に入射する。この空間フィルタ５内においては、上記アナモプリズム４側から順に集光レンズ５ａ、アパーチャー５ｂ、コリメータレンズ５ｃが備えられ、これらの構成によってレーザ光の中心部分（例えば光強度がピーク値（１００％）〜８０％程度となる２０％程度の範囲）の光を抽出して出力する。
【００２６】
空間フィルタ５からの出射光は１／２波長板６を介してミラー７で反射された後、図示するようにしてミラー８→ミラー９→アパーチャー１０を介し、さらにミラー１１で反射されレンズ１２→アパーチャー１３→レンズ１４を介した後、ミラー１５にて反射されて空間光変調部１６に入射する。
【００２７】
空間光変調部（ＳＬＭとも呼ぶ）１６は、入射光に対する空間光変調として、空間光強度変調（以下単に光強度変調又は強度変調とも呼ぶ）と空間光位相変調（光位相変調又は位相変調とも呼ぶ）との双方を施す。
この空間光変調部１６における光強度変調、光位相変調の各動作は、ホログラム記録媒体２２に対して記録されるべき記録データに応じ、図示するデータ変調・位相変調制御部２９の制御に基づき行われる。
ここで、これらの空間光変調部１６及びデータ変調・位相変調制御部２９による本実施の形態としての具体的な空間光変調動作やその内部構成については後述するが、この場合の空間光変調部１６内において、空間光強度変調を行う部分については、従来より採用されている透過型の液晶パネルを用いるものとしている。すなわち、このような液晶パネルの各画素の駆動電圧レベルの制御によって、入射光の光強度変調を行うようにしているものである。
【００２８】
上記空間光変調部１６にて空間光変調が施された光は、ビームスプリッタ１７を透過した後、リレーレンズ部１８に入射する。このリレーレンズ部１８には、図示するようにして上記ビームスプリッタ１７からの入射光を集光するリレーレンズ１８ａと、このリレーレンズ１８ａからの光の径を制限するアパーチャー１８ｂと、アパーチャー１８ｂからの出射光を平行光に変換するリレーレンズ１８ｃとを備えている。
この図に示す光学系においては、上記アパーチャー１８ｂが、ページ占有面積縮小化のための帯域制限を行っている。
【００２９】
そして、上記リレーレンズ部１８を介した光は、ミラー１９にて反射されて１／４波長板２０を透過した後、対物レンズ２１で集光されてホログラム記録媒体２２上に照射される。
【００３０】
ここで、記録時においては、後述するようにして空間光変調部１６において記録データに応じた空間光強度変調を受けた信号光と、この信号光と同心円となる輪状の参照光とが生成され、これら信号光と参照光とが上記により説明した経路を経ることによって上記ホログラム記録媒体２２上に集光するようにされる。
【００３１】
一方、再生時においては、レーザダイオード２からの光が記録時の経路と同様の経路により空間光変調部１６に入射し、ここにおいて再生用の空間光強度変調を受けて参照光が生成される。すなわち再生時においては信号光は照射せず、参照光をホログラム記録媒体２２に照射するようにされている。
この参照光の照射に応じては、後述するようにしてホログラム記録媒体２２上の記録データに応じた回折光が得られ、この回折光は、ホログラム記録媒体２２からの反射光として、対物レンズ２１を介して平行光とされた後、１／４波長板２０→ミラー１９→リレーレンズ部１８を介してビームスプリッタ１７に導かれる。
【００３２】
ビームスプリッタ１７では、上記のようにして導かれたホログラム記録媒体２２からの反射光が反射されて、この反射光は図示するようにしてアパーチャー２３→レンズ２４→ミラー２５を介した後、レンズ２６→レンズ２７を介してイメージセンサ２８上に導かれる。
【００３３】
イメージセンサ２８は、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）センサやＣＭＯＳ（Complementary Oxide Semiconductor）センサなどとされ、上記のようにして導かれるホログラム記録媒体２２からの反射光（回折光）を受光し、電気信号に変換する。
【００３４】
次の図２、図３は、上記により説明した光学系によるホログラム記録媒体２２へのデータの記録／再生手法についてそれぞれ示している。図２は記録手法、図３は再生手法について示している。
なお、図２では、図１に示す光学系のうち空間光変調部１６、対物レンズ２１のみを抽出して示している。また図３において、図３（ａ）は同様に空間光変調部１６、対物レンズ２１のみを示し、図３（ｂ）では対物レンズ２１とイメージセンサ２８のみを抽出して示している。
また、本実施の形態の場合、再生時においては参照光と共にコヒーレント光も照射することになるが、そのことについては後述するものとし、図３においては一般的なホログラム再生手法について説明する。
【００３５】
先ず、図２に示される記録時においては、空間光変調部１６が入射光に対し、上述した参照光と、記録データに基づき「０」「１」のデータパターンに基づく光強度パターンが与えられた光（これを信号光と呼んでいる）とが同心円上に配置されるようにするための強度変調を行うようにされる。
この強度変調された光（つまり参照光と信号光）を、対物レンズ２１によりホログラム記録媒体２２上に集光し、これにより形成される参照光と信号光の干渉縞をデータとしてホログラム記録媒体２２に記録するようにされる。
【００３６】
そして、再生時においては、先ず図３（ａ）に示すようにして、空間光変調部１６が入射光について空間光強度変調を施すことで参照光を生成し、これをホログラム記録媒体２２上に集光するようにされる。その際、集光した光は、ホログラム記録媒体２２に記録されたデータパターンに応じた干渉縞により回折を受け、ホログラム記録媒体２２からの反射光として出力される。すなわち、この回折光は、図示するようにして記録データを反映した光強度パターンを有しており、この回折光の有する強度パターンをイメージセンサ２８で検出した結果に基づき、データ再生を行うようにされる。
【００３７】
ここで、上記のように空間光変調部１６においては、記録／再生時に対応して参照光、信号光を生成するようにされる。このため、空間光変調部１６においては、次の図４に示すような参照光エリアＡ１、信号光エリアＡ２、及びギャップエリアＡ３とが規定されている。すなわち、図示するようにして空間光変調部１６の中心部分を含む所定の円形のエリアが、信号光エリアＡ２として定められている。そして、その外周部分に対しては、ギャップエリアＡ３を隔てて、信号光エリアＡ２と同心円となる輪状の参照光エリアＡ１が定められている。
なお、上記ギャップエリアＡ３は、参照光が信号光エリアＡ２に漏れ込んで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。
【００３８】
記録時においては、参照光エリアＡ１内の予め定められた画素を「１」（光強度＝強）、それ以外の画素を「０」（光強度＝弱）とし、且つギャップエリアＡ３と上記参照光エリアＡ１より外周部分とを全て「０」とした上で、信号光エリアＡ２内の各画素を記録データに応じた「０」「１」のパターンとすることで、先の図２に示したような参照光と信号光とを生成・出力することができる。
また、再生時には、参照光エリアＡ１を記録時と同じ「０」「１」のパターンとし、他の領域はすべてビット「０」とすることで、図３（ａ）に示したようにして参照光を生成・出力することができる。
【００３９】
説明を図１に戻す。
記録再生装置１には、これまでで説明した光学系に加え、上述したような空間光変調部１６の動作を制御するためのデータ変調・位相変調制御部２９と、さらに再生時においてイメージセンサ２８の各画素で得られる信号に基づき記録データの再生を行うためのデータ再生部３０とが設けられる。次項では、これらデータ変調・位相変調制御部２９、データ再生部３０と共に、空間光変調部１６の構成について説明する。
【００４０】
１−２．空間光変調部（ＳＬＭ）とデータ変調・位相変調制御部
先ずは、上記データ変調・位相変調制御部２９と空間光変調部１６について説明する。
図５は、図１に示される空間光変調部１６と、上記データ変調・位相変調制御部２９の内部構成について主に示した図である。なおこの図では、レーザダイオード２とホログラム記録媒体２２と共に、さらにレーザダイオード２から出射され空間光変調部１６に導かれる光と、空間光変調部１６を透過してホログラム記録媒体２２に対して導かれる光についても併せて示している。
【００４１】
この図５に示されるようにして、空間光変調部１６としては、上述した信号光・参照光の生成のための光強度変調を行う部分として強度変調器１６ａを有すると共に、この強度変調器１６ａにより生成された信号光・参照光に対し光位相変調を行う位相変調器１６ｂを有する。
本実施の形態の場合、上記位相変調器１６ｂ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。
【００４２】
ここで、このように画素単位で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、以下の図６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。
図６（ａ）では、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６（ｂ）で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６（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６（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１６ｂ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＝π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「π」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。
【００４３】
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」「π」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」〜「π」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／２」による変調も可能となる。
【００４４】
説明を図５に戻す。
空間光変調部１６は、このように画素ごとに可変的な位相変調を行うことが可能な位相変調器１６ｂが、強度変調器１６ａに対して一体的に形成されて成る。すなわち、強度変調器１６ａの各画素と位相変調器１６ｂの各画素とが１対１の位置関係で対応するように位置決めされてこれら強度変調器１６ａと位相変調器１６ｂとが一体的に形成されているものである。
このような構造とされることで、強度変調器１６ａを透過して得られる信号光、参照光となるべき光のそれぞれに対し、画素単位で厳密に一致させた位相変調パターンにより光位相変調を行うことが可能となっている。
【００４５】
そして、このような空間光変調部１６について、データ変調・位相変調制御部２９は、上記強度変調器１６ａ、位相変調器１６ｂのそれぞれの変調動作を制御するように構成される。図示するようにして、このデータ変調・位相変調制御部２９内には符号化部３１、マッピング部３２、強度変調ドライバ３３、位相変調パターン生成部３４、位相変調ドライバ３５が備えられる。
【００４６】
先ず、記録時において、符号化部３１に対しては、図１にも示した記録データが入力され、当該記録データについて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。例えば、ホログラム記録再生方式にて一般的とされるスパース符号化として、記録データの１バイト（＝８ビット）を４×４＝１６ビットの正方形によるブロック形状のデータ配列に変換する。この４×４＝１６ビットのデータ配列はシンボルと呼ばれ、記録符号化の最小単位とされる。
【００４７】
マッピング部３２は、記録時において上記符号化部３１にて符号化されたデータを、記録フォーマットに従って１枚のホログラムページ内に配列する。このホログラムページとは、信号光エリアＡ２内に敷き詰められるデータ配列全体を指す。すなわち、信号光と参照光との干渉で一度に記録することのできるデータ単位をホログラムページと呼ぶものである。
また、マッピング部３２は、このような信号光エリアＡ２内へのデータのマッピングと共に、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強度変調器１６ａ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強度変調器１６ａの全有効画素分のデータパターンは、強度変調ドライバ３３に供給され、当該強度変調ドライバ３３はこのデータパターンに基づき強度変調器１６ａの各画素を駆動制御する。
これにより、記録データに応じたパターンにより光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光強度変調された参照光の元となる光とが生成される。
【００４８】
なお、確認のために述べておくと、記録時においては、上記マッピング部３２は符号化部３１にて符号化されたデータについてのホログラムページごとのマッピングを順次行うものとされ、これによって強度変調ドライバ３３に対しては、信号光エリアＡ２内のデータパターンのみが記録データ内容に応じて順次変化するようにされたデータパターンが供給される。すなわち、強度変調ドライバ３３は、このようなホログラムページ単位ごとのデータパターンに基づき強度変調器１６ａの各画素を順次駆動制御するようにされる。
これによってホログラム記録媒体２２に対しホログラムページ単位ごとにデータを記録することができる。
【００４９】
また、記録時において、データ変調・位相変調制御部２９では、このような強度変調器１６ａに対する駆動制御のための動作と共に、位相変調器１６ｂ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３４は、位相マスクとしての位相変調を行うために、予め設定された所定のデータパターンに基づき、空間光変調部１６内の位相変調器１６ｂ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、この位相マスクとしての位相変調パターンについては、２値ランダム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３４は、位相変調器１６ｂ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。
そして位相変調パターン生成部３４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１６ｂ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ものとすればよい。
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３５に供給する。
【００５０】
位相変調ドライバ３５は、位相変調パターン生成部３４から供給される位相変調パターンに基づき、位相変調器１６ｂの各画素を駆動制御する。これによって空間光変調部１６から最終的に出力される信号光について、位相マスクとしての所定パターンによる光位相変調を施すことができ、また、参照光についても所定の位相変調パターンによる光位相変調が施される。
【００５１】
図７は、上記により説明したデータ変調・位相変調制御部２９による記録時の動作に対応して得られる、強度変調器１６ａの出力画像（図７（ａ））と位相変調器１６ｂの出力画像（図７（ｂ））とを模式的に示している。
図７（ａ）では、ビット「１」を白、ビット「０」を黒により示しているが、上記のようにして信号光についてのデータのマッピングが行われることで、強度変調器１６ａの出力画像における信号光エリアＡ２内には、例えば図のような「１」「０」のパターン配列が得られる。また、参照光エリアＡ１については、所定の「０」「１」のパターンに基づく強度変調が行われることで、図のような「０」「１」のパターンが発生することになる。
【００５２】
また、図７（ｂ）においては、ビット「＋１」を白、ビット「０」を灰、ビット「−１」を黒により示しているが、図７（ａ）の強度変調器１６ａの出力が位相変調器１６ｂによる位相マスクとしての位相変調が施されることで、図のように信号光エリアＡ２内には「＋１」「０」「−１」がランダムに発生していることがわかる。また参照光エリアＡ１内としても所定の位相変調が行われることで「＋１」「０」「−１」の３値が発生していることが確認できる。
【００５３】
説明を図５に戻す。
再生時におけるデータ変調・位相変調制御部２９について説明する。なお、ここでは先の図３に示したような一般的なホログラム再生時に対応した範囲内での動作のみついて説明し、本実施の形態としての再生時の動作については後述するものとする。
先ず、再生時において、上述したマッピング部３２では、参照光エリアＡ１のみが記録時と同様の「０」「１」のパターンとされ、他の領域はすべてビット「０」とされたデータパターンを生成し、これを強度変調ドライバ３３に対して供給する。この再生時のデータパターンに基づき強度変調ドライバ３３が強度変調器１６ａの各画素を駆動制御することで、再生時に対応して先の図３（ａ）に示したような参照光のみの成分を生成することができる。
【００５４】
図８（ａ）は、上記のような参照光成分のみを生成する動作を行った場合の光強度変調器１６の出力画像を模式的に示している。
図８（ａ）ではビット「１」を白、ビット「０」を黒により示しているが、上記のようにして参照光エリアＡ１については記録時と同様の「０」「１」のパターンに基づく強度変調が行われることで、「０」「１」の双方が発生していることが確認できる。
【００５５】
また、図５において、再生時においても、位相変調パターン生成部３４、位相変調ドライバ３５による位相変調のための動作が行われる。
再生時において、位相変調パターン生成部３４は、位相変調器１６ｂの参照光エリアＡ１について、記録時と同様の変調パターンを生成し、この変調パターンを位相変調ドライバ３５に対して供給する。これにより、再生時に対応して最終的に空間光変調部１６から出力される参照光について、記録時と同様の位相変調パターンによる光位相変調を施すことができる。
このような動作によって得られた参照光がホログラム記録媒体２２に対して照射されることで、先の図３（ｂ）に示したようにしてホログラム記録媒体２２に記録されたホログラムページとしてのデータに応じた回折光（再生像）が得られる。この再生像は、図１に示したイメージセンサ２８によって検出され、データ再生部３０に対して入力される。
【００５６】
図８（ｂ）は、上記による位相変調動作が行われることに伴い得られる空間光変調部１６の最終的な出力画像（位相変調器の出力画像）を模式的に示している。
この図８（ｂ）においても、先の図７（ｂ）と同様にビット「＋１」を白、ビット「０」を灰、ビット「−１」を黒により示しているが、この場合も位相変調が行われることで、参照光内では「＋１」「０」「−１」の３値が発生していることが確認できる。
【００５７】
１−３．データ再生部
続いてはデータ再生部３０について説明する。
図１に示すデータ再生部３０は、上述のようにして再生時にイメージセンサ２８にて得られる受光信号（画像信号）を入力し、この画像信号の値に基づきデータ再生を行う。
【００５８】
図９は、データ再生部３０の内部構成を示すブロック図である。
図示するようにしてデータ再生部３０内には、線形化処理部４１、アップコンバート部４２、フィルファクタ補正処理部４３、等化フィルタ４４、リサンプリング部４５、データ識別部４６、スパース符号デコード部４７が備えられている。
先ず、線形化処理部４１は、イメージセンサ２８からの出力（図中センサ出力）について、後述する本実施の形態としての読み出し動作を行って、センサ出力に応じた線形読出信号を得る。
なお、確認のために述べておくと、イメージセンサ２８では、検出された光の強度を例えば２５６階調などの所定階調による振幅値で表すものとなっており、従ってこの線形読み出しの結果得られる読出信号としても、このような所定階調の振幅値により表されるものとなっている。この振幅値に基づくビット「０」「１」のデータ識別は、後に説明するデータ識別部４６により行われることになる。
なお、この線形化処理部４１の内部構成、及び本実施の形態としての読み出し動作については後述する。
【００５９】
ここで、注意点として、ホログラム記録再生方式では、光学的な歪みや倍率などの問題から、空間光変調部（ＳＬＭ）１６側の各画素（以下データピクセルとも呼ぶ）とイメージセンサ２８側の各画素（ディテクタピクセルとも呼ぶ）とを厳密に１対１に合わせることが非常に困難とされている。すなわち、ＳＬＭ１６の各画素に対応する再生像を、イメージセンサ２８上の想定する各画素に厳密に入射させることは非常に困難を極める。
そのため、このようなずれに対応して、イメージセンサ２８で得られる画像信号中のどの位置にＳＬＭ１６のデータピクセルが位置しているかを探索するようにされる。そして、この探索の結果特定されたデータピクセルの位置の振幅値を得て、その振幅値からデータピクセルごとのビット値の識別を行う、という手順を踏むことになる。
【００６０】
ここで図示による説明は省略したが、上記のような光学的な歪みや倍率などに起因する再生像のずれに対応可能とするため、イメージセンサ２８としては、予めＳＬＭ１６側の１画素分の像をイメージセンサ２８側のｎ画素（ｎ＞１）分で受光するように調整されている（いわゆるオーバーサンプリング）。例えば、ＳＬＭ１６の１画素分の再生像をイメージセンサ２８上の２×２＝４画素分で受光するなどといったものである。このようなオーバーサンプリングを行うのは、上記のような再生像のずれが画素未満単位で生じた場合にも対応可能となるように、検出画像側の解像度を上げるためである。
例えば、上記例のようにオーバーサンプリングレートが２×２＝４倍に設定される場合、イメージセンサ２８からは、ＳＬＭ１６側の４倍の解像度を有する画像信号が出力される。そして、これに応じ線形化処理部４１からの読み出し信号（画像信号）としてもこの４倍の解像度を有するものとして得られることになる。
【００６１】
このようにして線形化処理部４１により得られる読み出し信号は、図示するようにしてアップコンバート部４２に供給される。アップコンバート部４２では、上記読み出し信号に対して例えば補間処理などを行うことによって、上記読み出し信号を所定倍率にアップコンバートする。
このようにオーバーサンプリング後の画像に対してさらにアップコンバート処理を行うことで、解像度をさらに上げることができ、再生像の照射位置ずれに応じた位置合わせをより高精度に行うことができる。
【００６２】
アップコンバート部４２によるアップコンバート後の画像信号は、フィルファクタ補正処理部４３に供給され、ここでＳＬＭ１６のフィルファクタとイメージセンサ２８のフィルファクタに応じた補正処理が行われる。すなわち、イメージセンサ２８による読み出し後の信号では、ＳＬＭ１６のフィルファクタとイメージセンサ２８のフィルファクタの影響で高域部分が劣化していることになるので、具体的な処理としては、その劣化した高域部分を強調するような補正処理を実行することになる。
【００６３】
等化フィルタ４４は、上記フィルファクタ補正処理部４３による補正処理後の画像信号を入力し、符号間干渉防止のための波形等化処理を行う。
先に触れたように、このような符号間干渉防止のための等化処理は、光ディスクや通信などの分野でも多用されている１次元信号についての波形等化処理を、２次元に拡張したものとなる。
【００６４】
ここで、２次元信号（画像信号）について符号間干渉の防止を図るための波形等化処理について、次の図１０〜図１２により説明しておく。
先ずは確認のために、１次元信号の場合について説明しておく。
１次元信号について符号間干渉防止を図るとした場合には、一般的にナイキストの第１基準と呼ばれる特性を目標として波形等化が行われる。
【００６５】
図１０は、１次元ゼロＩＳＩ（Inter Symbol Interference：符号間干渉）のナイキスト第１基準のパルス応答（図中上段）と周波数特性（図中下段）を示している。
図示するように、時間軸上のパルス応答は、中心の振幅が「１」であり、サンプリングポイントごとに振幅が「０」になっている。このような性質を持つパルスの線形重ねあわせを行うと、サンプリングポイントでは符号間干渉が無いので、必ず「１」又は「０」になる。この図１０に表示したパルス応答の長さは「１０２４」であったので、中心が「５１２」になっている。また、オーバーサンプリングレートを「１６」にして計算しているので、サンプリングポイントは１６ポイント置きであり、中心以外は「０」になっている。
【００６６】
ナイキスト第１基準の周波数特性は、データレートのクロック周波数の半分であるナイキスト周波数まで「１」でそれ以上が「０」になる理想ＬＰＦと、ナイキスト周波数で点対称になる奇関数の合成になる。この図１０に表示した周波数特性は、フーリエ変換後の１０２４ポイントの中心部分を拡大して抜き出したものなので、１０２４／１６＝６４がクロック周波数になり、ナイキスト周波数は３２である。
【００６７】
また、図１０では、それぞれ（ａ）（ｂ）（ｃ）として、ロールオフ係数ｒ＝０．０、ｒ＝０．５、ｒ＝１．０それぞれの場合のパルス応答と周波数特性を分けて示しているが、図によると、このロールオフ係数ｒの値が０から１．０にかけて大きくなるのに従い、パルス応答のリンギングが小さくなっていき、良好な特性が得られることがわかる。但しその反面、必要な帯域はロールオフ係数ｒの値が大きくなるに従って広くなっていくことになる。
【００６８】
このような一次元のナイキスト第１基準による等化基準を、２次元に拡張する。
ここで、２次元のＤＰＳＦ（Discrete PointSpread Function）は、２つの１次元ＤＰＳＦの外積（OuterProduct）になるとの考えがある（例えば下記の参考文献１を参照）。
・参考文献１ ： H.J Coufal, D.Psaltis,G.T.Sincerbox, "Holographic Data Storage" Springer(2000) 
同様に考えると、１次元のナイキスト第１基準のパルス応答のベクトルからＮ×１の列ベクトルと１×Ｎの行ベクトルを作り、これを掛け合わせてＮ×Ｎの行列を作れば、これが２次元でゼロＩＳＩになるパルス応答となる、と考えることができる。
【００６９】
このことを下記の数式で表す。
先ず、下記[式１]の行ベクトルｈが１次元のナイキスト第１基準のパルス応答の１×Ｎの行ベクトルである場合、ｈ0は１で、他のｈiは０である（ｈ0＝１,ｈi＝０[i≠０]）。
【数１】
2008152827.tif 000003
これを転置すると、次の［式２］の列ベクトルｈTになる。
【数２】
2008152827.tif 000004
上記の考えに基づくと、これらｈTとｈの外積を求めればよく、それは次の［式３］に示すものとなる。
【数３】
2008152827.tif 000005
このｈTとｈの外積はＮ×Ｎの行列になり、ｈ0ｈ0以外のすべての要素は０になる。従って、これが２次元でゼロＩＳＩになるパルス応答となる。
【００７０】
なお、ホログラム記録再生では、ＳＬＭ１６及びイメージセンサ２８が離散的な画素（ピクセル）の集まりなので、以下、２次元の符号間干渉（ＩＳＩ）はピクセル間干渉（ＩＰＩ：Inter Pixel Interference）と呼ぶこととする。
【００７１】
図１１は、２次元ゼロＩＰＩのナイキスト第１基準の断面を示した図である。
図中では、下段の２次元ゼロＩＰＩのナイキスト第１基準のパルス応答内に示すＹ方向の各ポイントＹ＝５１２、Ｙ＝５２０、Ｙ＝５２８での各断面をそれぞれ上段に示している。
サンプリングポイントＹ＝５１２での断面では、Ｘ方向の中心のサンプリングポイントＸ＝５１２において「１」で、それ以外のＸ方向のサンプリングポイントでは「０」になっている。また、Ｙ＝５１２とＹ＝５２８の各サンプリングポイントの中間のポイントＹ＝５２０での断面では、Ｘ方向の中心のサンプリングポイントＸ＝５１２のみ「１」に満たない所要の値をもち、他のＸ方向のサンプリングポイントでは０になっている。また、Ｙ方向のサンプリングポイントＹ＝５２８では、すべてのサンプリングポイントでほぼ「０」になっていることがわかる。
【００７２】
図１２は、２次元ゼロＩＰＩのナイキスト第１基準の特性として、そのパルス応答（上段）と周波数特性（下段）を示した図である。
なお、この図においてオーバーサンプリングレートは１６×１６であるとする。また、（ａ）図ではロールオフ係数ｒ＝０．０の場合、（ｂ）図ではｒ＝０．５の場合、（ｃ）図ではｒ＝１．０の場合の特性を示している。
【００７３】
最も帯域の狭い図１２（ａ）に示すロールオフ係数ｒ＝０．０の場合、 周波数特性は正方形状となる。そして、図１２（ｂ）のｒ＝０．５の場合では角の落ちた正方形状となり、最も帯域制限の緩い図１２（ｃ）のｒ＝１．０の場合は円形とみなすことができるほど角の落ちた形状となっていることが確認できる。
【００７４】
説明を図９に戻す。
等化フィルタ４４では、例えば上記により説明したような２次元ゼロＩＰＩのナイキスト第１基準の特性を目標特性として、フィルファクタ補正処理部４３による補正処理後の画像信号に対して波形等化処理を行う。
そして、その結果をリサンプリング部４５に対して供給する。
【００７５】
リサンプリング部４５では、上記等化フィルタ４４による等化処理後の画像信号中における、ＳＬＭ１６の各データピクセルの位置を特定し、特定した各データピクセルの振幅値を取得する（これをリサンプリングと呼ぶ）。
ここで、画像信号中における各データピクセルの位置特定にあたっては、従来より行われている一般的な手法として、記録データ内にシンクと呼ばれる所定パターンデータを挿入しておくということが行われる。その場合、リサンプリング部４５としては、画像信号中から上記所定パターンとしてのシンク部分を探索し、その結果検出されたシンクの位置から各データピクセルの位置を特定する。
なお、このような各データピクセルの位置特定手法としては、本実施の形態の読み出し動作と直接的に関係するものではないことから詳細な説明は省略する。従来より提案されている手法、或いは今後提案される手法など適宜最適とされる手法が採用されればよく、本実施の形態において特に限定はしない。
【００７６】
また、このように各データピクセルの位置が特定された後には、それらの振幅値を取得する処理を行うことになるが、例えば従来では、特定された各データピクセルの位置の周囲の値から補間処理を行ってそのデータピクセルの振幅値を計算により取得するようにされている。これは、画像処理の分野で一般的な手法であり、双線形補間法(Bi-linear interpolation method)、３次補間法(Cubic convolution method)、双３次スプライン法 (Bicubic spline method)などが知られている。
また、計算によらず、特定された位置から最もタイミングの近い信号値をそのデータピクセルの振幅値として選択する最近傍法(Nearest neighbor method)もある。
なお、このような振幅値の取得処理についても多様な手法を採ることができ、ここでその手法について特に限定はしない。
【００７７】
データ識別部４６は、上記のようにしてリサンプリング部４６によって得られた各データピクセルの振幅値に基づくデータ識別（ビット判定）を行う。
ここで、先の説明によると、記録時においては記録データの８ビットがスパース符号化によって４×４＝１６ビットのブロック形状のデータ配列（シンボル）に変換され、これらシンボルがホログラムページ内にがマッピングされる。
このスパース符号化としては、例えば１６ビットのうちｍ個のビットのみを「１」、それ以外を全て「０」とするような符号化が行われる。これに応じデータ識別部４６は、シンボル単位ごとに各データピクセルの振幅値のうち値の大きい上位ｍ個のデータピクセルのビットを「１」とし、それ以外の全てのデータピクセルのビットを「０」とするデータ識別を行う（ソート検出と呼ばれる）。
そして、このようなソート検出によるシンボル単位でのデータ識別によってシンボル単位で得られる各ビット値を、後段のスパース符号デコード部４７に対して供給する。
【００７８】
スパース符号デコード部４７は、上記のようにして得られるシンボル単位ごとのビット値を入力し、それらシンボルごとにスパース符号のデコードを行う。すなわち、４×４＝１６ビットを元の８ビットのデータにデコードし、これによって記録データを再生する。すなわち再生データを得る。
【００７９】
２．実施の形態としての線形読み出し動作
上記による説明から理解されるように、本実施の形態としても、位相マスクを用いた記録によるスペクトル拡散、及びアパーチャー１８ｂの信号光帯域制限によるページ専有面積の縮小化を図り、双方の面での高記録密度化を図ろうとするものである。
また、これら位相マスク・アパーチャーの組み合わせに伴う読出信号の歪みへの対策として、等化フィルタ４４による符号間干渉防止のための波形等化処理を行っている。
【００８０】
しかしながら、先にも述べたようにホログラム記録再生では、イメージセンサ２８が位相情報までを検出することができないことから、位相マスクにより位相情報も含むかたちで記録した「＋１」「−１」を線形に読み出すことができないため、上記のように等化フィルタ４４により符号間干渉防止のための波形等化処理を行ったとしても、有効な周波数特性の改善が図られないものとなっている。すなわち、このことから位相マスクのスペクトル拡散によるメディアの均質な使用という面での高記録密度化と、アパーチャーの帯域制限によるページ専有面積の縮小化の面での高記録密度化の双方の両立を図ることができないものとなっている。
【００８１】
そこで本実施の形態では、線形読み出しを可能として、符号間干渉防止のための等化処理を有効に作用させることができるようにし、上記の高記録密度化の双方の実現を図る。  このような線形読み出しの実現のため、本実施の形態では再生時の動作として以下のような動作を行う。
【００８２】
先ず、本実施の形態の場合、再生時においては参照光と共に、その照射に応じてホログラム記録媒体２２から回折光として得られる再生像と同位相のコヒーレントな光を照射するものとしている。
より具体的には、位相が上記再生像と同位相で、且つ強度が再生像の振幅の最小値の絶対値よりも大きなコヒーレント光を、参照光と共に照射して読み出しを行う。
【００８３】
このために、先の図５に示したデータ変調・位相変調制御部２９は、再生時における動作として以下の動作を行う。
先の説明によると、再生時においてデータ変調・位相変調制御部２９内のマッピング部３２では、参照光エリアＡ１のみを記録時と同様の「０」「１」のパターンとし、他の領域をすべて「０」としたデータパターンを生成するものとし、強度変調ドライバ３３がこのデータパターンに基づき強度変調器１６ａの各画素を駆動制御するものとしたが、本実施の形態では、さらに信号光エリアＡ２内も光を透過させることで、均一な振幅によるコヒーレント光を生成する。
具体的に上記マッピング部３２は、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「０」以外の所定の値とし、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強度変調ドライバ３３に供給する。
【００８４】
ここで、先にも述べたように強度変調器１６ａでは、各画素の駆動電圧レベルに応じて透過率を変化させる。すなわち、「０」「１」の２値ではなく、「０」〜「１」まで可変的に透過率を変化させることができる。
これに対応して強度変調ドライバ３３は、マッピング部３２から供給される「１」（例えば２５６階調であれば「２５５」に対応する値）に応じては光強度＝最強とする駆動電圧レベルで該当する画素を駆動し、「０」に応じては光強度＝最弱となる駆動電圧レベルにより該当する画素を駆動するようにされる。強度変調ドライバ３３は、上記のようにしてマッピング部３２から信号光エリアＡ２内のデータパターンとして「０」以外の所定の値が割り当てられると、その値に応じた駆動電圧レベルにより強度変調器１６ａの信号光エリアＡ２内の各画素を駆動する。すなわち、このようにしてマッピング部３２で信号光エリアＡ２内に割り当てた値に応じた強度によるコヒーレント光が得られるようになっている。
【００８５】
このようにしてマッピング部３２において信号光エリアＡ２内に割り当てる値により、コヒーレント光の強度を可変的に設定することができるが、先の説明によると、コヒーレント光の強度としては再生像の振幅の最小値の絶対値より大きな値とすることが条件とされている。この条件を満たす強度を得るにあたっては、予めマッピング部３２にて設定した値とそれによって得られるコヒーレント光の強度とについて実験を行った結果等から上記条件を満たす値を取得しておき、その値を信号光エリアＡ２内に設定すべき値として割り当てればよい。
【００８６】
図１３（ａ）は、上記のようなマッピング部３２、強度変調ドライバ３３の動作に基づき得られる強度変調器１６ａの出力画像を模式的に示している。
この図１３（ａ）においてもビット「１」を白、ビット「０」を黒により示しているが、上記説明によれば、この場合は信号光エリアＡ２が所定レベルの駆動電圧で駆動されることで、信号光エリアＡ２で光が透過していることがわかる。この図では信号光エリアＡ２全体の値を「１」とした場合を示しており、信号光エリアＡ２は全域で白色となる。
なお、参照光エリアＡ１についてはこの場合も記録時と同様の「０」「１」のパターンが得られる。
【００８７】
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３４において以下の動作を行う。
すなわち、位相変調パターン生成部３４は、位相変調器１６ｂの参照光エリアＡ１について、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と共に、さらに信号光エリアＡ２について、その全域を所定の値で埋め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１６ｂ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３５に対して供給する。
【００８８】
先にも述べたように、位相変調器１６ｂとしても、先の強度変調器１６ａと同様に駆動電圧レベルに応じて可変的に各画素を駆動することが可能に構成される。すなわち、駆動電圧レベルに応じ、各画素ごとに位相を「０」〜「π」に可変的に変調することができる。そしてこれに対応して位相変調ドライバ３５としても、位相変調パターン生成部３４からの値「０」〜「１」（例えば２５６階調であれば０〜２５５）に応じた駆動電圧レベルにより位相変調器１６ｂの各画素を駆動するように構成されている。
上記のようにして位相変調パターン生成部３４により生成されたデータパターンで信号光エリアＡ２内が所定値で埋められた場合、位相変調ドライバ３５は、位相変調器１６ｂの信号光エリアＡ２内の各画素をその値に応じた駆動電圧レベルで駆動する。これによって信号光エリアＡ２を透過して得られるコヒーレント光の位相を、上記所定値に応じて可変的に設定できるようにされている。
【００８９】
ここで、コヒーレント光の位相としては、上述のようにして再生像と同位相であることが条件とされる。このような「再生像と同位相」とするにあたってコヒーレント光に与えられるべき位相の値としては、本実施の形態のように参照光について「０」「π」の２値による位相を与える場合には、「π／２」とすればよいことがわかっている。なお、このことについては、次に示す参考文献２にも記載されている。
参考文献２： Kogelnik,H "Coupled wave theory for thick hologramgrating". Bell System Technical Journal,48,2909-47
このような「π／２」による位相を与えるために、上述した位相変調パターン生成部３４では、信号光エリアＡ２内の値として「０．５」（２５６階調の場合「１２７」に対応する値）を割り振るものとしている。
【００９０】
参考として、次の図１３（ｂ）では、上記による位相変調パターン生成部３４、位相変調ドライバ３５の動作によって得られる位相変調器１６ｂの出力画像を模式的に示している。なお、図１３（ｂ）では、先の図７（ｂ）などと同様にビット「＋１」を白、ビット「０」を灰、ビット「−１」を黒により示している。
【００９１】
上記のようなデータ変調・位相変調制御部２９の動作により、再生時においては参照光と共に、位相が再生像と同位相で且つ強度が再生像の振幅の最小値の絶対値よりも大きなコヒーレントな光がホログラム記録媒体２２に対して照射されることになる。すなわち、本実施の形態では上記コヒーレント光と参照光との照射によってホログラム記録媒体２２に記録されたデータに応じた回折光（再生像）が得られ、これが、イメージセンサ２８を介して読み出されることになる。
【００９２】
図１４、図１５は、上記のようなコヒーレント光の加算を行った場合に得られる再生像を示している。図１４ではコヒーレント光の加算量を０．１とした場合（ｂａｓｅ ＋０．１）、図１５はコヒーレント光の加算量を１．０とした場合（ｂａｓｅ ＋１．０）の再生像をそれぞれ示している。
なお、これらの図では再生像の振幅（光強度）を濃淡値で示している。濃色側が振幅＝小、淡色側が振幅＝大であることを示す。
【００９３】
これらの図を参照すると、コヒーレント光を加算した場合にも、再生像には記録データに応じた模様が適正に得られていることが確認できる。すなわち、コヒーレント加算を行った場合にも、記録データを適正に反映した再生像が得られるものとなる。
また、図１４、図１５を対比すると、コヒーレント光の加算量を大きくした場合は、全体的にコントラストの中心が白色側にシフトするようにして低下しているように見える。このことは、コヒーレント光の加算量に比例して、再生像の振幅を全域で一様に増幅させることができるということを示している。
【００９４】
ここで、本実施の形態では、このようにしてコヒーレント加算して得られた再生像についての読み出し動作として、イメージセンサ２８により得られる画像信号について、その値の平方根を計算し、さらにその平方根計算結果からコヒーレント光の成分を除去するという動作を行う。
このための構成として、先の図９に示したデータ再生部３０内に線形化処理部４１を備える。
【００９５】
図９において、この線形化処理部４１内には、平方根計算部４１ａと減算部４１ｂとが備えられる。
平方根計算部４１ａは、イメージセンサ２８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、その結果を減算部４１ｂに供給する。
減算部４１ｂは、上記平方根計算部４１ａにより得られた平方根の値に対し、コヒーレント光の加算量に応じた値を減算する。具体的に、この場合のコヒーレント光の強度は、再生像の振幅の最小値の絶対値よりも大きな所定の値に設定されているので、これを打ち消すことのできる値を予め設定しておき、その値を減算する。
例えば一例として、再生像の振幅の最小値が−0.078であるとして、コヒーレント光の強度がその絶対値0.078よりも大きな0.1に設定されている場合、この0.1により平方根の値を減算する。
この減算部４１ｂの減算結果として得られる画像信号が、線形化処理部４１の出力として先に説明したアップコンバート部２１に対して供給されることになる。
【００９６】
ここで、以上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。
先ず、先の図１に示した記録再生装置１の光学系も含め、一般的にホログラム記録再生における光学系は、ＳＬＭ、対物レンズ、メディア、接眼レンズ、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、以下のようにしてみなすことができる。
すなわち、ＳＬＭ１６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２２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。
【００９７】
このような前提を踏まえ、先ずは本例のような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。なお、ここでの説明では、位相マスクによる「＋１」「−１」に対応した再生像の振幅の最大値、最小値が、それぞれ0.078、-0.078である場合を例示する。
上記前提によると、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２８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２８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。つまり、非線形な歪みが発生しているものである。
【００９８】
一方、参照光と共に、その位相が再生像と同位相で且つ強度が再生像の振幅の最小値の絶対値よりも大となるコヒーレント光を照射する本例の場合では、この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。ここで、このようなコヒーレント光は、振幅・位相が均一なＤＣ成分であるので、ホログラム記録媒体２２上ではその成分が一点に集中するため、記録されたホログラムページと干渉することはない。そして、メディアを照射した後のコヒーレント光は、参照光の照射に応じて得られる再生像がイメージセンサ２８上で結像する際に、この再生像と同位相のコヒーレントな光として加算されることになる。すなわち、これによって再生像に所要の振幅値を加算することができる。
先の図１４、図１５を参照すると、このような現象が実証されていることがわかる。
【００９９】
ここで、上記のような「再生像の振幅の最小値よりも大きい」という条件を満たすコヒーレント光の加算量を、例えば0.1に設定したとすると、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になり、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２８により検出される。この場合、イメージセンサ２８の出力に対しては、上述のようにして読み出された強度の平方根を計算し、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。
このようにして本例によれば、位相マスクにより付加し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。
【０１００】
なお、先の図１５ではコヒーレント加算量を1.0とする場合を例示したが、この場合としても、イメージセンサ２８により検出される強度情報(0.078+1.0)2=1.162、(-0.078+1.0)2=0.850に対し、それぞれ平方根（1.078、0.922）を計算し、加算分を差し引く（1.078−1.0、0.922−1.0）ということが行われることで、元の±0.078という振幅を復元できることがわかる。
つまり、コヒーレント加算の大きさは、イメージセンサ２８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、「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ればよいだけである。
【０１０１】
上記のようにして本実施の形態によれば、位相マスクによるスペクトル拡散の面での高記録密度化を図る上で「−１」「０」「＋１」の３値が記録される場合に、「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。
このようにして線形読み出しが可能となることで、等化フィルタ４４による符号間干渉（ピクセル間干渉）防止のための波形等化処理を有効に作用させることができ、これによってアパーチャー１８ｂによる帯域制限に対する補正を有効に行うことができる。すなわち、この結果本実施の形態によれば、位相マスクのスペクトル拡散によるメディアの均質な使用という面での高記録密度化と、アパーチャーの帯域制限によるページ専有面積の縮小化の面での高記録密度化の双方の両立を図ることができる。
【０１０２】
３．実験結果
図１７〜図２７は、本実施の形態の有効性を実証するための実験結果（シミュレーション結果）について説明するための図である。
ここで、実際の記録再生実験の結果にはさまざまな制約や不確定要素があって特徴を説明するのが困難であることから、以下では、ホログラム記録再生のシミュレーションを行った結果を引用して説明する。
先ずは、図１６で、図１７〜図２７の実験結果を得るにあたって用いたシミュレータの構成について説明しておく。なお、図１６ではシミュレータによる計算手順をブロック化して示している。
【０１０３】
先ず、図示するようにしてこの場合の記録データは、４８ビット×４８ビットの矩形状であるとしている。この「０」「１」による記録データは、位相マスク処理５０で「＋１」「０」「−１」の３値に変換され、ＳＬＭ_ＦＦ処理５１によってＳＬＭ１６のフィルファクタに応じた特性を畳み込まれる。このＳＬＭ_ＦＦ処理５１の処理結果を、ＳＬＭページの画像として取り扱う。
ＳＬＭ_ＦＦ処理５１による処理結果は、フーリエ変換処理５２でフーリエ変換された後、アパーチャー処理５３で高域の帯域制限が行われる。このアパーチャー処理５３で得られる信号成分がホログラム記録媒体２２に記録される信号成分に相当する。また、シミュレーションでは、このアパーチャー処理５３の結果をＳＬＭページの周波数特性（メディア表面の強度分布）として扱う。
【０１０４】
シミュレーションでは理想的なメディアを想定しているので、上記アパーチャー処理５３で帯域制限された信号がそのまま逆フーリエ変換処理５４で逆フーリエ変換されるものとしている。フーリエ変換後の信号はセンサ_ＦＦ処理５５によりイメージセンサ２８のフィルファクタに応じた特性が畳み込まれてから２乗積分処理５６で２乗積分される。この結果がイメージセンサ２８の出力（センサ出力）に相当する。
さらに、本実施の形態の読み出し動作による実験結果を得るにあたっては、上記２乗積分結果に対して線形化処理５７で平方根計算・コヒーレント加算分の減算処理を行う。
ＳＬＭ_ＦＦ処理５８、センサ_ＦＦ処理５９では、それぞれＳＬＭ１６のフィルファクタ、イメージセンサ２８のフィルファクタの補正を行い、その後ゼロＩＰＩの等化フィルタ処理６０でアパーチャー１８ｂに応じたロールオフを持つゼロＩＰＩの特性にするための等化処理を行ってから、特性評価処理６１でアイ・パターン、ヒストグラムの生成や、ＳＮＲ（Ｓ／Ｎ比）、ｂＥＲ（ビットエラーレート）などの評価が行われる。
【０１０５】
上記シミュレーションにおいて、ＳＬＭ１６のフィルファクタは０．９５（面積的には０．９０）とした。また、イメージセンサ２８のフィルファクタは０．６５（面積的には０．４２）とした。
【０１０６】
以下、実験結果について説明する。
図１７〜図２２では、本実施の形態との比較として、従来の位相マスク無し／位相マスク有りのそれぞれの場合の実験結果について示している。
先ず、図１７、図１８では、参考として、先に説明した２次元ゼロＩＰＩの特性を用いた波形等化処理の効果を、位相マスク無しの場合（図１７）と位相マスク有り（図１８）の場合とで比較している。
なお、これら図１７、図１８の結果は、あくまで単純に２次元ゼロＩＰＩの特性を用いた等化処理による効果を示すだけのものであって、アパーチャーによる帯域制限は行っていない場合の結果を示している。
【０１０７】
図１７では、等化処理の効果を表す図として、従来の位相マスク無しの場合のセンサ出力画像の中心部（図中上段）と画像横方向のアイ・パターン（図中下段）を示している。（ａ）図ではロールオフ係数ｒ＝０．０、（ｂ）図ではｒ＝０．５、（ｃ）図ではｒ＝１．０の場合をそれぞれ示す。
また、この図１７を始めとして以下の説明で参照する図において、画像を説明する図については振幅の強度を濃淡値で表し、濃色側は強度＝弱を示し、淡色側は強度＝強を示すものとする。
【０１０８】
図１７において、最も帯域が広い（ｃ）図のロールオフ係数ｒ=１．０の場合は、上段の中心部の画像は模様の輪郭が明確であることからもわかるように、記録データを非常に良く反映した形で得られる。また下段のアイ・パターンも大きく開いている。（ｂ）図→（ａ）図とロールオフ係数ｒの値が小さくなると、画像のにじみが顕著になるが、下段のアイ・パターンを見るとわかるように、１６ポイントおきのサンプリングポイントでは「１」と「０」に対応する4E-3と0.0の振幅を示しており、ゼロＩＰＩになっていることがわかる。図示は省略しているが、縦方向のアイ・パターンも同様になる。
【０１０９】
図１８では、従来の位相マスク有りの場合のセンサ出力画像の中心部（図中上段）と画像横方向のアイ・パターン（図中下段）を示している。この図においても（ａ）図はロールオフ係数ｒ＝０．０、（ｂ）図ではｒ＝０．５、（ｃ）図ではｒ＝１．０の場合をそれぞれ示している。
従来の位相マスク有りの場合、位相がランダムに「０」「π」の２値を持つため、記録データは「＋１」「０」「−１」の３値を持つ。この場合、もっとも帯域が広いロールオフ係数ｒ=１．０の場合であっても、中心部の画像は記録データと大きく異なっており、「−１」に対応した振幅として-4E-3という値を持った黒色部分が表れている。ロールオフ係数ｒの値が小さい場合には、元の記録データからは想像しにくい画像になる。しかしながら、３値になっているアイパターンを見てみると、１６ポイントおきのサンプリングポイントでは「＋１」「０」「−１」に対応する＋4E-3、0.0、−4E-3の振幅をそれぞれ示しており、ゼロＩＰＩになっていることがわかる。
【０１１０】
図１９、図２０は、メディア上でのページ占有面積縮小化のためのアパーチャーを設けた場合の実験結果として、位相マスク無しの場合のセンサ出力画像（図１９）と、位相マスク有り場合のセンサ出力画像（図２０）を示している。なお、これら図１９、図２０において、（ａ）図ではアパーチャー＝１．０の場合、（ｂ）図ではアパーチャー＝１．５の場合、（ｃ）図ではアパーチャー＝２．０の場合を示し、また図中上段はセンサの出力画像の中心部を、下段はその平方根を示している。
なお、この図において示すセンサ出力画像は、イメージセンサの出力をフィルファクタの大きさの分だけ移動加算した画像を示している。これは、センサの出力に、先に説明したアップコンバート処理を施した画像に相当する。
また、アパーチャーのサイズは、 アパーチャー＝１．０がナイキストサイズの正方形アパーチャーを示しており、例えばアパーチャー＝２．０では、アパーチャー＝１．０の２倍（面積では４倍）の大きさになる。
【０１１１】
先ず、図１９を参照してわかるように、位相マスク無しの場合、センサ出力画像はアパーチャーが小さい場合にはにじみが比較的大きくなっているが、基本的にはＳＬＭページ画像とよく似たものとなる傾向が得られる。
【０１１２】
一方、図２０に示す位相マスク有りの場合のセンサ出力画像は、図１９の位相マスク無しの場合との比較より、強度の大きい白色の領域が細かく分断されているのがわかる。つまり、「＋１」も「−１」も強度としては同じ大きさのピークを生じさせるが、「＋１」「−１」の境界で振幅ゼロのＮｕｌｌ領域が発生するため、ここで分断されて図のような模様となって見える。
この場合、アパーチャーのサイズを小さくしていくと白色領域が滲んでいくが、上記のようなＮｕｌｌ領域は無くなることはない。図によれば、繋がった領域は繋がったまま、離れた領域は離れたままでアパーチャーサイズに応じて模様が変化しているのがわかる。結果として、アパーチャーのサイズが１．０のときの画像は、ＳＬＭからの出力画像からは全く想像できないようなものになっている。
【０１１３】
図２１、図２２は、このようなアパーチャーによる帯域制限を行った場合での、等化フィルタの適用結果を示す図である。
これらの図においても（ａ）図はアパーチャー＝１．０の場合、（ｂ）図はアパーチャー＝１．５の場合、（ｃ）図はアパーチャー＝２．０の場合の結果を示している。また図中上段ではセンサの出力画像の中心部を、下段では画像横方向の絶対値アイ・パターンを示している。
なお、これらの図においては、センサ出力の平方根に対してＳＬＭとイメージセンサのフィルファクタを補正する処理を施した後に、先の２次元ゼロＩＰＩの特性に基づく等化処理を行った結果を示している。
【０１１４】
図２１は、位相マスク無しの場合の等化フィルタ適用結果を示している。
この場合は、負の振幅を持っていたものが折り返されているために、アパーチャーのサイズが小さい場合には、先の図１７と比較するとアイ・パターンに乱れが生じたものとなっているが、おおむね良好にアイが開いているとみることができる。従って、位相マスク無しの場合であれば、アパーチャーを設けてページ専有面積縮小化の面での高記録密度化を図ったとしても、等化フィルターを適用することでピクセル間干渉の抑圧が可能であることがわかる。
【０１１５】
図２２では、位相マスク有りの場合の等化フィルター適用結果を示している。
この場合も負の振幅を持っていたものが折り返されて絶対値になっているので、アパーチャーのサイズが小さい場合には等化フィルターの効果が無く、非常に乱れたアイパターンとなっていることが確認できる。例えば（ｃ）図のようにアパーチャーのサイズが大きい場合にはアイは開いているが、先の図２１による位相マスク無しの場合と比較すると非常にアイ・パターンが乱れており、ＳＮＲが悪化しているのがわかる。
【０１１６】
図２３〜図２６は、本実施の形態についての実験結果を示している。
先ず図２３では、コヒーレント光の加算量を変化させたときのセンサ出力画像の変化の様子を示している。（ａ）図は加算量＝０．０、（ｂ）図は加算量＝０．５、（ｃ）図は加算量＝１．０、（ｄ）図は加算量＝１．５の場合のセンサ出力画像を示し、それぞれ上段はセンサ出力画像の中心部を、下段はその平方根計算後の画像の中心分を示している。
なお、この図ではアパーチャーのサイズを最小の１．０に設定した。
また、この図２３を始め、以降の図２４、図２５においても（ａ）図は加算量＝０．０、（ｂ）図は加算量＝０．５、（ｃ）図は加算量＝１．０、（ｄ）図は加算量＝１．５の場合を示す。
【０１１７】
図２３を参照してわかるように、コヒーレント光を加算した場合、その加算量に応じて単純に振幅が増加するものとなる。（ａ）図の加算量＝０．０の場合は、負の値が折り返されるので上段と下段の図で大きく異なった画像になっているが、コヒーレント光の強度を大きくしていくと負の値がなくなるので、上段と下段とで次第に同じ画像が得られることがわかる。つまり、線形な読み出しが実現されているものである。
【０１１８】
図２４は、本実施の形態の場合の等化フィルタ適用結果を示している。上段は等化フィルタ適用後の画像の中心部を示し、下段はその横方向の絶対値アイ・パターンを示している。なお、この図ではコヒーレント光の加算分の減算処理は行っていない場合の結果を示している。
（ａ）図のコヒーレント加算が無い場合には負の値が折り返されて非線形な歪が生じているが、コヒーレント光の加算量を増やしていくと、画像、アイ・パターンとも先の図１８に示したアパーチャー１８ｂを設けない場合と同じものに近づいていることがわかる。なお、この結果はコヒーレント光の加算分の減算処理を行っていない場合のものを示しているので、アイ・パターンは絶対値アイパターンであるが、負の値を持たないので３値アイ・パターンとなっている。
【０１１９】
図２５は、コヒーレント光の加算分を除去した場合の絶対値アイパターン（上段）とヒストグラム（下段）を示している。
なお、この図ではコヒーレント光の加算量に応じた減算処理後の等化フィルタ適用結果に対し、その絶対値を計算した場合の結果を示している。すなわち、「＋１」「−１」の双方を「１」として扱うことに相当する処理を施した場合の結果を示すものである。
図２５では、その下段において、ヒストグラムと併せてＳＮＲとｂＥＲも示している。なお、この図２５及び以下の図２６において、ＳＮＲは、ホログラム記録再生の分野で一般に用いられているＳＮＲ＝(μ1 - μ0)/√(σ02+σ12) を用いて計算した線形ＳＮＲである。ここでμ1とμ0はそれぞれ「１」と「０」の平均値、σ0とσ1はそれぞれ「１」と「０」の標準偏差である。また、ｂＥＲは、μ1とμ0の平均値を閾値とした２値識別をしたときのビットエラーレートである。
【０１２０】
図２６は、本実施の形態の読み出し動作を行った場合のＳＮＲとｂＥＲの特性図として、図２５の結果よりもさらに詳細にコヒーレント加算量を変化させたときのＳＮＲとｂＥＲの特性を示している。図２６（ａ）ではＳＮＲ特性を、図２６（ｂ）ではｂＥＲ特性を示している。両図とも横軸にコヒーレント光の加算量をとっている。
図示するようにして本実施の形態によれば、ＳＮＲ、ｂＥＲともに非常に良好な特性が得られていることがわかる。特に、図２６（ｂ）を参照すると、加算量が１．０を超えたところでエラーフリーとなることがわかる。また、ＳＮＲは加算量が１．５を超えるとほぼ飽和おり、その後は変化しない特性が得られていることがわかる。
【０１２１】
以上の結果より、本実施の形態によれば線形読み出しが可能であり、またそれによって非常に良好なＳＮＲとｂＥＲの特性を得ることができるということが理解できる。
【０１２２】
４．変形例
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明としてはこれまでに説明した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、本発明が記録・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、本発明としては再生のみが可能な再生専用装置に対しても好適に適用することができる。
【０１２３】
また、実施の形態では、本発明の再生装置が反射膜を備える反射型のホログラム記録媒体２２に対応する場合を例示したが、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場合にも好適に適用できる。
その場合、再生系においては、照射した参照光に応じて反射光として得られる回折光をイメージセンサ側に導くためのビームスプリッタ（１７）は省略することができる。代わりにこの場合は、参照光の照射に応じて得られる回折光がホログラム記録媒体自体を透過することになるので、レーザ光の出射点側から見てホログラム記録媒体の反対側にさらに対物レンズを設けておき、透過光としての回折光を当該対物レンズを介してイメージセンサ側に導くように構成すればよい。
【０１２４】
また、これまでの説明では、参照光と信号光とを同一軸上に配置して記録を行うコアキシャル方式が採用される場合に本発明が適用される場合を例示したが、本発明としては、記録時に信号光と参照光とを別々に照射するいわゆる２光束方式が採用される場合にも好適に適用できる。
２光束方式の場合、記録時には、参照光と信号光とをそれぞれ異なる角度でホログラム記録媒体２２に照射するが、再生時については、実施の形態のようにコヒーレント光を参照光と同軸に配置して読み出しを行うことに変わりはない。すなわち、２光束方式の場合において、実施の形態の記録再生装置１のように記録と再生が可能な装置構成とするときには、図１の構成と比較して、記録時に信号光を生成するための第１のレーザダイオードと強度・位相変調が可能な第１のＳＬＭの組と、参照光を生成するための第２のレーザダイオードと強度・位相変調が可能な第２のＳＬＭの組とを別々に設け、さらにそれぞれで生成される信号光・参照光を別々の角度でホログラム記録媒体２２に導くように光学系を変更するという点で異なることになる。但し、再生時についてのみ見れば、参照光を生成するためのＳＬＭを用いて同軸上に参照光とコヒーレント光とを生成する点では実施の形態の場合と同様の構成となる。
また、この説明からも理解されるように、再生専用の装置構成とする場合には  図１に示した再生系の構成と同様の構成とすればよいことになる。
【０１２５】
また、これまでの説明では、信号光・参照光の生成のための空間光強度変調を行う強度変調器と、信号光・参照光に対する空間光位相変調を行う位相変調器とを一体的に形成する場合を例示したが、例えば次の図２７に示すようにして、これらを別体として構成することもできる。
図２７は、強度変調器と位相変調器とを別体に構成した場合の記録再生装置６５の構成例を示している。なおこの図において、既に図１で説明した部分と同様となる部分については同一の符号を付して説明を省略する。
この記録再生装置６５においては、図１の場合においてミラー８とミラー１１との間に挿入されていたミラー９、アパーチャー１０が省略され、ミラー８の反射光をミラー１１が反射してレンズ１２側に導くように構成される。
その上で、透過型の強度変調器６６が、上記ミラー１１とレンズ１２との間に挿入されるようにして設けられる。この透過型の強度変調器６６としては、先の強度変調器１６ａと同様に透過型の液晶パネルが用いられる。
一方で、図示するようにして位相変調器６７が、先の図１における空間光変調部１６の位置と同様の位置に対して設けられる。この位相変調器６７としても、図１に示した位相変調器１６ｂと同様の透過型の液晶パネルが用いられる。
この場合、データ変調・位相変調制御部２９は、強度変調器６６に対しては先の強度変調器１６ａに対する場合と同様の駆動制御を行う。また、位相変調器６７に対しては先の位相変調器１６ｂに対する場合と同様の駆動制御を行う。
【０１２６】
なお、この図２７に示したようにして強度変調器と位相変調器とを別体で構成した場合としても、それらの各画素が１対１に厳密に対応するようにされている必要がある。つまり、このようにして別体で構成される場合には、強度変調器と位相変調器との各画素が１対１に厳密に対応するように、それらの位置決めと光学的な倍率との調整が行われる必要がある。
【０１２７】
また、これまでの説明では、強度変調器として、駆動電圧レベルに応じて可変的に強度変調が可能となる液晶パネルを用いるものとしたが、仮に、コヒーレント光として加算する光の強度を「１．０」とする場合には、単純に光のON／OFFのみを制御できればよいことになる。そのような場合には、強度変調器として、例えばＤＭＤを用いることもできる。
また、強度変調器としては実施の形態で例示した透過型の液晶パネルとする以外にも、反射型の液晶パネルとすることもできる。
【０１２８】
また、これまでの説明では、位相変調器として透過型の液晶パネルを用いる場合を例示したが、各画素の駆動電圧レベルに応じて画素単位で位相を０〜πに可変的に変調できる素子であれば、他の素子を用いることもできる。
【０１２９】
また、これまでの説明では、イメージセンサの出力に対して平方根の計算を行った後、その結果に対してコヒーレント光の加算量に応じた値を減算することで、コヒーレント光により加算された成分を除去する場合を例示したが、このようにして明示的な減算処理を行う以外にも、例えばＤＣ成分を除去するフィルタ処理などによって加算されたコヒーレント光の成分を除去することも可能である。
【０１３０】
また、これまでの説明では、リサンプリングにより最終的に計算した各データピクセルの振幅値から各ビット値を得る（つまりデータ識別を行う）にあたっては、従来と同様のソート検出を採用する場合を例示したが、例えばスパース符号化が行われない場合には各データピクセル位置ごとに取得した振幅値に基づくデータ識別（つまりビット「０」「１」の識別）を行うなど、データ識別の手法については、記録時の変調符号化に応じた手法が適宜採られればよい。
【図面の簡単な説明】
【０１３１】
【図１】本発明の実施の形態としての記録再生装置の内部構成を示すブロック図である。
【図２】ホログラム記録媒体への記録手法ついて説明するための図である。
【図３】ホログラム記録媒体の再生手法について説明するための図である。
【図４】空間光変調部において規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５】実施の形態の記録再生装置が備える空間光変調部とデータ変調・位相変調制御部の内部構成について主に示したブロック図である。
【図６】画素単位で位相変調が可能な液晶素子の構造について説明するための図である。
【図７】記録時における強度変調器と位相変調器の出力画像を示した図である。
【図８】再生時における強度変調器と位相変調器の出力画像を模式的に示した図である。
【図９】実施の形態の記録再生装置が備えるデータ再生部の内部構成について示したブロック図である。
【図１０】１次元ゼロＩＳＩのナイキスト第１基準について説明するための図である。
【図１１】２次元ゼロＩＰＩのナイキスト第１基準の断面を示した図である。
【図１２】２次元ゼロＩＰＩのナイキスト第１基準の特性について説明するための図である。
【図１３】コヒーレント光加算時の強度変調器と位相変調器の出力画像について模式的に示した図である。
【図１４】コヒーレント加算量が０．１のときの再生像を示した図である。
【図１５】コヒーレント加算量が０．１のときの再生像を示した図である。
【図１６】実験を行うにあたって用いたシミュレータの構成を示した図である。
【図１７】従来手法で位相マスク無しの場合に得られる等化処理の効果について実験を行った結果を示した図である。
【図１８】従来手法で位相マスク有りの場合に得られる等化処理の効果について実験を行った結果を示した図である。
【図１９】従来手法で位相マスク無し且つアパーチャーを用いた場合のセンサ出力画像について実験を行った結果を示した図である。
【図２０】従来手法で位相マスク有り且つアパーチャーを用いた場合のセンサ出力画像について実験を行った結果を示した図である。
【図２１】従来手法で位相マスク無し且つアパーチャーを用いた場合に得られる等化処理の効果について実験を行った結果を示した図である。
【図２２】従来手法で位相マスク有り且つアパーチャーを用いた場合に得られる等化処理の効果について実験を行った結果を示した図である。
【図２３】コヒーレント光の加算量を変化させたときのセンサ出力画像の変化の様子について実験を行った結果を示した図である。
【図２４】実施の形態の場合（コヒーレント光の加算分の減算処理なし）の等化フィルタ適用結果（画像）と絶対値アイ・パターンについて実験を行った結果を示した図である。
【図２５】コヒーレント光の加算分を除去した場合の絶対値アイパターンとヒストグラムについて実験を行った結果を示した図である。
【図２６】実施の形態の線形読み出し動作を行った場合のＳＮＲとｂＥＲの特性について実験を行った結果を示した図である。
【図２７】変形例としての記録再生装置の内部構成について示すブロック図である。
【図２８】ランダムに発生させた記録データとその周波数特性について示した図である。
【図２９】位相マスク無しの場合のＳＬＭページの画像とその周波数特性について示した図である。
【図３０】位相マスク有りの場合のＳＬＭページの画像とその周波数特性について示した図である。
【図３１】従来のホログラム記録再生システムの非線形性について説明するための図である。
【符号の説明】
【０１３２】
１，６５  記録再生装置、２  レーザダイオード（ＬＤ）、３  シャッター、４  アナモプリズム、５  空間フィルタ、６  １／２波長板、７、８，９，１１，１５，１９，２５  ミラー、１０，１３  アパーチャー、１２，１４，２４，２６，２７  レンズ、１６  空間光変調部、１６ａ,６６  強度変調器、１６ｂ,６７  位相変調器、１７  ビームスプリッタ、１８  リレーレンズ部、１８ａ，１８ｃ  リレーレンズ、１８ｂ  アパーチャー、２０  １／４波長板、２１  対物レンズ、２２  ホログラム記録媒体、２８  イメージセンサ、２９  データ変調・位相変調制御部、３０  データ再生部、３１  符号化部、３２  マッピング部、３３  強度変調ドライバ、３４  位相変調パターン生成部、３５  位相変調ドライバ、４１  線形化処理部、４１ａ  平方根計算部、４１ｂ  減算部、４２  アップコンバート部、４３  フィルファクタ補正処理部、４４  等化フィルタ、４５  リサンプリング部、４６  データ識別部、４７  スパース符号デコード部
【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９】
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【図１０】
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【図１６】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図７】
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【図８】
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【図１１】
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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１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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