(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
デジタルデータを明暗画像で表し且つ直流成分が除去された信号光と参照光とをフーリエ変換して光記録媒体に同時に照射することによりホログラムが記録された前記光記録媒体に、前記参照光と同じ読み出し用の第１参照光を照射し、記録されたホログラムによる第１回折光を生成し、生成された第１回折光と所定位相の直流成分とを合成して、第１合成光を生成するステップと、
前記第１合成光の逆フーリエ変換像を検出し、第１画像データを取得するステップと、
前記光記録媒体に記録されたホログラムに、前記参照光とは異なる読み出し用の第２参照光を照射し、記録されたホログラムによる第２回折光を生成し、生成された第２回折光と所定位相の直流成分とを合成して、第２合成光を生成するステップと、
前記第２合成光の逆フーリエ変換像を検出し、第２画像データを取得するステップと、
前記明暗画像の画素毎に、前記第１画像データ及び前記第２画像データのいずれか一方から他方を減算するステップと、
減算して得られた値に基づいてデジタルデータを復号するステップと、
を備えたホログラム再生方法。
【請求項２】
デジタルデータを明暗画像で表し且つ直流成分が除去された信号光と直流成分が除去された参照光とをフーリエ変換して光記録媒体に同時に照射することによりホログラムが記録された前記光記録媒体に、前記参照光と同じ読み出し用の第１参照光を照射し、記録されたホログラムによる第１回折光を生成し、生成された第１回折光と所定位相の直流成分とを合成して、第１合成光を生成するステップと、
前記第１合成光の逆フーリエ変換像を検出し、第１画像データを取得するステップと、
前記光記録媒体に記録されたホログラムに、前記参照光とは異なる読み出し用の第２参照光を照射し、記録されたホログラムによる第２回折光を生成し、生成された第２回折光と所定位相の直流成分とを合成して、第２合成光を生成するステップと、
前記第２合成光の逆フーリエ変換像を検出し、第２画像データを取得するステップと、
前記明暗画像の画素毎に、前記第１画像データ及び前記第２画像データのいずれか一方から他方を減算するステップと、
減算して得られた値に基づいてデジタルデータを復号するステップと、
を備えたホログラム再生方法。
【請求項３】
読み出し用の前記第２参照光は、記録に用いた前記参照光と空間周波数分布が同じで且つ位相が異なる請求項１又は２に記載のホログラム再生方法。
【請求項４】
読み出し用の前記第２参照光は、記録に用いた前記参照光と空間周波数分布が同じで且つ位相がπ異なる請求項１乃至３のいずれか１項に記載のホログラム再生方法。
【請求項５】
読み出し用の前記第２参照光は、記録に用いた前記参照光とは明暗が反転している請求項１又は２に記載のホログラム再生方法。
【請求項６】
前記第１画像データと前記第２画像データとが相互に反転画像となるように、前記第１参照光と前記第２参照光とを異ならせた請求項１乃至５のいずれか１項に記載のホログラム再生方法。
【請求項７】
前記第１回折光又は前記第２回折光に前記信号光の直流成分の全部又は一部を合成する請求項１乃至６のいずれか１項に記載のホログラム再生方法。
【請求項８】
前記第１回折光に合成する直流成分と前記第２回折光に合成する直流成分とが共通である請求項１乃至７のいずれか１項に記載のホログラム再生方法。
【請求項９】
二値のデジタルデータの１を明部に対応させ且つ０を暗部に対応させた場合に、減算して得られた値が正の画素の符号は１と判定し、減算して得られた値が負の画素の符号は０と判定する請求項１乃至８のいずれか１項に記載のホログラム再生方法。
【請求項１０】
二値のデジタルデータの０を明部に対応させ且つ１を暗部に対応させた場合に、減算して得られた値が負の画素の符号は０と判定し、減算して得られた値が正の画素の符号は１と判定する請求項１乃至８のいずれか１項に記載のホログラム再生方法。
【請求項１１】
デジタルデータを多値で表現した場合に、減算して得られた値に基づいてデジタルデータに復号する請求項１乃至８のいずれか１項に記載のホログラム再生方法。
【請求項１２】
空間光変調器によりコリメート光の位相を変調して、所定位相の前記直流成分を生成する請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のホログラム再生方法。
【請求項１３】
空間光変調器によりコリメート光の振幅及び位相を変調して、所定振幅及び所定位相の前記直流成分を生成する請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のホログラム再生方法。
【請求項１４】
デジタルデータを明暗画像で表し且つ直流成分が除去された信号光と参照光とをフーリエ変換して光記録媒体に同時に照射することにより記録されたホログラムから、前記デジタルデータを再生するホログラム再生装置であって、
コヒーレント光を射出する光源と、
信号光領域と参照光領域とに区分された変調領域を備え、前記変調領域に前記光源から入射した光を変調する変調画素が２次元状に多数配列され、前記変調領域に表示するパターンに応じて、入射光の強度及び位相の少なくとも一方を画素毎に変調する空間光変調器と、
ホログラムの再生時に、前記信号光領域に直流成分生成パターンを表示し且つ前記参照光領域に前記参照光パターンを表示し、次に、前記信号光領域に直流成分生成パターンを表示し且つ前記参照光領域に前記参照光パターンとは異なるパターンを表示するように、前記空間光変調器を制御する制御手段と、
前記信号光領域で変調されて生成された直流成分及び前記参照光領域で変調されて生成された参照光の少なくとも一方をフーリエ変換して、前記光記録媒体に照射する照射手段と、
前記空間光変調器の前記信号光領域に直流成分生成パターンを表示し且つ前記参照光領域に前記参照光パターンを表示したときに、記録されたホログラムから生成された第１回折光と所定位相の直流成分とが合成されて生成した第１合成光の逆フーリエ変換像を検出して、第１画像データを取得すると共に、前記空間光変調器の前記信号光領域に直流成分生成パターンを表示し且つ前記参照光領域に前記参照光パターンとは異なるパターンを表示したときに、記録されたホログラムから生成された第２回折光と所定位相の直流成分とが合成されて生成した第２合成光の逆フーリエ変換像を検出して、第２画像データを取得するデータ取得手段と、
前記明暗画像の画素毎に、前記第１画像データ及び前記第２画像データのいずれか一方から他方を減算する演算手段と、
減算して得られた値に基づいてデジタルデータを復号する復号手段と、
を備えたホログラム再生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ホログラム再生方法及び装置に関し、特に、デジタルデータをフーリエ変換ホログラムとして記録した場合に、記録されたデジタルデータを精度良く再生するホログラム再生方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ホログラフィック・データ・ストレージでは、空間光変調器により二値のデジタルデータ「０，１」が「明、暗」としてデジタル画像（信号光）化され、信号光はレンズによりフーリエ変換されて光記録媒体に照射される。そして、光記録媒体にはフーリエ変換像がホログラムとして記録される。しかしながら、デジタルデータのフーリエ変換像は０次に極めて強いピーク強度を有しているので、ホログラフィック・データ・ストレージでは、この０次成分（直流成分）により光記録媒体のダイナミックレンジが浪費され、多重度（多重記録されるホログラムの数）を大きくしようとすると、再生像のＳ／Ｎ（シグナル−ノイズ比）が大きく低下してしまう。そのために多重度を大きくできない、という問題がある。
【０００３】
この問題を解決するために、信号光のフーリエ変換像の０次成分を遮断する方法が種々提案されている（特許文献１、２）。例えば、特許文献１に記載された方法では、レンズと光記録媒体との間に遮光体を配置し、この遮光体により信号光の０次成分を遮断する。そして、信号光の特定次数の成分だけが、遮光体に形成したアパーチャを通過するようにして、信号光の画像エッジ部分をホログラムとして記録する。この方法によれば、０次成分による無駄な露光を抑制することでダイナミックレンジの浪費を防止し、各データページの記録領域を小さくすることができる。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−６６５６５号公報
【特許文献２】特開２００４−１９８８１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、信号光のフーリエ変換像から０次成分を除去すると、元のデジタル画像とは異なる強度パターンが再生像に現れ、デジタルデータを正確に復号することができない、という問題がある。即ち、信号光のフーリエ変換像から０次成分を除去してホログラムの記録、再生を行うと、再生像の強度パターンは、記録時に空間光変調器で生成された強度パターンとは異なるパターンとなる。例えば、特許文献１に記載された方法では、画像エッジ部分だけが再生される。これでは、デジタルデータを正確に復号することができない虞がある。
【０００６】
また、高記録密度を実現するために多重度を大きくした場合には、クロストークノイズや散乱などの影響が大きくなり、ホログラム再生像のＳ／Ｎ（シグナル−ノイズ比）が低下する。従って、多重記録を行う場合には、再生像のＳ／Ｎが低下するのを抑制することが必要になる。
【０００７】
本発明は、上記問題を解決すべく成されたもので、本発明の目的は、信号光のフーリエ変換像から０次成分が除去された状態でホログラムを記録した場合でも、記録されたホログラムから、信号光に保持されたデジタルデータを精度よく再生することができるホログラム再生方法及び装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために本発明のホログラム再生方法は、デジタルデータを明暗画像で表し且つ直流成分が除去された信号光と参照光とをフーリエ変換して光記録媒体に同時に照射することによりホログラムが記録された前記光記録媒体に、前記参照光と同じ読み出し用の第１参照光を照射し、記録されたホログラムによる第１回折光を生成し、生成された第１回折光と所定位相の直流成分とを合成して、第１合成光を生成するステップと、前記第１合成光の逆フーリエ変換像を検出し、第１画像データを取得するステップと、前記光記録媒体に記録されたホログラムに、前記参照光とは異なる読み出し用の第２参照光を照射し、記録されたホログラムによる第２回折光を生成し、生成された第２回折光と所定位相の直流成分とを合成して、第２合成光を生成するステップと、前記第２合成光の逆フーリエ変換像を検出し、第２画像データを取得するステップと、前記明暗画像の画素毎に、前記第１画像データ及び前記第２画像データのいずれか一方から他方を減算するステップと、減算して得られた値に基づいてデジタルデータを復号するステップと、を備えたことを特徴としている。
【０００９】
本発明のホログラム再生方法では、光記録媒体に記録されたホログラムに、記録時又は第１画像データの取得時に用いた参照光とは異なる読み出し用の第２参照光を照射することで、同じホログラムから第１画像データとは異なる第２画像データを取得することができる。この２つの画像データの各画素について減算処理を行うことで、２つの画像データに共通のノイズ成分がキャンセルされる。従って、減算して得られた値に基づいてデジタルデータを復号することで、デジタルデータを精度よく再生することができる。
また、デジタルデータを明暗画像で表し且つ直流成分が除去された信号光と直流成分が除去された参照光とをフーリエ変換して光記録媒体に同時に照射することによりホログラムが記録された光記録媒体についても、同様にして、デジタルデータを精度よく再生することができる。
【発明の効果】
【００１０】
以上説明したように本発明によれば、信号光のフーリエ変換像から０次成分が除去された状態でホログラムの記録が行われた場合でも、信号光に保持されたデジタルデータを精度よく再生することができる、という効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例を詳細に説明する。
【００１２】
（デジタルデータの復号原理）
図１はデジタルデータの復号原理を説明するための図である。
ここでは、二値のデジタルデータ「０，１」が「暗（黒画素）、明（白画素）」としてデジタル画像化された信号光（デジタルパターン）をフーリエ変換し、信号光のフーリエ変換像から直流成分（０次成分）を除去し、直流成分が除去された信号光と参照光とを光記録媒体に同時に照射して、干渉パターンをホログラムとして記録する場合について説明する。なお、「０，１」を「明（白画素）、暗（黒画素）」に対応させることもできる。
【００１３】
直流成分が除去された信号光を用いてホログラムを記録した場合は、記録されたホログラムに参照光を照射すると、直流成分が除去された信号光と同じ回折光が再生される。この回折光の逆フーリエ変換像（再生画像）では、元の明暗画像の明部は暗く、暗部は明るくなる傾向があり、その結果、白画素と黒画素とのコントラスト（あるいはＳ／Ｎ比）は悪くなる傾向がある。再生画像においてコントラストが悪くなる理由は、以下のように説明することができる。
【００１４】
即ち、直流成分を除去することは、信号光と全体強度が等しく且つ位相差πの平面波を信号光に干渉させることに等しい。例えば、信号光がすべて直流成分で構成される平面波の場合には、同じ強度で位相差πの平面波を干渉させると信号光は０になる。従って、デジタルデータで変調された信号光の直流成分を除去する場合には、同じトータル強度を持ち且つ位相差πの平面波を、元の信号光に干渉させた結果と等しい。
【００１５】
この場合、明るかった部分は負の干渉により電場の振幅が小さくなるので、強度は小さくなり暗くなる。一方、暗かった部分には光波が加わり、電場の振幅が大きくなるので、強度は大きくなり明るくなる。その結果、明るかった部分と暗かった部分の強度は同程度になり、コントラストが劣化する。
【００１６】
なお、上記のコントラスト劣化の説明は、信号光のデジタルパターンにおける白画素の数と黒画素の数とが同程度の場合である。一般に、デジタルパターンでは白画素の数と黒画素の数とが略等しい。白画素の数が黒画素の数より非常に多い場合には、再生画像は、信号光のデジタルパターンの明暗が反転した反転画像となることがある。但し、元の明暗画像の明部は暗く、暗部は明るくなる傾向があることは、共通している。
【００１７】
まず、再生された回折光に逆位相の直流成分を補うと、元の信号光の明暗が反転した反転画像（ネガ画像）が得られる（第１再生画像）。即ち、補充する直流成分の位相が、ホログラムからの回折光の位相と逆位相の場合には、合成光の逆フーリエ変換像では、元の明暗画像の明部は暗く、暗部は明るくなる。なお、補充する直流成分の位相が、ホログラムからの回折光の位相と同位相の場合には、第１再生画像は、元の信号光の明暗と同様の明暗のポジティブ画像（ポジ画像）となるが、ここでは、第１再生画像としてネガ画像が得られる場合について説明する。
【００１８】
次に、記録されたホログラムに反転パターンの参照光を照射して回折光を再生し、再生された回折光に逆位相の直流成分を補うと、元の信号光に近い合成光が生成され、元の信号光と同様の明暗のポジティブ画像（ポジ画像）が得られる（第２再生画像）。即ち、合成光の逆フーリエ変換像では、元の明暗画像の明部は明るく、暗部は暗くなる。
【００１９】
次に、第２再生画像の輝度から第１再生画像の輝度を画素毎に減算すると、減算して得られた値は、元の明暗画像の明部では正となり、元の明暗画像の暗部では負となる。また、減算後の輝度値に基づいて得られた画像は、元の信号光と同様の明暗画像であり、且つ第２再生画像よりコントラストの高いポジティブ画像（ポジ画像）である（第３再生画像）。
【００２０】
上述したように、例えば二値のデジタルデータ「０，１」を「暗（黒画素）、明（白画素）」と定義しておけば、減算して得られた値が正の画素（明部）は「１」、減算して得られた値が負の画素（暗部）は「０」というように、減算して得られた値の正負により、二値のデジタルデータを精度良く再生することができる。
【００２１】
上記の例では、二値のデジタルデータ「０，１」をそれぞれ１つの画素「暗（黒画素）、明（白画素）」で表現し、２種類の再生画像を減算処理させることによって復号処理を実施する方法について説明した。しかし、二値のデジタルデータ「０，１」は、白画素と黒画素によるページ内での組み合わせパターンによって表現することも可能である。例えば、２画素で１ビットを表現する符号化方法（白黒＝０、黒白＝１など）が知られている（Science 265,749-752(1994)）。この場合、１種類の再生画像（第３の再生画像）を用いて復号処理を実施する。次に、この例の復号処理方法について説明する。
【００２２】
通常、再生画像は読み出し時に記録媒体や光学系に起因するノイズ光の影響を受けて、Ｓ／Ｎ比が劣化する。このため、上記のネガ画像とポジ画像とは、信号成分とノイズ成分を含んだ画像となり、白画素と黒画素との明るさの差異（輝度の差異）が小さくなる。この現象は、多重記録において多重度が増加するほど顕著になる。従って、ノイズ成分が多い場合には、ネガ画像又はポジ画像の一方を用いて復号処理を実施すると、ビットエラーが大きくなり、記録されたデータを正しく復元することが難しくなる。
【００２３】
これに対し、第２再生画像（ポジ画像）の輝度から第１再生画像（ネガ画像）の輝度を減算する減算処理を行うと、減算処理で得られた第３の再生画像は、Ｓ／Ｎ比が改善されたコントラストが大きな画像となる。Ｓ／Ｎ比が改善される理由は、同じホログラムから再生された第１再生画像と第２再生画像とは、共通のノイズ成分を含んでいるので、第２再生画像の輝度から第１再生画像の輝度を減算することで、共通するノイズ成分がキャンセルされるためである。これらＳ／Ｎ比が改善された第３再生画像を用いて復号処理を行うことで、二値のデジタルデータを精度良く再生することができるのである。
【００２４】
また、上記の例では、第２再生画像の輝度から第１再生画像の輝度を減算する例について説明したが、それとは逆に、第１再生画像の輝度から第２再生画像の輝度を減算しても同様の復号処理を行うことができる。また、多値のデジタルデータにも適用できる。
【００２５】
なお、再生像の生成は、ホログラムからの回折光と補充した直流成分との干渉の結果として実現される。即ち、干渉波（合成波）の振幅が増加するように、回折光と直流成分との位相差を設定することで、元の信号光パターンが再生される。
【００２６】
直流成分の位相の設定は、空間光変調器の信号光用画素の輝度を適宜変更することにより行うことができる。空間光変調器は、入射光の偏光を変調して出射させる。その偏光変調は、入射光を位相変調、振幅変調することによりなされる。つまり、偏光変調することにより位相変調、振幅変調することが可能である。そして、偏光変調の大きさは、空間光変調器に表示する画像の輝度に依存する。従って、その画像の輝度を設定することにより、直流成分の位相を設定することができる。
【００２７】
（第１の実施の形態）
図２は、本発明の実施の形態に係るホログラム記録再生装置の概略構成を示す図である。本実施の形態では、透過型の空間光変調器と透過型の光記録媒体とを用いる記録再生装置について説明する。このホログラム記録再生装置では、信号光と参照光とを同軸で光記録媒体に照射することができる。
【００２８】
このホログラム記録再生装置には、コヒーレント光であるレーザ光を発振する光源５０が設けられている。光源５０のレーザ光照射側には、レンズ５２、５４からなるビームエキスパンダー５５が配置されている。ビームエキスパンダ５５の光透過側には、透過型の空間光変調器５８が配置されている。空間光変調器５８は、パターン発生器６０を介してパーソナルコンピュータ５６に接続されている。なお、図示はしないが、パーソナルコンピュータ５６は、通常通り、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、メモリ、入力装置、及び出力装置を備えている。
【００２９】
パターン発生器６０は、パーソナルコンピュータ５６から供給されたデジタルデータに応じて空間光変調器５８に表示するパターンを生成し、空間光変調器５８は、表示パターンに応じて入射したレーザ光を変調し、ページ毎のデジタル画像（信号光）と参照光とを生成する。
【００３０】
空間光変調器５８の光透過側には、図示しない偏光板、レンズ６２、６４、光記録媒体７２に信号光及び参照光を照射するフーリエ変換レンズ６６が、光路に沿ってこの順に配置されている。また、レンズ６２とレンズ６４との間には、信号光及び参照光のフーリエ変換像から直流成分を除去するマスク６８が、光路に対し挿入及び退避可能に配置されている。また、マスク６８は、マスク６８を駆動する駆動装置７０を介してパーソナルコンピュータ５６に接続されている。
【００３１】
マスク６８としては、フーリエ変換像の直流成分を除去できるものであれば何を用いてもよく、例えば、フーリエ変換像の直流成分だけを反射する微小ミラー、フーリエ変換像の直流成分だけを吸収するフィルタ等を使用することができる。
【００３２】
ホログラム再生時、光記録媒体７２に参照光が照射されると、照射された参照光は、ホログラムによって回折され、回折光は光記録媒体７２を透過して射出される。従って、光記録媒体７２の回折光出射側には、フーリエ変換レンズ７４と、ＣＣＤやＣＭＯＳアレイ等の撮像素子で構成され、受光した再生光（回折光）を電気信号に変換して出力する光検出器７６とが配置されている。光検出器７６は、パーソナルコンピュータ５６に接続されている。
【００３３】
図３は、パーソナルコンピュータ５６によって実行される記録再生処理の処理ルーチンを示すフローチャートである。
まず、ステップ１００で、記録処理が選択されたか、再生処理が選択されたかを判断し、記録処理が選択された場合には、ステップ１０２で、駆動装置７０を駆動してマスク６８を光路に挿入する。次のステップ１０４で、光源５０からレーザ光を照射すると共にパーソナルコンピュータ５６からデジタルデータを所定のタイミングで出力し、ホログラムの記録処理を実行して、ルーチンを終了する。
【００３４】
ここで、ホログラムの記録処理について説明する。
光源５０から発振されたレーザ光は、ビームエキスパンダ５５により大径のビームにコリメートされて、空間光変調器５８に照射される。パーソナルコンピュータ５６からデジタルデータが入力されると、パターン発生器６０において、供給されたデジタルデータに応じて信号光パターンが生成され、予め用意した参照光パターンと合成されて、空間光変調器５８に表示されるパターンが生成される。空間光変調器５８では、表示されたパターンに応じてレーザ光が偏光変調され、信号光と参照光とが生成される。
【００３５】
空間光変調器５８の中央部分をデータ表示用（信号光用）に使用すると共に、空間光変調器５８の周辺部分を参照光用に使用する（図４参照）。空間光変調器５８の中央部分に入射したレーザ光は、表示パターンに応じて偏光変調され、信号光が生成される。一方、空間光変調器５８の周辺部分に入射したレーザ光は、表示パターンに応じて偏光変調され、参照光が生成される。その後、信号光と参照光は、図示しない偏光板を透過して、振幅分布に変換される。
【００３６】
空間光変調器５８で生成された信号光及び参照光は、レンズ６２によりフーリエ変換される。フーリエ変換された信号光及び参照光は、マスク６８に照射され、信号光及び参照光のフーリエ変換像から直流成分が除去される。マスク６８で遮断されなかった信号光及び参照光は、レンズ６４で逆フーリエ変換され、レンズ６６により再びフーリエ変換されて、光記録媒体７２に同時に且つ同軸で照射される。これによって、光記録媒体７２中で信号光と参照光とが干渉して、干渉パターンがホログラムとして記録される。
【００３７】
光記録媒体７２としては、例えば、フォトポリマーやアゾポリマー等の記録材料を用いたホログラム記録用の光記録媒体を用いることができる。
【００３８】
図３のステップ１００で、再生処理が選択された場合には、ステップ１０６で、駆動装置７０を駆動してマスク６８を光路から退避させる。次のステップ１０８で、再生された回折光に直流成分を補うための表示画像の輝度値を演算し、光源５０からレーザ光を照射すると共にパーソナルコンピュータ５６から演算した輝度値を所定のタイミングで出力し、第１再生画像の取得処理を実行する。
【００３９】
第１再生画像の取得処理では、図５（Ａ）に示すように、空間光変調器５８の中央部分に均一パターン（輝度が０以外の同一輝度の画素）を表示し、空間光変調器５８の周辺部分には記録時と同じ参照光パターンを表示する。これにより、空間光変調器５８の中央部分に入射したレーザ光が均一に偏光変調され、信号光の直流成分が生成される。一方、空間光変調器５８の周辺部分に入射したレーザ光は表示パターンに応じて偏光変調され、参照光が生成される。偏光変調の大きさは輝度の値によって制御できる。したがって、位相の変化量も輝度の値によって制御できる。つまり、直流成分と参照光の位相の変化量も輝度の値によって制御できる。
【００４０】
生成された信号光の直流成分と参照光とが、図示しない偏光板により振幅分布に変換された後、レンズ６２、６４、６６を介して、光記録媒体７２のホログラムが記録された領域に照射される。照射された参照光は、ホログラムによって回折され、回折光は光記録媒体７２を透過して射出される。また、照射された信号光の直流成分は光記録媒体７２を透過する。光記録媒体７２から射出した回折光と信号光の直流成分とは、レンズ７４により逆フーリエ変換され、光検出器７６に入射する。これにより、レンズ７４の焦点面では再生像を観察することができる。
【００４１】
この再生像（第１再生画像）が光検出器７６によって検出される。検出されたアナログデータは光検出器７６によってＡ／Ｄ変換され、第１再生画像の画像データがパーソナルコンピュータ５６に入力され、ＲＡＭ（図示せず）に保持される。第１再生画像は元の明暗画像のネガ画像となる。再生処理で付与した信号光の直流成分とホログラムからの回折光との位相差Δφの余弦（ｃｏｓ（Δφ））が負の場合、第１再生画像は元の明暗画像のネガ画像となる。
【００４２】
次に、図３のステップ１１０で、光源５０からレーザ光を照射すると共に、ステップ１０８で演算した輝度値をパーソナルコンピュータ５６から所定のタイミングで出力し、第２再生画像の取得処理を実行する。
【００４３】
第２再生画像の取得処理では、図５（Ｂ）に示すように、空間光変調器５８の中央部分に均一パターン（第１再生画像の取得に用いたパターンと同じ輝度）を表示し、空間光変調器５８の周辺部分には記録時とは明暗を反転させた参照光パターンを表示する。これにより、空間光変調器５８の中央部分に入射したレーザ光が均一に偏光変調され、信号光の直流成分が生成される。一方、空間光変調器５８の周辺部分に入射したレーザ光は表示パターンに応じて偏光変調され、反転パターンの参照光が生成される。参照光のパターンは、第１再生画像の取得に用いたパターンに対して、強度が反転している。これは、空間周波数分布は不変だが、位相がπずれていることを意味する。
【００４４】
生成された信号光の直流成分と参照光とが、図示しない偏光板により振幅分布に変換された後、レンズ６２、６４、６６を介して、光記録媒体７２のホログラムが記録された領域に照射される。照射された参照光は、ホログラムによって回折され、回折光は光記録媒体７２を透過して射出される。前述したように、参照光の位相は、第１再生画像の取得に用いた参照光の位相に対して、πずれている。したがって、回折光においても、πずれることになる。また、照射された信号光の直流成分は光記録媒体７２を透過する。光記録媒体７２から射出した回折光と信号光の直流成分とは、レンズ７４により逆フーリエ変換され、光検出器７６に入射する。レンズ７４の焦点面では再生像を観察することができる。
【００４５】
この再生像（第２再生画像）が光検出器７６によって検出される。検出されたアナログデータは光検出器７６によってＡ／Ｄ変換され、第２再生画像の画像データがパーソナルコンピュータ５６に入力され、ＲＡＭ（図示せず）に保持される。直流成分は、第１再生画像の取得に用いたものと同じであり、かつ、回折光は、第１再生画像の取得に用いた回折光と位相がπずれている。したがって、第２再生画像の取得の場合は、付与した信号光の直流成分とホログラムからの回折光との位相差Δθ＝Δφ−πの余弦（ｃｏｓ（Δθ））が正になる。よって、第２再生画像は元の明暗画像のポジ画像となる。
【００４６】
ステップ１１０で、第２再生画像の取得処理が終了すると、次のステップ１１２に進み、輝度の差分を演算する。即ち、ＲＡＭに保持された第１再生画像の画像データと第２再生画像の画像データとを読み出し、第２再生画像の画像データから第１再生画像の画像データを減算処理して、デジタル画像（信号光）の各画素について減算処理を実施する（輝度の差分を演算する）。ここで、減算後の輝度分布（画像データ）に基づいて生成した第３再生画像は、第２再生画像と同じ元の明暗画像のポジ画像であり、第１再生画像、第２再生画像よりもコントラストが高い。
【００４７】
次に、ステップ１１４で、第３再生画像を用いて、二値のデジタルデータに復号して、ルーチンを終了する。これにより、信号光に保持されたデジタルデータが精度よく復号される。
【００４８】
以上説明した通り、本実施の形態では、信号光のフーリエ変換像から直流成分が除去された状態でホログラムの記録が行われるので、ホログラムの記録時に信号光の直流成分による不要露光が防止され、ダイナミックレンジを有効に使用することができ、多重度が向上する。
【００４９】
また、本実施の形態では、記録されたホログラムに記録時と同じパターンの参照光を照射して回折光を再生し、再生された回折光に逆位相の直流成分を補うと、元の信号光の明暗が反転した反転画像（ネガ画像）が得られる（第１再生画像）。これに対し、記録されたホログラムに反転パターンの参照光を照射して回折光を再生し、再生された回折光に逆位相の直流成分を補うと、元の信号光に近い合成光が生成され、元の信号光と同様の明暗のポジティブ画像（ポジ画像）が得られる（第２再生画像）。
【００５０】
上記の通り、同じホログラムから信号光のネガ画像である第１再生画像と信号光のポジ画像である第２再生画像とを取得し、この第２再生画像の画像データと第１再生画像の画像データとを画素毎に減算処理することで、共通のノイズ成分がキャンセルされ、Ｓ／Ｎ比が改善された高コントラストの第３再生画像を生成することができる。
【００５１】
減算処理後の第３再生画像の輝度値に基づいて復号処理を行うことで、デジタルデータの復号精度が向上する。上記の例では、デジタルデータ「０，１」が、白画素と黒画素によるページ内での組み合わせパターンによって表現する符号化を用いた場合である。
【００５２】
一方、デジタルデータ「０，１」をそれぞれ１つの画素「暗（黒画素）、明（白画素）」で表現した場合、２種類の再生画像を減算処理させることによって復号処理を実施することもできる。つまり、この場合は、減算処理後の第３再生画像を用いるのではなく、第１再生画像と第２再生画像の各画素の輝度において、一方から他方を減算し、その差分の正負、あるいは、値によってデジタルデータに復号することもできる。この符号化方法によれば１画素で１ビットを表現することができるので、高記録密度を実現することができる。
【００５３】
（実施の形態の変形例）
なお、上記の実施の形態では、再生用に反転パターンの参照光を用いる例について説明したが、第２再生画像の取得時に照射する参照光は、反転パターンの参照光には制限されない。記録時の参照光とは異なる参照光、即ち、記録時の参照光と空間周波数が同じで位相が異なる参照光であればよい。
【００５４】
また、上記の実施の形態では、第１再生画像の画像データから第２再生画像の画像データを減算処理して新たな第３再生画像を生成する例について説明したが、第２再生画像の画像データから第１再生画像の画像データを減算処理して新たな第３再生画像を生成してもよい。ポジ画像の画像データからネガ画像の画像データを減算処理して輝度の差分を演算することが好ましい。ポジ画像の画像データからネガ画像の画像データを減算処理することでノイズの除去効率が向上する。
【００５５】
また、上記の実施の形態では、信号光と参照光とを同軸に光記録媒体に照射する例で説明したが、信号光と参照光とが同軸で光記録媒体に照射されない２光波光学系の記録方法にも本発明を適用することが可能である。
【００５６】
また、上記の実施の形態では、回折光に逆位相の直流成分を補充して、第１再生画像としてネガ画像を、第２再生画像としてポジ画像を得る場合について説明したが、本発明はその場合に限られない。ホログラムからの回折光と直流成分との位相差を制御することにより、１つのホログラムからポジティブ画像及びネガティブ画像の再生像を取得できる。例えば、補充する直流成分の位相が、ホログラムからの回折光の位相と同位相の場合には、第１再生画像は、元の信号光の明暗と同様の明暗のポジティブ画像（ポジ画像）となる。この場合は、第１再生画像としてポジ画像を、第２再生画像としてネガ画像を得て、第１再生画像の輝度から第２再生画像の輝度を減算して第３再生画像を生成することができる。
【００５７】
また、上記の実施の形態では、第１再生画像と第２再生画像を取得する際に用いた直流成分は共通であった。しかし、その直流成分は共通である必要はない。付与した直流成分とホログラムからの回折光との位相差の余弦（ｃｏｓ（Δφ）とｃｏｓ（Δθ））の正負が、互いに逆になれば良い。つまり、ｃｏｓ（Δφ）×ｃｏｓ（Δθ）＜０になればよい。
【００５８】
次に、上述したネガポジ再生画像の取得方法の原理を、数式を用いて説明する。
記録処理で空間光変調器で表現する、任意の信号光パターンの振幅分布をｓ（ｘ，ｙ）とする。ｓ（ｘ，ｙ）の値は、黒画素では０、白画素では１とする。ｓ（ｘ，ｙ）をフーリエ変換するとフーリエ成分Ｓ（μ,ν）が得られる。Ｓ（μ,ν）を直流成分ＳDCδ（μ,ν）と高次成分ＳH（μ,ν）に分解して、下記式で表現できる。
【００５９】
Ｓ（μ,ν）＝ＳDCδ（μ,ν）＋ＳH（μ,ν）
【００６０】
記録処理では、直流成分は除去されるため、ＳH（μ,ν）のみが、記録媒体に照射される。一方、参照光パターンの振幅分布をｒ（ｘ，ｙ）とすると、その全フーリエ成分から直流成分を除いた高次の成分ＲH（μ,ν）が記録媒体に照射され、ＳH（μ,ν）と干渉することによって、ホログラムを記録する。
【００６１】
第１の再生処理では、記録時に用いた参照光パターンｒ（ｘ，ｙ）と共に、直流成分を付与するためのパターン（輝度が一定）を空間光変調器に表示する。これらをフーリエ変換して、ホログラムに照射すると、ＲH（μ,ν）によりホログラムからＳH（μ,ν）が回折され、付与した直流成分はホログラムを透過する。それらはレンズにより逆フーリエ変換されて光検出器に入射し検出される。光検出器に入射する光の強度分布Ｉ（ｘ'，ｙ'）は、下記式（１）で表される。
【００６２】
Ｉ（ｘ'，ｙ'）∝｛１＋１／［ａDCｃｏｓ（Δφ）］ｔｓH（ｘ'，ｙ'）｝2  （式１）
【００６３】
ここで、ａDCは付与する直流成分の振幅（正の数）、Δφは、付与する直流成分と回折光との位相差、ｔは回折効率に依存する正の定数、ｓH（ｘ'，ｙ'）はＳH（μ,ν）の逆フーリエ変換である。ｃｏｓ（Δφ）＞０のとき、Ｉ（ｘ'，ｙ'）はポジ画像となる。一方、ｃｏｓ（Δφ）＜０のとき、Ｉ（ｘ'，ｙ'）はネガ画像となる。ｃｏｓ（Δφ）が正になるか負になるかは、使用する空間光変調器の特性によって決まる。本発明においては、ｃｏｓ（Δφ）は正でも負でもよく、次に述べる第２の再生処理の方法により、コントラストが反転した再生像を得ることができる。
【００６４】
第２の再生処理では、記録時に用いた参照光パターンの明暗が反転したパターン［１−ｒ（ｘ，ｙ）］を用いること以外は、第１の再生処理と同じである。第２の再生処理で用いる参照光パターンをフーリエ変換すると、Ａδ（μ,ν）−ＲH（μ,ν）となる（Ａは定数）。第１項のδ関数は、ホログラムからの回折光を発生させない。一方、−ＲH（μ,ν）は、記録時に用いた参照光ＲH（μ,ν）と空間周波数分布は同じで、位相がπずれている。したがって、ホログラムから［−ＳH（μ,ν）］を回折することができる。光検出器に入射する光の強度分布Ｉ'（ｘ'，ｙ'）は、下記式（２）で表される。
【００６５】
Ｉ'（ｘ'，ｙ'）∝｛１―１／［ａDCｃｏｓ（Δφ）］ｔｓH（ｘ'，ｙ'）｝2  （式２）
【００６６】
（式１）と（式２）との比較から、Ｉ（ｘ'，ｙ'）とＩ'（ｘ'，ｙ'）とは、互いにコントラストが反転していることが分かる。
【実施例】
【００６７】
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００６８】
図２に示す装置と同じ構成の装置を用いて実験を行い、本発明の効果を確認した。
光源５０には、波長５３２ｎｍのレーザ光源を用いた。フーリエ変換レンズ６２、６４の焦点距離はそれぞれ１５０ｍｍ、１００ｍｍとした。フーリエ変換レンズ６６、７４には、焦点距離２０ｍｍのレンズを用いた。空間光変調器５８には、１０２４×７６８画素（２５６階調、画素の一辺の長さは１９μｍ）を有する液晶パネルを用いた。光検出器７６には、空間光変調器５８の１画素を６×６画素で受光するＣＭＯＳイメージセンサーを用いた。マスク６８には、１００μｍ×１００μｍの中心領域で直流成分を吸収除去するフィルタを用い、フーリエ変換レンズ６２、６４の焦点位置に配置した。光記録媒体７２としては、膜厚２５０μｍのアゾポリマーシートを用いた。
【００６９】
また、実験で用いたデータ画像を次のように作成した。まず、二値のデジタルデータ「０，１」をそれぞれ黒−白画素、白−黒画素（黒画素：輝度０；白画素：輝度２５５）の連続画素として表現した。この符号化方法では、「黒-白画素」を「０」、「白-黒画素」を「１」と判断する。また、信号光パターンの領域を３２０×３２０画素とした。信号光パターンの周辺にある参照光パターンの領域は、二値のランダム画像とした。図６（Ａ）が記録時に空間光変調器５８に表示した記録パターンである。
【００７０】
これに対し、図６（Ｂ）が第１再生画像（ネガ画像）の取得処理時に空間光変調器５８に表示した再生用パターンＮであり、図６（Ｃ）が第２再生画像（ポジ画像）の取得処理時に空間光変調器５８に表示した再生用パターンＰである。再生用パターンＮ、Ｐの信号光領域には、全画素の輝度が１９２である画像が表示されている。これにより、空間光変調器５８の信号光領域を透過した光が、信号光の直流成分として回折光に補充される。
【００７１】
また、再生用パターンＮの参照光パターンは、記録時の参照光パターンと同じであるが、再生用パターンＰの参照光パターンは、記録時の参照光パターンの反転画像である。これにより、第２再生画像の再生時には、第１再生画像の再生時に照射される参照光とは明暗が反転した参照光が、光記録媒体７２に照射される。
【００７２】
まず、図６（Ａ）に示す記録パターンを用い、信号光及び参照光をフーリエ変換し、信号光のフーリエ変換像を強度変調ホログラムとして光記録媒体７２に記録した。次に、図６（Ｂ）に示す再生用パターンを用い、このパターンを空間光変調器５８に表示して読み出し光を生成し、生成された読出し光を記録したホログラムに照射して、ネガ画像の再生を行った。再生像を光検出器７６で検出し、ヒストグラムを生成して評価した。図７（Ａ）に再生像の一部を示し、図７（Ｂ）にそのヒストグラムを示す。
【００７３】
ヒストグラムの横軸は２５６階調で表現した輝度値の差分を表し、縦軸は画素の検出頻度を表す。黒丸●は黒画素の輝度から白画素の輝度を減算して得られた値（差分）をプロットしたものであり、白丸○は白画素の輝度から黒画素の輝度を減算して得られた値（差分）をプロットしたものである。黒丸●の分布と白丸○の分布とが左右に大きく分離しているほど、高コントラストであり、デジタルデータ「０」と「１」が明確に判定できる。このヒストグラムから確率計算を行うことにより、ＢＥＲ（ビット・エラー・レート）を求めることができる。
【００７４】
次に、図６（Ｃ）に示す再生用パターンを用い、このパターンを空間光変調器５８に表示して読み出し光を生成し、生成された読出し光をホログラムに照射して、ポジ画像の再生を行った。再生像を光検出器７６で検出し、ヒストグラムを生成して評価した。図８（Ａ）に再生像の一部を示し、図８（Ｂ）にそのヒストグラムを示す。また、上記ポジ画像から上記ネガ画像を減算して第３再生画像を生成した。図９（Ａ）に再生像の一部を示し、図９（Ｂ）にそのヒストグラムを示す。
【００７５】
実験結果から分かるように、図６（Ｂ）に示す再生用パターンを用いた場合には、図７（Ａ）に示すようにネガ画像が得られ、図６（Ｃ）に示す再生用パターンを用いた場合には、図８（Ａ）に示すようにポジ画像が得られた。このポジ画像からネガ画像を減算することで、図９（Ａ）に示すように、第３再生画像としてポジ画像が得られた。
【００７６】
図９（Ａ）で再生された信号光パターンでは、図７（Ａ）や図８（Ａ）で再生された信号光パターンよりも、コントラストが改善されていることがわかる。また、図９（Ｂ）に示したヒストグラムからも、黒丸●の分布と白丸○の分布とが左右に大きく分離しており、コントラストが改善されていることがわかる。
【００７７】
更に、図７（Ｂ）に示す第１再生画像のヒストグラムから求めたＢＥＲが１．６×１０−3であり、図８（Ｂ）に示す第２再生画像のヒストグラムから求めたＢＥＲが１．５×１０−3であるのに対し、図９（Ｂ）に示すヒストグラムから求めたＢＥＲは８．１×１０−5とこれらより２桁小さくなり、ＢＥＲが大幅に改善されていることがわかる。
【００７８】
なお、図６（Ｃ）では、参照光パターンの外側全体は白画素となっているが、この領域は、均一輝度の領域であれば、どんな輝度でも良い。光記録媒体への不要露光を抑制する上で、黒画素（暗画素）を用いることが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】デジタルデータの復号原理を説明するための図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るホログラム記録再生装置の概略構成を示す図である。
【図３】記録再生処理の処理ルーチンを示すフローチャートである。
【図４】空間光変調器の表示画像を示す図である。
【図５】（Ａ）は第１再生画像を取得する場合の空間光変調器の表示画像を示す図であり、（Ｂ）は第２再生画像を取得する場合の空間光変調器の表示画像を示す図である。
【図６】（Ａ）は実施例で用いた記録パターンを示す図であり、（Ｂ）は実施例で第１再生画像の再生に用いた再生用パターンＮであり、（Ｃ）は実施例で第２再生画像の再生に用いた再生用パターンＰである。
【図７】（Ａ）は第１再生画像の部分拡大図であり、（Ｂ）は第１再生画像のヒストグラムである。
【図８】（Ａ）は第２再生画像の部分拡大図であり、（Ｂ）は第２再生画像のヒストグラムである。
【図９】（Ａ）は第３再生画像の部分拡大図であり、（Ｂ）は第３再生画像のヒストグラムである。
【符号の説明】
【００８０】
５０   光源
５２   レンズ
５５   ビームエキスパンダ
５６   パーソナルコンピュータ
５８   空間光変調器
６０   パターン発生器
６２   レンズ
６４   レンズ
６６   レンズ
６８   マスク
７０   駆動装置
７２   光記録媒体
７４   レンズ
７６   光検出器
【図１】
0004605104.tif 000002
【図２】
0004605104.tif 000003
【図３】
0004605104.tif 000004
【図４】
0004605104.tif 000005
【図５】
0004605104.tif 000006
【図６】
0004605104.tif 000007
【図７】
0004605104.tif 000008
【図８】
0004605104.tif 000009
【図９】
0004605104.tif 000010