(57)【要約】【課題】ホログラム記録再生方式として、１画素につき表現可能な値が従来の２値から３値以上となるようにすることでデータ記録容量の拡大化を図る。【解決手段】従来、振幅の値「０」「１」の２種で２値を表現していたものを、例えばこれら振幅「０」「１」に対し、さらに位相「０」「π」を組み合わせることで「０」「１」「−１」（振幅「１」×位相「π」）の３値が表現可能となるようにする。具体的には、予め定められた符号化のルールに従って「０」「１」による２値データ列を「０」「１」「−１」の３値によるデータ列に変換し、値「０」の画素は振幅「０」、値「１」の画素は振幅「１」（位相「０」）、値「−１」の画素は振幅「１」と位相「π」を割り当てて記録を行う。これによってデータ記録容量の拡大化を図ることができる。【選択図】図１５
2008293554.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るホログラム記録媒体に対する記録を行う記録装置であって、
画素単位で空間光強度変調を行う空間光強度変調手段と、
画素単位で空間光位相変調を行う空間光位相変調手段と、
光源から発せられた光を、上記空間光強度変調手段及び上記空間光位相変調手段を透過させて上記ホログラム記録媒体に対して導く光学系と、
２種の値の組み合わせで成る入力データ列を、３種以上の値の組み合わせで成るデータ列に変換する変換手段と、
上記変換手段により得られたデータ列の各値に応じて、上記空間光強度変調手段及び上記空間光位相変調手段における各画素の光強度と位相を制御する振幅・位相制御手段と、
を備えることを特徴とする記録装置。
【請求項２】
上記変換手段は、
上記入力データ列を３種の値の組み合わせで成るデータ列に変換し、
上記振幅・位相制御手段は、
上記変換手段により得られたデータ列の各値に応じ、上記空間光強度変調手段の各画素の光強度は「０」または「０」以外の所定強度に制御し、上記空間光位相変調手段の各画素の位相は「０」または「０」以外の所定位相に制御する、
ことを特徴とする請求項１に記載の記録装置。
【請求項３】
上記変換手段は、
上記入力データ列を３種の値の組み合わせで成るデータ列に変換するにあたり、「０」以外の２種の値の個数がそれぞれ等しくなるようにして変換を行う、
ことを特徴とする請求項２に記載の記録装置。
【請求項４】
上記変換手段は、
上記入力データ列の１シンボルを少なくとも８ビット以上、上記３種の値の組み合わせで成るデータ列の１シンボルを７ビット以上として、上記入力データ列を上記３種の値の組み合わせで成るデータ列に変換する、
ことを特徴とする請求項３に記載の記録装置。
【請求項５】
上記変換手段は、
上記入力データ列を、ＰＳＫ方式またはＱＡＭ方式による変調処理を行ってＩデータとＱデータの組み合わせに変換し、
上記振幅・位相制御手段は、
上記空間光強度変調手段及び上記空間光位相変調手段における各画素の光強度と位相が、上記変換手段により得られるＩデータとＱデータの組み合わせに応じた所定の光強度と位相となるように制御する、
ことを特徴とする請求項１に記載の記録装置。
【請求項６】
上記振幅・位相制御手段は、
上記変換手段により得られたデータ列の各値に応じ、上記空間光位相変調手段の各画素の位相を「０」または「π／２」または「π」または「３π／２」に制御する、
ことを特徴とする請求項１に記載の記録装置。
【請求項７】
上記ホログラム記録媒体に対する再生も可能とされ、
上記変換手段は、
上記入力データ列を３種の値の組み合わせで成るデータ列に変換し、
上記振幅・位相制御手段は、
上記空間光強度変調手段及び上記空間光位相変調手段において予め定められている上記参照光を生成するための参照光エリア、上記信号光を生成するための信号光エリアについて、記録時には、少なくとも上記参照光エリア内の光強度が所定パターンとなるようにして上記空間光強度変調手段を制御し、且つ上記信号光エリア内については、上記３値変調符号化手段により得られたデータ列の各値に応じて上記空間光強度変調手段及び上記空間光位相変調手段における各画素の光強度と位相を制御すると共に、
再生時には、上記参照光の照射によ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、上記参照光エリア内の光強度が記録時と同じ上記所定パターンとなり、且つ上記信号光エリア内の全体的な光強度が上記再生像の振幅の絶対値の最大値よりも大きな所定の光強度となるようにして上記空間光強度変調手段を制御し、さらに上記参照光エリア内の基準となる位相と上記信号光エリア内の位相とにπ／２の位相差が与えられるようにして上記空間光位相変調手段を制御すると共に、
さらに、
上記振幅・位相制御手段による再生時の上記参照光エリア内についての制御に伴い生成される上記参照光と、上記信号光エリア内についての制御に伴い生成される上記所定の光強度によるコヒーレント光とが上記光学系によって上記ホログラム記録媒体に対して導かれる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と上記コヒーレント光とを受光すると共に、この受光結果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各画素値を取得する画素値取得手段と、
上記画素値取得手段により得られた各画素値についてデータ識別を行って３種の値の組み合わせで成るデータ列を得るデータ識別手段と、
上記データ識別手段により得られた上記３種の値の組み合わせで成るデータ列を上記変換手段による変換ルールに従って２種の値の組み合わせで成るデータ列に復号化する復号化手段とを備える、
ことを特徴とする請求項１に記載の記録装置。
【請求項８】
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上記所定の光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７に記載の記録装置。
【請求項９】
上記ホログラム記録媒体に対する再生も可能とされ、
上記変換手段は、
上記入力データ列を、ＰＳＫ方式またはＱＡＭ方式による変調処理を行ってＩデータとＱデータの組み合わせに変換し、
上記振幅・位相制御手段は、
上記空間光強度変調手段及び上記空間光位相変調手段において予め定められている上記参照光を生成するための参照光エリア、上記信号光を生成するための信号光エリアについて、記録時には、少なくとも上記参照光エリア内の光強度が所定パターンとなるようにして上記空間光強度変調手段を制御し、且つ上記信号光エリア内については、上記空間光強度変調手段及び上記空間光位相変調手段における各画素の光強度と位相が、上記変換手段により得られるＩデータとＱデータの組み合わせに応じた所定の光強度と位相となるように制御すると共に、
再生時には、上記参照光の照射によって上記ホログラム記録媒体に記録された１ホログラムページ分のデータに応じた再生像を得るにあたって、上記空間光強度変調手段に対しては、上記参照光エリア内の光強度が記録時と同じ上記所定パターンとなり且つ上記信号光エリア内の全体的な光強度が、上記空間光強度変調手段及び上記空間光位相変調手段で変調する光強度と位相の組み合わせで決定される記録信号のＩ軸の振幅、Ｑ軸の振幅の絶対値の最大値の何れか大きい方をＭＡＸとしたとき、２ＭＡＸ以上となる光強度となるようにその各画素の光強度を制御し、さらに上記空間光位相変調手段に対しては、上記信号光エリア内の光強度の制御によって得られる上記２ＭＡＸ以上の光強度によるコヒーレント光として、上記再生像との位相差がそれぞれ「０」と「π／２」となる２種が２回に分けて生成されるようにその各画素の位相を制御すると共に、
さらに、
上記振幅・位相制御手段による再生時の１ホログラムページごとの制御に伴い生成される２種の上記コヒーレント光と上記参照光とが上記光学系によって上記ホログラム記録媒体に対して導かれることに応じて２度得られる、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と上記コヒーレント光とを受光すると共に、この受光結果に基づく２種の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２種の画像信号のそれぞれについて、それら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り得られる上記２種の画像信号についてのそれぞれの平方根計算結果と、上記コヒーレント光の光強度の値とを用いた所定演算を行うことで、上記ホログラムページ内の各画素に記録されたＩデータ、Ｑデータの組み合わせを算出する多値復調手段と、
上記多値復調手段の算出結果として得られる上記Ｉデータ、Ｑデータの組み合わせで成るデータを、上記変換手段による変換ルールに従って２種の値の組み合わせで成るデータに復号化する復号化手段とを備える、
ことを特徴とする請求項１に記載の記録装置。
【請求項１０】
上記多値復調手段は、
上記平方根計算手段により得られる上記２種の画像信号のそれぞれの平方根計算結果をｃとｄ、上記コヒーレント光の光強度の値として上記再生像との位相差が「０」とされたときの光強度をａ、「π／２」とされたときの光強度をｂ、さらに記録されたＩデータの値をｘ、Ｑデータの値をｙとしたとき、
【数１】
2008293554.tif 000006
【数２】
2008293554.tif 000007
を用いて上記ｘ、ｙの値を計算することで記録されたＩデータ、Ｑデータの組み合わせを算出する、
ことを特徴とする請求項９に記載の記録装置。
【請求項１１】
参照光と信号光との干渉縞によってデータが記録されるホログラム記録媒体について記録及び再生を行うものとされ、画素単位で空間光強度変調を行う空間光強度変調手段と、画素単位で空間光位相変調を行う空間光位相変調手段と、光源から発せられた光を、上記空間光強度変調手段及び上記空間光位相変調手段を透過させて上記ホログラム記録媒体に対して導く光学系とを備えるようにされた記録再生装置における記録再生方法であって、
２種の値の組み合わせで成る入力データ列を、３値の組み合わせで成るデータ列に変換する３値変調符号化手順と、
上記空間光強度変調手段及び上記空間光位相変調手段において予め定められている上記参照光を生成するための参照光エリア、上記信号光を生成するための信号光エリアについて、記録時には、少なくとも上記参照光エリア内の光強度が所定パターンとなるようにして上記空間光強度変調手段を制御し、且つ上記信号光エリア内については、上記３値変調符号化手順により得たデータ列の各値に応じて上記空間光強度変調手段及び上記空間光位相変調手段における各画素の光強度と位相を制御すると共に、
再生時には、上記参照光の照射によ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、上記参照光エリア内の光強度が記録時と同じ上記所定パターンとなり、且つ上記信号光エリア内の全体的な光強度が上記再生像の振幅の絶対値の最大値よりも大きな所定の光強度となるようにして上記空間光強度変調手段を制御し、さらに上記参照光エリア内の基準となる位相と上記信号光エリア内の位相とにπ／２の位相差が与えられるようにして上記空間光位相変調手段を制御する振幅・位相制御手順と、
上記振幅・位相制御手順による再生時の上記参照光エリア内についての制御に伴い生成される上記参照光と、上記信号光エリア内についての制御に伴い生成される上記所定の光強度によるコヒーレント光とが上記光学系によって上記ホログラム記録媒体に対して導かれる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と上記コヒーレント光とを受光すると共に、この受光結果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各画素値を取得する画素値取得手順と、
上記画素値取得手順により得られた各画素値についてデータ識別を行って３種の値の組み合わせで成るデータ列を得るデータ識別手順と、
上記データ識別手順により得た上記３種の値の組み合わせで成るデータ列を上記３値変調符号化手順による変調符号化のルールに従って２種の値の組み合わせで成るデータ列に復号化する復号化手順と、
を備えることを特徴とする記録再生方法。
【請求項１２】
上記除去手順では、
上記平方根計算結果から上記コヒーレント光の上記所定の光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１１に記載の記録再生方法。
【請求項１３】
参照光と信号光との干渉縞によってデータが記録されるホログラム記録媒体について記録及び再生を行うものとされ、画素単位で空間光強度変調を行う空間光強度変調手段と、画素単位で空間光位相変調を行う空間光位相変調手段と、光源から発せられた光を、上記空間光強度変調手段及び上記空間光位相変調手段を透過させて上記ホログラム記録媒体に対して導く光学系とを備えるようにされた記録再生装置における記録再生方法であって、
２種の値の組み合わせで成る入力データ列を、ＰＳＫ方式またはＱＡＭ方式による変調処理を行ってＩデータとＱデータの組み合わせに変換する多値変調符号化手順と、
上記空間光強度変調手段及び上記空間光位相変調手段において予め定められている上記参照光を生成するための参照光エリア、上記信号光を生成するための信号光エリアについて、記録時には、少なくとも上記参照光エリア内の光強度が所定パターンとなるようにして上記空間光強度変調手段を制御し、且つ上記信号光エリア内については、上記空間光強度変調手段及び上記空間光位相変調手段における各画素の光強度と位相が、上記多値変調符号化手順により得たＩデータとＱデータの組み合わせに応じた所定の光強度と位相となるように制御すると共に、
再生時には、上記参照光の照射によって上記ホログラム記録媒体に記録された１ホログラムページ分のデータに応じた再生像を得るにあたって、上記空間光強度変調手段に対しては、上記参照光エリア内の光強度が記録時と同じ上記所定パターンとなり且つ上記信号光エリア内の全体的な光強度が、上記空間光強度変調手段及び上記空間光位相変調手段で変調する光強度と位相の組み合わせで決定される記録信号のＩ軸の振幅、Ｑ軸の振幅の絶対値の最大値の何れか大きい方をＭＡＸとしたとき、２ＭＡＸ以上となる光強度となるようにその各画素の光強度を制御し、さらに上記空間光位相変調手段に対しては、上記信号光エリア内の光強度の制御によって得られる上記２ＭＡＸ以上の光強度によるコヒーレント光として、上記再生像との位相差がそれぞれ「０」と「π／２」となる２種が２回に分けて生成されるようにその各画素の位相を制御する振幅・位相制御手順と、
上記振幅・位相制御手順による再生時の１ホログラムページごとの制御に伴い生成される２種の上記コヒーレント光と上記参照光とが上記光学系によって上記ホログラム記録媒体に対して導かれることに応じて２度得られる、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と上記コヒーレント光とを受光すると共に、この受光結果に基づく２種の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２種の画像信号のそれぞれについて、それら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り得た上記２種の画像信号についてのそれぞれの平方根計算結果と、上記コヒーレント光の光強度の値とを用いた所定演算を行うことで、上記ホログラムページ内の各画素に記録されたＩデータ、Ｑデータの組み合わせを算出する多値復調手順と、
上記多値復調手順の算出結果として得られる上記Ｉデータ、Ｑデータの組み合わせで成るデータを、上記多値変調符号化手順による変調符号化のルールに従って２種の値の組み合わせで成るデータに復号化する復号化手順と、
を備えることを特徴とする記録再生方法。
【請求項１４】
上記多値復調手順では、
上記平方根計算手段により得られる上記２種の画像信号のそれぞれの平方根計算結果をｃとｄ、上記コヒーレント光の光強度の値として上記再生像との位相差が「０」とされたときの光強度をａ、「π／２」とされたときの光強度をｂ、さらに記録されたＩデータの値をｘ、Ｑデータの値をｙとしたとき、
【数１】
2008293554.tif 000008
【数２】
2008293554.tif 000009
を用いて上記ｘ、ｙの値を計算することで記録されたＩデータ、Ｑデータの組み合わせを算出する、
ことを特徴とする請求項１３に記載の記録再生方法。
【請求項１５】
ＰＳＫ方式またはＱＡＭ方式による変調処理によって得られたＩデータとＱデータの組み合わせに基づく光強度と位相の情報が、参照光と信号光との干渉縞によって記録されたホログラム記録媒体について再生を行うものとされ、画素単位で空間光強度変調を行う空間光強度変調手段と、画素単位で空間光位相変調を行う空間光位相変調手段と、光源から発せられた光を、上記空間光強度変調手段及び上記空間光位相変調手段を透過させて上記ホログラム記録媒体に対して導く光学系とを備えるようにされた再生装置における再生方法であって、
上記参照光の照射によって上記ホログラム記録媒体に記録された１ホログラムページ分のデータに応じた再生像を得るにあたって、上記空間光強度変調手段に対しては、上記参照光を生成するための参照光エリア内の光強度が記録時と同じ所定パターンとなり、且つ上記信号光を生成するための信号光エリア内の全体的な光強度が、上記ホログラム記録媒体に記録される信号のＩ軸の振幅、Ｑ軸の振幅の絶対値の最大値の何れか大きい方をＭＡＸとしたとき、２ＭＡＸ以上となる光強度となるようにその各画素の光強度を制御し、
さらに上記空間光位相変調手段に対しては、上記信号光エリア内の光強度の制御によって得られる上記２ＭＡＸ以上の光強度によるコヒーレント光として、上記再生像との位相差がそれぞれ「０」と「π／２」となる２種が２回に分けて生成されるようにその各画素の位相を制御する振幅・位相制御手順と、
上記振幅・位相制御手順による再生時の１ホログラムページごとの制御に伴い生成される２種の上記コヒーレント光と上記参照光とが上記光学系によって上記ホログラム記録媒体に対して導かれることに応じて２度得られる、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と上記コヒーレント光とを受光すると共に、この受光結果に基づく２種の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２種の画像信号のそれぞれについて、それら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り得た上記２種の画像信号についてのそれぞれの平方根計算結果と、上記コヒーレント光の光強度の値とを用いた所定演算を行うことで、上記ホログラムページ内の各画素に記録されたＩデータ、Ｑデータの組み合わせを算出する多値復調手順と、
上記多値復調手順の算出結果として得られる上記Ｉデータ、Ｑデータの組み合わせで成るデータを、予め定められた変調符号化のルールに従って２種の値の組み合わせで成るデータに復号化する復号化手順と、
を備えることを特徴とする再生方法。
【請求項１６】
上記多値復調手順では、
上記平方根計算手段により得られる上記２種の画像信号のそれぞれの平方根計算結果をｃとｄ、上記コヒーレント光の光強度の値として上記再生像との位相差が「０」とされたときの光強度をａ、「π／２」とされたときの光強度をｂ、さらに記録されたＩデータの値をｘ、Ｑデータの値をｙとしたとき、
【数１】
2008293554.tif 000010
【数２】
2008293554.tif 000011
を用いて上記ｘ、ｙの値を計算することで記録されたＩデータ、Ｑデータの組み合わせを算出する、
ことを特徴とする請求項１５に記載の再生方法。
【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るホログラム記録媒体について記録を行う記録装置と、また上記ホログラム記録媒体について記録及び再生を行う記録再生方法に関する。また、ＰＳＫ方式またはＱＡＭ方式による変調処理によって得られたＩデータとＱデータの組み合わせに基づく光強度と位相の情報が、参照光と信号光との干渉縞によって記録されたホログラム記録媒体について再生を行う再生方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
なお、関連する従来技術については、下記の文献を挙げることができる。
【非特許文献１】日経エレクトロニクス２００５年１月１７日号Ｐ１０６〜１１４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、上記のようなホログラム記録再生の技術としては、現状において実用化されている各種の光ディスクメディアやＨＤＤ（Hard Disc Drive）などに代わる、次世代の大容量データストレージ技術として期待されている。この点から、ホログラム記録再生の技術としては、データ記録容量のさらなる拡大化が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明では以上のような課題に鑑み、記録装置として以下のように構成することとした。
つまり、本発明の記録装置は、参照光と信号光との干渉縞によってデータが記録されるホログラム記録媒体に対する記録を行う記録装置であって、画素単位で空間光強度変調を行う空間光強度変調手段と、画素単位で空間光位相変調を行う空間光位相変調手段とを備える。
また、光源から発せられた光を、上記空間光強度変調手段及び上記空間光位相変調手段を透過させて上記ホログラム記録媒体に対して導く光学系を備える。
また、２種の値の組み合わせで成る入力データ列を、３種以上の値の組み合わせで成るデータ列に変換する変換手段を備える。
さらに、上記変換手段により得られたデータ列の各値に応じて、上記空間光強度変調手段及び上記空間光位相変調手段における各画素の光強度と位相を制御する振幅・位相制御手段を備えるようにしたものである。
【０００７】
ここで、ホログラム記録媒体に対しては、光強度の情報（振幅の情報）と共に、位相の情報も記録することができる。
上記本発明のように、２種の値の組み合わせで成るデータ列を３種以上の値の組み合わせで成るデータ列に変換し、これら３種以上の値によるデータ列の各値に応じて各画素の振幅と位相とを制御するものとすれば、従来のように２種の値の組み合わせで成るデータ列に応じて振幅のON/OFFのみを制御して記録を行う場合よりも、より少ないビット数で情報を記録することができる。すなわち、限られた画素数の条件の下でより多くの情報を記録することができる。
【発明の効果】
【０００８】
このようにして本発明によれば、振幅と共に位相も組み合わせた記録変調符号化とすることで、従来より少ないビット数で同じ情報を表現することができ、この結果、データ記録容量の拡大を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、発明を実施するための最良の形態（以下実施の形態とする）について説明していく。
なお、説明は以下の順序で行う。
１．ホログラム記録再生の基本動作説明
１−１．基本的な装置構成・動作例
１−２．位相マスクを用いた記録方式
２．コヒーレント光加算による線形読み出し
２−１．コヒーレント光の照射
２−２．線形読み出しのための再生信号処理
３．実施の形態としての記録／再生
３−１．第１の実施の形態（３値記録／再生）
３−２．第２の実施の形態（多値記録／再生）
３−３．第２の実施の形態の変形例
４．変形例
【００１０】
１．ホログラム記録再生の基本動作説明
１−１．基本的な装置構成・動作例
図１は、例えばコアキシャル方式が採用されたホログラム記録再生装置の内部構成について示した図である。なお、図１では主に記録再生装置の光学系の構成のみを抽出して示し、他の部分については省略する。
なお、コアキシャル方式は、先にも述べたように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。
【００１１】
この図１では、ホログラム記録媒体として、反射膜を備えた反射型のホログラム記録媒体に対応する記録再生装置の構成を例示している。
先ず、レーザダイオード（ＬＤ）１は、記録再生のためのレーザ光を得るための光源として設けられる。このレーザダイオード１としては、例えば外部共振器付きレーザダイオードが採用され、レーザ光の波長は例えば４１０ｎｍとされる。
レーザダイオード１からの出射光はコリメータレンズ２を介した後、ＳＬＭ（空間光変調部）３に対して入射する。
【００１２】
ＳＬＭ３は、例えば透過型液晶パネルなどにより構成され、図示されない駆動回路からの駆動信号に応じて各画素が駆動制御されることで、入射光に対して記録データに応じた光強度変調を施すようにされる。具体的には、例えば駆動信号によってONとされた画素は入射光を透過し、OFFとされた画素は入射光を透過しないといったように、画素単位（ピクセル単位）で光のON/OFF制御を行うことが可能とされる。このようなＳＬＭ３のON/OFF制御により、「０」「１」のデータをピクセル単位で記録することが可能とされている。
【００１３】
上記ＳＬＭ３にて空間光変調が施された光は、偏光ビームスプリッタ４を透過した後、リレーレンズ５→遮光マスク６→リレーレンズ７によるリレーレンズ光学系を介し、さらに１／４波長板８を介した後に対物レンズ９で集光されてホログラム記録媒体１０上に照射される。
【００１４】
ここで、記録時においては、後述するようにしてＳＬＭ３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ることになる。すなわち、このようにして生成された信号光と参照光とが、上記により説明した経路を経て上記ホログラム記録媒体１０上に集光するようにされるものとなる。
【００１５】
一方、再生時においては、レーザダイオード１からの光が、記録時と同様にコリメータレンズ２を介してＳＬＭ３に入射される。再生時においてＳＬＭ３は、入射光に対し再生用の空間光強度変調を施して参照光のみを生成するようにされる。すなわち再生時においては信号光は照射せず、参照光のみをホログラム記録媒体１０に対し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１０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１０からの反射光として、対物レンズ９を介した後、１／４波長板８→リレーレンズ７→遮光マスク６→リレーレンズ５を介して偏光ビームスプリッタ４に導かれる。偏光ビームスプリッタ４では、上記経路により導かれたホログラム記録媒体１０からの反射光が反射され、その反射光は図示するようにしてイメージセンサ１１に導かれる。
【００１６】
イメージセンサ１１は、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）センサやＣＭＯＳ（Complementary Oxide Semiconductor）センサなどの撮像素子を備え、上記のようにして導かれたホログラム記録媒体１０からの反射光（回折光）を受光し、これを電気信号に変換する。
【００１７】
次の図２、図３は、上記により説明した光学系の構成によって実現されるホログラム記録再生の基本動作について説明するための図である。図２は記録時、図３は再生時の動作についてそれぞれ示している。
なお、図２では、図１に示す光学系のうちＳＬＭ３、対物レンズ９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ＳＬＭ３、対物レンズ９のみを示し、図３（ｂ）では対物レンズ９とイメージセンサ１１のみを抽出して示している。
【００１８】
先ず、図２に示される記録時において、ＳＬＭ３は、入射光に対して、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（信号光と呼ばれる）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。
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９によりホログラム記録媒体１０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ホログラム記録媒体１０上に記録する。
【００１９】
また、再生時においては、先ず図３（ａ）に示すようにして、ＳＬＭ３が入射光について空間光強度変調を施すことで参照光のみを生成し、これをホログラム記録媒体１０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１０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１０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１１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。
【００２０】
ここで、上記のようにＳＬＭ３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、ＳＬＭ３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、この図４に示されるように、ＳＬＭ３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。
【００２１】
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のみを生成・出力することができる。
【００２２】
１−２．位相マスクを用いた記録方式
ここで、上記により説明したホログラム記録再生の基本動作そのものを行った場合、信号光エリアＡ２内の「１」の数に比例した、信号強度の非常に強いＤＣ成分が記録されてしまう虞がある。
一般的にホログラム記録再生では、ホログラム記録媒体１０に対してホログラムページを多重化して記録することが想定されている。このことを考慮すると、上記のようなＤＣ成分が記録された部分は他のホログラムページを重複して記録できない部分となり、その結果、各ホログラムページの間隔を空けて記録を行わなければならなくなり、記録容量の拡大が図られなくなってしまう。
【００２３】
そこで、従来では、このようなＤＣ成分を抑圧して記録容量の拡大を図るための手法として、例えば下記参考文献１に記載されているような位相マスクを用いる手法が提案されている。
参考文献１．特開２００６−１０７６６３号公報
【００２４】
図５は、位相マスクを用いる場合の記録再生装置の構成例を示している。なおこの図５において、既に先の図１にて説明した部分については同一符号を付して説明を省略する。
ここで、位相マスクとしては、光路中の実像面において位相変調を与えるようにして設けられるべきものとなる。図５の例では、先の図１の構成におけるＳＬＭ３と偏光ビームスプリッタ４との間に、リレーレンズ５→遮光マスク６→リレーレンズ７の組をさらにもう１組追加した上で、この追加したリレーレンズ７と偏光ビームスプリッタ４との間の実像面に対し位相マスク１３を挿入している。
【００２５】
或いは、次の図６に示されるように、位相マスク１３としてはＳＬＭ３と一体型に形成するようにして設けることもできる。すなわち、ＳＬＭ３からの出射光が得られる部分は実像面にあたるので、ＳＬＭ３における光の出射面側に対し、位相マスク１３を一体的に形成するものである。
【００２６】
ここで、このような位相マスク１３による位相変調は、入射光に対してピクセル単位で行うようにされる。具体的には、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が設定されるものである。
このようなピクセル単位でのランダムな位相変調を可能とする位相マスク１３の具体的な構成例としては、ピクセル単位でその厚みを異ならせるようにしたものが一般的に知られている。例えば、ガラス等の光学材料を用い、その厚さの違いによる光路長差によって位相「０」によるピクセルと位相「π」による変調を行うピクセルとを設定するものが知られている。
具体的に、「π」による位相変調を与える場合には、入射光の波長をλ、用いる部材の屈折率をｎとしたとき、その厚さの違いｔをｔ＝λ／{２(ｎ−１)}に設定すればよい。
【００２７】
上記位相マスク１３の挿入によって、記録時においては、信号光に対しピクセル単位でランダムな「０」「π」の位相変調を与えることができる。ここで、位相「０」は振幅「１」に相当し、位相「π」は振幅「−１」に相当する。
このようにして２値のランダムパターンによる位相変調が信号光に対して与えられることにより、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、「１」と「−１」の数がほぼ同じとされることによって、信号光内のＤＣ成分の抑圧を図ることができる。
【００２８】
図７は、位相マスク１３による位相変調によってＤＣ成分の抑圧が図られることについて説明するための図である。
先ず、比較として図７（ａ）には、位相マスク無しの場合に記録時において得られる信号光及び参照光を模式的に示している。なおこの図では光強度を色の濃淡で示しており、濃色から白色にかけて光強度が強いことを表している。具体的に言うと、この場合は黒色が光強度＝弱（データ「０」）、白色が光強度＝強（データ「１」）を表すものとなる。
この図７（ａ）より、位相マスク１３を設けない場合には、信号光に対しては、単に記録データに応じた「０」と「１」のパターンのみが与えられていることがわかる。先にも述べたように、ここで「１」の数に比例してＤＣ成分が発生する。
なおこの図によると、参照光に対しても所要の「０」「１」のデータパターンが与えられていることがわかる。
【００２９】
図７（ｂ）は、位相マスク有りの場合に記録時において得られる信号光及び参照光を模式的に示している。この図においても濃色から白色にかけて光強度が強いことを表しているが、この場合は黒色が「−１」、灰色が「０」、白色が「＋１」を示すものとなっている。
このことを踏まえて図７（ｂ）を参照すると、位相マスク１３を設ける場合には、信号光は「０」と「＋１」と共に、「−１」にも変調されていることがわかる。このような「−１」という結果が得られるのは、上述したような位相マスク１３の「０」「π」によるランダムな位相変調により、データ「１」（つまり光強度＝強）のピクセルが位相「０」のものと位相「π」のものとに分けられることによる。すなわち、データ「１」に対し、位相変調無し（位相「０」）の場合は「＋１」という結果が得られ、位相「π」による変調が行われた場合は「−１」という結果が得られるものである。確認のために述べておくと、データ「０」についてはＳＬＭ３からの透過光は得られないので、位相マスク１３による「０」「π」の位相変調に対してもその結果は「０」のままで変わりはない。
なおこの図７（ｂ）によると、この場合は参照光に対しても位相「０」「π」による位相変調が施されて、「０」「＋１」「−１」の３値が得られていることが示されている。
【００３０】
このように信号光内においてランダムな「０」と「π」の位相変調によってデータ「１」が「＋１」と「−１」とに分けられることで、メディア上でスペクトルを均質にばらまくことができる。さらに、「１」と「−１」の数をほぼ一致させることで、信号光内のＤＣ成分の抑圧を図ることができ、ホログラムページの多重記録が可能となって記録容量の拡大を図ることが可能となる。
【００３１】
ちなみに、次の図８では、位相マスク１３が設けられた場合の、再生時の参照光について模式的に示している。図８（ａ）では、比較として位相マスク無しの場合の参照光を示しているが、このような位相マスク無しの再生時の参照光としては、先の図７（ａ）の位相マスク無しの記録時と同様となる。すなわち、この場合も参照光にはＳＬＭ３によって所定の「０」「１」によるデータパターンが与えられることになる。
また、図８（ｂ）の位相マスク有りの場合の参照光は、先の図７（ｂ）の位相マスク有りの記録時の場合と同様となる。つまり、この場合も参照光にはＳＬＭ３によって所定の「０」「１」のデータパターンが与えられると共に、同じ位相マスク１３による位相変調が行われるので、図７（ｂ）の場合と同様の結果が得られる。
【００３２】
なお、ここで重要なのは、位相マスク１３のようにピクセル単位での位相変調を行う場合は、上述のようにして記録時と再生時とで参照光の位相変調パターンが一致してなくてはならないということである。すなわち、記録時において或る位相変調パターンを有する参照光を用いて記録を行ったデータは、再生時において、その位相変調パターンと同パターンを有する参照光を用いてしか再生できないものであり、この点から、ＤＣ成分抑圧のためにピクセル単位での位相変調を行う場合は、記録時と再生時とで参照光の位相変調パターンを同パターンに設定しなければならいことになる。
先の図５において説明した構成では、記録／再生時で共通の位相マスク１３を介してホログラム記録媒体１０に対する光照射が行われるので、記録時と再生時とで参照光に同パターンによる位相変調を施すことが可能となっている。
【００３３】
２．コヒーレント光加算による線形読み出し
２−１．コヒーレント光の照射
ところで、上述のようにして位相マスク１３によるスペクトル拡散効果が得られることからも理解されるように、ホログラム記録媒体に対しては、光強度（振幅とも呼ぶ）の情報と共に、位相の情報も記録することが可能となっている。つまり、例えば上述した「−１」「０」「１」のように、「０」「１」の振幅の情報と共に、「０」「π」による位相の情報も記録できるといったものである。
【００３４】
このように振幅の情報以外にも、例えば「０」や「π」などの任意の位相の情報も記録することができれば、これら振幅と位相とを組み合わせて記録変調符号化を行うことによって、記録可能なデータ容量を拡大させるといったことが考えられる。
しかしながら、このように振幅と位相を組み合わせた記録変調符号化を行ってより多くのデータが記録可能とされても、ホログラム記録再生方式では、イメージセンサ１１によって再生像の強度の情報しか検出できないため、結果として、記録された位相の情報を再生することができず、適正にデータ再生を行うことができなくなってしまう。
【００３５】
ここで、先の図１に示した記録再生装置の光学系も含め、一般的にホログラム記録再生方式による光学系は、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、ＳＬＭの記録データパターンはフーリエ変換されてホログラム記録媒体（メディア）に投影され、メディアの読み出し信号（再生像）は逆フーリエ変換されてイメージセンサに投影される。そして、イメージセンサでは、そこに入力される光の波面の振幅の絶対値が２乗された、光の強度を検出しているというものである。
【００３６】
このようにしてホログラム記録再生方式では、メディアに記録された信号の振幅の２乗値として表すことのできる光の強度の情報のみが再生可能とされる。つまり、振幅・位相の双方を記録可能とされるのに対し、再生側ではそのうちの振幅の情報しか再生できないという非線形性を有しているものである。
このようなホログラム記録再生系の有する非線形性の問題から、振幅と位相とを組み合わせて一度に３値以上を記録するといったことは行われてこなかった。
【００３７】
しかし、先に本出願人は、このようなホログラム記録再生系の有する非線形性の問題について種々の実験を行った結果、線形な読み出しを可能とする技術を確立した。
以下、このような線形読み出しを実現するための手法について説明していく。
【００３８】
図９は、線形読み出しを実現するための構成について説明するための図として、本手法で用いるＳＬＭ３の構成と、当該ＳＬＭ３を駆動制御するためのデータ変調・位相変調制御部２０の内部構成とを示している。
なお、この図では先の図１に示した記録再生装置の構成のうち、レーザダイオード１とＳＬＭ３のみを示し、他の構成については省略している。また、この図では、記録再生装置内部にセットされたホログラム記録媒体１０と、さらにレーザダイオード１から出射されＳＬＭ３に導かれる光と、ＳＬＭ３を透過してホログラム記録媒体１０に対して導かれる光についても併せて示している。
【００３９】
先ずは、この図９に示されるＳＬＭ３の構成について説明する。
図示するようにして、この場合のＳＬＭ３としては、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３ａを有すると共に、この強度変調器３ａ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３ｂを有する。
上記強度変調器３ａは、先の図１において説明したＳＬＭ３の有する光強度変調機能を実現する部位となる。すなわち、この強度変調器３ａとしては、例えば透過型液晶パネルで構成され、後述する駆動回路（強度変調ドライバ２３）からの駆動信号に応じて各画素の透過率を変化させる。すなわち、これにより入射光に対して上記駆動信号のレベルに応じた光強度変調を施すようにされる。
【００４０】
また、上記位相変調器３ｂ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。
【００４１】
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１０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１０（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１０（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１０（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１０（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。
【００４２】
本手法で用いる位相変調３ｂ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９に戻す。
ＳＬＭ３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３ｂが、強度変調器３ａに対して一体的に形成されて成る。すなわち、強度変調器３ａの各画素と位相変調器３ｂ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３ａと位相変調器３ｂ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３ａ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、図９に示されるデータ変調・位相変調制御部２０は、このようなＳＬＭ３における上記強度変調器３ａ、位相変調器３ｂ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データ変調・位相変調制御部２０内には、符号化部２１、マッピング部２２、強度変調ドライバ２３、位相変調パターン生成部２４、位相変調ドライバ２５が備えられる。
【００４６】
先ず、記録時の動作から説明する。
記録時において、符号化部２１に対しては、図示するようにして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２２は、記録時において上記符号化部２１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２２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３ａの全有効画素分のデータパターンを生成する。
【００４８】
このようにして生成された強度変調器３ａの全有効画素分のデータパターンは、強度変調ドライバ２３に供給され、当該強度変調ドライバ２３はこのデータパターンに基づき強度変調器３ａ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。
【００４９】
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２２は符号化部２１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２３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２３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３ａ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１０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。
【００５０】
また、記録時において、データ変調・位相変調制御部２０では、このような強度変調器３ａに対する駆動制御のための動作と共に、位相変調器３ｂに対する駆動制御のための動作も行う。
ここで、本手法の説明にあたっては、先に説明した位相マスク１３のようにＤＣ成分の抑圧を図る目的で、記録時には２値のランダム位相パターンに基づく「−１」「０」「１」が記録される場合を例示する。
【００５１】
例えばこのようにして２値のランダム位相パターンを記録するとした場合、位相変調パターン生成部２４では、予め設定された所定のデータパターンに基づき、位相変調器３ｂ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。
また、これと共に位相変調パターン生成部２４は、位相変調器３ｂ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２４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３ｂ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２５に供給する。
【００５２】
位相変調ドライバ２５は、位相変調パターン生成部２４から供給される位相変調パターンに基づき、位相変調器３ｂの各画素を駆動制御する。これによってＳＬＭ３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。
この結果、記録時には、ホログラム記録媒体１０に対して「０」と「１」の光強度による信号と共に、「−１」の光強度による信号が記録されることになる。
【００５３】
続いて、再生時の動作について説明する。
本手法では、上記のようにしてホログラム記録媒体１０に対して記録された信号を線形に読み出すにあたり、従来とは異なる再生手法を採用する。具体的に言うと、従来は単に参照光のみを照射して得られる再生像をイメージセンサ１１に結像させて信号読み出しを行っていたものを、本手法では、参照光と共に、さらに信号光エリアＡ２内にＡｌｌ「１」によるベタパターンを割り当てて生成したコヒーレントな光を併せて照射する。すなわち、このようにすることで、参照光の照射に応じて得られる再生像に対し、上記コヒーレント光を加算してイメージセンサ１１に結像させ、その結果から信号読み出しを行うというものである。
【００５４】
このために、図９に示されるデータ変調・位相変調制御部２０では、再生時における動作として以下の動作を行う。
この場合、再生時においてデータ変調・位相変調制御部２０内では、マッピング部３２が、上記のようなコヒーレント光の生成のためのデータパターンを生成する。具体的には、参照光エリアＡ１を記録時と同様の「０」「１」のパターンとし、且つギャップエリアＡ３及び参照光エリアＡ１より外周側の領域をすべて「０」とした上で、さらに信号光エリアＡ２内を「０」以外の所定の値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２３に供給する。
【００５５】
ここで、先にも述べたように強度変調器３ａ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、例えば「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２３は、マッピング部２２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２３は、上記のようにしてマッピング部２２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３ａ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２２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。
【００５６】
このようにしてマッピング部２２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、本手法において、コヒーレント光の強度、すなわちコヒーレント光の加算量は、線形読み出しを可能とする上で非常に重要な要素となる。
具体的に、本手法においてコヒーレント光の加算量は、再生像の振幅の絶対値の最大値よりも大きな値とすることが条件とされる。
図９に示す構成において、このような条件を満たすコヒーレント光の強度を得るにあたっては、予めマッピング部２２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当該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るようにすればよい。
【００５７】
ここで、次の図１１は、上記のようなマッピング部２２、強度変調ドライバ２３の動作に基づき得られる強度変調器３ａの出力画像を模式的に示している。
この図１１においてはビット「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。これは、先にも述べたようにホログラム記録再生系では記録時と再生時とで照射する参照光のパターンが一致していなければ、記録された信号を適正に読み出すことができないからである。
【００５８】
また、図９において、再生時には、さらに位相変調パターン生成部２４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２４は、位相変調器３ｂ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３ｂ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２５に対して供給する。
【００５９】
先にも述べたように、位相変調器３ｂとしても、先の強度変調器３ａ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例えば「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２５としても、位相変調パターン生成部２４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３ｂ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２４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２５は、位相変調器３ｂ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設定できるようにされている。
【００６０】
ここで、コヒーレント光の位相としては、再生像と同位相であることが条件とされる。つまり、上述もしたように本手法としては、再生像に対してコヒーレント光を加算してイメージセンサ１１上に結像させることを前提とした手法であるが、当然のことながら、再生像とコヒーレント光との間に位相差が生じる場合にはコヒーレント光を適正に（振幅方向に）加算させることができないため、本手法においてコヒーレント光の位相としては、再生像の位相と同位相にするということが条件となる。
【００６１】
但し、ここで注意すべきは、下記の参考文献２にも記載されるように、再生像の位相は、これを得るために照射した参照光の位相と同位相となるものではなく、それらの間に所定の位相差が生じるという点である。具体的には、再生像の位相は、参照光の位相に対して「π／２」だけずれるということが知られている。
この点を考慮すると、上記のように「再生像と同位相」とするためには、コヒーレント光に与える位相を「π／２」とすればよいことがわかる。
参考文献２： Kogelnik,H "Coupled wave theory for thick hologramgrating". Bell System Technical Journal,48,2909-47
【００６２】
上記のような「π／２」による位相を与えるために、位相変調パターン生成部２４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。すなわち、これによってコヒーレント光と参照光との位相差を「π／２」とすることができ、この結果、参照光の照射により得られる再生像の位相とコヒーレント光の位相とが同位相となるようにすることができる。
【００６３】
以上のようなデータ変調・位相変調制御部２０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絶対値の最大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１０に対して照射されることになる。
【００６４】
次の図１２、図１３は、上記のようなコヒーレント光が加算された場合の再生像を示している。図１２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１３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。
【００６５】
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画像が適正に得られていることが確認できる。すなわち、コヒーレント光の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１２、図１３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、再生像の振幅の最大値と最小値との差が大きくなっていることがわかる。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。
【００６６】
２−２．線形読み出しのための再生信号処理
続いては、このようにしてコヒーレント光が加算された再生像についての読み出し側の動作について説明する。
上記説明から理解されるように、本手法においては、再生像に対し、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絶対値の最大値よりも大きなコヒーレント光が加算され、イメージセンサ１１上に結像する。本手法では、このようにイメージセンサ１１で再生像とコヒーレント光とが加算された結果を検出して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。
【００６７】
図１４は、イメージセンサ１１の出力に基づき線形読み出しのための再生信号処理を行う、データ再生部３０の内部構成を示した図である。
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３１、アップコンバート部３２、フィルファクタ補正処理部３３、等化フィルタ３４、リサンプリング部３５、データ識別部３６、スパース符号デコード部３７が備えられている。
【００６８】
この図１４においては、図１に示したイメージセンサ１１が示されている。データ再生部３０では、当該イメージセンサ１１によって検出された、上述のようなコヒーレント光の加算された再生像に基づく画像信号（受光信号）が線形化処理部３１に対して供給されるようになっている。
【００６９】
線形化処理部３１は、イメージセンサ１１からの出力画像信号（図中センサ出力）について、上述した本手法による信号処理を行うことで、ホログラム記録媒体１０に記録された振幅と位相の情報が再生された線形読み出し信号を得る。
具体的に、当該線形化処理部３１内には、図示するようにして平方根計算部３１ａと減算部３１ｂとが備えられる。
平方根計算部３１ａは、イメージセンサ１１によって得られる画像信号を入力し、当該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３１ｂに供給する。
減算部３１ｂは、上記平方根計算部３１ａ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よりも大きな例えば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３１ｂの減算結果として得られる画像信号が、線形化処理部３１の出力としてアップコンバート部３１に対して供給されることになる。
【００７０】
ここで、これまでで説明したコヒーレント光の加算から平方根演算、コヒーレント光の加算分の減算までの一連の動作によって、振幅と位相とが再生された線形読み出し信号が得られることについて説明する。
先ずは比較として、本手法のようなコヒーレント光の加算を行わずに、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、記録時に行った位相変調「０」「π」に伴う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。
先に説明したフーリエ変換ホログラムの前提によると、この場合の再生像の振幅の最大値、最小値に応じて得られるイメージセンサ１１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１１にて最大値と最小値と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。
【００７１】
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絶対値の最大値よりも大となるコヒーレント光を照射する本手法の場合では、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・位相が均一な成分であるので、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１１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１２、図１３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。
【００７２】
ここで、上記のような「再生像の振幅の絶対値の最大値よりも大きい」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１１により検出される。この場合、イメージセンサ１１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。
このようにして本手法によれば、記録時に与えられた位相情報が失われない、線形な読み出しを実現することができる。
【００７３】
なお、先の図１３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、このように加算量を1.0とする場合としても、イメージセンサ１１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、コヒーレント光の加算量は、イメージセンサ１１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、「再生像の振幅の絶対値の最大値よりも大きな値」という条件が満たされればよいだけである。
【００７４】
説明を図１４に戻す。
上記のようにして、線形化処理部３１の動作によっては、振幅と位相の情報が再生された線形読み出し信号が得られることになるが、ここで注意すべきは、このような線形読み出し信号が得られたとしても、記録されたデータそのものが再生されたことにならないという点である。つまり、イメージセンサ１１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、従って線形化処理部３１で得られる線形読み出し信号としても、このような所定階調の振幅値を表現したものとなっているからである。このような所定階調で表現される振幅値に基づくビット「０」「１」「−１」のデータ識別、及び識別されたビット値から最終的に記録データを再生するまでの処理は、図１４に示されるアップコンバート部３２〜スパース符号デコード部３７によって行われることになる。
以下、このような線形化処理部３１の後段に備えられる再生信号処理系について具体的にみていく。
【００７５】
先ず、これらの再生信号処理系の動作について理解する上では、以下の点が把握されている必要がある。すなわち、ホログラム記録再生方式においては、イメージセンサ１１上の各ピクセルがＳＬＭ３におけるどのピクセルと対応しているかを特定するための位置合わせを行うことが重要であるという点である。
ここで、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）３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１１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。そのため、このようなずれに対応して、イメージセンサ１１で得られる画像信号中のどの位置にＳＬＭ３のデータピクセルが位置しているかを特定（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。
【００７６】
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１１としては、予めＳＬＭ３側の１画素分の像をイメージセンサ１１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、ＳＬＭ３の１画素分の再生像をイメージセンサ１１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１１からは、ＳＬＭ３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３１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。
【００７７】
図１４において、このようにして線形化処理部３１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３２に供給される。
アップコンバート部３２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。
【００７８】
アップコンバート部３２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３３に供給され、ここでＳＬＭ３のフィルファクタとイメージセンサ１１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１１による読み出し後の信号では、ＳＬＭ３のフィルファクタとイメージセンサ１１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。
【００７９】
等化フィルタ３４は、上記フィルファクタ補正処理部３３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。この等化フィルタ３４により行う符号間干渉防止のための等化処理としては、例えば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すればよい。
【００８０】
リサンプリング部３５では、上記等化フィルタ３４による等化処理後の画像信号中における、ＳＬＭ３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３５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、本手法による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、ここで特に限定されるべきものではない。
【００８１】
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。
【００８２】
データ識別部３６は、上記のようにしてリサンプリング部３５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。
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。これに対応して、データ識別部３６では、リサンプリング部３５によって得られた振幅値についてシンボル単位でのデータ識別を行い、その結果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３７に対して供給する。
ここで、本手法の場合、先の線形化処理部３１の動作によって、上記リサンプリング部３５にて得られる振幅値としてはデータ「１」「０」に対応するものと共に、「−１」に対応した負の振幅値も得られる。但しこの場合、記録時に行った「０」「π」の位相変調は、位相マスク１３のようにＤＣ成分の抑圧を図ることを目的としたものであり、記録データ自体は「０」「１」の２値のみを記録している。すなわち、ここでは「−１」に対応する振幅値はビット「１」として識別されるべきものとなる。このことからデータ識別部３６では、リサンプリング部３５により得られた振幅値が最大値付近のピクセル、及び最小値付近のピクセルについては共にビット「１」と識別し、振幅値が「０」付近のピクセルについてはビット「０」と識別するようにされる。
【００８３】
スパース符号デコード部３７は、上記のようにしてデータ識別部３６から供給さ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。
【００８４】
３．実施の形態としての記録／再生
３−１．第１の実施の形態（３値記録／再生）
上記のようにして、先に本出願人が提案した手法によれば、ホログラム記録媒体に記録された振幅の情報と共に位相の情報も読み出すことのできる、線形読み出しを実現することができる。
本発明の第１の実施の形態では、このような線形読み出しを行うことを前提とした場合の記録／再生の手法として、先ずは３値記録／再生の手法を提案する。
【００８５】
図１５は、第１の実施の形態としての３値記録／再生手法について説明するための図として、その記録変調符号化の例を示している。
先ず、図１５（ａ）では、「０」「１」による２値データについて、４ビットを１シンボルとしたときの記録データの組み合わせを示している。図示するようにして２値データを４ビット１シンボルとした場合、その組み合わせは１６通りとなる。すなわち、１６通りのデータパターンが生じうる。
【００８６】
一方、図１５（ｂ）では、振幅「０」「１」、位相「０」「π」の組み合わせにより実現される「−１」「０」「１」の３値を用いる場合において、４ビット１シンボルとしたときのＤＣフリーとなる組み合わせを示している。なお確認のために述べておくと、この場合の「ＤＣフリー」とは、「１」と「−１」の数が等しくなることを意味するものである。
このようにして、３値４ビットの組み合わせのうちＤＣフリーとなる組み合わせは、「０，０，０，０」も含めると、１９通りとなる。このような３値４ビットの組み合わせ１９通りのうち１６通りのデータパターンを用いれば、これを図１５（ａ）に示した２値４ビットの全組み合わせに割り当てることができる。具体的に、この場合の記録変調符号化／復号化としては、例えば図１５（ａ）に示す２値４ビットの１６通りのデータパターンの個々に対し、図１５（ｂ）に示される３値４ビットＤＣフリーの組み合わせ１９通りのうちの１６通りのデータパターンの個々をそれぞれ割り当てた（対応づけた）変換テーブルを用いて行うものとすればよい。
【００８７】
例えば、このような変換テーブルを用いて記録変調符号化を行ってホログラム記録媒体１０に対する「−１」「０」「１」による３値記録を行うものとすれば、位相マスク１３を用いる場合と同様に、ＤＣ成分の抑圧が図られるようにしてデータ記録を行うことができる。
【００８８】
なお、ここでは説明の簡単のため、ＤＣ成分の抑圧を考慮した場合の例として、２値側の１シンボルと３値側の１シンボルとがそれぞれ４ビットで一致し、符号化率を１００％とする場合を例示したが、例えばＤＣ成分の抑圧を図りつつ記録容量の拡大を図るとした場合には、３値側のシンボル数をさらに増やすようにすればよい。
ここで、図１５（ｂ）に示されるようにして１シンボル４ビットとした場合、ＤＣフリーを考慮して「１」と「−１」の数が等しくなるようにするにあたっては、「１」と「−１」の数を２個とする、或いは「１」と「−１」の数を１個と「０」を２個とするという２通りの組み合わせしかできない（Ａｌｌ「０」は除く）。これに対し、さらにビット数を増やせば、このような「１」「−１」の数を等しくするための「１」「−１」「０」の組み合わせを増やすことが可能となり、ＤＣフリーとするための組み合わせの増加率をより高める傾向とできる。
【００８９】
具体的に、この場合は３値側の１シンボルを７ビットとすることで、符号化率を１００％超とすることができる。
このように１シンボルを７ビットとした場合、「１」「−１」の数を等しくすることのできる組み合わせは、「１」「−１」＝１個と「０」＝５個、或いは「１」「−１」＝２個と「０」＝３個、「１」「−１」＝３個と「０」＝１個の計３通りとなる（Ａｌｌ「０」は除く）。ここで、７ビットのうち「１」「−１」＝１個となる組み合わせは、７Ｃ２＝７*６／２／１＝２１通りとなる。そして、これら「１」「−１」自体の組み合わせは２Ｃ１＝２通りとなる。従って、「１」「−１」＝１個と「０」＝５個の場合でのＤＣフリーとなる組み合わせは、７Ｃ２*２Ｃ１＝４２通りである。
同様にして、「１」「−１」＝２個と「０」＝３個の場合でＤＣフリーとなるのは、７Ｃ４*４Ｃ２＝（７*６*５*４／４／３／２／１）*（４*３／２／１）＝２１０通り、さらに、「１」「−１」＝３個と「０」＝１個の場合でＤＣフリーとなるのは、７Ｃ６*６Ｃ３＝７Ｃ１*６Ｃ３＝７*(６*５*４／３／２／１）＝１４０通りとなる。
【００９０】
このことから１シンボルを７ビットとした場合のＤＣフリーの組み合わせは、４２＋２１０＋１４０＝３９２通りとなる。ここで、２値の場合、１シンボル８ビットとしたときのデータパターンの組み合わせは２８＝２５６通りであるから、３９２＞２５６より、３値側の１シンボルを７ビットとすれば、ＤＣフリーで且つ符号化率を１００％超とすることができる。具体的には、このような３値７ビットの３９２通りのデータパターンのうち２５６のデータパターンにより、２値８ビットのデータパターンの個々をそれぞれ割り当てるものとすれば、ＤＣ成分の抑圧を図りつつ、データ記録容量は８／７倍に拡大することができる。
【００９１】
なお、当然のことながら、ＤＣフリーとしない場合、３値４ビットの組み合わせの数の方が圧倒的に多くなることは明らかであり、その場合はさらなる記録容量の拡大を図ることができる。
【００９２】
図１６、図１７は、３値記録／再生を実現するための、第１の実施の形態としての記録再生装置の構成について説明するための図として、図１６はＳＬＭ３を駆動制御するためのデータ変調・振幅位相制御部４０の構成を、図１７はイメージセンサ１１の出力に基づき再生信号処理を行うデータ再生部５０の構成を示している。
なおこれらの図において、既に先の図１、図９、図１４にて説明した部分については同一符号を付して説明を省略する。
また、図１６では、先の図１に示した記録再生装置の構成のうちＳＬＭ３のみを抽出して示しており、他の部分は省略している。同様に図１７では、図１に示した記録再生装置の構成のうちイメージセンサ１１のみを抽出して示し、他の部分は省略している。
【００９３】
先ず、図１６において、データ変調・振幅位相制御部４０には、図示するようにして記録変調符号化部４１、マッピング部４２と共に、先の図９にも示した強度変調ドライバ２３、及び位相変調ドライバ２５が備えられている。
【００９４】
先ずは、このデータ変調・振幅位相制御部４０による記録時の動作から説明する。
記録時において、記録変調符号化部４１に対しては、ホログラム記録媒体１０に対して記録されるべき記録データが入力される。記録変調符号化部４１では、このように入力された記録データ（「０」「１」の２値）の１シンボルを、予め定められた記録変調符号化のルールに従って「−１」「０」「１」の３値による符号に変換する。
図示は省略したが、この記録変調符号化部４１には、例えば先の図１５（ａ）に示したような２値データの所定ビット数を１シンボルとしたときに生じうるデータパターンの個々と、図１５（ｂ）に示されるような３値データの所定ビット数を１シンボルとしたときのＤＣフリーとなるデータパターンの個々とをそれぞれ対応づけた変換テーブルが格納されており、この変換テーブルに従って入力される記録データの１シンボル分のデータパターンを３値所定ビット数によるデータパターンに変換する。これによって２値→３値による記録変調符号化が行われる。
簡単のために説明は４ビット１シンボルで行うが、実際にはＤＣフリーと共に記録容量の拡大が図られるように、例えば２値側は８ビット以上で１シンボルとし、３値側は７ビット以上で１シンボルに設定しているものとする。
このような記録変調符号化部４１によって行われる記録変調符号化の結果得られる３値符号は、マッピング部４２に対して順次供給される。
【００９５】
マッピング部４２は、記録変調符号化部４１から供給される３値符号を１枚のホログラムページにマッピングする。なお、この場合のマッピング処理としては、信号光エリアＡ２内において扱う符号が「０」「１」から「−１」「０」「１」の３値に変更される以外は、先の図９で説明したマッピング部２２のマッピング処理と同様となる。すなわち、この場合も１シンボルが所定のビット数（図１５の例では４ビット）に定められているので、この所定ビット数による１シンボルごとに、各ビットを例えばブロック状に配列し、このブロック状の１シンボルのデータ配列を信号光エリアＡ２内にマッピングする。そして、このようなマッピングによって得られた信号光エリアＡ２内のデータパターンと共に、参照光エリアＡ１を所定の「０」「１」のパターンとし、且つそれ以外の領域を全て「０」としたデータパターンを生成し、それらを合わせてＳＬＭ３の全有効画素分のデータパターンを生成する。
【００９６】
そして、マッピング部４２は、このようにして得られたＳＬＭ３の全有効画素分のデータパターンに基づき、強度変調ドライバ２３、位相変調ドライバ２５による出力電圧を制御する。具体的に、「０」がマッピングされた画素については、強度変調ドライバ２３、位相変調ドライバ２５に対して共に出力電圧を「０」とするための値を指示する。また、「１」がマッピングされた画素については、強度変調ドライバ２３に対してのみ出力電圧を「１」に対応した値とするための値を指示し、位相変調ドライバ２５に対しては出力電圧を「０」とするための値を指示する。さらに、「−１」がマッピングされた画素については、強度変調ドライバ２３、位相変調ドライバ２５に対して共に出力電圧を「１」に対応する値とするための値を指示する。
【００９７】
この場合も、上記強度変調ドライバ２３は指示された値に基づき強度変調器３ａの該当する画素を駆動し、また位相変調ドライバ２５は指示された値に応じて位相変調器３ｂの該当画素を駆動する。
従って、上記のようなマッピング部４２による制御が行われることで、記録時においてＳＬＭ３からは、参照光と共に「−１」「０」「１」が配列された信号光が出力されることになる。すなわち、これによってホログラム記録媒体１０に対して「−１」「０」「１」の３値を記録することができる。
なお、ここでは参照光エリアＡ１の位相変調については特に説明しなかったが、この場合も参照光エリアＡ１については、先の図９の場合と同様に予め定められた所定パターンによる位相変調が施されるようにしておけばよい。
【００９８】
続いて、再生時の動作について説明する。
再生時におけるデータ変調・振幅位相制御部４０の動作としては、先の図９にて説明したデータ変調・位相変調制御部２０の再生時の動作と同様となる。すなわち、再生時においてマッピング部４２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、且つギャップエリアＡ３及び参照光エリアＡ１より外周側の領域をすべて「０」とした上で、さらに信号光エリアＡ２内を「０」以外の所定の値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２３に供給する。ここで、この場合も信号光エリアＡ２に割り当てる上記「所定の値」としては、コヒーレント光の加算量が再生像の振幅の絶対値の最大値よりも大きな値となるようにして予め設定された値を用いるものとする。
そして、これと共にマッピング部４２は、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３ｂ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２５に対して供給する。なお、このように位相変調ドライバ２５に対して与える上記「所定の値」としては、「π／２」による位相を与えるための「０．５」（２５６階調の場合「１２７」に対応する値）とする。
【００９９】
このようなデータ変調・振幅位相制御部４０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絶対値の最大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１０に対して照射されることになる。
【０１００】
続いて、図１７に示されるデータ再生部５０について説明する。
図示するようにしてこの場合のデータ再生部５０に対しても、上記のようなコヒーレント光加算に対応して線形読み出しが可能となるように、平方根計算部３１ａ及び減算部３１ｂを備える線形化処理部３１が設けられている。さらに、この線形化処理部３１の後段に対しては、アップコンバート部３２、フィルファクタ補正処理部３３、等化フィルタ３４、リサンプリング部３５が設けられている。
なお、この図１７においても、イメージセンサ１１による出力画像信号について行われる線形化処理からリサンプリングまでの動作については先の図９の場合と同様となるので説明は省略する。
【０１０１】
この場合、リサンプリング部３５によって各データピクセルの振幅値が特定された以降の処理が異なる。
先ず、データ識別部５１は、リサンプリング部３５によって得られた各データピクセルの値（例えば２５６階調など所定階調で表現される）を入力し、それらの値が「−１」「０」「１」の３値の何れであるかを識別する。ここで、先に説明したようにこの場合の信号光エリアＡ２内へのマッピングは記録変調符号化で定められた１シンボルを最小単位として行われるので、例えばこのデータ識別部５１としても、このような「−１」「０」「１」の３値データ識別を１シンボル単位で行うようにされる。
このようなデータ識別部５１によって得られる、シンボル単位ごとのデータ識別結果は、変調符号復号化部５２に対して供給される。
【０１０２】
変調符号復号化部５２は、先の図１６に示した記録変調符号化部４１に格納されるものと同様の変換テーブルを用いて、上記のようにデータ識別部５１から供給されるシンボル単位ごとのデータ識別結果（つまり「−１」「０」「１」による３値データパターン：場合によってはＡｌｌ「０」パターンも含まれる）から、「０」「１」の２値のデータパターンを復号化する。
これにより、元の「０」「１」の２値による記録データが再生されたことになる。
【０１０３】
このようにして第１の実施の形態としての３値記録／再生によれば、記録変調符号化として、元の「０」「１」による２値データのデータパターンを、さらに「−１」も含めた３値によるデータパターンで割り当てるようにしたことで、符号化率を１００％超として記録容量の拡大を図ることができる。
また、３値のデータパターンとして「−１」「１」の数が等しくなる組み合わせのみを割り当てるものとすることで、ＤＣ成分の抑圧も図ることができる。さらには、このとき２値側の１シンボルを８ビット以上とする場合に対応して３値側の１シンボルを７ビット以上とすることで、ＤＣ成分の抑圧を図りつつ記録容量の拡大化を図ることができる。
【０１０４】
なお、これまでの説明では、第１の実施の形態の３値記録／再生として、振幅と組み合わせる位相を「０」と「π」とする場合を例示したが、組み合わせる位相としてはπだけずれた２つの位相とすればよい。また振幅についても同様に、「０」と「０」以外の所定値とすればよい。少なくともこのような振幅・位相の組み合わせとすることで、３値記録を実現することができる。
【０１０５】
また、第１の実施の形態では、イメージセンサ１１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。
【０１０６】
３−２．第２の実施の形態（多値記録／再生）
続いて、第２の実施の形態について説明する。
これまでの説明からも明らかなように、先の図９〜図１４にて説明した線形読み出しの手法を用いれば、ホログラム記録媒体１０に対して記録された振幅の情報と共に位相の情報も再生することが可能となる。このようにして、振幅と位相の双方について記録／再生が可能となるという点を考慮すると、ホログラム記録再生の技術としては、ＣＤ（Compact Disc）やＤＶＤ（Digital Versatile Disc）などの光ディスクについての記録再生技術よりも、むしろデータ通信の技術に近いと考えることができる。
第２の実施の形態はこの点に基づき、データ通信の分野で一般的に行われているＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）やＰＳＫ（Phase Shift Keying）の変復調方式をホログラム記録再生に応用した、ホログラム多値記録／再生の手法を提案するものである。
【０１０７】
ここで、確認のために、これらＱＡＭ、ＰＳＫの変復調方式について簡単に説明しておく。上記ＱＡＭは、直交振幅変調とも呼ばれ、変換された後の波の振幅と位相の両方を用いて情報を表現する変復調方式である。例えば振幅の状態４つと位相の状態４つを区別することで、１度の転送で４×４で１６通り（４ビット）の情報を送ることができる。
また、ＰＳＫは位相偏移変調のことであり、位相のずれた複数の波の組み合わせで情報を表現する変復調方式となる。例えば４ＰＳＫ（ＱＰＳＫとも呼ばれる）では、基準となる正弦波と、それに対し例えば９０度、１８０度、２７０度などそれぞれ位相をずらした合計４つの波を使い、それぞれに別の値を割り当てることで一度に４値(２ビット)の情報を送受信することができる。
【０１０８】
ここで、ＱＡＭ、ＰＳＫ何れの方式も、次の図１８に示されるようにして、記録データをＩ(In-phase)データとＱ(Quadrature)データの２種類に分け、それぞれＬＰＦ（Low Pass Filter）を通して帯域制限した後、０, π／２という直交する位相関係にある搬送波を乗算するようにされている。
この図１８において、先ず記録データは、図示するように変調処理部１００においてＱＡＭまたはＰＳＫによる変調処理が行われてＩデータとＱデータに分けられる。Ｉデータについては、ＬＰＦ１０１ｉを介して帯域制限された後、図のように乗算器１０２ｉにて搬送波が乗算される。またＱデータについてはＬＰＦ１０１ｑを介して帯域制限された後、乗算器１０２ｑにおいて、π／２シフト部１０３によって位相が９０度変化された上記搬送波が乗算される。
このようにして各乗算器１０２において位相がそれぞれ０,π／２の直交する関係にある搬送波が掛け合わされたＩデータ、Ｑデータは、図示するようにして加算器１０４で合成され、これがＢＰＦ（Band Pass Filter）１０５で帯域制限された後、伝送路１０５に対して出力される。
【０１０９】
そして、受信側では、図示するようにして伝送路１０５から入力される信号がＢＰＦ１０７で帯域制限された後、乗算器１０８ｉと乗算器１０８ｑとに分岐して入力される。上記乗算器１０８ｉに対しては、送信側で用いたものと同様の搬送波が供給され、また上記乗算器１０８ｑに対しては、図示するようにπ／２シフト部１０９でその位相が９０度変化された上記搬送波が供給される。
上記乗算器１０８ｉにより上記搬送波（位相０）が掛け合わされた信号は図のようにＬＰＦ１１０ｉにて帯域制限され、その結果がＩ受信信号となる。また上記乗算器１０８ｑにより位相π／２による搬送波が掛け合わされた信号はＬＰＦ１１０ｑにて帯域制限され、その結果がＱ受信信号となる。
図示は省略したが、これらＩ受信信号、Ｑ受信信号をサンプリングし、データ識別することで元のＩデータ、Ｑデータが復元される。
【０１１０】
次の図１９は、ＱＡＭ、ＰＳＫによる変復調方式が採用される場合のＩデータ、Ｑデータの組み合わせについて説明するための図として、ＱＰＳＫ方式が採用される場合の信号点配置図を示している。先にも述べたようにＱＰＳＫ方式は、１つの振幅に対し４つの異なる位相を組み合わせて１度に４値を伝送する方式となるが、この図１９では一例として、組み合わされる４つの位相をπ／４,３π／４,５π／４,７π／４とするＱＰＳＫ方式が採用される場合を例示する。
【０１１１】
先ず、ＰＳＫ、ＱＡＭの変復調方式では、上述のようにして位相がそれぞれ直交する関係にある２つの搬送波を掛け合わせるということを行う関係から、信号点配置は、図のようにＩ軸（図中の横軸：ｘ軸）と、これと直交するＱ軸（図中の縦軸：ｙ軸）とを基準とした座標によって表されるものとなる。この場合、Ｉ軸は位相０度、Ｑ軸は位相９０度を表すものと考えればよい。
この図に示すＱＰＳＫの例のように、１つの振幅に対してπ／４,３π／４,５π／４,７π／４の４位相を組み合わせる場合、ＩデータとＱデータの値は、図のように（１，１）、（−１，１）、（−１，−１）、（１，−１）で表されるものとなる。例えば、図示するように位相π／２との組み合わせの信号点は（１，１）、すなわちＩ軸の振幅が「１」、Ｑ軸の振幅も「１」の座標で表される。同様に位相３π／４との組み合わせによる信号点は（−１，１）、つまりＩ軸の振幅＝「−１」Ｑ軸の振幅＝「１」という座標で表され、位相５π／４との組み合わせでは（−１，−１）つまりＩ軸振幅とＱ軸振幅が共に「−１」の座標で表される。さらに位相７π／４との組み合わせによる信号点はＩ軸振幅＝「１」、Ｑ軸振幅＝「−１」による（１，−１）の座標で表される。
【０１１２】
このようにして、それぞれの位相を組み合わせたときの信号点がＩ軸の値、Ｑ軸の値で表されることからも理解されるように、受信側（復調側）では、先の図１８のようにして位相が直交する関係にあるそれぞれの搬送波が掛け合わされて得られるＩ受信信号、Ｑ受信信号について、それぞれの値をサンプリングしてデータ識別する（つまりこの場合は「１」か「−１」かの識別）ことで、Ｉデータ、Ｑデータの値を得ることができる。すなわち、これによって受信されたデータがどの位相との組み合わせによるものであるかを特定することができ、４値のうちの何れの値であるかを特定することができる。
【０１１３】
上記のようにして、ＰＳＫ、ＱＡＭによる多値変復調方式では、送信側において、Ｉデータ、Ｑデータに対しそれぞれ位相が直交する関係にある搬送波を掛け合わせた上でそれらを合成して伝送し、受信側では、受信信号を２系統に分けてそれぞれ位相の直交する搬送波を掛け合わせてＩ受信信号、Ｑ受信信号を得るようにする、ということで多値変復調の方式が成り立っている。
これを、ホログラム記録再生方式に応用するためには、記録時にはＩデータとＱデータから計算される振幅と位相を合わせて記録すればよい。また、再生時には、参照光と共に、再生像との位相差をそれぞれ０, π／２とした（参照光の基準位相に対しては位相差がそれぞれπ／２とπとなる）コヒーレント光を２度に分けて照射して読み出しを行い、これによって得られる２つの読み出し信号をＩ受信信号、Ｑ受信信号に相当する信号として扱うことで、ＩデータとＱデータとを復調すればよい。
なお、上記参照光の基準位相とは、位相「０」のＯＮピクセル（すなわち位相「０」振幅「１」による「＋１」の画素）を透過した光の位相を指すものである。
【０１１４】
このような第２の実施の形態としてのホログラム多値記録／再生の概要について、次の図２０を参照して説明する。
図２０（ａ）は記録時の動作概要、図２０（ｂ）は再生時の動作概要を示している。
なお、以下では説明の簡単のために、先の図１９において説明したものと同様のＱＰＳＫ方式を応用したホログラム多値記録／再生とする場合を例に説明を行う。すなわち、或る１つの振幅に対し、位相π／４,３π／４,５π／４,７π／４の４位相の組み合わせで４値記録／再生を行うというものである。
【０１１５】
図２０（ａ）において、記録時には、先ず多値変調処理工程Ｓ１で、記録データに対し多値変調を行うことでＩデータとＱデータとを得る。この場合、多値変復調方式としてはＱＰＳＫ方式が採用されるので、「０」「１」の２値が組み合わされて成る記録データを、先の図１９に示した（１，１）（−１，１）（−１，−１）（１，−１）で表される４値を用いて符号化するようにして変調処理を行う。
例えば、「０」「１」の２値による記録データの２ビットを１シンボルとした場合を考えると、その組み合わせは「１１」「１０」「０１」「００」の４つとなる。例えばこのような４組の記録データパターンに対し上記４値の個々を割り当てることで、記録データ２ビットを１ビットで表現することができる。すなわち、符号化率は２００％である。
ここでは一例として、記録データの「１１」のデータパターンに対しては座標（１，１）を割り当て、「１０」に対しては座標（−１，１）を割り当てるとする。また、「０１」に対しては座標（−１，−１）、「００」に対しては座標（１，−１）を割り当てるとする。
先の図１９の説明から理解されるように、これら座標の値は、それぞれＩ軸の値、Ｑ軸の値を示すものであり、ひいてはＩデータ、Ｑデータの値を示すものとなる。すなわち、上記のような割り当てが行われることで、図示するようにしてＩデータ、Ｑデータが得られることに相当する。
【０１１６】
続く振幅・位相の割り当て工程Ｓ２では、上記多値変調処理工程Ｓ１で得られたＩデータ、Ｑデータの値から、ホログラム記録媒体に対して記録されるべき振幅と位相の割り当てを行う。先の図１９によると、座標（１，１）、つまりＩデータ＝「１」、Ｑデータ＝「１」の組み合わせは、所定振幅（√２）と位相π／４との組み合わせとなるので、このような座標（１，１）による符号に対しては、所定振幅と位相π／４とを割り当てる。同様に、Ｉデータ＝「−１」、Ｑデータ＝「１」の組（座標（−１，１））に対しては所定振幅と位相３π／４とを割り当て、Ｉデータ＝「−１」、Ｑデータ＝「−１」の組（座標（−１，−１））に対しては所定振幅と位相５π／４とを割り当てる。さらに、Ｉデータ＝「１」、Ｑデータ＝「−１」の組（座標（１，−１））に対しては所定振幅と位相７π／４とを割り当てる。
【０１１７】
そして、強度・位相変調工程Ｓ３では、このようにして振幅・位相割り当て工程Ｓ２により割り当てられた振幅と位相の情報が記録されるように、入射光に対し振幅・位相変調を行い、その結果をホログラム記録媒体に対して照射する。このような強度・位相変調工程Ｓ３により、ホログラム記録媒体に対しては、図１９に示した４つの座標で表される４値を、それぞれの振幅と位相の組み合わせによって記録することができる。
【０１１８】
続いて、図２０（ｂ）に示される再生時の動作概要について説明する。
先ず、この場合も再生時においては、記録された位相の情報を読み出す線形読み出しが可能となるように、ホログラム記録媒体に対しては参照光と共にコヒーレント光を照射する。そして、先に述べたようにして、この場合は、それぞれ位相の直交する搬送波が掛け合わされたことに相当する状態が得られるように、コヒーレント光としては、再生像との位相差がそれぞれ０（つまり同位相）とπ／２となる２種を照射し、２度の読み出しを行うものとされる。
具体的には、図中の工程Ｓ４-1、工程Ｓ４-2と示すように、参照光・コヒーレント光の２度にわたる照射を行う。先に説明したように、コヒーレント光を参照光の照射により得られる再生像と同位相とするためには、参照光の位相とコヒーレント光の位相とにπ／２の位相差が与えられるようにする必要がある。従って、参照光には記録時と同じ位相パターンを与えた上で（つまり参照光の基準位相は「０」）、先ず、１回目の照射では、コヒーレント光の位相をπ／２とする。これにより、コヒーレント光の位相を再生像の位相と同位相とすることができる。そして、２回目の照射では、コヒーレント光の位相をπとすることで、コヒーレント光の位相を再生像の位相からπ／２ずれたものとする。
なお、この場合としても線形読み出しを可能とするにあたっては、コヒーレント光の加算量（光強度）が、少なくとも再生像の振幅の絶対値の最大値よりも大きいという条件が満たされる必要がある。
【０１１９】
これら工程Ｓ４-1、工程Ｓ４-2によりホログラム記録媒体に対する２度の光照射が行われることで、読み出し工程Ｓ５では、１ホログラムページにつき２度の読み出し信号が得られる。
そして、多値復調処理工程Ｓ６では、このようにして読み出し工程Ｓ５によって得られる２つの読み出し信号に基づき、後述する第２の実施の形態としての多値復調処理を行ってＩデータ、Ｑデータを再生する。
【０１２０】
ここで、この図２０により示したように、ホログラム記録／再生方式の場合には、再生側においてコヒーレント光の位相を変えて２度読みを行うようにすることで、通信の場合のように、それぞれに位相が直交する関係となる搬送波が合成された状態に相当する２つの信号を復調側で得るようにされる。
但し、このことによって、ホログラム記録再生の場合にも通信の場合と同様に多値復調処理を行うことができると示されたわけではない。以下では、図２０に示したような２度読みの手法によって、多値復調が可能であるか否かについて検証してみる。
【０１２１】
図２１〜図２３は、このような第２の実施の形態としての２度読み手法に基づく多値復調が成り立つか否かについて検証するための図を示している。
これらの図においては、先の図１９と同様にＩ軸とＱ軸とを基準として、ホログラム記録媒体に対して記録された信号のＩ軸の振幅とＱ軸の振幅を座標(ｘ、ｙ)により示している。また、上述のような２度読みに伴う２度のコヒーレント光の照射によって再生像に加算される振幅として、位相差０のコヒーレント光により加算される振幅（図中加算したＩ軸の振幅）をａ、位相差π／２のコヒーレント光により加算される振幅（図中加算したＱ軸の振幅）をｂにより示している（なお、ｂについては図２３は除く）。さらに、位相差０のコヒーレント光が加算されたときのイメージセンサの出力の平方根（Ｉ軸加算のセンサ出力の平方根）をｃ、位相差π／２のコヒーレント光が加算されたときのイメージセンサの出力の平方根（Ｑ軸加算のセンサ出力の平方根）をｄにより示している。
【０１２２】
先ず、図２１において、上記のように、
(ｘ，ｙ)： 記録された信号のＩ軸とＱ軸の振幅
ａ ： 加算したＩ軸の振幅
ｂ ： 加算したＱ軸の位相
ｃ ： Ｉ軸加算のセンサ出力の平方根
ｄ ： Ｑ軸加算のセンサ出力の平方根
とおいたとき、次の[式１]［式２］の関係が成立することになる。
【数１】
2008293554.tif 000003
ここで、これら[式１]「式２」において、ａ、ｂの値は、上述のようにしてコヒーレント光の加算量の値であり、これは予め定めることのできる値である。すなわち、これらａ，ｂの値は既知の値とできる。
また、ｃ、ｄの値は、それぞれ位相差０、π／２としたコヒーレント光加算により読み出された信号から計算することができ、これらも既知の値とできる。
このようにしてａ、ｂ、ｃ、ｄの値が既知であれば、記録された信号の値(ｘ、ｙ)は、（−ａ，０）を中心とする円と、（０，−ｂ）を中心とする円の交点となることがわかる。
【０１２３】
しかしながら、これら２つの円の交点が図のように２点となる場合は、真の解 (ｘ、ｙ) 以外に、(Ｘ,Ｙ) という偽の解を持つことになり、真の解(ｘ、ｙ) は一意に決まらないものとなる。すなわち、既知の値ａ，ｂ，ｃ，ｄを用いて復調処理を行ったとしても、適正に多値復調を行うことができない。
【０１２４】
但し、これら真の解と偽の解を比較した場合において、真の解の方が常に或る条件を満たすようにして得られると仮定すれば、求められた２つの解のうち、その条件を満たす方を真の解とすることができる。例えば、図示するようにして真の解（ｘ、ｙ）は、常に偽の解（Ｘ，Ｙ）よりも原点に近い位置に得られるという条件が成立するなら、求められた２つの解のうち原点に近い方を選択することで、真の解を得ることができる。
【０１２５】
また、本実施の形態の場合、線形読み出しを前提としているので、コヒーレント光の加算量に相当するａ、ｂの値は任意ではなく、少なくとも「再生像の振幅の絶対値の最大値よりも大きい」という条件が課される。具体的には、
ａの値については「ａ＞|ｘ|」（以下「ｘ＋ａ＞０」とおく）
ｂの値については「ｂ＞|ｙ|」（以下「ｙ＋ｂ＞０」とおく）
という条件である。
【０１２６】
上記の２点に鑑み、「ｘ＋ａ＞０」「ｙ＋ｂ＞０」の条件であれば、得られた２つの解のうち原点に近い方が真の解（ｘ、ｙ）となるか否かを検証してみた。次の図２２はその検証結果を示している。
この図２２に示されるようにして、ｘ＜０、ｙ＜０の条件とした場合には、上記「ｘ＋ａ＞０」「ｙ＋ｂ＞０」の条件とされても、真の解（ｘ、ｙ）よりも、偽の解（Ｘ，Ｙ）の方が原点に近くなるケースが生じ得る。従って、「ｘ＋ａ＞０」「ｙ＋ｂ＞０」という条件のみでは、解は一意に決まらないということになる。
【０１２７】
そこで、加算量ａ、ｂについての条件を変えて試算を行ってみたところ、加算量ａ、ｂの値が、ｘ，ｙの絶対値の最大値に対して２倍以上であれば、解が一意に決まることが判明した。
このことについて、次の図２３を参照して説明する。
なお、この図２３において、コヒーレント光の加算量は２度読みの際に特に変更する必要はないので、簡単のため、図示するようにして加算量ａ、ｂは同じ加算量ａとして扱うものとする。つまり、この場合の解は、図示するように（−ａ，０）を中心とする円と、（０，−ａ）を中心とする円との交点として示される。
また、先の図２２によると、ｘ＜０、ｙ＜０の条件で反例が生じるため、この場合もｘ＜０、ｙ＜０の条件を設定した。
【０１２８】
先ず、当然のことながら、２つの円が接するときは、解は１つのみとなる。すなわち、真の解（ｘ、ｙ）のみが得られる。このように２つの円が接するとき、その接点は、図示するｘ＋ｙ＝−ａの直線（直線Ｌとする）にあることになる。
ここで、この直線Ｌ上で最も原点からの距離が近くなる点は、座標（−ａ／２,−ａ／２）の点であり、この点から原点までの距離Ｄ１はａ／２*√２よりａ／√２となる。
このとき、原点から（ｘ，ｙ）までの距離Ｄ２をｘ２＋ｙ２とおくと、この距離Ｄ２が上記距離Ｄ１の値の２乗（ａ２／２）以下であれば、真の解（ｘ、ｙ）は必ず上記直線の右上側にあることになる。また同時に、偽の解（Ｘ，Ｙ）が必ず上記直線の左下側にくることが保証される。
【０１２９】
このことから、ｘ２＋ｙ２≦ａ２／２、すなわち２（ｘ２＋ｙ２）≦ａ２であれば、解が２つ得られた場合において、真の解（ｘ、ｙ）は必ず原点に近い方であることが保証される。
このとき、２（ｘ２＋ｙ２）が最大値となるは、当然のことながらｘ、ｙの絶対値が共に最大値のときである。これらｘ、ｙの絶対値が共にＭＡＸであると仮定すると、上記２（ｘ２＋ｙ２）の値は２ＭＡＸ２＋２ＭＡＸ２＝４ＭＡＸ２となり、従って上記２（ｘ２＋ｙ２）≦ａ２は４ＭＡＸ２≦ａ２、つまり２ＭＡＸ≦ａと表すことができる。
このことから２ＭＡＸ≦ａ、すなわち加算量ａがｘ、ｙの絶対値の最大値ＭＡＸの２倍以上であることを以て、真の解（ｘ、ｙ）は必ず原点に近い方であることを保証でき、真の解を一意に決定することができる。つまり換言すれば、ｘ、ｙの絶対値の最大値ＭＡＸの２倍以上となる加算量ａ（つまり強度ａ）によるコヒーレント光を加算して読み出しを行うものとすることで、適正に多値復調を行うことができる。
【０１３０】
なお、この場合、仮にａ＝２ＭＡＸと設定した場合には、真の解（ｘ、ｙ）は図中の一点鎖線の四角で囲った−ａ／２≦ｘ、ｙ≦ａ／２の範囲内にあることになる。
【０１３１】
以上の検証より、加算量ａ（またはｂ）をｘ、ｙの絶対値の最大値の２倍以上に設定するという条件を設定すれば、この加算量ａ（ｂ）の値、及び２度読みに伴い得られる２つのセンサ出力ｃ、ｄの値を用いて先の［式１][式２]を解いた場合にも、解を一意に決定できることが確認された。
そこで以下では、このような値ａ（ｂ）、ｃ、ｄを用いて真の解を求めるための実際の計算処理（つまりＩデータ、Ｑデータを復調するための処理）について説明する。
先ず、先の[式１]「式２」の解は、それぞれ次の[式３][式４]となる。
【数２】
2008293554.tif 000004
但し、これら[式３][式４]におけるＡ、Ｂは、それぞれ以下の[式５][式６]で表される値である。
【数３】
2008293554.tif 000005
【０１３２】
解（ｘ、ｙ）を求めるにあたっては、既知の値ａ，ｂ，ｃ，ｄを用いて、上記[式３][式４]を解けばよい。具体的には、これら[式３][式４]で用いられるＡ、Ｂを算出するために、先ずはａ，ｂ，ｃ，ｄの値を上記[式５][式６]に代入する。そして、これによって得られたＡ、Ｂを［式３］[式４]に代入してこれを解き、解を計算する。
このとき、解が２つ得られる場合には、それらのうち原点に近い方を真の解（ｘ，ｙ）として選択する。
このような[式３]〜[式６]、及びコヒーレント光の加算量ａ，ｂ、位相０によるコヒーレント光加算により得られたセンサ出力の平方根ｃ，位相π／２によるコヒーレント光加算により得られたセンサ出力の平方根ｄの値を用いた計算を行うことで、記録された信号のＩ軸の振幅ｘ、Ｑ軸の振幅ｙの情報を得ることができる。すなわち、これによってＩデータとＱデータを復調することができる。
【０１３３】
このようにしてＩデータとＱデータが復調されれば、あとは符号化のルールに従ってそれらＩデータとＱデータとの組み合わせに応じた２値データの組み合わせ（例えばこの場合であれば「１１」「１０」「０１」「００」の何れか）を選択すればよい。つまり、例えば先の例に従った場合、ＩデータとＱデータの組み合わせが（１，１）であれば「１１」、（−１，１）であれば「１０」、（−１，−１）であれば「０１」、（１，−１）であれば「００」を選択する。このようにして４値符号から２値符号への復号化を行うことができる。
【０１３４】
続いては、これまでで説明した第２の実施の形態としてのホログラム多値記録／再生の手法を実現するための装置構成について説明する。
先ず、図２４は、第２の実施の形態としてのホログラム多値記録／再生を実現するための記録再生装置の構成のうち、ＳＬＭ３と、データ変調・振幅位相制御部６０の構成のみを抽出して示している。なお、この場合もホログラム記録再生装置の光学系の構成としては、先の図１に示したものと同様とされる。この場合も既にこれまでにおいて説明した部分については同一符号を付して説明を省略する。
【０１３５】
先ず、この場合のＳＬＭ３としても、先の図９に示したものと同様に、強度変調器３ａと位相変調器３ｂとが一体的に形成されて成る。そして、データ変調・振幅位相制御部６０としては、これら強度変調器３ａと位相変調器３ｂを駆動制御する部位として記録再生装置に備えられる。
図示するようにしてデータ変調・振幅位相制御部６０内には、記録変調符号化部６１、マッピング部６２と共に、先の図９、図１６にも示した強度変調ドライバ２３、位相変調ドライバ２５が備えられている。
【０１３６】
先ず、記録時においては、データ変調・振幅位相制御部６０に対して記録データが入力される。記録変調符号化部６１は、このように入力される記録データについて、多値変調符号化を行うことで、「０」「１」の２値による記録データを多値による記録符号に変調する。具体的にこの場合は、ＱＰＳＫに対応する４値符号化を行ってＩデータとＱデータとの組み合わせによる符号（４値符号）に変調する。なお、２値データをＩデータ・Ｑデータの組み合わせによる符号に変調する一例については既に説明した通りであるので、ここでの改めての説明は省略する。
【０１３７】
マッピング部６２は、記録変調符号化部６１の変調符号化によって得られた４値符号を入力し、記録時の信号光と参照光とが得られるようにマッピングを行う。
つまり、信号光エリアＡ２については、入力された４値符号をマッピングし、各符号が配置されるべきデータピクセルの位置を確定する。その上で、これら配置位置の確定された各符号について、その値に応じた振幅と位相の割り当てを行う。つまり、先の説明によれば、Ｉデータ、Ｑデータの組み合わせが（１，１）のときは、所定振幅（例えばこの場合は√２）と位相π／４とを割り当てる。また（−１，１）に対しては所定振幅と位相３π／４とを割り当て、（−１，−１）については所定振幅と位相５π／４を、また（１，−１）については所定振幅と位相７π／４とを割り当てる。このような割り当てにより、信号光エリアＡ２内の各ピクセルごとに、記録されるべき振幅と位相の値とが決定される。
また、これと共にマッピング部６２は、信号光エリアＡ２外の領域について、参照光エリアＡ１内のみを所定のデータパターンとし、それ以外は全て「０」としたデータパターンを生成する。その上で、このような信号光エリアＡ２外のデータパターンと、上記の振幅の割り当てによって得られた信号光エリアＡ２内のデータパターンとを合わせてＳＬＭ３（強度変調器３ａ）の全有効画素分のデータパターンを生成する。
また、位相についても同様に、信号光エリアＡ２外について、参照光エリアＡ１のみを所定のデータパターンとし、それ以外を全て位相「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、上記の位相の割り当てによって得られた信号光エリアＡ２内のデータパターンとを合わせてＳＬＭ３（位相変調器３ｂ）の全有効画素分のデータパターンを生成する。
【０１３８】
その上でマッピング部６２は、このようにして生成した振幅側、位相側の各データパターンに基づき、強度変調ドライバ２３、位相変調ドライバ２５による各画素の出力電圧を制御する。この場合も、上記強度変調ドライバ２３はマッピング部６２の制御（指示値）に基づく駆動電圧値により強度変調器３ａの該当する画素を駆動し、また位相変調ドライバ２５としてもマッピング部６２の制御（指示値）に基づく駆動電圧値により位相変調器３ｂの該当画素を駆動する。
【０１３９】
なおこの場合、位相については、上述のようにして７π／４までの変調を要する。これに応じ、この場合の位相変調器３ｂとしては、位相を０〜７π／４までの範囲で変調できるように、内部の液晶素子の厚さｄが設定されているとする。
【０１４０】
上記のようなデータ変調・振幅位相制御部６０による記録時の動作が行われることで、ＳＬＭ３からは、各画素ごとに４値符号としての振幅・位相の組み合わせが与えられた信号光と、さらに参照光とが出力されることになる。すなわち、これによってホログラム記録媒体１１に対して振幅・位相の組み合わせによる多値符号を記録することができる。
そしてこの場合、上述した記録変調符号化部６１の変調符号化が行われることで、各画素ごとに記録される振幅と位相の組み合わせによって、記録データの複数ビット分を記録することができる。つまり、これにより記録容量の拡大が図られる。例えばこの場合のＱＰＳＫの例であれば、１ピクセルごとに記録される振幅と位相の組み合わせによって記録データの２ビット分を記録でき、結果、記録容量は２倍とすることができる。
【０１４１】
続いて、再生時の動作について説明する。
図２４において、再生時のデータ変調・振幅位相制御部６０では、マッピング部６２により、先に説明したコヒーレント光加算による２度読み動作を行うための振幅・位相制御が行われる。
具体的に、再生時の振幅制御について、マッピング部６２は、参照光エリアＡ１を記録時と同様の「０」「１」パターンとし、且つギャップエリアＡ３及び参照光エリアＡ１より外周側の領域をすべて「０」とした上で、さらに信号光エリアＡ２内を「０」以外の所定の値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に基づき強度変調ドライバ２３による出力電圧を制御する。
【０１４２】
ここで、この場合において信号光エリアＡ２に割り当てる上記「所定の値」としては、先に説明したａ≧２ＭＡＸによる条件を満たす値とする。すなわち、この「所定の値」としては、上述した記録変調時において組み合わせる振幅と位相の値によって決定される、記録される信号のＩ軸の振幅（ｘ）、Ｑ軸の振幅（ｙ）の絶対値の最大値の何れか大きい方の値より２倍以上大きい値とする。なお、この場合のＱＰＳＫの場合であれば、記録される信号のＩ軸の振幅（ｘ）、Ｑ軸の振幅（ｙ）の絶対値の最大値は共に「１」で同じであり、従ってａ≧２ｘ、２ｙであればよい。
マッピング部６２に対しては、このような条件を満たす加算量ａ（＝ｂ）の値が予め設定されており、このように設定される加算量ａの値を上記「所定の値」として割り当てる。
【０１４３】
また、この場合、コヒーレント光としては、２回の双方の読み出し時において同じ強度を出力するものとする。従ってマッピング部６２による２回目の読み出し時の振幅制御としても、上記により説明したものと同様の制御を行うものとなる。
【０１４４】
また、マッピング部６２は、上記のような振幅についての制御と共に、参照光エリアＡ１と信号光エリアＡ２とに所定の位相変調を与えるための処理を行う。
この場合、先の図２０（ｂ）にて説明したように参照光の位相は記録時と同じに変調した上で、１回目の読み出し時には信号光の位相を「０」に変調し、２回目の読み出し時には信号光の位相を「π／２」に変調するようにされる。
このことからマッピング部６２は、先ずは１回目の制御として、参照光エリアＡ１についてその全域を記録時と同じ位相とするため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「π／２」に対応する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３ｂ全有効画素分のデータパターンを生成し、このデータパターンに基づき位相変調ドライバ２５の出力電圧を制御する。
また、２回目の制御としては、参照光エリアＡ１については上記による記録時と同じパターンを保った上で、信号光エリアＡ２について、その全域を位相「π」に対応する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３ｂ全有効画素分のデータパターンを生成し、このデータパターンに基づき位相変調ドライバ２５の出力電圧を制御する。
【０１４５】
以上のようなマッピング部６２の再生時の制御により、ホログラム記録媒体１０に記録される１ホログラムページにつき、位相がπ／２異なる関係となる（つまり位相が直交する関係となる）２種のコヒーレント光がそれぞれ加算された２種の読み出し信号が得られるようにすることができる。
そしてこの場合、上述した振幅制御によって、加算するコヒーレント光の強度については、記録される信号のＩ軸の振幅、Ｑ軸の振幅の絶対値の最大値の何れか大きい方の値の２倍以上という条件を満たすことができる。
【０１４６】
続いて、図２５は、上記のようにして得られる２種の読み出し信号に基づきデータ再生を行うための、データ再生部７０の構成を示している。なお、この図２５においても、既にこれまでで説明した部分については同一符号を付して説明を省略する。
また、ここでは説明の簡単のために、イメージセンサ１１においては、その１画素でＳＬＭ３の１データピクセル分の値を検出するようにされているとし、先の図１７において説明したようなオーバーサンプリングやアップコンバート処理は行われないものとする。さらには、この場合はＳＬＭ３側とイメージセンサ１１側とで各画素が厳密に１対１で一致していることを前提とし、先に説明した位置合わせのための処理（リサンプリング処理）についても省略される場合を例示する。
【０１４７】
図示するようにしてデータ再生部７０には、平方根計算部３１ａ、復調処理部７１、メモリ７２、変調符号復号化部７３が備えられる。
先ずこの図２５においては、先の図１にも示したイメージセンサ１１が示されているが、この場合のイメージセンサ１１からは、先の図２４に示したデータ変調・振幅位相制御部６０による再生時の動作に伴い、１ホログラムページにつき上述した２種の読み出し信号が得られる。
データ再生部７０内において、このようにイメージセンサ１１にて１ホログラムページにつき２種得られる読み出し信号は、平方根計算部３１ａに対して入力される。平方根計算部３１ａは、これら２種の読み出し信号としての画像信号の各値についてその平方根を計算する。これにより、各画素ごと（各データピクセルごと）に、先に説明した「Ｉ軸加算のセンサ出力の平方根ｃ」「Ｑ軸加算のセンサ出力の平方根ｄ」としての値が得られる。
【０１４８】
復調処理部７１は、上記平方根計算部３１ａにより得られたＩ軸加算のセンサ出力の平方根ｃ、Ｑ軸加算のセンサ出力の平方根ｄの値と、図示するようにしてメモリ７２内に格納される加算量情報ａ、ｂの値とに基づき、記録された信号を復調する。
なお、ここでは説明の便宜上、メモリ７２内に格納される加算量情報は、加算量ａ（位相０のコヒーレント光加算時）と加算量ｂ（位相π／２のコヒーレント光加算時）の２種の情報が格納されるものとして示しているが、先にも述べたようにこの場合のコヒーレント光の強度は１回目・２回目で同じ強度に設定しているので、ａ＝ｂであり、従ってメモリ７２に格納される加算量情報としてはあえて２値とする必要はなく、１値のみとすることができる。例えば加算量ａのみを格納しておくものとして、以降の計算処理においてａ＝ｂとして扱うものとすればよい。
【０１４９】
ここで、復調処理部７１によって行われる、これらａ，ｂ，ｃ，ｄの値を用いたＩデータ、Ｑデータの復調のための処理手順を、次の図２６のフローチャートを参照して説明する。
図２６において、先ずステップＳ１０１の１回目のセンサ出力平方根ｃの取得、ステップＳ１０２の２回目のセンサ出力平方根ｄの取得は、上述のようにして平方根計算部３１ａにより得られたＩ軸加算のセンサ出力の平方根ｃ、Ｑ軸加算のセンサ出力の平方根ｄの値が入力されることに相当する。
そして、次のステップＳ１０３では、加算量ａ、加算量ｂの値をメモリ７２から読み出す。上述もしたように、例えば加算量ａのみなど１値のみがメモリ７２内に格納されている場合には、その値を読み出して加算量ａ、加算量ｂの双方の値として扱うものとすればよい。
【０１５０】
続くステップＳ１０４では、ａ，ｂ，ｃ，ｄの値、及び[式５][式６]に基づき、Ａ、Ｂの値を計算する。つまり、先に示した[式５][式６]にａ，ｂ，ｃ，ｄを代入してＡ、Ｂの値を求める。
さらに次のステップＳ１０５では、Ａ、Ｂの値を用いて[式３][式４]から解を計算する。すなわち、ステップＳ１０４で求めたＡ，Ｂの値と、ａ，ｂ，ｃ，ｄの値とを[式３][式４]に代入して、ｘ、ｙの解を求める。
その上で、次のステップＳ１０６において、原点に近い方の解を真の解（ｘ、ｙ）とする。すなわち、ステップＳ１０５において求められた解が２つとなる場合において、それらのうち原点により近い方の解を真の解（ｘ、ｙ）として選択する。
【０１５１】
図２５において、復調処理部７１は、このような手順によって解（ｘ、ｙ）を求める処理を各画素ごとに行う。これによって、１ホログラムページ内の各画素に記録された信号ごとにＩデータ（ｘ）、Ｑデータ（ｙ）を復調し、その結果を変調符号復号化部７３に対して供給する。
【０１５２】
変調符号復号化部７３は、復調処理部７１から供給されるＩデータとＱデータの組み合わせ（つまり多値符号）を、２値符号に復号化する。すなわち、予め定められた変調符号化のルールに従って、供給されたＩデータとＱデータとの組み合わせに応じた２値データの組み合わせを選択し、これを出力する。例えば先の例に従った場合、ＩデータとＱデータの組み合わせが（１，１）の画素については「１１」を、（−１，１）の画素については「１０」を、（−１，−１）の画素については「０１」を、（１，−１）の画素については「００」を選択し、出力する。
このようにして多値符号→２値符号への変換が行われることで、記録データが再生される。
なお、この場合も復号化処理としては、予め多値符号と２値符号との対応関係を示した変換テーブルを格納しておき、このテーブルに基づいて対応する２値符号を選択するものとすればよい。
【０１５３】
以上のような記録再生装置の構成により、先に説明した第２の実施の形態としてのホログラム多値記録／再生を実現することができる。
【０１５４】
なお、これまでの説明では、多値変復調方式としてＱＰＳＫを応用する場合を例示したので、記録容量は２倍に拡大されるものとなったが、例えば同じＰＳＫによる多値変復調方式として、８ＰＳＫ方式を応用した場合、記録容量は３倍に拡大することができる。或いは、ＰＳＫ方式だけでなく、ＱＡＭ方式を応用した手法とすることもできる。つまりその場合は、１つの振幅のみでなく複数の振幅と位相を組み合わせて多値符号を表現するものとすればよい。例えば４ＱＡＭとして、２つの振幅と２つの位相とを組み合わせる変調符号化を行う場合は、記録容量はＱＰＳＫの場合と同様に２倍に拡大できる。或いは、１６ＱＡＭとして、４振幅と４位相を組み合わせるものとすれば、記録容量は４倍に拡大することができる。
このようにして、組み合わせる振幅と位相の数を増やすことで、その分だけ１ビットあたり（１画素あたり）で表現可能な値の数を増やすことができ、これによって記録容量のさらなる拡大を図ることができる。
なお、ＱＡＭのように位相だけでなく振幅も複数とする場合としても、復調処理（解（ｘ、ｙ）を求める処理）自体は、先に例示した手法と同様の手法とすることで、同様にＩデータ、Ｑデータを得ることができる。そして、それらＩデータ、Ｑデータの組み合わせから、この場合も記録変調符号化ルールに従った対応する２値データパターンを選択することで、記録された多値符号を２値符号に適正に復号化することができる。
【０１５５】
また、第２の実施の形態では、説明の便宜上、オーバーサンプリング、アップコンバート処理、リサンプリング処理などの位置合わせのための構成については省略したが、第２の実施の形態の多値記録／再生手法が採られる場合にも、先の第１の実施の形態の場合と同様に位置合わせのための構成を組み合わせることができる。例えば、従来より知られているような、記録データ中にシンクパターンを挿入し、再生側でそのシンクパターンの位置を検出した結果に基づき位置合わせを行う手法を組み合わせることができる。なお、実施の形態の記録／再生手法に組み合わせる位置合わせの手法としては、このようなシンクパターンを挿入する手法には限らず、他の手法を組み合わせることもできる。
【０１５６】
３−３．第２の実施の形態の変形例
ここで、先の説明によると、第２の実施の形態の場合、[式３][式４]に基づき得られる２つの解のうち真の解が一意に決定されるようにして多値復調が適正に行うことができるようにするために、加算量ａ（ｂ）の条件として、ａ≧２ＭＡＸによる条件を満たす必要があった。
但し、これはあくまで任意の振幅・位相の組み合わせで多値符号化を行うことを前提としたときの条件であって、例えば組み合わせる位相を０、π／２、π、３π／２（つまり０度、９０度、１８０度、２７０度）に限定した場合には、加算量ａの条件は、必ずしもａ≧２ＭＡＸとする必要はなく、線形読み出しを可能とするための「再生像の振幅の最大値の絶対値よりも大きい」という条件（つまりａ＞ｘ，ｙという条件）のままでよいものとすることができる。
以下、このことについて次の図２７を参照して説明する。
【０１５７】
この図２７において、図２７（ａ）、図２７（ｂ）では共に、Ｉ軸、Ｑ軸を基準として、或る１つの振幅に対し位相０、π／２、π、３π／２を組み合わせたときの信号点配置を黒丸により示している。そして図２７（ａ）では、位相０の振幅ａを加算（つまり位相０・加算量ａによるコヒーレント光を加算）した場合における、各信号点の変化する様子をそれぞれ矢印と黒四角により示している。また、図２７（ｂ）では、位相π／２の振幅ｂを加算（つまり位相π／２・加算量ｂによるコヒーレント光を加算）した場合における各信号点の変化する様子を同様に矢印と黒四角により示している。なお、この場合もａ＝ｂであるとする。
【０１５８】
ここで、これら図２７（ａ）（ｂ）を参照してわかるように、或る振幅に対し位相０または位相πを組み合わせたとき、信号点のＱ軸の値は０である。すなわちｙ＝０である。このことから、先の[式１]は(ｘ＋ａ)２＝ｃ２となり、このことより、ｘ＋ａ≧０であればｘ＝ｃ−ａとなることがわかる。これを[式２]に代入して、
Δｘ＝(ｃ−ａ)２＋ｂ２−ｄ２ ・・・[式７]
とする。
【０１５９】
一方、位相π／２または位相３π／２を組み合わせたとき、信号点のＩ軸座標は０（ｘ＝０）となるので、[式２]は（ｙ＋ｂ）２＝ｄ２となる。このことから、ｙ＋ｂ≧０であれば、ｙ＝ｄ−ｂとなる。これを[式１]に代入して、
Δｙ＝(ｄ−ｂ)２＋ａ２−ｃ２ ・・・[式８]
とおく。
【０１６０】
従って、２度読み後にΔｘ、Δｙを計算して、
|Δｘ|＜|Δｙ|であればｘ＝ｃ−ａ、ｙ＝０
|Δｘ|≧|Δｙ|であればｘ＝０、ｙ＝ｄ−ｂ
とすることで、解（ｘ、ｙ）を一意に決定できる。
【０１６１】
ここで、このような第２の実施の形態の変形例としての手法を実現するとした場合、記録時において図２４に示したマッピング部６２では、振幅と組み合わせる位相として０、π／２、π、３π／２以外の位相は用いないようにする。つまり、例えば或る１つの振幅に対し４位相を組み合わせて４値記録を行うとする場合には、その振幅に対し位相０、π／２、π、３π／２の４つを組み合わせて４値符号を表現するものとなる。
また、この場合、再生時においては、マッピング部６２が信号光エリアＡ２内に割り当てる値として先のａ≧２ＭＡＸとするための値を設定する必要はなく、少なくともａ＞ｘ，ｙとする（つまり再生像の振幅の絶対値の最大値よりも大きくする）ことのできる値を割り当てるものとすればよい。
【０１６２】
また、確認のために、上記のような第２の実施の形態の変形例としての復調処理を実現するための、先の図２５における復調処理部７１の動作について説明しておくと、先ずこの場合も、コヒーレント光加算による２度の読み出し動作に伴って平方根計算部３１ａによって計算される、Ｉ軸加算のセンサ出力の平方根ｃと、Ｑ軸加算のセンサ出力の平方根ｄの値とを取得する。そしてこの場合は、これらｃ、ｄの値と、さらにメモリ７２から読み出したａ、ｂの値とを用いて、上記[式７][式８]によりそれぞれΔｘとΔｙとを計算する。
その上で、|Δｘ|＜|Δｙ|であれば、ｘ＝ｃ−ａを計算し、その結果とｙ＝０とを合わせて解（ｘ、ｙ）とする。また、|Δｘ|≧|Δｙ|であればｙ＝ｄ−ｂを計算し、この結果とｘ＝０とを合わせて解（ｘ、ｙ）とする。
【０１６３】
このように第２の実施の形態の変形例として、組み合わせ可能な位相を０、π／２、π、３π／２に限定した多値記録とすることによって、コヒーレント光の加算量の条件を、線形読み出しを可能とするための条件と等しくすることができる。
【０１６４】
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、本発明としては記録のみが可能な記録専用装置（記録装置）、或いは再生のみが可能な再生専用装置（再生装置）に対しても好適に適用することができる。
確認のために述べておくと、第１の実施の形態としての記録再生装置に基づく記録装置とした場合は、３値記録を可能としてデータ記録容量の拡大を図ることができる記録装置を提供することができる。
また、第２の実施の形態の記録再生装置に基づく記録装置とした場合は、ＰＳＫまたはＱＡＭ方式による変調符号化により得られた多値符号の記録を可能としてデータ記録容量の拡大を図ることのできる記録装置を提供することができる。さらに、第２の実施の形態の記録再生装置に基づく再生装置とした場合は、ＰＳＫまたはＱＡＭ方式による変調符号化に伴って多値記録の行われたホログラム記録媒体に対応して、記録されたデータを適正に再生することのできる再生装置を提供することができる。
【０１６５】
また、実施の形態では、反射膜を備える反射型のホログラム記録媒体１０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（４）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（集光レンズ）を設けておき、透過光としての回折光を当該集光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。
確認のために述べておくと、このような透過型の場合としてもホログラム記録再生の基本動作自体は反射型の場合と同様であり、記録時は信号光と共に参照光を照射してホログラム記録媒体上にそれらの干渉縞によってデータを記録し、再生時はホログラム記録媒体に対し参照光及びコヒーレント光を照射してそれにより得られる回折光（再生像）及びコヒーレント光をイメージセンサで検出してデータ再生することに変わりはない。
【０１６６】
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ホログラム記録媒体に照射する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、信号光と参照光とを別々の角度で照射するいわゆる２光束方式が採用される場合にも好適に適用できる。
【０１６７】
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、これらを別体として光学系における別々の位置に配置する構成とすることもできる。
但し、この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。
【０１６８】
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、仮に第１の実施の形態の場合において、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（Digital Micro mirror Device）を用いることもできる。
また、第２の実施の形態についても、例えば記録時に多値符号として組み合わせる振幅が「０」または「１」とされ、且つコヒーレント光として加算する光の強度が「１．０」とされる場合には、同様に強度変調器としてＤＭＤを用いることができる。
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。
【０１６９】
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。
【図面の簡単な説明】
【０１７０】
【図１】ホログラム記録再生の基本動作説明のための図として、コアキシャル方式が採用されたホログラム記録再生装置の内部構成例を示した図である。
【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】位相マスクを設けた場合の記録再生装置の内部構成例を示した図である。
【図６】位相マスクと空間光変調器とが一体的に形成される場合の構成を示した図である。
【図７】位相マスクによる位相変調によってＤＣ成分の抑圧が図られることについて説明するための図である。
【図８】位相マスクが設けられた場合の再生時の参照光を模式的に示した図である。
【図９】線形読み出しを実現するための構成について説明するための図として、ＳＬＭ（空間光変調部）の構成と、当該ＳＬＭを駆動制御するためのデータ変調・位相変調制御部の内部構成とを示した図である。
【図１０】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１１】コヒーレント光の加算読み出しを行う際の、再生時における強度変調器の出力画像を模式的に示した図である。
【図１２】コヒーレント光の加算量が０．１のときの再生像を示した図である。
【図１３】コヒーレント光の加算量が１．０のときの再生像を示した図である。
【図１４】線形読み出しのための再生信号処理を行う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１５】第１の実施の形態としての３値記録／再生手法について説明するための図として、その記録変調符号化の例を示した図である。
【図１６】第１の実施の形態としての記録再生装置の構成について説明するための図として、ＳＬＭを駆動制御するためのデータ変調・振幅位相制御部の構成を示した図である。
【図１７】第１の実施の形態としての記録再生装置の構成について説明するための図として、イメージセンサの出力に基づき再生信号処理を行うデータ再生部の構成を示した図である。
【図１８】ＱＡＭ、ＰＳＫによる変復調方式について説明するための図である。
【図１９】ＱＡＭ、ＰＳＫによる変復調方式が採用される場合のＩデータ、Ｑデータの組み合わせについて説明するための図として、ＱＰＳＫ方式が採用される場合の信号点配置を示した図である。
【図２０】第２の実施の形態としてのホログラム多値記録／再生の概要について説明するための図である。
【図２１】第２の実施の形態としての２度読み手法に基づく多値復調が成り立つか否かについて検証するための図である。
【図２２】同じく、第２の実施の形態としての２度読み手法に基づく多値復調が成り立つか否かについて検証するための図である。
【図２３】同じく、第２の実施の形態としての２度読み手法に基づく多値復調が成り立つか否かについて検証するための図である。
【図２４】第２の実施の形態としての記録再生装置の構成のうち、ＳＬＭと、データ変調・振幅位相制御部の構成のみを抽出して示した図である。
【図２５】第２の実施の形態としての記録再生装置に備えられるデータ再生部の構成を主に示した図である。
【図２６】第２の実施の形態としての多値復調を実現するための処理手順を示したフローチャートである。
【図２７】第２の実施の形態の変形例について説明するための図である。
【符号の説明】
【０１７１】
１  レーザダイオード（ＬＤ）、２  コリメータレンズ、３  ＳＬＭ（空間光変調部）、３ａ  強度変調器、３ｂ  位相変調器、４  偏光ビームスプリッタ、５,７  リレーレンズ、６  遮光マスク、８  １／４波長板、９  対物レンズ、１０  ホログラム記録媒体、１１  イメージセンサ、２０  データ変調・位相変調制御部、２１  符号化部、２２  マッピング部、２３  強度変調ドライバ、２４  位相変調パターン生成部、２５  位相変調ドライバ、３０  データ再生部、３１  線形化処理部、３１ａ  平方根計算部、３１ｂ  減算部、３２  アップコンバート部、３３  フィルファクタ補正処理部、３４  等化フィルタ、３５  リサンプリング部、３６  データ識別部、３７  スパース符号デコード部、４０  データ変調・振幅位相制御部、４１  記録変調符号化部、４２  マッピング部、５０  データ再生部、５１  データ識別部、５２  変調符号復号化部、６０  データ変調・振幅位相制御部、６１  記録変調符号化部、６２  マッピング部、７０  データ再生部、７１  復調処理部、７２  メモリ、７３  変調符号復号化部
【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１４】
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【図１５】
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【図１６】
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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】
2008293554.tif 000038
【手続補正書】
【提出日】平成19年6月6日(2007.6.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７２】
ここで、上記のような「再生像の振幅の絶対値の最大値よりも大きい」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１１により検出される。この場合、イメージセンサ１１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。
このようにして本手法によれば、記録時に与えられた位相情報が失われない、線形な読み出しを実現することができる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７３】
なお、先の図１３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、このように加算量を1.0とする場合としても、イメージセンサ１１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、コヒーレント光の加算量は、イメージセンサ１１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、「再生像の振幅の絶対値の最大値よりも大きな値」という条件が満たされればよいだけである。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１２８】
先ず、当然のことながら、２つの円が接するときは、解は１つのみとなる。すなわち、真の解（ｘ、ｙ）のみが得られる。このように２つの円が接するとき、その接点は、図示するｘ＋ｙ＝−ａの直線（直線Ｌとする）にあることになる。
ここで、この直線Ｌ上で最も原点からの距離が近くなる点は、座標（−ａ／２,−ａ／２）の点であり、この点から原点までの距離Ｄ１はａ／２*√２よりａ／√２となる。
このとき、原点から（ｘ，ｙ）までの距離Ｄ２をｘ2＋ｙ2とおくと、この距離Ｄ２が上記距離Ｄ１の値の２乗（ａ2／２）以下であれば、真の解（ｘ、ｙ）は必ず上記直線の右上側にあることになる。また同時に、偽の解（Ｘ，Ｙ）が必ず上記直線の左下側にくることが保証される。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１２９】
このことから、ｘ2＋ｙ2≦ａ2／２、すなわち２（ｘ2＋ｙ2）≦ａ2であれば、解が２つ得られた場合において、真の解（ｘ、ｙ）は必ず原点に近い方であることが保証される。
このとき、２（ｘ2＋ｙ2）が最大値となるは、当然のことながらｘ、ｙの絶対値が共に最大値のときである。これらｘ、ｙの絶対値が共にＭＡＸであると仮定すると、上記２（ｘ2＋ｙ2）の値は２ＭＡＸ2＋２ＭＡＸ2＝４ＭＡＸ2となり、従って上記２（ｘ2＋ｙ2）≦ａ2は４ＭＡＸ2≦ａ2、つまり２ＭＡＸ≦ａと表すことができる。
このことから２ＭＡＸ≦ａ、すなわち加算量ａがｘ、ｙの絶対値の最大値ＭＡＸの２倍以上であることを以て、真の解（ｘ、ｙ）は必ず原点に近い方であることを保証でき、真の解を一意に決定することができる。つまり換言すれば、ｘ、ｙの絶対値の最大値ＭＡＸの２倍以上となる加算量ａ（つまり強度ａ）によるコヒーレント光を加算して読み出しを行うものとすることで、適正に多値復調を行うことができる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１５８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１５８】
ここで、これら図２７（ａ）（ｂ）を参照してわかるように、或る振幅に対し位相０または位相πを組み合わせたとき、信号点のＱ軸の値は０である。すなわちｙ＝０である。このことから、先の[式１]は(ｘ＋ａ)2＝ｃ2となり、このことより、ｘ＋ａ≧０であればｘ＝ｃ−ａとなることがわかる。これを[式２]に代入して、
Δｘ＝(ｃ−ａ)2＋ｂ2−ｄ2 ・・・[式７]
とする。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１５９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１５９】
一方、位相π／２または位相３π／２を組み合わせたとき、信号点のＩ軸座標は０（ｘ＝０）となるので、[式２]は（ｙ＋ｂ）2＝ｄ2となる。このことから、ｙ＋ｂ≧０であれば、ｙ＝ｄ−ｂとなる。これを[式１]に代入して、
Δｙ＝(ｄ−ｂ)2＋ａ2−ｃ2 ・・・[式８]
とおく。