ホログラム記録再生装置
【課題】精度よく２値化が可能なホログラム記録再生装置を提供する。
【解決手段】複数の画像データを構成する各画素についての複数の画像データにわたる輝度信号を集計し、その平均値を算出する。そして、各画素の輝度信号の平均値をそれぞれ各画素について２値化を行う際の閾値として設定する。エンコードする際には、複数のページデータにわたって各画素の白黒比が１：１となるように変調を行う。
【解決手段】複数の画像データを構成する各画素についての複数の画像データにわたる輝度信号を集計し、その平均値を算出する。そして、各画素の輝度信号の平均値をそれぞれ各画素について２値化を行う際の閾値として設定する。エンコードする際には、複数のページデータにわたって各画素の白黒比が１：１となるように変調を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はホログラム記録再生装置に関し、所定の光学系を介してホログラム記録媒体に参照光を照射して得られた再生光の写像を示す画像データを取得し、当該画像データに基づいて電子データを再生するホログラム記録再生装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のホログラム再生装置として、再生時に画像データを２値化するときの閾値をブロックごとに調整するものが提案されている（特許文献１、参照。）。
かかるホログラム再生装置においては、ブロックに属する各画素の階調値の傾向に基づいて当該ブロックについての適正な閾値が設定される。従って、例えば画像データを得るための光学系に不均一さがある場合でも、精度よい２値化を実現することが可能であった。
【特許文献１】特開平１１−２７２１５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上述した技術においては、各ブロックを構成する各画素の階調値の傾向に基づいて閾値が設定されるため、ブロックを小さくすると適正な閾値を設定することができないという問題があった。すなわち、ブロックを小さくすると属する画素の数が少なくなるため、わずかな画素の階調値の傾向に基づいて閾値を設定しなければならず、ノイズの影響を受けやすくなるという問題があった。
本発明は、上記課題にかんがみてなされたもので、精度よく２値化が可能なホログラム記録再生装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記目的を達成するために請求項２にかかる発明は、所定の光学系を介してホログラム記録媒体に参照光を照射して得られた再生光の写像を示す画像データを取得し、当該画像データに基づいて電子データを再生するホログラム記録再生装置において、上記電子データを複数の２値画素で構成されるページデータに変調するエンコード手段と、上記ページデータに基づいて信号光を生成し、当該信号光を上記参照光と干渉させつつ上記ホログラム記録媒体に照射して干渉パターンの記録を行う記録手段と、上記参照光を上記干渉パターンに照射して複数の多階調画素で構成される上記画像データを取得する再生手段と、上記画像データの各画素の各画像信号について所定の閾値に基づいて２値判定することによりページデータを復元する２値化手段と、上記ページデータに基づいて電子データを復調するデコード手段と、複数の上記画像データを取得し、上記画像データを構成する各領域についての複数の上記画像データにわたる上記画像信号の統計結果に基づいて、当該各領域についての上記閾値を設定する閾値設定手段とを具備する構成としてある。
【０００５】
上記のように構成した請求項２の発明において、ホログラム記録媒体に所定の光学系を介して参照光を照射することにより、再生光の写像を示す画像データが取得される。この画像データに基づいてデコードを行うことにより電子データが再生される。エンコード手段は、記録時において記録しようとする上記電子データを複数の２値画素で構成されるページデータに変調する。記録手段は、上記ページデータに基づいて信号光を生成するとともに、上記信号光を上記参照光とが干渉した状態で、これらを上記ホログラム記録媒体に照射する。これにより、上記ホログラム記録媒体には干渉パターンが記録されることとなる。
【０００６】
一方、再生時においては上記参照光を上記干渉パターンに照射して複数の多階調画素で構成される上記画像データが所定の撮像素子によって取得される。この画像データは多階調画素で構成され、２値化手段が上記画像データの各画素の各画像信号について所定の閾値に基づいて２値判定することにより、当該画像データがページデータに復元される。さらに、デコード手段は、上記ページデータに基づいて電子データを復調する。以上により、記録した上記電子データを読み取ることができる。閾値設定手段は、複数の上記画像データを取得し、上記画像データを構成する各領域についての複数の上記画像データにわたる上記画像信号の統計結果に基づいて、当該各領域についての上記閾値を設定する。すなわち、単一の上記画像データのみならず複数の上記画像データにわたる対象領域の上記画像信号の統計結果に基づいて上記閾値が設定される。
【０００７】
さらに、請求項３にかかる発明は、上記領域は上記画像データを構成する各画素単位とされる構成としてある。
上記のように構成した請求項３の発明において、上記領域は上記画像データを構成する各画素単位とされるため、上記閾値は各画素ごとに設定されることとなる。
【０００８】
また、請求項４にかかる発明において、上記エンコード手段は、各画素について画素値の度数が複数の上記ページデータにわたって略均等となるように変調を行うとともに、上記閾値設定手段は、各画素についての複数の上記画像データにわたる上記画像信号の平均値を上記閾値として設定する構成としてある。
上記のように構成した請求項４の発明では、上記ページデータは２値画素によって構成されるが、複数の上記ページデータにおける各画素の画素値の度数が略均一になるように上記ページデータが変調される。例えば、１００ページの上記ページデータを取得した場合には、各画素における画素値（０，１）がほぼ５０個ずつとなるように変調される。そして、上記閾値設定手段は、各画素についての複数の上記画像データにわたる上記画像信号の平均値を上記閾値として設定する。
【０００９】
さらに、請求項５にかかる発明は、上記エンコード手段は、ダミー画素を上記ページデータに挿入することにより、各画素の画素値の度数が複数の上記ページデータにわたって略均等となるように変調を行う構成としてある。
上記のように構成された請求項５の発明では、各画素の画素値の度数が複数の上記ページデータにわたって略均等とするために、ダミー画素を上記ページデータに挿入する。
【００１０】
さらに、請求項６にかかる発明は、上記エンコード手段は、複数の上記ページデータが上記光学系に対して回転するように変調を行う構成としてある。
上記のように構成された請求項６の発明では、複数の上記ページデータが上記光学系に対して回転するような変調が行われる。すなわち、複数の上記ページデータが上記光学系に対して単一の方向とならないように回転させられる。
【００１１】
また、請求項７にかかる発明は、上記閾値設定手段は、再生対象とする上記干渉パターンの近くに記録された複数の上記干渉パターンについての上記画像データを取得し、上記画像データを構成する各領域についての複数の上記画像データにわたる上記画像信号の統計結果に基づいて、当該各領域についての上記閾値を設定する構成としてある。
上記のように構成した請求項７の発明では、再生するにあたり、再生対象とする上記干渉パターンの近くに記録された複数の上記干渉パターンについての上記画像データを取得する。そして、これらの画像データを対象とした上記統計結果に基づいて、当該各領域についての上記閾値を設定する。
【００１２】
さらに、請求項８にかかる発明は、上記エンコード手段は、上記電子データを複数の２値信号の割合が均等な複数の画素で構成されたシンボルの組み合わせに変換するともに、同一のシンボルを構成する各画素を複数の上記ページデータに均等に分散させる構成としてある。
上記のように構成した請求項８の発明では、まず、上記電子データが複数の２値信号の割合が均等な複数の画素で構成されたシンボルの組み合わせに変換される。そして、各シンボルを構成する画素が複数の上記ページデータに均等に分散させられる。例えば、４画素で構成されるシンボルの各画素が、４ページのページデータに１画素ずつ分散させられる。
【００１３】
以上の構成をさらに具体化したホログラム記録再生装置によっても本発明を実現することができ、その具体例として請求項１にかかる発明は、所定の光学系を介してホログラム記録媒体に参照光を照射して得られた再生光の写像を示す画像データを取得し、当該画像データに基づいて電子データを再生するホログラム記録再生装置において、記録する電子データを複数の２値画素で構成されるページデータに変調するとともに、複数の当該ページデータにわたる画素値の度数を各画素おいて略均等とし、各ページデータを上記光学系に対して回転させるエンコード手段と、上記ページデータに基づいて信号光を生成し、当該信号光を上記参照光と干渉させつつ上記ホログラム記録媒体に照射して干渉パターンの記録を行う記録手段と、上記参照光を上記干渉パターンに照射して各画素が多階調の画像信号を有する上記画像データを取得する再生手段と、上記画像データの各画素の各画像信号について所定の閾値に基づいて２値判定することによりページデータを復元する２値化手段と、上記ページデータに基づいて電子データを復調するデコード手段と、再生対象とする上記干渉パターンの近くに記録された複数の上記干渉パターンについての上記画像データを取得し、上記画像データを構成する各画素についての複数の上記画像データにわたる上記画像信号の平均値を当該画素についての上記閾値として設定する閾値設定手段とを具備する構成としてある。
かかる構成においても請求項２から請求項７の各発明の発明特定事項が含まれるため、請求項２から請求項７の各発明の単独または相乗的な作用効果が実現できることはいうまでもない。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１および請求項２の発明によれば、精度よくページデータヘの２値化が可能なホログラム記録再生装置を提供することができる。
請求項３の発明によれば、閾値を細かく設定することができる。
請求項４の発明によれば、簡易な演算によって閾値を求めることができる。
【００１５】
請求項５の発明によれば、画素値を複数のページデータにわたって均等にすることができる。
請求項６の発明によれば、画素値が複数のページデータにわたって冗長となることが防止できる。
請求項７の発明によれば、再生時に最適な閾値を設定することができる。
請求項８の発明によれば、簡易な手法によって画素値を複数のページデータにわたって均等にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
ここでは、下記の順序に従って本発明の実施形態について説明する。
（１）第１の実施形態：
（１−１）記録処理：
（１−２）再生処理：
（２）変形例：
【００１７】
（１）第１の実施形態
図１は、本発明の第１の実施形態にかかるホログラム記録再生装置の概略構成を示している。同図において、ホログラム記録再生装置１０はコントローラ１１とレーザ光源１２と対物レンズ１３，１８とビームスプリッタ１４とハーフミラー１５，１６とＤＭＤ［Digital Micro Mirror Device］１７と集光レンズ２０と画像センサ２１とから構成されている。
【００１８】
コントローラ１１は、画像センサ２１から得られた画像データを例えば２進数の電子データにデコードするデコーダ１１ａと、デコーダ１１ａと逆の処理を行うエンコーダ１１ｂと、所定の制御プログラムにしたがって各種制御処理を実行するマイコン１１ｃと、レーザ光源１２に対して駆動信号を送出するドライバ１１ｄとから構成されている。画像センサ２１は複数の光電素子がドットマトリクス状に配列したセンサであり、各光電素子に入射した光強度（輝度）に応じた電荷を生じさせ、当該電荷の量を多階調にデジタル化した輝度画像データをデコーダ１１ａに出力する。例えば、画像センサ２１としてＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサを利用することができる。
【００１９】
レーザ光源１２は、コヒーレントなレーザ光が生成可能であり、例えばＹＡＧレーザ等の固体レーザや半導体レーザを使用することができる。ドライバ１１ｄは、レーザ発振させるための駆動電流をレーザ光源１２に供給する。レーザ光源１２から出力されたレーザ光は対物レンズ１３によって平行光に変換され、ビームスプリッタ１４に入射する。ビームスプリッタ１４は半反射面を有し、入射した平行光を直進光と屈曲光に分岐させる。ここにおける直進光は信号光であり、屈曲光が参照光となる。信号光はＤＭＤ１７にて反射される。
【００２０】
ＤＭＤ１７はエンコーダ１１ｂから入力した画像データに基づきドットマトリクス状に配列したマイクロミラーの配向角を個別に制御する。各マイクロミラーは、後段のハーフミラー１６に反射光を入射させる方向と、図示しない吸収体に反射光を入射させる方向のいずれかに配向角を切り換えることができる。従って、エンコーダ１１ｂから入力した画像データに対応した信号光をハーフミラー１６に出力することができる。
【００２１】
一方、参照光は半反射面を有するハーフミラー１５にて反射され、そのままハーフミラー１６に導光される。ハーフミラー１６は半反射面を有し、ＤＭＤ１７からの信号光を対物レンズ１８に向けて反射させる。一方、ハーフミラー１６に入射した参照光はハーフミラー１６の半反射面を透過し、そのまま対物レンズ１８に向けて直進する。このとき、信号光と再生光とが互いに干渉し、エンコーダ１１ｂから入力した画像データが反映された２光束干渉光が生成される。この２光束干渉光は対物レンズ１８にて集光させられ、ホログラム記録媒体にて干渉パターンとして結像される。
【００２２】
ホログラム記録媒体は干渉パターンを屈折率（透過率）の変化として記録する感光記録層を有しており、例えば感光記録層としてニオブ酸リチウム単結晶、フォトポリマー等の感光材料を使用することができる。これにより、エンコーダ１１ｂに入力した電子データに応じた干渉パターンをホログラム記録媒体に記録することができる。なお、ホログラム記録媒体はディスク状記録媒体であり、図示しないモータによって回転されることにより干渉パターンの結像位置を変えることができ、シフト多重により多量の電子データを記録することができる。
【００２３】
電子データの再生を行う場合には、ＤＭＤ１７によるマイクロミラーの反射角の制御によって信号光が吸収体に吸収され、参照光のみがホログラム記録媒体に到達させられる。ホログラム記録媒体においては記録された干渉パターンが参照光の回折格子として作用し、この回折光が再生光として生成される。なお、回折格子としての干渉パターンによって回折が生じる波長の参照光が入力される必要があり、基本的には記録時の参照光と信号光と同一の波長を再生時にも使用する必要がある。
【００２４】
本実施形態では、反射膜を有する反射式のホログラム記録媒体を使用しており、再生光がホログラム記録媒体を反射して、対物レンズ１８に入射されることとなる。対物レンズ１８にて平行光に変換された再生光はハーフミラー１６を透過し、画像センサ２１に再生光の写像が結像されることとなる。画像センサ２１から得られた画像データは、所定の閾値を基準として２値判定を行うことによりページデータに変換され、さらにデコーダ１１ａによってもとの電子データが再現される。なお、以上説明したホログラム記録再生装置１０の各光学系の配置や方式はあくまでも一例であり、他の形態のホログラム記録再生装置においても本発明を適用することができる。
【００２５】
（１−１）記録処理
図２は、記録処理の流れを示している。同図において、ステップＳ１００にて電子データが取得される。電子データはオンビット（１）とオフビット（０）が配列した２進数のデータであり、例えば図示しないハードディスク等の記録装置やネットーワーク等によって供給される。ステップＳ１１０においては、電子データを構成する各ビットがそれぞれシンボルに変換され、各シンボルを規則的に配列させることによりページデータが生成される。
【００２６】
図３は、電子データが複数のページデータに変調される様子を模式的に説明している。同図左においては２進数の電子データを模式的に示し、同図右においては当該電子データに対応するページデータを示している。電子データにおけるオンビット（１）はページデータにおいて上下に白□黒■が配列するシンボルに変換され、オフビット（０）はページデータにおいて上下に黒■白□が配列するシンボルに変換される。そして、各シンボルを規則的に配列させることにより、電子データに対応したドットマトリクス状のページデータに変調（エンコード）される。
【００２７】
ここでは、ページデータの実データ領域Ｒ１の左上隅から右に向かって電子データの各ビットに対応するシンボルが順に配列され、一行分（２画素で一行）がシンボルによって充填されると次の下の行にてシンボルが左から右に埋められる。また、各ページデータの実データ領域Ｒ１の外側において余白領域Ｒ２が設けられており、実データ領域Ｒ１において最初にシンボルが埋められる左上隅部の外側には基準位置を示すためのアライメントシンボルＡＳが添付される。電子データが極めて小さい場合を除いて、電子データは複数のページデータに変調される。なお、ページデータを構成する画素は白□黒■いずれかの画像信号を有する２値画素である。
【００２８】
ステップＳ１２０においては、各ページデータを９０度単位でランダムに回転させる。例えば、各ページデータについて０〜３までの整数の乱数を発生させ、各乱数について０＝０度回転（回転しない）、１＝９０度回転、２＝１８０度回転、３＝２７０度回転というように回転角を対応付けて回転させる。図４は、各ページデータがランダムに回転される様子を示している。上述したとおり左上隅部の外側の基準位置にアライメントシンボルＡＳが添付されているため、回転させた場合も実データ領域Ｒ１における最初のシンボルがどの位置にあるかや、どの方向にシンボルが配列しているかを認識することができる。また、各ページデータおよび実データ領域Ｒ１は正方形であり、その中央を中心として回転させるため、回転させてもＤＭＤ１７においてページデータおよび実データ領域Ｒ１が占める領域は変動しない。
【００２９】
ステップＳ１３０においては、ステップＳ１２０において回転された複数のページデータの各画素について白黒比を取得する。図５は白黒比を模式的に説明している。同図において、各ページデータの実データ領域Ｒ１における左上隅の画素についての白黒比が取得されている。各ページデータは他のページデータと無関係に生成されているため、白黒比がどのようになっているかは不明である。
【００３０】
しかし、各シンボルは必ず白□黒■で構成され各ページデータ内の白黒比が１：１であるとともに、ステップＳ１２０にてランダムに回転させているため、ある程度多い枚数のページデータを集計することにより、各画素の白黒比が１：１に収束していると考えられる。例えば、１００ページのページデータの各画素が、白画素と黒画素の度数が約５０個ずつあると考えることができる。ただし、確率的に不均一な画素も存在しうるため、ステップＳ１３０にて白黒比を算出する。
【００３１】
ステップＳ１４０においては白黒比が不均一な画素があったか否かが判定され、白黒比が不均一な画素があった場合には、ステップＳ１２０にて行った回転をキャンセルし、ステップＳ１５０にてダミーシンボル（ダミー画素）をページデータに挿入する。例えば、１００ページのページデータにおいて、白画素または黒画素の度数（当該画素が白画素または黒画素となっているページ数）が５０±３個の範囲外となる画素が存在した場合には、不均一であると判定される。ダミーシンボルは、無意味なデータであり、所定の挿入規則にしたがって各ページデータに挿入される。
【００３２】
挿入したダミーシンボルの挿入規則を特定するデータを所定のページデータに追記しておけば、後述するデコードの際にダミーシンボルを実データから除去することができる。ダミーシンボルは各シンボルの配列状況を変えることができ、かつ、デコードの際に除去することができればよく、種々の挿入手法を適用することができる。ダミーシンボルが挿入されると、再度、ステップＳ１２０に戻ってランダムに回転させられ、さらにステップＳ１４０にて白黒比が不均一な画素の有無が判定される。以上の処理を繰り返して行うことにより、最終的にすべての画素の複数のページデータにわたる白黒比が１：１となる回転角とダミーシンボルの組み合わせを得ることができる。
【００３３】
白黒比が略均一となったことが確認されると各ページデータをＤＭＤ１７に順次出力し、参照光と干渉させることにより干渉パターンをホログラム記録媒体に順次記録していく。例えば、ディスク状のホログラム記録媒体を回転させつつ記録を行うことにより、周方向に順次位置をずらして干渉パターンを記録していく。ステップＳ１２０にて回転させられた各ページデータは、回転させられた状態でＤＭＤ１７に出力されるため、各ページデータが反映された信号光もＤＭＤ１７やハーフミラー１６や対物レンズ１８や画像センサ２１等の光学系に対して回転させられる。
【００３４】
（１−２）再生処理
図６は、再生処理の流れを示している。同図において、ステップＳ２００にてホログラム記録媒体における再生位置を取得する。例えば、ある電子ファイルの読み出しを指定されたとき、その電子ファイルの電子データに対応する干渉パターンが記録されたホログラム記録媒体の位置が取得される、図７は、ホログラム記録媒体における再生位置を模式的に示している。同図に示すように、ある電子ファイルの読み出しを指定した場合に、その電子ファイルの電子データに対応する複数の干渉パターン（●で模式的に示す。）の位置が取得され、これらがホログラム記録媒体の周方向に配列している。この場合、ホログラム記録媒体を回転させながら順次干渉パターンに再生光を照射することで、対象の電子ファイルを読み出すことができる。
【００３５】
ステップＳ２１０においては、電子ファイルの電子データに対応する複数の干渉パターンに対して周方向に隣接する複数の干渉パターン（○で模式的に示す。）に対して参照光を順次照射し、その再生光の写像を順次画像センサ２１にて撮像する。画像センサ２１は、例えば各画素が２５６階調の多階調の画像信号（輝度信号）を有する画像データを各干渉パターンごとに生成する。例えば、○で示した２００個の干渉パターンに対して参照光を照射した場合には、２００個の画像データが生成されることとなる。
【００３６】
ステップＳ２２０においては、複数の画像データの輝度信号の平均値を各画素について算出する。図８（ａ），８（ｂ）は、ある画素についての複数の画像データにわたる輝度信号の統計結果をヒストグラムによって示している。同図において、縦軸は度数を示し、横軸は輝度信号を示している。このような統計結果がすべての画素ごとに得られることとなる。上述したとおり記録時において２値画素で構成されるページデータが、再生時に画像データとして再現されるため、白□画素に対応する輝度信号の集合と、黒■画素に対応する輝度信号の集合が形成されることとなる。
【００３７】
また、各画素における白黒比が、ほぼ１：１となることが保証されているため、白□画素に対応する輝度信号の集合と黒■画素に対応する輝度信号の集合との度数がほぼ均等となる。そのため、すべての画像データにおける当該画素の画像信号を単純に加算し、画像データの個数で除算して得られる平均値は、白□画素に対応する輝度信号の集合と、黒■画素に対応する輝度信号の集合のほぼ中央の輝度となるということができる。従って、輝度信号がこの平均値よりも明るい画素は白□画素に対応すると判断することができ、輝度信号がこの平均値よりも暗い画素は黒■画素に対応すると判断することができる。この平均値を２値化の閾値として設定することにより、精度よい２値化を実現することができる。
【００３８】
例えば、ＤＭＤ１７やハーフミラー１６や対物レンズ１８や画像センサ２１からなる光学系にばらつきがあり、図９のように画像データの輝度特性に偏りが生じる場合がある。中央のエリアＡ１においては明るめの輝度分布となり、端のエリアＡ２においては暗めの輝度分布となることも考えられる。中央のエリアＡ１においては白黒画素のはっきりした明暗が捉えられ、輝度分布が図８（ａ）のようになる。端のエリアＡ２においては全体に暗く各集合の輝度差も小さい図８（ｂ）のような輝度分布が得られる。
【００３９】
このような場合であっても、各画素ごとに輝度信号の平均値を閾値として設定することにより、中央のエリアＡ１および端のエリアＡ２を構成する各画素について適切な２値化を行うことができる。さらに、各画素ごとに閾値を設定することにより、例えばある画素を担当するＤＭＤ１７のマイクロミラーに不具合がある場合等においても当該画素の２値化に適した閾値を設定することができる。この各画素の閾値はマイコン１１ｃが有するメモリに記憶される。
【００４０】
ステップＳ２３０においては、ステップＳ２００にて取得した再生対象の電子データに対応する複数の干渉パターン（図７で●で模式的に示す。）に順次参照光を照射し、順次画像センサ２１にて撮像する。得られた画像データが順次デコーダ１１ａに入力され、当該デコーダ１１ａにて２値化してページデータに復元させられる。この２値化においては、画像データを構成する画素の輝度信号の階調値と、ステップＳ２００にて設定された当該画素の閾値とを比較し、当該閾値よりも当該階調値が大きければ当該画素を白□画素と判定する。反対に当該閾値よりも当該階調値が小さければ当該画素を黒■画素と判定する。すべての画素において個別に閾値が設定されているため、順次マイコン１１ｃのメモリから各画素に対応する閾値が取得され、比較に使用される。
【００４１】
従って、図９に示すように画像データの輝度分布特性に偏りがある場合でも各画素について精度よく２値化を行うことができる。また、各閾値は複数の画像データに基づいて決定されるため、多くの輝度信号（サンプル数）による統計結果に基づき閾値を得ることができ、各閾値の統計的信頼性は高いものとなる。より信頼性の高い閾値を取得するならば、ステップＳ２１０にてより多くの干渉パターンを照射してサンプルとなる画像データの数を増やせばよい。ステップＳ２１０にてより多くの干渉パターンを照射してサンプルとなる画像データの数を増やせば、多数の画像データ全体における白黒比も確実に１：１に収束させることができ、より精度よく閾値を設定することができる。
【００４２】
以上のようにして精度よくページデータの復元ができると、ページデータの電子データヘの復調がステップＳ２４０にて行われる。ステップＳ２４０においては、まずページデータを回転させてもとの方向に復元する。各ページデータにおいて左上隅にすべき位置の外側にアライメントシンボルＡＳが添付されているため、このアライメントシンボルＡＳが左上に来るように回転操作を行えばよい。次に、ダミーシンボルを除去する。ダミーシンボルは予め所定の規則にしたがって挿入されているため、ダミーシンボルを除去し実データのシンボルのみを抽出することができる。デコーダ１１ａは、各シンボルをその配列順にしたがってオンビット（１）とオフビット（０）に変換することにより、電子データを復調する。これにより、干渉パターンとして記録された電子データを精度よく再生することができる。
【００４３】
（２）変形例
以上においてはページデータの回転とダミーシンボルの挿入によって各画素の複数のページデータにわたる白黒比を１：１にするようにしたが、他のエンコード手法によって白黒比を１：１とすることも可能である。図１０は、変形例にかかるエンコードの流れを示している。同図においても、上述した実施形態と同様にオンビット（１）とオフビット（０）とからなる電子データが上下に白□黒■が配列するシンボルと、上下に黒■白□が配列するシンボルに変換される。
【００４４】
次に各シンボルの上の画素だけを順番に配列することにより奇数ページのページデータを生成する。さらに、各シンボルの下の画素だけを奇数ページと同じ順番で配列することにより偶数ページのページデータを生成する。すなわち、白□黒■が１画素ずつで構成される各シンボルを２ページのページデータに分散させて配置する。これにより、連続する奇数ページと偶数ページにおいては必ず各画素が白□黒■を１画素ずつ有することとなり、複数のページデータを集計した場合、白黒画素の度数が均一となることが保証される。白黒比が必ず１：１となるシンボルが２画素よりも多くの画素によって構成される場合であっても、その画素数分のページデータに分散させることによって各画素の白黒比を１：１に保つことができる。
【００４５】
また、上述した実施形態においては各画素ごとに閾値を設定するようにしたが、画像データを複数の領域に分割し、その領域ごとに閾値を設定するようにしてもよい。例えば、隣接する数画素ごとの領域を形成し、その領域ごとに閾値を設定するようにしてもよい。この場合も、各領域に含まれる画素の輝度信号の複数の画像データにわたる平均値を算出することにより、閾値を求めることができる。
【００４６】
上記実施形態においては、ホログラム記録媒体の方式として反射型を採用したものを例示したが、透過型のホログラム記録媒体を用いたホログラム再生装置においても同様に本発明を適用することができる。さらに、上記実施形態では、信号光と参照光との２光束方式を適用したホログラム再生装置を例示したがコリニア方式を採用することも可能である。また、空間光変調器[ＳＬＭ：Spatial Light Modulator]として、ＤＭＤを例示したが、液晶ＳＬＭや磁気光学空間変調器[ＭＯＳＬＭ]等を用いることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】ホログラム記録再生装置の概略ブロック図である。
【図２】記録処理の流れを示すフローチャートである。
【図３】エンコードを説明する図である。
【図４】ページデータの回転を説明する図である。
【図５】白黒比を説明する図である。
【図６】再生処理のフローチャートである。
【図７】再生位置を示す図である。
【図８】画像信号のヒストグラムである。
【図９】画像データの偏りを示す図である。
【図１０】変形例にかかるエンコードを説明する図である。
【符号の説明】
【００４８】
１０…ホログラム記録再生装置、１１…コントローラ、１１ａ…デコーダ、１１ｂ…エンコーダ、１１ｃ…マイコン、１１ｄ…ドライバ、１２…レーザ光源、１３…対物レンズ、１４…ビームスプリッタ、１５…ハーフミラー、１６…ハーフミラー、１７…ＤＭＤ［Digital Micro Mirror Device］、１８…対物レンズ、２０…集光レンズ、２１…画像センサ。
【技術分野】
【０００１】
本発明はホログラム記録再生装置に関し、所定の光学系を介してホログラム記録媒体に参照光を照射して得られた再生光の写像を示す画像データを取得し、当該画像データに基づいて電子データを再生するホログラム記録再生装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のホログラム再生装置として、再生時に画像データを２値化するときの閾値をブロックごとに調整するものが提案されている（特許文献１、参照。）。
かかるホログラム再生装置においては、ブロックに属する各画素の階調値の傾向に基づいて当該ブロックについての適正な閾値が設定される。従って、例えば画像データを得るための光学系に不均一さがある場合でも、精度よい２値化を実現することが可能であった。
【特許文献１】特開平１１−２７２１５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上述した技術においては、各ブロックを構成する各画素の階調値の傾向に基づいて閾値が設定されるため、ブロックを小さくすると適正な閾値を設定することができないという問題があった。すなわち、ブロックを小さくすると属する画素の数が少なくなるため、わずかな画素の階調値の傾向に基づいて閾値を設定しなければならず、ノイズの影響を受けやすくなるという問題があった。
本発明は、上記課題にかんがみてなされたもので、精度よく２値化が可能なホログラム記録再生装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記目的を達成するために請求項２にかかる発明は、所定の光学系を介してホログラム記録媒体に参照光を照射して得られた再生光の写像を示す画像データを取得し、当該画像データに基づいて電子データを再生するホログラム記録再生装置において、上記電子データを複数の２値画素で構成されるページデータに変調するエンコード手段と、上記ページデータに基づいて信号光を生成し、当該信号光を上記参照光と干渉させつつ上記ホログラム記録媒体に照射して干渉パターンの記録を行う記録手段と、上記参照光を上記干渉パターンに照射して複数の多階調画素で構成される上記画像データを取得する再生手段と、上記画像データの各画素の各画像信号について所定の閾値に基づいて２値判定することによりページデータを復元する２値化手段と、上記ページデータに基づいて電子データを復調するデコード手段と、複数の上記画像データを取得し、上記画像データを構成する各領域についての複数の上記画像データにわたる上記画像信号の統計結果に基づいて、当該各領域についての上記閾値を設定する閾値設定手段とを具備する構成としてある。
【０００５】
上記のように構成した請求項２の発明において、ホログラム記録媒体に所定の光学系を介して参照光を照射することにより、再生光の写像を示す画像データが取得される。この画像データに基づいてデコードを行うことにより電子データが再生される。エンコード手段は、記録時において記録しようとする上記電子データを複数の２値画素で構成されるページデータに変調する。記録手段は、上記ページデータに基づいて信号光を生成するとともに、上記信号光を上記参照光とが干渉した状態で、これらを上記ホログラム記録媒体に照射する。これにより、上記ホログラム記録媒体には干渉パターンが記録されることとなる。
【０００６】
一方、再生時においては上記参照光を上記干渉パターンに照射して複数の多階調画素で構成される上記画像データが所定の撮像素子によって取得される。この画像データは多階調画素で構成され、２値化手段が上記画像データの各画素の各画像信号について所定の閾値に基づいて２値判定することにより、当該画像データがページデータに復元される。さらに、デコード手段は、上記ページデータに基づいて電子データを復調する。以上により、記録した上記電子データを読み取ることができる。閾値設定手段は、複数の上記画像データを取得し、上記画像データを構成する各領域についての複数の上記画像データにわたる上記画像信号の統計結果に基づいて、当該各領域についての上記閾値を設定する。すなわち、単一の上記画像データのみならず複数の上記画像データにわたる対象領域の上記画像信号の統計結果に基づいて上記閾値が設定される。
【０００７】
さらに、請求項３にかかる発明は、上記領域は上記画像データを構成する各画素単位とされる構成としてある。
上記のように構成した請求項３の発明において、上記領域は上記画像データを構成する各画素単位とされるため、上記閾値は各画素ごとに設定されることとなる。
【０００８】
また、請求項４にかかる発明において、上記エンコード手段は、各画素について画素値の度数が複数の上記ページデータにわたって略均等となるように変調を行うとともに、上記閾値設定手段は、各画素についての複数の上記画像データにわたる上記画像信号の平均値を上記閾値として設定する構成としてある。
上記のように構成した請求項４の発明では、上記ページデータは２値画素によって構成されるが、複数の上記ページデータにおける各画素の画素値の度数が略均一になるように上記ページデータが変調される。例えば、１００ページの上記ページデータを取得した場合には、各画素における画素値（０，１）がほぼ５０個ずつとなるように変調される。そして、上記閾値設定手段は、各画素についての複数の上記画像データにわたる上記画像信号の平均値を上記閾値として設定する。
【０００９】
さらに、請求項５にかかる発明は、上記エンコード手段は、ダミー画素を上記ページデータに挿入することにより、各画素の画素値の度数が複数の上記ページデータにわたって略均等となるように変調を行う構成としてある。
上記のように構成された請求項５の発明では、各画素の画素値の度数が複数の上記ページデータにわたって略均等とするために、ダミー画素を上記ページデータに挿入する。
【００１０】
さらに、請求項６にかかる発明は、上記エンコード手段は、複数の上記ページデータが上記光学系に対して回転するように変調を行う構成としてある。
上記のように構成された請求項６の発明では、複数の上記ページデータが上記光学系に対して回転するような変調が行われる。すなわち、複数の上記ページデータが上記光学系に対して単一の方向とならないように回転させられる。
【００１１】
また、請求項７にかかる発明は、上記閾値設定手段は、再生対象とする上記干渉パターンの近くに記録された複数の上記干渉パターンについての上記画像データを取得し、上記画像データを構成する各領域についての複数の上記画像データにわたる上記画像信号の統計結果に基づいて、当該各領域についての上記閾値を設定する構成としてある。
上記のように構成した請求項７の発明では、再生するにあたり、再生対象とする上記干渉パターンの近くに記録された複数の上記干渉パターンについての上記画像データを取得する。そして、これらの画像データを対象とした上記統計結果に基づいて、当該各領域についての上記閾値を設定する。
【００１２】
さらに、請求項８にかかる発明は、上記エンコード手段は、上記電子データを複数の２値信号の割合が均等な複数の画素で構成されたシンボルの組み合わせに変換するともに、同一のシンボルを構成する各画素を複数の上記ページデータに均等に分散させる構成としてある。
上記のように構成した請求項８の発明では、まず、上記電子データが複数の２値信号の割合が均等な複数の画素で構成されたシンボルの組み合わせに変換される。そして、各シンボルを構成する画素が複数の上記ページデータに均等に分散させられる。例えば、４画素で構成されるシンボルの各画素が、４ページのページデータに１画素ずつ分散させられる。
【００１３】
以上の構成をさらに具体化したホログラム記録再生装置によっても本発明を実現することができ、その具体例として請求項１にかかる発明は、所定の光学系を介してホログラム記録媒体に参照光を照射して得られた再生光の写像を示す画像データを取得し、当該画像データに基づいて電子データを再生するホログラム記録再生装置において、記録する電子データを複数の２値画素で構成されるページデータに変調するとともに、複数の当該ページデータにわたる画素値の度数を各画素おいて略均等とし、各ページデータを上記光学系に対して回転させるエンコード手段と、上記ページデータに基づいて信号光を生成し、当該信号光を上記参照光と干渉させつつ上記ホログラム記録媒体に照射して干渉パターンの記録を行う記録手段と、上記参照光を上記干渉パターンに照射して各画素が多階調の画像信号を有する上記画像データを取得する再生手段と、上記画像データの各画素の各画像信号について所定の閾値に基づいて２値判定することによりページデータを復元する２値化手段と、上記ページデータに基づいて電子データを復調するデコード手段と、再生対象とする上記干渉パターンの近くに記録された複数の上記干渉パターンについての上記画像データを取得し、上記画像データを構成する各画素についての複数の上記画像データにわたる上記画像信号の平均値を当該画素についての上記閾値として設定する閾値設定手段とを具備する構成としてある。
かかる構成においても請求項２から請求項７の各発明の発明特定事項が含まれるため、請求項２から請求項７の各発明の単独または相乗的な作用効果が実現できることはいうまでもない。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１および請求項２の発明によれば、精度よくページデータヘの２値化が可能なホログラム記録再生装置を提供することができる。
請求項３の発明によれば、閾値を細かく設定することができる。
請求項４の発明によれば、簡易な演算によって閾値を求めることができる。
【００１５】
請求項５の発明によれば、画素値を複数のページデータにわたって均等にすることができる。
請求項６の発明によれば、画素値が複数のページデータにわたって冗長となることが防止できる。
請求項７の発明によれば、再生時に最適な閾値を設定することができる。
請求項８の発明によれば、簡易な手法によって画素値を複数のページデータにわたって均等にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
ここでは、下記の順序に従って本発明の実施形態について説明する。
（１）第１の実施形態：
（１−１）記録処理：
（１−２）再生処理：
（２）変形例：
【００１７】
（１）第１の実施形態
図１は、本発明の第１の実施形態にかかるホログラム記録再生装置の概略構成を示している。同図において、ホログラム記録再生装置１０はコントローラ１１とレーザ光源１２と対物レンズ１３，１８とビームスプリッタ１４とハーフミラー１５，１６とＤＭＤ［Digital Micro Mirror Device］１７と集光レンズ２０と画像センサ２１とから構成されている。
【００１８】
コントローラ１１は、画像センサ２１から得られた画像データを例えば２進数の電子データにデコードするデコーダ１１ａと、デコーダ１１ａと逆の処理を行うエンコーダ１１ｂと、所定の制御プログラムにしたがって各種制御処理を実行するマイコン１１ｃと、レーザ光源１２に対して駆動信号を送出するドライバ１１ｄとから構成されている。画像センサ２１は複数の光電素子がドットマトリクス状に配列したセンサであり、各光電素子に入射した光強度（輝度）に応じた電荷を生じさせ、当該電荷の量を多階調にデジタル化した輝度画像データをデコーダ１１ａに出力する。例えば、画像センサ２１としてＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサを利用することができる。
【００１９】
レーザ光源１２は、コヒーレントなレーザ光が生成可能であり、例えばＹＡＧレーザ等の固体レーザや半導体レーザを使用することができる。ドライバ１１ｄは、レーザ発振させるための駆動電流をレーザ光源１２に供給する。レーザ光源１２から出力されたレーザ光は対物レンズ１３によって平行光に変換され、ビームスプリッタ１４に入射する。ビームスプリッタ１４は半反射面を有し、入射した平行光を直進光と屈曲光に分岐させる。ここにおける直進光は信号光であり、屈曲光が参照光となる。信号光はＤＭＤ１７にて反射される。
【００２０】
ＤＭＤ１７はエンコーダ１１ｂから入力した画像データに基づきドットマトリクス状に配列したマイクロミラーの配向角を個別に制御する。各マイクロミラーは、後段のハーフミラー１６に反射光を入射させる方向と、図示しない吸収体に反射光を入射させる方向のいずれかに配向角を切り換えることができる。従って、エンコーダ１１ｂから入力した画像データに対応した信号光をハーフミラー１６に出力することができる。
【００２１】
一方、参照光は半反射面を有するハーフミラー１５にて反射され、そのままハーフミラー１６に導光される。ハーフミラー１６は半反射面を有し、ＤＭＤ１７からの信号光を対物レンズ１８に向けて反射させる。一方、ハーフミラー１６に入射した参照光はハーフミラー１６の半反射面を透過し、そのまま対物レンズ１８に向けて直進する。このとき、信号光と再生光とが互いに干渉し、エンコーダ１１ｂから入力した画像データが反映された２光束干渉光が生成される。この２光束干渉光は対物レンズ１８にて集光させられ、ホログラム記録媒体にて干渉パターンとして結像される。
【００２２】
ホログラム記録媒体は干渉パターンを屈折率（透過率）の変化として記録する感光記録層を有しており、例えば感光記録層としてニオブ酸リチウム単結晶、フォトポリマー等の感光材料を使用することができる。これにより、エンコーダ１１ｂに入力した電子データに応じた干渉パターンをホログラム記録媒体に記録することができる。なお、ホログラム記録媒体はディスク状記録媒体であり、図示しないモータによって回転されることにより干渉パターンの結像位置を変えることができ、シフト多重により多量の電子データを記録することができる。
【００２３】
電子データの再生を行う場合には、ＤＭＤ１７によるマイクロミラーの反射角の制御によって信号光が吸収体に吸収され、参照光のみがホログラム記録媒体に到達させられる。ホログラム記録媒体においては記録された干渉パターンが参照光の回折格子として作用し、この回折光が再生光として生成される。なお、回折格子としての干渉パターンによって回折が生じる波長の参照光が入力される必要があり、基本的には記録時の参照光と信号光と同一の波長を再生時にも使用する必要がある。
【００２４】
本実施形態では、反射膜を有する反射式のホログラム記録媒体を使用しており、再生光がホログラム記録媒体を反射して、対物レンズ１８に入射されることとなる。対物レンズ１８にて平行光に変換された再生光はハーフミラー１６を透過し、画像センサ２１に再生光の写像が結像されることとなる。画像センサ２１から得られた画像データは、所定の閾値を基準として２値判定を行うことによりページデータに変換され、さらにデコーダ１１ａによってもとの電子データが再現される。なお、以上説明したホログラム記録再生装置１０の各光学系の配置や方式はあくまでも一例であり、他の形態のホログラム記録再生装置においても本発明を適用することができる。
【００２５】
（１−１）記録処理
図２は、記録処理の流れを示している。同図において、ステップＳ１００にて電子データが取得される。電子データはオンビット（１）とオフビット（０）が配列した２進数のデータであり、例えば図示しないハードディスク等の記録装置やネットーワーク等によって供給される。ステップＳ１１０においては、電子データを構成する各ビットがそれぞれシンボルに変換され、各シンボルを規則的に配列させることによりページデータが生成される。
【００２６】
図３は、電子データが複数のページデータに変調される様子を模式的に説明している。同図左においては２進数の電子データを模式的に示し、同図右においては当該電子データに対応するページデータを示している。電子データにおけるオンビット（１）はページデータにおいて上下に白□黒■が配列するシンボルに変換され、オフビット（０）はページデータにおいて上下に黒■白□が配列するシンボルに変換される。そして、各シンボルを規則的に配列させることにより、電子データに対応したドットマトリクス状のページデータに変調（エンコード）される。
【００２７】
ここでは、ページデータの実データ領域Ｒ１の左上隅から右に向かって電子データの各ビットに対応するシンボルが順に配列され、一行分（２画素で一行）がシンボルによって充填されると次の下の行にてシンボルが左から右に埋められる。また、各ページデータの実データ領域Ｒ１の外側において余白領域Ｒ２が設けられており、実データ領域Ｒ１において最初にシンボルが埋められる左上隅部の外側には基準位置を示すためのアライメントシンボルＡＳが添付される。電子データが極めて小さい場合を除いて、電子データは複数のページデータに変調される。なお、ページデータを構成する画素は白□黒■いずれかの画像信号を有する２値画素である。
【００２８】
ステップＳ１２０においては、各ページデータを９０度単位でランダムに回転させる。例えば、各ページデータについて０〜３までの整数の乱数を発生させ、各乱数について０＝０度回転（回転しない）、１＝９０度回転、２＝１８０度回転、３＝２７０度回転というように回転角を対応付けて回転させる。図４は、各ページデータがランダムに回転される様子を示している。上述したとおり左上隅部の外側の基準位置にアライメントシンボルＡＳが添付されているため、回転させた場合も実データ領域Ｒ１における最初のシンボルがどの位置にあるかや、どの方向にシンボルが配列しているかを認識することができる。また、各ページデータおよび実データ領域Ｒ１は正方形であり、その中央を中心として回転させるため、回転させてもＤＭＤ１７においてページデータおよび実データ領域Ｒ１が占める領域は変動しない。
【００２９】
ステップＳ１３０においては、ステップＳ１２０において回転された複数のページデータの各画素について白黒比を取得する。図５は白黒比を模式的に説明している。同図において、各ページデータの実データ領域Ｒ１における左上隅の画素についての白黒比が取得されている。各ページデータは他のページデータと無関係に生成されているため、白黒比がどのようになっているかは不明である。
【００３０】
しかし、各シンボルは必ず白□黒■で構成され各ページデータ内の白黒比が１：１であるとともに、ステップＳ１２０にてランダムに回転させているため、ある程度多い枚数のページデータを集計することにより、各画素の白黒比が１：１に収束していると考えられる。例えば、１００ページのページデータの各画素が、白画素と黒画素の度数が約５０個ずつあると考えることができる。ただし、確率的に不均一な画素も存在しうるため、ステップＳ１３０にて白黒比を算出する。
【００３１】
ステップＳ１４０においては白黒比が不均一な画素があったか否かが判定され、白黒比が不均一な画素があった場合には、ステップＳ１２０にて行った回転をキャンセルし、ステップＳ１５０にてダミーシンボル（ダミー画素）をページデータに挿入する。例えば、１００ページのページデータにおいて、白画素または黒画素の度数（当該画素が白画素または黒画素となっているページ数）が５０±３個の範囲外となる画素が存在した場合には、不均一であると判定される。ダミーシンボルは、無意味なデータであり、所定の挿入規則にしたがって各ページデータに挿入される。
【００３２】
挿入したダミーシンボルの挿入規則を特定するデータを所定のページデータに追記しておけば、後述するデコードの際にダミーシンボルを実データから除去することができる。ダミーシンボルは各シンボルの配列状況を変えることができ、かつ、デコードの際に除去することができればよく、種々の挿入手法を適用することができる。ダミーシンボルが挿入されると、再度、ステップＳ１２０に戻ってランダムに回転させられ、さらにステップＳ１４０にて白黒比が不均一な画素の有無が判定される。以上の処理を繰り返して行うことにより、最終的にすべての画素の複数のページデータにわたる白黒比が１：１となる回転角とダミーシンボルの組み合わせを得ることができる。
【００３３】
白黒比が略均一となったことが確認されると各ページデータをＤＭＤ１７に順次出力し、参照光と干渉させることにより干渉パターンをホログラム記録媒体に順次記録していく。例えば、ディスク状のホログラム記録媒体を回転させつつ記録を行うことにより、周方向に順次位置をずらして干渉パターンを記録していく。ステップＳ１２０にて回転させられた各ページデータは、回転させられた状態でＤＭＤ１７に出力されるため、各ページデータが反映された信号光もＤＭＤ１７やハーフミラー１６や対物レンズ１８や画像センサ２１等の光学系に対して回転させられる。
【００３４】
（１−２）再生処理
図６は、再生処理の流れを示している。同図において、ステップＳ２００にてホログラム記録媒体における再生位置を取得する。例えば、ある電子ファイルの読み出しを指定されたとき、その電子ファイルの電子データに対応する干渉パターンが記録されたホログラム記録媒体の位置が取得される、図７は、ホログラム記録媒体における再生位置を模式的に示している。同図に示すように、ある電子ファイルの読み出しを指定した場合に、その電子ファイルの電子データに対応する複数の干渉パターン（●で模式的に示す。）の位置が取得され、これらがホログラム記録媒体の周方向に配列している。この場合、ホログラム記録媒体を回転させながら順次干渉パターンに再生光を照射することで、対象の電子ファイルを読み出すことができる。
【００３５】
ステップＳ２１０においては、電子ファイルの電子データに対応する複数の干渉パターンに対して周方向に隣接する複数の干渉パターン（○で模式的に示す。）に対して参照光を順次照射し、その再生光の写像を順次画像センサ２１にて撮像する。画像センサ２１は、例えば各画素が２５６階調の多階調の画像信号（輝度信号）を有する画像データを各干渉パターンごとに生成する。例えば、○で示した２００個の干渉パターンに対して参照光を照射した場合には、２００個の画像データが生成されることとなる。
【００３６】
ステップＳ２２０においては、複数の画像データの輝度信号の平均値を各画素について算出する。図８（ａ），８（ｂ）は、ある画素についての複数の画像データにわたる輝度信号の統計結果をヒストグラムによって示している。同図において、縦軸は度数を示し、横軸は輝度信号を示している。このような統計結果がすべての画素ごとに得られることとなる。上述したとおり記録時において２値画素で構成されるページデータが、再生時に画像データとして再現されるため、白□画素に対応する輝度信号の集合と、黒■画素に対応する輝度信号の集合が形成されることとなる。
【００３７】
また、各画素における白黒比が、ほぼ１：１となることが保証されているため、白□画素に対応する輝度信号の集合と黒■画素に対応する輝度信号の集合との度数がほぼ均等となる。そのため、すべての画像データにおける当該画素の画像信号を単純に加算し、画像データの個数で除算して得られる平均値は、白□画素に対応する輝度信号の集合と、黒■画素に対応する輝度信号の集合のほぼ中央の輝度となるということができる。従って、輝度信号がこの平均値よりも明るい画素は白□画素に対応すると判断することができ、輝度信号がこの平均値よりも暗い画素は黒■画素に対応すると判断することができる。この平均値を２値化の閾値として設定することにより、精度よい２値化を実現することができる。
【００３８】
例えば、ＤＭＤ１７やハーフミラー１６や対物レンズ１８や画像センサ２１からなる光学系にばらつきがあり、図９のように画像データの輝度特性に偏りが生じる場合がある。中央のエリアＡ１においては明るめの輝度分布となり、端のエリアＡ２においては暗めの輝度分布となることも考えられる。中央のエリアＡ１においては白黒画素のはっきりした明暗が捉えられ、輝度分布が図８（ａ）のようになる。端のエリアＡ２においては全体に暗く各集合の輝度差も小さい図８（ｂ）のような輝度分布が得られる。
【００３９】
このような場合であっても、各画素ごとに輝度信号の平均値を閾値として設定することにより、中央のエリアＡ１および端のエリアＡ２を構成する各画素について適切な２値化を行うことができる。さらに、各画素ごとに閾値を設定することにより、例えばある画素を担当するＤＭＤ１７のマイクロミラーに不具合がある場合等においても当該画素の２値化に適した閾値を設定することができる。この各画素の閾値はマイコン１１ｃが有するメモリに記憶される。
【００４０】
ステップＳ２３０においては、ステップＳ２００にて取得した再生対象の電子データに対応する複数の干渉パターン（図７で●で模式的に示す。）に順次参照光を照射し、順次画像センサ２１にて撮像する。得られた画像データが順次デコーダ１１ａに入力され、当該デコーダ１１ａにて２値化してページデータに復元させられる。この２値化においては、画像データを構成する画素の輝度信号の階調値と、ステップＳ２００にて設定された当該画素の閾値とを比較し、当該閾値よりも当該階調値が大きければ当該画素を白□画素と判定する。反対に当該閾値よりも当該階調値が小さければ当該画素を黒■画素と判定する。すべての画素において個別に閾値が設定されているため、順次マイコン１１ｃのメモリから各画素に対応する閾値が取得され、比較に使用される。
【００４１】
従って、図９に示すように画像データの輝度分布特性に偏りがある場合でも各画素について精度よく２値化を行うことができる。また、各閾値は複数の画像データに基づいて決定されるため、多くの輝度信号（サンプル数）による統計結果に基づき閾値を得ることができ、各閾値の統計的信頼性は高いものとなる。より信頼性の高い閾値を取得するならば、ステップＳ２１０にてより多くの干渉パターンを照射してサンプルとなる画像データの数を増やせばよい。ステップＳ２１０にてより多くの干渉パターンを照射してサンプルとなる画像データの数を増やせば、多数の画像データ全体における白黒比も確実に１：１に収束させることができ、より精度よく閾値を設定することができる。
【００４２】
以上のようにして精度よくページデータの復元ができると、ページデータの電子データヘの復調がステップＳ２４０にて行われる。ステップＳ２４０においては、まずページデータを回転させてもとの方向に復元する。各ページデータにおいて左上隅にすべき位置の外側にアライメントシンボルＡＳが添付されているため、このアライメントシンボルＡＳが左上に来るように回転操作を行えばよい。次に、ダミーシンボルを除去する。ダミーシンボルは予め所定の規則にしたがって挿入されているため、ダミーシンボルを除去し実データのシンボルのみを抽出することができる。デコーダ１１ａは、各シンボルをその配列順にしたがってオンビット（１）とオフビット（０）に変換することにより、電子データを復調する。これにより、干渉パターンとして記録された電子データを精度よく再生することができる。
【００４３】
（２）変形例
以上においてはページデータの回転とダミーシンボルの挿入によって各画素の複数のページデータにわたる白黒比を１：１にするようにしたが、他のエンコード手法によって白黒比を１：１とすることも可能である。図１０は、変形例にかかるエンコードの流れを示している。同図においても、上述した実施形態と同様にオンビット（１）とオフビット（０）とからなる電子データが上下に白□黒■が配列するシンボルと、上下に黒■白□が配列するシンボルに変換される。
【００４４】
次に各シンボルの上の画素だけを順番に配列することにより奇数ページのページデータを生成する。さらに、各シンボルの下の画素だけを奇数ページと同じ順番で配列することにより偶数ページのページデータを生成する。すなわち、白□黒■が１画素ずつで構成される各シンボルを２ページのページデータに分散させて配置する。これにより、連続する奇数ページと偶数ページにおいては必ず各画素が白□黒■を１画素ずつ有することとなり、複数のページデータを集計した場合、白黒画素の度数が均一となることが保証される。白黒比が必ず１：１となるシンボルが２画素よりも多くの画素によって構成される場合であっても、その画素数分のページデータに分散させることによって各画素の白黒比を１：１に保つことができる。
【００４５】
また、上述した実施形態においては各画素ごとに閾値を設定するようにしたが、画像データを複数の領域に分割し、その領域ごとに閾値を設定するようにしてもよい。例えば、隣接する数画素ごとの領域を形成し、その領域ごとに閾値を設定するようにしてもよい。この場合も、各領域に含まれる画素の輝度信号の複数の画像データにわたる平均値を算出することにより、閾値を求めることができる。
【００４６】
上記実施形態においては、ホログラム記録媒体の方式として反射型を採用したものを例示したが、透過型のホログラム記録媒体を用いたホログラム再生装置においても同様に本発明を適用することができる。さらに、上記実施形態では、信号光と参照光との２光束方式を適用したホログラム再生装置を例示したがコリニア方式を採用することも可能である。また、空間光変調器[ＳＬＭ：Spatial Light Modulator]として、ＤＭＤを例示したが、液晶ＳＬＭや磁気光学空間変調器[ＭＯＳＬＭ]等を用いることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】ホログラム記録再生装置の概略ブロック図である。
【図２】記録処理の流れを示すフローチャートである。
【図３】エンコードを説明する図である。
【図４】ページデータの回転を説明する図である。
【図５】白黒比を説明する図である。
【図６】再生処理のフローチャートである。
【図７】再生位置を示す図である。
【図８】画像信号のヒストグラムである。
【図９】画像データの偏りを示す図である。
【図１０】変形例にかかるエンコードを説明する図である。
【符号の説明】
【００４８】
１０…ホログラム記録再生装置、１１…コントローラ、１１ａ…デコーダ、１１ｂ…エンコーダ、１１ｃ…マイコン、１１ｄ…ドライバ、１２…レーザ光源、１３…対物レンズ、１４…ビームスプリッタ、１５…ハーフミラー、１６…ハーフミラー、１７…ＤＭＤ［Digital Micro Mirror Device］、１８…対物レンズ、２０…集光レンズ、２１…画像センサ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の光学系を介してホログラム記録媒体に参照光を照射して得られた再生光の写像を示す画像データを取得し、当該画像データに基づいて電子データを再生するホログラム記録再生装置において、
記録する電子データを複数の２値画素で構成されるページデータに変調するとともに、複数の上記ページデータにわたる画素値の度数を各画素おいて略均等とし、各ページデータを上記光学系に対して回転させるエンコード手段と、
上記ページデータに基づいて信号光を生成し、当該信号光を上記参照光と干渉させつつ上記ホログラム記録媒体に照射して干渉パターンの記録を行う記録手段と、
上記参照光を上記干渉パターンに照射して各画素が多階調の画像信号を有する上記画像データを取得する再生手段と、
上記画像データの各画素の各画像信号について所定の閾値に基づいて２値判定することによりページデータを復元する２値化手段と、
上記ページデータに基づいて電子データを復調するデコード手段と、
再生対象とする上記干渉パターンの近くに記録された複数の上記干渉パターンについての上記画像データを取得し、上記画像データを構成する各画素についての複数の上記画像データにわたる上記画像信号の平均値を当該画素についての上記閾値として設定する閾値設定手段とを具備することを特徴とするホログラム記録再生装置。
【請求項２】
所定の光学系を介してホログラム記録媒体に参照光を照射して得られた再生光の写像を示す画像データを取得し、当該画像データに基づいて電子データを再生するホログラム記録再生装置において、
上記電子データを複数の２値画素で構成されるページデータに変調するエンコード手段と、
上記ページデータに基づいて信号光を生成し、当該信号光を上記参照光と干渉させつつ上記ホログラム記録媒体に照射して干渉パターンの記録を行う記録手段と、
上記参照光を上記干渉パターンに照射して複数の多階調画素で構成される上記画像データを取得する再生手段と、
上記画像データの各画素の各画像信号について所定の閾値に基づいて２値判定することによりページデータを復元する２値化手段と、
上記ページデータに基づいて電子データを復調するデコード手段と、
複数の上記画像データを取得し、上記画像データを構成する各領域についての複数の上記画像データにわたる上記画像信号の統計結果に基づいて、当該各領域についての上記閾値を設定する閾値設定手段とを具備することを特徴とするホログラム記録再生装置。
【請求項３】
上記領域は上記画像データを構成する各画素単位とされることを特徴とする請求項２に記載のホログラム記録再生装置。
【請求項４】
上記エンコード手段は、
各画素について画素値の度数が複数の上記ページデータにわたって略均等となるように変調を行うとともに、
上記閾値設定手段は、
各画素についての複数の上記画像データにわたる上記画像信号の平均値を上記閾値として設定することを特徴とする請求項３に記載のホログラム記録再生装置。
【請求項５】
上記エンコード手段は、
ダミー画素を上記ページデータに挿入することにより、各画素の画素値の度数が複数の上記ページデータにわたって略均等となるように変調を行うことを特徴とする請求項４に記載のホログラム記録再生装置。
【請求項６】
上記エンコード手段は、
複数の上記ページデータが上記光学系に対して回転するように変調を行うことを特徴とする請求項４または請求項５のいずれかに記載のホログラム記録再生装置。
【請求項７】
上記閾値設定手段は、
再生対象とする上記干渉パターンの近くに記録された複数の上記干渉パターンについての上記画像データを取得し、上記画像データを構成する各領域についての複数の上記画像データにわたる上記画像信号の統計結果に基づいて、当該各領域についての上記閾値を設定することを特徴とする請求項２から請求項６のいずれか一項に記載のホログラム記録再生装置。
【請求項８】
上記エンコード手段は、
上記電子データを複数の２値信号の割合が均等な複数の画素で構成されたシンボルの組み合わせに変換するともに、同一のシンボルを構成する各画素を複数の上記ページデータに均等に分散させることを特徴とする請求項４に記載のホログラム記録再生装置。
【請求項１】
所定の光学系を介してホログラム記録媒体に参照光を照射して得られた再生光の写像を示す画像データを取得し、当該画像データに基づいて電子データを再生するホログラム記録再生装置において、
記録する電子データを複数の２値画素で構成されるページデータに変調するとともに、複数の上記ページデータにわたる画素値の度数を各画素おいて略均等とし、各ページデータを上記光学系に対して回転させるエンコード手段と、
上記ページデータに基づいて信号光を生成し、当該信号光を上記参照光と干渉させつつ上記ホログラム記録媒体に照射して干渉パターンの記録を行う記録手段と、
上記参照光を上記干渉パターンに照射して各画素が多階調の画像信号を有する上記画像データを取得する再生手段と、
上記画像データの各画素の各画像信号について所定の閾値に基づいて２値判定することによりページデータを復元する２値化手段と、
上記ページデータに基づいて電子データを復調するデコード手段と、
再生対象とする上記干渉パターンの近くに記録された複数の上記干渉パターンについての上記画像データを取得し、上記画像データを構成する各画素についての複数の上記画像データにわたる上記画像信号の平均値を当該画素についての上記閾値として設定する閾値設定手段とを具備することを特徴とするホログラム記録再生装置。
【請求項２】
所定の光学系を介してホログラム記録媒体に参照光を照射して得られた再生光の写像を示す画像データを取得し、当該画像データに基づいて電子データを再生するホログラム記録再生装置において、
上記電子データを複数の２値画素で構成されるページデータに変調するエンコード手段と、
上記ページデータに基づいて信号光を生成し、当該信号光を上記参照光と干渉させつつ上記ホログラム記録媒体に照射して干渉パターンの記録を行う記録手段と、
上記参照光を上記干渉パターンに照射して複数の多階調画素で構成される上記画像データを取得する再生手段と、
上記画像データの各画素の各画像信号について所定の閾値に基づいて２値判定することによりページデータを復元する２値化手段と、
上記ページデータに基づいて電子データを復調するデコード手段と、
複数の上記画像データを取得し、上記画像データを構成する各領域についての複数の上記画像データにわたる上記画像信号の統計結果に基づいて、当該各領域についての上記閾値を設定する閾値設定手段とを具備することを特徴とするホログラム記録再生装置。
【請求項３】
上記領域は上記画像データを構成する各画素単位とされることを特徴とする請求項２に記載のホログラム記録再生装置。
【請求項４】
上記エンコード手段は、
各画素について画素値の度数が複数の上記ページデータにわたって略均等となるように変調を行うとともに、
上記閾値設定手段は、
各画素についての複数の上記画像データにわたる上記画像信号の平均値を上記閾値として設定することを特徴とする請求項３に記載のホログラム記録再生装置。
【請求項５】
上記エンコード手段は、
ダミー画素を上記ページデータに挿入することにより、各画素の画素値の度数が複数の上記ページデータにわたって略均等となるように変調を行うことを特徴とする請求項４に記載のホログラム記録再生装置。
【請求項６】
上記エンコード手段は、
複数の上記ページデータが上記光学系に対して回転するように変調を行うことを特徴とする請求項４または請求項５のいずれかに記載のホログラム記録再生装置。
【請求項７】
上記閾値設定手段は、
再生対象とする上記干渉パターンの近くに記録された複数の上記干渉パターンについての上記画像データを取得し、上記画像データを構成する各領域についての複数の上記画像データにわたる上記画像信号の統計結果に基づいて、当該各領域についての上記閾値を設定することを特徴とする請求項２から請求項６のいずれか一項に記載のホログラム記録再生装置。
【請求項８】
上記エンコード手段は、
上記電子データを複数の２値信号の割合が均等な複数の画素で構成されたシンボルの組み合わせに変換するともに、同一のシンボルを構成する各画素を複数の上記ページデータに均等に分散させることを特徴とする請求項４に記載のホログラム記録再生装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００８−１７１４８０（Ｐ２００８−１７１４８０Ａ）
【公開日】平成２０年７月２４日（２００８．７．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１６２５（Ｐ２００７−１６２５）
【出願日】平成１９年１月９日（２００７．１．９）
【出願人】（０００２０１１１３）船井電機株式会社 (7,855)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年７月２４日（２００８．７．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１月９日（２００７．１．９）
【出願人】（０００２０１１１３）船井電機株式会社 (7,855)
【Ｆターム（参考）】
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