ホログラム記録装置および遺伝的アルゴリズムを用いたホログラムの参照光の制御方法
【課題】ホログラム記録媒体に形成された干渉縞の歪みによる再生像の劣化を補償する技術を提供する。
【解決手段】ホログラム記録装置１は、白と黒の２値画像を記録した記録媒体１２に照射される参照光の波面状態を変化させて反射する波面制御器１３と、反射した参照光が照射された記録媒体１２により再生される白と黒の２値画像の再生光を撮像するＣＣＤ２４と、計測制御装置２５とを備え、計測制御装置２５は、撮像された再生データの画像ごとに、白および黒について、平均輝度、標準偏差および変動係数をそれぞれ算出し、白の変動係数の自乗と黒の変動係数の自乗との和の平方根に対する白および黒の平均輝度の差を示すＦｉｔを、遺伝的アルゴリズムの適応度としてそれぞれ算出し、算出したＦｉｔを遺伝的アルゴリズムにより最適な値にしたときに波面制御器１３に出力していた波面制御信号を、記録媒体１２の干渉縞の歪みを補償する波面制御信号として求める。
【解決手段】ホログラム記録装置１は、白と黒の２値画像を記録した記録媒体１２に照射される参照光の波面状態を変化させて反射する波面制御器１３と、反射した参照光が照射された記録媒体１２により再生される白と黒の２値画像の再生光を撮像するＣＣＤ２４と、計測制御装置２５とを備え、計測制御装置２５は、撮像された再生データの画像ごとに、白および黒について、平均輝度、標準偏差および変動係数をそれぞれ算出し、白の変動係数の自乗と黒の変動係数の自乗との和の平方根に対する白および黒の平均輝度の差を示すＦｉｔを、遺伝的アルゴリズムの適応度としてそれぞれ算出し、算出したＦｉｔを遺伝的アルゴリズムにより最適な値にしたときに波面制御器１３に出力していた波面制御信号を、記録媒体１２の干渉縞の歪みを補償する波面制御信号として求める。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ホログラフィに係り、特に、ホログラム記録装置、ホログラム再生装置および遺伝的アルゴリズムを用いたホログラムの参照光の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、高速・大容量を目指したホログラム記録再生方式を利用した種々の多重記録再生装置が提案され、例えば図１９に示す光学系を備えたホログラム記録装置が知られている。図１９に示すホログラム記録装置１０１において、レーザ１０２から出射されたレーザ光は、ビームエキスパンダ１０３、コリメートレンズ１０４、半波長板１０５を通過してミラー１０６で反射して偏光ビームスプリッタ１０７に入射する。そして、レーザ光は、偏光ビームスプリッタ１０７により物体光と参照光に分けられる。このうち物体光は、偏光ビームスプリッタ１０８を透過し、空間光変調素子１０９上に照射される。そして、物体光は、空間光変調素子１０９に表示された画像（ページデータ）で変調され、ページデータの情報が担持された信号光として偏光ビームスプリッタ１０８に戻る。
【０００３】
この信号光は、偏光ビームスプリッタ１０８で反射して、シャッタ１１０を通過して集光用のレンズ１１１を介して記録媒体（ホログラム記録媒体）１１２に到達する。一方、参照光はミラー１２１で反射し、変調されずにシャッタ１２２を通過して記録媒体１１２に到達する。そして、信号光と参照光が形成する干渉縞を記録媒体１１２に記録することにより、ページデータを記録することができる。記録媒体１１２に記録されたページデータを再生する場合、参照光のみを記録媒体１１２に照射すると、この参照光は記録媒体１１２で回折し、ページデータの信号が付加されている再生光（ページデータの再生像）が得られる。このページデータの再生像は、例えば、ＣＣＤ（Charge Couple Device）１２４等の二次元撮像素子により撮像することができる。
【０００４】
ところで、記録媒体１１２としてフォトポリマー媒体を使用した場合には、記録時に記録媒体１１２に歪み（媒体歪み）が生じてしまうことが知られている。また、記録時の媒体温度と再生時の媒体温度とが異なる場合、記録時と再生時の記録媒体１１２の歪み度合いも異なったものとなる。そのため、再生時において、記録時の条件と同様の条件で参照光を記録媒体１１２に入射したとしても、記録したページデータを誤りなく再生することが困難であり、再生された画像（再生データ）が劣化してしまうことになる。そこで、記録媒体１１２としてフォトポリマー媒体を使用した場合においても、記録媒体１１２の歪みによる再生データの劣化を低減可能とするような適応光学を用いた補償方法が検討されている（非特許文献１参照）。
【０００５】
非特許文献１に記載の制御方法では、薄膜ミラーを上下方向（光軸方向）に動かす複数のピンを有したデフォーマブルミラー（Deformable Mirror：可変形鏡）で反射した参照光を記録媒体に照射することでホログラムの記録および再生を行っている。また、デフォーマブルミラーの設定値とホログラムからの再生光との関係は非線形なので、伝達関数が複雑になりフィードバック制御は困難であるため、遺伝的アルゴリズムを用いた制御を行っている。なお、このような非線形性な光学系ではフィードバック制御が困難であることは非特許文献２に記載されている。
【０００６】
遺伝的アルゴリズム（ＧＡ：Genetic Algorithm）では、複数の個体（Individual）からなる個体群である集団（Population）を想定している。また、各個体の形質を規定する要素として遺伝子（Gene）や複数の遺伝子の集まりである染色体（Chromosome）が定義され、遺伝子レベルの複製（reproduction）、交叉（Crossover）、突然変異（Mutation）等が繰り返し実行される。そして、適応度（Fitness）に基づいて環境に最もよく適合した個体が、次世代（generation）を形成していく。
【０００７】
非特許文献１に記載の制御方法では、デフォーマブルミラーの表面の薄膜ミラーの状態を個体（Individual）、各ピンの駆動位置の値を遺伝子（Gene）としている。そして、非特許文献１に記載の制御方法では、記録媒体１１２としてフォトポリマー媒体を使用した場合に、遺伝的アルゴリズムを用いた適応光学により、記録媒体１１２の歪みによる再生データの劣化を低減できることを示すことを主眼としている。そのため、物体光を変調するために表示されるページデータが、すべてのビットがオンである白色画像であるものと仮定し、適応度は、再生像のＳ／Ｎ比（ＳＮＲ：Signal to Noise ratio）に関連するように、再生像の白の平均輝度μおよび標準偏差σから得られる変動係数の逆数μ／σであるものとしている。なお、白色画像の補償では、適応度は、このような再生画像の輝度均一性を評価する変動係数のほか、例えば、再生光波面のゼルニケ係数のＲＭＳを用いる場合もある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】T. Muroi, et.al.,”Improved Intensity and Distribution in Reconstructed Beam Using Adaptive Optics in Holographic Data Storage”, Tech. Dig. ISOM’07, Th-K-02, p. 280-287, 2007
【非特許文献２】T. Muroi, et. al.,”Compensation and Improvement of Intensity and Distribution in Reconstructed Image Using Adaptive Optics in Holographic Data Storage", Jpn. J. Appl. Phys.，Vol. 47, No. 7, p. 5900-5903, 2008
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、非特許文献１に記載の制御方法では、フォトポリマー媒体を使用するときに、ページデータが白色画像であり、かつ、それに対応した適応度μ／σを仮定してＳＮＲを向上させているため、ページデータが、白と黒のビットパターンによる２値画像である場合には、それに対応した新たな適応度が必要となる。この新たな適応度としては、再生像の白の平均輝度μ1および標準偏差σ1と、黒の平均輝度μ0および標準偏差σ0とを用いて、再生像のＳＮＲに対応するように定義しなければならない。新たな適応度の定義によっては、遺伝的アルゴリズムの処理過程で、波面の状態が変化した結果として、記録媒体から再生された暗い再生像を撮像してしまった場合に、その再生像の適応度が高いものと判定されてしまい、記録媒体１１２の歪みによる再生像の劣化を補償できないばかりか、最終的に暗い画像が得られてしまう場合が生じ得る。そのため、フォトポリマー媒体を使用し、ページデータが、白と黒のビットパターンによる２値画像であっても、記録媒体１１２の歪みによる再生像の劣化を補償できる技術が要望されている。
【００１０】
本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、ホログラム記録媒体に形成された干渉縞の歪みによる再生像の劣化を補償する技術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】
【００１１】
本発明は、前記目的を達成するために創案されたものであり、まず、請求項１に記載のホログラム記録装置は、レーザ光から分離された物体光に白と黒のビットパターンによる２次元離散データを担持させた信号光と、前記レーザ光から分離された参照光とをホログラム用の記録媒体に照射可能に構成された光学系と、入射した前記参照光の波面の状態を変化させて反射して前記２次元離散データが記録された記録媒体に照射する波面制御器と、前記波面の状態が変化した参照光が照射された前記記録媒体から再生された前記２次元離散データの再生光を撮像する撮像装置と、前記撮像された再生データの画像の輝度を計測し、計測結果に基づいて生成した波面制御信号を前記波面制御器に出力する計測制御装置とを備え、ホログラム再生の前段階の処理として、遺伝的アルゴリズムにより、記録媒体への参照光の照射、再生光の撮像、撮像された再生データの画像の輝度の計測、参照光の波面制御の一連の処理を繰り返し行うホログラム記録装置であって、前記計測制御装置が、前記再生データの画像ごとに、前記ビットパターンにおける白および黒について、平均輝度、輝度の標準偏差および変動係数をそれぞれ算出し、当該白の変動係数の自乗と当該黒の変動係数の自乗との和の平方根に対する当該白および当該黒の平均輝度の差を含むパラメータを、前記遺伝的アルゴリズムの適応度としてそれぞれ算出し、前記遺伝的アルゴリズムにより前記一連の処理を行うときに対象とするすべての前記再生データの画像のうちで、前記算出したパラメータを最適な値にし、前記パラメータが最適な値になったときに前記波面制御器に出力されていた波面制御信号を、前記記録媒体に形成された干渉縞の歪みを補償する波面制御信号として求めることとした。
【００１２】
かかる構成によれば、ホログラム記録装置は、波面制御器によって反射した参照光を記録媒体に照射し、撮像装置によって、記録媒体から再生された白と黒のビットパターンによる２次元離散データの再生光を撮像し、計測制御装置によって、撮像された再生データの画像の輝度を計測し、波面制御信号を波面制御器に出力する一連の処理を繰り返す。そして、ホログラム記録装置は、撮像された再生データの画像ごとに、計測制御装置によって、白の変動係数の自乗と黒の変動係数の自乗との和の平方根に対する白および黒の平均輝度の差を含むパラメータを、遺伝的アルゴリズムの適応度として算出し、このパラメータが最適な値になったときの波面制御信号を求める。遺伝的アルゴリズムの適応度に用いるパラメータをこのように定義したので、遺伝的アルゴリズムの処理過程で、波面の状態が変化した結果として、記録媒体から再生された暗い再生像を撮像してしまったとしても、その再生像の適応度は高いものと判定されることはなく、ＳＮＲを向上させることができる。したがって、パラメータが最適な値になったときの波面制御信号を波面制御器に出力したときに最適化された参照光の波面の状態が得られる。この最適化された波面の参照光が記録媒体に照射されたときに生成される再生光は、記録媒体に形成された干渉縞の歪みが補償されたときの光である。
【００１３】
また、請求項２に記載のホログラム記録装置は、レーザ光から分離された物体光に白と黒のビットパターンによる２次元離散データを担持させた信号光と、前記レーザ光から分離された参照光とをホログラム用の記録媒体に照射可能に構成された光学系と、入射した前記参照光の波面の状態を変化させて反射して前記２次元離散データが記録された記録媒体に照射する波面制御器と、前記波面の状態が変化した参照光が照射された前記記録媒体から再生された前記２次元離散データの再生光を撮像する撮像装置と、前記撮像された再生データの画像の輝度を計測し、計測結果に基づいて生成した波面制御信号を前記波面制御器に出力する計測制御装置とを備え、ホログラム再生の前段階の処理として、遺伝的アルゴリズムにより、記録媒体への参照光の照射、再生光の撮像、撮像された再生データの画像の輝度の計測、参照光の波面制御の一連の処理を繰り返し行うホログラム記録装置であって、前記計測制御装置が、前記再生データの画像を、複数のブロックに分割し、前記ブロックの画像ごとに、前記ビットパターンにおける白および黒について、平均輝度、輝度の標準偏差および変動係数をそれぞれ算出し、当該白の変動係数の自乗と当該黒の変動係数の自乗との和の平方根に対する当該白および当該黒の平均輝度の差を含む第１のパラメータをそれぞれ算出し、前記ブロックの画像ごとに算出した第１のパラメータについての平均値、標準偏差および変動係数を算出し、前記第１のパラメータについての変動係数の逆数を含む第２のパラメータを、前記遺伝的アルゴリズムの適応度として前記再生データの画像ごとにそれぞれ算出し、前記遺伝的アルゴリズムにより前記一連の処理を行うときに対象とするすべての前記再生データの画像のうちで、前記算出した第２のパラメータを最適な値にし、前記第２のパラメータが最適な値になったときに前記波面制御器に出力されていた波面制御信号を、前記記録媒体に形成された干渉縞の歪みを補償する波面制御信号として求めることとした。
【００１４】
かかる構成によれば、ホログラム記録装置は、波面制御器によって反射した参照光を記録媒体に照射し、撮像装置によって、記録媒体から再生された白と黒のビットパターンによる２次元離散データの再生光を撮像し、計測制御装置によって、撮像された再生データの画像を複数のブロックに分割した上でブロック別に輝度を計測し、波面制御信号を波面制御器に出力する一連の処理を繰り返す。そして、ホログラム記録装置は、分割したブロックの画像ごとに、計測制御装置によって、白の変動係数の自乗と黒の変動係数の自乗との和の平方根に対する白および黒の平均輝度の差を含む第１のパラメータを算出し、ブロックの画像ごとに算出した第１のパラメータについての平均値、標準偏差および変動係数を算出する。そして、計測制御装置は、第１のパラメータについての変動係数の逆数を含む第２のパラメータを遺伝的アルゴリズムの適応度として算出し、このパラメータが最適な値になったときの波面制御信号を求める。ここで、遺伝的アルゴリズムの適応度に用いる第２のパラメータを算出する前に求められるブロックの画像ごとに算出した第１のパラメータは、遺伝的アルゴリズムの繰り返し処理を考慮して適応度が正しいＳＮＲを反映する方向に収束することを保証する。すなわち、遺伝的アルゴリズムの処理過程で、波面の状態が変化した結果として、記録媒体から再生された暗い再生像を撮像してしまったとしても、その再生像の適応度は高いものと判定されることはない。また、第２のパラメータを遺伝的アルゴリズムの適応度に用いるので、ＳＮＲを向上させることができる。したがって、パラメータが最適になったときの波面制御信号を波面制御器に出力したときに最適化された参照光の波面の状態が得られる。この最適化された波面の参照光が記録媒体に照射されたときに生成される再生光は、記録媒体に形成された干渉縞の歪みが補償されたときの光である。また、再生画像を分割したので、レーザ光の輝度分布に起因する再生画像全体の輝度分布の影響を低減して評価することができる。
【００１５】
また、請求項３に記載のホログラム記録装置は、請求項１または請求項２に記載のホログラム記録装置であって、前記計測制御装置が、前記遺伝的アルゴリズムの適応度を最適な値にする際に、前記光学系において前記物体光と前記参照光により前記２次元離散データが複数ページにわたって多重記録された記録媒体に対して再生データを得るために参照光を照射したときの波面制御器の反射面の状態を示す情報を、前記遺伝的アルゴリズムにおける個体の情報として用いて、個体群である集団の初期値の世代の初期状態に対して、前記記録媒体に再生対象ページの２次元離散データが記録されたときの波面制御器の反射面の状態に対応した個体と、前記記録時とは無関係にランダムに設定した波面制御器の反射面の状態に対応した個体とを含む初期集団を決定し、前記初期集団を起点にして、前記個体ごとに算出した適応度が集団の中で高い個体群を残すように集団の世代を順次交代し、最終的に残した集団の中で適応度が最大の個体の遺伝子を当該再生対象ページにおける前記波面制御信号として求め、前記再生対象ページが２ページ目以降である場合に、当該再生対象ページよりも前のページにおいて適応度が最大の個体として求められた個体をさらに含めて当該再生対象ページの初期集団を決定することとした。
【００１６】
かかる構成によれば、ホログラム記録装置は、計測制御装置によって、２ページ目以降の再生対象ページについての初期集団に、以前のページにおいて最適化された個体を含めた上で、遺伝的アルゴリズムを実行する。そのため、適応度が最大値に収束するまでの世代交代数は、２ページ目以降については１ページ目よりも低減できる。その理由は、記録媒体に、複数のページデータを角度多重やシフト多重を用いて多重記録した場合、隣り合ったページ間や近い範囲のページ間では記録媒体の歪み方が類似するからである。このように、前ページまでのページデータの補償の最適条件を用いて２ページ目以降の再生対象ページの補償を行うことにより、多重記録された複数のページデータ全体を速く補償することができる。
【００１７】
また、請求項４に記載のホログラム記録装置は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のホログラム記録装置であって、前記波面制御器を搭載したステージを有して前記ステージの回転角度の位置を示す角度制御信号に基づいて前記ステージを回転させて、前記波面制御器に入射する参照光の入射角度を変化させる回転器をさらに備え、前記計測制御装置が、前記角度制御信号を前記回転器に出力し、前記撮像された再生データの画像の輝度を計測し、計測の結果に基づいて輝度分布が最も良好となったときの回転角度を求め、求めた回転角度の位置に前記ステージを固定させた上で、前記遺伝的アルゴリズムを用いた適応光学により前記波面制御信号を求めることとした。
【００１８】
かかる構成によれば、ホログラム記録装置は、計測制御装置によって、角度制御信号を回転器に出力し、回転器によって、波面制御器を搭載したステージを回転させて、記録媒体に入射する参照光の入射角度を変化させる。そして、計測制御装置は、撮像された再生データの画像の輝度を計測した結果に基づいて輝度分布が最も良好となったときの回転角度の位置にステージを固定させる。これにより、記録媒体の全記録領域に亘って生じる歪みによる再生像の劣化を補償することができる。そして、ホログラム記録装置は、波面制御器のステージ位置を固定した上で、遺伝的アルゴリズムを用いた適応光学により波面制御信号を求める。これにより、記録媒体の個別の記録領域によって生じる歪みによる再生像の劣化を補償することができる。
【００１９】
また、請求項５に記載のホログラム記録装置は、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のホログラム記録装置であって、前記波面制御器で反射した参照光が照射された前記記録媒体により再生される２次元離散データの再生光の波面の状態を第２の波面制御信号に基づいて変化させて反射する第２の波面制御器をさらに備え、前記撮像装置が、前記第２の波面制御器で反射した再生光を撮像し、前記計測制御装置が、前記撮像された再生データの画像の輝度を計測し、前記遺伝的アルゴリズムを用いた適応光学により前記再生データの画像ごとに、前記波面制御信号および前記第２の波面制御信号をそれぞれ求め、求めた波面制御信号を前記波面制御器にそれぞれ出力すると共に、前記第２の波面制御信号を前記第２の波面制御器にそれぞれ出力することとした。
【００２０】
かかる構成によれば、ホログラム記録装置は、第２の波面制御器によって、記録媒体から再生される２次元離散データの再生光の波面の状態を変化させて反射し、撮像装置によって、反射した再生光を撮像し、計測制御装置によって、撮像された再生データの画像の輝度を計測し、再生データの画像ごとに、波面制御信号および第２の波面制御信号を求める。したがって、ホログラム記録装置は、波面制御器によって、参照光を制御することで再生光を間接的に制御すると共に、第２の波面制御器によって、再生光の波面を直接的に制御することで、記録媒体に記録された干渉縞の歪みを補償することができる。
【００２１】
また、請求項６に記載のホログラムの参照光の制御方法は、レーザ光から分離された物体光に白と黒のビットパターンによる２次元離散データを担持させた信号光と、前記レーザ光から分離された参照光とをホログラム用の記録媒体に照射可能に構成された光学系と、入射した前記参照光の波面の状態を変化させて反射して前記２次元離散データが記録された記録媒体に照射する波面制御器と、前記記録媒体から再生された再生光を撮像する撮像装置と、前記撮像された再生データを計測する計測制御装置とを備えるホログラム記録装置における遺伝的アルゴリズムを用いたホログラムの参照光の制御方法であって、前記ホログラム記録装置が、ホログラム再生の前段階の処理として、第１ステップと、第２ステップと、第３ステップと、第４ステップととからなる一連の処理を繰り返し行うこととした。
【００２２】
かかる手順によれば、ホログラム記録装置は、第１ステップにて、前記光学系によって、前記参照光を前記波面制御器に照射し、第２ステップにて、前記波面制御器によって、前記入射した参照光の波面の状態を変化させて前記記録媒体に照射する。そして、ホログラム記録装置は、第３ステップにて、前記撮像装置によって、前記波面の状態が変化した参照光が照射された前記記録媒体から再生された前記２次元離散データの再生光を撮像し、第４ステップにて、前記計測制御装置によって、前記撮像された再生データの画像の輝度を計測し、計測結果に基づいて生成した波面制御信号を前記波面制御器に出力する。そして、ホログラム記録装置は、前記第４ステップにおいて、前記計測制御装置が、前記再生データの画像ごとに、前記ビットパターンにおける白および黒について、平均輝度、輝度の標準偏差および変動係数をそれぞれ算出し、当該白の変動係数の自乗と当該黒の変動係数の自乗との和の平方根に対する当該白および当該黒の平均輝度の差を含むパラメータを、前記遺伝的アルゴリズムの適応度として前記再生データの画像ごとにそれぞれ算出するステップと、前記遺伝的アルゴリズムにより前記一連の処理を行うときに対象とするすべての前記再生データの画像のうちで、前記算出したパラメータを最適な値にするステップと、前記パラメータが最適な値になったときに前記波面制御器に出力されていた波面制御信号を、前記記録媒体に形成された干渉縞の歪みを補償する波面制御信号として求めるステップとを含んで実行する。したがって、最適化された波面の参照光が記録媒体に照射されたときに生成される再生光は、記録媒体に形成された干渉縞の歪みが補償されたときの光である。
【００２３】
また、請求項７に記載のホログラムの参照光の制御方法は、レーザ光から分離された物体光に白と黒のビットパターンによる２次元離散データを担持させた信号光と、前記レーザ光から分離された参照光とをホログラム用の記録媒体に照射可能に構成された光学系と、入射した前記参照光の波面の状態を変化させて反射して前記２次元離散データが記録された記録媒体に照射する波面制御器と、前記記録媒体から再生された再生光を撮像する撮像装置と、前記撮像された再生データを計測する計測制御装置とを備えるホログラム記録装置における遺伝的アルゴリズムを用いたホログラムの参照光の制御方法であって、前記ホログラム記録装置が、ホログラム再生の前段階の処理として、第１ステップと、第２ステップと、第３ステップと、第４ステップととからなる一連の処理を繰り返し行うこととした。
【００２４】
かかる手順によれば、ホログラム記録装置は、第１ステップにて、前記光学系によって、前記参照光を前記波面制御器に照射し、第２ステップにて、前記波面制御器によって、前記入射した参照光の波面の状態を変化させて前記記録媒体に照射する。そして、ホログラム記録装置は、第３ステップにて、前記撮像装置によって、前記波面の状態が変化した参照光が照射された前記記録媒体から再生された前記２次元離散データの再生光を撮像し、第４ステップにて、前記計測制御装置によって、前記撮像された再生データの画像の輝度を計測し、計測結果に基づいて生成した波面制御信号を前記波面制御器に出力する。そして、ホログラム記録装置は、前記第４ステップにおいて、前記計測制御装置が、前記再生データの画像を、複数のブロックに分割し、前記ブロックの画像ごとに、前記ビットパターンにおける白および黒について、平均輝度、輝度の標準偏差および変動係数をそれぞれ算出し、当該白の変動係数の自乗と当該黒の変動係数の自乗との和の平方根に対する当該白および当該黒の平均輝度の差を含む第１のパラメータをそれぞれ算出するステップと、前記ブロックの画像ごとに算出した第１のパラメータについての平均値、標準偏差および変動係数を算出し、前記第１のパラメータについての変動係数の逆数を含む第２のパラメータを、前記遺伝的アルゴリズムの適応度として前記再生データの画像ごとにそれぞれ算出するステップと、前記遺伝的アルゴリズムにより前記一連の処理を行うときに対象とするすべての前記再生データの画像のうちで、前記算出した第２のパラメータを最適な値にするステップと、前記第２のパラメータが最適な値になったときに前記波面制御器に出力されていた波面制御信号を、前記記録媒体に形成された干渉縞の歪みを補償する波面制御信号として求めるステップとを含んで実行する。したがって、最適化された波面の参照光が記録媒体に照射されたときに生成される再生光は、記録媒体に形成された干渉縞の歪みが補償されたときの光である。
【００２５】
また、請求項８に記載のホログラムの参照光の制御方法は、請求項６または請求項７に記載のホログラムの参照光の制御方法であって、前記遺伝的アルゴリズムの適応度を最適な値にするステップに、初期集団決定ステップと、世代交代ステップとを含むこととした。
【００２６】
かかる手順によれば、ホログラム記録装置は、前記計測制御装置が、初期集団決定ステップにて、前記光学系において前記物体光と前記参照光により前記２次元離散データが複数ページにわたって多重記録された記録媒体に対して再生データを得るために参照光を照射したときの波面制御器の反射面の状態を示す情報を、前記遺伝的アルゴリズムにおける個体の情報として用いて、個体群である集団の初期値の世代の初期状態に対して、前記記録媒体に再生対象ページの２次元離散データが記録されたときの波面制御器の反射面の状態に対応した個体と、前記記録時とは無関係にランダムに設定した波面制御器の反射面の状態に対応した個体とを含む初期集団を決定する。そして、前記計測制御装置は、世代交代ステップにて、前記初期集団を起点にして、前記個体ごとに算出した適応度が集団の中で高い個体群を残すように集団の世代を順次交代し、最終的に残した集団の中で適応度が最大の個体の遺伝子を当該再生対象ページにおける前記波面制御信号として求める。そして、前記計測制御装置が、前記初期集団決定ステップにて、前記再生対象ページが２ページ目以降である場合に、当該再生対象ページよりも前のページにおいて前記世代交代ステップで適応度が最大の個体として求められた個体をさらに含めて当該再生対象ページの初期集団を決定する。
【００２７】
したがって、本発明のホログラムの参照光の制御方法では、２ページ目以降の再生対象ページについての初期集団に、以前のページにおいて最適化された個体を含めた上で、遺伝的アルゴリズムを実行するので、適応度が最大値に収束するまでの世代交代数は、２ページ目以降については１ページ目よりも低減できる。このように、前ページまでのページデータの補償の最適条件を用いて２ページ目以降の再生対象ページの補償を行うことにより、多重記録された複数のページデータ全体を速く補償することができる。
【発明の効果】
【００２８】
請求項１または請求項６に記載の発明によれば、ホログラム記録装置は、遺伝的アルゴリズムの適応度として、白および黒について、平均輝度、輝度の標準偏差および変動係数をそれぞれ算出し、白の変動係数の自乗と黒の変動係数の自乗との和の平方根に対する白および黒の平均輝度の差を含むパラメータを算出する。したがって、フォトポリマー媒体を用いて白と黒のビットパターンによる２値画像をページデータとして採用したとしても、遺伝的アルゴリズムの繰り返し処理による誤判定を防止してＳＮＲを向上させることができる。そして、遺伝的アルゴリズムで最適化された波面の参照光が記録媒体に照射されたときに生成される再生光は、記録媒体に形成された干渉縞の歪みが補償されたときの光である。そのため、干渉縞の歪みによる再生像の劣化は補償されている。
【００２９】
請求項２または請求項７に記載の発明によれば、ホログラム記録装置は、再生データの画像を複数のブロックに分割し、ブロックの画像ごとに、白および黒について、平均輝度、輝度の標準偏差および変動係数をそれぞれ算出し、白の変動係数の自乗と黒の変動係数の自乗との和の平方根に対する白および黒の平均輝度の差を含む第１のパラメータを算出し、遺伝的アルゴリズムの適応度として、第１のパラメータについての変動係数の逆数を含む第２のパラメータを算出する。したがって、フォトポリマー媒体を用いて白と黒のビットパターンによる２値画像をページデータとして採用したとしても、遺伝的アルゴリズムの繰り返し処理による誤判定を防止すると共にＳＮＲを向上させることができる。そして、遺伝的アルゴリズムで最適化された波面の参照光が記録媒体に照射されたときに生成される再生光は、記録媒体に形成された干渉縞の歪みが補償されたときの光である。そのため、干渉縞の歪みによる再生像の劣化は補償されている。
【００３０】
請求項３または請求項８に記載の発明によれば、ホログラム記録装置は、２ページ目以降の再生対象ページについての初期集団に、以前のページにおいて最適化された個体を含めた上で、遺伝的アルゴリズムを実行する。したがって、適応度が最大値に収束するまでの世代交代数は、２ページ目以降については１ページ目よりも低減できる。その結果、多重記録された複数のページデータ全体を速く補償することができる。
【００３１】
請求項４に記載の発明によれば、ホログラム記録装置は、回転器によって、波面制御器を搭載したステージを回転させて、波面制御器に入射する参照光の入射角度を最適にした上で、遺伝的アルゴリズムを用いた適応光学により波面制御信号を求める。したがって、回転器の調整で、記録媒体の全記録領域に亘って生じる歪みによる再生光の波面の乱れを補償し、波面制御信号により、記録媒体の個別の記録領域によって生じる歪みによる再生光の波面の乱れを補償することができる。
【００３２】
請求項５に記載の発明によれば、ホログラム記録装置は、波面制御器によって、参照光を制御することで再生光を間接的に制御すると共に、第２の波面制御器によって、再生光の波面を直接的に制御することで、記録媒体に記録された干渉縞の歪みを補償することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の第１実施形態に係るホログラム記録装置の光学系を示す図である。
【図２】図１に示した波面制御器による効果の説明図である。
【図３】図１に示した計測制御装置が実行する遺伝的アルゴリズムの説明図である。
【図４】図１に示した計測制御装置が算出する適応度の説明図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係るホログラム記録装置における遺伝的アルゴリズムの動作を示すフローチャートである。
【図６】本発明の第１実施形態に係るホログラム記録装置で算出された世代とパラメータＦｉｔｎｅｓｓとの関係の一例を示すグラフである。
【図７】本発明の第１実施形態に係るホログラム記録装置で再生された再生データの画像の一例を示す図であって、（ａ）は補償前、（ｂ）は補償後をそれぞれ示している。
【図８】本発明の第２実施形態に係るホログラム記録装置による適応度の算出処理を示すフローチャートである。
【図９】本発明の第３実施形態に係るホログラム記録装置の光学系を示す図である。
【図１０】本発明の第３実施形態に係るホログラム記録装置で算出された世代と適応度Ｆｉｔとの関係の一例を示すグラフである。
【図１１】本発明の第３実施形態に係るホログラム記録装置で再生された再生データの画像の一例を示す図であって、（ａ）は補償前、（ｂ）は補償後をそれぞれ示している。
【図１２】本発明の第４実施形態に係るホログラム記録装置の光学系を示す図である。
【図１３】本発明の第５実施形態に係るホログラム記録装置による複数のページデータの補償の流れを示す説明図である。
【図１４】本発明の第５実施形態に係るホログラム記録装置による１ページ目の補償の具体例を示す説明図である。
【図１５】本発明の第５実施形態に係るホログラム記録装置による２ページ目以降の補償の具体例を示す説明図である。
【図１６】本発明の第５実施形態に係るホログラム記録装置で算出された１ページ目の世代交代数と適応度との関係の一例を示すグラフである。
【図１７】本発明の第５実施形態に係るホログラム記録装置で算出された２ページ目の世代交代数と適応度との関係の一例を示すグラフである。
【図１８】本発明の第５実施形態に係るホログラム記録装置による２ページ目以降の補償の変形例を示す説明図である。
【図１９】従来のホログラム記録装置の光学系を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、図面を参照して本発明のホログラム記録装置を実施するための形態（以下「実施形態」という）について詳細に説明する。
【００３５】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係るホログラム記録装置の光学系を示す図である。ホログラム記録装置１は、ホログラム用の記録媒体への干渉縞の形成の動作と、この干渉縞が形成された記録媒体を用いた再生像の劣化を補償した高品位な像を再生するための前段階の処理（以下、単に前処理という）の動作とを行うものである。なお、本実施形態では、ホログラム記録装置１は、前処理の結果としての高品位な像の再生機能をも有している。このホログラム記録装置１では、記録媒体１２として、フォトポリマーを使用する。また、ホログラム記録装置１は、従来のホログラム記録装置１０１（図１９参照）と比較すると、ミラー１２１（図１９参照）の代わりに、波面制御器１３を備えており、さらに、この波面制御器１３およびＣＣＤ２４とそれぞれ接続された計測制御装置２５を備えている点が異なっている。
【００３６】
計測制御装置２５は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等を備えた一般的なパーソナルコンピュータ、および、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）に記憶されＲＡＭに展開されるプログラムを備えている。計測制御装置２５は、前記したハードウェア資源とソフトウェアとが協働することにより後記する各機能が実現されるものである。また、このプログラムは、通信回線を介して提供することも可能であるし、ＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体に書き込んで配布することも可能である。
【００３７】
ここで、波面制御器１３の概要について図２を参照して説明する。図２は、図１に示した波面制御器による効果を示す説明図である。記録媒体１２としてフォトポリマーを使用すると、干渉縞形成時（記録時）において、図２（ａ）に示すように、白と黒のビットパターン２０１による２次元離散データ（以下、単に、ビットパターンという）の情報を担持した信号光をレンズ１１で集光し、平面波の参照光と干渉させて記録媒体１２に形成する干渉縞には、符号２０２で示すように歪みが生じてしまう。再生時において、仮に波面制御器１３が無い場合、図２（ｂ）に示すように、干渉縞形成時に照射した平面波の参照光を記録媒体１２に照射することで再生される再生光を、ＣＣＤ２４で撮影した場合、記録されたビットパターンは干渉縞の歪みの影響により部分的に得られない。例えば、ＣＣＤ撮影像２０３では、符号２０４で示す位置の情報が得られず、ＳＮＲが低下してしまう。
【００３８】
波面制御器１３は、例えば、デフォーマブルミラーから構成される。この場合、波面制御器１３は、図２（ｃ）に示すように、薄膜ミラーからなる表面１３ａが、上下方向（光軸方向）に動く複数（図では１９本）のピン（駆動部）１３ｂにより動かされることで、入射光の波面の状態を変化させて反射することができる。なお、ピン１３ｂは、例えばピエゾアクチュエータで駆動される。
【００３９】
この波面制御器１３のピン１３ｂの上下の駆動位置の値がそれぞれ最適に定められると、波面制御器１３の表面１３ａへ入射する光の波面の状態を最適な状態に変化させて反射することが可能である。したがって、波面制御器１３のピン１３ｂの駆動位置を最適な状態（波面制御器１３が最適な状態）としたときに、波面制御器１３に対して、図２（ｂ）に示した平面波の参照光を入射すると、波面制御器１３の表面１３ａで反射した参照光の波面は干渉縞の歪みを補償する形状になる。そして、この波面制御された参照光を記録媒体１２に照射することで再生される再生光は、干渉縞の歪みの影響が取り除かれる。この再生光を、レンズ２３を通してＣＣＤ２４で撮影すると、符号２０５で示す再生像が得られる。これにより、再生像を改善することができる。なお、波面制御器１３を最適な状態に設定するために、後記するように、計測制御装置２５がＣＣＤ２４で撮影された再生データを計測して、計測結果に応じた制御信号を波面制御器１３に出力する試行（処理）を遺伝的アルゴリズムにより繰り返す。
【００４０】
図１に戻って、ホログラム記録装置１の説明を続ける。
＜干渉縞形成時＞
ホログラム記録装置１において、レーザ（レーザ光源）２から出射されたレーザ光は、ビームエキスパンダ３によりビーム径が拡大され、コリメートレンズ４により平行光にされ、半波長板５で偏光方向を変換されてミラー６で反射して偏光ビームスプリッタ７に入射する。そして、レーザ光は、偏光ビームスプリッタ７により物体光と参照光に分けられる。このうち物体光は、偏光ビームスプリッタ８を透過し、空間光変調素子９上に照射される。そして、物体光は、空間光変調素子９に表示された白と黒のビットパターンによる２次元離散データの画像（ページデータ）で変調され、白と黒の２値画像の情報が担持された信号光として偏光ビームスプリッタ８に戻る。
【００４１】
この信号光は、偏光ビームスプリッタ８で反射して、シャッタ１０を通過して集光用のレンズ１１を介して記録媒体（ホログラム記録媒体）１２に到達する。一方、参照光は、波面制御器１３に入射し、その波面が変化した状態で反射し、シャッタ２２を通過して記録媒体１２に到達する。なお、参照光の光路中のシャッタ２２の前後にはレンズ１４、１６が配設されている。そして、信号光と参照光との干渉により記録媒体１２に干渉縞が形成される。この干渉縞により記録媒体１２にページデータを記録することができる。
【００４２】
＜前処理＞
ホログラム記録装置１は、記録媒体１２に記録されたページデータを、干渉縞の歪みによる劣化を補償した高品位な像として再生するために、前処理として、遺伝的アルゴリズムを用いて参照光の波面の状態を事前に最適化しておく。前処理において、波面制御器１３は、計測制御装置２５からの波面制御信号に基づいて参照光の波面の状態を変化させて反射する。波面制御器１３で反射した参照光が記録媒体１２に照射されることにより、記録媒体１２から２次元離散データが再生される。この再生光はレンズ２３を介してＣＣＤ（ＣＣＤ撮像装置）２４により撮像される。計測制御装置２５は、撮像された再生データの画像の輝度を計測し、波面制御信号を求め、求めた波面制御信号を波面制御器１３に出力する。このように、記録媒体１２への参照光の照射、再生光の撮像、撮像された再生データの画像の輝度の計測、参照光の波面制御の一連の動作を繰り返しながら、計測制御装置２５は、遺伝的アルゴリズムを用いた適応光学により、再生データの画像ごとに波面制御信号をそれぞれ求める。ホログラム記録装置１は、この一連の動作の繰り返しにより、高品位な像として再生するための最適な波面制御信号を決定する。
【００４３】
ここで、遺伝的アルゴリズムと、波面制御器１３との関係について図３を参照して説明する。図３は、図１に示した計測制御装置が実行する遺伝的アルゴリズムの説明図である。この遺伝的アルゴリズムにおいて、集団Ｐは、複数の個体Ｉから構成される。ここで、波面制御器１３の表面１３ａ（図２（ｃ）参照）の状態を個体Ｉとする。図３（ａ）に示すように、第ｋ世代の集団Ｐkは、例えば、１０個の個体Ｉ1〜Ｉ10から構成される。図３（ａ）に示す個体Ｉは、駆動部ナンバー３０１と、遺伝子３０２とを有している。駆動部ナンバー３０１は、波面制御器１３のピン１３ｂ（図２（ｃ）参照）の識別子である。遺伝子３０２は、波面制御器１３のピン１３ｂ（図２（ｃ）参照）の上下方向（光軸方向）の駆動位置を示す値である。図３（ａ）に示す個体Ｉは、一例として、８個の遺伝子、つまり、８本のピンを備えている。
【００４４】
計測制御装置２５は、遺伝的アルゴリズムの処理において、例えば、「複製」、「交叉」、「突然変異」を行う。計測制御装置２５は、「複製」の処理において、第ｋ世代の集団Ｐkの全ての個体Ｉを選択して複製する。例えば、個体Ｉ1と個体Ｉ10の複製は、図３（ｂ）に示すように、個体３０３、３０４が生成される。
【００４５】
計測制御装置２５は、「交叉」の処理において、第ｋ世代の集団Ｐkから選択した任意の２個の個体Ｉを交叉する。例えば、個体Ｉ1と、個体Ｉ10とが選択された場合、交叉により、図３（ｃ）に示すように、個体３０５、３０６が生成される。なお、図３（ｃ）に示した例は、符号３０７で示す位置を交叉点とした一点交叉により生成されたものである。なお、交叉については、例えば、二点交叉、多点交叉、一様交叉を用いてもよい。
【００４６】
計測制御装置２５は、「突然変異」の処理において、第ｋ世代の集団Ｐkから任意の１個の個体Ｉをランダムに選択し、その個体Ｉの任意の１個の遺伝子の値をランダムに書き換える。突然変異を起こす確率Ｆmは、例えば、０．０１のように予め設定することができる。この場合、１００個の個体につき１個の個体が突然変異することになる。なお、選択する個体Ｉの個数や遺伝子の個数は、これに限定されない。また、選択方法は、ランダムに選択する代わりに予め定めた規則により選択するようにしてもよい。
【００４７】
ここで、計測制御装置２５の算出する遺伝的アルゴリズムの適応度について図４を参照して説明する。図４は、図１に示した計測制御装置が算出する適応度の説明図である。
図４（ａ）は、実際のホログラム記録で用いられるページデータ（２次元離散データ）の再生像の一例である。再生データのＳＮＲを改善するために、遺伝的アルゴリズムの適応度として、仮に式（１）に示すＳＮＲを単純に用いた場合には、このＳＮＲが最大になるように最適化を行えばよいと考えられる。
【００４８】
【数１】
【００４９】
ここで、μ1、σ1はオンビット（白）の平均輝度および標準偏差、μ0、σ0はオフビット（黒）の平均輝度および標準偏差を表している。μ1、σ1、μ0、σ0の一例を図４（ｂ）に示す。
【００５０】
式（１）を適応度とし、遺伝的アルゴリズムの繰り返し処理を用いて最適化を行うときに、暗い再生像が測定されると、オンビットの標準偏差σ1が小さくなる。そのため、式（１）のＳＮＲの値が高いにも関わらず、再生像は暗く、ビットが検出できない。暗い再生像に対応した輝度分布の他の例を図４（ｃ）に示す。輝度の度数分布が輝度の低い側（左側）に極端に移動し、分布の広がりが小さくなるばかりではなく、オンビットとオフビットとの境界が検出できなくなる。このように、適応度として式（１）のＳＮＲを単純に用いた場合、再生像を補償することができない場合がある。
【００５１】
そこで、計測制御装置２５は、再生像の輝度の計測において、再生データの画像ごとに、白の平均輝度μ1、輝度の標準偏差σ1および変動係数ｃ1（＝σ1／μ1）と、黒の平均輝度μ0、輝度の標準偏差σ0および変動係数ｃ0（＝σ0／μ0）とをそれぞれ算出すると共に、再生データの画像ごとに、式（２）に示すパラメータＦｉｔを、遺伝的アルゴリズムの適応度としてそれぞれ算出する。
【００５２】
【数２】
【００５３】
さらに、計測制御装置２５は、算出したパラメータＦｉｔを遺伝的アルゴリズムにより最大化したときに（最適な値にしたときに）波面制御器１３に出力されていた波面制御信号を、記録媒体１２に形成された干渉縞の歪みを補償する波面制御信号（最適解）として求める。なお、計測制御装置２５は、ＳＮＲ［ｄＢ］に対応させて、式（３）のパラメータＦｉｔｎｅｓｓを算出することができ、これを遺伝的アルゴリズムの適応度にすることもできる。その他、式（２）および式（３）において、定数を加算したり定数倍したりしてもよいことは勿論である。
【００５４】
【数３】
【００５５】
＜再生時＞
前記した前処理の後、記録媒体１２に記録されたページデータを再生する場合、計測制御装置２５は、前処理で求められた最適解の波面制御信号を波面制御器１３に出力する。波面制御器１３は、最適解の波面制御信号に基づいて参照光の波面の状態を変化させて反射する。この波面制御器１３で反射した参照光を記録媒体１２に照射すると、参照光は記録媒体１２で回折し、２次元離散データ（ページデータ）の信号が付加されている再生光（白と黒の２値画像）が高品位な再生像として得られる。
【００５６】
［ホログラム記録装置の動作］
次に、図１に示したホログラム記録装置１の動作について、図５を参照（適宜図１ないし図３参照）して説明する。図５は、本発明の第１実施形態に係るホログラム記録装置における遺伝的アルゴリズムの動作を示すフローチャートである。ホログラム記録装置１は、前提として、記録媒体１２へ干渉縞を形成した後に、次の第１ステップ〜第４ステップの一連の処理を行う。すなわち、第１ステップにて、図１に示す光学系によって、参照光を波面制御器１３に照射する。そして、第２ステップにて、波面制御器１３によって、入射した参照光の波面の状態を変化させて記録媒体１２に照射する。そして、第３ステップにて、ＣＣＤ２４によって、波面の状態が変化した参照光が照射された記録媒体１２から再生された２次元離散データの再生光を撮像する。そして、第４ステップにて、計測制御装置２５によって、撮像された再生データの画像の輝度を計測し、計測結果に基づいて生成した波面制御信号を波面制御器１３に出力する。
【００５７】
前記した第１ステップ〜第４ステップの一連の処理の中で、第４ステップにおいて、ホログラム記録装置１は、計測制御装置２５によって、世代ｋを初期化する（ステップＳ１）。すなわち、ｋ＝０とする。そして、計測制御装置２５は、個体数ｎからなる第０世代の集団Ｐ0（初期状態の集団Ｐ0）を決定し、初期状態の集団（初期集団）Ｐ0に属す個体の１つに記録時（干渉縞形成時）の波面制御器１３の状態を含ませ、その他の個体の遺伝子はランダムに決定する（ステップＳ２）。すなわち、１つの個体は、干渉縞形成時の波面制御器１３の表面１３ａの状態を生み出したそれぞれのピン（駆動部）１３ｂの設定値をそのまま遺伝子として含ませ、他の個体については、波面制御器１３のピン（駆動部）１３ｂの設定値をランダムに決定する。そして、計測制御装置２５は、第ｋ世代の集団Ｐkから選択した任意の２個体に対して、「複製」と「交叉」をすることで４個体を生成し（ステップＳ３）、ステップＳ３の処理を（ｎ／２）回繰り返したか否かを判別する（ステップＳ４）。
【００５８】
ステップＳ３の処理を（ｎ／２）回繰り返して実行していない場合（ステップＳ４：Ｎｏ）、計測制御装置２５は、ステップＳ３に戻る。ステップＳ３の処理を（ｎ／２）回繰り返して実行した場合（ステップＳ４：Ｙｅｓ）、１回ごとに４個体生成されるので、合計２ｎ個（＝４×（ｎ／２）個）の個体が生成されることになる。計測制御装置２５は、この生成した合計２ｎ個の個体からなる集団Ｐk’に対して、確率Ｆmで突然変異を起こす個体を選択し、その個体の遺伝子をランダムに決定し直す（ステップＳ５）。そして、計測制御装置２５は、突然変異を起こした個体を含む個体数２ｎからなる集団Ｐk”に属す各個体の遺伝子（数値）を波面制御器１３の各ピン（駆動部）１３ｂの値として設定する（ステップＳ６）。計測制御装置２５は、設定した遺伝子（各駆動部の値）を制御信号として波面制御器１３に出力する。
【００５９】
続いて、ホログラム記録装置１は、各ピン（駆動部）１３ｂの値が設定された波面制御器１３を用いて、ページデータの再生光をＣＣＤ２４で撮像する（ステップＳ７）。そして、ホログラム記録装置１は、計測制御装置２５によって、撮像された再生データの画像に基づいて、集団Ｐk”に属す個体ごとに、適応度を算出する（ステップＳ８）。具体的には、ホログラム記録装置１は、前記した第１ステップ〜第４ステップの一連の処理を繰り返すので、ステップＳ７とステップＳ８とを交互に繰り返すことになる。このうち、ステップＳ８において、計測制御装置２５は、遺伝的アルゴリズムに従って、前記した式（２）で示すＦｉｔをそれぞれ算出するステップを実行する。
【００６０】
そして、計測制御装置２５は、算出した適応度の上位ｎ個の個体からなる集団を次世代の集団として決定し（ステップＳ９）、収束条件を満足したか否かを判別する（ステップＳ１０）。本実施形態では、世代ｋが所定の回数（例えばｋ＝３０）以上になったか否かを判別する。収束条件を満たさない場合（ステップＳ１０：Ｎｏ）、計測制御装置２５は、ｋの値に１を加え（ステップＳ１１）、ステップＳ９で決定した集団の世代（世代数）を、このインクリメントしたｋ（ｋ＝ｋ＋１）として、ステップＳ３に戻る。つまり、計測制御装置２５は、遺伝的アルゴリズムにより一連の処理を行うときに対象とするすべての再生データの画像のうちで、算出したパラメータを最適な値にするステップを実行する。
【００６１】
一方、ステップＳ１０において、収束条件を満たした場合（ステップＳ１０：Ｙｅｓ）、計測制御装置２５は、第ｋ世代においてステップＳ９で決定した集団に属す適応度最大の個体の遺伝子を、波面制御器１３の各ピン（駆動部）１３ｂの設定値として確定し（ステップＳ１２）、処理を終了する。このステップＳ１２は、パラメータが最適な値になったときに波面制御器１３に出力されていた波面制御信号を、記録媒体１２に形成された干渉縞の歪みを補償する波面制御信号として求めるステップである。
【００６２】
［具体例１］
前提条件を以下の通りにした。波面制御器１３は１９本のピン（駆動部）１３ｂを有し、駆動部の駆動位置が「０」〜「１９２」に設定可能であるものとした。遺伝的アルゴリズムの処理において、集団Ｐが２０個の個体Ｉからなるものとした。なお、個体Iの遺伝子の個数は「１９」、遺伝子の値は「０」〜「１９２」である。突然変異の確率Ｆmを「０．１」とした。計測制御装置２５は、世代ｋが「３０」以上であるときに収束条件を満たすものと判定した。
【００６３】
＜適応度と世代の関係＞
図６は、第１実施形態に係るホログラム記録装置１で算出された世代とパラメータＦｉｔｎｅｓｓとの関係の一例を示すグラフである。前記した式（３）のパラメータＦｉｔｎｅｓｓは、図６に示すように、計測制御装置２５の処理前、すなわち、補償前（世代ｋ＝０）のときに「１６．１［ｄＢ］」であった。パラメータＦｉｔｎｅｓｓの値は、補償により増加し、２０世代以降は、値が飽和し、最終的に、補償後（世代ｋ＝３０）のときに「２４．０［ｄＢ］」であった。
【００６４】
＜撮像されたページデータの具体例＞
図７は、第１実施形態に係るホログラム記録装置１で再生された再生データの画像の一例を示す図であって、（ａ）は補償前、（ｂ）は補償後をそれぞれ示している。図７（ａ）および図７（ｂ）では、枠内の画像データを補償した。補償前には、図７（ａ）に示すように、枠内の左半分にオンビット（白）がほとんど現れなかった。補償後には、図７（ｂ）に示すように、枠内のオンビット（白）の輝度均一性が向上した。なお、図７（ｂ）のビットデータの画像がデコードされることで有意味の画像が表示されることになる。
【００６５】
第１実施形態のホログラム記録装置１によれば、遺伝的アルゴリズムの適応度として、式（２）に示すＦｉｔを算出するので、フォトポリマー媒体を用いて白と黒のビットパターンによる２値画像をページデータとして採用したとしても、遺伝的アルゴリズムの繰り返し処理による誤判定を防止してＳＮＲを向上させることができる。また、遺伝的アルゴリズムで最適化された波面の参照光が記録媒体１２に照射されたときに生成される再生光は、記録媒体１２に形成された干渉縞の歪みが補償されたときの光である。そのため、干渉縞の歪みによる再生像の劣化は補償されている。また、ホログラム記録装置１による制御方法（遺伝的アルゴリズムを用いたホログラムの参照光の制御方法）は、従来のホログラム記録装置に対して容易に適用することができ、従来よりも大容量記録を実現するホログラム記録装置を提供することが可能となる。
【００６６】
（第２実施形態）
第２実施形態のホログラム記録装置１Ａは、遺伝的アルゴリズムの適応度が異なり、計測制御装置２５の処理が異なっているものの、構成が第１実施形態と同じなので、図面および構成の説明を省略する。また、ホログラム記録装置１Ａの動作は、図５を参照して説明したホログラム記録装置１の動作と同様である。ただし、前記したステップＳ８における計測制御装置２５の処理が異なる。以下、その相違点について、図８を参照（適宜図１および図２参照）して説明する。
【００６７】
図８は、本発明の第２実施形態に係るホログラム記録装置による適応度の算出処理を示すフローチャートである。ホログラム記録装置１Ａは、前記したステップＳ７に続いて、計測制御装置２５によって、適応度の算出処理を実行する（ステップＳ２１〜Ｓ３１）。計測制御装置２５は、突然変異後の個体数２ｎからなる集団Ｐk”に属す個体Ｉi（ｉ＝１〜２ｎ）の遺伝子が設定された波面制御器１３を用いて再生データをそれぞれ取得する（ステップＳ２１）。具体的には、ホログラム記録装置１Ａは、波面制御器１３によって反射した参照光を記録媒体１２に照射し、ＣＣＤ２４によって、記録媒体１２から再生された白と黒のビットパターンによる２次元離散データの再生光を撮像し、計測制御装置２５によって、撮像された再生データの画像の輝度を計測し、波面制御信号を波面制御器１３に出力する一連の処理を繰り返す。この中で、計測制御装置２５は、遺伝的アルゴリズムに従って、以下の動作を行う。
【００６８】
計測制御装置２５は、個体の識別子ｉを初期化する（ステップＳ２２）。すなわち、ｉ＝１とする。そして、計測制御装置２５は、個体Ｉiを用いて取得した再生データの画像をＭ個のブロックＢj（ｊ＝１〜Ｍ）に分割する（ステップＳ２３）。例えば、１つのブロックが１２８×１２８画素の複数個のブロックに分割する。ここで、計測制御装置２５は、ブロック識別子ｊを「１」とする（ステップＳ２４）。そして、計測制御装置２５は、その時点のブロック識別子ｊのブロックＢjにおいて、前記した式（２）に示すＦｉｔをブロック識別子ｊに関連付けた第１のパラメータＦｉｔ（ｊ）として算出する（ステップＳ２５）。そして、計測制御装置２５は、すべてのブロックを選択したか（ｊ＝Ｍであるか）否かを判別する（ステップＳ２６）。選択していないブロックがある（ｊ≠Ｍである）場合（ステップＳ２６：Ｎｏ）、計測制御装置２５は、ｊの値に１を加え（ステップＳ２７）、ステップＳ２５に戻る。
【００６９】
一方、すべてのブロックを選択した（ｊ＝Ｍである）場合（ステップＳ２６：Ｙｅｓ）、計測制御装置２５は、選択した各ブロックのＦｉｔ（ｊ）の平均値と標準偏差を求め、求めたＦｉｔ（ｊ）の平均値と標準偏差から、個体Ｉiに対応した変動係数ｃ（ｉ）を算出する（ステップＳ２８）。なお、変動係数ｃ（ｉ）は、ｉ番目の再生データについてのＦｉｔ（ｊ）の標準偏差を、Ｆｉｔ（ｊ）の平均値で除したものである。さらに、計測制御装置２５は、変動係数ｃ（ｉ）の逆数を含む第２のパラメータＦ（ｉ）を個体Ｉiに対応した適応度として算出する（ステップＳ２９）。
【００７０】
続いて、計測制御装置２５は、個体Ｉiを用いて取得した再生データの画像をすべて選択したか（ｉ＝２ｎであるか）否かを判別する（ステップＳ３０）。まだ選択していない再生データの画像がある（ｉ≠２ｎである）場合（ステップＳ３０：Ｎｏ）、計測制御装置２５は、ｉの値に１を加え（ステップＳ３１）、ステップＳ２３に戻る。一方、再生データの画像をすべて選択した（ｉ＝２ｎである）場合（ステップＳ３０：Ｙｅｓ）、突然変異後の個体数２ｎからなる集団Ｐk”に属す各個体Ｉiに対応した適応度がそれぞれ算出されたことになるので、計測制御装置２５は、前記したステップＳ９（図５参照）に戻る。
【００７１】
［具体例２］
第１実施形態の具体例１として示した図７（ａ）および図７（ｂ）において、枠内の画像を２５６×２５６ブロックに分割して求め、これを具体例２とした。ブロック内のＳＮＲは、補償前に「−１９．４［ｄＢ］」であったが、補償後に「３．３［ｄＢ］」に増加した。
【００７２】
第２実施形態のホログラム記録装置１Ａによれば、再生データの画像を複数のブロックに分割し、ブロックの画像ごとに、式（２）に示すＦｉｔを第１のパラメータとして算出し、遺伝的アルゴリズムの適応度として、第１のパラメータについての変動係数の逆数を含む第２のパラメータを算出する。したがって、フォトポリマー媒体を用いて白と黒のビットパターンによる２値画像をページデータとして採用したとしても、遺伝的アルゴリズムの繰り返し処理による誤判定を防止してＳＮＲを向上させることができる。また、遺伝的アルゴリズムで最適化された波面の参照光が記録媒体１２に照射されたときに生成される再生光は、記録媒体１２に形成された干渉縞の歪みが補償されたときの光である。そのため、干渉縞の歪みによる再生像の劣化は補償されている。また、再生画像を分割したので、レーザ光の輝度分布に起因する再生画像全体の輝度分布の影響を低減して評価することができる。
【００７３】
（第３実施形態）
図９は、本発明の第３実施形態に係るホログラム記録装置の光学系を示す図である。第３実施形態のホログラム記録装置１Ｂは、回転器２６を備え、計測制御装置２５の機能が異なる点を除いて、構成が第１実施形態と同じなので、同じ構成には同じ符号を付してその説明を省略する。
【００７４】
回転器２６は、波面制御器１３を搭載したステージを有して、このステージの回転角度の位置を示す角度制御信号に基づいてステージを回転させて、波面制御器１３に入射する参照光の入射角度を変化させるものである。回転器２６は、例えば、ステージ（敷設台）の略中心位置を回転軸として回動自在とされてなる。
【００７５】
計測制御装置２５は、角度制御信号を回転器２６に出力し、このときＣＣＤ２４で撮像された再生データの画像の輝度を計測し、計測の結果に基づいて輝度分布が最も良好となったときの回転角度を求め、求めた回転角度の位置にステージを固定させるための角度制御信号を回転器２６に出力する。これにより、記録媒体１２の全記録領域に亘って生じる歪みによる再生光の波面の乱れを補償するように制御がなされることになる。
【００７６】
そして、回転器２６が、ステージすなわち波面制御器１３を最適な回転角度の位置に固定した上で、計測制御装置２５は、遺伝的アルゴリズムを用いた適応光学により波面制御信号を求める。これにより、記録媒体１２の個別の記録領域に生じる歪みによる再生光の波面の乱れを補償するように制御がなされることになる。なお、ホログラム記録装置１Ｂの動作は、図５を参照して説明したホログラム記録装置１の動作と同様であり、計測制御装置２５が波面制御信号を求める方法は、第１実施形態または第２実施形態の方法と同様である。したがって、その説明を省略する。
【００７７】
［具体例３］
具体例１と同様な前提条件を用いて、適応度と世代の関係を求めると共に、ページデータを補償した。ただし、収束条件はｋ＝２９とした。
＜適応度と世代の関係＞
図１０は、本発明の第３実施形態に係るホログラム記録装置で算出された世代と適応度Ｆｉｔとの関係の一例を示すグラフである。前記した式（２）のパラメータＦｉｔは、図１０に示すように、計測制御装置の処理前、すなわち、補償前（世代ｋ＝０）のときに「２１．９」であった。パラメータＦｉｔの値は、補償により増加し、２５世代以降は、値が飽和し、最終的に、補償後（世代ｋ＝２９）のときに「２７．８」であった。
【００７８】
＜撮像されたページデータの具体例＞
図１１は、本発明の第３実施形態に係るホログラム記録装置で再生された再生データの画像の一例を示す図であって、（ａ）は補償前、（ｂ）は補償後をそれぞれ示している。補償前には、図１１（ａ）に示すように、中央にだけオンビット（白）が現れていた。補償後には、図１１（ｂ）に示すように、中央だけではなく全領域にオンビット（白）が現れ、輝度均一性が向上した。ここで、画像を１２８×１２８ブロックに分割して求めた。１２８×１２８ブロック内のＳＮＲの最小値は、補償前には「−２．５［ｄＢ］」であったが、補償後には、「２．０［ｄＢ］」に増加した。
【００７９】
第３実施形態のホログラム記録装置１Ｂによれば、回転器２６によって、波面制御器１３を搭載したステージを回転させて、波面制御器１３に入射する参照光の入射角度を最適にした上で、遺伝的アルゴリズムを用いた適応光学により波面制御信号を求める。したがって、回転器２６の調整で、記録媒体１２の全記録領域に亘って生じる歪みによる再生像の劣化を補償し、波面制御信号により、記録媒体１２の個別の記録領域によって生じる歪みによる再生像の劣化を補償することができる。
【００８０】
（第４実施形態）
図１２は、本発明の第４実施形態に係るホログラム記録装置の光学系を示す図である。第４実施形態のホログラム記録装置１Ｃは、記録媒体１２から再生される再生光がレンズ２３に入射した後にＣＣＤ２４に直接撮像されるのではなく、波面制御器２７に反射され、さらに、ミラー２８で反射された後でＣＣＤ２４に撮像されるように構成され、計測制御装置２５が波面制御器２７をも制御する点を除いて、構成が第１実施形態と同じなので、同じ構成には同じ符号を付してその説明を省略する。
【００８１】
波面制御器（第２の波面制御器）２７は、波面制御器１３で反射した参照光が照射された記録媒体１２により再生される２次元離散データの再生光の波面の状態を第２の波面制御信号に基づいて変化させて反射するものである。この波面制御器２７は、波面制御器１３と同様に例えばデフォーマブルミラーにより構成される。
【００８２】
計測制御装置２５は、ＣＣＤ２４で撮像された再生データの画像の輝度を計測し、遺伝的アルゴリズムを用いた適応光学により再生データの画像ごとに、波面制御信号および第２の波面制御信号をそれぞれ求め、求めた波面制御信号を波面制御器１３にそれぞれ出力すると共に、第２の波面制御信号を波面制御器２７にそれぞれ出力する。第４実施形態では、計測制御装置２５は、はじめに波面制御器１３の制御を行って、波面制御器１３の最適な条件を求め、この条件下において、波面制御器２７の制御を行い、波面制御器２７に最適な条件を求める。
【００８３】
第４実施形態のホログラム記録装置１Ｃによれば、波面制御器１３によって、参照光を制御することで再生光を間接的に制御すると共に、波面制御器２７によって、再生光の波面を直接的に制御することで、記録媒体１２に記録された干渉縞の歪みを補償することができる。
【００８４】
（第５実施形態）
ホログラム記録では、角度多重やシフト多重を用いて記録媒体内に複数のページデータが記録される。つまり、記録媒体内には複数の再生対象ページがある。媒体収縮による歪みは、隣り合ったページデータ間や近い範囲のページデータ間では、歪み方が類似する。しかしながら、離れたページデータ間では歪み方が異なる。このような理由から、１ページ目のページデータで補償した結果（１ページ目の最適値）を、２ページ目以降の各ページデータに適応しても、すべてのページデータにとって望ましい結果がそれぞれ得られるわけではない。すべてのページデータにとって最も望ましい結果を得るためには、各ページごとに独立に補償を行えばよいが、ページ数が多くなればなるほど、補償のために要する時間が線形増加してしまうという問題がある。
【００８５】
第５実施形態のホログラム記録装置１Ｄは、計測制御装置２５の処理において、記録媒体に多重記録された２ページ目以降のページデータに対する処理が１ページ目と異なっているものの、遺伝的アルゴリズムの適応度および装置構成が第１実施形態と同じなので、構成の図面および構成の説明を省略する（図１および図５を適宜参照）。
【００８６】
図１３は、本発明の第５実施形態に係るホログラム記録装置による複数のページデータの補償の流れを示す説明図である。
（Ｐ１）初めに、１ページ目のページデータの補償を行う。ここでは、初期集団を、記録条件と同じ遺伝子を持つ個体（図１３では単に記録条件と表記した）と、ランダムに設定された遺伝子を持つ個体（図１３では単にランダムと表記した）とから構成する。そして、図５に示すフローチャートに従って、遺伝的アルゴリズムにより各パラメータを最適化する（Ｐ１ａ）。最終的には最大の適応度を有する個体を、１ページ目を補償する最適値（１ページ目の最適値）として求める。
【００８７】
（Ｐ２）次に、２ページ目のページデータの補償を行う。ここでは、２ページ目の初期集団を、記録条件と同じ遺伝子を持つ個体と、ランダムに設定された遺伝子を持つ個体と、１ページ目において最大の適応度を有する個体（１ページ目の最適値）とから構成する。そして、同様にして遺伝的アルゴリズムにより各パラメータを最適化する（Ｐ２ａ）。最終的には最大の適応度を有する個体を、２ページ目を補償する最適値として求める。
【００８８】
（Ｐｍ）以下、同様にして、一般にｍページ目のページデータの補償を行う場合、ｍページ目の初期集団を、記録条件と同じ遺伝子を持つ個体と、ランダムに設定された遺伝子を持つ個体と、ｍ−１ページ目において最大の適応度を有する個体（ｍ−１ページ目の最適値）とから構成する。そして、同様にして遺伝的アルゴリズムにより各パラメータを最適化する（Ｐｍａ）。最終的には最大の適応度を有する個体を、ｍページ目を補償する最適値として求める。
【００８９】
［具体例］
図１４は、本発明の第５実施形態に係るホログラム記録装置による１ページ目の補償の具体例を示す説明図であり、図１５は、２ページ目以降の補償の具体例を示す説明図である。ここでは、遺伝的アルゴリズムで用いるパラメータは、例えば、それぞれ、以下の値をもつものとした。すなわち、集団に属す個体の個数ｎを２０個、遺伝子を波面制御器１３の複数の駆動部の設定値０〜１９２とする。また、世代交代数を１ページ目については３０世代、２ページ目以降については３世代とする。つまり、２ページ目以降の世代交代数は、１ページ目の世代交代数よりも小さい。その理由については後記する実験例で説明する。
【００９０】
この場合、１ページ目の補償では、図１４に示すように、世代ｋ＝０の初期集団Ｐ0は、１ページ目のページデータの記録条件と同じ遺伝子を持つ１個の個体Ｉ1Wと、ランダムに設定された遺伝子を持つ１９個の個体とから構成される。ここで、個体Ｉ1Wは、図２（ｃ）に示すような波面制御器１３の表面１３ａの状態に対応している。つまり、反射面の状態を示す情報を、遺伝的アルゴリズムにおける個体の情報として用いている。この初期集団Ｐ0から、前記したように、複製と交叉により、個体数２ｎ＝４０の集団Ｐ0’が構成され、さらに、例えば、確率Ｆm＝０．１で突然変異を起こした個体を含む個体数２ｎ＝４０からなる集団Ｐ0”が構成される。そして、集団Ｐ0”において、適応度（式（２）に示すパラメータＦｉｔ）の上位２０個が世代ｋ＝１の初期集団Ｐ1となる。
【００９１】
そして、同様に世代交代を繰り返すと、最後に、世代交代数が３０となったときの集団Ｐ30”において、適応度最大（第１位）の個体が、最適化された個体Ｉ1Rとして求められる。この個体Ｉ1Rの遺伝子、すなわち、波面制御器１３の駆動部１３ｂが設定値（０〜１９２のいずれか）となるように指示する波面制御信号が計測制御装置２５から出力される。これにより、１ページ目のホログラム再生時に、１ページ目の再生画像を補償することができる。
【００９２】
次に、２ページ目（以下では、ページ数を（２）のように表記する）の補償では、図１５に示すように、２ページ目において、世代ｋ＝０の個体数ｎ＝２０の初期集団Ｐ0（２）は、２ページ目のページデータの記録条件と同じ遺伝子を持つ１個の個体Ｉ2Wと、１ページ目の最適値である１個の個体Ｉ1Rと、ランダムに設定された遺伝子を持つ１８個の個体とから構成される。
【００９３】
２ページ目の初期集団Ｐ0（２）についても、１ページ目と同様にして世代交代を繰り返す。最後に、世代交代数が３となったときの集団Ｐ3”（２）において、適応度最大（第１位）の個体が、２ページ目の最適化された個体Ｉ2Rとして求められる。これにより、２ページ目のホログラム再生時に、２ページ目の再生画像を補償することができる。
【００９４】
同様に、３ページ目の補償では、図１５に示すように、３ページ目において、世代ｋ＝０の個体数ｎ＝２０の初期集団Ｐ0（３）は、３ページ目のページデータの記録条件と同じ遺伝子を持つ１個の個体Ｉ3Wと、直前のページである２ページ目の最適値である１個の個体Ｉ2Rと、ランダムに設定された遺伝子を持つ１８個の個体とから構成される。世代交代を繰り返した結果、最後には、世代交代数が３となったときの集団Ｐ3”（３）において、適応度最大（第１位）の個体が、３ページ目の最適化された個体Ｉ3Rとして求められる。これにより、３ページ目のホログラム再生時に、３ページ目の再生画像を補償することができる。４ページ目以降も同様に処理される。
【００９５】
［実験例］
図１６は、本発明の第５実施形態に係るホログラム記録装置で算出された１ページ目の世代交代数と適応度との関係の一例を示すグラフであり、図１７は、２ページ目の世代交代数と適応度との関係の一例を示すグラフである。図１６および図１７のグラフでは、横軸は世代交代数、縦軸は、任意単位［arb. unit］の適応度を示している。図５のフローチャートにしたがって各ページとも５０世代まで世代交代を繰り返して補償を行った。５０世代までの各世代の最大適応度（式（２）のｆｉｔ）をそれぞれ求め、最終５０世代の最大適応度を１に正規化してグラフを作成した。なお、世代交代数０は、補償前を意味する。
【００９６】
１ページ目の補償については、そのページデータに対して、５回の試行を行った（試行結果をｅ，ｆ，ｇ，ｈ，ｋで示す）。このように１ページ目のページデータに対して複数回の試行を行った理由は、初期集団には、ランダム設定された多数の個体が存在するために、初期集団に属す個体群によって、最適化されるまでの適応度の変化が異なるからである。図１６に示すように、試行結果ｅ〜ｋにおいて適応度が最適値「１」の９５％になるときの世代交代数は、６〜２１世代程度であった。
【００９７】
２ページ目の補償については、そのページデータに対して４回の試行を行った（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）。図１７に示すように、試行ａ〜ｄにおいて適応度が最適値「１」の９５％になるときの世代交代数は、３世代以内であった。２ページ目の補償では、初期集団に記録条件、ランダム設定値と共に１ページ目の最適値を含めている。
【００９８】
一方、図１６に示す試行結果ｅ〜ｋは、別の観点からは、２ページ目のページデータの補償を行う際に、１ページ目の最適値を含めなかった場合に相当する。つまり、図１７のグラフの比較例になっていると言える。これらの比較から、１ページ目のページデータの補償の最適条件を含ませて初期集団を構成することにより、最適条件を含ませない初期集団より速く補償できると結論できる。以上の考察から、前記した具体例では、２ページ目の初期集団Ｐ0（２）についての世代交代数を「３」として、１ページ目の世代交代数「３０」よりも小さいものとした。なお、ここに挙げた世代交代数は一例である。
【００９９】
第５実施形態のホログラム記録装置１Ｄによれば、前ページのページデータの補償の最適条件を用いて補償を行うことにより、ホログラム記録装置において生じる再生光の輝度分布の不均一性、再生データの劣化あるいは波面の乱れを補償するときの補償速度を向上させることができる。これにより、ホログラムから再生された２次元離散データのＳＮＲが改善され、その補償速度が向上する。また、ホログラム記録装置１Ｄによるホログラムの参照光の制御方法は、従来のホログラム記録技術の光学系の中に容易に組み込むことができる。さらに、この参照光の制御方法は、ホログラム記録装置に限らずに、入力波面に対して非線形な光学歪みを生じさせる素子を含む光学系に対しても利用することが可能である。
【０１００】
［第５実施形態の変形例］
図１８は、本発明の第５実施形態に係るホログラム記録装置による２ページ目以降の補償の変形例を示す説明図である。この変形例では、図１８に示すように、２ページ目の最適化された個体Ｉ2Rが求められたときに、２ページ目の再生画像を補償するだけではなく、さらに、次のページである３ページ目のホログラム再生時に、３ページ目の再生画像を補償するために利用する。つまり、この場合、３ページ目については、遺伝的アルゴリズム（図５のフローチャートの処理）を省略し、３ページ目についての適応度最大の個体Ｉ3Rは、２ページ目についての適応度最大の個体Ｉ2Rと同じであるとみなす。
【０１０１】
続いて、４ページ目の補償では、図１８に示すように、世代ｋ＝０の個体数ｎ＝２０の初期集団Ｐ0（４）は、４ページ目のページデータの記録条件と同じ遺伝子を持つ１個の個体Ｉ4Wと、２つ前のページである２ページ目の最適値である１個の個体Ｉ2Rと、ランダムに設定された遺伝子を持つ１８個の個体とから構成される。そして、遺伝的アルゴリズムにより４ページ目の最適化された個体Ｉ4Rを求める。これは、４ページ目の再生画像を補償するだけではなく、さらに、次のページである５ページ目のホログラム再生時に、５ページ目の再生画像を補償するためにも利用する。以下、同様に、遺伝的アルゴリズムの実行と、その省略とをページごとに交互に繰り返す。
【０１０２】
前記した例では４ページ目以降については、偶数ページにおいて２ページ前の最適値を初期集団に含めるようにして、奇数ページについては遺伝的アルゴリズムの実行を省略するものとした。つまり、基準とするページ（ここでは偶数ページ：ｍ−１）で得られた最適値を次のページ（ｍ）とその次のページ（ｍ＋１）で利用するものとした。これに限らず、多重記録されているページ数によっても変動するが、基準とするページ（ｍ−１）で得られた最適値を、例えば、その後の３ページ「ｍ、ｍ＋１、ｍ＋２」にわたって利用してもよい。ただし、補償性能と補償時間とは、トレードオフの関係になる。そのため 、遺伝的アルゴリズム（図５のフローチャートの処理）を省略するページを増やすことで全ページに係る補償時間の低減を重視するか、あるいは、全ページに係る補償時間よりもページデータの再生画像から媒体収縮による歪みの影響を除去する補償性能を重視するか、については実装の都合に合わせて適宜選択することができる。
【０１０３】
この変形例によれば、多重記録された全ページの再生画像を補償するときに、遺伝的アルゴリズム（図５のフローチャートの処理）を省略する分だけ、全ページに係る補償時間をさらに低減できる。
【０１０４】
以上、本発明の各実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、その趣旨を変えない範囲でさまざまに実施することができる。例えば、各実施形態では、波面制御器１３（２７）をデフォーマブルミラーとして説明したが、デフォーマブルミラーの代わりに液晶素子を使用することも可能である。また、各実施形態では、再生光の強度分布（輝度分布）を計測して参照光を制御するものとしたが、これに加えて再生光の波面を計測する波面センサを設けて、計測された再生光の波面の状態も考慮して参照光を制御することもできる。
【０１０５】
また、第４実施形態では、波面制御器１３の制御を行ってから波面制御器２７の制御を行うものとしたが、２つの波面制御器１３、２７を同時に制御するように構成することも可能である。この場合、例えば、遺伝子を、波面制御器１３、２７のピン（駆動部）の値として設定し、また、波面制御器１３、２７の各表面の状態を一度に想定した状態を個体として設定することで、適応度が最適になるように制御することができる。
【０１０６】
また、第５実施形態では、第１実施形態と同様な装置構成であるものとして説明したが、第３または第４実施形態と同様な装置構成でも実現できる。また、第５実施形態では、適応度を前記した式（２）のＦｉｔを算出するものとして説明したが、前記した式（３）のＦｉｔｎｅｓｓを算出するようにしてもよい。
【０１０７】
また、各実施形態では、遺伝的アルゴリズムの処理の一例を示す図５のフローチャートにおいて、ステップＳ１０の収束条件を満足したか否かを判別する処理を、世代交代数が所定の回数（例えばｋ＝３０）以上になったか否かを判別するものとしたが、これに限定されない。例えば、直前のステップＳ９で決定した集団に属する個体群の適応度の最大値が、予め定めた値以上になったか否かを判別することとしてもよい。これにより、遺伝的アルゴリズムにおいて、記録媒体ごと、ページごと、あるいは、試行ごとにそれぞれ初期集団が異なるにも関わらず、多重記録された各ページの補償性能を均一化できる。
【符号の説明】
【０１０８】
１、１Ｂ、１Ｃ ホログラム記録装置
２ レーザ
３ ビームエキスパンダ
４ コリメートレンズ
５ 半波長板
６、２８ ミラー
７、８ 偏光ビームスプリッタ
９ 空間光変調素子
１０、２２ シャッタ
１１、１４、１５、１６、２３ レンズ
１２ 記録媒体
１３、２７ 波面制御器
１３ａ 表面
１３ｂ ピン（駆動部）
２４ ＣＣＤ
２５ 計測制御装置
２６ 回転器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ホログラフィに係り、特に、ホログラム記録装置、ホログラム再生装置および遺伝的アルゴリズムを用いたホログラムの参照光の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、高速・大容量を目指したホログラム記録再生方式を利用した種々の多重記録再生装置が提案され、例えば図１９に示す光学系を備えたホログラム記録装置が知られている。図１９に示すホログラム記録装置１０１において、レーザ１０２から出射されたレーザ光は、ビームエキスパンダ１０３、コリメートレンズ１０４、半波長板１０５を通過してミラー１０６で反射して偏光ビームスプリッタ１０７に入射する。そして、レーザ光は、偏光ビームスプリッタ１０７により物体光と参照光に分けられる。このうち物体光は、偏光ビームスプリッタ１０８を透過し、空間光変調素子１０９上に照射される。そして、物体光は、空間光変調素子１０９に表示された画像（ページデータ）で変調され、ページデータの情報が担持された信号光として偏光ビームスプリッタ１０８に戻る。
【０００３】
この信号光は、偏光ビームスプリッタ１０８で反射して、シャッタ１１０を通過して集光用のレンズ１１１を介して記録媒体（ホログラム記録媒体）１１２に到達する。一方、参照光はミラー１２１で反射し、変調されずにシャッタ１２２を通過して記録媒体１１２に到達する。そして、信号光と参照光が形成する干渉縞を記録媒体１１２に記録することにより、ページデータを記録することができる。記録媒体１１２に記録されたページデータを再生する場合、参照光のみを記録媒体１１２に照射すると、この参照光は記録媒体１１２で回折し、ページデータの信号が付加されている再生光（ページデータの再生像）が得られる。このページデータの再生像は、例えば、ＣＣＤ（Charge Couple Device）１２４等の二次元撮像素子により撮像することができる。
【０００４】
ところで、記録媒体１１２としてフォトポリマー媒体を使用した場合には、記録時に記録媒体１１２に歪み（媒体歪み）が生じてしまうことが知られている。また、記録時の媒体温度と再生時の媒体温度とが異なる場合、記録時と再生時の記録媒体１１２の歪み度合いも異なったものとなる。そのため、再生時において、記録時の条件と同様の条件で参照光を記録媒体１１２に入射したとしても、記録したページデータを誤りなく再生することが困難であり、再生された画像（再生データ）が劣化してしまうことになる。そこで、記録媒体１１２としてフォトポリマー媒体を使用した場合においても、記録媒体１１２の歪みによる再生データの劣化を低減可能とするような適応光学を用いた補償方法が検討されている（非特許文献１参照）。
【０００５】
非特許文献１に記載の制御方法では、薄膜ミラーを上下方向（光軸方向）に動かす複数のピンを有したデフォーマブルミラー（Deformable Mirror：可変形鏡）で反射した参照光を記録媒体に照射することでホログラムの記録および再生を行っている。また、デフォーマブルミラーの設定値とホログラムからの再生光との関係は非線形なので、伝達関数が複雑になりフィードバック制御は困難であるため、遺伝的アルゴリズムを用いた制御を行っている。なお、このような非線形性な光学系ではフィードバック制御が困難であることは非特許文献２に記載されている。
【０００６】
遺伝的アルゴリズム（ＧＡ：Genetic Algorithm）では、複数の個体（Individual）からなる個体群である集団（Population）を想定している。また、各個体の形質を規定する要素として遺伝子（Gene）や複数の遺伝子の集まりである染色体（Chromosome）が定義され、遺伝子レベルの複製（reproduction）、交叉（Crossover）、突然変異（Mutation）等が繰り返し実行される。そして、適応度（Fitness）に基づいて環境に最もよく適合した個体が、次世代（generation）を形成していく。
【０００７】
非特許文献１に記載の制御方法では、デフォーマブルミラーの表面の薄膜ミラーの状態を個体（Individual）、各ピンの駆動位置の値を遺伝子（Gene）としている。そして、非特許文献１に記載の制御方法では、記録媒体１１２としてフォトポリマー媒体を使用した場合に、遺伝的アルゴリズムを用いた適応光学により、記録媒体１１２の歪みによる再生データの劣化を低減できることを示すことを主眼としている。そのため、物体光を変調するために表示されるページデータが、すべてのビットがオンである白色画像であるものと仮定し、適応度は、再生像のＳ／Ｎ比（ＳＮＲ：Signal to Noise ratio）に関連するように、再生像の白の平均輝度μおよび標準偏差σから得られる変動係数の逆数μ／σであるものとしている。なお、白色画像の補償では、適応度は、このような再生画像の輝度均一性を評価する変動係数のほか、例えば、再生光波面のゼルニケ係数のＲＭＳを用いる場合もある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】T. Muroi, et.al.,”Improved Intensity and Distribution in Reconstructed Beam Using Adaptive Optics in Holographic Data Storage”, Tech. Dig. ISOM’07, Th-K-02, p. 280-287, 2007
【非特許文献２】T. Muroi, et. al.,”Compensation and Improvement of Intensity and Distribution in Reconstructed Image Using Adaptive Optics in Holographic Data Storage", Jpn. J. Appl. Phys.，Vol. 47, No. 7, p. 5900-5903, 2008
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、非特許文献１に記載の制御方法では、フォトポリマー媒体を使用するときに、ページデータが白色画像であり、かつ、それに対応した適応度μ／σを仮定してＳＮＲを向上させているため、ページデータが、白と黒のビットパターンによる２値画像である場合には、それに対応した新たな適応度が必要となる。この新たな適応度としては、再生像の白の平均輝度μ1および標準偏差σ1と、黒の平均輝度μ0および標準偏差σ0とを用いて、再生像のＳＮＲに対応するように定義しなければならない。新たな適応度の定義によっては、遺伝的アルゴリズムの処理過程で、波面の状態が変化した結果として、記録媒体から再生された暗い再生像を撮像してしまった場合に、その再生像の適応度が高いものと判定されてしまい、記録媒体１１２の歪みによる再生像の劣化を補償できないばかりか、最終的に暗い画像が得られてしまう場合が生じ得る。そのため、フォトポリマー媒体を使用し、ページデータが、白と黒のビットパターンによる２値画像であっても、記録媒体１１２の歪みによる再生像の劣化を補償できる技術が要望されている。
【００１０】
本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、ホログラム記録媒体に形成された干渉縞の歪みによる再生像の劣化を補償する技術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】
【００１１】
本発明は、前記目的を達成するために創案されたものであり、まず、請求項１に記載のホログラム記録装置は、レーザ光から分離された物体光に白と黒のビットパターンによる２次元離散データを担持させた信号光と、前記レーザ光から分離された参照光とをホログラム用の記録媒体に照射可能に構成された光学系と、入射した前記参照光の波面の状態を変化させて反射して前記２次元離散データが記録された記録媒体に照射する波面制御器と、前記波面の状態が変化した参照光が照射された前記記録媒体から再生された前記２次元離散データの再生光を撮像する撮像装置と、前記撮像された再生データの画像の輝度を計測し、計測結果に基づいて生成した波面制御信号を前記波面制御器に出力する計測制御装置とを備え、ホログラム再生の前段階の処理として、遺伝的アルゴリズムにより、記録媒体への参照光の照射、再生光の撮像、撮像された再生データの画像の輝度の計測、参照光の波面制御の一連の処理を繰り返し行うホログラム記録装置であって、前記計測制御装置が、前記再生データの画像ごとに、前記ビットパターンにおける白および黒について、平均輝度、輝度の標準偏差および変動係数をそれぞれ算出し、当該白の変動係数の自乗と当該黒の変動係数の自乗との和の平方根に対する当該白および当該黒の平均輝度の差を含むパラメータを、前記遺伝的アルゴリズムの適応度としてそれぞれ算出し、前記遺伝的アルゴリズムにより前記一連の処理を行うときに対象とするすべての前記再生データの画像のうちで、前記算出したパラメータを最適な値にし、前記パラメータが最適な値になったときに前記波面制御器に出力されていた波面制御信号を、前記記録媒体に形成された干渉縞の歪みを補償する波面制御信号として求めることとした。
【００１２】
かかる構成によれば、ホログラム記録装置は、波面制御器によって反射した参照光を記録媒体に照射し、撮像装置によって、記録媒体から再生された白と黒のビットパターンによる２次元離散データの再生光を撮像し、計測制御装置によって、撮像された再生データの画像の輝度を計測し、波面制御信号を波面制御器に出力する一連の処理を繰り返す。そして、ホログラム記録装置は、撮像された再生データの画像ごとに、計測制御装置によって、白の変動係数の自乗と黒の変動係数の自乗との和の平方根に対する白および黒の平均輝度の差を含むパラメータを、遺伝的アルゴリズムの適応度として算出し、このパラメータが最適な値になったときの波面制御信号を求める。遺伝的アルゴリズムの適応度に用いるパラメータをこのように定義したので、遺伝的アルゴリズムの処理過程で、波面の状態が変化した結果として、記録媒体から再生された暗い再生像を撮像してしまったとしても、その再生像の適応度は高いものと判定されることはなく、ＳＮＲを向上させることができる。したがって、パラメータが最適な値になったときの波面制御信号を波面制御器に出力したときに最適化された参照光の波面の状態が得られる。この最適化された波面の参照光が記録媒体に照射されたときに生成される再生光は、記録媒体に形成された干渉縞の歪みが補償されたときの光である。
【００１３】
また、請求項２に記載のホログラム記録装置は、レーザ光から分離された物体光に白と黒のビットパターンによる２次元離散データを担持させた信号光と、前記レーザ光から分離された参照光とをホログラム用の記録媒体に照射可能に構成された光学系と、入射した前記参照光の波面の状態を変化させて反射して前記２次元離散データが記録された記録媒体に照射する波面制御器と、前記波面の状態が変化した参照光が照射された前記記録媒体から再生された前記２次元離散データの再生光を撮像する撮像装置と、前記撮像された再生データの画像の輝度を計測し、計測結果に基づいて生成した波面制御信号を前記波面制御器に出力する計測制御装置とを備え、ホログラム再生の前段階の処理として、遺伝的アルゴリズムにより、記録媒体への参照光の照射、再生光の撮像、撮像された再生データの画像の輝度の計測、参照光の波面制御の一連の処理を繰り返し行うホログラム記録装置であって、前記計測制御装置が、前記再生データの画像を、複数のブロックに分割し、前記ブロックの画像ごとに、前記ビットパターンにおける白および黒について、平均輝度、輝度の標準偏差および変動係数をそれぞれ算出し、当該白の変動係数の自乗と当該黒の変動係数の自乗との和の平方根に対する当該白および当該黒の平均輝度の差を含む第１のパラメータをそれぞれ算出し、前記ブロックの画像ごとに算出した第１のパラメータについての平均値、標準偏差および変動係数を算出し、前記第１のパラメータについての変動係数の逆数を含む第２のパラメータを、前記遺伝的アルゴリズムの適応度として前記再生データの画像ごとにそれぞれ算出し、前記遺伝的アルゴリズムにより前記一連の処理を行うときに対象とするすべての前記再生データの画像のうちで、前記算出した第２のパラメータを最適な値にし、前記第２のパラメータが最適な値になったときに前記波面制御器に出力されていた波面制御信号を、前記記録媒体に形成された干渉縞の歪みを補償する波面制御信号として求めることとした。
【００１４】
かかる構成によれば、ホログラム記録装置は、波面制御器によって反射した参照光を記録媒体に照射し、撮像装置によって、記録媒体から再生された白と黒のビットパターンによる２次元離散データの再生光を撮像し、計測制御装置によって、撮像された再生データの画像を複数のブロックに分割した上でブロック別に輝度を計測し、波面制御信号を波面制御器に出力する一連の処理を繰り返す。そして、ホログラム記録装置は、分割したブロックの画像ごとに、計測制御装置によって、白の変動係数の自乗と黒の変動係数の自乗との和の平方根に対する白および黒の平均輝度の差を含む第１のパラメータを算出し、ブロックの画像ごとに算出した第１のパラメータについての平均値、標準偏差および変動係数を算出する。そして、計測制御装置は、第１のパラメータについての変動係数の逆数を含む第２のパラメータを遺伝的アルゴリズムの適応度として算出し、このパラメータが最適な値になったときの波面制御信号を求める。ここで、遺伝的アルゴリズムの適応度に用いる第２のパラメータを算出する前に求められるブロックの画像ごとに算出した第１のパラメータは、遺伝的アルゴリズムの繰り返し処理を考慮して適応度が正しいＳＮＲを反映する方向に収束することを保証する。すなわち、遺伝的アルゴリズムの処理過程で、波面の状態が変化した結果として、記録媒体から再生された暗い再生像を撮像してしまったとしても、その再生像の適応度は高いものと判定されることはない。また、第２のパラメータを遺伝的アルゴリズムの適応度に用いるので、ＳＮＲを向上させることができる。したがって、パラメータが最適になったときの波面制御信号を波面制御器に出力したときに最適化された参照光の波面の状態が得られる。この最適化された波面の参照光が記録媒体に照射されたときに生成される再生光は、記録媒体に形成された干渉縞の歪みが補償されたときの光である。また、再生画像を分割したので、レーザ光の輝度分布に起因する再生画像全体の輝度分布の影響を低減して評価することができる。
【００１５】
また、請求項３に記載のホログラム記録装置は、請求項１または請求項２に記載のホログラム記録装置であって、前記計測制御装置が、前記遺伝的アルゴリズムの適応度を最適な値にする際に、前記光学系において前記物体光と前記参照光により前記２次元離散データが複数ページにわたって多重記録された記録媒体に対して再生データを得るために参照光を照射したときの波面制御器の反射面の状態を示す情報を、前記遺伝的アルゴリズムにおける個体の情報として用いて、個体群である集団の初期値の世代の初期状態に対して、前記記録媒体に再生対象ページの２次元離散データが記録されたときの波面制御器の反射面の状態に対応した個体と、前記記録時とは無関係にランダムに設定した波面制御器の反射面の状態に対応した個体とを含む初期集団を決定し、前記初期集団を起点にして、前記個体ごとに算出した適応度が集団の中で高い個体群を残すように集団の世代を順次交代し、最終的に残した集団の中で適応度が最大の個体の遺伝子を当該再生対象ページにおける前記波面制御信号として求め、前記再生対象ページが２ページ目以降である場合に、当該再生対象ページよりも前のページにおいて適応度が最大の個体として求められた個体をさらに含めて当該再生対象ページの初期集団を決定することとした。
【００１６】
かかる構成によれば、ホログラム記録装置は、計測制御装置によって、２ページ目以降の再生対象ページについての初期集団に、以前のページにおいて最適化された個体を含めた上で、遺伝的アルゴリズムを実行する。そのため、適応度が最大値に収束するまでの世代交代数は、２ページ目以降については１ページ目よりも低減できる。その理由は、記録媒体に、複数のページデータを角度多重やシフト多重を用いて多重記録した場合、隣り合ったページ間や近い範囲のページ間では記録媒体の歪み方が類似するからである。このように、前ページまでのページデータの補償の最適条件を用いて２ページ目以降の再生対象ページの補償を行うことにより、多重記録された複数のページデータ全体を速く補償することができる。
【００１７】
また、請求項４に記載のホログラム記録装置は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のホログラム記録装置であって、前記波面制御器を搭載したステージを有して前記ステージの回転角度の位置を示す角度制御信号に基づいて前記ステージを回転させて、前記波面制御器に入射する参照光の入射角度を変化させる回転器をさらに備え、前記計測制御装置が、前記角度制御信号を前記回転器に出力し、前記撮像された再生データの画像の輝度を計測し、計測の結果に基づいて輝度分布が最も良好となったときの回転角度を求め、求めた回転角度の位置に前記ステージを固定させた上で、前記遺伝的アルゴリズムを用いた適応光学により前記波面制御信号を求めることとした。
【００１８】
かかる構成によれば、ホログラム記録装置は、計測制御装置によって、角度制御信号を回転器に出力し、回転器によって、波面制御器を搭載したステージを回転させて、記録媒体に入射する参照光の入射角度を変化させる。そして、計測制御装置は、撮像された再生データの画像の輝度を計測した結果に基づいて輝度分布が最も良好となったときの回転角度の位置にステージを固定させる。これにより、記録媒体の全記録領域に亘って生じる歪みによる再生像の劣化を補償することができる。そして、ホログラム記録装置は、波面制御器のステージ位置を固定した上で、遺伝的アルゴリズムを用いた適応光学により波面制御信号を求める。これにより、記録媒体の個別の記録領域によって生じる歪みによる再生像の劣化を補償することができる。
【００１９】
また、請求項５に記載のホログラム記録装置は、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のホログラム記録装置であって、前記波面制御器で反射した参照光が照射された前記記録媒体により再生される２次元離散データの再生光の波面の状態を第２の波面制御信号に基づいて変化させて反射する第２の波面制御器をさらに備え、前記撮像装置が、前記第２の波面制御器で反射した再生光を撮像し、前記計測制御装置が、前記撮像された再生データの画像の輝度を計測し、前記遺伝的アルゴリズムを用いた適応光学により前記再生データの画像ごとに、前記波面制御信号および前記第２の波面制御信号をそれぞれ求め、求めた波面制御信号を前記波面制御器にそれぞれ出力すると共に、前記第２の波面制御信号を前記第２の波面制御器にそれぞれ出力することとした。
【００２０】
かかる構成によれば、ホログラム記録装置は、第２の波面制御器によって、記録媒体から再生される２次元離散データの再生光の波面の状態を変化させて反射し、撮像装置によって、反射した再生光を撮像し、計測制御装置によって、撮像された再生データの画像の輝度を計測し、再生データの画像ごとに、波面制御信号および第２の波面制御信号を求める。したがって、ホログラム記録装置は、波面制御器によって、参照光を制御することで再生光を間接的に制御すると共に、第２の波面制御器によって、再生光の波面を直接的に制御することで、記録媒体に記録された干渉縞の歪みを補償することができる。
【００２１】
また、請求項６に記載のホログラムの参照光の制御方法は、レーザ光から分離された物体光に白と黒のビットパターンによる２次元離散データを担持させた信号光と、前記レーザ光から分離された参照光とをホログラム用の記録媒体に照射可能に構成された光学系と、入射した前記参照光の波面の状態を変化させて反射して前記２次元離散データが記録された記録媒体に照射する波面制御器と、前記記録媒体から再生された再生光を撮像する撮像装置と、前記撮像された再生データを計測する計測制御装置とを備えるホログラム記録装置における遺伝的アルゴリズムを用いたホログラムの参照光の制御方法であって、前記ホログラム記録装置が、ホログラム再生の前段階の処理として、第１ステップと、第２ステップと、第３ステップと、第４ステップととからなる一連の処理を繰り返し行うこととした。
【００２２】
かかる手順によれば、ホログラム記録装置は、第１ステップにて、前記光学系によって、前記参照光を前記波面制御器に照射し、第２ステップにて、前記波面制御器によって、前記入射した参照光の波面の状態を変化させて前記記録媒体に照射する。そして、ホログラム記録装置は、第３ステップにて、前記撮像装置によって、前記波面の状態が変化した参照光が照射された前記記録媒体から再生された前記２次元離散データの再生光を撮像し、第４ステップにて、前記計測制御装置によって、前記撮像された再生データの画像の輝度を計測し、計測結果に基づいて生成した波面制御信号を前記波面制御器に出力する。そして、ホログラム記録装置は、前記第４ステップにおいて、前記計測制御装置が、前記再生データの画像ごとに、前記ビットパターンにおける白および黒について、平均輝度、輝度の標準偏差および変動係数をそれぞれ算出し、当該白の変動係数の自乗と当該黒の変動係数の自乗との和の平方根に対する当該白および当該黒の平均輝度の差を含むパラメータを、前記遺伝的アルゴリズムの適応度として前記再生データの画像ごとにそれぞれ算出するステップと、前記遺伝的アルゴリズムにより前記一連の処理を行うときに対象とするすべての前記再生データの画像のうちで、前記算出したパラメータを最適な値にするステップと、前記パラメータが最適な値になったときに前記波面制御器に出力されていた波面制御信号を、前記記録媒体に形成された干渉縞の歪みを補償する波面制御信号として求めるステップとを含んで実行する。したがって、最適化された波面の参照光が記録媒体に照射されたときに生成される再生光は、記録媒体に形成された干渉縞の歪みが補償されたときの光である。
【００２３】
また、請求項７に記載のホログラムの参照光の制御方法は、レーザ光から分離された物体光に白と黒のビットパターンによる２次元離散データを担持させた信号光と、前記レーザ光から分離された参照光とをホログラム用の記録媒体に照射可能に構成された光学系と、入射した前記参照光の波面の状態を変化させて反射して前記２次元離散データが記録された記録媒体に照射する波面制御器と、前記記録媒体から再生された再生光を撮像する撮像装置と、前記撮像された再生データを計測する計測制御装置とを備えるホログラム記録装置における遺伝的アルゴリズムを用いたホログラムの参照光の制御方法であって、前記ホログラム記録装置が、ホログラム再生の前段階の処理として、第１ステップと、第２ステップと、第３ステップと、第４ステップととからなる一連の処理を繰り返し行うこととした。
【００２４】
かかる手順によれば、ホログラム記録装置は、第１ステップにて、前記光学系によって、前記参照光を前記波面制御器に照射し、第２ステップにて、前記波面制御器によって、前記入射した参照光の波面の状態を変化させて前記記録媒体に照射する。そして、ホログラム記録装置は、第３ステップにて、前記撮像装置によって、前記波面の状態が変化した参照光が照射された前記記録媒体から再生された前記２次元離散データの再生光を撮像し、第４ステップにて、前記計測制御装置によって、前記撮像された再生データの画像の輝度を計測し、計測結果に基づいて生成した波面制御信号を前記波面制御器に出力する。そして、ホログラム記録装置は、前記第４ステップにおいて、前記計測制御装置が、前記再生データの画像を、複数のブロックに分割し、前記ブロックの画像ごとに、前記ビットパターンにおける白および黒について、平均輝度、輝度の標準偏差および変動係数をそれぞれ算出し、当該白の変動係数の自乗と当該黒の変動係数の自乗との和の平方根に対する当該白および当該黒の平均輝度の差を含む第１のパラメータをそれぞれ算出するステップと、前記ブロックの画像ごとに算出した第１のパラメータについての平均値、標準偏差および変動係数を算出し、前記第１のパラメータについての変動係数の逆数を含む第２のパラメータを、前記遺伝的アルゴリズムの適応度として前記再生データの画像ごとにそれぞれ算出するステップと、前記遺伝的アルゴリズムにより前記一連の処理を行うときに対象とするすべての前記再生データの画像のうちで、前記算出した第２のパラメータを最適な値にするステップと、前記第２のパラメータが最適な値になったときに前記波面制御器に出力されていた波面制御信号を、前記記録媒体に形成された干渉縞の歪みを補償する波面制御信号として求めるステップとを含んで実行する。したがって、最適化された波面の参照光が記録媒体に照射されたときに生成される再生光は、記録媒体に形成された干渉縞の歪みが補償されたときの光である。
【００２５】
また、請求項８に記載のホログラムの参照光の制御方法は、請求項６または請求項７に記載のホログラムの参照光の制御方法であって、前記遺伝的アルゴリズムの適応度を最適な値にするステップに、初期集団決定ステップと、世代交代ステップとを含むこととした。
【００２６】
かかる手順によれば、ホログラム記録装置は、前記計測制御装置が、初期集団決定ステップにて、前記光学系において前記物体光と前記参照光により前記２次元離散データが複数ページにわたって多重記録された記録媒体に対して再生データを得るために参照光を照射したときの波面制御器の反射面の状態を示す情報を、前記遺伝的アルゴリズムにおける個体の情報として用いて、個体群である集団の初期値の世代の初期状態に対して、前記記録媒体に再生対象ページの２次元離散データが記録されたときの波面制御器の反射面の状態に対応した個体と、前記記録時とは無関係にランダムに設定した波面制御器の反射面の状態に対応した個体とを含む初期集団を決定する。そして、前記計測制御装置は、世代交代ステップにて、前記初期集団を起点にして、前記個体ごとに算出した適応度が集団の中で高い個体群を残すように集団の世代を順次交代し、最終的に残した集団の中で適応度が最大の個体の遺伝子を当該再生対象ページにおける前記波面制御信号として求める。そして、前記計測制御装置が、前記初期集団決定ステップにて、前記再生対象ページが２ページ目以降である場合に、当該再生対象ページよりも前のページにおいて前記世代交代ステップで適応度が最大の個体として求められた個体をさらに含めて当該再生対象ページの初期集団を決定する。
【００２７】
したがって、本発明のホログラムの参照光の制御方法では、２ページ目以降の再生対象ページについての初期集団に、以前のページにおいて最適化された個体を含めた上で、遺伝的アルゴリズムを実行するので、適応度が最大値に収束するまでの世代交代数は、２ページ目以降については１ページ目よりも低減できる。このように、前ページまでのページデータの補償の最適条件を用いて２ページ目以降の再生対象ページの補償を行うことにより、多重記録された複数のページデータ全体を速く補償することができる。
【発明の効果】
【００２８】
請求項１または請求項６に記載の発明によれば、ホログラム記録装置は、遺伝的アルゴリズムの適応度として、白および黒について、平均輝度、輝度の標準偏差および変動係数をそれぞれ算出し、白の変動係数の自乗と黒の変動係数の自乗との和の平方根に対する白および黒の平均輝度の差を含むパラメータを算出する。したがって、フォトポリマー媒体を用いて白と黒のビットパターンによる２値画像をページデータとして採用したとしても、遺伝的アルゴリズムの繰り返し処理による誤判定を防止してＳＮＲを向上させることができる。そして、遺伝的アルゴリズムで最適化された波面の参照光が記録媒体に照射されたときに生成される再生光は、記録媒体に形成された干渉縞の歪みが補償されたときの光である。そのため、干渉縞の歪みによる再生像の劣化は補償されている。
【００２９】
請求項２または請求項７に記載の発明によれば、ホログラム記録装置は、再生データの画像を複数のブロックに分割し、ブロックの画像ごとに、白および黒について、平均輝度、輝度の標準偏差および変動係数をそれぞれ算出し、白の変動係数の自乗と黒の変動係数の自乗との和の平方根に対する白および黒の平均輝度の差を含む第１のパラメータを算出し、遺伝的アルゴリズムの適応度として、第１のパラメータについての変動係数の逆数を含む第２のパラメータを算出する。したがって、フォトポリマー媒体を用いて白と黒のビットパターンによる２値画像をページデータとして採用したとしても、遺伝的アルゴリズムの繰り返し処理による誤判定を防止すると共にＳＮＲを向上させることができる。そして、遺伝的アルゴリズムで最適化された波面の参照光が記録媒体に照射されたときに生成される再生光は、記録媒体に形成された干渉縞の歪みが補償されたときの光である。そのため、干渉縞の歪みによる再生像の劣化は補償されている。
【００３０】
請求項３または請求項８に記載の発明によれば、ホログラム記録装置は、２ページ目以降の再生対象ページについての初期集団に、以前のページにおいて最適化された個体を含めた上で、遺伝的アルゴリズムを実行する。したがって、適応度が最大値に収束するまでの世代交代数は、２ページ目以降については１ページ目よりも低減できる。その結果、多重記録された複数のページデータ全体を速く補償することができる。
【００３１】
請求項４に記載の発明によれば、ホログラム記録装置は、回転器によって、波面制御器を搭載したステージを回転させて、波面制御器に入射する参照光の入射角度を最適にした上で、遺伝的アルゴリズムを用いた適応光学により波面制御信号を求める。したがって、回転器の調整で、記録媒体の全記録領域に亘って生じる歪みによる再生光の波面の乱れを補償し、波面制御信号により、記録媒体の個別の記録領域によって生じる歪みによる再生光の波面の乱れを補償することができる。
【００３２】
請求項５に記載の発明によれば、ホログラム記録装置は、波面制御器によって、参照光を制御することで再生光を間接的に制御すると共に、第２の波面制御器によって、再生光の波面を直接的に制御することで、記録媒体に記録された干渉縞の歪みを補償することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の第１実施形態に係るホログラム記録装置の光学系を示す図である。
【図２】図１に示した波面制御器による効果の説明図である。
【図３】図１に示した計測制御装置が実行する遺伝的アルゴリズムの説明図である。
【図４】図１に示した計測制御装置が算出する適応度の説明図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係るホログラム記録装置における遺伝的アルゴリズムの動作を示すフローチャートである。
【図６】本発明の第１実施形態に係るホログラム記録装置で算出された世代とパラメータＦｉｔｎｅｓｓとの関係の一例を示すグラフである。
【図７】本発明の第１実施形態に係るホログラム記録装置で再生された再生データの画像の一例を示す図であって、（ａ）は補償前、（ｂ）は補償後をそれぞれ示している。
【図８】本発明の第２実施形態に係るホログラム記録装置による適応度の算出処理を示すフローチャートである。
【図９】本発明の第３実施形態に係るホログラム記録装置の光学系を示す図である。
【図１０】本発明の第３実施形態に係るホログラム記録装置で算出された世代と適応度Ｆｉｔとの関係の一例を示すグラフである。
【図１１】本発明の第３実施形態に係るホログラム記録装置で再生された再生データの画像の一例を示す図であって、（ａ）は補償前、（ｂ）は補償後をそれぞれ示している。
【図１２】本発明の第４実施形態に係るホログラム記録装置の光学系を示す図である。
【図１３】本発明の第５実施形態に係るホログラム記録装置による複数のページデータの補償の流れを示す説明図である。
【図１４】本発明の第５実施形態に係るホログラム記録装置による１ページ目の補償の具体例を示す説明図である。
【図１５】本発明の第５実施形態に係るホログラム記録装置による２ページ目以降の補償の具体例を示す説明図である。
【図１６】本発明の第５実施形態に係るホログラム記録装置で算出された１ページ目の世代交代数と適応度との関係の一例を示すグラフである。
【図１７】本発明の第５実施形態に係るホログラム記録装置で算出された２ページ目の世代交代数と適応度との関係の一例を示すグラフである。
【図１８】本発明の第５実施形態に係るホログラム記録装置による２ページ目以降の補償の変形例を示す説明図である。
【図１９】従来のホログラム記録装置の光学系を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、図面を参照して本発明のホログラム記録装置を実施するための形態（以下「実施形態」という）について詳細に説明する。
【００３５】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係るホログラム記録装置の光学系を示す図である。ホログラム記録装置１は、ホログラム用の記録媒体への干渉縞の形成の動作と、この干渉縞が形成された記録媒体を用いた再生像の劣化を補償した高品位な像を再生するための前段階の処理（以下、単に前処理という）の動作とを行うものである。なお、本実施形態では、ホログラム記録装置１は、前処理の結果としての高品位な像の再生機能をも有している。このホログラム記録装置１では、記録媒体１２として、フォトポリマーを使用する。また、ホログラム記録装置１は、従来のホログラム記録装置１０１（図１９参照）と比較すると、ミラー１２１（図１９参照）の代わりに、波面制御器１３を備えており、さらに、この波面制御器１３およびＣＣＤ２４とそれぞれ接続された計測制御装置２５を備えている点が異なっている。
【００３６】
計測制御装置２５は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等を備えた一般的なパーソナルコンピュータ、および、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）に記憶されＲＡＭに展開されるプログラムを備えている。計測制御装置２５は、前記したハードウェア資源とソフトウェアとが協働することにより後記する各機能が実現されるものである。また、このプログラムは、通信回線を介して提供することも可能であるし、ＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体に書き込んで配布することも可能である。
【００３７】
ここで、波面制御器１３の概要について図２を参照して説明する。図２は、図１に示した波面制御器による効果を示す説明図である。記録媒体１２としてフォトポリマーを使用すると、干渉縞形成時（記録時）において、図２（ａ）に示すように、白と黒のビットパターン２０１による２次元離散データ（以下、単に、ビットパターンという）の情報を担持した信号光をレンズ１１で集光し、平面波の参照光と干渉させて記録媒体１２に形成する干渉縞には、符号２０２で示すように歪みが生じてしまう。再生時において、仮に波面制御器１３が無い場合、図２（ｂ）に示すように、干渉縞形成時に照射した平面波の参照光を記録媒体１２に照射することで再生される再生光を、ＣＣＤ２４で撮影した場合、記録されたビットパターンは干渉縞の歪みの影響により部分的に得られない。例えば、ＣＣＤ撮影像２０３では、符号２０４で示す位置の情報が得られず、ＳＮＲが低下してしまう。
【００３８】
波面制御器１３は、例えば、デフォーマブルミラーから構成される。この場合、波面制御器１３は、図２（ｃ）に示すように、薄膜ミラーからなる表面１３ａが、上下方向（光軸方向）に動く複数（図では１９本）のピン（駆動部）１３ｂにより動かされることで、入射光の波面の状態を変化させて反射することができる。なお、ピン１３ｂは、例えばピエゾアクチュエータで駆動される。
【００３９】
この波面制御器１３のピン１３ｂの上下の駆動位置の値がそれぞれ最適に定められると、波面制御器１３の表面１３ａへ入射する光の波面の状態を最適な状態に変化させて反射することが可能である。したがって、波面制御器１３のピン１３ｂの駆動位置を最適な状態（波面制御器１３が最適な状態）としたときに、波面制御器１３に対して、図２（ｂ）に示した平面波の参照光を入射すると、波面制御器１３の表面１３ａで反射した参照光の波面は干渉縞の歪みを補償する形状になる。そして、この波面制御された参照光を記録媒体１２に照射することで再生される再生光は、干渉縞の歪みの影響が取り除かれる。この再生光を、レンズ２３を通してＣＣＤ２４で撮影すると、符号２０５で示す再生像が得られる。これにより、再生像を改善することができる。なお、波面制御器１３を最適な状態に設定するために、後記するように、計測制御装置２５がＣＣＤ２４で撮影された再生データを計測して、計測結果に応じた制御信号を波面制御器１３に出力する試行（処理）を遺伝的アルゴリズムにより繰り返す。
【００４０】
図１に戻って、ホログラム記録装置１の説明を続ける。
＜干渉縞形成時＞
ホログラム記録装置１において、レーザ（レーザ光源）２から出射されたレーザ光は、ビームエキスパンダ３によりビーム径が拡大され、コリメートレンズ４により平行光にされ、半波長板５で偏光方向を変換されてミラー６で反射して偏光ビームスプリッタ７に入射する。そして、レーザ光は、偏光ビームスプリッタ７により物体光と参照光に分けられる。このうち物体光は、偏光ビームスプリッタ８を透過し、空間光変調素子９上に照射される。そして、物体光は、空間光変調素子９に表示された白と黒のビットパターンによる２次元離散データの画像（ページデータ）で変調され、白と黒の２値画像の情報が担持された信号光として偏光ビームスプリッタ８に戻る。
【００４１】
この信号光は、偏光ビームスプリッタ８で反射して、シャッタ１０を通過して集光用のレンズ１１を介して記録媒体（ホログラム記録媒体）１２に到達する。一方、参照光は、波面制御器１３に入射し、その波面が変化した状態で反射し、シャッタ２２を通過して記録媒体１２に到達する。なお、参照光の光路中のシャッタ２２の前後にはレンズ１４、１６が配設されている。そして、信号光と参照光との干渉により記録媒体１２に干渉縞が形成される。この干渉縞により記録媒体１２にページデータを記録することができる。
【００４２】
＜前処理＞
ホログラム記録装置１は、記録媒体１２に記録されたページデータを、干渉縞の歪みによる劣化を補償した高品位な像として再生するために、前処理として、遺伝的アルゴリズムを用いて参照光の波面の状態を事前に最適化しておく。前処理において、波面制御器１３は、計測制御装置２５からの波面制御信号に基づいて参照光の波面の状態を変化させて反射する。波面制御器１３で反射した参照光が記録媒体１２に照射されることにより、記録媒体１２から２次元離散データが再生される。この再生光はレンズ２３を介してＣＣＤ（ＣＣＤ撮像装置）２４により撮像される。計測制御装置２５は、撮像された再生データの画像の輝度を計測し、波面制御信号を求め、求めた波面制御信号を波面制御器１３に出力する。このように、記録媒体１２への参照光の照射、再生光の撮像、撮像された再生データの画像の輝度の計測、参照光の波面制御の一連の動作を繰り返しながら、計測制御装置２５は、遺伝的アルゴリズムを用いた適応光学により、再生データの画像ごとに波面制御信号をそれぞれ求める。ホログラム記録装置１は、この一連の動作の繰り返しにより、高品位な像として再生するための最適な波面制御信号を決定する。
【００４３】
ここで、遺伝的アルゴリズムと、波面制御器１３との関係について図３を参照して説明する。図３は、図１に示した計測制御装置が実行する遺伝的アルゴリズムの説明図である。この遺伝的アルゴリズムにおいて、集団Ｐは、複数の個体Ｉから構成される。ここで、波面制御器１３の表面１３ａ（図２（ｃ）参照）の状態を個体Ｉとする。図３（ａ）に示すように、第ｋ世代の集団Ｐkは、例えば、１０個の個体Ｉ1〜Ｉ10から構成される。図３（ａ）に示す個体Ｉは、駆動部ナンバー３０１と、遺伝子３０２とを有している。駆動部ナンバー３０１は、波面制御器１３のピン１３ｂ（図２（ｃ）参照）の識別子である。遺伝子３０２は、波面制御器１３のピン１３ｂ（図２（ｃ）参照）の上下方向（光軸方向）の駆動位置を示す値である。図３（ａ）に示す個体Ｉは、一例として、８個の遺伝子、つまり、８本のピンを備えている。
【００４４】
計測制御装置２５は、遺伝的アルゴリズムの処理において、例えば、「複製」、「交叉」、「突然変異」を行う。計測制御装置２５は、「複製」の処理において、第ｋ世代の集団Ｐkの全ての個体Ｉを選択して複製する。例えば、個体Ｉ1と個体Ｉ10の複製は、図３（ｂ）に示すように、個体３０３、３０４が生成される。
【００４５】
計測制御装置２５は、「交叉」の処理において、第ｋ世代の集団Ｐkから選択した任意の２個の個体Ｉを交叉する。例えば、個体Ｉ1と、個体Ｉ10とが選択された場合、交叉により、図３（ｃ）に示すように、個体３０５、３０６が生成される。なお、図３（ｃ）に示した例は、符号３０７で示す位置を交叉点とした一点交叉により生成されたものである。なお、交叉については、例えば、二点交叉、多点交叉、一様交叉を用いてもよい。
【００４６】
計測制御装置２５は、「突然変異」の処理において、第ｋ世代の集団Ｐkから任意の１個の個体Ｉをランダムに選択し、その個体Ｉの任意の１個の遺伝子の値をランダムに書き換える。突然変異を起こす確率Ｆmは、例えば、０．０１のように予め設定することができる。この場合、１００個の個体につき１個の個体が突然変異することになる。なお、選択する個体Ｉの個数や遺伝子の個数は、これに限定されない。また、選択方法は、ランダムに選択する代わりに予め定めた規則により選択するようにしてもよい。
【００４７】
ここで、計測制御装置２５の算出する遺伝的アルゴリズムの適応度について図４を参照して説明する。図４は、図１に示した計測制御装置が算出する適応度の説明図である。
図４（ａ）は、実際のホログラム記録で用いられるページデータ（２次元離散データ）の再生像の一例である。再生データのＳＮＲを改善するために、遺伝的アルゴリズムの適応度として、仮に式（１）に示すＳＮＲを単純に用いた場合には、このＳＮＲが最大になるように最適化を行えばよいと考えられる。
【００４８】
【数１】
【００４９】
ここで、μ1、σ1はオンビット（白）の平均輝度および標準偏差、μ0、σ0はオフビット（黒）の平均輝度および標準偏差を表している。μ1、σ1、μ0、σ0の一例を図４（ｂ）に示す。
【００５０】
式（１）を適応度とし、遺伝的アルゴリズムの繰り返し処理を用いて最適化を行うときに、暗い再生像が測定されると、オンビットの標準偏差σ1が小さくなる。そのため、式（１）のＳＮＲの値が高いにも関わらず、再生像は暗く、ビットが検出できない。暗い再生像に対応した輝度分布の他の例を図４（ｃ）に示す。輝度の度数分布が輝度の低い側（左側）に極端に移動し、分布の広がりが小さくなるばかりではなく、オンビットとオフビットとの境界が検出できなくなる。このように、適応度として式（１）のＳＮＲを単純に用いた場合、再生像を補償することができない場合がある。
【００５１】
そこで、計測制御装置２５は、再生像の輝度の計測において、再生データの画像ごとに、白の平均輝度μ1、輝度の標準偏差σ1および変動係数ｃ1（＝σ1／μ1）と、黒の平均輝度μ0、輝度の標準偏差σ0および変動係数ｃ0（＝σ0／μ0）とをそれぞれ算出すると共に、再生データの画像ごとに、式（２）に示すパラメータＦｉｔを、遺伝的アルゴリズムの適応度としてそれぞれ算出する。
【００５２】
【数２】
【００５３】
さらに、計測制御装置２５は、算出したパラメータＦｉｔを遺伝的アルゴリズムにより最大化したときに（最適な値にしたときに）波面制御器１３に出力されていた波面制御信号を、記録媒体１２に形成された干渉縞の歪みを補償する波面制御信号（最適解）として求める。なお、計測制御装置２５は、ＳＮＲ［ｄＢ］に対応させて、式（３）のパラメータＦｉｔｎｅｓｓを算出することができ、これを遺伝的アルゴリズムの適応度にすることもできる。その他、式（２）および式（３）において、定数を加算したり定数倍したりしてもよいことは勿論である。
【００５４】
【数３】
【００５５】
＜再生時＞
前記した前処理の後、記録媒体１２に記録されたページデータを再生する場合、計測制御装置２５は、前処理で求められた最適解の波面制御信号を波面制御器１３に出力する。波面制御器１３は、最適解の波面制御信号に基づいて参照光の波面の状態を変化させて反射する。この波面制御器１３で反射した参照光を記録媒体１２に照射すると、参照光は記録媒体１２で回折し、２次元離散データ（ページデータ）の信号が付加されている再生光（白と黒の２値画像）が高品位な再生像として得られる。
【００５６】
［ホログラム記録装置の動作］
次に、図１に示したホログラム記録装置１の動作について、図５を参照（適宜図１ないし図３参照）して説明する。図５は、本発明の第１実施形態に係るホログラム記録装置における遺伝的アルゴリズムの動作を示すフローチャートである。ホログラム記録装置１は、前提として、記録媒体１２へ干渉縞を形成した後に、次の第１ステップ〜第４ステップの一連の処理を行う。すなわち、第１ステップにて、図１に示す光学系によって、参照光を波面制御器１３に照射する。そして、第２ステップにて、波面制御器１３によって、入射した参照光の波面の状態を変化させて記録媒体１２に照射する。そして、第３ステップにて、ＣＣＤ２４によって、波面の状態が変化した参照光が照射された記録媒体１２から再生された２次元離散データの再生光を撮像する。そして、第４ステップにて、計測制御装置２５によって、撮像された再生データの画像の輝度を計測し、計測結果に基づいて生成した波面制御信号を波面制御器１３に出力する。
【００５７】
前記した第１ステップ〜第４ステップの一連の処理の中で、第４ステップにおいて、ホログラム記録装置１は、計測制御装置２５によって、世代ｋを初期化する（ステップＳ１）。すなわち、ｋ＝０とする。そして、計測制御装置２５は、個体数ｎからなる第０世代の集団Ｐ0（初期状態の集団Ｐ0）を決定し、初期状態の集団（初期集団）Ｐ0に属す個体の１つに記録時（干渉縞形成時）の波面制御器１３の状態を含ませ、その他の個体の遺伝子はランダムに決定する（ステップＳ２）。すなわち、１つの個体は、干渉縞形成時の波面制御器１３の表面１３ａの状態を生み出したそれぞれのピン（駆動部）１３ｂの設定値をそのまま遺伝子として含ませ、他の個体については、波面制御器１３のピン（駆動部）１３ｂの設定値をランダムに決定する。そして、計測制御装置２５は、第ｋ世代の集団Ｐkから選択した任意の２個体に対して、「複製」と「交叉」をすることで４個体を生成し（ステップＳ３）、ステップＳ３の処理を（ｎ／２）回繰り返したか否かを判別する（ステップＳ４）。
【００５８】
ステップＳ３の処理を（ｎ／２）回繰り返して実行していない場合（ステップＳ４：Ｎｏ）、計測制御装置２５は、ステップＳ３に戻る。ステップＳ３の処理を（ｎ／２）回繰り返して実行した場合（ステップＳ４：Ｙｅｓ）、１回ごとに４個体生成されるので、合計２ｎ個（＝４×（ｎ／２）個）の個体が生成されることになる。計測制御装置２５は、この生成した合計２ｎ個の個体からなる集団Ｐk’に対して、確率Ｆmで突然変異を起こす個体を選択し、その個体の遺伝子をランダムに決定し直す（ステップＳ５）。そして、計測制御装置２５は、突然変異を起こした個体を含む個体数２ｎからなる集団Ｐk”に属す各個体の遺伝子（数値）を波面制御器１３の各ピン（駆動部）１３ｂの値として設定する（ステップＳ６）。計測制御装置２５は、設定した遺伝子（各駆動部の値）を制御信号として波面制御器１３に出力する。
【００５９】
続いて、ホログラム記録装置１は、各ピン（駆動部）１３ｂの値が設定された波面制御器１３を用いて、ページデータの再生光をＣＣＤ２４で撮像する（ステップＳ７）。そして、ホログラム記録装置１は、計測制御装置２５によって、撮像された再生データの画像に基づいて、集団Ｐk”に属す個体ごとに、適応度を算出する（ステップＳ８）。具体的には、ホログラム記録装置１は、前記した第１ステップ〜第４ステップの一連の処理を繰り返すので、ステップＳ７とステップＳ８とを交互に繰り返すことになる。このうち、ステップＳ８において、計測制御装置２５は、遺伝的アルゴリズムに従って、前記した式（２）で示すＦｉｔをそれぞれ算出するステップを実行する。
【００６０】
そして、計測制御装置２５は、算出した適応度の上位ｎ個の個体からなる集団を次世代の集団として決定し（ステップＳ９）、収束条件を満足したか否かを判別する（ステップＳ１０）。本実施形態では、世代ｋが所定の回数（例えばｋ＝３０）以上になったか否かを判別する。収束条件を満たさない場合（ステップＳ１０：Ｎｏ）、計測制御装置２５は、ｋの値に１を加え（ステップＳ１１）、ステップＳ９で決定した集団の世代（世代数）を、このインクリメントしたｋ（ｋ＝ｋ＋１）として、ステップＳ３に戻る。つまり、計測制御装置２５は、遺伝的アルゴリズムにより一連の処理を行うときに対象とするすべての再生データの画像のうちで、算出したパラメータを最適な値にするステップを実行する。
【００６１】
一方、ステップＳ１０において、収束条件を満たした場合（ステップＳ１０：Ｙｅｓ）、計測制御装置２５は、第ｋ世代においてステップＳ９で決定した集団に属す適応度最大の個体の遺伝子を、波面制御器１３の各ピン（駆動部）１３ｂの設定値として確定し（ステップＳ１２）、処理を終了する。このステップＳ１２は、パラメータが最適な値になったときに波面制御器１３に出力されていた波面制御信号を、記録媒体１２に形成された干渉縞の歪みを補償する波面制御信号として求めるステップである。
【００６２】
［具体例１］
前提条件を以下の通りにした。波面制御器１３は１９本のピン（駆動部）１３ｂを有し、駆動部の駆動位置が「０」〜「１９２」に設定可能であるものとした。遺伝的アルゴリズムの処理において、集団Ｐが２０個の個体Ｉからなるものとした。なお、個体Iの遺伝子の個数は「１９」、遺伝子の値は「０」〜「１９２」である。突然変異の確率Ｆmを「０．１」とした。計測制御装置２５は、世代ｋが「３０」以上であるときに収束条件を満たすものと判定した。
【００６３】
＜適応度と世代の関係＞
図６は、第１実施形態に係るホログラム記録装置１で算出された世代とパラメータＦｉｔｎｅｓｓとの関係の一例を示すグラフである。前記した式（３）のパラメータＦｉｔｎｅｓｓは、図６に示すように、計測制御装置２５の処理前、すなわち、補償前（世代ｋ＝０）のときに「１６．１［ｄＢ］」であった。パラメータＦｉｔｎｅｓｓの値は、補償により増加し、２０世代以降は、値が飽和し、最終的に、補償後（世代ｋ＝３０）のときに「２４．０［ｄＢ］」であった。
【００６４】
＜撮像されたページデータの具体例＞
図７は、第１実施形態に係るホログラム記録装置１で再生された再生データの画像の一例を示す図であって、（ａ）は補償前、（ｂ）は補償後をそれぞれ示している。図７（ａ）および図７（ｂ）では、枠内の画像データを補償した。補償前には、図７（ａ）に示すように、枠内の左半分にオンビット（白）がほとんど現れなかった。補償後には、図７（ｂ）に示すように、枠内のオンビット（白）の輝度均一性が向上した。なお、図７（ｂ）のビットデータの画像がデコードされることで有意味の画像が表示されることになる。
【００６５】
第１実施形態のホログラム記録装置１によれば、遺伝的アルゴリズムの適応度として、式（２）に示すＦｉｔを算出するので、フォトポリマー媒体を用いて白と黒のビットパターンによる２値画像をページデータとして採用したとしても、遺伝的アルゴリズムの繰り返し処理による誤判定を防止してＳＮＲを向上させることができる。また、遺伝的アルゴリズムで最適化された波面の参照光が記録媒体１２に照射されたときに生成される再生光は、記録媒体１２に形成された干渉縞の歪みが補償されたときの光である。そのため、干渉縞の歪みによる再生像の劣化は補償されている。また、ホログラム記録装置１による制御方法（遺伝的アルゴリズムを用いたホログラムの参照光の制御方法）は、従来のホログラム記録装置に対して容易に適用することができ、従来よりも大容量記録を実現するホログラム記録装置を提供することが可能となる。
【００６６】
（第２実施形態）
第２実施形態のホログラム記録装置１Ａは、遺伝的アルゴリズムの適応度が異なり、計測制御装置２５の処理が異なっているものの、構成が第１実施形態と同じなので、図面および構成の説明を省略する。また、ホログラム記録装置１Ａの動作は、図５を参照して説明したホログラム記録装置１の動作と同様である。ただし、前記したステップＳ８における計測制御装置２５の処理が異なる。以下、その相違点について、図８を参照（適宜図１および図２参照）して説明する。
【００６７】
図８は、本発明の第２実施形態に係るホログラム記録装置による適応度の算出処理を示すフローチャートである。ホログラム記録装置１Ａは、前記したステップＳ７に続いて、計測制御装置２５によって、適応度の算出処理を実行する（ステップＳ２１〜Ｓ３１）。計測制御装置２５は、突然変異後の個体数２ｎからなる集団Ｐk”に属す個体Ｉi（ｉ＝１〜２ｎ）の遺伝子が設定された波面制御器１３を用いて再生データをそれぞれ取得する（ステップＳ２１）。具体的には、ホログラム記録装置１Ａは、波面制御器１３によって反射した参照光を記録媒体１２に照射し、ＣＣＤ２４によって、記録媒体１２から再生された白と黒のビットパターンによる２次元離散データの再生光を撮像し、計測制御装置２５によって、撮像された再生データの画像の輝度を計測し、波面制御信号を波面制御器１３に出力する一連の処理を繰り返す。この中で、計測制御装置２５は、遺伝的アルゴリズムに従って、以下の動作を行う。
【００６８】
計測制御装置２５は、個体の識別子ｉを初期化する（ステップＳ２２）。すなわち、ｉ＝１とする。そして、計測制御装置２５は、個体Ｉiを用いて取得した再生データの画像をＭ個のブロックＢj（ｊ＝１〜Ｍ）に分割する（ステップＳ２３）。例えば、１つのブロックが１２８×１２８画素の複数個のブロックに分割する。ここで、計測制御装置２５は、ブロック識別子ｊを「１」とする（ステップＳ２４）。そして、計測制御装置２５は、その時点のブロック識別子ｊのブロックＢjにおいて、前記した式（２）に示すＦｉｔをブロック識別子ｊに関連付けた第１のパラメータＦｉｔ（ｊ）として算出する（ステップＳ２５）。そして、計測制御装置２５は、すべてのブロックを選択したか（ｊ＝Ｍであるか）否かを判別する（ステップＳ２６）。選択していないブロックがある（ｊ≠Ｍである）場合（ステップＳ２６：Ｎｏ）、計測制御装置２５は、ｊの値に１を加え（ステップＳ２７）、ステップＳ２５に戻る。
【００６９】
一方、すべてのブロックを選択した（ｊ＝Ｍである）場合（ステップＳ２６：Ｙｅｓ）、計測制御装置２５は、選択した各ブロックのＦｉｔ（ｊ）の平均値と標準偏差を求め、求めたＦｉｔ（ｊ）の平均値と標準偏差から、個体Ｉiに対応した変動係数ｃ（ｉ）を算出する（ステップＳ２８）。なお、変動係数ｃ（ｉ）は、ｉ番目の再生データについてのＦｉｔ（ｊ）の標準偏差を、Ｆｉｔ（ｊ）の平均値で除したものである。さらに、計測制御装置２５は、変動係数ｃ（ｉ）の逆数を含む第２のパラメータＦ（ｉ）を個体Ｉiに対応した適応度として算出する（ステップＳ２９）。
【００７０】
続いて、計測制御装置２５は、個体Ｉiを用いて取得した再生データの画像をすべて選択したか（ｉ＝２ｎであるか）否かを判別する（ステップＳ３０）。まだ選択していない再生データの画像がある（ｉ≠２ｎである）場合（ステップＳ３０：Ｎｏ）、計測制御装置２５は、ｉの値に１を加え（ステップＳ３１）、ステップＳ２３に戻る。一方、再生データの画像をすべて選択した（ｉ＝２ｎである）場合（ステップＳ３０：Ｙｅｓ）、突然変異後の個体数２ｎからなる集団Ｐk”に属す各個体Ｉiに対応した適応度がそれぞれ算出されたことになるので、計測制御装置２５は、前記したステップＳ９（図５参照）に戻る。
【００７１】
［具体例２］
第１実施形態の具体例１として示した図７（ａ）および図７（ｂ）において、枠内の画像を２５６×２５６ブロックに分割して求め、これを具体例２とした。ブロック内のＳＮＲは、補償前に「−１９．４［ｄＢ］」であったが、補償後に「３．３［ｄＢ］」に増加した。
【００７２】
第２実施形態のホログラム記録装置１Ａによれば、再生データの画像を複数のブロックに分割し、ブロックの画像ごとに、式（２）に示すＦｉｔを第１のパラメータとして算出し、遺伝的アルゴリズムの適応度として、第１のパラメータについての変動係数の逆数を含む第２のパラメータを算出する。したがって、フォトポリマー媒体を用いて白と黒のビットパターンによる２値画像をページデータとして採用したとしても、遺伝的アルゴリズムの繰り返し処理による誤判定を防止してＳＮＲを向上させることができる。また、遺伝的アルゴリズムで最適化された波面の参照光が記録媒体１２に照射されたときに生成される再生光は、記録媒体１２に形成された干渉縞の歪みが補償されたときの光である。そのため、干渉縞の歪みによる再生像の劣化は補償されている。また、再生画像を分割したので、レーザ光の輝度分布に起因する再生画像全体の輝度分布の影響を低減して評価することができる。
【００７３】
（第３実施形態）
図９は、本発明の第３実施形態に係るホログラム記録装置の光学系を示す図である。第３実施形態のホログラム記録装置１Ｂは、回転器２６を備え、計測制御装置２５の機能が異なる点を除いて、構成が第１実施形態と同じなので、同じ構成には同じ符号を付してその説明を省略する。
【００７４】
回転器２６は、波面制御器１３を搭載したステージを有して、このステージの回転角度の位置を示す角度制御信号に基づいてステージを回転させて、波面制御器１３に入射する参照光の入射角度を変化させるものである。回転器２６は、例えば、ステージ（敷設台）の略中心位置を回転軸として回動自在とされてなる。
【００７５】
計測制御装置２５は、角度制御信号を回転器２６に出力し、このときＣＣＤ２４で撮像された再生データの画像の輝度を計測し、計測の結果に基づいて輝度分布が最も良好となったときの回転角度を求め、求めた回転角度の位置にステージを固定させるための角度制御信号を回転器２６に出力する。これにより、記録媒体１２の全記録領域に亘って生じる歪みによる再生光の波面の乱れを補償するように制御がなされることになる。
【００７６】
そして、回転器２６が、ステージすなわち波面制御器１３を最適な回転角度の位置に固定した上で、計測制御装置２５は、遺伝的アルゴリズムを用いた適応光学により波面制御信号を求める。これにより、記録媒体１２の個別の記録領域に生じる歪みによる再生光の波面の乱れを補償するように制御がなされることになる。なお、ホログラム記録装置１Ｂの動作は、図５を参照して説明したホログラム記録装置１の動作と同様であり、計測制御装置２５が波面制御信号を求める方法は、第１実施形態または第２実施形態の方法と同様である。したがって、その説明を省略する。
【００７７】
［具体例３］
具体例１と同様な前提条件を用いて、適応度と世代の関係を求めると共に、ページデータを補償した。ただし、収束条件はｋ＝２９とした。
＜適応度と世代の関係＞
図１０は、本発明の第３実施形態に係るホログラム記録装置で算出された世代と適応度Ｆｉｔとの関係の一例を示すグラフである。前記した式（２）のパラメータＦｉｔは、図１０に示すように、計測制御装置の処理前、すなわち、補償前（世代ｋ＝０）のときに「２１．９」であった。パラメータＦｉｔの値は、補償により増加し、２５世代以降は、値が飽和し、最終的に、補償後（世代ｋ＝２９）のときに「２７．８」であった。
【００７８】
＜撮像されたページデータの具体例＞
図１１は、本発明の第３実施形態に係るホログラム記録装置で再生された再生データの画像の一例を示す図であって、（ａ）は補償前、（ｂ）は補償後をそれぞれ示している。補償前には、図１１（ａ）に示すように、中央にだけオンビット（白）が現れていた。補償後には、図１１（ｂ）に示すように、中央だけではなく全領域にオンビット（白）が現れ、輝度均一性が向上した。ここで、画像を１２８×１２８ブロックに分割して求めた。１２８×１２８ブロック内のＳＮＲの最小値は、補償前には「−２．５［ｄＢ］」であったが、補償後には、「２．０［ｄＢ］」に増加した。
【００７９】
第３実施形態のホログラム記録装置１Ｂによれば、回転器２６によって、波面制御器１３を搭載したステージを回転させて、波面制御器１３に入射する参照光の入射角度を最適にした上で、遺伝的アルゴリズムを用いた適応光学により波面制御信号を求める。したがって、回転器２６の調整で、記録媒体１２の全記録領域に亘って生じる歪みによる再生像の劣化を補償し、波面制御信号により、記録媒体１２の個別の記録領域によって生じる歪みによる再生像の劣化を補償することができる。
【００８０】
（第４実施形態）
図１２は、本発明の第４実施形態に係るホログラム記録装置の光学系を示す図である。第４実施形態のホログラム記録装置１Ｃは、記録媒体１２から再生される再生光がレンズ２３に入射した後にＣＣＤ２４に直接撮像されるのではなく、波面制御器２７に反射され、さらに、ミラー２８で反射された後でＣＣＤ２４に撮像されるように構成され、計測制御装置２５が波面制御器２７をも制御する点を除いて、構成が第１実施形態と同じなので、同じ構成には同じ符号を付してその説明を省略する。
【００８１】
波面制御器（第２の波面制御器）２７は、波面制御器１３で反射した参照光が照射された記録媒体１２により再生される２次元離散データの再生光の波面の状態を第２の波面制御信号に基づいて変化させて反射するものである。この波面制御器２７は、波面制御器１３と同様に例えばデフォーマブルミラーにより構成される。
【００８２】
計測制御装置２５は、ＣＣＤ２４で撮像された再生データの画像の輝度を計測し、遺伝的アルゴリズムを用いた適応光学により再生データの画像ごとに、波面制御信号および第２の波面制御信号をそれぞれ求め、求めた波面制御信号を波面制御器１３にそれぞれ出力すると共に、第２の波面制御信号を波面制御器２７にそれぞれ出力する。第４実施形態では、計測制御装置２５は、はじめに波面制御器１３の制御を行って、波面制御器１３の最適な条件を求め、この条件下において、波面制御器２７の制御を行い、波面制御器２７に最適な条件を求める。
【００８３】
第４実施形態のホログラム記録装置１Ｃによれば、波面制御器１３によって、参照光を制御することで再生光を間接的に制御すると共に、波面制御器２７によって、再生光の波面を直接的に制御することで、記録媒体１２に記録された干渉縞の歪みを補償することができる。
【００８４】
（第５実施形態）
ホログラム記録では、角度多重やシフト多重を用いて記録媒体内に複数のページデータが記録される。つまり、記録媒体内には複数の再生対象ページがある。媒体収縮による歪みは、隣り合ったページデータ間や近い範囲のページデータ間では、歪み方が類似する。しかしながら、離れたページデータ間では歪み方が異なる。このような理由から、１ページ目のページデータで補償した結果（１ページ目の最適値）を、２ページ目以降の各ページデータに適応しても、すべてのページデータにとって望ましい結果がそれぞれ得られるわけではない。すべてのページデータにとって最も望ましい結果を得るためには、各ページごとに独立に補償を行えばよいが、ページ数が多くなればなるほど、補償のために要する時間が線形増加してしまうという問題がある。
【００８５】
第５実施形態のホログラム記録装置１Ｄは、計測制御装置２５の処理において、記録媒体に多重記録された２ページ目以降のページデータに対する処理が１ページ目と異なっているものの、遺伝的アルゴリズムの適応度および装置構成が第１実施形態と同じなので、構成の図面および構成の説明を省略する（図１および図５を適宜参照）。
【００８６】
図１３は、本発明の第５実施形態に係るホログラム記録装置による複数のページデータの補償の流れを示す説明図である。
（Ｐ１）初めに、１ページ目のページデータの補償を行う。ここでは、初期集団を、記録条件と同じ遺伝子を持つ個体（図１３では単に記録条件と表記した）と、ランダムに設定された遺伝子を持つ個体（図１３では単にランダムと表記した）とから構成する。そして、図５に示すフローチャートに従って、遺伝的アルゴリズムにより各パラメータを最適化する（Ｐ１ａ）。最終的には最大の適応度を有する個体を、１ページ目を補償する最適値（１ページ目の最適値）として求める。
【００８７】
（Ｐ２）次に、２ページ目のページデータの補償を行う。ここでは、２ページ目の初期集団を、記録条件と同じ遺伝子を持つ個体と、ランダムに設定された遺伝子を持つ個体と、１ページ目において最大の適応度を有する個体（１ページ目の最適値）とから構成する。そして、同様にして遺伝的アルゴリズムにより各パラメータを最適化する（Ｐ２ａ）。最終的には最大の適応度を有する個体を、２ページ目を補償する最適値として求める。
【００８８】
（Ｐｍ）以下、同様にして、一般にｍページ目のページデータの補償を行う場合、ｍページ目の初期集団を、記録条件と同じ遺伝子を持つ個体と、ランダムに設定された遺伝子を持つ個体と、ｍ−１ページ目において最大の適応度を有する個体（ｍ−１ページ目の最適値）とから構成する。そして、同様にして遺伝的アルゴリズムにより各パラメータを最適化する（Ｐｍａ）。最終的には最大の適応度を有する個体を、ｍページ目を補償する最適値として求める。
【００８９】
［具体例］
図１４は、本発明の第５実施形態に係るホログラム記録装置による１ページ目の補償の具体例を示す説明図であり、図１５は、２ページ目以降の補償の具体例を示す説明図である。ここでは、遺伝的アルゴリズムで用いるパラメータは、例えば、それぞれ、以下の値をもつものとした。すなわち、集団に属す個体の個数ｎを２０個、遺伝子を波面制御器１３の複数の駆動部の設定値０〜１９２とする。また、世代交代数を１ページ目については３０世代、２ページ目以降については３世代とする。つまり、２ページ目以降の世代交代数は、１ページ目の世代交代数よりも小さい。その理由については後記する実験例で説明する。
【００９０】
この場合、１ページ目の補償では、図１４に示すように、世代ｋ＝０の初期集団Ｐ0は、１ページ目のページデータの記録条件と同じ遺伝子を持つ１個の個体Ｉ1Wと、ランダムに設定された遺伝子を持つ１９個の個体とから構成される。ここで、個体Ｉ1Wは、図２（ｃ）に示すような波面制御器１３の表面１３ａの状態に対応している。つまり、反射面の状態を示す情報を、遺伝的アルゴリズムにおける個体の情報として用いている。この初期集団Ｐ0から、前記したように、複製と交叉により、個体数２ｎ＝４０の集団Ｐ0’が構成され、さらに、例えば、確率Ｆm＝０．１で突然変異を起こした個体を含む個体数２ｎ＝４０からなる集団Ｐ0”が構成される。そして、集団Ｐ0”において、適応度（式（２）に示すパラメータＦｉｔ）の上位２０個が世代ｋ＝１の初期集団Ｐ1となる。
【００９１】
そして、同様に世代交代を繰り返すと、最後に、世代交代数が３０となったときの集団Ｐ30”において、適応度最大（第１位）の個体が、最適化された個体Ｉ1Rとして求められる。この個体Ｉ1Rの遺伝子、すなわち、波面制御器１３の駆動部１３ｂが設定値（０〜１９２のいずれか）となるように指示する波面制御信号が計測制御装置２５から出力される。これにより、１ページ目のホログラム再生時に、１ページ目の再生画像を補償することができる。
【００９２】
次に、２ページ目（以下では、ページ数を（２）のように表記する）の補償では、図１５に示すように、２ページ目において、世代ｋ＝０の個体数ｎ＝２０の初期集団Ｐ0（２）は、２ページ目のページデータの記録条件と同じ遺伝子を持つ１個の個体Ｉ2Wと、１ページ目の最適値である１個の個体Ｉ1Rと、ランダムに設定された遺伝子を持つ１８個の個体とから構成される。
【００９３】
２ページ目の初期集団Ｐ0（２）についても、１ページ目と同様にして世代交代を繰り返す。最後に、世代交代数が３となったときの集団Ｐ3”（２）において、適応度最大（第１位）の個体が、２ページ目の最適化された個体Ｉ2Rとして求められる。これにより、２ページ目のホログラム再生時に、２ページ目の再生画像を補償することができる。
【００９４】
同様に、３ページ目の補償では、図１５に示すように、３ページ目において、世代ｋ＝０の個体数ｎ＝２０の初期集団Ｐ0（３）は、３ページ目のページデータの記録条件と同じ遺伝子を持つ１個の個体Ｉ3Wと、直前のページである２ページ目の最適値である１個の個体Ｉ2Rと、ランダムに設定された遺伝子を持つ１８個の個体とから構成される。世代交代を繰り返した結果、最後には、世代交代数が３となったときの集団Ｐ3”（３）において、適応度最大（第１位）の個体が、３ページ目の最適化された個体Ｉ3Rとして求められる。これにより、３ページ目のホログラム再生時に、３ページ目の再生画像を補償することができる。４ページ目以降も同様に処理される。
【００９５】
［実験例］
図１６は、本発明の第５実施形態に係るホログラム記録装置で算出された１ページ目の世代交代数と適応度との関係の一例を示すグラフであり、図１７は、２ページ目の世代交代数と適応度との関係の一例を示すグラフである。図１６および図１７のグラフでは、横軸は世代交代数、縦軸は、任意単位［arb. unit］の適応度を示している。図５のフローチャートにしたがって各ページとも５０世代まで世代交代を繰り返して補償を行った。５０世代までの各世代の最大適応度（式（２）のｆｉｔ）をそれぞれ求め、最終５０世代の最大適応度を１に正規化してグラフを作成した。なお、世代交代数０は、補償前を意味する。
【００９６】
１ページ目の補償については、そのページデータに対して、５回の試行を行った（試行結果をｅ，ｆ，ｇ，ｈ，ｋで示す）。このように１ページ目のページデータに対して複数回の試行を行った理由は、初期集団には、ランダム設定された多数の個体が存在するために、初期集団に属す個体群によって、最適化されるまでの適応度の変化が異なるからである。図１６に示すように、試行結果ｅ〜ｋにおいて適応度が最適値「１」の９５％になるときの世代交代数は、６〜２１世代程度であった。
【００９７】
２ページ目の補償については、そのページデータに対して４回の試行を行った（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）。図１７に示すように、試行ａ〜ｄにおいて適応度が最適値「１」の９５％になるときの世代交代数は、３世代以内であった。２ページ目の補償では、初期集団に記録条件、ランダム設定値と共に１ページ目の最適値を含めている。
【００９８】
一方、図１６に示す試行結果ｅ〜ｋは、別の観点からは、２ページ目のページデータの補償を行う際に、１ページ目の最適値を含めなかった場合に相当する。つまり、図１７のグラフの比較例になっていると言える。これらの比較から、１ページ目のページデータの補償の最適条件を含ませて初期集団を構成することにより、最適条件を含ませない初期集団より速く補償できると結論できる。以上の考察から、前記した具体例では、２ページ目の初期集団Ｐ0（２）についての世代交代数を「３」として、１ページ目の世代交代数「３０」よりも小さいものとした。なお、ここに挙げた世代交代数は一例である。
【００９９】
第５実施形態のホログラム記録装置１Ｄによれば、前ページのページデータの補償の最適条件を用いて補償を行うことにより、ホログラム記録装置において生じる再生光の輝度分布の不均一性、再生データの劣化あるいは波面の乱れを補償するときの補償速度を向上させることができる。これにより、ホログラムから再生された２次元離散データのＳＮＲが改善され、その補償速度が向上する。また、ホログラム記録装置１Ｄによるホログラムの参照光の制御方法は、従来のホログラム記録技術の光学系の中に容易に組み込むことができる。さらに、この参照光の制御方法は、ホログラム記録装置に限らずに、入力波面に対して非線形な光学歪みを生じさせる素子を含む光学系に対しても利用することが可能である。
【０１００】
［第５実施形態の変形例］
図１８は、本発明の第５実施形態に係るホログラム記録装置による２ページ目以降の補償の変形例を示す説明図である。この変形例では、図１８に示すように、２ページ目の最適化された個体Ｉ2Rが求められたときに、２ページ目の再生画像を補償するだけではなく、さらに、次のページである３ページ目のホログラム再生時に、３ページ目の再生画像を補償するために利用する。つまり、この場合、３ページ目については、遺伝的アルゴリズム（図５のフローチャートの処理）を省略し、３ページ目についての適応度最大の個体Ｉ3Rは、２ページ目についての適応度最大の個体Ｉ2Rと同じであるとみなす。
【０１０１】
続いて、４ページ目の補償では、図１８に示すように、世代ｋ＝０の個体数ｎ＝２０の初期集団Ｐ0（４）は、４ページ目のページデータの記録条件と同じ遺伝子を持つ１個の個体Ｉ4Wと、２つ前のページである２ページ目の最適値である１個の個体Ｉ2Rと、ランダムに設定された遺伝子を持つ１８個の個体とから構成される。そして、遺伝的アルゴリズムにより４ページ目の最適化された個体Ｉ4Rを求める。これは、４ページ目の再生画像を補償するだけではなく、さらに、次のページである５ページ目のホログラム再生時に、５ページ目の再生画像を補償するためにも利用する。以下、同様に、遺伝的アルゴリズムの実行と、その省略とをページごとに交互に繰り返す。
【０１０２】
前記した例では４ページ目以降については、偶数ページにおいて２ページ前の最適値を初期集団に含めるようにして、奇数ページについては遺伝的アルゴリズムの実行を省略するものとした。つまり、基準とするページ（ここでは偶数ページ：ｍ−１）で得られた最適値を次のページ（ｍ）とその次のページ（ｍ＋１）で利用するものとした。これに限らず、多重記録されているページ数によっても変動するが、基準とするページ（ｍ−１）で得られた最適値を、例えば、その後の３ページ「ｍ、ｍ＋１、ｍ＋２」にわたって利用してもよい。ただし、補償性能と補償時間とは、トレードオフの関係になる。そのため 、遺伝的アルゴリズム（図５のフローチャートの処理）を省略するページを増やすことで全ページに係る補償時間の低減を重視するか、あるいは、全ページに係る補償時間よりもページデータの再生画像から媒体収縮による歪みの影響を除去する補償性能を重視するか、については実装の都合に合わせて適宜選択することができる。
【０１０３】
この変形例によれば、多重記録された全ページの再生画像を補償するときに、遺伝的アルゴリズム（図５のフローチャートの処理）を省略する分だけ、全ページに係る補償時間をさらに低減できる。
【０１０４】
以上、本発明の各実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、その趣旨を変えない範囲でさまざまに実施することができる。例えば、各実施形態では、波面制御器１３（２７）をデフォーマブルミラーとして説明したが、デフォーマブルミラーの代わりに液晶素子を使用することも可能である。また、各実施形態では、再生光の強度分布（輝度分布）を計測して参照光を制御するものとしたが、これに加えて再生光の波面を計測する波面センサを設けて、計測された再生光の波面の状態も考慮して参照光を制御することもできる。
【０１０５】
また、第４実施形態では、波面制御器１３の制御を行ってから波面制御器２７の制御を行うものとしたが、２つの波面制御器１３、２７を同時に制御するように構成することも可能である。この場合、例えば、遺伝子を、波面制御器１３、２７のピン（駆動部）の値として設定し、また、波面制御器１３、２７の各表面の状態を一度に想定した状態を個体として設定することで、適応度が最適になるように制御することができる。
【０１０６】
また、第５実施形態では、第１実施形態と同様な装置構成であるものとして説明したが、第３または第４実施形態と同様な装置構成でも実現できる。また、第５実施形態では、適応度を前記した式（２）のＦｉｔを算出するものとして説明したが、前記した式（３）のＦｉｔｎｅｓｓを算出するようにしてもよい。
【０１０７】
また、各実施形態では、遺伝的アルゴリズムの処理の一例を示す図５のフローチャートにおいて、ステップＳ１０の収束条件を満足したか否かを判別する処理を、世代交代数が所定の回数（例えばｋ＝３０）以上になったか否かを判別するものとしたが、これに限定されない。例えば、直前のステップＳ９で決定した集団に属する個体群の適応度の最大値が、予め定めた値以上になったか否かを判別することとしてもよい。これにより、遺伝的アルゴリズムにおいて、記録媒体ごと、ページごと、あるいは、試行ごとにそれぞれ初期集団が異なるにも関わらず、多重記録された各ページの補償性能を均一化できる。
【符号の説明】
【０１０８】
１、１Ｂ、１Ｃ ホログラム記録装置
２ レーザ
３ ビームエキスパンダ
４ コリメートレンズ
５ 半波長板
６、２８ ミラー
７、８ 偏光ビームスプリッタ
９ 空間光変調素子
１０、２２ シャッタ
１１、１４、１５、１６、２３ レンズ
１２ 記録媒体
１３、２７ 波面制御器
１３ａ 表面
１３ｂ ピン（駆動部）
２４ ＣＣＤ
２５ 計測制御装置
２６ 回転器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光から分離された物体光に白と黒のビットパターンによる２次元離散データを担持させた信号光と、前記レーザ光から分離された参照光とをホログラム用の記録媒体に照射可能に構成された光学系と、入射した前記参照光の波面の状態を変化させて反射して前記２次元離散データが記録された記録媒体に照射する波面制御器と、前記波面の状態が変化した参照光が照射された前記記録媒体から再生された前記２次元離散データの再生光を撮像する撮像装置と、前記撮像された再生データの画像の輝度を計測し、計測結果に基づいて生成した波面制御信号を前記波面制御器に出力する計測制御装置とを備え、ホログラム再生の前段階の処理として、遺伝的アルゴリズムにより、記録媒体への参照光の照射、再生光の撮像、撮像された再生データの画像の輝度の計測、参照光の波面制御の一連の処理を繰り返し行うホログラム記録装置であって、
前記計測制御装置は、
前記再生データの画像ごとに、前記ビットパターンにおける白および黒について、平均輝度、輝度の標準偏差および変動係数をそれぞれ算出し、当該白の変動係数の自乗と当該黒の変動係数の自乗との和の平方根に対する当該白および当該黒の平均輝度の差を含むパラメータを、前記遺伝的アルゴリズムの適応度としてそれぞれ算出し、
前記遺伝的アルゴリズムにより前記一連の処理を行うときに対象とするすべての前記再生データの画像のうちで、前記算出したパラメータを最適な値にし、
前記パラメータが最適な値になったときに前記波面制御器に出力されていた波面制御信号を、前記記録媒体に形成された干渉縞の歪みを補償する波面制御信号として求めることを特徴とするホログラム記録装置。
【請求項２】
レーザ光から分離された物体光に白と黒のビットパターンによる２次元離散データを担持させた信号光と、前記レーザ光から分離された参照光とをホログラム用の記録媒体に照射可能に構成された光学系と、入射した前記参照光の波面の状態を変化させて反射して前記２次元離散データが記録された記録媒体に照射する波面制御器と、前記波面の状態が変化した参照光が照射された前記記録媒体から再生された前記２次元離散データの再生光を撮像する撮像装置と、前記撮像された再生データの画像の輝度を計測し、計測結果に基づいて生成した波面制御信号を前記波面制御器に出力する計測制御装置とを備え、ホログラム再生の前段階の処理として、遺伝的アルゴリズムにより、記録媒体への参照光の照射、再生光の撮像、撮像された再生データの画像の輝度の計測、参照光の波面制御の一連の処理を繰り返し行うホログラム記録装置であって、
前記計測制御装置は、
前記再生データの画像を、複数のブロックに分割し、前記ブロックの画像ごとに、前記ビットパターンにおける白および黒について、平均輝度、輝度の標準偏差および変動係数をそれぞれ算出し、当該白の変動係数の自乗と当該黒の変動係数の自乗との和の平方根に対する当該白および当該黒の平均輝度の差を含む第１のパラメータをそれぞれ算出し、
前記ブロックの画像ごとに算出した第１のパラメータについての平均値、標準偏差および変動係数を算出し、前記第１のパラメータについての変動係数の逆数を含む第２のパラメータを、前記遺伝的アルゴリズムの適応度として前記再生データの画像ごとにそれぞれ算出し、
前記遺伝的アルゴリズムにより前記一連の処理を行うときに対象とするすべての前記再生データの画像のうちで、前記算出した第２のパラメータを最適な値にし、
前記第２のパラメータが最適な値になったときに前記波面制御器に出力されていた波面制御信号を、前記記録媒体に形成された干渉縞の歪みを補償する波面制御信号として求めることを特徴とするホログラム記録装置。
【請求項３】
前記計測制御装置は、
前記遺伝的アルゴリズムの適応度を最適な値にする際に、
前記光学系において前記物体光と前記参照光により前記２次元離散データが複数ページにわたって多重記録された記録媒体に対して再生データを得るために参照光を照射したときの波面制御器の反射面の状態を示す情報を、前記遺伝的アルゴリズムにおける個体の情報として用いて、個体群である集団の初期値の世代の初期状態に対して、前記記録媒体に再生対象ページの２次元離散データが記録されたときの波面制御器の反射面の状態に対応した個体と、前記記録時とは無関係にランダムに設定した波面制御器の反射面の状態に対応した個体とを含む初期集団を決定し、
前記初期集団を起点にして、前記個体ごとに算出した適応度が集団の中で高い個体群を残すように集団の世代を順次交代し、最終的に残した集団の中で適応度が最大の個体の遺伝子を当該再生対象ページにおける前記波面制御信号として求め、
前記再生対象ページが２ページ目以降である場合に、当該再生対象ページよりも前のページにおいて適応度が最大の個体として求められた個体をさらに含めて当該再生対象ページの初期集団を決定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のホログラム記録装置。
【請求項４】
前記波面制御器を搭載したステージを有して前記ステージの回転角度の位置を示す角度制御信号に基づいて前記ステージを回転させて、前記波面制御器に入射する参照光の入射角度を変化させる回転器をさらに備え、
前記計測制御装置は、
前記角度制御信号を前記回転器に出力し、前記撮像された再生データの画像の輝度を計測し、計測の結果に基づいて輝度分布が最も良好となったときの回転角度を求め、求めた回転角度の位置に前記ステージを固定させた上で、前記遺伝的アルゴリズムを用いた適応光学により前記波面制御信号を求めることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のホログラム記録装置。
【請求項５】
前記波面制御器で反射した参照光が照射された前記記録媒体により再生される２次元離散データの再生光の波面の状態を第２の波面制御信号に基づいて変化させて反射する第２の波面制御器をさらに備え、
前記撮像装置は、前記第２の波面制御器で反射した再生光を撮像し、
前記計測制御装置は、前記撮像された再生データの画像の輝度を計測し、前記遺伝的アルゴリズムを用いた適応光学により前記再生データの画像ごとに、前記波面制御信号および前記第２の波面制御信号をそれぞれ求め、求めた波面制御信号を前記波面制御器にそれぞれ出力すると共に、前記第２の波面制御信号を前記第２の波面制御器にそれぞれ出力することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のホログラム記録装置。
【請求項６】
レーザ光から分離された物体光に白と黒のビットパターンによる２次元離散データを担持させた信号光と、前記レーザ光から分離された参照光とをホログラム用の記録媒体に照射可能に構成された光学系と、入射した前記参照光の波面の状態を変化させて反射して前記２次元離散データが記録された記録媒体に照射する波面制御器と、前記波面の状態が変化した参照光が照射された前記記録媒体から再生された前記２次元離散データの再生光を撮像する撮像装置と、前記撮像された再生データの画像の輝度を計測し、計測結果に基づいて生成した波面制御信号を前記波面制御器に出力する計測制御装置とを備えるホログラム記録装置における遺伝的アルゴリズムを用いたホログラムの参照光の制御方法であって、
前記ホログラム記録装置は、ホログラム再生の前段階の処理として、
前記光学系によって、前記参照光を前記波面制御器に照射する第１ステップと、
前記波面制御器によって、前記入射した参照光の波面の状態を変化させて前記記録媒体に照射する第２ステップと、
前記撮像装置によって、前記波面の状態が変化した参照光が照射された前記記録媒体から再生された前記２次元離散データの再生光を撮像する第３ステップと、
前記計測制御装置によって、前記撮像された再生データの画像の輝度を計測し、計測結果に基づいて生成した波面制御信号を前記波面制御器に出力する第４ステップとからなる一連の処理を繰り返し行い、
前記第４ステップにおいて、前記計測制御装置は、
前記再生データの画像ごとに、前記ビットパターンにおける白および黒について、平均輝度、輝度の標準偏差および変動係数をそれぞれ算出し、当該白の変動係数の自乗と当該黒の変動係数の自乗との和の平方根に対する当該白および当該黒の平均輝度の差を含むパラメータを、前記遺伝的アルゴリズムの適応度として前記再生データの画像ごとにそれぞれ算出するステップと、
前記遺伝的アルゴリズムにより前記一連の処理を行うときに対象とするすべての前記再生データの画像のうちで、前記算出したパラメータを最適な値にするステップと、
前記パラメータが最適な値になったときに前記波面制御器に出力されていた波面制御信号を、前記記録媒体に形成された干渉縞の歪みを補償する波面制御信号として求めるステップとを含んで実行することを特徴とするホログラムの参照光の制御方法。
【請求項７】
レーザ光から分離された物体光に白と黒のビットパターンによる２次元離散データを担持させた信号光と、前記レーザ光から分離された参照光とをホログラム用の記録媒体に照射可能に構成された光学系と、入射した前記参照光の波面の状態を変化させて反射して前記２次元離散データが記録された記録媒体に照射する波面制御器と、前記波面の状態が変化した参照光が照射された前記記録媒体から再生された前記２次元離散データの再生光を撮像する撮像装置と、前記撮像された再生データの画像の輝度を計測し、計測結果に基づいて生成した波面制御信号を前記波面制御器に出力する計測制御装置とを備えるホログラム記録装置における遺伝的アルゴリズムを用いたホログラムの参照光の制御方法であって、
前記ホログラム記録装置は、ホログラム再生の前段階の処理として、
前記光学系によって、前記参照光を前記波面制御器に照射する第１ステップと、
前記波面制御器によって、前記入射した参照光の波面の状態を変化させて前記記録媒体に照射する第２ステップと、
前記撮像装置によって、前記波面の状態が変化した参照光が照射された前記記録媒体から再生された前記２次元離散データの再生光を撮像する第３ステップと、
前記計測制御装置によって、前記撮像された再生データの画像の輝度を計測し、計測結果に基づいて生成した波面制御信号を前記波面制御器に出力する第４ステップとからなる一連の処理を繰り返し行い、
前記第４ステップにおいて、前記計測制御装置は、
前記再生データの画像を、複数のブロックに分割し、前記ブロックの画像ごとに、前記ビットパターンにおける白および黒について、平均輝度、輝度の標準偏差および変動係数をそれぞれ算出し、当該白の変動係数の自乗と当該黒の変動係数の自乗との和の平方根に対する当該白および当該黒の平均輝度の差を含む第１のパラメータをそれぞれ算出するステップと、
前記ブロックの画像ごとに算出した第１のパラメータについての平均値、標準偏差および変動係数を算出し、前記第１のパラメータについての変動係数の逆数を含む第２のパラメータを、前記遺伝的アルゴリズムの適応度として前記再生データの画像ごとにそれぞれ算出するステップと、
前記遺伝的アルゴリズムにより前記一連の処理を行うときに対象とするすべての前記再生データの画像のうちで、前記算出した第２のパラメータを最適値にするステップと、
前記第２のパラメータが最適な値になったときに前記波面制御器に出力されていた波面制御信号を、前記記録媒体に形成された干渉縞の歪みを補償する波面制御信号として求めるステップとを含んで実行することを特徴とするホログラムの参照光の制御方法。
【請求項８】
前記遺伝的アルゴリズムの適応度を最適な値にするステップは、
前記光学系において前記物体光と前記参照光により前記２次元離散データが複数ページにわたって多重記録された記録媒体に対して再生データを得るために参照光を照射したときの波面制御器の反射面の状態を示す情報を、前記遺伝的アルゴリズムにおける個体の情報として用いて、個体群である集団の初期値の世代の初期状態に対して、前記記録媒体に再生対象ページの２次元離散データが記録されたときの波面制御器の反射面の状態に対応した個体と、前記記録時とは無関係にランダムに設定した波面制御器の反射面の状態に対応した個体とを含む初期集団を決定する初期集団決定ステップと、
前記初期集団を起点にして、前記個体ごとに算出した適応度が集団の中で高い個体群を残すように集団の世代を順次交代し、最終的に残した集団の中で適応度が最大の個体の遺伝子を当該再生対象ページにおける前記波面制御信号として求める世代交代ステップとを含み、
前記初期集団決定ステップは、
前記再生対象ページが２ページ目以降である場合に、当該再生対象ページよりも前のページにおいて前記世代交代ステップで適応度が最大の個体として求められた個体をさらに含めて当該再生対象ページの初期集団を決定することを特徴とする請求項６または請求項７に記載のホログラムの参照光の制御方法。
【請求項１】
レーザ光から分離された物体光に白と黒のビットパターンによる２次元離散データを担持させた信号光と、前記レーザ光から分離された参照光とをホログラム用の記録媒体に照射可能に構成された光学系と、入射した前記参照光の波面の状態を変化させて反射して前記２次元離散データが記録された記録媒体に照射する波面制御器と、前記波面の状態が変化した参照光が照射された前記記録媒体から再生された前記２次元離散データの再生光を撮像する撮像装置と、前記撮像された再生データの画像の輝度を計測し、計測結果に基づいて生成した波面制御信号を前記波面制御器に出力する計測制御装置とを備え、ホログラム再生の前段階の処理として、遺伝的アルゴリズムにより、記録媒体への参照光の照射、再生光の撮像、撮像された再生データの画像の輝度の計測、参照光の波面制御の一連の処理を繰り返し行うホログラム記録装置であって、
前記計測制御装置は、
前記再生データの画像ごとに、前記ビットパターンにおける白および黒について、平均輝度、輝度の標準偏差および変動係数をそれぞれ算出し、当該白の変動係数の自乗と当該黒の変動係数の自乗との和の平方根に対する当該白および当該黒の平均輝度の差を含むパラメータを、前記遺伝的アルゴリズムの適応度としてそれぞれ算出し、
前記遺伝的アルゴリズムにより前記一連の処理を行うときに対象とするすべての前記再生データの画像のうちで、前記算出したパラメータを最適な値にし、
前記パラメータが最適な値になったときに前記波面制御器に出力されていた波面制御信号を、前記記録媒体に形成された干渉縞の歪みを補償する波面制御信号として求めることを特徴とするホログラム記録装置。
【請求項２】
レーザ光から分離された物体光に白と黒のビットパターンによる２次元離散データを担持させた信号光と、前記レーザ光から分離された参照光とをホログラム用の記録媒体に照射可能に構成された光学系と、入射した前記参照光の波面の状態を変化させて反射して前記２次元離散データが記録された記録媒体に照射する波面制御器と、前記波面の状態が変化した参照光が照射された前記記録媒体から再生された前記２次元離散データの再生光を撮像する撮像装置と、前記撮像された再生データの画像の輝度を計測し、計測結果に基づいて生成した波面制御信号を前記波面制御器に出力する計測制御装置とを備え、ホログラム再生の前段階の処理として、遺伝的アルゴリズムにより、記録媒体への参照光の照射、再生光の撮像、撮像された再生データの画像の輝度の計測、参照光の波面制御の一連の処理を繰り返し行うホログラム記録装置であって、
前記計測制御装置は、
前記再生データの画像を、複数のブロックに分割し、前記ブロックの画像ごとに、前記ビットパターンにおける白および黒について、平均輝度、輝度の標準偏差および変動係数をそれぞれ算出し、当該白の変動係数の自乗と当該黒の変動係数の自乗との和の平方根に対する当該白および当該黒の平均輝度の差を含む第１のパラメータをそれぞれ算出し、
前記ブロックの画像ごとに算出した第１のパラメータについての平均値、標準偏差および変動係数を算出し、前記第１のパラメータについての変動係数の逆数を含む第２のパラメータを、前記遺伝的アルゴリズムの適応度として前記再生データの画像ごとにそれぞれ算出し、
前記遺伝的アルゴリズムにより前記一連の処理を行うときに対象とするすべての前記再生データの画像のうちで、前記算出した第２のパラメータを最適な値にし、
前記第２のパラメータが最適な値になったときに前記波面制御器に出力されていた波面制御信号を、前記記録媒体に形成された干渉縞の歪みを補償する波面制御信号として求めることを特徴とするホログラム記録装置。
【請求項３】
前記計測制御装置は、
前記遺伝的アルゴリズムの適応度を最適な値にする際に、
前記光学系において前記物体光と前記参照光により前記２次元離散データが複数ページにわたって多重記録された記録媒体に対して再生データを得るために参照光を照射したときの波面制御器の反射面の状態を示す情報を、前記遺伝的アルゴリズムにおける個体の情報として用いて、個体群である集団の初期値の世代の初期状態に対して、前記記録媒体に再生対象ページの２次元離散データが記録されたときの波面制御器の反射面の状態に対応した個体と、前記記録時とは無関係にランダムに設定した波面制御器の反射面の状態に対応した個体とを含む初期集団を決定し、
前記初期集団を起点にして、前記個体ごとに算出した適応度が集団の中で高い個体群を残すように集団の世代を順次交代し、最終的に残した集団の中で適応度が最大の個体の遺伝子を当該再生対象ページにおける前記波面制御信号として求め、
前記再生対象ページが２ページ目以降である場合に、当該再生対象ページよりも前のページにおいて適応度が最大の個体として求められた個体をさらに含めて当該再生対象ページの初期集団を決定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のホログラム記録装置。
【請求項４】
前記波面制御器を搭載したステージを有して前記ステージの回転角度の位置を示す角度制御信号に基づいて前記ステージを回転させて、前記波面制御器に入射する参照光の入射角度を変化させる回転器をさらに備え、
前記計測制御装置は、
前記角度制御信号を前記回転器に出力し、前記撮像された再生データの画像の輝度を計測し、計測の結果に基づいて輝度分布が最も良好となったときの回転角度を求め、求めた回転角度の位置に前記ステージを固定させた上で、前記遺伝的アルゴリズムを用いた適応光学により前記波面制御信号を求めることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のホログラム記録装置。
【請求項５】
前記波面制御器で反射した参照光が照射された前記記録媒体により再生される２次元離散データの再生光の波面の状態を第２の波面制御信号に基づいて変化させて反射する第２の波面制御器をさらに備え、
前記撮像装置は、前記第２の波面制御器で反射した再生光を撮像し、
前記計測制御装置は、前記撮像された再生データの画像の輝度を計測し、前記遺伝的アルゴリズムを用いた適応光学により前記再生データの画像ごとに、前記波面制御信号および前記第２の波面制御信号をそれぞれ求め、求めた波面制御信号を前記波面制御器にそれぞれ出力すると共に、前記第２の波面制御信号を前記第２の波面制御器にそれぞれ出力することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のホログラム記録装置。
【請求項６】
レーザ光から分離された物体光に白と黒のビットパターンによる２次元離散データを担持させた信号光と、前記レーザ光から分離された参照光とをホログラム用の記録媒体に照射可能に構成された光学系と、入射した前記参照光の波面の状態を変化させて反射して前記２次元離散データが記録された記録媒体に照射する波面制御器と、前記波面の状態が変化した参照光が照射された前記記録媒体から再生された前記２次元離散データの再生光を撮像する撮像装置と、前記撮像された再生データの画像の輝度を計測し、計測結果に基づいて生成した波面制御信号を前記波面制御器に出力する計測制御装置とを備えるホログラム記録装置における遺伝的アルゴリズムを用いたホログラムの参照光の制御方法であって、
前記ホログラム記録装置は、ホログラム再生の前段階の処理として、
前記光学系によって、前記参照光を前記波面制御器に照射する第１ステップと、
前記波面制御器によって、前記入射した参照光の波面の状態を変化させて前記記録媒体に照射する第２ステップと、
前記撮像装置によって、前記波面の状態が変化した参照光が照射された前記記録媒体から再生された前記２次元離散データの再生光を撮像する第３ステップと、
前記計測制御装置によって、前記撮像された再生データの画像の輝度を計測し、計測結果に基づいて生成した波面制御信号を前記波面制御器に出力する第４ステップとからなる一連の処理を繰り返し行い、
前記第４ステップにおいて、前記計測制御装置は、
前記再生データの画像ごとに、前記ビットパターンにおける白および黒について、平均輝度、輝度の標準偏差および変動係数をそれぞれ算出し、当該白の変動係数の自乗と当該黒の変動係数の自乗との和の平方根に対する当該白および当該黒の平均輝度の差を含むパラメータを、前記遺伝的アルゴリズムの適応度として前記再生データの画像ごとにそれぞれ算出するステップと、
前記遺伝的アルゴリズムにより前記一連の処理を行うときに対象とするすべての前記再生データの画像のうちで、前記算出したパラメータを最適な値にするステップと、
前記パラメータが最適な値になったときに前記波面制御器に出力されていた波面制御信号を、前記記録媒体に形成された干渉縞の歪みを補償する波面制御信号として求めるステップとを含んで実行することを特徴とするホログラムの参照光の制御方法。
【請求項７】
レーザ光から分離された物体光に白と黒のビットパターンによる２次元離散データを担持させた信号光と、前記レーザ光から分離された参照光とをホログラム用の記録媒体に照射可能に構成された光学系と、入射した前記参照光の波面の状態を変化させて反射して前記２次元離散データが記録された記録媒体に照射する波面制御器と、前記波面の状態が変化した参照光が照射された前記記録媒体から再生された前記２次元離散データの再生光を撮像する撮像装置と、前記撮像された再生データの画像の輝度を計測し、計測結果に基づいて生成した波面制御信号を前記波面制御器に出力する計測制御装置とを備えるホログラム記録装置における遺伝的アルゴリズムを用いたホログラムの参照光の制御方法であって、
前記ホログラム記録装置は、ホログラム再生の前段階の処理として、
前記光学系によって、前記参照光を前記波面制御器に照射する第１ステップと、
前記波面制御器によって、前記入射した参照光の波面の状態を変化させて前記記録媒体に照射する第２ステップと、
前記撮像装置によって、前記波面の状態が変化した参照光が照射された前記記録媒体から再生された前記２次元離散データの再生光を撮像する第３ステップと、
前記計測制御装置によって、前記撮像された再生データの画像の輝度を計測し、計測結果に基づいて生成した波面制御信号を前記波面制御器に出力する第４ステップとからなる一連の処理を繰り返し行い、
前記第４ステップにおいて、前記計測制御装置は、
前記再生データの画像を、複数のブロックに分割し、前記ブロックの画像ごとに、前記ビットパターンにおける白および黒について、平均輝度、輝度の標準偏差および変動係数をそれぞれ算出し、当該白の変動係数の自乗と当該黒の変動係数の自乗との和の平方根に対する当該白および当該黒の平均輝度の差を含む第１のパラメータをそれぞれ算出するステップと、
前記ブロックの画像ごとに算出した第１のパラメータについての平均値、標準偏差および変動係数を算出し、前記第１のパラメータについての変動係数の逆数を含む第２のパラメータを、前記遺伝的アルゴリズムの適応度として前記再生データの画像ごとにそれぞれ算出するステップと、
前記遺伝的アルゴリズムにより前記一連の処理を行うときに対象とするすべての前記再生データの画像のうちで、前記算出した第２のパラメータを最適値にするステップと、
前記第２のパラメータが最適な値になったときに前記波面制御器に出力されていた波面制御信号を、前記記録媒体に形成された干渉縞の歪みを補償する波面制御信号として求めるステップとを含んで実行することを特徴とするホログラムの参照光の制御方法。
【請求項８】
前記遺伝的アルゴリズムの適応度を最適な値にするステップは、
前記光学系において前記物体光と前記参照光により前記２次元離散データが複数ページにわたって多重記録された記録媒体に対して再生データを得るために参照光を照射したときの波面制御器の反射面の状態を示す情報を、前記遺伝的アルゴリズムにおける個体の情報として用いて、個体群である集団の初期値の世代の初期状態に対して、前記記録媒体に再生対象ページの２次元離散データが記録されたときの波面制御器の反射面の状態に対応した個体と、前記記録時とは無関係にランダムに設定した波面制御器の反射面の状態に対応した個体とを含む初期集団を決定する初期集団決定ステップと、
前記初期集団を起点にして、前記個体ごとに算出した適応度が集団の中で高い個体群を残すように集団の世代を順次交代し、最終的に残した集団の中で適応度が最大の個体の遺伝子を当該再生対象ページにおける前記波面制御信号として求める世代交代ステップとを含み、
前記初期集団決定ステップは、
前記再生対象ページが２ページ目以降である場合に、当該再生対象ページよりも前のページにおいて前記世代交代ステップで適応度が最大の個体として求められた個体をさらに含めて当該再生対象ページの初期集団を決定することを特徴とする請求項６または請求項７に記載のホログラムの参照光の制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図７】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図７】
【図１１】
【公開番号】特開２０１０−４０１６１（Ｐ２０１０−４０１６１Ａ）
【公開日】平成２２年２月１８日（２０１０．２．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−３９８９８（Ｐ２００９−３９８９８）
【出願日】平成２１年２月２３日（２００９．２．２３）
【出願人】（０００００４３５２）日本放送協会 (2,206)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年２月１８日（２０１０．２．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月２３日（２００９．２．２３）
【出願人】（０００００４３５２）日本放送協会 (2,206)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]