(57)【要約】【課題】光電変換で発生する高調波の影響を低減したデータ記録再生装置を提供する。【解決手段】空間光変調器１０２で空間変調された光をフーリエ変換するための第１のレンズ１０３１と、第１のレンズ１０３１でフーリエ変換された光の一部を透過するアパーチャー１０３３と、アパーチャー１０３３を透過した光を逆フーリエ変換するための第２のレンズ１０３２とを備え、アパーチャー１０３３の光を透過する空間のサイズは、コヒーレントな光の波長と、空間光変調器１０２のピクセルピッチと、第１のレンズ１０３１の焦点距離とによって決定される空間光変調器１０２のナイキスト周波数に対応する空間のサイズ以上であり、且つコヒーレントな光の波長と、第２のレンズ１０３２の焦点距離と、イメージセンサー１０５のピクセルピッチとによって決定される、イメージセンサー１０５のナイキスト周波数に対応する空間のサイズより小さい。【選択図】図２
2009015987.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コヒーレントな光を空間変調する空間光変調器と、
前記空間光変調器で空間変調された光を、媒体へ記録及び媒体から読み出す干渉光学部と、
前記干渉光学部によって読み出された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での光電変換によって得られたデジタルイメージを信号処理するための信号処理部とを備え、
前記干渉光学部は、前記空間光変調器で空間変調された光をフーリエ変換するための第１のレンズと、
前記第１のレンズでフーリエ変換された光の一部を透過するアパーチャーと、
前記アパーチャーを透過した光を逆フーリエ変換するための第２のレンズとを備え、
前記アパーチャーの光を透過する空間のサイズは、前記コヒーレントな光の波長と、前記空間光変調器のピクセルピッチと、前記第１のレンズの焦点距離とによって決定される前記空間光変調器のナイキスト周波数に対応する空間のサイズ以上であり、且つ前記コヒーレントな光の波長と、前記第２のレンズの焦点距離と、前記イメージセンサーのピクセルピッチとによって決定される、前記イメージセンサーのナイキスト周波数に対応する空間のサイズより小さい
ことを特徴とするデータ記録再生装置。
【請求項２】
前記コヒーレントな光の波長をλ、前記空間光変調器のピクセルピッチをΔｄ１、前記第１のレンズの焦点距離をｆ１、前記イメージセンサーのピクセルピッチをΔｄ２、前記第２のレンズの焦点距離をｆ２とした時、  前記アパーチャーの光を透過する空間のサイズＤは式
【数１】
2009015987.tif 000015
を満たすことを特徴とするデータ記録再生装置。
【請求項３】
前記信号処理部は、前記デジタルイメージを空間フィルタリングするフィルタと、
前記フィルタによってフィルタリングされたデジタルイメージの適切なサンプリングを行うための座標を演算する座標演算手段と、
前記座標演算手段で演算された座標に前記デジタルイメージをリサンプリングするリサンプリング手段を備え、
リサンプリングより前に、空間フィルタリングすることを特徴とする請求項１に記載のデータ記録再生装置。
【請求項４】
前記フィルタと前記リサンプリング手段を同一の空間フィルタで構成することを特徴とする請求項３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、光学データ記録再生装置に関し、特にホログラフィックを記録媒体に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）の研究が成されている。
【０００３】
ホログラムメモリは２次元に配置されたデータ（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非常に高速であり、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。  
【０００４】
ホログラムメモリにある問題点として、記録再生に用いる空間光変調器の最小変調単位であるセルとイメージセンサーの画素が１対１に対応できないことがある。これは、レンズの収差、ホログラムディスクのチルトなどによって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画素以上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、元のイメージを再現できないため、エラーの数が増大してしまう。
【０００５】
それに対して、従来から在る２次元のバーコドリーダーなどは、空間光変調器の１セルに対してイメージセンサーの画素が３ｘ３〜５ｘ５画素程度となるようにオーバーサンプリングを行っている為、後で余分な画素を省くことで、１対１に対応させていた。
【０００６】
しかし、ホログラムメモリなど１枚のページデータに例えば１０２４ｘ１０２４セルのデータを記録する時、イメージセンサーで１セル当たり３ｘ３画素のオーバーサンプリングを行うと、３０７２ｘ３０７２画素ものセンサー領域が必要となり、非常にコストが増加する。
【０００７】
これに対して、ホログラムメモリにおいて、空間光変調器の１セルに対してイメージセンサーで１画素に対応したサンプリングを行い、画素がマッチしていない時には、隣接画素からの影響を考慮することで、画素をマッチした値に補正するシステムがある。隣接画素からの影響は非マッチング量に対応した値で、予め記憶されたものを用いている。図１６に、このシステムのフローチャートを示す。ステップＳ１６１で再生するか否かを選択する。再生を選択した場合、ステップＳ１６２で空間光変調器の１セルに対してイメージセンサーで１画素に対応したイメージの検出を行う。
【０００８】
次にステップＳ１６３で非マッチング量δを検出する。次にステップＳ１６４で、非マッチング量δの大きさが０．５より大きいか否かを判断する。次にステップＳ１６４での判断が０．５より大きい場合、イメージセンサーのピクセルの右方向にイメージの輝度値を補正する。ステップＳ１６４での判断が０．５以下の場合、イメージセンサーのピクセルの左方向にイメージの輝度値を補正する。この様に、空間光変調器の１セルに対してイメージセンサーで１画素に対応したイメージの検出を行った後、隣接画素からの影響を考慮して、画素をマッチする（例えば、特許文献１参照。）。
【０００９】
また、イメージセンサーでサンプリングした後に、補間を用いることで、イメージセンサーの１画素より擬似的に多い分解能で計算し、最終的に空間光変調器の１セルに対してイメージセンサーが１画素となるように対応させる技術が在る。図１７に、この技術のフローチャートを示す。ステップＳ１７１でイメージ中のどの領域にデータが記録されているかを判定する。次に、ステップＳ１７２で、既知の位置合せ用のパターン（マーク）をテンプレートマッチングを使って粗い精度で検出する。次に、ステップＳ１７３で、擬似的にイメージの解像度を増加する。次に、ステップＳ１７４で、増加した解像度の単位であるサブピクセルで高精度のテンプレートマッチングを行い、マークの位置を高精度に検出する（例えば、特許文献２参照。）。
【特許文献１】特開２００６−１１３６３号公報（第５−９頁、第６図）
【特許文献２】特開２００３−１５０８９８号公報（第５−８頁、第５図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、前記従来の技術では、光電変換時に発生する高調波による空間周波数帯域への折り返し誤差の影響を低減することが出来ず、データ記録再生の誤り率が悪いという課題を有していた。
【００１１】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、高調波による影響を低減した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】
【００１２】
前記従来の課題を解決するために、本発明のデータ記録再生装置は、コヒーレントな光を空間変調する空間光変調器と、前記空間光変調器で空間変調された光を、媒体へ記録及び媒体から読み出す干渉光学部と、前記干渉光学部によって読み出された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での光電変換によって得られたデジタルイメージを信号処理するための信号処理部とを備え、前記干渉光学部は、前記空間光変調器で空間変調された光をフーリエ変換するための第１のレンズと、前記第１のレンズでフーリエ変換された光の一部を透過するアパーチャーと、前記アパーチャーを透過した光を逆フーリエ変換するための第２のレンズとを備え、前記アパーチャーの光を透過する空間のサイズは、前記コヒーレントな光の波長と、前記空間光変調器のピクセルピッチと、前記第１のレンズの焦点距離とによって決定される前記空間光変調器のナイキスト周波数に対応する空間のサイズ以上であり、且つ前記コヒーレントな光の波長と、前記第２のレンズの焦点距離と、前記イメージセンサーのピクセルピッチとによって決定される、前記イメージセンサーのナイキスト周波数に対応する空間のサイズより小さいことを特徴としたものである。
【００１３】
さらにデータ記録再生装置において、前記コヒーレントな光の波長をλ、前記空間光変調器のピクセルピッチをΔｄ１、前記第１のレンズの焦点距離をｆ１、前記イメージセンサーのピクセルピッチをΔｄ２、前記第２のレンズの焦点距離をｆ２とした時、  前記アパーチャーの光を透過する空間のサイズＤは式
【００１４】
【数１】
2009015987.tif 000003
を満たすことを特徴としたものである。
【００１５】
さらにデータ記録再生装置において、前記信号処理部は、前記デジタルイメージを空間フィルタリングするフィルタと、前記フィルタによってフィルタリングされたデジタルイメージの適切なサンプリングを行うための座標を演算する座標演算手段と、前記座標演算手段で演算された座標に前記デジタルイメージをリサンプリングするリサンプリング手段を備え、リサンプリングより前に、空間フィルタリングすることを特徴としたものである。
【００１６】
さらにデータ記録再生装置において、前記フィルタと前記リサンプリング手段を同一の空間フィルタで構成することを特徴としたものである。
【発明の効果】
【００１７】
以上のように本発明のデータ記録再生装置によれば、光電変換時に発生する高調波による折り返し誤差を低減してデータ記録再生のエラーを低減することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
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。
【００１９】
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態におけるデータ記録再生装置の構成図を示す。図１において、光源部１０１は、コヒーレントな光を生成する光源から照射される光を２つに分割し出力するものである。空間光変調器１０２は光源部１０１から照射された２つの光の一方を受け、記録するデータに基づいた空間変調を行う。干渉光学部１０３は空間光変調器１０２で空間変調された光である信号光と、光源部１０１から出力された、もう一方の光を参照光として受け、信号光と参照光の干渉を媒体１０４へ記録する。再生時には、干渉光学部１０３へ参照光のみを入力し、媒体１０４へ照射することで、その回折光を再生光として読み出す。読み出された再生光はイメージセンサー１０５へ照射され、デジタルイメージが得られる。デジタルイメージは、信号処理部１０６へ入力され、信号処理を行うことによって、媒体１０４に書き込まれていたデータが再生できる。
【００２０】
図２に本発明の第１の実施の形態におけるデータ記録再生装置の概念図を示す。図２は光の光路や、光源部１０１の構成、干渉光学部１０３の構成、媒体１０４への記録再生の様子などを示した図１を概念化した図であり、図１と同じ要素には同じ符号を付けている。以下に本発明について詳細に説明する。
【００２１】
光源部１０１は、２つの光束を出力する光源である。図２において、レーザー光源１０１１から照射されたコヒーレントな光は、偏光ビームスプリッター１０１２によって、２つの光束に分割される。分割された光の一方は、コリメーター１０１４に入力され、コリメーター１０１４は、波面を整形すると共に光の径を広げる。径の広げられた光は光源部１０１から出力され、空間光変調器１０２へ入力される。また、偏光ビームスプリッター１０１２によって分割された、もう一方の光はミラー１０１３ａ、１０１３ｂによって光路が変化し光源部１０１から出力され、参照光として干渉光学部１０１３へ入力される。
【００２２】
空間光変調器１０２は、記録するデータに基づいて、光の振幅または位相の空間変調を行う。本実施の形態では、光の振幅のみ空間変調する。空間光変調器１０２は、液晶素子と偏光パネルで構成されたＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ）を用いる。ＬＣＤは最小変調単位であるセルごとに光を透過するか遮断するかを設定できる。例えば、あるセルにおいてデータ”１”が設定された時には、そのセルに入射した光は透過し、データ”０”が設定された時には、そのセルに入射した光は遮断される。以下に、記録データに基づいて、ＬＣＤにページデータを設定するまでの流れを説明する。
【００２３】
まず、記録するデータの系列は誤り訂正符号化される。本実施の形態の誤り訂正符号は一般的なリードソロモン符号を用いる。誤り訂正符号化されたデータ系列は、変調符号化される。本実施の形態では、変調符号には１−４符号（１ｌｉｇｈｔ  ｂｉｔ  ｏｎ  ４ｃｅｌｌｓ  ｃｏｄｉｎｇ）を用いる。１−４符号とは、４セルの内１セルだけ”１”で他の３セルは”０”になる制約を付加する符号であって、”１”の数が少ないときにＳＮＲの改善が得られるシステムで用いられる。
【００２４】
図３に１−４符号化され、ページデータが生成される様子を示す。記録するデータの系列から２ビットづつ抜き出して、符号化部で符号化テーブルを参照することで符号化を行い、２ｘ２ビットづつ出力する。その２ｘ２ビットの符号語を縦横に並べていくことでページデータを生成することができる。ここで、図３においてページデータの黒はデータ”０”であり、それに対応する空間光変調器１０２であるＬＣＤのセルには遮断を設定する。また、ページデータの白はデータ”１”であり、それに対応する空間光変調器１０２であるＬＣＤのセルには透過を設定する。この様にすることで、記録するデータに基づいたページデータを空間光変調器１０２に設定し、入力される光を空間変調することができる。空間変調された光は信号光として、干渉光学部１０３へ入力される。
【００２５】
なお、空間光変調器１０２は光の振幅や位相を空間変調できるものであれば、例えばＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ）を用いても良く、本実施の形態に限定されるものではない。ＤＭＤはＬＣＤと異なり反射型の素子であるので、光の照射方向は変化するが、同業者であれば適宜構成できる。なお、変調符号として、１−４符号を用いたが、３−１６符号（３ｌｉｇｈｔ  ｂｉｔｓ  ｏｎ  １６ｃｅｌｌｓ  ｃｏｄｉｎｇ）などを用いても良く本実施の形態に限定されるものではない。
【００２６】
干渉光学部１０３は信号光と参照光を受け、この２つの光の干渉を媒体１０４へ記録するための光学構成である。また、参照光を入力し、媒体１０４へ照射することで、媒体１０４からの回折光を読出す光学構成である。干渉光学部１０３に入力された信号光は第１のレンズ１０３１であるフーリエ変換レンズによってフーリエ変換される。本実施の形態では、図２に示すように、第１のレンズ１０３１の焦点からデフォーカスした位置で、媒体１０４へ干渉を記録する。
【００２７】
本実施の形態では図２に示すように、第１のレンズ１０３１を通った信号光と参照光を媒体１０４上で重なるように照射し、２つの光束の干渉を記録することで、２光束干渉記録を実現する。この様にして、媒体１０４に干渉が記録される。次に読出しを行う場合について説明する。読出し時には媒体１０４のホログラムに参照光のみを照射し、その時の媒体１０４からの回折光を読み出す。媒体からの回折光は、第１のレンズの焦点に設置されたアパーチャー１０３３によって、光の一部が遮断され、一部が透過するようになっていて、高次の回折光を取り除く。高次の回折光が取り除かれた光は第２のレンズ１０３２である逆フーリエ変換レンズによって逆フーリエ変換される。逆フーリエ変換された光は干渉光学部１０３から出力されイメージセンサー１０５に像を結ぶ。
【００２８】
媒体１０４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あって、光の干渉を記録することができる。
【００２９】
イメージセンサー１０５はＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）受光素子を２次元アレイ状に構成したものであって、光電変換を行うことによりデジタルイメージを取得できる。なお、受光素子はＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅｓ）などを用いてもよく本実施の形態に限定されるものではない。干渉光学部１０３から出力された光はイメージセンサー１０５に像を結び光電変換によってデジタルイメージを出力する。
【００３０】
以下に、本発明の特徴となる光学系の各要素の最適化について述べる。図４は、図２の光学系の各要素をさらに詳細に示した概念図であって、同じ要素には同じ符号を付けている。
【００３１】
まず説明を容易にする為に、光学系の各要素の設定項目に記号を付ける。光の波長をλ、空間光変調器１０２の最小変調単位であるセル構成において、隣接セル間の距離である空間光変調器１０２のピクセルピッチをΔｄ１、第１のレンズ１０３１の焦点距離をｆ１、第２のレンズ１０３２の焦点距離をｆ２、アパーチャー１０３３の光を透過する空間のサイズであるアパーチャーサイズをＤ、イメージセンサー１０５の隣接画素間の距離であるイメージセンサー１０５のピクセルピッチをΔｄ２とする。
【００３２】
図５（ａ）に空間光変調器１０２のセルの構成の概念図と、空間光変調器１０２のピクセルピッチをΔｄ１を示す。図中の四角い白の部分がセルであって透過と遮断を設定できる。また、図５（ｂ）にイメージセンサー１０５の画素の構成の概念図と、イメージセンサーのピクセルピッチをΔｄ２を示す。図中の四角い白の部分が画素で受光する部分である。
【００３３】
また、図６にアパーチャーの構成と、アパーチャーサイズＤを示す。図中の四角い白の部分が光の透過領域で、黒い部分が光の遮断領域である。アパーチャー１０３３はフーリエ面で高次の回折光を遮断し、必要な帯域の光のみを透過する光学フィルターの役割を果たすものである。光の波長がλ、空間光変調器１０２のピクセルピッチがΔｄ１、第１のレンズ１０３１の焦点距離がｆ１の時、フーリエ面での一次回折光の像高Ｙは数２の様になる。
【００３４】
【数２】
2009015987.tif 000004
【００３５】
図７に１次回折光の様子を示した概念図を示す。図２と同じ要素は同じ符号で示している。空間光変調器１０２の遮断（０）、透過（１）で表される信号の最高周波数ｆｍａｘに対応するフーリエ面での像高は、フーリエ面での１次回折光の像高の１／２となる。ただし、回折光は光軸を中心に対照的に現れるので、最高周波数ｆｍａｘに対応するフーリエ面のサイズ、つまり、空間光変調器１０２のナイキスト周波数に対応するアパーチャーのサイズＤ０１は数３となり、１次回折光の像高Ｙと等しくなる。ここで、最高周波数ｆｍａｘの信号とはすなわち”・・・０１０１０１０１・・・”の系列で表される信号である。
【００３６】
【数３】
2009015987.tif 000005
【００３７】
アパーチャー１０３３で光を透過する空間のサイズであるアパーチャーサイズＤは、数４に示すようにＤ０１以上でなければならない、なぜなら、アパーチャーサイズＤをＤ０１より小さくすると、信号が存在する周波数成分も遮断してしまうことになるからである。
【００３８】
【数４】
2009015987.tif 000006
【００３９】
サンプリングの定理によれば、信号の最高周波数ｆｍａｘの２倍以上のサンプリング周波数でサンプリングを行えば全ての信号の情報が収集できる。例として、アパーチャーサイズＤを空間光変調器１０２のナイキスト周波数に対応するアパーチャーのサイズＤ０１と同じ（Ｄ＝Ｄ０１）にし、第２のレンズ１０３２からの光をイメージセンサー１０５で信号の最高周波数ｆｍａｘの２．０倍のサンプリング周波数でサンプリングする場合には、数５が成り立つ。
【００４０】
【数５】
2009015987.tif 000007
【００４１】
この時、規格化アパーチャーサイズＤ／Ｄ０１は１．０となり、空間光変調器１０２に対するイメージセンサー１０５のサンプリングの倍率ｍａｇは数６で表され、数５の条件では１．０倍となる。
【００４２】
【数６】
2009015987.tif 000008
【００４３】
つまり、単純にサンプリングの定理に従えば、規格化アパーチャーサイズＤ／Ｄ０１を１．０にし、空間光変調器１０２に対するイメージセンサー１０５のサンプリング倍率を１．０倍にすれば、元のデータを復元できることになる。この時、イメージセンサー１０５のナイキスト周波数に対応するアパーチャーサイズＤ０２は空間光変調器１０２のナイキスト周波数に対応するアパーチャーサイズＤ０１と等しくなっている。イメージセンサー１０５のナイキスト周波数に対応するアパーチャーサイズＤ０２は数７で表される。
【００４４】
【数７】
2009015987.tif 000009
【００４５】
しかしながら、この条件では性能の良い再生はできない。その原因の一つに、イメージセンサー１０５の光電変換の時に発生する高調波の影響が在る。
【００４６】
図８にイメージセンサーの光電変換の時に発生する高調波の影響について示す。図８（ａ）は規格化アパーチャーサイズＤ／Ｄ０１を１．０にし、空間光変調器１０２に対するイメージセンサー１０５のサンプリング倍率を１．０倍に設定した時、つまりＤ０１＝Ｄ＝Ｄ０２のときの空間周波数特性の変化の様子を示している。アパーチャーサイズＤを信号の最高周波数ｆｍａｘに対応するアパーチャーサイズＤ０１にし、高域の雑音成分をカットする。高域の雑音成分がカットされた光はイメージセンサー１０５によってサンプリングされるのであるが、ＣＭＯＳで構成されたイメージセンサーは電界のパワーに比例した値（輝度値）を出力する。電界のパワーは電界の２乗で表される。この２乗の影響によって、高調波成分が発生する。高調波成分が発生した電界のパワーをＤ０２＝Ｄの条件でサンプリングすると折返し誤差が発生し、その折返し誤差は、信号が存在する空間周波数帯域に折り返す。つまり、高調波は全て雑音となり、ＳＮＲが非常に悪化してしまう。
【００４７】
数式を用いて高調波が発生する一例を示す。空間光変調器１０２の変調パターンが、最高周波数の信号である”・・・１０１０１０１０１０１０１０・・・”の時、アパーチャーサイズＤ＝Ｄ０１のアパーチャー１０３３を通し、第２のレンズ１０３２で逆フーリエ変換された光の電界Ｅは、数８で現される。つまり電界はコサイン波になる。この時の輝度Ｉは、電界のパワーである電界Ｅの２乗に比例するので数９で現される。
【００４８】
【数８】
2009015987.tif 000010
【００４９】
【数９】
2009015987.tif 000011
【００５０】
数９を見ると、ｃｏｓ（ｘ）の項に加えて、ｃｏｓ（２ｘ）の項が新たに発生している。このｃｏｓ（２ｘ）の項は２乗によって発生した高調波である。以上の様に、空間光変調器１０２に対してイメージセンサー１０５のサンプリングを１倍にしたのでは、イメージセンサー１０５の光電変換の時に発生する高調波の影響で、ＳＮＲが劣化し精度の良いデータの再生ができない。つまり、単純にサンプリングの定理に従ったのでは、ＳＮＲが劣化してしまう。
【００５１】
本発明は、この高調波の影響も考慮し、適切な光学系の設定を行う。本発明は、図８（ｂ）に示すように高調波による折返し誤差を、信号が存在する空間周波数帯域に折り返させないように、または、信号が存在する空間周波数帯域への折返し誤差を少なくすることで、ＳＮＲを劣化させない。
【００５２】
図８（ｂ）は規格化アパーチャーサイズＤ／Ｄ０１を１．０にし、空間光変調器１０２に対するイメージセンサー１０５のサンプリング倍率を１．５倍に設定した時、つまりＤ０１＝Ｄ＜Ｄ０２のときの空間周波数特性の変化の様子を示している。アパーチャーサイズＤを信号の最高周波数ｆｍａｘに対応するアパーチャーサイズＤ０１にし、高域の雑音成分をカットする。高域の雑音成分がカットされた光はイメージセンサー１０５によってサンプリングされるのであるが、ＣＭＯＳで構成されたイメージセンサーは電界のパワーに比例した値（輝度値）を出力する。電界のパワーは電界の２乗で表される。この２乗の影響によって、高調波成分が発生する。高調波成分が発生した電界のパワーをＤ０２＝Ｄ＊１．５条件でサンプリングする。図８では、イメージセンサー１０５のピクセルピッチΔｄ２を小さくすることで、１．５倍のサンプリングを行っている。この様に数１０を満たすように各要素を設定することで、信号が存在する空間周波数帯域への折返し誤差を少なくできる。
【００５３】
【数１０】
2009015987.tif 000012
【００５４】
数１０は数３を参照することで、数１１のようにも変形できる。
【００５５】
【数１１】
2009015987.tif 000013
【００５６】
最終的に、数３及び、数４及び、数１０を満たすように光学系の各要素の項目を設定すれば、高調波の影響を削減し、ＳＮＲを劣化を抑えてデジタルイメージを取得することができる。また、数３及び、数４及び、数１１を満たすように設定しても良い。すなわち、次式の関係を満足するように設定する。
【００５７】
【数１】
2009015987.tif 000014
【００５８】
イメージセンサー１０５で取得されたデジタルイメージは信号処理部１０６へ入力される。信号処理部１０６は、デジタルイメージを補間することによって、空間光変調器１０２の１セルに対して、１画素のデータにリサンプリングし、リサンプリングされたデジタルイメージを二値化することによって、媒体１０４へ記録されたページデータを再生することができる。再生されたページデータは１−４符号の復調、リードソロモン符号による誤り訂正などを行い記録したデータの系列を再生しホストへ送信する。
【００５９】
なお、本実施の形態では、信号光と参照光の光軸が異なる２光束干渉の記録再生について説明したが、例えば、信号光と参照光の光軸を同じに設定したコリニア方式で構成してもよく、この場合、光学系の構成が簡単になる効果があり、フーリエ面でホログラムを記録再生する方式であれば、本実施の形態に限定されるものではない。
【００６０】
なお、本実施の形態では、再生時に媒体１０４の参照光を照射した側（図２では媒体１０４の左側）とは反対側（図２では媒体１０４の右側）から透過した回折光を読み出す透過型のホログラム記録再生方式について説明したが、参照光を照射した側と同じ側（図２では媒体１０４の左側）に回折光を読み出す反射型の方式でもよく、この場合、第１のレンズ１０３１と第２のレンズ１０３２を同一のレンズとすることにより、光学系が簡単になるという効果があり、また、同一のレンズであるので、ディストーションなどのレンズによる収差の影響を削減することができる。
【００６１】
以上の様に、イメージセンサー１０５の光電変換の時に発生する高調波の影響を考慮した上で、光学系の各要素の項目を決定することで、再生時にＳＮＲの劣化を抑え精度の高いデータの再生を行うことができる。
【００６２】
（実施の形態２）
図９は、本発明の実施の形態２のデータ記録再生装置の信号処理部１０６の構成図である。実施の形態１と同じ要素は同じ符号で示し説明は省略する。本実施の形態は、実施の形態１で説明した光学系において、イメージセンサー１０５によって取得されたデジタルイメージを信号処理する信号処理部１０６に特徴を有する。
【００６３】
イメージセンサー１０５で取得されたデジタルイメージは、メモリインターフェイス１０６１を介してメモリ１０６２へ格納される。メモリ１０６２に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１０６１を介してメモリ１０６２から読み出され、フィルタ１０６３によって空間フィルタリングが行われる。空間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１０６１を介してメモリ１０６２に格納される。メモリ１０６２に格納された空間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１０６１を介してメモリ１０６２から読み出され、座標検出手段１０６４は、空間フィルタリングされたデジタルイメージから適切なサンプリングを行う為の座標を演算する。
【００６４】
次に、メモリインターフェイス１０６１を介してメモリ１０６２から読み出された空間フィルタリングされたデジタルイメージと、座標検出手段１０６４で演算された座標は、リサンプリング手段１０６５に入力され、リサンプリング手段１０６５は、座標検出手段１０６４から入力された座標に基づいて、空間フィルタリングされたデジタルイメージをリサンプリングする。リサンプ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１０６１を介してメモリ１０６２に格納される。リサンプ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１０６１を介してメモリ１０６２から読み出され、復号部１０６６は、リサンプリングされたデジタルイメージに対して、２値化、復調、誤り訂正などを施すことで再生データを生成し、メモリインターフェイス１０６１を介してメモリ１０６２へ格納する。再生データは、メモリインターフェイス１０６１を介してメモリ１０６２から読み出され、ホストインターフェイス１０６７を介してホストへ送信される。
【００６５】
イメージセンサー１０５は、図１０（ｂ）に示すようなデジタルイメージを取得する。図１０（ａ）には、記録されたページデータを示す。なお、図１０（ｂ）は表示のために誤差拡散を用いて２値化し概念化されたイメージであり、実際は多値の例えば８ｂｉｔで表されるイメージである。
【００６６】
イメージセンサー１０５で取得したデジタルイメージは、メモリインターフェイス１０６１を介してメモリ１０６２へ格納される。メモリインターフェイス１０６１はメモリ１０６２と他の要素とのイメージの入出力を仲介するものである。メモリ１０６２は例えばＳＤＲＡＭ（Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ  Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）であって、デジタルイメージを格納できる。
【００６７】
フィルタ１０６３はデジタルイメージを空間フィルタリングするものである。デジタルイメージの空間フィルタリングの順番は、図１０（ｂ）に示すように、１行目を左から右へ走査した後、２行目を左から右へ走査し、Ｎ行すべてを走査する。図１１にデジタルイメージの座標を示す。フィルタ１０６３のタップ数を５ｘ５の場合、現在フィルタリングを行っている注目画素の座標を（ｘ，ｙ）とした時のタップ入力の画素の座標は、（ｘ−２，ｙ−２）、（ｘ−１，ｙ−２）、（ｘ，ｙ−２）、（ｘ＋１，ｙ−２）、（ｘ＋２，ｙ−２）、（ｘ−２，ｙ−１）、（ｘ−１，ｙ−１）、（ｘ，ｙ−１）、（ｘ＋１，ｙ−１）、（ｘ＋２，ｙ−１）、（ｘ−２，ｙ）、（ｘ−１，ｙ）、（ｘ，ｙ）、（ｘ＋１，ｙ）、（ｘ＋２，ｙ）、（ｘ−２，ｙ＋１）、（ｘ−１，ｙ＋１）、（ｘ，ｙ＋１）、（ｘ＋１，ｙ＋１）、（ｘ＋２，ｙ＋１）、（ｘ−２，ｙ＋２）、（ｘ−１，ｙ＋２）、（ｘ，ｙ＋２）、（ｘ＋１，ｙ＋２）、（ｘ＋２，ｙ＋２）の２５画素となる。この２５画素の値（輝度値）をタップ入力とし、空間フィルタの５ｘ５個の係数と畳込みを行うことで、注目画素の座標の出力を得ることができる。図１２にフィルタ１０６３の構成を示す。２５個のタップ入力端子からタップ入力を入力し、２５個の乗算器で２５個の係数とタップ入力をそれぞれ乗算する。２５個の乗算結果は加算器に入力され、その総和が計算される。加算器の出力を注目画素のフィルタリング結果として出力する。
【００６８】
フィルタ１０６３の特性について説明する。実施の形態１において、高調波の折返し誤差が信号の空間周波数帯域に折り返さないような光学系の設定について述べた。本実施の形態では、イメージセンサー１０５でデジタルイメージを取得後に信号処理部で、高調波を処理することに特徴をもつ。図１３は、実施の形態１の図８（ｂ）で説明した空間周波数特性の変化と同様に、イメージセンサー１０５でサンプリングした後にフィルタ１０６３で空間フィルタリングし、その後、空間光変調器１０２の１セルに対して１．０画素に対応させるリサンプリングを行うまでの空間周波数特性の変化を示している。高調波の折返し誤差が信号の空間周波数帯域に折り返していないので、フィルタ１０６３で高調波成分をカットすることで、リサンプリング後の高調波の折返し誤差を削減している。つまり、フィルタ１０６３は、高調波成分をカットするローパスフィルターとなる。
【００６９】
また、フィルタ１０６３は、等化器の役割も果たす。等化器とは、雑音を遮断するだけでは無く、デジタルイメージを２値化しやすいように、信号の空間周波数特性を望みの特性にフィルタリングするものである。等化器は一般的に、パーシャルレスポンスと呼ばれる方式を用いて等化するのが良い。例えば、信号の高域成分を余りカットしないホログラムメモリなどではＰＲ（１）と呼ばれる特性に等化すればよい、ＰＲ（１）は信号が存在する周波数帯域で、信号の大きさが一定となるような特性である。パーシャルレスポンス方式については、従来から一般的に用いられているので詳細な説明は割愛する。以上の様に、フィルタ１０６３で高調波成分をカットと共に、２値化が容易になるような等化を行うことで、ＳＮＲが良好で２値化が容易なデジタルイメージを得ることができる。
【００７０】
座標検出手段１０６４は、フィルタ１０６３で空間フィルタリングされたデジタルイメージから、適切な座標を検出するものである。実施の形態１では、空間光変調器１０２の１セルに対して、イメージセンサーの画素は１画素より多くサンプリングしているが、最終的には、記録したデータ系列を再生する為に、空間光変調器１０２の１セルに対して１画素のサンプリングをしたデジタルイメージが必要である。このために、後で説明するリサンプリング手段１０６５で１対１に対応するようにリサンプリングを行う。このリサンプリングを行う為には、１対１に対応するデジタルイメージの座標が必要となる。座標検出手段１０６４は、この座標を空間フィルタリングされたデジタルイメージから演算する。座標演算の一般的な方法は、複数の特徴的なデータ（マーク）を記録する時にページデータに埋め込み、再生時にそれを検出し、既知のマーク間距離と比較演算する方法があり、座標検出手段１０６４はこの方法を使用すればよい。
【００７１】
リサンプリング手段１０６５は前述したように、デジタルイメージを空間光変調器１０２の１セルに対して１画素でリサンプリングをするものであって、座標検出手段１０６４から入力される座標に基づいて、空間フィルタリングされたデジタルイメージをリサンプリングする。リサンプリングを行う方法としては、一般的に補間フィルタを用いる。補間フィルタは空間フィルタであって、フィルタ１０６３と同じ図１２の構成で実現できる。補間フィルタは、その係数によって様々な補間方法が選択可能であるが、本実施の形態では、ナイキストフィルタと呼ばれるフィルタの係数を用いる。ナイキストフィルタは、信号のゲイン特性がどの周波数でも一定なフィルタであるので、信号の大きさを変えずに、位相（座標）のみ変更することができ補間に適している。
【００７２】
復号部１０６６は、リサンプリングされたデジタルイメージに２値化、復調、誤り訂正などを施し、記録されたデータ系列を再生するものである。２値化、復調、誤り訂正の方法は色々あるが、本実施の形態では２値化にはレベル検出を用い、変調符号の復調は１−４符号の復調で、誤り訂正はリードソロモン符号を利用して誤り訂正を行うものとする。２値化にはレベル検出は最も簡単な２値化の方法で、閾値より大きい時に”１”それ以外は”０”を出力して２値化する。復調は１−４符号の復調であって、実施の形態１で説明した図３で説明した方法でページデータが生成されている場合の復調で、図３の符号化テーブルにしたがって復調する。誤り訂正は、リードソロモン符号の冗長ビットを利用することで誤りを訂正する。
【００７３】
再生されたデータ系列は、ホストインターフェイス１０６７を介してホストへ送信される。
【００７４】
なお、フィルタ１０６３とリサンプリング手段１０６５は別の要素として説明したが、各空間フィルタの係数行列を畳込むことによって、１つのフィルタ係数行列を演算し、このフィルタ係数を用いた１つの空間フィルタで実現しても良い。図１４にフィルタ１０６３とリサンプリング手段１０６５を同一の空間フィルタで構成した信号処理部１０６の構成を示す。図９とはフィルタ＆リサンプリング手段１４１が異なっている。各空間フィルタの係数行列を畳込み１つのフィルタ係数行列を演算する方法は広く知られている。例えば、図１５（ａ）の３ｘ３タップの係数Ａを持つ空間フィルタと、図１５（ｂ）の３ｘ３タップの係数Ｂを持つ空間フィルタを一つに統合する為に、両係数の畳込みを行うと、図１５（ｃ）の５ｘ５タップの畳込まれた係数となる。タップ数を削減する為に、５ｘ５タップの係数を３ｘ３タップにするには窓関数を適用する。窓関数には色々あるが、例えば、方形窓を使った場合には、図１５（ｄ）の様に、５ｘ５タップの畳込まれた係数の内、中心の３ｘ３タップの係数が新たな係数となる。この様に２つのフィルタを一つに統合し、窓関数を適用することで、回路規模が削減できる。
【００７５】
以上の様に、フィルタ１０６３で高調波成分をカットし、また、２値化が容易になるような等化を行うことで、ＳＮＲが良好で２値化が容易なデジタルイメージを得ることができ、精度の良いデータ再生ができる。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明にかかるデータ記録再生装置は、光電変換時の高調波の影響を低減した技術を有し、ストレージ機器等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の実施の形態１におけるデータ記録再生装置の構成図
【図２】本発明の実施の形態１におけるデータ記録再生装置の概念図
【図３】本発明の実施の形態１における１−４符号化及びページデータを説明する図
【図４】本発明の実施の形態１におけるデータ記録再生装置の光学要素の項目を示す概念図
【図５】本発明の実施の形態１における空間光変調器とイメージセンサーの概念図
【図６】本発明の実施の形態１におけるアパーチャーの概念図
【図７】本発明の実施の形態１における空間光変調器からの回折光を示す図
【図８】本発明の実施の形態１における空間周波数特性の変化を示す概念図
【図９】本発明の実施の形態２における信号処理部の構成図
【図１０】本発明の実施の形態２におけるページデータとデジタルイメージの図
【図１１】本発明の実施の形態２におけるデジタルイメージの画素の座標を示す概念図
【図１２】本発明の実施の形態２における空間フィルタの構成図
【図１３】本発明の実施の形態２における空間周波数特性の変化を示す概念図
【図１４】本発明の実施の形態２における信号処理部の構成図
【図１５】本発明の実施の形態２におけるフィルタ係数の畳み込みを示す図
【図１６】従来の位置合わせのフローチャート
【図１７】従来の位置合わせのフローチャート
【符号の説明】
【００７８】
１０１  光源部
１０１１  レーザー光源
１０１２  偏光ビームスプリッター
１０１３ａ  ミラー
１０１３ｂ  ミラー  
１０１４  コリメーター
１０２  空間光変調器
１０３  干渉光学部
１０３１  第１のレンズ（フーリエ変換レンズ）
１０３２  第２のレンズ（逆フーリエ変換レンズ）
１０３３  アパーチャー
１０４  媒体
１０５  イメージセンサー
１０６  信号処理部
１０６１  メモリインターフェイス
１０６２  メモリ
１０６３  フィルタ
１０６４  座標検出手段
１０６５  リサンプリング手段
１０６６  復号部
１０６７  ホストインターフェイス
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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