(57)【要約】【課題】位相変調マスクのパターンをもとに、符号間干渉を削減するデータ記録再生装置を提供する。【解決手段】振幅を空間変調する空間光振幅変調器２０と、位相を変調する位相変調マスク３０と、干渉を媒体Ｍに記録する干渉光学部４０とを備え、媒体Ｍから再生光を取り出しそれを撮影するイメージセンサー５０と、撮影したデジタルイメージを信号処理する信号処理手段６０を備え、信号処理手段６０で行う空間フィルタは、各画素の空間位置に基づいて、フィルタ特性を変化させることにより、符号間干渉を削減し、エラーレートを向上させることができる。【選択図】図１
2007250076.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コヒーレントな光に対してその振幅を空間変調する空間光振幅変調器と、
前記空間光振幅変調器で振幅が空間変調された前記光に対してその位相を空間変調する位相変調マスクと、
前記位相変調マスクで位相が空間変調された前記光の干渉パターンにより前記情報を媒体へ記録する、若しくは前記媒体から再生光を取り出して前記情報を読み出すための参照光を前記媒体へ入射させる干渉光学部と、
前記再生光を光電変換するためのイメージセンサーと、
前記イメージセンサーから出力されるデジタルイメージから２値の情報を読み出す信号処理手段と、
を備え、
前記信号処理手段は、
前記デジタルイメージを適切な空間位置に補正する位置合せ手段と、
前記位置合せ手段で補正されたデジタルイメージをフィルタリングする空間フィルタと、
前記フィルタリングされた前記デジタルイメージを２値化する２値化手段と、
を備え、
前記空間フィルタは、現在フィルタを適用している注目画素に隣接する画素に対応する前記位相変調マスクの位相によって、前記空間フィルタのフィルタ特性を変化させるデータ記録再生装置。
【請求項２】
コヒーレントな光に対してその位相を空間変調する位相変調マスクと、
前記位相変調マスクで位相が空間変調された前記コヒーレントな光に対してその振幅を空間変調する空間光振幅変調器と、
前記空間光振幅変調器で振幅が空間変調された前記コヒーレントな光の干渉パターンにより前記情報を媒体へ記録する、若しくは前記媒体から再生光を取り出して前記情報を読み出すための参照光を前記媒体へ入射させる干渉光学部と、
前記再生光を光電変換するためのイメージセンサーと、
前記イメージセンサーから出力されるデジタルイメージから２値の情報を読み出す信号処理手段と、
を備え、
前記信号処理手段は、
デジタルイメージを適切な空間位置に補正する位置合せ手段と、
位置合せ手段で補正されたデジタルイメージをフィルタリングする空間フィルタと、
前記フィルタリングされた前記デジタルイメージを２値化する２値化手段と、
を備え、
前記空間フィルタは、現在フィルタを適用している注目画素に隣接する画素に対応する前記位相変調マスクの位相によって、前記空間フィルタのフィルタ特性を変化させるデータ記録再生装置。
【請求項３】
前記位相変調マスクの変調パターンは、前記注目画素の縦横に隣接している画素の位相がπ／２ずつ回転している擬似ランダムなパターンである請求項１または２に記載のデータ記録再生装置。
【請求項４】
前記空間フィルタは、現在フィルタを適用している注目画素に対して斜めに隣接している４つの画素における、前記位相変調マスクの位相それぞれについて、前記注目画素の位相と同位相であるか否かの判断に基づいて、前記空間フィルタのフィルタ特性を決定するフィルタ係数を変化させる請求項１〜３のいずれか１項に記載のデータ記録再生装置。
【請求項５】
前記信号処理手段は、前記位置合わせ手段で適切な空間位置に補正が行われたデジタルイメージを前記空間光振幅変調器の変調パターンを再現するように、“０”あるいは“１”に２値化する仮判定手段を備え、
前記空間フィルタは、現在フィルタを適用している注目画素に対して斜めに隣接している４つの画素における、前記位相変調マスクの位相それぞれについて、前記注目画素の位相と同位相であるか否か、および、斜めに隣接している４つの画素における前記仮判定手段の出力それぞれについて、前記“１”であるか否かに基づいて、フィルタ特性を決定するフィルタ係数を変化させる請求項１〜３のいずれか１項に記載のデータ記録再生装置。
【請求項６】
前記空間フィルタは、現在フィルタを適用している注目画素に対して斜めに隣接している４つの画素における、前記位相変調マスクの位相それぞれについて、前記注目画素の位相と同位相である画素の個数によって、前記空間フィルタのフィルタ特性を決定するフィルタ係数を変化させる請求項１〜５のいずれか１項に記載のデータ記録再生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、データ記録再生装置に係り、より詳細にはホログラフィックを用いたデータ記録再生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、マルチメディア化が進み、扱うデータが増大している。この大容量のデータを記録するために、ホログラフィックを用いた記録装置（以下、「ホログラムメモリ」という）の研究が各種なされている。このホログラムメモリは、２次元のページデータを一度に記録再生できることから、データの転送速度が高速であり、また、多重記録という技術を用いることで、記憶容量の大容量化も実現できるといわれている。
【０００３】
ホログラムメモリには、ＤＶＤ等のような媒体へ情報の記録再生を行う光ディスク装置と異なる性質の外乱要因がある。その中でも、ＩＳＩ（Inter Symbol Interference；符号間干渉）は、ＤＶＤとホログラムメモリでは大きく性質が異なっている。図１２を用いて、ホログラムメモリのＩＳＩについて説明する。
図１２は、コヒーレント(可干渉)な光の振幅を空間変調する空間光振幅変調器１０１において、図面上部から照射されるコヒーレントな光の振幅を空間変調し、それをイメージセンサー１０２で受光してイメージセンサー１０２の出力値を得るまでの原理を示したものである。この空間光振幅変調器は、光を透過するセルと光を遮蔽するセルとで構成されており、ｎ行ｍ列で表わされる２次元の配列を有する。図１２では、光を透過するセルが１つの場合（図中で「ＯＮが孤立」と記載した、セルＡのみが透過するセル）と２つ隣接する場合（図中で「ＯＮが隣接」と記載した、ＡとＢが透過するセル）について、それぞれの電界振幅波形と、電界パワー波形と、イメージセンサー出力値を比較したものである。イメージセンサー１０２には光電変換素子で構成されるものを用いており、各セルでのイメージセンサー出力値は、各セル内の画素で受光した成分の出力値を積分したものである。同図から分かるように、各セルのイメージセンサー出力は、隣接するセルが遮蔽するセルか透過するセルかにより影響を受ける。これは、従来の光ディスク装置で発生するＩＳＩとは異なった特性を有する。
【０００４】
従来、このＩＳＩの影響を削減する一つの手段として、データ“１”（光を透過するセルに対応）の隣接セルにデータ“１”が少ない「変調符号」を適用する方法がある。例えば、１−４符号（1 Light Bit on 4 Cells Coding）と呼ばれる符号は、４つのセルの内１つだけデータ“１”で残りの３つはデータ“０”（光を遮蔽するセルに対応）である、という制約の符号である。この符号は、“１”のセルに隣接するセルに“１”が少なくなる特徴があり、ＩＳＩの影響を抑えることができる（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
さらに、このＩＳＩの影響を削減する他の手段として、「位相変調マスク」を使用する方法がある。この位相変調マスクは、空間光振幅変調器とマッチしたセル間隔を持っている位相変調器で、セル毎に光の位相を変更することができる。効果的な位相変調マスクの位相パターンとして、図１３に例示するように０、π／２、π、３π／２の４値を用い、縦横の隣接セルの位相差はπ／２である、という制約を持った「擬似ランダム拡散板１０３」と呼ばれるものがある。
【０００６】
ここで、擬似ランダム拡散板１０３の効果について説明する。図１４はコヒーレント光の振幅を空間光振幅変調器１０１で空間変調し、擬似ランダム拡散板１０３を通して、イメージセンサー１０２で撮影する原理図を示したものである。前述した図１２とは、擬似ランダム拡散板１０３を有する点が異なる。
図１４から分かるように、空間変調のセルＡが同じデータ“１”であっても、隣接したセルＢがデータ“１”であるかデータ”０”であるかによって、積分の影響でイメージセンサー１０２の出力が変化する。しかしながら、図１２と図１４を比較すると、明らかに、セルＡのイメージセンサー出力は、図１４の方が変化の度合いが少ない。図１４では、隣接セル間にπ／２の位相ずれがあるために、電界パワーがセルＡの電界のパワーとセルＢの電界パワーの加算値となる隣接セルＡ、Ｂの間は、隣接セルがＯＮであってもＩＳＩの影響が減少するからである。このように、擬似ランダム拡散板１０３を用いることで、ＩＳＩの影響を削減できる（例えば、特許文献２参照）。
【０００７】
また、擬似ランダム拡散板１０３には、他の効果もある。それは、空間光振幅変調器１０１の格子構造によって発生する回折光の０次光の焦点でのパワーを削減できることである。コヒーレント光をレンズで集光すると１点に光が集まってしまい、焦点でメディアにデータを記録する際にメディアに焼きつきが生じる場合があり、データの記録再生ができなくなる可能性がある。擬似ランダム拡散板１０３に限らずランダムな拡散板を用いれば、焦点での０次光のパワーを削減し、メディアの焼きつきを防ぐことができる。
【特許文献１】特開平９−１９７９４７号公報（第１−８頁、第１図）
【特許文献２】特開平１−３０２３７６号公報（第２−４頁、第４図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、従来の構成のものでは、擬似ランダム拡散板は、横縦の隣接セル間の位相をπ／２回転する制約があるが、斜めに隣接するセルとの位相関係は、同位相かまたはπ回転するランダムなパターンになっている。これでは、斜め隣接セル間のＩＳＩの影響を削減できていない、あるいは悪化させてしまう。
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、横縦に隣接するセルだけではなく、斜めに隣接するセル間のＩＳＩにおいても光の位相調整を行って、斜めに隣接するセルの影響を除去できるデータ記録再生装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のデータ記録再生装置は、コヒーレントな光に対してその振幅を空間変調する空間光振幅変調器と、前記空間光振幅変調器で振幅が空間変調された前記光に対してその位相を空間変調する位相変調マスクと、前記位相変調マスクで位相が空間変調された前記光の干渉パターンにより前記情報を媒体へ記録する、若しくは前記媒体から再生光を取り出して前記情報を読み出すための参照光を前記媒体へ入射させる干渉光学部と、前記再生光を光電変換するためのイメージセンサーと、前記イメージセンサーから出力されるデジタルイメージから２値の情報を読み出す信号処理手段と、を備え、前記信号処理手段は、前記デジタルイメージを適切な空間位置に補正する位置合せ手段と、前記位置合せ手段で補正されたデジタルイメージをフィルタリングする空間フィルタと、前記フィルタリングされた前記デジタルイメージを２値化する２値化手段と、を備え、前記空間フィルタは、現在フィルタを適用している注目画素に隣接する画素に対応する前記位相変調マスクの位相によって、前記空間フィルタのフィルタ特性を変化させることを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明のデータ記録再生装置は、コヒーレントな光に対してその位相を空間変調する位相変調マスクと、前記位相変調マスクで位相が空間変調された前記コヒーレントな光に対してその振幅を空間変調する空間光振幅変調器と、前記空間光振幅変調器で振幅が空間変調された前記コヒーレントな光の干渉パターンにより前記情報を媒体へ記録する、若しくは前記媒体から再生光を取り出して前記情報を読み出すための参照光を前記媒体へ入射させる干渉光学部と、前記再生光を光電変換するためのイメージセンサーと、前記イメージセンサーから出力されるデジタルイメージから２値の情報を読み出す信号処理手段と、を備え、前記信号処理手段は、デジタルイメージを適切な空間位置に補正する位置合せ手段と、位置合せ手段で補正されたデジタルイメージをフィルタリングする空間フィルタと、前記フィルタリングされた前記デジタルイメージを２値化する２値化手段と、を備え、前記空間フィルタは、現在フィルタを適用している注目画素に隣接する画素に対応する前記位相変調マスクの位相によって、前記空間フィルタのフィルタ特性を変化させることを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明のデータ記録再生装置は、前記位相変調マスクの変調パターンが、前記注目画素の縦横に隣接している画素の位相がπ／２ずつ回転している擬似ランダムなパターンであることを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明のデータ記録再生装置は、前記空間フィルタが、現在フィルタを適用している注目画素に対して斜めに隣接している４つの画素における、前記位相変調マスクの位相それぞれについて、前記注目画素の位相と同位相であるか否かの判断に基づいて、前記空間フィルタのフィルタ特性を決定するフィルタ係数を変化させることを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明のデータ記録再生装置は、前記信号処理手段が、前記位置合わせ手段で適切な空間位置に補正が行われたデジタルイメージを前記空間光振幅変調器の変調パターンを再現するように、“０”あるいは“１”に２値化する仮判定手段を備え、前記空間フィルタは、現在フィルタを適用している注目画素に対して斜めに隣接している４つの画素における、前記位相変調マスクの位相それぞれについて、前記注目画素の位相と同位相であるか否か、および、斜めに隣接している４つの画素における前記仮判定手段の出力それぞれについて、前記“１”であるか否かに基づいて、フィルタ特性を決定するフィルタ係数を変化させることを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明のデータ記録再生装置は、前記空間フィルタが、現在フィルタを適用している注目画素に対して斜めに隣接している４つの画素における、前記位相変調マスクの位相それぞれについて、前記注目画素の位相と同位相である画素の個数によって、前記空間フィルタのフィルタ特性を決定するフィルタ係数を変化させることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のデータ記録再生装置によれば、斜め隣接セル間のＩＳＩなどの光の位相による影響を除去することができる。そのため、ビットエラーレートを向上できるデータ記録再生装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に、本発明のデータ記録再生装置の実施の形態を図面とともに詳細に説明する。
（第１の実施形態）
図１は本実施形態のデータ記録再生装置の構成を示したものであり、このデータ記録再生装置は、媒体Ｍへの情報の記録再生を行うようになっており、記録再生光生成部１０と、空間光振幅変調器２０と、位相変調マスク３０と、干渉光学部４０と、イメージセンサー５０と、信号処理手段６０を備えている。
【００１８】
記録再生光生成部１０は、ホログラムを形成するのに必要な２つのコヒーレント光（可干渉光）を生成するとともに、そのうちの１つのコヒーレント光を空間光振幅変調器２０へ出射する一方、もう１つのコヒーレント光を参照光として干渉光学部４０へ出射するように構成されている。空間光振幅変調器２０は、記録再生光生成部１０からの物体光に対して、書き込むデータに応じた振幅の空間変調を行うものである。位相変調マスク３０は、空間光振幅変調器２０からここへ入力された物体光の位相の空間変調を行う。イメージセンサー５０は、光電変換によってデジタルイメージを出力するものである。なお、空間光振幅変調器２０と位相変調マスク３０の配置順序は、本実施形態とは逆であってもよい。
【００１９】
次に、本実施形態のデータ記録再生装置の動作を説明する。
記録再生光生成部１０で生成されるコヒーレントな２つの光のうちの一方が、空間光振幅変調器２０へ照射され、この空間光振幅変調器２０で、書き込む情報に応じた光の振幅の空間変調を行う。振幅の空間変調された光は位相変調マスク３０へ入力され光の位相の空間変調を行う。この位相変調マスク３０で空間変調が行われた光は、信号光として、媒体Ｍに干渉パターンを記録するための干渉光学部４０へ入力され、そこで、後述する参照光との干渉により媒体Ｍにデータが記録される。
【００２０】
本実施形態では、前述したように、記録再生光生成部１０で生成された２つの光のうち、一方の光で空間変調を行い信号光として用いるとともに、他方を参照光として用い、これら２つの光を干渉させることで、媒体Ｍにホログラムを記録する方式をとる。また、この記録されたホログラムを再生するときには、干渉光学部４０へ参照光のみを入力すればよい。これにより、媒体Ｍからの回折光を再生光として読み出す。即ち、この媒体Ｍからの再生光は、イメージセンサー５０へ照射され、イメージセンサー５０は光電変換によってデジタルイメージを出力する。デジタルイメージは信号処理手段６０によって２値化される。
【００２１】
次に、図２を参照しながら、記録再生光生成部１０について詳細に説明する。
記録再生光生成部１０は、コヒーレント光源であるレーザー光源１１と、レーザービームを２分割させる偏光ビームスプリッター（ＰＢＳ）などのプリズムビームスプリッター１２と、平行光を形成するコリメーター１３と、光路を変更させるために２個一対設けたミラー１４と、を備えている。
【００２２】
レーザー光源１１から出射するコヒーレント光は、２つの光の干渉作用を利用してホログラムとして情報を記録させるために、その波長のバンド幅は非常に狭いものになっている。レーザー光源１１から照射されたコヒーレント光であるレーザービームは、プリズムビームスプリッター１２に入力され、２つのビームに分割される。分割されたビームのうち、一方はコリメーター１３でレーザー径を広げられ、物体光（信号光となる）を形成するため空間光振幅変調器２０へ出力される。分割されたビームのうち、もう一方は、ミラー１４へ照射され、参照光としてビームの進行方向が変更させる。ミラー１４から出力された光は、参照光として干渉光学部４０へ出力される。
【００２３】
光の振幅を空間変調する空間光振幅変調器２０と、光の位相を空間変調する位相変調マスク３０の最小変調間隔の要素であるセルは１対１に対応しており、近接して設置されている。なお、空間光振幅変調器２０と位相変調マスク３０の光の入射の順番（つまり、２つの光学素子の配置）は入れ替わっても良い。これは、光の入射の順番は入れ替わっても、出力される光は全く同じ光になり、性能に影響しないからである。なお、本実施形態では、これら双方が近接して設置されているが、リレーレンズを用いて、双方をリレーレンズの前側焦点と、後ろ側焦点に設置することも可能である。
【００２４】
空間光振幅変調器２０は、液晶パネル等で構成されており、セルごとに透過であるデータ“１”と遮断であるデータ“０”を設定できる。なお、光の振幅を空間変調できるものであれば、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device）などを用いてもよく、本発明は空間光振幅変調器２０の構成によって限定されるものではない。
空間光振幅変調器２０の変調パターンは、書き込む情報によって変化する。本実施形態では、変調符号に、［背景技術］で説明した１−４符号（1 Light Bit on 4 Cells Coding）を用いる。図３に、１−４符号の符号化方法を示す。前述したように、１−４符号は、４つのセルのうち１つだけデータ“１”で、残りの３つはデータ“０”であるという制約の符号である。符号化は、図３に示すように、現在符号化しようとしている２ビットのデータを情報取得手段９１で情報系列から抜き出し、符号化手段９２で符号化テーブルにしたがって４ビットのデータに変換するものである。この４ビットのデータを複数組み合わせることで、二次元のデータである二次元変調データを生成する。
【００２５】
位相変調マスク３０は［背景技術］で説明した変調パターンが０、π／２、π、３π／２の４値を用い、縦横の隣接セルの位相はπ／２であるという制約を持った擬似ランダム拡散板を用いる。本実施形態の位相変調マスク３０は、ガラス等で構成されており、セルごとのガラスの厚さによって、セルごとの位相を回転する。なお、この位相変調マスク３０は、光の位相を空間変調できるものであれば液晶素子などを用いてもよい。また、本発明は位相変調マスク３０の構成によって限定されるものではない。
【００２６】
次に、２次元変調データとそのデータを記録・再生したときの再生光の電界パワーを、図４に示す。なお、図４（Ａ）に記録する２次元変調データ、図４（Ｂ）に擬似ランダム拡散板がない場合の再生光の電界パワー、図４（Ｃ）に擬似ランダム拡散板がある場合の再生光の電界パワーをそれぞれ示している。ここで、Ｒ１とＲ２は、任意に斜め方向で着目した適宜の比較領域を示す。
【００２７】
位相変調マスク３０として擬似ランダム拡散板を用いた図４（Ｃ）の方が、これを用いない図４（Ｂ）の場合と比べてＩＳＩの影響が少ないので、データ“１”である明るいレベルがばらついていないことが分かる。位相変調マスク３０の変調パターンは、予め定められた固定のパターンを持つ。なお、図４の（Ｂ）と（Ｃ）は、誤差拡散を適用して２値のイメージしたものであって、実際には多値のイメージである。
【００２８】
従って、図４（Ｃ）のように、擬似ランダム拡散板を用いた方が良好な再生光が得られる。しかしながら、この図４（Ｃ）の領域Ｒ１と領域Ｒ２を比較すると、同じ斜め隣接“１”データであるにも関わらず、異なった形の電界パワーになっている。これが斜め隣接セルのＩＳＩの影響によるものである。ここで、正方形の1つの辺を共有しているのが「縦横隣接」、正方形の１つの角だけ共有し、辺は共有しないのが「斜め隣接」とする。
【００２９】
位相変調マスク３０として擬似ランダム拡散板を用いることによって、横縦隣接のＩＳＩの影響は削減できたが、斜め隣接のＩＳＩの影響は削減できていない。図５（Ａ）及び（Ｂ）には、それぞれ、図４（Ａ）の領域Ｒ１及び領域Ｒ２に対応する擬似ランダム拡散板３１の位相配置パターンを、図５（Ｃ）及び（Ｄ）には、それぞれ、同図（Ａ）及び（Ｂ）の擬似ランダム拡散板３１を用いた場合の電界パワーの符号間干渉パターンを示す。
領域Ｒ１の斜め隣接しているセルＩ、セルＪでは位相が両方０であり同位相、領域Ｂの斜め隣接しているセルＫ、セルＬでは位相が０とπでありπ回転していることがわかる。つまり、同位相で電界を足し合わせて電界パワーを観測するのと、逆位相で電界を足し合わせてパワーを観測するのでは、その様子が異なっている。この影響により、“１”データに対応する値がばらついてしまい、エラーが発生する可能性が高くなってしまう。本発明はこのような光の位相による影響を取り除くことを目的としている。この斜め隣接のＩＳＩによる影響は、後述する空間フィルタによって減少させることができる。
【００３０】
次に、干渉光学部４０は、記録時には、空間光振幅変調器２０、位相変調マスク３０で変調された光（物体光）を参照光と干渉させて媒体Ｍに記録する光学系である。本実施形態では、記録再生光生成部２０で生成した２つの光のうち、一方を参照光とし、他方を信号光（物体光）生成用として空間光振幅変調器２０に照射し、位相変調マスク３０から出力される光を信号光（物体光）とすることで、媒体Ｍにこれら２つの光による２光束干渉を発生させる。
【００３１】
次に、媒体Ｍへの干渉の記録再生の原理図を、図６に示す。
干渉光学部４０は、フーリエ変換レンズ４１とアパーチャー４３とで構成されている。フーリエ変換レンズ４１によって集光された信号光は、媒体Ｍへ照射される。また、参照光も媒体Ｍへ照射され、この２つの光の干渉パターンなどを媒体Ｍへ記録する。このとき、アパーチャー４３がフーリエ変換レンズ４１によって構築されたフーリエ面で開口を制限することで、高周波の成分を取り除く。媒体Ｍは、フォトリラクティブポリマーなどの材質で構成されたもので、光の干渉パターンなどを記録できる。
【００３２】
再生時には、参照光のみを媒体Ｍへ照射することで、その回折光を逆フーリエ変換レンズ４２で逆フーリエ変換して、この光を再生光として媒体Ｍから読み出すことができる。
即ち、イメージセンサー５０は、媒体Ｍから読み出した再生光を光電変換することでデジタルイメージを生成し、このデジタルイメージは信号処理手段６０へ入力される。信号処理手段６０では、デジタルイメージに対して、輝度振幅（輝度の大きさ）とＤＣオフセットの粗調整、位置合わせ、空間フィルタリング、２値化を行う。
【００３３】
次に、信号処理手段６０の構成を図７示す。
この信号処理手段６０は、メモリ６２と、メモリインターフェイス６１と、振幅検出手段６３と、振幅調整手段６４と、座標検出手段６５と、リサンプリング手段６６と、空間フィルタ６７と、フィルタ係数設定手段６８と、位相パターン記憶手段６９と、２値化手段７０とを備えている。
【００３４】
イメージセンサー５０から出力されたデジタルイメージは、メモリインターフェイス６１を介してメモリ６２へ格納される。このとき、振幅検出手段６３はデジタルイメージの振幅とＤＣオフセットを検出する。メモリ６２へ格納されたデジタルイメージは、メモリインターフェイス６１を介して振幅調整手段６４へ入力される。
【００３５】
振幅調整手段６４は、振幅検出手段６３で検出したデジタルイメージの振幅と、ＤＣオフセットを所定の値になるように調整する。振幅調整手段６４で振幅とＤＣオフセットを調整されたデジタルイメージは、座標検出手段６５へ入力される。
座標検出手段６５は、デジタルイメージに含まれている「マーカー」と呼ばれる位置検出データの位置を検出することで、適切な座標を演算する。通常、イメージセンサー５０の画素ピッチは、空間光振幅変調器２０のセルピッチと１対１には対応していない。これは、レンズの収差や、媒体のチルトなどの影響によって、１セルに対して１画素のセンシングができない可能性があるからである。１セルに対して１画素のセンシングができない場合にはサンプリングの定理により、元のイメージを再生できないため、エラーの数が増大してしまう。そこで、これを防ぐために、１セルに対して例えば１．５画素のオーバーサンプリングを行う。座標検出手段６５および、後述するリサンプリング手段６６は、収差等の影響や、オーバーサンプリングでずれてしまったサンプリングを１セルに対して１画素に対応するように位置合わせするものであって、座標検出手段６５とリサンプリング手段６６を合せて位置合せ手段を構成する。
【００３６】
リサンプリング手段６６は、座標検出手段６５で検出した適切な座標でデジタルイメージをリサンプリングするものである。即ち、このリサンプリング手段６６は、ナイキストフィルタ（振幅の周波数特性が通過帯域でフラットなフィルタ）を用いて補間することによって、適切な座標でのリサンプリングをこのリサンプリング手段６６で実現している。このようにリサンプリングされたことによって、デジタルイメージの画像と、空間光振幅変調器の最小変調間隔の要素であるセルとは、１対１に対応する。リサンプリング手段６６で得た適切な座標のデジタルイメージは、メモリインターフェイス６１を介してメモリ６２に再び格納される。メモリ６２に格納された適切なサンプリングのデジタルイメージは、メモリインターフェイス６１を介して空間フィルタ６７へ入力される。
【００３７】
空間フィルタ６７は、デジタルイメージの等化を行うためのフィルタである。デジタルイメージの等化とは、データを読みやすいようにデジタルイメージの空間周波数特性を所定の特性にフィルタリングすることである。空間フィルタ６７でフィルタリングされたデジタルイメージは、メモリインターフェイス６１を介して再びメモリ６２へ格納される。空間フィルタ６７は、２次元のＦＩＲフィルタ（Finite Impulse Response Filter）で実現することができる。デジタルイメージの等化を行う空間フィルタ６７の特性を決定する「フィルタ係数」は、フィルタ係数演算手段６８から設定される。
【００３８】
ここで、空間フィルタ６７の構成例を、図８に示す。この図８は５×５タップの空間フィルタ６７を示した図であって、Ａ１〜Ｅ５は、デジタルイメージ上のタップ入力の位置を示している。Ｓ_Ａ１〜Ｓ_Ｅ５は、タップ入力であり、デジタルイメージ上のＡ１の位置に存在する画素の輝度の大きさが、Ｓ_Ａ１のタップ入力となる。Ｃ_Ａ１〜Ｃ_Ｅ５は、タップ係数である。両者をそれぞれ乗算し、そのすべてを加算することで、１画素のフィルタ出力が生成される。Ｃ３をセンタータップとし、その入力を注目画素とした場合、注目画素の座標のフィルタ出力が得られる。
【００３９】
フィルタ係数設定手段６８は、空間フィルタ６７の特性を決定するフィルタ係数を、位相パターン記憶手段６９の出力に基づいて空間フィルタ６７へ設定するものである。位相パターン記憶手段６９には、位相変調マスク３０の位相が順番に格納されている。
例えば、図９のように、空間フィルタ６７がデジタルイメージ（ＤＩ）の左上の画素から順番に、その行を右に向かってフィルタリングしながら走査していき、次に、行を一行下げて、左から右にフィルタリングしながら走査するのを繰り返す。右下の画素までフィルタリングしながら走査する場合には、その走査する画素の位相情報が、左上から右下の順番に格納されていて、位相パターン記憶手段６９はそれを順次出力する。画素の位相情報は位相変調マスク３０のパターンであり、このパターンは、前述したように固定になっている。なお、位相パターン記憶手段６９には、位相変調マスク３０の位相が順番に格納されているとしたが、位相変調マスク３０の位相を生成するための系列生成式を構成しても良く、この場合、回路規模の削減ができる。
フィルタ係数設定手段６８は、各斜め隣接画素間の位相パターンに対して最適なフィルタ係数を記憶しており、位相パターン記憶手段６９から出力される位相パターンに応じて、フィルタ係数を出力する。
【００４０】
このように、フィルタ係数演算手段６８は、デジタルイメージの等化を行う空間フィルタ６７の特性を決定する「フィルタ係数」を設定する。また、フィルタ係数設定手段６８は、斜め隣接画素間の位相パターンに対して最適なフィルタ係数を記憶しており、位相パターン記憶手段６９から出力される位相パターンに応じて、最適なフィルタ係数を出力する。
【００４１】
そこで、次に、フィルタ係数設定手段６８に記憶されるフィルタ係数を最適にする手法について説明する。
このフィルタ係数を最適にする手法は、いくつかあるが、本実施形態ではＬＭＳ（Least Mean Square）アルゴリズムを用いる。このＬＭＳアルゴリズムによる最適フィルタ係数の計算式を、下記の［数１］に示す。但し、ｈ（ｎ＋１）を学習された次のフィルタ係数ベクトル、ｈ（ｎ）を現在のフィルタ係数ベクトル、μをステップゲインパラメーター、ｅ（ｎ）を現在の等化誤差、ｕ（ｎ）をフィルタのタップ入力ベクトル、ｄ（ｎ）を現在の等化目標値、ｕＴ（ｎ）をフィルタのタップ入力ベクトルの転置とする。
【００４２】
【数１】
2007250076.tif 000003
【００４３】
ＬＭＳによって、上述の［数１］の式からフィルタ係数を演算していくと、フィルタ係数ｈ（ｎ）が最適値ｈ０へ近づいていき。等化誤差ｅ（ｎ）が減少していく。ｕ（ｎ）のフィルタのタップ入力ベクトルは、前述した空間フィルタ６７のタップ入力である。また、現在のフィルタ係数ベクトルｈ（ｎ）とタップ入力ベクトルの転置ｕＴ（ｎ）の積ｈ（ｎ）ｕＴ（ｎ）は前述した空間フィルタ６７の出力を示している。
【００４４】
ここで、従来問題となっていた、斜め隣接のＩＳＩによる影響を除くためのフィルタ係数の設定方法について、説明する。
電界のパワーは、斜め隣接セル間の位相が同位相であるか逆位相であるかによって形が異なることは前述した。よって、斜め隣接セル間の位相が同位相であるか逆位相であるかによって、最適なフィルタの係数は異なる。理想的には、
１．現在の画素と、斜め隣接セルが全て逆位相であるときのフィルタ係数、
２．左上隣接セルのみ同位相であるときのフィルタ係数、
３．右上隣接セルのみ同位相であるときのフィルタ係数、
４．左下隣接セルのみ同位相であるときのフィルタ係数、
５．右下隣接セルのみ同位相であるときのフィルタ係数、
６．左上と右上隣接セルの２つの画素と同位相であるときのフィルタ係数、
７．左下と右下隣接セルの２つの画素と同位相であるときのフィルタ係数、
８．左上と左下隣接セルの２つの画素と同位相であるときのフィルタ係数、
９．右上と右下隣接セルの２つの画素と同位相であるときのフィルタ係数、
１０．左上と右下隣接セルの２つの画素と同位相であるときのフィルタ係数、
１１．右上と左下隣接セルの２つの画素と同位相であるときのフィルタ係数、
１２．左上、右上、左下隣接セルの３つの画素と同位相であるときのフィルタ係数、
１３．左上、右上、右下隣接セルの３つの画素と同位相であるときのフィルタ係数、
１４．左上、左下、右下隣接セルの３つの画素と同位相であるときのフィルタ係数、
１５．右上、右下、左下隣接セルの３つの画素と同位相であるときのフィルタ係数、
１６．斜め隣接セルが全て同位相であるときのフィルタ係数、
の計１６のパターンそれぞれに、最適なフィルタ係数を用意するのが良い。
【００４５】
ＬＭＳを用いると、斜め隣接セル間の位相パターン毎の係数学習は容易に行うことが可能である。例えば、他の係数学習方法であるウィーナー解を求める方法では、入力を一かたまりのベクトルとして扱うので、位相パターン毎に分別して係数を学習することはできない。しかしながら、ＬＭＳは、タップ入力と、その等化目標値によって、徐々に係数を学習して行くアルゴリズムであるので、タップ入力である画素の輝度に対応する位相のパターンに応じて、各パターンの係数を別々に学習できる。
【００４６】
フィルタ係数の具体的な学習方法は、例えば、現在フィルタを適用しているセンタータップの画素と、その斜め隣接セルが全て逆位相であるときにだけ、ＬＭＳアルゴリズムを動作させ、フィルタ係数；ｈ（ｎ＋１）を演算し更新する。他の位相パターンの時には、フィルタ係数；ｈ（ｎ＋１）を更新しない。このようにすると、隣接セルが全て逆位相であるパターンである場合の最適なフィルタ係数を求めることができる。
【００４７】
更に、図１０を用いて、斜め隣接画素間のＩＳＩの影響を削減する方法について説明する。
図９のように走査していき、図８に示す空間フィルタ６７のセンタータップＣ３が、座標（ｘ，ｙ）の位置になったとき、その位置の位相は位相変調マスク３０の位相パターンから、図１０（Ｂ）に示す通り０になっている。その左上の座標（ｘ−１，ｙ−１）の位相はπ、右上はπ、左下は０、右下は０になっている。つまり、このとき、センタータップＣ３に対して、左上と右上は逆位相、左下と右下は同位相になっている。フィルタ係数設定手段６８は、このパターンを検出する図示しない周辺画素情報検出手段を備えており、図示しないこの周辺画素情報検出手段は、位相パターン記憶手段６９から順次出力される位相のパターンが、前述した斜め隣接セルの１６のパターン（１．〜１６．）のどれと一致するかを検出する。
【００４８】
次に、フィルタ係数設定手段６８は、図示しない周辺画素情報検出手段で検出されるパターンに最適な予め求めておいたフィルタ係数を、空間フィルタ６７へ出力する。このように、斜め隣接セル間の位相の関係によってそれぞれ最適なフィルタ係数を用いて、空間フィルタリングすることによって、斜め隣接画素間のＩＳＩの影響を削減することが可能となる。
【００４９】
フィルタリングされたデジタルイメージは、メモリ６２からメモリインターフェイス６１を介して２値化手段７０へ入力される。２値化手段７０はデジタルイメージを２値化し２値データを出力する。２値データは、図示しない変調符号のデコーダーで復調し、図示しない誤り訂正手段で誤り訂正した後、ホストへ転送される。
なお、斜め隣接画素間のＩＳＩの影響を削減する際には、斜め隣接画素の同位相の個数または逆位相の個数毎に最適なフィルタ係数を設定しても良く、この場合パターン数が減少するので、回路規模の削減ができる。
【００５０】
なお、本発明のリサンプリング手段６６と空間フィルタ６７は、前述のＦＩＲフィルタ（Finite Impulse Response Filter）で構成できる。カスケード接続されたＦＩＲフィルタは、フィルタ係数の畳み込みを行うことで、１つのフィルタにすることも可能であることは良く知られている。よって、１つのフィルタで構成することで、回路規模の削減ができる。なお、本発明は、２次元のデータ、つまりイメージを２値化しやすくするための空間フィルタ６７を用いるものであれば、例えば２次元バーコードなどにも適用可能である。
【００５１】
以上のように、本実施形態では、空間フィルタ６７のフィルタ係数を斜め隣接セル間の位相の関係に基づいて最適なものにすることにより、斜め隣接画素間のＩＳＩの影響を削減することがすることができる。そのため、デジタルイメージの品質が向上し、ビットエラーレートが良化する。
【００５２】
（第２の実施形態）
次に、本発明のデータ記録再生装置の第２の実施形態について、説明する。
本実施形態のデータ記録再生装置では、図１及び図７に示す第１の実施形態のデータ記録再生装置における信号処理手段６０とは異なる信号処理手段８０（図１１に示す）を備えている。なお、本実施形態において、第１の実施形態と同一部分には同一符号を付して重複説明を避ける。
【００５３】
本実施形態の信号処理手段８０が第１の実施形態で説明した信号処理手段６０と異なるのは、仮判定手段８１と第２のフィルタ係数設定手段８２を備えている点である。
【００５４】
このうち、仮判定手段８１は、適切な位置でサンプリングされたデジタルイメージの各画素が、“１”であるか“０”であるかを仮判定するものである。この仮判定手段８１は、図示しないレジスタから設定される閾値によって“１”、“０”を判定する。閾値は、振幅調整手段６４によって調整した振幅の中心を演算して、図示しないレジスタに設定する。なお、仮判定手段８１は、１−４符号を利用した軟判定を行い“１”、“０”を判定するものでも良く、この場合、前者より精度の良い仮判定が可能となる。
【００５５】
一方、第２のフィルタ係数設定手段８２は、位相パターン記憶手段６９の出力と、仮判定手段８１の出力とのパターンに基づいて空間フィルタ６７の特性を設定するものである。
【００５６】
次に、本実施形態の特に信号処理手段８０の動作について簡単に説明する。
イメージセンサー５０から出力されたデジタルイメージは、メモリインターフェイス６１、メモリ６２を介しながら、振幅調整手段６４での振幅調整、リサンプリング手段６６でのリサンプリングを行い、適切な位置でサンプリングされたデジタルイメージとなりメモリ６２に格納される。
【００５７】
次に、格納されたデジタルイメージに対して、最適なフィルタ係数を用いて空間フィルタリングを行い、斜め隣接画素間のＩＳＩの影響を削減する。
ここで、斜め隣接のＩＳＩによる影響を除くためのフィルタ係数の設定方法について説明する。
電界のパワーは、斜め隣接セル間の位相が同位相であるか逆位相であるかによって形が異なることは前述した。よって、斜め隣接セル間の位相が同位相であるか逆位相であるかによって最適なフィルタの係数は異なる。理想的には、現在の画素と左上、右上、左下、右下それぞれの画素との位相が同位相か否かの、前述した１６パターンそれぞれに最適なフィルタ係数を考慮するのが良い。
【００５８】
また、斜め隣接のＩＳＩによる影響は、斜め隣接の画素が“１”であるか、“０”であるかによっても変化する。よって、左上、右上、左下、右下それぞれの画素が、データ“１”であるかデータ“０”であるかの１６パターンも考慮する。よって、理想的には１６×１６＝２５６パターンの係数を用意する。ＬＭＳを用いると、パターン毎の係数学習は容易に行うことが可能である。
【００５９】
フィルタ係数の具体的な学習方法は、例えば、現在フィルタを適用しているセンタータップの画素と、その斜め隣接セルが全て逆位相であり、更に、仮判定手段８１によって左上が“１”と判定されたときにだけ、ＬＭＳアルゴリズムを動作させ、フィルタ係数；ｈ（ｎ＋１）を演算し、更新する。他の位相パターンの時には、フィルタ係数；ｈ（ｎ＋１）を更新しない。このようにすると、隣接セルが全て逆位相であるパターンで、左上が“１”である場合の最適なフィルタ係数を求めることができる。
このように、斜め隣接画素間の位相の関係と大きさの関係によってそれぞれ最適なフィルタ係数を用いて空間フィルタリングすることによって、斜め隣接画素間のＩＳＩの影響を削減することが可能となる。
【００６０】
次に、フィルタリングされて、斜め隣接画素間のＩＳＩの影響を削減されたデジタルイメージは、メモリ６２からメモリインターフェイス６１を介して２値化手段７０へ入力される。２値化手段７０は、デジタルイメージを２値化し、２値データを出力する。２値データは、図示しない変調符号のデコーダーで復調し、図示しない誤り訂正手段で誤り訂正した後、ホストへ転送される。
【００６１】
なお、斜め隣接画素の同位相の個数または逆位相の個数毎に最適なフィルタ係数を設定しても良く、この場合パターン数が減少するので、回路規模の削減ができる。また、斜め隣接画素の“１”の個数または“０”の個数毎に最適なフィルタ係数を設定しても良く、この場合パターン数が減少するので、回路規模の削減ができる。
なお、本発明は、２次元のデータ、つまりイメージを２値化しやすくするための空間フィルタ６７を用いるものであれば、例えば２次元バーコードなどにも適用可能である。また、本発明のリサンプリング手段６６と空間フィルタ６７はＦＩＲフィルタで構成できるので、両者のフィルタ係数の畳み込みを行うことで、１つのフィルタにすることも可能であり、このようにすることで、回路規模の削減ができる。
【００６２】
以上のように、本実施形態では、空間フィルタ６７のフィルタ係数を、斜め隣接セル間の位相の関係と、斜め隣接セルのデータが“１”か“０”に基づいて最適なものにすることにより、斜め隣接画素間のＩＳＩの影響を削減することがすることができる。そのため、デジタルイメージの品質が向上し、ビットエラーレートが良化する。
【００６３】
なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施し得るものである。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明にかかるデータ記録再生装置は、擬似ランダム拡散板によるＩＳＩの影響を削減でき、大容量のストレージ機器等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の第１の実施形態におけるデータ記録再生装置の構成図
【図２】本発明の第１の実施形態における記録再生光生成部の構成図
【図３】本発明の第１の実施形態における１−４符号化及び二次元変調データを説明する図
【図４】（Ａ）本発明の第１の実施形態における２次元変調された２次元変調記録データ、（Ｂ）はその再生を行ったときに得られる再生光の電界パワー、（Ｃ）は擬似ランダム拡散板を有する本発明の第１の実施形態に係るデータ記録再生装置で再生を行ったときに得られる再生光の電界パワーを示す説明図
【図５】（Ａ）、（Ｂ）には、それぞれ、図４（Ａ）の領域Ｒ１及び領域Ｒ２に対応する擬似ランダム拡散板の位相配置パターンを、（Ｃ）、（Ｄ）には、それぞれ、同図（Ａ）、（Ｂ）の擬似ランダム拡散板を用いた場合の電界パワーの符号間干渉パターンを示す。
【図６】本発明の第１の実施形態における干渉光学部の構成図
【図７】本発明の第１の実施形態における信号処理手段の構成図
【図８】本発明の第１の実施形態における平面セルに対する空間フィルタの適用を示す説明図
【図９】本発明の第１の実施形態におけるフィルタリングの順序の一例を示す説明図
【図１０】（Ａ）は本発明の第１の実施形態における中心セルと隣接するセルの座標を示す説明図、（Ｂ）はセルの座標と対応する位相変調マスクの位相を示す説明図
【図１１】本発明の第２の実施形態における信号処理手段の構成図
【図１２】（Ａ）は空間光振幅変調器において、コヒーレント光の振幅を空間変調し、それをイメージセンサーで受光してイメージセンサーの出力値を得るまでの原理を示す説明図、（Ｂ）はそのときに隣接するセルからの影響により波形及び出力が変化するようすを示す説明図
【図１３】擬似ランダム拡散板のセル毎の位相を示す説明図
【図１４】（Ａ）は図１２（Ａ）の空間光振幅変調器に擬似ランダム拡散板を付設したときの波形及び出力を示す説明図、（Ｂ）はそのときに隣接するセルからの影響により波形及び出力が変化するようすを示す説明図
【符号の説明】
【００６６】
１０  記録再生光生成部
１１  レーザー光源（コヒーレント光源）
１２  プリズムビームスプリッター
１３  コリメーター
１４  ミラー
２０  空間光振幅変調器
３０  位相変調マスク
４０  干渉光学部
４１  フーリエ変換レンズ
４２  逆フーリエ変換レンズ
４３  アパーチャー
５０  イメージセンサー
６０  信号処理手段
６１  メモリインターフェイス
６２  メモリ
６３  振幅検出手段
６４  振幅調整手段
６５  座標検出手段
６６  リサンプリング手段
６７  空間フィルタ
６８  フィルタ係数設定手段（周辺画素情報検出手段）
６９  位相パターン記憶手段
７０  ２値化手段
８１  仮判定手段
８２  第２のフィルタ係数設定手段
ＤＩ  デジタルイメージ
Ｍ    媒体
【図１】
2007250076.tif 000004
【図２】
2007250076.tif 000005
【図３】
2007250076.tif 000006
【図６】
2007250076.tif 000007
【図７】
2007250076.tif 000008
【図８】
2007250076.tif 000009
【図１０】
2007250076.tif 000010
【図１１】
2007250076.tif 000011
【図１２】
2007250076.tif 000012
【図１３】
2007250076.tif 000013
【図１４】
2007250076.tif 000014
【図４】
2007250076.tif 000015
【図５】
2007250076.tif 000016
【図９】
2007250076.tif 000017