(57)【要約】【課題】直流成分を遮断してホログラムが記録された場合でも、再生画像に含まれるデータ領域の位置を検出することができる位置検出マーカと、これを用いて再生画像に含まれるデータ領域の位置を検出する位置検出方法とを提供する。【解決手段】二値のデジタルデータを多数の画素がマトリクス状に配置された明暗画像で表す信号光の空間周波数と同じ成分を有する位置検出マーカを、データ領域に付加する。この位置検出マーカは、信号光と共にホログラムとして記録され且つ再生されて、再生画像に含まれるデータ領域の位置を検出するために使用される。【選択図】図１
2007179596.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二値のデジタルデータを多数の画素がマトリクス状に配置された明暗画像で表す信号光から直流成分を除去し、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することにより、前記光記録媒体にホログラムを記録し、記録されたホログラムを再生するホログラム記録再生システムにおいて、再生画像に含まれるデータ領域の位置を検出するために使用される位置検出マーカであって、
前記データ領域に付加され、前記信号光の空間周波数と同じ成分を有し、前記信号光と共にホログラムとして記録され且つ再生される位置検出マーカ。
【請求項２】
前記マトリクスの行方向又は列方向に延びる直線部を含む請求項１に記載の位置検出マーカ。
【請求項３】
前記直線部の幅ｄは、前記明暗画像の１画素の一辺の長さをａとした場合に、下記の関係を満たす請求項１又は２に記載の位置検出マーカ。
ａ／２≦ｄ≦２ａ
【請求項４】
前記マトリクスの行方向及び列方向に延びる直線部を含む請求項２又は３に記載の位置検出マーカ。
【請求項５】
前記マトリクスの行方向に延びる直線部と列方向に延びる直線部とが交差する請求項４に記載の位置検出マーカ。
【請求項６】
前記データ領域の四隅に配置される請求項１乃至５のいずれか１項に記載の位置検出マーカ。
【請求項７】
二値のデジタルデータを多数の画素がマトリクス状に配置された明暗画像で表す信号光から直流成分を除去し、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することにより、前記光記録媒体にホログラムを記録し、記録されたホログラムを再生するホログラム記録再生システムにおいて、再生画像に含まれるデータ領域の位置を検出する位置検出方法であって、
前記信号光と該信号光の空間周波数と同じ成分を有する位置検出マーカとをホログラムとして記録し、
記録されたホログラムから再生画像を取得し、
前記再生画像に含まれる前記位置検出マーカの位置を検出し、
検出した位置検出マーカの位置に基づいて、前記再生画像に含まれるデータ領域の位置を検出する位置検出方法。
【請求項８】
ホログラムを記録した光記録媒体に前記参照光を読出し光として照射し、前記読出し光の照射により前記ホログラムから再生された再生光を受光素子に結像し、該再生光を結像して得られた再生画像を前記受光素子で受光して、記録されたホログラムから再生画像を取得する請求項７に記載の位置検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置検出マーカ及び位置検出方法に係り、特に、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することによりホログラムを記録し、記録されたホログラムを再生するホログラム記録再生システムにおいて、再生画像に含まれるデータ領域の位置を検出するために使用される位置検出マーカと、これを用いて再生画像に含まれるデータ領域の位置を検出する位置検出方法。
【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。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。
【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】
【０００４】
しかしながら、０次成分を遮断してホログラムを記録した場合には、ホログラムから再生された再生画像から位置検出マーカが消えてしまう、位置検出マーカが部分的に欠落する、という問題がある。この位置検出マーカは、デジタルデータの位置を検出するためにデジタルデータに付加されたものである。このため、位置検出マーカが消えたり、部分的に欠落することにより、適切に位置検出を行うことができなくなり、結果としてＳＮＲ（シグナル−ノイズ比）が劣化する。
【０００５】
本発明は、上記問題を解決すべく成されたものであり、本発明の目的は、直流成分を遮断してホログラムが記録された場合でも、再生画像に含まれるデータ領域の位置を検出することができる位置検出マーカと、これを用いて再生画像に含まれるデータ領域の位置を検出する位置検出方法と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本発明の位置検出マーカは、二値のデジタルデータを多数の画素がマトリクス状に配置された明暗画像で表す信号光から直流成分を除去し、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することにより、前記光記録媒体にホログラムを記録し、記録されたホログラムを再生するホログラム記録再生システムにおいて、再生画像に含まれるデータ領域の位置を検出するために使用される位置検出マーカであって、前記データ領域に付加され、前記信号光の空間周波数と同じ成分を有し、前記信号光と共にホログラムとして記録され且つ再生されることを特徴としている。
【０００７】
また、本発明の位置検出方法は、二値のデジタルデータを多数の画素がマトリクス状に配置された明暗画像で表す信号光から直流成分を除去し、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することにより、前記光記録媒体にホログラムを記録し、記録されたホログラムを再生するホログラム記録再生システムにおいて、再生画像に含まれるデータ領域の位置を検出する位置検出方法であって、前記信号光と該信号光の空間周波数と同じ成分を有する位置検出マーカとをホログラムとして記録し、記録されたホログラムから再生画像を取得し、前記再生画像に含まれる前記位置検出マーカの位置を検出し、検出した位置検出マーカの位置に基づいて、前記再生画像に含まれるデータ領域の位置を検出することを特徴としている。
【０００８】
本発明の位置検出マーカは、データ領域に付加され、信号光と共にホログラムとして記録され且つ再生されるが、信号光の空間周波数と同じ成分を有しているので、信号光から直流成分を除去し、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することによりホログラムを記録した場合でも、再生画像から位置検出マーカが消えたり、位置検出マーカが部分的に欠落することがなく、再生画像に含まれるデータ領域の位置を検出することができる。
【発明の効果】
【０００９】
以上説明したように本発明によれば、直流成分を遮断してホログラムが記録された場合でも、再生画像から位置検出マーカが消えたり、位置検出マーカが部分的に欠落することがなく、再生画像に含まれるデータ領域の位置を検出することができる、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】
（位置検出マーカ）   
図１は、ホログラムとして記録するデータページの画像を示す図である。
このデータページ５０では、二値のデジタルデータ「０，１」が「白画素、黒画素」として表され、多数の画素がマトリクス状に配列されている。このデータ画像をホログラムとして記録することにより、二値のデジタルデータをページ毎に記録することができる。この場合には、１画素の大きさが１ビットデータに対応する。データページ５０の４隅には、ホログラムからの再生像を検出したときに、データページ５０の位置を検出するための位置検出マーカ５２１乃至５２４が配置されている。
【００１２】
図２は、位置検出マーカの拡大図である。
位置検出マーカ５２１は、白画素で表され、マトリクスの行方向に延びた直線部と列方向に延びた直線部とを有しており、行方向に延びた直線部と列方向に延びた直線部とが互いに交差している。直線部の幅ｄは、データ画素の一辺の長さをａとして、下記の関係を満たす範囲にある。
【００１３】
ａ／２≦ｄ≦２ａ
【００１４】
上記の関係を満たす位置検出マーカ５２１は、データページ５０の空間周波数と同じ成分を有することになる。なお、位置検出マーカ５２２乃至５２４の各々も、位置検出マーカ５２１と同様の形状を有している。
【００１５】
（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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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、レンズ２２、２４、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。また、レンズ２２とレンズ２４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３８が配置されている。マスク３８としては、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等を用いることができる。また、フーリエ変換像の直流成分だけを吸収するフィルタ等も使用することができる。
【００１９】
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。
【００２０】
次に、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（データページ）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。
【００２１】
上述した通り、データページ５０の４隅には、ホログラムからの再生像を検出したときに、データページ５０の位置を検出するための位置検出マーカ５２１乃至５２４が配置されている（図１参照）。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。
【００２２】
例えば、図４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。
【００２３】
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２２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３８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。
【００２４】
マスク３８で遮断されなかった信号光及び参照光は、レンズ２４で逆フーリエ変換され、レンズ２６により再び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。
【００２５】
次に、再生画像の取得処理について説明する。
図５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、レンズ２２、２４、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。
【００２６】
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、レンズ２４、２２でリレーされ、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２２の焦点面では再生像を観察することができる。
【００２７】
本実施の形態では、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てホログラムが記録されているが、位置検出マーカはデータページの空間周波数と同じ成分を有しているので、位置検出マーカが消えたり、位置検出マーカが部分的に欠落することがなく、データページと共に再生される。
【００２８】
この再生像が光検出器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、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。光検出器３６の各画素で検出された輝度値（画像データ）は、空間光変調器１８の各画素と対応付けられて、パーソナルコンピュータ３０に入力される。
【００２９】
次に、データページの位置検出処理について説明する。
パーソナルコンピュータ３０のＲＡＭに保持された再生画像の画像データを読み出し、テンプレートマッチング等の方法で位置検出マーカの位置を検出する。マーカの位置検出時には、保持された画像の全体をマッチングさせるのではなく、マーカがあると予想される一部の領域のみ探索することが好ましい。具体的には、４隅に位置検出マーカがある場合は４箇所の各々で、その探索領域を、光学系のミスアライメントによりマーカの位置がずれ得る領域の２倍程度の領域に設定する。探索領域は装置に依存するので実験的に確定される。以上の操作によりマーカ検出の時間短縮が可能である。
【００３０】
マーカの位置が検出されると、保持された再生画像上にデータページに対応した番地付けを行う。例えば、１０００×１０００ビットのデータページであれば、マーカで囲まれた領域を１０００×１０００分割する。そして、各々の分割領域の平均輝度を求める。あるいは、各々の分割領域の最大輝度を選択することもできる。次に、これらの輝度を閾値と比較して二値のデジタルデータに割り付け、１０００×１０００ビットのデータページを復号する。
【００３１】
実際に下記の条件で位置検出マーカの再生実験を行った。
光源１０として、ＹＡＧレーザの第二高調波ｃｗ５３２ｎｍを用いた。空間光変調器１８としては反射型液晶パネルを用いた。画素サイズは１９μｍ角で、１０２４×７６８画素である。一方、光検出器３６は画素サイズが６μｍで、２０４８×２０４８のＣＣＤカメラを用いた。この構成では、空間光変調器１８の１画素はＣＣＤの約３×３画素で検出できる。デジタルデータの１ビットを空間光変調器の２×２画素で表し、データページを構成した。したがって、信号光の１ビットはＣＣＤの約６×６画素で検出（サンプリング）することになる。マーカの線幅は、空間光変調器の８画素、４画素、２画素、１画素とした。
【００３２】
図６に示すように、それぞれの線幅で、十字形状のマーカ１〜４を用い実験した。直線部の幅ｄは、データ画素の一辺の長さをａとして（この場合は、空間光変調器１８の２画素分）、マーカ１では４倍（４ａ）、マーカ２では２倍（２ａ）、マーカ３では１倍（ａ）、マーカ４では半分（１／２ａ）の４種類である。位置検出マーカは、多数の画素がマトリクス状に配列されたデータページに対し、行方向に延びた直線部と列方向に延びた直線部とを有しており、行方向に延びた直線部と列方向に延びた直線部とが互いに交差している。
【００３３】
図７は、データページと位置検出マーカとを記録したホログラムから再生された画像を示す図である。幅の広い直線部を有する位置検出マーカほど画像が劣化していることが分かる。一方、直線部の幅が狭くなるほど、光強度が不十分となる。フーリエ変換像の０次成分を遮断してホログラムを記録した場合でも位置検出マーカを検出するためには、直線部の幅ｄは下記の関係を満たす範囲が好ましい。
ａ／２≦ｄ≦２ａ
【００３４】
以上説明した通り、本実施の形態では、フーリエ変換像の直流成分を遮断してホログラムを記録した場合でも、再生画像から位置検出マーカが消えたり、部分的に欠落することがなく、適切に位置検出を行うことができる。
【００３５】
なお、上記の実施の形態では、マトリクスに対し比較的短い直線部を有する位置検出マーカの例について説明したが、図８に示すように、データページ５０の外周に沿って位置検出マーカ５２を設けることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】ホログラムとして記録するデータページの画像を示す図である。
【図２】位置検出マーカの拡大図である。
【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】空間光変調器の表示画像を示す図である。
【図５】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】データページとこれに付加された十字型の位置検出マーカとを示す図である。
【図７】図６に示すデータ画像を記録したホログラムからの再生画像を示す図である。
【図８】位置検出マーカの他の例を示す図である。
【符号の説明】
【００３７】
１０   光源
１２   レンズ
１５   ビームエキスパンダ
１６   偏光ビームスプリッタ
１８   空間光変調器
２０   波長板
２２   レンズ
２４   レンズ
２６   フーリエ変換レンズ
２６   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
３６   光検出器
３８   マスク
５０   データページ
５２   位置検出マーカ
【図２】
2007179596.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図１】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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