(57)【要約】【課題】グレースケール画像をスムーズに記録することができ、ひいては再生もスムーズに行うことができるホログラム記録装置を提供する。【解決手段】ホログラム記録装置Ａは、グレースケール画像をその各画素の輝度に基づいて複数の二値画像に変換する画像変換手段３０と、画像変換手段３０によって変換された複数の二値画像をページ単位に表示し、そのページの切り替えごとに二値画像のそれぞれに応じた記録光を生成する空間光変調手段５と、空間光変調手段５によって生成された記録光Ｓをホログラム記録媒体Ｂに照射するとともに、このホログラム記録媒体Ｂに対して記録光Ｓと干渉するように一定の入射角で参照光Ｒｓを照射する光照射手段とを備えている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
グレースケール画像をその各画素の輝度に基づいて複数の二値画像に変換する画像変換手段と、
上記画像変換手段によって変換された上記複数の二値画像をページ単位に表示し、そのページの切り替えごとに上記二値画像のそれぞれに応じた記録光を生成する空間光変調手段と、
上記空間光変調手段によって生成された上記記録光をホログラム記録媒体に照射するとともに、このホログラム記録媒体に対して上記記録光と干渉するように一定の入射角で参照光を照射する光照射手段と、
を備えていることを特徴とする、ホログラム記録装置。
【請求項２】
上記画像変換手段は、上記グレースケール画像における最大輝度を検出し、その最大輝度と同数の画像に分けつつ上記各画素の輝度に応じた数だけ明の画素に置き換える二値化処理を行うことにより、上記複数の二値画像を生成する、請求項１に記載のホログラム記録装置。
【請求項３】
上記画像変換手段は、上記グレースケール画像における最大輝度を検出し、その最大輝度と同数の画像に分けつつ上記各画素の輝度に応じた数だけ明の画素に置き換える二値化処理を行うとともに、さらに上記明の画素を分散させるように画像を分けることにより、上記複数の二値画像を生成する、請求項１に記載のホログラム記録装置。
【請求項４】
上記光照射手段によって再生時に一定の入射角で参照光が照射され、その際、上記ホログラム記録媒体において生じた再生光を受光するための受光手段をさらに備えている、請求項１ないし３のいずれかに記載のホログラム記録装置。
【請求項５】
グレースケール画像をその各画素の輝度に基づいて複数の二値画像に変換する画像変換手順と、
上記画像変換手順を経て変換された上記複数の二値画像をページ単位に表示し、そのページの切り替えごとに上記二値画像のそれぞれに応じた記録光を生成する空間光変調手順と、
上記空間光変調手順を経て生成された上記記録光をホログラム記録媒体に照射するとともに、このホログラム記録媒体に対して上記記録光と干渉するように一定の入射角で参照光を照射する光照射手順と、
を実行することを特徴とする、ホログラム記録方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ホログラムを記録するためのホログラム記録装置およびホログラム記録方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のホログラム記録装置としては、特許文献１に開示されたものがある。この種のホログラム記録装置は、ホログラム記録媒体に対し、空間光変調器によって記録すべき情報に応じて光変調された記録光を照射するとともに、この記録光と干渉するように入射角を変化させながら参照光を照射することにより、いわゆる角度多重方式によってホログラムを記録する。再生時には、記録時と同様にホログラム記録媒体に対して入射角を変化させながら参照光を照射し、その際に生じた再生光を受光することにより、参照光の入射角に応じたページ単位にホログラムとして記録された情報を再生するようになっている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−７８９２２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、上記従来のホログラム記録装置では、たとえば記録すべき情報がグレースケール画像である場合、そのグレースケール画像を符号化処理によって光学的記録に適したデータに一旦変換し、そのデータに応じた記録光をページ単位に照射しながら、ページの切り替えごとに参照光の入射角を変化させる必要がある。これでは、参照光の入射角を変化させる際にタイムロスが生じ、スムーズに記録できないことになる。また、再生においても、記録時と同様に参照光の入射角を変化させなければならないため、スムーズに再生することができないという難点があった。
【０００５】
本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、グレースケール画像をスムーズに記録することができ、ひいては再生もスムーズに行うことができるホログラム記録装置およびホログラム記録方法を提供することをその課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。
【０００７】
本発明の第１の側面によれば、グレースケール画像をその各画素の輝度に基づいて複数の二値画像に変換する画像変換手段と、上記画像変換手段によって変換された上記複数の二値画像をページ単位に表示し、そのページの切り替えごとに上記二値画像のそれぞれに応じた記録光を生成する空間光変調手段と、上記空間光変調手段によって生成された上記記録光をホログラム記録媒体に照射するとともに、このホログラム記録媒体に対して上記記録光と干渉するように一定の入射角で参照光を照射する光照射手段と、を備えたホログラム記録装置が提供される。
【０００８】
本発明の第２の側面によれば、グレースケール画像をその各画素の輝度に基づいて複数の二値画像に変換する画像変換手順と、上記画像変換手順を経て変換された上記複数の二値画像をページ単位に表示し、そのページの切り替えごとに上記二値画像のそれぞれに応じた記録光を生成する空間光変調手順と、上記空間光変調手順を経て生成された上記記録光をホログラム記録媒体に照射するとともに、このホログラム記録媒体に対して上記記録光と干渉するように一定の入射角で参照光を照射する光照射手順と、を実行するホログラム記録方法が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明により開示された技術によれば、グレースケール画像をページ単位の複数の二値画像に変換し、そのページを切り替えるごとに二値画像に応じた記録光を照射するものの、参照光については一定の入射角で照射すればよいので、グレースケール画像をスムーズに記録することができ、ひいては再生もスムーズに行うことができる。
【００１０】
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照して具体的に説明する。
【００１２】
図１〜６は、本発明に係るホログラム記録装置の一実施形態を示している。図１に示すように、ホログラム記録装置Ａは、光源１、コリメータレンズ２、ビームスプリッタ３、記録ズームレンズ４、空間光変調器５、ハーフミラー６、対物レンズ７、第１の反射部材８、参照ズームレンズ９、記録用のミラー１０、第２の反射部材１１、再生用のミラー１２、再生用の受光素子２０、画像変換部３０、および画像再生部４０を有して構成されている。光源１、コリメータレンズ２、ビームスプリッタ３、記録ズームレンズ４、ハーフミラー６、対物レンズ７、第１の反射部材８、参照ズームレンズ９、記録用のミラー１０、第２の反射部材１１、および再生用のミラー１２は、ホログラム記録媒体Ｂに対して記録光Ｓや参照光Ｒｓ，Ｒｐを照射する光照射手段を実現している。ハーフミラー６、対物レンズ７、および受光素子２０は、ホログラム記録媒体Ｂにおいて生じた再生光Ｐを受光するための受光手段を実現している。
【００１３】
ホログラム記録媒体Ｂは、光透過性を有する２つの保護層９０の間に記録層９１をもち、この記録層９１に対して両側から光を照射することができるように構成されている。記録層９１には、記録時の参照光Ｒｓと記録光Ｓとが干渉することで記録部位Ｘが形成され、この記録部位Ｘにホログラムが記録される。再生時には、破線で示すように記録部位Ｘに対して記録時とは反対側から参照光Ｒｐが照射され、この参照光Ｒｐがホログラムに干渉することで回折光が生じる。この回折光が記録光Ｓとは逆向きに対物レンズ７を透過し、再生光Ｐとして受光素子２０に受光される。
【００１４】
光源１は、たとえば半導体レーザ素子からなり、比較的帯域が狭く干渉性の高いレーザ光を出射する。コリメータレンズ２は、光源１から出射したレーザ光を平行光に変換する。コリメータレンズ２から出射した平行光は、ビームスプリッタ３によって記録光Ｓと参照光Ｒに分離される。記録光Ｓは、記録ズームレンズ４によってビーム径が拡大された後、空間光変調器５に入射する。参照光Ｒは、記録時に記録用の参照光Ｒｓとして、第１の反射部材８、参照ズームレンズ９、および記録用のミラー１０を順に経てホログラム記録媒体Ｂに照射される。また、参照光Ｒは、再生時に再生用の参照光Ｒｐとして、第１の反射部材８、参照ズームレンズ９、第２の反射部材１１、および再生用のミラー１２を順に経てホログラム記録媒体Ｂに照射される。記録用および再生用のミラー１０，１２は、たとえばガルバノミラーからなり、ホログラム記録媒体Ｂに対する参照光Ｒｓ，Ｒｐの入射角を変化させることができる。これにより、記録部位Ｘには、記録用の参照光Ｒｓの入射角に応じてページ単位に異なるパターンのホログラムが記録される。再生時には、記録部位Ｘから再生用の参照光Ｒｐの入射角に応じてページ単位にホログラムを読み出すことができる。
【００１５】
空間光変調器５は、たとえば透過型の液晶デバイスからなる。この空間光変調器５では、入射した記録光Ｓが記録すべき情報に応じた画素パターンの記録光Ｓに変調される。空間光変調器５から出射した記録光Ｓは、対物レンズ７を介してホログラム記録媒体Ｂに照射され、記録層９１において記録用の参照光Ｒｓと干渉する。これにより、記録層９１には、記録部位Ｘが形成される。再生時には、記録部位Ｘに記録済みのホログラムと再生用の参照光Ｒｐとが干渉することにより、回折光として再生光Ｐが生じ、この再生光Ｐが記録光Ｓとは逆向きに対物レンズ７を通ってハーフミラー６で反射させられる。これにより、再生光Ｐは、再生用の受光素子２０で受光されることとなり、記録部位Ｘに記録されたホログラムが読み出される。
【００１６】
画像変換部３０は、記録すべき情報として特にグレースケール画像に適したものであり、グレースケール画像をその各画素の輝度に基づいて複数の二値画像に変換する。図２に示すように、画像変換部３０は、最大輝度検出部３１、画像分割二値化処理部３２、および画素分散化処理部３３を有して構成されている。最大輝度検出部３１は、グレースケール画像の全画素から最大輝度を検出する。たとえば２５６階調（８ビット）のグレースケール画像の場合、各画素の輝度の度数が０〜２５５までの範囲で付されており、そのうち最大輝度の度数が検出される。画像分割二値化処理部３２は、グレースケール画像を最大輝度と同数の画像に分けつつ各画素の輝度に応じた数だけ「明」の画素に置き換える二値化処理を行う。画素分散化処理部３３は、二値化処理された二値画像について、さらに「明」画素を分散させるように画像を分ける。これにより、空間光変調器５の表示に適した二値画像が生成される。画像再生部４０は、たとえば受光素子２０からの受光信号に基づいてホログラムとして記録されたグレースケール画像を再生する。
【００１７】
具体的に、グレースケール画像を記録する際の処理について説明する。
【００１８】
図３に一例として示すように、記録情報となるグレースケール画像としては、３×３画素で最大輝度が５、輝度の度数総計が２８になるものとする。このようなグレースケール画像が画像変換部３０に入力されると、最大輝度検出部３１は、そのグレースケール画像から最大輝度の度数５を検出する。
【００１９】
次に、画像分割二値化処理部３２は、グレースケール画像を輝度別に最大輝度と同数の５つの画像Ｇ１〜Ｇ５に分割し、これらの画像Ｇ１〜Ｇ５において各画素がその輝度に応じた数だけ「明」に置き換えられるように二値化処理を行う。たとえば、グレースケール画像において輝度５の画素は、全ての画像Ｇ１〜Ｇ５において二値化処理により「明」の画素に置き換えられる。その一方、輝度４の画素は、４つの画像Ｇ１〜Ｇ４において「明」の画素に置き換えられる。輝度３〜１の画素についても、それぞれの輝度に応じた数の画像においてその輝度に応じた数だけ「明」の画素に置き換えられる。このようにして輝度別に生成された画像Ｇ１〜Ｇ５を合成することにより、最大輝度と同数の５つの二値画像Ｇ１’〜Ｇ５’が生成される。このとき、輝度の度数総計（２８）を最大輝度（５）で割った値を平均オン画素数とした場合、二値画像Ｇ１’〜Ｇ５’のそれぞれにおける「明」の画素数ができる限り平均オン画素数に近づくように上記画像Ｇ１〜Ｇ５が適当に組み合わされて合成される。すなわち、二値画像Ｇ１’〜Ｇ５’は、概ね同程度の明るさをもって生成される。二値画像Ｇ１’〜Ｇ５’においても各画素は、その輝度に応じた数だけ「明」となっている。
【００２０】
次に図４に示すように、画素分散化処理部３３は、二値画像Ｇ１’〜Ｇ５’のそれぞれにおいて縦横に隣り合う「明」の画素が存在しないように、これら二値画像Ｇ１’〜Ｇ５’をさらに分割しながら「明」の画素を分散させる。これは、互いに縦横に隣り合う「明」の画素が存在すると、このような画素パターンをもつ記録光と参照光とが干渉した場合、光学的にノイズが大きいホログラムが形成されるためである。こうして二値画像Ｇ１’〜Ｇ５’を分割しながら「明」の画素を所定の規則に基づいて分散させることにより、さらに２つずつ組みになった二値画像Ｇ１”〜Ｇ５”が生成される。これらの二値画像Ｇ１”〜Ｇ５”においては、斜め方向に隣接した「明」の画素が存在するが、このような画素パターンをもつ記録光に対して縦方向あるいは横方向から参照光を干渉させることにより、光学的ノイズが小さいホログラムを形成することができる。また、二値画像Ｇ１”〜Ｇ５”は、分散化処理前の二値画像Ｇ１’〜Ｇ５’よりも明るさが減じるものの、概ね同程度の明るさをもつことになる。このような二値画像Ｇ１”〜Ｇ５”においても各画素は、その輝度に応じた数だけ「明」となっている。
【００２１】
空間光変調器５に上記二値画像Ｇ１”〜Ｇ５”が入力されると、これらの二値画像Ｇ１”〜Ｇ５”がページ単位に表示され、二値画像Ｇ１”〜Ｇ５”のそれぞれに応じた記録光Ｓがホログラム記録媒体Ｂに対して照射される。このとき、記録光Ｓは、ページが切り替えられるごとに照射されるが、ホログラム記録媒体Ｂの記録部位Ｘは移動させられることがなく、同じ記録部位Ｘにホログラムを重ね書きするように記録光Ｓが照射される。また、参照光Ｒｓは、記録部位Ｘにおいて記録光Ｓと干渉するように照射されるが、入射角を一定に保った状態で照射される。これにより、二値画像Ｇ１”〜Ｇ５”が重ね書きされたようなものとしてホログラムが記録される。このようなホログラムによれば、「明」の画素が重なっている数に応じてその画素の輝度が再現される。たとえば、「明」の画素が５つ重なっている場合、輝度５が再現され、「明」の画素が４つ重なっている場合、輝度４が再現される。このように「明」となる全画素について重なった数に応じて輝度が再現されることにより、元のグレースケール画像が再現される。
【００２２】
このようにして記録されたグレースケール画像のホログラムは、記録時と同様に入射角を一定に保った状態で記録部位Ｘに対して参照光Ｒｐを照射することにより、所定の画素パターンをもつ再生光Ｐとして受光素子２０により受光され、この再生光Ｐに基づいて画像再生部４０により再生される。すなわち、記録時にはページ単位に二値画像Ｇ１”〜Ｇ５”が重ね書きされる一方、再生時には一定の入射角で参照光Ｒｐを照射するだけで階調をもつ元のグレースケール画像が再生される。
【００２３】
他の例として図５に示すように、グレースケール画像の画素数が増えても同様である。たとえばグレースケール画像は、４×４画素で最大輝度が５、輝度の度数総計が４５になるものとする。このようなグレースケール画像が画像変換部３０に入力されると、最大輝度検出部３１は、そのグレースケール画像から最大輝度の度数５を検出する。
【００２４】
次に、画像分割二値化処理部３２は、グレースケール画像を輝度別に最大輝度と同数の５つの画像Ｇ１〜Ｇ５に分割し、これらの画像Ｇ１〜Ｇ５において各画素がその輝度に応じた数だけ「明」に置き換えられるように二値化処理を行う。たとえば、グレースケール画像において輝度５の画素は、全ての画像Ｇ１〜Ｇ５において二値化処理により「明」の画素に置き換えられる。他の輝度４〜１の画素についても、先述した例と同様に「明」の画素に置き換えられるものの、破線で示すように同一輝度の画像間あるいは異なる輝度の画像間において適当にすり替え処理される。これは、二値画像Ｇ１’〜Ｇ５’のそれぞれにおける「明」の画素数をできる限り平均オン画素数に近づけるためである。このようにして輝度別に生成された画像Ｇ１〜Ｇ５を合成することにより、最大輝度と同数の５つの二値画像Ｇ１’〜Ｇ５’が生成される。生成された二値画像Ｇ１’〜Ｇ５’は、概ね同程度の明るさをもつことになる。二値画像Ｇ１’〜Ｇ５’においても各画素は、その輝度に応じた数だけ「明」となっている。
【００２５】
次に、画素分散化処理部３３は、先述した理由から二値画像Ｇ１’〜Ｇ５’のそれぞれにおいて縦横に隣り合う「明」の画素が存在しないように、これら二値画像Ｇ１’〜Ｇ５’のそれぞれをさらに３つの画像に分割しながら所定の規則に基づいて「明」の画素を分散させる。これにより、３つずつ組みになった二値画像Ｇ１”〜Ｇ５”が生成される。このようにして生成された二値画像Ｇ１”〜Ｇ５”もまた、分散化処理前の二値画像Ｇ１’〜Ｇ５’よりも明るさが減じるものの、概ね同程度の明るさをもつことになる。このような二値画像Ｇ１”〜Ｇ５”においても各画素は、その輝度に応じた数だけ「明」となっている。
【００２６】
空間光変調器５に上記二値画像Ｇ１”〜Ｇ５”が入力されると、これらの二値画像Ｇ１”〜Ｇ５”がページ単位に表示され、二値画像Ｇ１”〜Ｇ５”のそれぞれに応じた記録光Ｓがホログラム記録媒体Ｂに対して照射される。このときも、記録光Ｓは、ページが切り替えられるごとに異なる画素パターンをもつように照射されるが、ホログラム記録媒体Ｂの記録部位Ｘは移動させられることがなく、また、入射角を一定に保った状態で記録部位Ｘに参照光Ｒｓが照射される。これにより、二値画像Ｇ１”〜Ｇ５”が重ね書きされたようなものとしてホログラムが記録される。再生時には、入射角を一定に保った状態で記録部位Ｘに対して参照光Ｒｐを照射するだけでよいので、速やかに元のグレースケール画像が再生される。
【００２７】
上記した二つの例から明らかなように、グレースケール画像の画素数や階調が増加しても、二値化処理や分散化処理としては同様の手順で実行され、記録や再生に際して参照光の入射角を変化させずともグレースケール画像の記録や再生を速やかに行うことができる。      
【００２８】
記録時の処理手順としては、図６に示すように、グレースケール画像が画像変換部３０に入力されると、最大輝度検出部３１は、そのグレースケール画像の最大輝度を検出する（Ｓ１）。
【００２９】
次に、画像分割二値化処理部３２は、グレースケール画像をその最大輝度と同数の画像に分割するとともに、各画素の輝度に応じた数だけ「明」の画素に置き換えるような二値化処理によって二値画像Ｇ１’〜Ｇ５’を生成する（Ｓ２）。
【００３０】
その後、画素分散化処理部３３は、光学的ノイズを小さくする観点から二値画像Ｇ１’〜Ｇ５’を分散化処理によってさらに分割するとともに、「明」の画素を分散させ、これにより二値画像Ｇ１”〜Ｇ５”を生成する（Ｓ３）。
【００３１】
空間光変調器５は、上記のようにして生成された二値画像Ｇ１”〜Ｇ５”に基づいて制御されることにより、これら二値画像Ｇ１”〜Ｇ５”に応じた記録光Ｓを生成する。ホログラム記録媒体Ｂには、空間光変調器５においてページが切り替えられるごとに二値画像Ｇ１”〜Ｇ５”に応じた記録光Ｓが照射される（Ｓ４）。
【００３２】
このような記録光Ｓの照射時、参照光Ｒｓが照射位置や入射角が変化させられることなく一定の入射角で照射される（Ｓ５）。その結果、ホログラム記録媒体Ｂには、二値画像Ｇ１”〜Ｇ５”が重なったような光学的パターンからなるホログラムが記録される。
【００３３】
したがって、本実施形態のホログラム記録装置Ａによれば、グレースケール画像をホログラムとして記録する際には、二値画像を重ねるように記録光Ｓを照射しつつも参照光Ｒｓについては一定の入射角で照射すればよく、再生時においても参照光Ｒｐの入射角などを変化させる必要がないので、グレースケール画像の記録および再生をスムーズに行うことができる。
【００３４】
なお、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではない。
【００３５】
上記実施形態で示した構成は、あくまでも一例にすぎず、仕様に応じて適宜設計変更することが可能である。
【００３６】
たとえば、二値化処理および分散化処理を経て最終的に生成される二値画像としては、同じグレースケール画像でも処理方法によって異なる明暗のパターンであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明に係るホログラム記録装置の一実施形態を示す構成図である。
【図２】図１に示す画像変換部の構成を示すブロック図である。
【図３】画像変換手順を説明するための模式図である。
【図４】図３に続く画像変換手順を説明するための模式図である。
【図５】他の例による画像変換手順を説明するための模式図である。
【図６】記録時の処理手順を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【００３８】
Ａ                              ホログラム記録装置
Ｂ                              ホログラム記録媒体
Ｓ                              記録光
Ｒｓ，Ｒｐ                      参照光
Ｇ１’〜Ｇ５’，Ｇ１”〜Ｇ５”  二値画像
５                              空間光変調器（空間光変調手段）
２０                            受光素子（受光手段）
３０                            画像変換部（画像変換手段）
３１                            最大輝度検出部
３２                            画像分割二値化処理部
３３                            画素分散化処理部
【図１】
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【図２】
2009244532.tif 000004
【図３】
2009244532.tif 000005
【図４】
2009244532.tif 000006
【図５】
2009244532.tif 000007
【図６】
2009244532.tif 000008