(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
各々が複数の画素からなる２次元変調された複数の２次元変調パターンシンボルの集合としてデータページが記録された記録媒体から最尤復号処理により当該データページを再生する２次元復調方法であって、
像センサ上の前記記録媒体から受光された再生像の画素ずれ値を検出するステップと、
前記記録媒体から受光された再生像を示す前記像センサの出力信号を前記２次元変調パターンシンボルに応じてブロック化して信号シンボルデータへ分割するステップと、
前記画素ずれ値に応じて前記信号シンボルデータ毎の最尤復号を実行するステップと、
を含むことを特徴とする２次元復調方法。
【請求項２】
記録すべきデータをＭビットごとにグループ化するステップと、グループ化されたＭビットごとに２次元変調テーブルによりシンボルごとにＮビットデータ（ただしＭ＜Ｎ、Ｍ、Ｎは整数）として割り当てる２次元変調を実行して前記データページを生成するステップと、を介して、前記２次元変調されたデータページは、生成されたことを特徴とする請求項１記載の２次元復調方法。
【請求項３】
前記画素ずれ値に応じて複数の基準信号を算出するステップと、前記画素ずれ値に対する前記基準信号を示す基準信号変換テーブルを作製して記憶するステップと、を含み、前記画素ずれ値に応じて前記基準信号変換テーブルを参照して、前記信号シンボルデータ毎の最尤復号を実行することを特徴とする請求項１又は２記載の２次元復調方法。
【請求項４】
前記像センサはマトリクス型であり、前記画素ずれ値は前記像センサにおける行及び列方向の画素ずれ値の組み合わせを含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の２次元復調方法。
【請求項５】
前記信号シンボルデータへ分割するステップにおいて、遮光パターンを前記２次元変調パターンシンボルの１つとして追加して前記最尤復号を実行することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の２次元復調方法。
【請求項６】
前記最尤復号を実行するステップにおいて、トレリス線図における初期状態及び最終状態は前記遮光パターンとすることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の２次元復調方法。
【請求項７】
前記最尤復号を実行するステップにおいて、トレリス線図における状態値は、前記２次元変調されたデータページの変調規則における入力データに対応させることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の２次元復調方法。
【請求項８】
前記最尤復号は判定帰還ビタビ検出であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の２次元復調方法。
【請求項９】
各々が複数の画素からなる２次元変調された複数の２次元変調パターンシンボルの集合としてデータページが記録された記録媒体から最尤復号処理により当該データページを再生する２次元復調装置であって、
像センサと、
前記像センサ上の前記記録媒体から受光された再生像の画素ずれ値を検出する手段と、
前記記録媒体から受光された再生像を示す前記像センサの出力信号を前記２次元変調パターンシンボルに応じてブロック化して信号シンボルデータへ分割する手段と、
前記画素ずれ値に応じて前記信号シンボルデータ毎の最尤復号を実行する手段と、を含むことを特徴とする２次元復調装置。
【請求項１０】
可干渉光を出射する光源と、前記可干渉光から参照光を生成する手段と、空間光変調器を介しデータページを含む信号光を生成する手段と、前記参照光及び信号光を前記記録媒体に照射する照射手段と、を有することを特徴とする請求項９記載の２次元復調装置。
【請求項１１】
前記画素ずれ値に応じて複数の基準信号を算出するステップと、前記画素ずれ値に対する前記基準信号を示す基準信号変換テーブルを作製して記憶するステップと、を含み、前記画素ずれ値に応じて前記基準信号変換テーブルを参照して、前記信号シンボルデータ毎の最尤復号を実行することを特徴とする請求項９又は１０記載の２次元復調装置。
【請求項１２】
前記最尤復号は判定帰還ビタビ検出であることを特徴とする請求項９〜１１のいずれかに記載の２次元復調装置。
【請求項１３】
各々が複数の画素からなる２次元変調された複数の２次元変調パターンシンボルの集合としてデータページが記録された記録媒体から最尤復号処理により当該データページを再生するホログラム装置であって、
像センサと、
前記像センサ上の前記記録媒体から受光された再生像の画素ずれ値を検出する手段と、
前記記録媒体から受光された再生像を示す前記像センサの出力信号を前記２次元変調パターンシンボルに応じてブロック化して信号シンボルデータへ分割する手段と、
前記画素ずれ値に応じて前記信号シンボルデータ毎の最尤復号を実行する手段と、を含むことを特徴とするホログラム装置。
【請求項１４】
可干渉光を出射する光源と、前記可干渉光から参照光を生成する手段と、空間光変調器を介しデータページを含む信号光を生成する手段と、前記参照光及び信号光を前記記録媒体に照射する照射手段と、を有することを特徴とする請求項１３記載のホログラム装置。
【請求項１５】
前記画素ずれ値に応じて複数の基準信号を算出するステップと、前記画素ずれ値に対する前記基準信号を示す基準信号変換テーブルを作製して記憶するステップと、を含み、前記画素ずれ値に応じて前記基準信号変換テーブルを参照して、前記信号シンボルデータ毎の最尤復号を実行することを特徴とする請求項１３又は１４記載のホログラム装置。
【請求項１６】
前記最尤復号は判定帰還ビタビ検出であることを特徴とする請求項１３〜１５のいずれかに記載のホログラム装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は２次元復調方法及び２次元復調装置に関し、特に記録媒体に対して光学的に情報記録又は情報再生が行われるメモリシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
メモリシステムとして、フォトポリマーなどからなるホログラム記録媒体に対して光学的に情報記録又は情報再生が行われるホログラムメモリシステムが知られている。【０００３】
ホログラムメモリシステムにおいて、データをホログラム記録媒体（以下単に記録媒体という）に記録する場合、入力データに基づき２次元変調を行い、２次元データであるデータページと呼ばれる単位にして、それを複数の変調用画素が２次元的に配置された空間光変調器に表示して、これにより光を空間変調して信号光を生成する。信号光と参照光とを記録媒体中で干渉させ、その干渉縞を記録媒体に記録する。【０００４】
一方、記録媒体から２次元データを再生する場合、記録媒体の記録部位に記録時と同一条件の参照光のみを照射することにより再生光（回折光）を生成し、再生光で結像される再生像を像センサで受光して、元のデータページを再生する。【０００５】
ホログラムメモリシステムにおいて雑音の影響で上記出力信号が変形して正確に元の入力データを再生できない場合があるので、これを防止するため、いわゆる判定帰還ビタビ検出処理を用いる手法が提案されている（特許文献１参照）。【０００６】
かかる判定帰還ビタビ検出処理においては、扱うデータが２次元であることを利用して、例えば、多数の受光画素を矩形に配置して構成されるマトリクス型の像センサにおいて、現在の行（受光画素の行）の一つ上の行では正確に再生処理が為されたと仮定して当該一つ上の行の影響を差し引いて現在の行からの出力信号に基づいてビタビ検出処理を行う、すなわち、列方向の判定帰還を行い列方向における変化の推移をも用いてビタビ検出処理が実行される。例えば、最上端の行で受光した出力信号に基づいて入力データを再生するとき、当該最上端の行のさらに上の行（仮想的な行）における受光量は零であることが判っているので、当該最上端の行からの出力信号に基づいて入力データを再生するときには、そのまま再生して判定帰還は施さない。次に、上から２行目の行からの出力信号に基づいて入力データを再生するときは、最上端の行では出力信号に基づいて、当該最上段の行の更に上の行からの影響を受けることなく、入力データが再生されたと仮定し、当該最上端の行の入力データからの影響を差し引いて再生する。更に、上から３行目の行からの出力信号に基づいて入力データを再生するときは、上から２行目の行では出力信号に基づいて正確に入力データが再生されたと仮定し、当該上から２行目の行の入力データからの影響を差し引いて再生する。このとき、ビタビ検出処理の方向は、例えば、像センサ内で左から右へ行方向に行われており、判定帰還の方向は列方向である。【０００７】
しかしながら、特許文献１記載の従来の判定帰還ビタビ検出処理においては、空間光変調器内の各画素と対応する像センサ内の各画素との相対的位置関係が実際には種々の方向にずれていること（いわゆる画素ずれ）に起因して、像センサ上の再生像から正確に判定帰還ビタビ検出処理ができない問題点があった。すなわち、画素ずれの方向と判定帰還の方向が異なる場合には、判定帰還ビタビ検出処理ができない。【０００８】
判定帰還ビタビ再生処理を行って、記録媒体のデータページを再生する際に、空間光変調器内の１つの画素と、これに対応する像センサ内の１つの受光画素との相対的な画素ずれ方向を光学系全体の伝達関数から検出し、当該検出された画素ずれ方向に基づいて、判定帰還ビタビ再生処理における判定帰還方向及び状態ブロック形状を設定する方法が提案されている（特許文献２参照）。【０００９】
特許文献２記載の段落（０１２０）〜（０１２０）並びその対応のトレリス線図においてビタビ検出が説明されているが、ビタビ検出結果として、時刻ｋの測定値ｒkを用いて各状態遷移に対してブランチメトリックＢk【００１０】
【数１】
0004741000.tif 000002
【００１１】
（ｓkは時刻ｋでの状態遷移の理想出力）を計算し、時刻ｋにおいて状態Ｓn（ｎ＝１，…，４）のそれぞれに至る２本のパスに対してパスメトリックＬk【００１２】
【数２】
0004741000.tif 000003
【００１３】
を計算し、パスメトリックＬkが小さいパスを各状態に至る生き残りパスとして残している。【００１４】
画素（１ビット）単位毎にメトリック計算を行い、全組み合わせから最小のパスメトリックを選んで、その生き残りパスを構成する状態値がこの行の検出結果になる。【００１５】
一方、ホログラムメモリシステムでは、光源の強度分布や、使用する光学部品、さらに、記録媒体の特性の不均一性等によって、再生像に不均一な光強度分布が発生する。そこでデータページの画素判別時の誤り増加するのを防ぐため、１：２差分符号、または、２：４差分符号や、４：８、または、６：８バランス符号などの２次元変調が用いられている（特許文献３参照）。２次元変調は、ＯＮ（明）とＯＦＦ（暗）の２種類の情報ビットが２次元的に配置されたビットパターンを生成する２次元符号化であり、記録すべきデータビットの幾つかが空間光変調器内の所定数画素からなる単位シンボル（２次元変調パターンシンボル）へ変換され、入力データが複数の単位シンボルの集合として変換されたものである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
データページが２次元変調されている場合、従来の判定帰還ビタビ検出処理においては、１画素づつ検出処理を進めるために、検出結果が２次元変調規則の単位シンボル（２次元変調パターンシンボル）に合わなくなる可能性があった。
【００１７】
例えば、２：４変調の場合、４画素からなる単位シンボル内の１画素のみが白でその他の3画素は黒であるという変調規則があるが、判定帰還ビタビ検出結果のシンボル内に白画素が２個ある場合が出現する。【００１８】
また、判定帰還ビタビ検出結果は２次元変調パターンシンボルの符号になるため、元のデータに戻すための復調プロセスが必要になる。
【００１９】
さらに、従来は、画素ずれは判定帰還ビタビ検出によるデータの再生を行う前に、予め検出していた。例えば電源起動の時や、記録媒体交換の時に、一度だけ検出していた。ホログラムの再生において、記録媒体を移動させたり、参照光の角度を変えたりするなどの理由で再生光（再生像）の像センサへの照射位置が動くことが実際にはあり、したがって、光学的な伝達関数が変わることになる。このような場合、判定帰還ビタビ検出がうまく働かずエラーが増加してしまうなどの問題もあった。【００２０】
そこで、本発明の解決しようとする課題には、エラー低減を可能にする２次元復調方法及びホログラム装置を提供することが一例として挙げられる。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明の２次元復調方法は、各々が複数の画素からなる２次元変調された複数の２次元変調パターンシンボルの集合としてデータページが記録された記録媒体から最尤復号処理により当該データページを再生する２次元復調方法であって、
像センサ上の前記記録媒体から受光された再生像の画素ずれ値を検出するステップと、
前記記録媒体から受光された再生像を示す前記像センサの出力信号を前記２次元変調パターンシンボルに応じてブロック化して信号シンボルデータへ分割するステップと、
前記画素ずれ値に応じて前記信号シンボルデータ毎の最尤復号を実行するステップと、を含むことを特徴とする。
【００２２】
本発明の２次元復調装置は、各々が複数の画素からなる２次元変調された複数の２次元変調パターンシンボルの集合としてデータページが記録された記録媒体から最尤復号処理により当該データページを再生する２次元復調装置であって、
像センサと、
前記像センサ上の前記記録媒体から受光された再生像の画素ずれ値を検出する手段と、
前記記録媒体から受光された再生像を示す前記像センサの出力信号を前記２次元変調パターンシンボルに応じてブロック化して信号シンボルデータへ分割する手段と、
前記画素ずれ値に応じて前記信号シンボルデータ毎の最尤復号を実行する手段と、を含むことを特徴とする。
【００２３】
本発明のホログラム装置は、各々が複数の画素からなる２次元変調された複数の２次元変調パターンシンボルの集合としてデータページが記録された記録媒体から最尤復号処理により当該データページを再生するホログラム装置であって、
像センサと、
前記像センサ上の前記記録媒体から受光された再生像の画素ずれ値を検出する手段と、
前記記録媒体から受光された再生像を示す前記像センサの出力信号を前記２次元変調パターンシンボルに応じてブロック化して信号シンボルデータへ分割する手段と、
前記画素ずれ値に応じて前記信号シンボルデータ毎の最尤復号を実行する手段と、を含むことを特徴とする。
【００２４】
最尤復号は、復元された信号が、元のビット列を直接表したものではなく先行する信号と相関を持ったものであるという相関性に基づいて、もっとも確からしい(Maximum Likelihood)すなわち確率の高いビット列を推測して元の符号を検出していく方法である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明による実施形態のホログラム記録再生システムを示す概略構成図である。
【図２】本発明による実施形態の２次元復調方法にかかる２：４変調の２次元変調テーブルを説明する図である。
【図３】本発明による実施形態のホログラム記録媒体の情報を記録するホログラム装置における空間光変調器の概略を示す部分正面図である。
【図４】本発明による実施形態のホログラムメモリシステムにおける像センサの受光素子上の再生像を示す部分正面図である。
【図５】本発明による実施形態のデータページの再生処理のフローチャートである。
【図６】本発明による実施形態のデータページの再生処理の４ビットからなる信号シンボルデータを説明する概念図である。
【図７】本発明による実施形態の再生像と像センサの受光エリアにおける像シンボル及び信号シンボルの関係を説明する概念図である。
【図８】本発明による実施形態の像シンボル及び信号シンボルの関係を説明する概念図である。
【図９】本発明による実施形態の２次元変調パターンシンボル毎の判定帰還ビタビ検出によるトレリス線図である
【図１０】本発明による他の実施形態の像シンボル及び信号シンボルの関係を説明する概念図である。
【図１１】本発明による他の実施形態の２次元復調方法にかかる１：２変調の２次元変調テーブルを説明する図である。
【図１２】本発明による他の実施形態の２次元復調方法にかかる５：９変調の２次元変調テーブルの一部を説明する図である。
【図１３】本発明による他の実施形態の２次元復調方法にかかる６：９変調の２次元変調テーブルの一部を説明する図である。
【符号の説明】
【００２６】
１０  記録媒体
２０  像センサ
２１  第２レンズ
２５  エンコーダ
２６  デコーダ
３２  コントローラ
１６  対物レンズ
ＨＭ  ビームスプリッタ
ＬＤ  光源
ＳＨ  シャッタ
ＢＸ  ビームエキスパンダ
ＳＬＭ  空間光変調器
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下に本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【００２８】
＜ホログラム装置＞
図１に、ホログラムメモリシステムとして、情報の記録及び／又は再生用のホログラム装置の一例を示す。
【００２９】
レーザ光源ＬＤから発した可干渉性のレーザ光１２の光路上には、ハーフミラーHM、シャッタＳＨ、ビームエキスパンダＢＸ、透過型の空間光変調器ＳＬＭ、対物レンズ１６、フォトポリマーなどの記録媒体１０、第２レンズ２１、像センサ２０が配置されている。
【００３０】
ハーフミラーHMはレーザ光１２を分割して参照光を生成し、反射ミラーＲＭ１、ＲＭ２とともに参照光光学系として機能する。
【００３１】
シャッタＳＨはコントローラ３２に制御され、記録媒体１０への光ビームの照射時間を制御する。
【００３２】
ビームエキスパンダＢＸは、シャッタＳＨを通過した光の径を拡大して平行光線とし空間光変調器ＳＬＭを照射する。
【００３３】
空間光変調器ＳＬＭは複数の変調用画素が２次元的に配置されたマトリクス配置の透過型の液晶表示装置（Liquid Crystal Display：LCD）のパネルである。空間光変調器ＳＬＭはたとえば縦４８０×横６４０画素を有し、エンコーダ２５からのデータページを表示して照射された光を空間的なＯＮ信号及びＯＦＦ信号に光変調し、信号光１２ａとして対物レンズ１６へ導く。記録すべきデータDATAが供給されたエンコーダ２５は、コントローラ３２に制御される。
【００３４】
対物レンズ１６は、シャッタＳＨが開いたとき（記録時）、信号光１２ａをフーリエ変換するとともに、記録媒体１０の装着位置の後方に焦点を結ぶように、集光する。
【００３５】
記録媒体１０は支持部６０上に装着される。
【００３６】
参照光光学系の反射ミラーＲＭ２は、参照光１２を記録媒体１０へ所定入射角度で照射する。反射ミラーＲＭ２の作用により、記録媒体１０内部にて参照光１２を信号光１２ａに対して所定角度で交差させる。
【００３７】
交差する信号光と参照光とは記録媒体１０内で干渉し、この干渉縞が記録媒体１０内に屈折率格子として記憶されることにより、データページの記録が行われる。また、信号光に対しする参照光との交差角を変えることにより、複数のデータページの角度多重記録が可能となる。
【００３８】
像センサ２０は、空間光変調器画素に対応する複数の受光素子が２次元的に配置されたＣＣＤ（電荷結合素子）や相補型金属酸化膜半導体装置などのアレイなどから構成される。さらに、像センサ２０にはデコーダ２６が接続されている。デコーダ２６はコントローラ３２へ接続される。像センサ２０の受光素子と空間光変調器の画素とは一対一に対応する必要はなく、空間光変調器に表示されるデータページの像特に各画素が区別できる個数、配置の受光素子配列を有していればよい。
【００３９】
記録されたデータページを記録媒体１０から再生する場合には、シャッタＳＨで信号光を遮断し、記録時と同じ交差角で参照光のみを入射させる。参照光が照射された記録媒体１０の入射側の反対側に、記録された信号光に対応した再生光（回折光）が現れる。これにより、再生光が第２レンズ２１を通して像センサ２０へ導かれる。像センサ２０が再生光による再生像を受光して、電気的な再生像信号に再変換した後、デコーダ２６を介してデータDATAがコントローラ３２へに送り、コントローラ３２により元の入力データが再生される。
【００４０】
＜２次元変調＞
ホログラム装置においては、ホログラム記録用２次元変調として例えば、２：４変調が記録時に実行される。２：４変調は、レーザ光を空間光変調器ＳＬＭに通過させることによって記録するデータページを決定する際に、空間光変調器ＳＬＭの隣接する４個の変調用画素を一組とし、各組を構成する画素数の４分の１が光を透過し、その４分の３は光を遮るようにする。図２に示す２次元変調テーブルのように、２：４変調は、記録すべき入力データを２ビット単位で区切り（上段）、入力データ２ビットを、４ビット（２×２＝４画素）の２次元変調パターンシンボル（下段）へ変調するものである。
【００４１】
この際、２次元変調パターンシンボルは、図２に示すように、空間光変調器ＳＬＭの４つの画素からなり、そのうちただ一つの画素のみ光を透過し、他の３つの画素は光を遮る。どの部分が光を透過させるかの場合分けは４通りあり、すなわち、２：４変調で表すことができるビット数は２ビットに相当する。
【００４２】
２：４変調でビット列データを記録したい場合、空間光変調器ＳＬＭ上では、例えば、左上方から右に読み進み、右端に達した時点で左端に移動し、一段（２画素）下がって、再び右に読み進むように２次元変調パターンシンボルを整列する。２：４変調では、ＯＮビットを表す明ビットの数が少なくなることから、１ページを記録するために必要なホログラムの回折効率は低下するが、パターン上においてＯＮを示す明ビットの現れる確率が小さくなるために、明ビットの連続が回避され、パターンのフーリエ変換像における低周波成分の集中が緩和される。
【００４３】
図３は、かかるデータページを表示する空間光変調器ＳＬＭの部分正面図を示す。明暗ドットパターンは各セルのＯＮ（明）及びＯＦＦ（暗）の電圧印加状態で表示され、透過、非透過のパターンとなる。空間光変調器ＳＬＭは中央データ領域ＤＲにおいてデータ（２次元変調パターンシンボルの集合）を表示し、位置決めマークＬＭを例えば、その４隅に表示する。透過型の空間光変調器ＳＬＭはマトリクス状に分割された複数の画素電極を有する検光子付きの液晶パネルなどであり、コントローラ３２によりエンコーダ２５を介し電気的に制御されている。
【００４４】
各ページを再生するため記録媒体を移動させるなどの理由で再生像の照射位置が変動することや、また、取り付け位置の調整などの理由から、通常、像センサの受光エリアは再生像が照射される面積より多少広めになるように選ばれる。そのため、像センサ出力から再生像が照射されたエリアを特定することが必要になる。ホログラム記録するデータページには、図３に示すように変調したデータと共にデータ位置を検出するための位置決めマークＬＭをページ内（図ではページ内左上の１つの位置決めマークＬＭのみ示すが、例えば４隅でもよい）に入れておく。
＜２次元復調＞
次に、当該記録されたデータページの再生処理について、２次元変調の例として、図２に示した２：４変調がなされている場合について説明する。
【００４５】
図４は、ホログラムメモリシステムにおける像センサ２０の受光素子elementsの４×４個の部分を示す。ｄｘ，ｄｙは再生光による再生画素像image（あるいは空間光変調器、明暗を逆にして破線で示す）と受光素子との画素ずれである。かかる画素ずれ、点拡がり関数特性などの光学伝達特性による２次元的な画素間の干渉があるため、正確に元の入力データを再生できないので、本実施形態では、記録媒体からの２次元的なデータ検出の方法として、画素毎の判定帰還ビタビ検出でなく、２次元に拡張し２：４変調などの２次元変調パターンシンボルに対応したシンボル毎の最尤復号処理、例えば判定帰還ビタビ検出を行う。
【００４６】
図５は判定帰還ビタビ検出を用いた２次元復調装置におけるデータページの再生処理のフローチャートを示す。
【００４７】
データページが記録された記録媒体に参照光を照射し、記録媒体から現れる再生光を像センサで受光してデータページ信号を獲得する。（再生処理）
データ再生時、まずデータページ信号から位置決めマークの位置検出を行う（ステップＳ１）。
【００４８】
位置決めマークの位置検出は、既知の位置決めマークのテンプレートとデータページ信号の所定部分の相関計算をデータページ信号の所定部分の位置毎に行い、相関値が最大となった位置を位置決めマークの位置とする。この位置検出結果は、画素単位の座標（整数座標）となる。
【００４９】
次に、図４に示した再生画素と受光素子間の画素ずれｄｘ，ｄｙを検出する（ステップＳ２）。これはＳ１で検出した整数座標からの相対的な位置のずれであり小数点座標となる。また右方向及び下方向を正として、左方向及び上方向を負とする。この画素ずれ検出は、ステップＳ１で計算した最大相関値とその周りの相関値から、重心計算で行うことができる。ステップＳ１、Ｓ２で計算した整数座標と小数点座標から、ビタビ検出の開始点、終了点、判定帰還の方向を決定する。
【００５０】
その他、例えば、特開平５−１２０４３６号公報、特開平１０−１２４６６６号公報、特開２００１−１９５５９７号公報に示されるようなテンプレートマッチング技術によって検出位置決めマークの画素ずれ量を求めてもよい。
【００５１】
次に、再生像を示す像センサの出力信号を２：４変調の２次元変調パターンシンボルに応じてブロック化して信号シンボルデータへ分割する（ステップＳ３）。
【００５２】
分割は、図６のように４ビットからなる信号シンボルsyd（列方向（上から下への判定帰還方向ＤＦ）、行方向（左から右へのビタビ検出方向ＶＡ）とも２画素すなわち４ビット）データ単位ごとに判定帰還ビタビ検出するためである。像センサの出力信号により示される再生像（装置のメモリ空間において展開された）を２次元変調パターンシンボル毎に信号シンボルへ分割することは、例えば、１つのデータページの出力信号を所定ビット数ごとに等間隔に区切って、各シンボルに分けることで実現できる。すなわち、像センサの出力信号を２次元変調パターンシンボルに応じてブロック化して信号シンボルデータを設定する。
【００５３】
これ以降の説明のため、測定すべき受光信号に対応する２：４変調シンボルを信号シンボルと呼び、再生画素像からなる２：４変調シンボルを像シンボルと呼ぶ。図７は再生像と像センサの受光エリアの関係の一例を示す。破線は再生像を表しており、実線は像センサの受光エリアを表している。ここで、Ｙｉｊは４つの再生画素像からなる像シンボル、Ｓｉｊは測定すべき受光信号すなわち信号シンボルとする。シンボル中ｉは行の番号、ｊは列の番号を表している。
【００５４】
まず、位置決めマークの位置を基準位置として、図７のように再生像を像シンボル毎にまとめる。例えば、２：４変調の場合、再生像を像シンボル縦２×横２画素づつに分け、それぞれを同じサイズの像シンボルＹｉｊ、信号シンボルＳｉｊとする。行あたりのシンボル数は、信号シンボルＳが像シンボルＹより１つ多くなるようにする。
【００５５】
一方、２：４変調の２次元変調パターンシンボルに対応したシンボル毎の判定帰還ビタビ検出のために、画素ずれに応じて基準信号Ｒを算出する（ステップＳ４）。
【００５６】
図４に示すように再生像と受光エリアの画素ずれがある場合、各受光素子の出力は素子に入力した再生像の面積に比例すると考えられる。従って、ｄｘ、ｄｙをそれぞれ水平方向、垂直方向の画素ずれ値とすると、画素ずれの伝達関数Ｈは次のようになる。
【００５７】
【数３】
0004741000.tif 000004
【００５８】
ここで、理想的な雑音のない再生像Ｐを次式のようなｍ行、ｎ列の画素Ｐｍｎの行列で表すとすると、測定すべき像センサの出力（基準信号）Ｒは、次のようにＲ＝Ｐ＊Ｈで計算できる。ここで、＊は畳み込み演算を表す。
【００５９】
【数４】
0004741000.tif 000005
【００６０】
従って、画素ずれに応じて種々の基準信号Ｒを予め算出できる。
【００６１】
例えば、図８のように４つの像シンボルＹ００，Ｙ０１，Ｙ１０，Ｙ１１の組み合わせを再生像Ｐとして、その時の基準信号Ｒを上述した計算式で算出する。
【００６２】
次に、画素ずれ量に基づいて判定帰還ビタビ検出処理を行う（ステップＳ５）。判定帰還ビタビ検出処理は後述する。
【００６３】
次に、データページの再生継続又は終了を判別して（ステップＳ６）、継続であればステップＳ１へ戻り、再生終了であれば終了する。
【００６４】
また、上述のステップＳ４は、再生処理前に予め基準信号を計算しメモリ等の記憶装置に記憶しておき、再生処理時に基準信号算出する代わりに記憶装置から基準信号を読み出して判定帰還ビタビ検出を行ってもよい。
【００６５】
この場合は、画素ずれ毎（例えば、横ｄｘ、縦ｄｙそれぞれ０．１画素毎）、及び、図８に示す４個の像シンボルＹ００，Ｙ０１，Ｙ１０，Ｙ１１の組み合わせ毎に、基準信号を予め計算して記憶装置に格納しておく。ここで、４つの像シンボルＹ００，Ｙ０１，Ｙ１０，Ｙ１１の組み合わせは、例えば２：４変調の場合、図２に示した４種類の２次元変調パターンシンボルに遮光する全黒パターンを加えた合計５種類の２次元変調パターンシンボルの組み合わせとする。従って、その組み合わせ数は５×５×５×５＝６２５となる。遮光する全黒パターンを加える理由は、一番端の像シンボルのさらに隣は再生光が照射されていない部分（全黒）であるためである。なお、上述の基準信号の算出において図を持って概念的に説明しているが、基準信号Ｒは２行２列のｒ００，ｒ０１，ｒ１０，ｒ１１を表す信号として記憶される。
【００６６】
このように画素ずれ値に対する基準信号を示す基準信号変換テーブルを作製して記憶する、すなわち、基準信号を予め計算して記憶装置に入れておくので、ビタビ検出時の計算量を減らすことができる。
【００６７】
２：４変調に限らず、他の２次元変調パターンシンボルにおいて同じサイズの像シンボル及び信号シンボルを規定することは、１画素ずつではなく、数画素をまとめて、ビタビ検出を行うために有効である。
【００６８】
いずれにしても、像シンボルの各々についての所定の画素ずれ値の複数にそれぞれ対応する複数の基準信号を算出して、コントローラ３２などのＲＡＭ（Random Access Memory）等の記憶装置に記憶させておく（基準信号変換テーブル）。
【００６９】
＜判定帰還ビタビ検出＞
次に、得られた像センサ出力信号を、判定帰還ビタビ検出する方法ついて説明する。
【００７０】
先ず、検出済みの画素ずれ値と図７に示す最上の行のデータから、それに対応する基準信号を記憶装置の基準信号変換テーブルを参照して、ビタビ復調を行う。
【００７１】
図７に示す一番上の行の検出を行う場合、一つ上の行は再生光が照射されていない部分であるので全て黒である。
【００７２】
画素ずれ値ｄｘ，ｄｙは検出済みであり上の行は既知であるので、像シンボルＹ００と左隣の２次元変調パターンシンボルの画素が決まれば、基準信号Ｒが決まることになる。この場合、同様に、像シンボルＹ００の左隣の２次元変調パターンシンボルの画素は黒である。
【００７３】
図９は、像シンボルＹｉｊと左隣の像シンボルＹｉ（ｊ−１）の関係を表した、本実施形態の２次元変調パターンシンボル毎の判定帰還ビタビ検出によるトレリス線図である。このトレリス線図の像シンボルIMAGE SYMBOLの状態数は図２に示した２次元変調パターンシンボルの数に相当する。また、その状態値State０，１，２，３は２次元変調規則すなわち図２の入力データ００，０１，１０，１１に対応させてある。縦２×横２画素（２：４変調シンボルサイズ）のパターン数は１６種類であるが、その中から図２に示した４つのパターンのみをトレリス線図の状態として選ぶ。さらに最初の像シンボルのさらに前と最後の像シンボルのさらに後ろは再生光が照射されていない再生像のない部分であるので、その状態（全黒パターン）は仮にＮとしてある。
【００７４】
画素ずれ値ｄｘ，ｄｙは検出済みであり上の行は既知であるので、最初は全黒パターンと像シンボルＹｉ０の組み合わせ（４種類）の基準信号Ｒを予め計算しておいた記憶装置の基準信号変換テーブルから読み出し、その基準信号Ｒと実際の測定すべき信号（信号シンボルＳｉ０）から４個のブランチメトリックｂ０、パスメトリックＬ０を計算する。画素単位ではなく、２次元変調パターンシンボル毎にメトリック計算を行ってビタビ検出を行う。ブランチメトリック、パスメトリックは後述する。
【００７５】
次に像シンボルＹｉ０とＹｉ１の組み合わせ（１６種類）の基準信号Ｒを記憶装置から読み出し、同様に１６個のブランチメトリックｂ１、パスメトリックＬ１の計算を行う。
以降、順次同様の計算を行っていき、最後は像シンボルＹｉｎと全黒パターンの組み合わせ（４種類）で４個のブランチメトリック、パスメトリックの計算を行う。
【００７６】
図９に示すトレリス線図の像シンボルＹｉ（ｊ−１）とＹｉｊの間の各線分は、像シンボルＹｉ（ｊ−１）とＹｉｊの組み合わせを表し、従って各線分毎に基準信号Ｒが決まる。その線分毎の基準信号Ｒと実際の測定すべき信号（信号シンボルＳｉ０）を比較したものをブランチメトリックとする。つまりブランチメトリックは、シンボルの組み合わせ（の基準信号）と実際の再生像の相関を表したものになる。パスメトリックはブランチメトリックを繋げていったものに相当し、つまり、一行のシンボル列全体の相関を表したものになる。
【００７７】
ブランチメトリックの計算を以下の式１で行う場合は、値が小さいほど相関が高い結果になるので、全組み合わせから最小のパスメトリックを選んで、そのパスを構成する状態値が最適な検出結果になる。この状態値は図２に示した２：４変調の２次元変調規則の入力データであるので、従って検出値は２：４変調が復調されたデータになる。
【００７８】
全組み合わせから最小のパスメトリックを選ぶ方法は、ビタビアルゴリズムで行う。
【００７９】
次の行の検出を行う場合、前の行は検出済みであるので、上記と同様に検出する。
【００８０】
＜メトリック計算＞
像シンボルＹｉｊにおけるブランチメトリックｂｊ、及びパスメトリックＬｊの計算は次の（式１）で表される。ここで、シンボルは２：４変調シンボルであるため、基準信号Ｒと実際の測定すべき信号（信号シンボルＳｉｊ）は次式の行列で表される。ここで、Ｒのｒ００，ｒ０１，ｒ１０，ｒ１１は基準信号を構成する画素を表し、Ｓｉｊのs００，s０１，s１０，s１１は信号シンボルを構成する画素を表し、sｍｎ、ｒｍｎはそれぞれs００，s０１，s１０，s１１およびｒ００，ｒ０１，ｒ１０，ｒ１１を一般化した表現とする。
【００８１】
【数５】
0004741000.tif 000006
【００８２】
、 
0004741000.tif 000007
【００８３】
【数６】
0004741000.tif 000008
【００８４】
（式１）
0004741000.tif 000009
【００８５】
このようにすることで、基準信号と実際の測定すべき信号（信号シンボルＳｉ０）の比較が２次元変調パターンシンボル毎に行われるので、例えば、上述の２：４変調の場合、縦２画素×横２画素がシンボルとなるので、図６のように４ビットからなるシンボル（列方向、行方向とも２画素）毎に検出を進め、この時のメトリック計算は基準信号と信号シンボルとの差を計算するため、あるいは別の言い方をすれば、信号シンボル列（測定出力）に最も似ている基準信号列を探していることになるため、ビタビ検出結果は２次元変調規則に必ず合うようになる。その結果、画素毎のビタビ検出に比べエラーレートが向上する。
【００８６】
さらに、トレリス線図の像シンボルの状態を２次元変調規則に対応させるため、検出結果はデータそのものになり、復調プロセスは必要なくなる。従来の別であったビタビ検出と復調プロセスが一緒になる。
【００８７】
また従来は、再生像が照射されている部分の最上端の行のさらに上の行、あるいは最下端の行のさらに下の行における受光量は零であるとして考慮していたが、これに加えて、最初の像シンボルのさらに前と最後の像シンボルのさらに後ろも、再生光が照射されていない部分としてビタビ検出の際に考慮することことにより、エラーレートが向上する。
【００８８】
また、ビタビ検出の際の基準信号は、縦横方向の画素ずれの組み合わせで予め作成しておき、また画素ずれの検出はデータページの再生のたびに行い、対応する基準信号を参照してビタビ検出に反映させる。これにより、記録媒体を移動させたり、参照光の角度を変えたりするなどの理由で再生光の照射位置が微妙に動く場合でも、ビタビ検出がうまく働くことになる。
【００８９】
実施形態では説明を簡単化するため、上述の２：４変調の場合、図８に示すように基準信号の計算に４つの像シンボルから計算したが、画素ずれによるシンボル間干渉は隣接する１画素からのみ影響を受けるので、図１０に示すように太い破線内を計算すればよい。つまり、図１０の像シンボルＹ００の右下画素、像シンボルＹ０１の下側２画素、像シンボルＹ１０の右側２画素、像シンボルＹ１１から基準信号を計算する。従って、基準信号の組み合わせ数を減らすことができ、基準信号を記憶しておく記憶装置のメモリ量を削減できる。また、ブランチメトリック計算も像シンボルＹ１０の右側２画素と像シンボルＹ１１の組み合わせで計算すればよい。例えば、図２の入力データ００と１０は右側２画素の変調パターンが同じであるので、図９におけるＹｉ（ｊ−１）の状態０・１・３とＹｉｊの状態０・１・２・３の組み合わせのブランチメトリックを計算すればよいことになり、計算量も減らすことができる。
【００９０】
上述の実施形態では１例として２：４変調をあげたが、図１２、図１３に示す様な３×３＝９画素を１シンボルとする変調や、４×４＝１６画素を１シンボルとする変調であってもよい。Ｍ個のビットがＮ画素の２次元的に配置されたシンボルに変換されればよい。すなわち、２次元変調は、２：４変調だけでなく、Ｍ：Ｎ変調が可能であり、記録すべきデータをＭビット（ただしＭ＜Ｎ、Ｍ＝整数）ごとにグループ化するステップと、グループ化されたＭビットごとに２次元変調テーブルによりシンボルごとにＮビットデータとして割り当てる２次元変調を実行してデータページを生成するステップと、データページに応じて空間光変調器を駆動するステップと、を含めばよい。ここで、Ｍ：Ｎ変調のＭは入力データのビット数を示し、Ｎは変調パターンの画素数を示しており、その変調パターン数は２Ｍになる。例えば、５：９変調の場合、列方向、行方向とも３画素毎にビタビ検出を進める。この時の状態数は２５＝３２になる。６：９変調の場合、列方向、行方向とも３画素毎にビタビ検出を進める。この時の状態数は２６＝６４になる
図１１に１：２変調の２次元変調テーブルを示す。図１２に５：９変調の２次元変調テーブルを示す。図１３に６：９変調の２次元変調テーブルを示す。
【００９１】
また上述の実施形態では、判定帰還方向は上から下、ビタビ検出方向は左から右として説明したが、判定帰還方向を下から上、ビタビ検出方向を右から左などにしてもよい。
【００９２】
さらに、上述の実施形態では２次元復調装置としてホログラム記録媒体を用いたホログラムメモリシステムについて説明したが、本発明はこれには限定されず、種々のバーコード、２次元コードのための２次元コード読取装置などにおける２次元復調装置にも適用できる。
【００９３】
さらにまた、上述の実施形態ではシンボル毎の最尤復号処理として判定帰還ビタビ検出を例に説明したが、他の最尤復号、例えば、BCJR復号法（L.R. Bahl, J. Cocke, F. Jelinek, and J. Raviv, ”Optimal decoding of linear codes for minimizing symbol error rate,” - IEEE Transactions on Information Theory, March. 1974, pp284-287）を用いても同様の効果を奏する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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