(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
二値のデジタルデータを明暗画像で表す信号光と参照光とをフーリエ変換して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、読み出し用の参照光を照射し、記録されたホログラムによる回折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ステップと、
前記回折光と、前記回折光に含まれる前記信号光の直流成分の位相とは異なる位相の直流成分とを合成して合成光を生成し、該合成光の逆フーリエ変換像を検出して、前記第１画像データの反転画像である第２画像データを取得するステップと、
前記第１画像データと前記第２画像データとを用いて減算処理を行い、前記明暗画像の画素毎に輝度の差分を演算するステップと、
を備えたデータ再生方法。
【請求項２】
演算された差分の正負により各画素の符号を判定し、二値のデジタルデータに復号するステップをさらに備えた請求項１に記載のデータ再生方法。
【請求項３】
前記合成光のコントラストが増加するように、前記回折光と前記直流成分とを合成する請求項１又は２に記載のデータ再生方法。
【請求項４】
逆フーリエ変換面において、前記回折光の直流成分の振幅をＡ１、再生時に付与した直流成分の振幅をＡ２、前記回折光の直流成分との位相差をΔφとしたとき、Ａ１、Ａ２及びΔφが下記関係式（１）及び（２）を満たす請求項１乃至３のいずれか１項に記載のデータ再生方法
Ａ１＋Ａ２ｃｏｓ（Δφ）＜０    式（１）
Ａ１＜Ａ２                      式（２）        
【請求項５】
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、演算された差分が正の画素の符号は１と判定し、演算された差分が負の画素の符号は０と判定する請求項１乃至４のいずれか１項に記載のデータ再生方法。
【請求項６】
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請求項１乃至５のいずれか１項に記載のデータ再生方法。
【請求項７】
コリメート光を空間光変調器により位相変調して、所定位相の前記直流成分を生成する請求項１乃至６のいずれか１項に記載のデータ再生方法。
【請求項８】
空間光変調器に表示される画素の輝度を変更することにより、コリメート光を位相変調
する請求項７に記載のデータ再生方法。
【請求項９】
二値のデジタルデータを明暗画像で表す信号光と参照光とをフーリエ変換して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、読み出し用の参照光を照射し、記録されたホログラムによる回折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第１画像データ取得手段と、
前記回折光と、前記回折光に含まれる前記信号光の直流成分の位相とは異なる位相の直流成分とを合成して合成光を生成し、該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第２画像データ取得手段と、
前記第１画像データと前記第２画像データとを用いて減算処理を行い、前記明暗画像の画素毎に輝度の差分を演算する差分演算手段と、
を備えたデータ再生装置。
【請求項１０】
演算された前記明暗画像の差分の正負により各画素の符号を判定し、二値のデジタルデータに復号する復号手段をさらに備えた請求項９に記載のデータ再生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、データ再生方法及び装置に関し、特に、二値の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データ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、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。高記録密度を実現するためには、多重度を大きく、１ページ当たりのデータ量（ページデータ量）を多くする必要がある。しかしながら、多重度やページデータ量が増加すると、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）が大きく低下してしまう、という問題がある。
【０００３】
この問題を解決するために、本出願人は、偏光ホログラムからは偏光状態の異なる２種類の回折光が生じることを利用して、記録された偏光ホログラムからポジティブ画像とネガティブ画像の２枚の再生像を撮像し、それらを比較することによって両者に共通のノイズを低減する方法を提案している（特許文献１）。
【特許文献１】特開平１０−３４０４７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載されたノイズの低減方法は、偏光ホログラムが記録されている場合にしか適用できない、という問題があった。例えば、強度変調ホログラムでは、１つのホログラムから２種類の再生画像を得ることはできなかった。
【０００５】
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、二値の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ことができるデータ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】
【０００６】
上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、二値のデジタルデータを明暗画像で表す信号光と参照光とをフーリエ変換して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、読み出し用の参照光を照射し、記録されたホログラムによる回折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ステップと、前記回折光と、前記回折光に含まれる前記信号光の直流成分の位相とは異なる位相の直流成分とを合成して合成光を生成し、該合成光の逆フーリエ変換像を検出して、前記第１画像データの反転画像である第２画像データを取得するステップと、前記第１画像データと前記第２画像データとを用いて減算処理を行い、前記明暗画像の画素毎に輝度の差分を演算するステップと、を備えたことを特徴としている。
【０００７】
さらに、請求項２に記載の発明は、上記ステップの後に、演算された差分の正負により各画素の符号を判定し、二値のデジタルデータに復号するステップと、を備えたことを特徴としている。
【０００８】
本発明のデータ再生方法では、光記録媒体にはフーリエ変換ホログラムが記録されるが、記録されたホログラムによる回折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、回折光とこの回折光の直流成分とは位相が異なる直流成分とを合成して合成光を生成し、該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。このように１つのホログラムから２種類の画像データを得て、第１画像データと第２画像データとを用いて減算処理を行い、明暗画像の画素毎に輝度の差分を演算することで、２種類の画像データに共通に含まれるノイズがキャンセルされる。従って、デジタルページの符号化方法によらず、デジタルデータを精度良く再生することができる。さらに、演算された差分の正負により各画素の符号を判定することにより、二値の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符号化方法を考案した。この方法では、１画素で１ビットを表現できる。
【発明の効果】
【０００９】
以上説明したように本発明によれば、二値の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】
【００１０】
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。
【００１１】
（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、フーリエ変換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。
【００１２】
ホログラムから得られた回折光は、元の信号光を再生したものである。即ち、元の明暗画像の明部は明るく、暗部は暗くなり、回折光の逆フーリエ変換像（第１再生画像）は、元の信号光と同様の明暗のポジティブ画像（ポジ画像）になる。一方、ホログラムからの回折光に逆位相の直流成分を合成した場合には、元の明暗画像の明部は暗く、暗部は明るくなり、合成光の逆フーリエ変換像（第２再生画像）は、元の信号光の明暗が反転した反転画像（ネガ画像）となる。
【００１３】
この場合には、第１再生画像の輝度から第２再生画像の輝度を減じたときの差分は、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。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、差分が正の画素は「１」、差分が負の画素は「０」というように、差分の正負により各画素の符号を正確に判定することができ、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。
【００１４】
また、上記の２つの例では、第１再生画像の輝度から第２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２再生画像の輝度から第１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。さらに、第１再生画像の輝度から第２再生画像の輝度を減じることにより、新たに生成した画像を複合処理に用いることもできる。この減算処理により生成した画像は、前記２種類の再生画像よりもＳ／Ｎ（シグナル−ノイズ比）が向上しているため、符号化方法によらず、二値のデジタルデータを精度よく復号することができる。
【００１５】
ネガ画像（第２再生画像）の再生は、ホログラムからの回折光と付加した直流成分との干渉の結果として実現される。即ち、回折光と直流成分とが逆位相の場合は、合成光の直流成分の負の振幅が増加するように、付加する直流成分の位相差と振幅とを設定することでネガ画像を得ることができる。
【００１６】
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。
【００１７】
次に、ホログラムからの回折光と直流成分との位相差を設定する方法について述べる。
記録されたホログラムからの回折光の位相は、再生時の参照光の位相からずれる。位相変化の度合いは、ホログラムの種類による。例えば、屈折率変調によるホログラムと吸収率変調によるホログラムでは、回折光の位相がそれぞれπ／２、πだけずれる。従って、再生像を生成するためには、この位相シフトを考慮して空間光変調器に表示する画像の輝度を設定し、直流成分を生成して回折光に付加すればよい。それにより、所望の位相差を実現できる。
【００１８】
（第１の実施の形態）
図３は、第１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。図示した通り、この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。
【００１９】
このホログラム記録再生装置には、Ｓ偏光のコヒーレント光であるレーザ光を発振する光源１０が設けられている。光源１０のレーザ光照射側には、レンズ１２、１４からなるビームエキスパンダ１５が配置されている。ビームエキスパンダ１５の光透過側には、所定方向の偏光だけを透過すると共にそれ以外の偏光を反射する偏光ビームスプリッタ１６が配置されている。以下では、偏光ビームスプリッタ１６は、Ｐ偏光を透過し、Ｓ偏光を反射するものとして説明する。
【００２０】
偏光ビームスプリッタ１６の光反射側には、反射型の空間光変調器１８が配置されている。空間光変調器１８は、パターン発生器３２を介してパーソナルコンピュータ３０に接続されている。パターン発生器３２は、パーソナルコンピュータ３０から供給されたデジタルデータに応じて空間光変調器１８に表示するパターンを生成し、空間光変調器１８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。生成された信号光と参照光とは、偏光ビームスプリッタ１６の方向に反射され、偏光ビームスプリッタ１６を透過する。
【００２１】
偏光ビームスプリッタ１６の信号光透過側には、１/４波長板２０、フーリエ変換レンズ２６が光路に沿ってこの順に配置されている。１/４波長板２０は、直線偏光を円偏光に、又は円偏光を直線偏光に変換する。
【００２２】
ホログラム再生時、光記録媒体２８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２８の反射層２８ａでフーリエ変換レンズ２６の方向に反射される。反射された回折光は、偏光ビームスプリッタ１６に入射する。偏光ビームスプリッタ１６の回折光反射側には、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３６が配置されている。光検出器３６は、パーソナルコンピュータ３０に接続されている。
【００２３】
次に、パーソナルコンピュータ３０によって実行される記録再生処理の処理ルーチンについて説明する。図４は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、ユーザは入力装置（図示せず）を操作して、記録処理か再生処理かを選択する。デジタルデータをホログラムとして記録する場合には、記録するデジタルデータを予めパーソナルコンピュータに入力しておく。  
【００２４】
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、光源１０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３０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。
【００２５】
ここで、ホログラムの記録処理について説明する。
光源１０から発振されたレーザ光は、ビームエキスパンダ１５により大径のビームにコリメートされて、偏光ビームスプリッタ１６に入射し、空間光変調器１８の方向に反射される。パーソナルコンピュータ３０からデジタルデータが入力されると、パターン発生器３２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、参照光パターンと合成されて、空間光変調器１８に表示されるパターンが生成される。空間光変調器１８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。
【００２６】
例えば、図５に示すように、空間光変調器１８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１８の周辺部分を参照光用に使用する。空間光変調器１８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１８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。
【００２７】
空間光変調器１８で偏光変調された信号光及び参照光は、偏光ビームスプリッタ１６に照射され、偏光ビームスプリッタ１６を透過して直線偏光の振幅分布に変換される。その後、１/４波長板２０で円偏光に変換され、レンズ２６によりフーリエ変換されて、光記録媒体２８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２８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。
【００２８】
本実施の形態では、第１再生画像及び第２再生画像の２種類の再生画像を取得し、これらの再生画像を用いてデジタルデータを再生する。従って、図４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１０４で、第１再生画像の取得処理を開始する。即ち、光源１０からレーザ光を照射し、第１再生画像の取得処理を実行する。
【００２９】
ここで、第１再生画像の取得処理について説明する。
図６（Ａ）に示すように、空間光変調器１８の中央部分に遮光パターン（全部、黒画素）を表示し、空間光変調器１８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１８の周辺部分に入射したレーザ光だけが偏光変調されて参照光が生成され、偏光ビームスプリッタ１６を透過して振幅分布に変換された後、１/４波長板２０、レン２６を介して、光記録媒体２８のホログラムが記録された領域に参照光だけが照射される。
【００３０】
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２８の反射層２８ａでレンズ２６の方向に反射される。反射された回折光は、レンズ２６より逆フーリエ変換され、１/４波長板２０でＳ偏光に変換されて、偏光ビームスプリッタ１６に入射し、光検出器３６の方向に反射される。レンズ２６の焦点面では再生像を観察することができる。
【００３１】
この再生像（第１再生画像）が光検出器３６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３６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３０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と同じポジ画像である。
【００３２】
次に、ステップ１０６で、再生された回折光に直流成分を付加するための表示画像の輝度値を演算し、光源１０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３０から演算した輝度値を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。
【００３３】
ここで、第２再生画像の取得処理について説明する。
上述した通り、ネガ画像（第２再生画像）の再生は、ホログラムからの回折光と付加した直流成分との干渉の結果として実現される。即ち、回折光の直流成分と付加する直流成分とが互いに逆位相の場合は、合成光の直流成分の負の振幅が増加するように、付加する直流成分の位相差と振幅とを設定することでネガ画像を得ることができる。直流成分の位相と振幅との設定は、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。
【００３４】
本実施の形態では、付加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ついて説明する。この場合は、合成光の逆フーリエ変換像（第２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。即ち、第２再生画像は元の明暗画像とは明暗が反転したネガ画像である。
【００３５】
図６（Ｂ）に示すように、空間光変調器１８の中央部分に透過パターン（輝度が０以外の同一輝度の画素）を表示し、空間光変調器１８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１８の中央部分に入射したレーザ光が偏光変調され、信号光の直流成分が生成される。さらに、空間光変調器１８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。そして、偏光ビームスプリッタ１６を透過して振幅分布に変換された後、１/４波長板２０、レン２６を介して、光記録媒体２８のホログラムが記録された領域に、生成された信号光の直流成分と参照光とが照射される。
【００３６】
透過パターンの輝度値の演算は、以下の手順で行う。
逆フーリエ変換面（光検出器３６の位置）において、ホログラムからの回折光の直流成分の振幅をＡ１、再生時に付与した直流成分の振幅をＡ２、前記回折光の直流成分との位相差をΔφとしたとき、回折光の直流成分の電場Ｅ１と、付与した直流成分の電場Ｅ２は以下の式で表される。
【００３７】
Ｅ１＝Ａ１ｅｘｐ［ｉ（ｋｚ）］
Ｅ２＝Ａ２ｅｘｐ［ｉ（ｋｚ＋Δφ）］
【００３８】
式中、ｋは光軸方向の波数、ｚは光軸方向の座標、Δφは付与する直流成分と回折光の直流成分との位相差、ｉは虚数単位を表す。
【００３９】
このとき、合成波の直流成分の電場は、Ｅ１＋Ｅ２となる。
【００４０】
Ｅ１＋Ｅ２＝｛Ａ１＋Ａ２ｅｘｐ（ｉΔφ）｝ｅｘｐ［ｉ（ｋｚ）］
【００４１】
ネガ画像の第２再生画像を得るためには、Ｅ１＋Ｅ２の振幅の実部が負になればよい。
つまり、下記式（１）を満たせばよい。また、ｃｏｓ（Δφ）の最小値は−１であるから、上式を満たすには、下記式（２）を満たすことが必要である。
【００４２】
Ａ１＋Ａ２ｃｏｓ（Δφ）＜０      式（１）
Ａ１＜Ａ２                        式（２）
【００４３】
ホログラムの回折効率は、通常、記録スケジューリング法によってほぼ一定に設計されるため、Ａ１の値は既知である。よって、Ａ２とΔφの設定は、上記式（１）と上記式（２）とを満たすようにする。望ましくは、Δφ＝π、Ａ２＝２Ａ１である。
【００４４】
空間光変調器１８の中央部分に表示する透過パターン（輝度が０以外の同一輝度の画素）の輝度値は、例えば、次のように設定できる。即ち、液晶パネルのような位相を変調できる空間光変調器では、輝度値によって、偏光ビームスプリッタ１６の透過光の振幅Ａ２と位相Δφとを同時に変調する。ホログラムからの回折光に含まれる直流成分の振幅は既知であるから、上記式（１）の左辺がなるべく小さな値になるように透過パターンの輝度値を設定できる。
【００４５】
光記録媒体２８に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２８の反射層２８ａでレンズ２６の方向に反射される。また、光記録媒体２８に照射された信号光の直流成分は光記録媒体２８の反射層２８ａでレンズ２６の方向に反射される。反射された回折光と信号光の直流成分とは、レンズ２６より逆フーリエ変換され、１/４波長板２０でＳ偏光に変換されて、偏光ビームスプリッタ１６に入射し、光検出器３６の方向に反射される。レンズ２６の焦点面では再生像を観察することができる。
【００４６】
この再生像（第２再生画像）が光検出器３６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３６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３０に入力され、ＲＡＭ（図示せず）に保持される。
【００４７】
第２再生画像の取得処理が終了すると、次のステップ１０８に進み、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、デジタル画像（信号光）の各画素について輝度の差分を演算する。
【００４８】
合成光の逆フーリエ変換像（第２再生画像）では、元の明暗画像の明部は暗く、暗部は明るくなり、元の明暗画像の反転画像（ネガ画像）が得られる。従って、第１再生画像の輝度から第２再生画像の輝度を減じたときの差分は、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。第２再生画像が第１再生画像の反転画像となるため、減算処理後の画像では、第１再生画像、第２再生画像よりもコントラストが強調されることになる。即ち、演算された差分の正負により各画素の符号を正確に判定することができ、二値のデジタルデータを精度よく再生することができる。
【００４９】
なお、信号光用データの１つの画素が光検出器３６の複数画素に対応している場合には、光検出器３６の複数画素について輝度の差分の平均値の差分を演算する。
【００５０】
次に、ステップ１１０で、演算された差分の正負により各画素の符号を判定し、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。
【００５１】
以上説明した通り、本実施の形態では、記録されたホログラムによる回折光からポジ画像を取得すると共に、この回折光に信号光のフーリエ変換像の直流成分を合成した合成光からネガ画像を取得し、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ので、減算処理後の画像では、ポジ画像、ネガ画像よりもコントラストが強調されることになる。従って、減算処理により明暗画像の画素毎に輝度の差分を演算すれば、差分の正負は明確となり、演算された差分の正負により各画素の符号を正確に判定することができ、二値のデジタルデータを精度よく再生することができる。
【００５２】
また、差分演算過程で画像データに含まれるノイズがキャンセルされるので、二値のデジタルデータを精度よく再生することができる。
【００５３】
また、上述した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。
【００５４】
加えて、減算処理後の画像は、ノイズがキャンセルされてコントラストが向上するという長所を活かして、上記の符号化方法以外の方法にも適用できる。
【００５５】
（第２の実施の形態）
図７は、第２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。第１の実施の形態では、反射型の空間光変調器と反射型の光記録媒体とを用いる記録再生装置について説明したが、第２の実施の形態では、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。なお、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点は、第１の実施の形態と同様である。
【００５６】
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。
【００５７】
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。空間光変調器５８の光透過側には、図示しない偏光板、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。
【００５８】
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を透過する。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。
【００５９】
第２の実施の形態に係るホログラム記録再生装置は、第１の実施の形態に係る装置とは構成が異なり、ホログラムの記録方法、再生方法は異なるが、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は、図４に示したルーチンと同様である。
【００６０】
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、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。
【００６１】
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、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。
【００６２】
第１の実施の形態と同様に、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５参照）。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。
【００６３】
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６６によりフーリエ変換され、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。
【００６４】
図４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１０４で、光源５０からレーザ光を照射し、第１再生画像の取得処理を実行する。
【００６５】
第１再生画像の取得処理では、図６（Ａ）に示すように、空間光変調器５８の中央部分に遮光パターン（全部、黒画素）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の周辺部分に入射したレーザ光だけが偏光変調されて参照光が生成され、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参照光だけが照射される。
【００６６】
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。射出された回折光は、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。第１再生画像は元の明暗画像と同じポジ画像である。
【００６７】
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。
【００６８】
次に、図４のステップ１０６で、再生された回折光に直流成分を付加する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２再生画像の取得処理を実行する。
【００６９】
第２再生画像の取得処理では、図６（Ｂ）に示すように、空間光変調器５８の中央部分に透過パターン（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透過され、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。そして、図示しない偏光板を透過して振幅分布に変換された後、レンズ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、生成された信号光の直流成分と参照光とが照射される。
【００７０】
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。透過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。
【００７１】
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。第２再生画像は元の明暗画像のネガ画像となる。
【００７２】
図４のステップ１０６で、第２再生画像の取得処理が終了すると、次のステップ１０８に進み、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、デジタル画像（信号光）の各画素について輝度の差分を演算する。第２再生画像が第１再生画像の反転画像となるため、減算処理後の画像では、第１再生画像、第２再生画像よりもコントラストが強調されることになる。
【００７３】
次に、ステップ１１０で、演算された差分の正負により各画素の符号を判定し、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。
【００７４】
以上説明した通り、本実施の形態では、記録されたホログラムによる回折光からポジ画像を取得すると共に、この回折光に信号光のフーリエ変換像の直流成分を合成した合成光からネガ画像を取得し、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ので、減算処理後の画像では、ポジ画像、ネガ画像よりもコントラストが強調されることになる。従って、減算処理により明暗画像の画素毎に輝度の差分を演算すれば、差分の正負は明確となり、演算された差分の正負により各画素の符号を正確に判定することができ、二値のデジタルデータを精度よく再生することができる。
【００７５】
また、差分演算過程で画像データに含まれるノイズがキャンセルされるので、二値のデジタルデータを精度よく再生することができる。
【００７６】
また、上述した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。
【００７７】
加えて、減算処理後の画像は、ノイズがキャンセルされてコントラストが向上するという長所を活かして、上記の符号化方法以外の方法にも適用できる。
【００７８】
図７に示す光学系を用いて、本発明の原理検証実験を行った。
光源５０には、波長５３２ｎｍのレーザ光源、フーリエ変換レンズ６６、７４には、焦点距離１０ｍｍのレンズを用いた。空間光変調器５８には、１０２４×７６８画素（２５６階調）を有する液晶パネルを、光検出器７６には、空間光変調器５８の１画素を３×３画素で受光するＣＭＯＳイメージセンサーを用いた。
【００７９】
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、左側の画素の輝度から右側の画素の輝度を減算し、その値が正のとき「１」、負のとき「０」と判断する。また、信号光パターンの領域を４８０×４８０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。
【００８０】
このデータ画像を用いて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。
【００８１】
次にポジ画像の再生を行った。空間光変調器５８には、記録した際に用いた参照光パターンのみを表示し、信号光パターンの領域からの透過光はホログラムに照射しないようにした。こうして生成された読出し光をホログラムに照射し、再生像を光検出器７６で検出し、評価した。図２（Ａ）に再生像の一部を示し、図２（Ｂ）にそのヒストグラムを示す。ヒストグラムの横軸は階調を表し、縦軸は画素の頻度を表す。●はデジタルデータ「０」をプロットしたものであり、○はデジタルデータ「１」をプロットしたものである。
【００８２】
次に、ネガ画像の再生を行った。空間光変調器５８には、記録した際に用いた参照光パターンを表示し、さらに、信号光パターンの領域には、全画素の輝度が１５０である画像を表示した。こうして生成された再生像の一部とヒストグラムを、それぞれ図２（Ｃ）、図２（Ｄ）に示す。
【００８３】
さらに、上記ポジ画像から上記ネガ画像を減算して生成した画像とヒストグラムを、それぞれ図２（Ｅ）、図２（Ｆ）に示す。図２（Ｅ）の信号光パターンは、図２（Ａ）や図２（Ｃ）よりもコントラストが改善されていることがわかる。さらに、ヒストグラムから求めたＢＥＲ（ビット・エラー・レート）が２桁小さくなり、改善されていることがわかる。
【００８４】
実験結果から分かるように、０次成分を付与しない場合（図２（Ａ））にはポジ画像が得られ、０次成分を付与した場合（図２（Ｃ））にはネガ画像が得られた。ポジ画像からネガ画像を減算した場合（図２（Ｅ））には、デジタルデータ「０」と「１」の分布が大きく分離して、ＢＥＲが小さくなった。即ち、０次成分を付与することにより、ホログラムからの再生像の輝度分布を制御することができ、ポジティブとネガティブの再生画像を用いて、それらの輝度を減算処理することにより、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。
【００８５】
なお、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輝度の差分を演算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輝度の差分を演算してもよい。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。
【００８６】
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。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【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】（Ａ）乃至（Ｆ）は、計算機実験の結果を示すグラフである。
【図３】第１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４】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５】空間光変調器の表示画像を示す図である。
【図６】（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７】第２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。
【符号の説明】
【００８８】
１０   光源
１２、１４    レンズ
１５   ビームエキスパンダー
１６   偏光ビームスプリッタ
１８   空間光変調器
２０   １／４波長板
２６   フーリエ変換レンズ
２８   光記録媒体
２８ａ 反射層
３０   パーソナルコンピュータ
３２   パターン発生器
３４   駆動装置
３６   光検出器
３８   マスク
５０   光源
５２、５４    レンズ
５５   ビームエキスパンダー
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
６６   フーリエ変換レンズ
６６   レンズ
６８   マスク
７０   駆動装置
７２   光記録媒体
７４   フーリエ変換レンズ
７４   レンズ
７６   光検出器 
【図１】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図７】
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【図２】
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【図６】
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