光情報記録方法及び再生方法
【課題】２次元パターン情報を生成するに際し、データ変換効率を高めて記録容量や信頼性を向上させる光情報記録方法及び再生方法を提供すること。
【解決手段】一定量の情報の一部１１については第一のコード体系に基づく２次元パターン情報のシンボル単位を対応させ、一定量の情報の他の少なくとも一部１２については第二のコード体系に基づく２次元パターン情報のシンボル単位を対応させた変換表によって、記録する情報を一定量毎に変換して得られた２次元パターン情報のシンボル単位を含む情報光用空間変調パターンによって光を空間的に変調して情報光を生成し、対物レンズによって記録媒体に対して収束するように照射すると共に参照光を記録媒体に照射して記録媒体のホログラム記録層における情報光と参照光との干渉縞を記録する。
【解決手段】一定量の情報の一部１１については第一のコード体系に基づく２次元パターン情報のシンボル単位を対応させ、一定量の情報の他の少なくとも一部１２については第二のコード体系に基づく２次元パターン情報のシンボル単位を対応させた変換表によって、記録する情報を一定量毎に変換して得られた２次元パターン情報のシンボル単位を含む情報光用空間変調パターンによって光を空間的に変調して情報光を生成し、対物レンズによって記録媒体に対して収束するように照射すると共に参照光を記録媒体に照射して記録媒体のホログラム記録層における情報光と参照光との干渉縞を記録する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ホログラフィを利用して光情報記録媒体に情報を記録する光情報記録方法、ホログラフィを利用して光情報記録媒体から情報を再生する光情報再生方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ホログラフィを利用して光情報記録媒体に情報を記録し、再生する光情報記録再生は行われていた。ホログラフィを利用して記録媒体に情報を記録するホログラフィック記録は、一般的に、イメージ情報を持った情報光と参照光とを記録媒体の内部で重ね合わせ、そのときにできる干渉縞を記録媒体に書き込むことによって行われる。記録された情報の再生時には、その記録媒体に参照光を照射することにより、干渉縞による回折によりイメージ情報を持った再生光が再生される。
【０００３】
近年では、超高密度光記録のために、ボリュームホログラフィ、特にデジタルボリュームホログラフィが実用域で開発され注目を集めている。ボリュームホログラフィとは、記録媒体の厚み方向も積極的に活用して、３次元的に干渉縞を書き込む方式であり、厚みを増すことで回折効率を高め、多重記録を用いて記録容量の増大を図ることができるという特徴がある。そして、デジタルボリュームホログラフィとは、ボリュームホログラフィと同様の記録媒体と記録方式を用いつつも、記録するイメージ情報は２値化したデジタルパターンに限定した、コンピュータ指向のホログラフィック記録方式である。このデジタルボリュームホログラフィでは、例えばアナログ的な絵のような画像情報も、一旦デジタル化して、更に２次元パターン情報（２次元ページデータとも呼ぶ）に変換し、これを情報光に担持させて参照光と干渉させホログラムとして記録する。再生時は、このデジタルパターン情報を読み出してデコードすることで、元の画像情報に戻して表示する。これにより、再生時にＳＮ比（信号対雑音比）が多少悪くても、微分検出を行ったり、２値化データをコード化しエラー訂正を行ったりすることで、極めて忠実に元の情報を再現することが可能になる。
【０００４】
従来から、記録する情報を変換して２次元デジタルパターン情報を形成するために、幾つかのコード体系が提案されていた。
【０００５】
例えば、図７（Ａ）に示すように、記録する情報のデジタル情報と２次元パターン情報の各画素とを一対一に対応させて、記録する情報のデジタル情報“０”を２次元パターン情報のオフ画素７１（図では網掛けを付している）として光を遮光し、デジタル情報“１”をオン画素７２として光を透過することで表現するコード体系があった。図７（Ａ）においては、一段目に示すように、８ビットのデジタル情報“００００００００”、“０１０１０１０１”、“１１１１１１１１”を変換した。
【０００６】
このコード体系は、記録する情報の情報量（ビット数）と２次元パターン情報の画素数が同じであり、コード化に伴うデータ変換効率（コードレート）は１００％となる。しかしながら、２次元パターン情報におけるオン画素の割合（ホワイトレートと呼ぶ）は、記録する情報に応じて０〜１００％まで変化する。すなわち、図７（Ａ）左に示すように、“００００００００” という８ビットの情報を表現した場合は、８個のオフ画素７１が連続して表示され、オン画素７２は表示されないのでホワイトレートは０％となる。同図中央に示すように、“０１０１０１０１” という８ビットの情報を表現した場合は、交互にオフ画素７１とオン画素７２が表示されるため、オン画素７２が４個表示されるのでホワイトレートは５０％となる。同図右に示すように、“１１１１１１１１”という８ビットの情報を表現する場合は、８個のオン画素７２が連続して表示されるため、ホワイトレートは１００％となる。このように、情報光の光量がデジタル情報“１”の総数によって変化するため、情報光と参照光との光量の比を一定にすることができず干渉縞の記録が不均一なものとなってしまう。特に、図７（Ａ）左の“００００００００” という８ビットの情報だけで構成された情報は、情報光の光量がゼロとなるため情報を記録できない。
【０００７】
更に、このコード体系は、単純に０と１をオフ画素７１とオン画素７２に一対一に対応させるため、コード化する際に付加される法則性がなく、再生信号のＳＮ比が低下した場合、情報を再現させるのが極めて困難となり、多重記録の多重度を増やすことができないので、かえって記録密度が減少してしまう。加えて、対物レンズによって情報光を収束させる場合は、２次元パターン情報のフーリエ変換された周波数成分によって干渉縞が形成されることになるが、同じデジタル情報が連続すると、オフ画素またはオン画素が連続するため、見かけ上２次元パターン情報の画素ピッチが大きくなる。例えば、図７（Ａ）左の“００００００００” という８ビットの情報を表現した場合は、中段に示すように８個のオフ画素７１が連続するため、周波数成分的には、下段に示すように８画素分の大きさの一つのオフ画素７３を表示したのと変わらなくなる。また、同図右の“１１１１１１１１”という８ビットの情報を表現する場合は、中段に示すように８個のオン画素７２が連続するため、下段に示すように、８画素分の大きさの一つのオン画素７４を表示したのと変わらなくなる。このため、空間周波数の分布が均一とならないので、記録媒体のホログラムも不均一となり、ＳＮ比の高い記録が難しかった。
【０００８】
このように、記録する情報のデジタル情報と２次元パターン情報の各画素とを一対一に対応させるコード体系を実用化することはほとんど不可能である。
【０００９】
これに対し、図７（Ｂ）に示すように、８ビットのデジタル情報を４×４画素の領域内において、常に３つの画素だけをオンとし、３つのオン画素の配置によって表現する２次元パターン情報のシンボル単位に変換するコード体系が提案されていた（非特許文献１）。４×４画素の領域における３つのオン画素７２の配置は16Ｃ3＝５６０通りであるから、２５６通りの８ビットの情報を表現することができる。以下、本明細書において、このコード体系を３／４×４コード体系と呼ぶ。
【００１０】
３／４×４コード体系によれば、８ビットの情報を４×４＝１６個の画素で表現するため、コードレートは５０％となる。しかしながら、２次元パターン情報のホワイトレートは、３／１６（１８．７５％）で一定とすることができる。更に、１６個の画素のうちオン画素７２は３個という法則性があるため、ＳＮ比が低下しても、１６個中光強度の強い順に３個選べば、オン画素７２を特定することが可能であり、より信頼性の高い情報の記録再生を行うことができる。
【００１１】
【特許文献１】特開平１１−３１１９３８号公報
【非特許文献１】堀米秀嘉、他４名「離陸間近のホログラフィック媒体２００６年に２００Ｇバイトを実現」、日経エレクトロニクス、２００５年１月１７日号、ｐ．１０５−１１４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
一般的に、情報ストレージの分野において、記録密度と転送レートは重要な要素である。デジタルボリュームホログラフィにおいて、記録密度および転送レートを更に向上させるためには、２次元パターン情報への変調方式やコード方法を改善することで、所謂コードレートを向上させ、データ変換効率を高めて記録容量を増加させることができる。
【００１３】
例えば、上述した３／４×４コード体系に対して、１６画素よりも少ない画素数で８ビットの情報を表現したり、１６画素で８ビット以上の情報を表現すれば、コードレートが向上するため記録容量を増加することができる。３／４×４コード体系の場合、４×４画素の領域における３つのオン画素７２の配置は16Ｃ3＝５６０通りであるから、５１２通りの９ビットの情報を表現できるが、オン画素７２が隣接すると、フーリエ変換した際の周波数成分が少なくなるため、５６０通りの配置の中から、オン画素７２が隣接しない配置を選択し、２５６通りの８ビットの情報を表現している。
【００１４】
図８は、シンボル単位の領域の大きさとオン画素の数を変化させた場合の組合わせの数を表としたものである。例えば、領域の大きさが１０でオン画素の数が３の時、１２０となっているのは、１０画素の領域中にオン画素を３個配置するときの組合わせが１２０通りであることを示している。
【００１５】
図８から、１６画素よりも少ない画素数で２５６通りの８ビットの情報を表現するためには、１１画素又は１２画素の領域中にオン画素を４個又は５個配置するか、１３画素乃至１５画素の領域中にオン画素を３個、４個又は５個配置するコード体系を使用すればよいことが分かる。
【００１６】
しかしながら、画素数を少なくし、オン画素の数を増やすと、オン画素の割合であるホワイトレートが増加する。図９は、シンボル単位の領域の大きさとオン画素の数毎のホワイトレートを表としたものである。例えば、領域の大きさが１０でオン画素の数が３の時、３０となっているのは、１０画素の領域中にオン画素を３個配置するときのホワイトレートが３０％であることを示している。
【００１７】
図９から、１６画素よりも少ない画素数で２５６通りの８ビットの情報を表現すると、３／４×４コード体系のホワイトレート（１８．７５％）に比べてホワイトレートが高くなることが分かる。例えば、１２画素中、４個のオン画素を配置するコード体系（以下、４／１２コード体系と呼ぶ）は、ホワイトレートが３３％となる。３／４×４コード体系の情報光と参照光とで記録した干渉縞に比べて、ホワイトレートの高い４／１２コード体系の情報光と参照光とで記録した干渉縞の方が記録再生品質が低下してしまった。記録再生品質が低下した原因は必ずしも明確になってはいないが、ホワイトレートの増加に伴いオフ画素の周囲に配置されるオン画素の割合が増え、そのオン画素からのノイズによって、本来オフである画素がオン画素と誤って認識されること等によりＳＮ比が低下してしまうためであると推定される。
【００１８】
また、再生された再生光は、複数の受光素子を平面的に配置した検出手段によって検出され、再生光が担持する２次元パターン情報を再生するが、その後、再生された２次元パターン情報のシンボル単位を認識して、デジタル情報に変換する必要がある。この変換処理としては、複雑な解析方法を駆使すれば正確性が向上するが、その分時間もかかるため、逐次再生される２次元パターン情報を変換するのに複雑な解析方法は不適法である。
【００１９】
このため、従来は、図１０に示すように、２次元パターン情報の各シンボル単位１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃについてオン画素を１、オフ画素を０として置き換えた対照用パターン１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃを再生した再生光の２次元パターン情報の検出結果１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃと相関を取って最も相関の良い対照用パターンに対応するシンボル単位を認識していた。図１０において、左欄には３／４×４コード体系の３つのシンボル単位１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ（図７（Ｂ）と同じシンボル単位）とその対照用パターン１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃを示し、上段には各シンボル単位を再生したときの検出結果１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃを示している。なお、図１０上段の検出結果１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃは、１シンボル単位に対応する１６個の受光素子を示しており、各受光素子中の数値は、受光した再生光の２次元パターン情報による光強度である。
【００２０】
検出結果１０３ａを再生した場合、各対照用パターン１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃの対応する画素の数値との積をとり、その和を計算すると、対照用パターン１０２ａの時が４６０であり、その他の対照用パターン１０２ｂ及び１０２ｃの９０及び８０と比べて最も相関が強い。このため、再生した検出結果１０３ａはシンボル単位１０１ａを示すものであると認識する。その後、シンボル単位１０１ａをデジタル情報とするのは変換表によって対応させればよい。同様に、検出結果１０３ｂを再生した場合、各対照用パターン１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃの対応する画素の数値との積をとると、対照用パターン１０２ｂの時が４６０であり、その他の対照用パターン１０２ａ及び１０２ｃの７０と比べて最も相関が強い。このため、再生した検出結果１０３ｂはシンボル単位１０１ｂを示すものであると認識する。検出結果１０３ｃを再生した場合、各対照用パターン１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃの対応する画素の数値との積をとると、対照用パターン１０２ｃの時が５００であり、その他の対照用パターン１０２ａ及び１０２ｂの４０及び５０と比べて、最も相関が強い。このため、再生した検出結果１０３ｃはシンボル単位１０１ｃを示すものであると認識する。なお、図１０において、各検出結果の相関値が最も大きいものに下線を付している。
【００２１】
このように、従来は、比較的単純なパターンマッチング方法によって、２次元パターン情報のシンボル単位を認識し、デジタル情報に変換していた。
【００２２】
本発明は、２次元パターン情報を生成するに際し、データ変換効率を高めて記録容量や信頼性を向上させる光情報記録方法及び再生方法を提供することを目的とする。
【００２３】
更に、本発明は、再生時において２次元パターン情報をより正確に認識させる再生方法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】
【００２４】
本発明の光情報記録方法は、一定量の情報の一部については第一のコード体系に基づく２次元パターン情報のシンボル単位を対応させ、前記一定量の情報の他の少なくとも一部については第二のコード体系に基づく２次元パターン情報のシンボル単位を対応させた変換表によって、記録する情報を前記一定量毎に変換して得られた２次元パターン情報のシンボル単位を含む情報光用空間変調パターンによって光を空間的に変調して情報光を生成し、参照光を生成し、前記情報光を対物レンズによって記録媒体に対して収束するように照射すると共に前記参照光を記録媒体に照射して前記記録媒体のホログラム記録層における情報光と参照光との干渉縞を記録することを特徴とする。
【００２５】
更に、上記光情報記録方法において、前記変換表は、前記一定量の情報の更に他の一部については第三のコード体系に基づく２次元パターン情報のシンボル単位を対応させていてもよい。
【００２６】
更に、上記光情報記録方法において、前記第一及び第二のコード体系は、ｍ個の画素の領域内におけるｎ個の一属性の画素の配置によって情報を表現するコード体系であって、前記第一及び第二のコード体系の領域内の画素の個数ｍが同じで、一属性の画素の個数ｎが異なるものであることが好ましい。そして、前記第一のコード体系は、ｍ個の画素の領域内において一属性の画素をｎ個配置させる組合わせの数mＣnが前記一定量よりも少なくてもよい。また、前記変換表において、前記領域内の画素の個数ｍに対する前記一属性の画素の個数ｎの割合の平均値が１０〜５０％の範囲内であることが好ましい。
【００２７】
更に、上記光情報記録方法において、前記第一のコード体系における一属性の画素の個数ｎと前記第二のコード体系における一属性の画素の個数ｎとの差が２以上であることが好ましい。
【００２８】
更に、上記光情報記録方法において、前記第一のコード体系のシンボル単位と、前記第二のコード体系のシンボル単位は、ハミング距離が２以上であることが好ましい。
【００２９】
また、本発明の光情報再生方法は、記録する情報を一定量毎に変換して得られた２次元パターン情報のシンボル単位を含む情報光用空間変調パターンによって空間的に変調された情報光と記録用参照光との干渉縞を利用して情報を記録した記録媒体から情報を再生する方法であって、前記記録媒体に再生用の参照光を照射して前記情報光用空間変調パターンを担持した再生光を生成し、前記再生光の前記情報光用空間変調パターンを複数の光検出器によって検出し、前記光検出器の検出結果について、しきい値との差を演算し、前記２次元パターン情報の各シンボル単位について、画素の属性に応じて符号を付した対照用パターンを作成し、前記演算の結果と前記対照用パターンとの相関をとることにより、前記情報光用空間変調パターンに含まれる２次元パターン情報のシンボル単位を識別することを特徴とする。
【００３０】
更に、上記光情報再生方法において、前記しきい値は、前記情報光用空間変調パターンの一定範囲内における検出結果の平均値であってもよい。
【００３１】
更に、上記光情報再生方法において、前記２次元パターン情報のシンボル単位は、前記一定量の情報の一部については第一のコード体系に基づく２次元パターン情報のシンボル単位を対応させ、前記一定量の情報の他の少なくとも一部については第二のコード体系に基づく２次元パターン情報のシンボル単位を対応させた変換表によって、記録する情報を前記一定量毎に変換して得られるものであってもよい。
【００３２】
また、前記変換表は、前記一定量の情報の更に他の一部については第三のコード体系に基づく２次元パターン情報のシンボル単位を対応させていてもよい。
【００３３】
また、前記第一及び第二のコード体系は、ｍ個の画素の領域内におけるｎ個の一属性の画素の配置によって情報を表現するコード体系であって、前記第一及び第二のコード体系の領域内の画素の個数ｍが同じで、一属性の画素の個数ｎが異なるものであることが好ましい。ここで、前記第一のコード体系は、ｍ個の画素の領域内において一属性の画素をｎ個配置させる組合わせの数mＣnが前記一定情報量よりも少なくてもよい。
【００３４】
また、前記変換表において、前記領域内の画素の個数ｍに対する前記一属性の画素の個数ｎの割合の平均値が１０〜５０％の範囲内であることが好ましい。
【００３５】
また、前記第一のコード体系における一属性の画素の個数ｎと前記第二のコード体系における一属性の画素の個数ｎとの差が２以上であることが好ましい。
【００３６】
また、前記第一のコード体系のシンボル単位と、前記第二のコード体系のシンボル単位は、ハミング距離が２以上であることが好ましい。
【発明の効果】
【００３７】
本発明の光情報記録方法においては、一定量の情報を表現するのに、二以上のコード体系を使用するので、選択可能なコード体系を増やすことができ、より多彩な変換方法を採用することが可能となる。例えば、従来であれば、記録する情報の数よりも組合わせの数が多いコード体系を採用するしかなかったが、本発明によれば、記録する情報の数よりも組合わせの数が少ないコード体系であっても、別のコード体系と組み合わせて使用することで、変換表に採用することが可能となる。そして、従来に比べてシンボル単位の専有面積を小さくすることで記録容量を向上させたり、変換する情報の量を増やすことによって記録容量や信頼性を向上させることが可能となる。
【００３８】
また、本発明の光情報再生方法においては、光検出器の検出結果について、しきい値との差を演算し、２次元パターン情報の各シンボル単位について、画素の属性に応じて符号を付した対照用パターンを作成し、演算の結果と対照用パターンとの相関をとることにより、情報光用空間変調パターンに含まれる２次元パターン情報のシンボル単位を識別するので、より正確にシンボル単位を識別することができる。特に、複数のコード体系によって記録する情報がシンボル単位に変換されていても、検出結果からシンボル単位を識別することができる。
【００３９】
なお、その他の発明の効果については、発明の実施の形態において述べる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
以下、本発明の実施の形態を図１〜図６を用いて説明する。
【００４１】
図１は、本発明の記録方法又は再生方法において、記録する情報を一定量毎に二次元パターン情報のシンボル単位に変換するための変換表の概略を示す図である。変換表の左欄は、記録する情報の表記法における一定量の情報であり、図１においては、一定量の情報として８ビット（２8＝２５６個）の情報を１０進法の「０」〜「２５５」と２進法の「００００００００」〜「１１１１１１１１」で示しており、右欄は、左欄の情報に対応する二次元パターン情報のシンボル単位を示している。本発明においては、一定量の情報を表現するのに、二以上のコード体系を使用する。図１の変換表の第一の部分１１では、第一のコード体系に基づく２次元パターン情報のシンボル単位が対応し、第二の部分１２では第二のコード体系に基づく２次元パターン情報のシンボル単位が対応し、第三の部分１３では第三のでコード体系に基づく２次元パターン情報のシンボル単位が対応している。
【００４２】
２次元パターン情報のシンボル単位とは、記録する情報における一定量の情報を変換して得られるひとまとまりの二次元パターン情報の構成単位であり、多段階に属性を変化させた画素を２次元的に配置して表現される。例えば、各画素毎に、光の強度、位相、波長等の属性の一つ又は複数を多段階に変化させる。以下の説明においては、各画素毎に光の強度をオン（白色の画素１４）とオフ（黒色又は網掛けの画素１５）の２段階に変化させる方法で説明するが、この方法に限定されるものではない。属性として光の位相や波長を変化させてもよいし、２段階ではなく３段階以上に属性を変化させてもよい。
【００４３】
変換表において使用される複数のコード体系として、ｍ個の画素の領域内におけるｎ個の一属性の画素の配置によって情報を表現するコード体系であって、領域内の画素の個数ｍが同じで、一属性の画素の個数ｎが異なるコード体系を利用することができる。この場合、領域の画素の個数がｍ個で共通しているので、再生時の復号処理が容易となる。
【００４４】
図１において、第一の部分１１における第１のコード体系は、３×４＝１２画素の領域内における１つのオン画素１４の配置によって情報を表現するコード体系（以下、１／３×４コード体系と呼ぶ）であり、第二の部分１２における第二のコード体系は、３×４＝１２画素の領域内における３つのオン画素１４の配置によって情報を表現するコード体系（以下、３／３×４コード体系と呼ぶ）であり、第三の部分１３における第三のコード体系は、３×４＝１２画素の領域内における５つのオン画素１４の配置によって情報を表現するコード体系（以下、５／３×４コード体系と呼ぶ）である。つまり、図１では、領域内の画素の個数ｍ＝１２で一属性の画素の個数ｎ＝１、３、５の３つのコード体系を利用している。
【００４５】
１／３×４コード体系は、１２画素の領域内における１つのオン画素１４の配置によって情報を表現するものであるから、図８からその組合わせの数は１２通りであり、シンボル単位の最大数も１２個である。このため、図１においては、記録する情報「０」〜「１１」（８ビットの２進数で表わすと「００００００００」〜「００００１０１１」）の１２の情報にそれぞれ各シンボル単位を対応させている。
【００４６】
３／３×４コード体系は、１２画素の領域内における３つのオン画素１４の配置によって情報を表現するものであるから、図８からその組合わせの数は２２０通りであり、シンボル単位の最大数も２２０個である。このうちＳＮ比（信号対雑音比）の低い配置は使用しない方が好ましい。３つのオン画素１４が隣接する配置は、３画素分の大きさの画素を配置したのと空間周波数的には同じことになるので、空間周波数成分が少なくなる。このため、図１においては、３×４の画素の領域内において３つのオン画素１４が隣接する２８通りの配置を除いて２２０−２８＝１９２通りのシンボル単位を記録する情報「１２」〜「２０３」（８ビットの２進数で表わすと「００００１１００」〜「１１００１０１１」）の１９２の情報に対応させている。
【００４７】
５／３×４コード体系は、１２画素の領域内における５つのオン画素１４の配置によって情報を表現するものであるから、図８からその組合わせの数は７９２通りであるが、残りの情報量は２５６−２０４＝５２であるから、７９２通りの中から５２通りを選択して使用する。ここで、選択するシンボル単位としては、ＳＮ比の高い配置とすることが好ましい。例えば、変換表で使用するシンボル単位を選択する際に、変換表で使用される１／３×４コード体系と３／３×４コード体系のシンボル単位との間でハミング距離の平均を計算して、平均ハミング距離の小さいものから順次必要数となるまで選択してもよい。
【００４８】
このように、本発明の２次元パターン情報のシンボル単位の変換方法によれば、一定量の情報を表現するのに、二以上のコード体系を使用するので、選択可能なコード体系を増やすことができ、より多彩な変換方法を採用することが可能となる。例えば、従来であれば、記録する情報の数（図１では２５６個）よりも組合わせの数が多いコード体系を採用するしかなかったが、本発明によれば、記録する情報の数よりも組合わせの数が少ないコード体系であっても、別のコード体系と組み合わせて使用することで、変換表に採用することが可能となる。図１においても、第一のコード体系及び第二のコード体系は、何れも組合わせの数mＣnが記録する情報の数である２５６個よりも少ない。もちろん、記録する情報の数よりも組合わせの数が多いコード体系を複数使用することも可能である。この場合、複数のコード体系のシンボル単位の中から、ＳＮ比が良好なものを選択して使用することができるので、記録再生の信頼性を向上させることも可能である。
【００４９】
また、変換表において、領域内の画素の個数ｍに対する一属性の画素の個数ｎの割合の平均値が１０〜５０％の範囲内とすることが好ましい。これは、一属性の画素の個数ｎの割合が多くなると記録再生品質の低下を招いてしまうためである。一属性の画素の割合の平均値が１０〜５０％の範囲内であっても、一属性の画素の割合の高いシンボル単位を多く含む２次元パターン情報では一属性の画素の割合が上記範囲外となりえるが、平均値を範囲内とすることで全体として信頼性を向上させることができる。
【００５０】
図１においては、図９に示すように、１／３×４コード体系のホワイトレートは８．３３％、３／３×４コード体系のホワイトレートは２５％、５／３×４コード体系のホワイトレートは４１．６７％であるから、それぞれの変換表におけるシンボル単位の構成比率を掛け合わせると、平均値は、（８．３３％×１２／２５６＋２５％×１９２／２５６＋４１．６７％×５２／２５６）＝２７．６％となる。
【００５１】
また、複数のコード体系のシンボル単位間のハミング距離が２以上であることが好ましい。これは別の見方をすると、第一のコード体系のシンボル単位と第二のコード体系のシンボル単位との間で、少なくとも２個以上の画素が異なっていることが好ましいということである。
【００５２】
図２は、シンボル単位間のハミング距離について説明するための図である。図２（Ａ）は、上段に３×４＝１２画素の領域内における２つのオン画素１４の配置によって情報を表現するコード体系（以下、２／３×４コード体系と呼ぶ）のシンボル単位２１を示し、中段に３×４＝１２画素の領域内における４つのオン画素１４の配置によって情報を表現するコード体系（以下、４／３×４コード体系と呼ぶ）のシンボル単位２２ａ、２２ｂを示し、下段にシンボル単位２１とシンボル単位２２ａ、２２ｂとの各画素の一致、不一致を○×で示している。図２（Ｂ）は、上段に２／３×４コード体系のシンボル単位２１を示し、下段にシンボル単位２１とシンボル単位２３ａ、２３ｂとの各画素の一致、不一致を○×で示している。
【００５３】
図２（Ａ）の下段に示すように、２／３×４コード体系のシンボル単位２１と４／３×４コード体系のシンボル単位２２ａとの間において相違する画素（×）は、左上の画素２５ａ及び右下の画素２５ｂの２つだけであり、シンボル単位２１とシンボル単位２２ａとの間のハミング距離は２である。また、シンボル単位２１とシンボル単位２２ｂとの間では、合計６個の画素２５ｃ〜２５ｈが相違するため、ハミング距離が６になる。このように、２／３×４コード体系と４／３×４コード体系との間のハミング距離は、対比するシンボル単位に応じて異なるが、オン画素の数が２／３×４コード体系では２個だけであり、４／３×４コード体系では４個であるから、最低でも２個の画素は相違することになる。このため、両コード体系のシンボル単位間のハミング距離は２以上となる。
【００５４】
これに対して、図２（Ｂ）の下段に示すように、２／３×４コード体系のシンボル単位２１と３／３×４コード体系のシンボル単位２３ａとの間において相違する画素（×）は、左上の画素２６ａの１つだけであり、シンボル単位２１とシンボル単位２３ａとの間のハミング距離は１である。また、シンボル単位２１とシンボル単位２３ｂとの間では、合計５個の画素２６ｂ〜２６ｆが異なっているため、ハミング距離が５である。このように、２／３×４コード体系と３／３×４コード体系のシンボル単位間のハミング距離は１以上となる。
【００５５】
図２（Ｃ）は、図２（Ａ）に示すように、２／３×４コード体系のシンボル単位２１及び４／３×４コード体系のシンボル単位２２ａ、２２ｂを含む情報光用空間変調パターン２７によって生成された情報光を用いて記録された干渉縞を再生したときのエラー分布を示すものである。また、図２（Ｄ）は、図２（Ｂ）に示すように、２／３×４コード体系のシンボル単位２１及び３／３×４コード体系のシンボル単位２３ａ、２３ｂを含む情報光用空間変調パターン２８によって生成された情報光を用いて記録された干渉縞を再生したときのエラー分布を示すものである。なお、図２（Ｃ）及び（Ｄ）においては、再生された情報光用空間変調パターン２７、２８に含まれる２次元パターン情報は示しておらず、エラー２９の場所を黒塗りで示している。
【００５６】
図２（Ｃ）と図２（Ｄ）とを比較すると、図２（Ｃ）の方が明らかにエラー２９の数が少ないことから、ハミング距離が１のシンボル単位同士を含むコード体系の組合わせよりも、ハミング距離が２以上のコード体系を組み合わせることが好ましい。そして、ｍ個の画素の領域内におけるｎ個の一属性の画素の配置によって情報を表現するコード体系の場合は、各コード体系の一属性の画素の個数ｎの差が２以上であれば、２つのコード体系のシンボル単位間のハミング距離を全て２以上とすることができる。但し、各コード体系の一属性の画素の個数ｎの差が１の場合であっても、図２（Ｂ）の２／３×４コード体系のシンボル単位２１と３／３×４コード体系のシンボル単位２３ｂとの組み合わせのように、ハミング距離が２以上の場合もありえるので、個々のシンボル単位についてハミング距離を計算して選択してもよい。なお、ハミング距離が１のシンボル単位を有するコード体系の組み合わせを採用することもできるが、この場合は信頼性を別の手段で担保することが好ましい。
【００５７】
図１においては、第一のコード体系が１／３×４コード体系であり、第二のコード体系が３／３×４コード体系であり、第三のコード体系が５／３×４コード体系であるので、ｎは１、３、５である。したがって、第一のコード体系のシンボル単位と第二のコード体系のシンボル単位は、ハミング距離が｜１−３｜＝２以上である。また、第一のコード体系のシンボル単位と第三のコード体系のシンボル単位は、ハミング距離が｜１−５｜＝４以上であり、第二のコード体系のシンボル単位と第三のコード体系のシンボル単位は、ハミング距離が｜３−５｜＝２以上である。よって、全てのコード体系の組み合わせにおいて、ハミング距離が２以上となっている。
【００５８】
図１の変換表によれば、従来の３／４×４コード体系と同じ８ビット（２8＝２５６個）の情報を３×４＝１２画素の領域で表現できるため、情報光用空間変調パターンに多くの情報を含めることができ、従来に比べて単位ホログラム当たりの記録容量を増やすことができる。
【００５９】
なお、図１の変換表では、従来に比べてシンボル単位の専有面積を小さくすることで記録容量を向上させたが、変換する情報の量を増やすことによって記録容量や信頼性を向上させてもよい。例えば３／４×４コード体系と、４×４＝１６画素の領域内における５つのオン画素の配置によって情報を表現する配置を組み合わせると、５６０＋４３６８通りの情報を表示することが可能となる。これらの中でＳＮ比（信号対雑音比）の低い配置を除いても、９ビット（２9＝５１２個）以上の情報を表現することが可能である。また、この場合、８ビットの情報に１ビット分のＥＣＣ（Ｅｒｒｏｒ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ Ｃｏｄｅ）情報を加えた９ビットの情報を表現することも可能であり、ＥＣＣ情報によって記録再生の信頼性を向上させることもできる。
【００６０】
また、図１の変換表では、１２画素の領域として、３×４の画素の領域を利用したが、１×１２の画素の領域や２×６の画素の領域としてもよい。また、その他のコード体系の組み合わせとして、例えば、３×５＝１５画素の領域中の２又は４画素をオン画素とする組み合わせや、１６画素の領域中の２又は４画素をオン画素とする組み合わせ等も利用できる。
【００６１】
次に、図３を用いて、本発明の再生方法における２次元パターン情報のシンボル単位の認識方法を説明する。図３において、左欄には上から順に１／３×４コード体系のシンボル単位３１ａとその対照用パターン３２ａ、３／３×４コード体系のシンボル単位３１ｂとその対照用パターン３２ｂ及び５／３×４コード体系のシンボル単位３１ｃとその対照用パターン３２ｃを示し、上段には各シンボル単位を再生したときの光検出器による検出結果３４ａ、３４ｂ、３４ｃとしきい値（Ｔｈ）との演算結果３５ａ、３５ｂ、３５ｃを示している。なお、図３左欄において、シンボル単位３１ａ、ｂ、ｃのオン画素３３ａを白抜きでオフ画素３３ｂを網掛けで示し、図３上段の光検出器の検出結果３４ａ、３４ｂ、３４ｃは、１シンボル単位に対応する１２個の受光素子を示しており、各受光素子中の数値は、受光した再生光の２次元パターン情報による光強度である。
【００６２】
まず、本発明の光情報再生方法においては、光検出器の各検出結果３４ａ、３４ｂ、３４ｃについて、しきい値（Ｔｈ）との差を演算する。この演算によって、しきい値（Ｔｈ）を基準として検出結果が大きければ正に、小さければ負になり、その絶対値は、オン画素又はオフ画素として確実性の高いもの程大きくなる。すなわち、オン画素の可能性が高いものは、光強度が大きく、しきい値との差の絶対値も大きくなり、オフ画素の可能性が高いものは、光強度が小さく、しきい値との差の絶対値も大きくなる。
【００６３】
しきい値（Ｔｈ）としては、オン画素の検出結果とオフ画素の検出結果の中間の値となるような値とする。しきい値（Ｔｈ）は、予め定めた定数であってもよいし、一定範囲内における検出結果の平均値であってもよい。図３においては、各シンボル単位に対応する領域毎に、最大値と最小値の平均として中間値をしきい値（Ｔｈ）として用いている。
【００６４】
より複雑な平均の求め方としては、変換表に使用された複数のコード体系において、最低限存在するオン画素の数（図３では１個）だけ検出結果の大きい方から順に選んで、それらの平均をオン画素の光強度の平均値とし、最低限存在するオフ画素の数（図３では７個）だけ検出結果の小さい方から順に選んで、それらの平均をオフ画素の光強度の平均値とし、オン画素の強度の平均値とオフ画素の強度の平均値との平均をしきい値として用いてもよい。この方法によれば、図３の検出結果３４ａでは、オン画素の強度の平均値が一番大きい１５０であり、オフ画素の強度の平均値が（１０＋２０＋２０＋２０＋２０＋３０＋３０）／７＝１８．６であり、それらの平均である８４．３がしきい値（Ｔｈ）となる。同様に、検出結果３４ｂでは、オン画素の強度の平均値が１６０及びオフ画素の強度の平均値が２２．９であり、しきい値（Ｔｈ）は９１．４５となり、検出結果３４ｃでは、オン画素の強度の平均値が１７０及びオフ画素の強度の平均値が３５．７であり、しきい値（Ｔｈ）は１０２．８５となる。
【００６５】
また、各シンボル単位に対応する領域毎にしきい値を定めなくてもよく、例えば、２次元パターン情報全体を対象としてしきい値を定めてもよいし、後述する情報光用空間変調パターンのブロック毎にしきい値を定めてもよい。
【００６６】
次に、本発明においては、各シンボル単位３１ａ、３１ｂ、３１ｃの画素の属性に応じて符号を付した対照用パターン３２ａ、３２ｂ、３２ｃを作成する。図３においては、オン画素を１、オフ画素を−１に置き換えて対照用パターン３２ａ〜ｃを作成した。このように、対照用パターン３２ａ〜ｃに符号を付すことによって、対照用パターン３２ａ〜ｃの符号と、しきい値（Ｔｈ）との差を取ることで演算結果３５ａ〜ｃの各画素に付された符号との間における相関も影響するので、パターン認識の確実性が高くなる。つまり、対応しないシンボル単位の対照用パターンと検出結果の演算結果との相関を取ると、通常、対応しない画素は、対照用パターンと演算結果で符号が逆になるので、演算結果がマイナスされることになる。演算結果は確実性の高い画素ほど絶対値が大きいので、符号の一致、不一致による相関への影響が大きくなり、パターン認識の確実性が高くなる。
【００６７】
その後、再生光の検出結果３４ａ、３４ｂ、３４ｃのしきい値（Ｔｈ）との演算結果３５ａ、３５ｂ、３５ｃと対照用パターン３２ａ、３２ｂ、３２ｃとの相関をとる。図３においては、各演算結果３５ａ、３５ｂ、３５ｃについて、それぞれ対照用パターン３２ａ、３２ｂ、３２ｃの対応する画素毎に積を取り、その合計から相関値を求めた。演算結果３５ａの場合は、対照用パターン３２ａとの相関値が７００となり、他の対照用パターン３２ｂ及び３２ｃの５０４及び２２８と比べて最も相関が強いので、対照用パターン３２ａに対応するシンボル単位３１ａを再生したと認識する。演算結果３４ｂの場合は、対照用パターン３２ｂとの相関値が７４４となり、他の対照用パターン３２ａ及び３２ｃの４８０及び１８８と比べて最も相関が強いので、対照用パターン３２ｂに対応するシンボル単位３１ｂを再生したと認識する。演算結果３４ｃの場合は、対照用パターン３２ｃとの相関値が６９２となり、他の対照用パターン３２ａ及び３２ｂの３００及び２１６と比べて最も相関が強いので、対照用パターン３２ｃに対応するシンボル単位３１ｃを再生したと認識する。
【００６８】
図４は、比較例として、図３と同じ検出結果３４ａ、３４ｂ、３４ｃについて、従来の比較的単純なパターンマッチング方法で認識した場合を示す。図４においては、２次元パターン情報の各シンボル単位３１ａ、３１ｂ、３１ｃについてオン画素を１、オフ画素を０として置き換えた対照用パターン４２ａ、４２ｂ、４２ｃを作成し、再生光の２次元パターン情報の検出結果３４ａ、３４ｂ、３４ｃと相関を取った。検出結果３４ａの場合は、対照用パターン４２ａ、４２ｂ及び４２ｃとの相関値がそれぞれ１５０、２２０及び２５０となり、対照用パターン４２ｃが最も相関値が高くなり、実際にはシンボル単位３１ａを再生したのに異なるシンボル単位３１ｃとして認識してしまう。検出結果３４ｂ及び３４ｃについては、図４でも正しいシンボル単位３１ｂ及び３１ｃを認識できているが、記録再生の信頼性を著しく低下させてしまう。なお、図３及び図４において、各検出結果の相関値が最も大きいものに下線を付している。
【００６９】
図５は、ホログラフィを形成するための光情報記録再生装置の実施形態を示す概略構成図である。光情報記録再生装置５０は、記録再生用光源５１、コリメータレンズ５２、偏光ビームスプリッタ５３、空間光変調器（情報表現手段）５４、１対のリレーレンズ５５ａ、６５ｂ、ミラー５６、４分の１波長板５７、対物レンズ５８、光検出手段５９を備えている。また、図５において、情報が記録される記録媒体６１は、第１基板６４ａ、ホログラム記録層６２、反射層６３および第２基板６４ｂを備えている。
【００７０】
記録再生用光源５１は、情報を記録するための情報光および参照光を形成するための光および情報を再生するための参照光を形成するための光を射出する。光源５１としては、コヒーレントな直線偏光の光線束を発生する例えば半導体レーザを用いることができる。この記録再生用光源５１としては、高密度記録を行うために波長が短い方が有利であり、青色レーザやグリーンレーザを採用することが好ましい。また、光源５１として、固体レーザーを使用することもできる。
【００７１】
コリメータレンズ５２は記録再生用光源５１からの発散光線束をほぼ平行光線とするものである。
【００７２】
偏光ビームスプリッタ５３は、直線偏光（例えばＰ偏光）を反射または透過し、当該偏光に垂直な直線偏光（例えばＳ偏光）を透過または反射するような半反射面５３ａを有している。図５においては、偏光ビームスプリッタ５３は、記録再生用光源５１から射出された光線束を空間光変調器５４に向けて反射し、空間光変調器５４で偏光方向が９０度回転された情報光および参照光を透過する。
【００７３】
空間光変調器５４は、格子状に配列された多数の画素を有し、各画素毎に出射光の位相又は／および強度を変調することができる透過型又は反射型の空間光変調器を使用することができる。空間光変調器５４としては、ＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）やマトリクス型の液晶素子を使用することができる。ＤＭＤは、入射した光を画素ごとに反射方向を変えることで強度を空間的に変調したり、入射した光を画素ごとに反射位置を変えることで位相を空間的に変調することができる。液晶素子は、画素ごとに液晶の配向状態を制御することで、入射した光の強度や位相を空間的に変調することができる。例えば、各画素毎に出射光の位相を、互いにπラジアンだけ異なる２つの値のいずれかに設定することによって、光の位相を空間的に変調することができる。図５において空間光変調器５４は、入射光の偏光方向に対して、出射光の偏光方向を９０°回転させるようになっている。
【００７４】
そして、空間光変調器５４の表示面に表示された情報光用空間変調パターンによって、光源５１からの光を空間的に変調することにより、情報光を生成することができる。
【００７５】
情報光用空間変調パターンは、記録する情報を一定量毎に変換して得られた２次元パターン情報のシンボル単位を含むものであり、２次元パターン情報のシンボル単位は図１のように複数のコード体系を使用した変換表によって得られる。情報光用空間変調パターンとして、複数の２次元パターン情報のシンボル単位を配置しただけでもよいし、更に基準マークを含めて配置してもよい。
【００７６】
基準マークは、予め定められた形状の２次元パターンであり、空間変調パターン全体の位置、空間変調パターン全体の向き、空間変調パターンにおける２次元パターン情報の各シンボル単位の位置または各シンボル単位の向きの基準となる。基準マークとして、特定の形状、例えば、シンボル単位と同じ大きさの領域の画素を全てオン画素として矩形を表示することによって、２次元パターン情報のシンボル単位と区別することができる。
【００７７】
更に、複数の基準マークを空間変調パターン内に離散的に配置することにより、基準マーク同士の位置関係等から空間変調パターン全体の位置および向き、シンボル単位の位置および向きを特定することができる。例えば、一定量の２次元パターン情報のシンボル単位と基準マークとを一つのブロックとして構成し、複数のブロックを配列させて情報光用空間変調パターンを形成してもよい。
【００７８】
また、情報光用空間変調パターンとして記録する情報を符号化した２次元パターン情報についてのＥＣＣ（Ｅｒｒｏｒ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ Ｃｏｄｅ）情報を表示する画素を付加してもよい。例えば、２次元パターン情報を配置した後の空間変調パターンにおいて、各行および各列毎にオンの画素の数を合計し、偶数であればオンの画素を奇数であればオフの画素を付加して、パリティ・チェックを可能としたり、各行および各列毎に予め定められた多項式でデータを処理した結果を付加して、ＣＲＣ（Ｃｙｃｌｉｃ Ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ Ｃｈｅｃｋ）を可能とすることもできる。
【００７９】
空間光変調器５４の表示面において、情報光用空間変調パターンを表示した領域とは別の領域に参照光用空間変調パターンを表示して、空間的に変調された参照光を同時に生成してもよい。参照光を空間的に変調すると、同じ変調パターンの参照光でしか干渉縞を再生できなくなるので、参照光の空間変調パターンを情報の不正アクセスに対する鍵として利用することができる。なお、参照光は空間的に変調しなくてもよい。
【００８０】
図６は、空間光変調器５４の表示面における情報光の領域６５と参照光の領域６６の配置及び情報光用空間変調パターン６７の一実施態様を示す。なお、図６の空間光変調器５４の表示面においては、情報光用空間変調パターン６７の全体の概略を示しており、矢印で引き出された部分はその一部を拡大することを意味している。
【００８１】
図６において、情報光用空間変調パターンが表示される情報光の領域６５が空間光変調器５４の表示面の中心に配置され、参照光用空間変調パターンが表示される参照光の領域６６が情報光用の領域６５の周囲を囲うように円環状に配置されている。しかしながら、情報光の領域６５及び参照光の領域６６は、図６の配置及び形状に限定されるものではない。例えば、情報光用の領域を周囲に配置し、参照光用の領域を中心には位置してもよいし、参照光用の領域を中心と周囲に配置し、その間に情報光の領域を配置してもよい。
【００８２】
図６において、情報光用空間変調パターン６７は、複数の正方形状のブロック６８から構成されている。各ブロック６８は、中心に矩形の基準マーク６９ａを有し、その周囲に複数の２次元パターンのシンボル単位６９ｂ〜ｄが配置されている。図６では、基準マーク６９ａとして、シンボル単位２つ分の領域をオンの画素として、縦長の矩形状としている。そして、シンボル単位６９ｂは１／３×４コード体系であり、シンボル単位６９ｃは３／３×４コード体系であり、シンボル単位６９ｄは５／３×４コード体系である。
【００８３】
また、情報光と参照光を生成する空間光変調器を別々に設けることもできる。例えば、光源５１からの光をビームスプリッタ等により分割して、一方の光を第一の空間光変調器によって空間的に変調して情報光を生成し、他方の光を第二の空間光変調器によって空間的に変調して参照光を生成してもよい。この場合は、情報光用空間変調パターンと参照光用空間変調パターンを対物レンズ５８の入射瞳面において結像させる必要があるため、情報光を生成する空間光変調器と参照光を生成する空間光変調器を共役な関係とする。
【００８４】
一対のリレーレンズ５５ａ、５５ｂは、空間光変調器５４から対物レンズ５８までの間に配置されており、空間光変調器５４に表示された像を対物レンズ５８の入射瞳面に結像するように配置されている。すなわち、空間光変調器５４から第１のリレーレンズ５５ａまでの距離が第１のリレーレンズ５５ａの焦点距離ｆ１となり、第２のリレーレンズ５５ｂから対物レンズ５８の入射瞳面までの距離が第２のリレーレンズ５５ｂの焦点距離ｆ２となり、第１および第２のリレーレンズ５５ａ、５５ｂ間の距離が第１のリレーレンズ５５ａの焦点距離ｆ１と第２のリレーレンズ５５ｂの焦点距離ｆ２の和となるように配置されている。
【００８５】
また、図５において、一対のリレーレンズ５５ａ、５５ｂは、対物レンズ５８から光検出手段５９までの間に配置されており、再生用の参照光によって記録媒体６１のホログラム記録層６２から発生した再生光の対物レンズ５８の射出瞳面における像を再び結像するように配置されている。すなわち、対物レンズ５８の射出瞳面から第２のリレーレンズ５５ｂまでの距離が焦点距離ｆ２となり、第１のリレーレンズ５５ａから光検出手段５９までの距離が焦点距離ｆ１となり、第１および第２のリレーレンズ５５ａ、６５ｂ間の距離が焦点距離ｆ１と焦点距離ｆ２の和となるように配置されている。
【００８６】
なお、一対のリレーレンズ５５ａ、５５ｂの配置は、他の光学素子を適宜配置することで変化する。例えば、第１のリレーレンズ５５ａから光検出手段５９までの間に拡大レンズを配置すれば、第１のリレーレンズ５５ａと拡大レンズの入射瞳面までの距離が焦点距離ｆ１となるように配置される。
【００８７】
ミラー５６は、光の進行方向を対物レンズ５８に向けて反射するものであり、光学系の構成によっては不要である。
【００８８】
４分の１波長板５７は、互いに垂直な方向に振動する偏光の光路差を４分の１波長変化させる位相板である。４分の１波長板５７によってＰ偏光の光は円偏光に変化され、更に、この円偏光の光が４分の１波長板５７を通過するとＳ偏光に変化されることになる。この４分の１波長板５７によって、再生時における再生用の参照光と再生光を偏光ビームスプリッタ５３で分離することができる。
【００８９】
対物レンズ５８は、記録時においては、入射瞳面に結像した情報光を記録媒体６１対して収束するように照射し、ホログラム記録層６２において記録用参照光と干渉させて記録するものであり、また再生時においては、入射瞳面に結像した再生用参照光を記録媒体６１に照射し、記録媒体６１のホログラム記録層６２から発生した再生光を入射して射出瞳面に結像させるものである。対物レンズ５８によって、情報光用空間変調パターンのフーリエ変換された周波数成分が記録用参照光と干渉して干渉縞が形成される。図５においては、対物レンズ１５として、一枚のレンズで示しているが、複合レンズを使用してもよい。
【００９０】
光検出手段５９は、格子状に配列された多数の受光画素を有し、各受光画素毎に受光した光の強度を検出できるようになっている。光検出手段５９としては、ＣＣＤ型固体撮像素子やＭＯＳ型固体撮像素子を用いることができる。また、光検出手段５９として、ＭＯＳ型固体撮像素子と信号処理回路とが１チップ上に集積されたスマート光センサ（例えば、文献「Ｏ ｐｌｕｓ Ｅ，１９９６年９月，Ｎｏ．２０２，第９３〜９９ページ」参照。）を用いてもよい。このスマート光センサは、転送レートが大きく、高速な演算機能を有するので、このスマート光センサを用いることにより、高速な再生が可能となり、例えば、Ｇ（ギガ）ビット／秒オーダの転送レートで再生を行うことが可能となる。
【００９１】
記録媒体６１は、干渉縞が記録されるホログラム記録層６２を有しており、図５においては、更に、反射層６３、第１基板６４ａおよび第２基板６４ｂを備えている。記録媒体６１としては、ディスク状やカード状のものを使用することができ、記録媒体６１を回転させながら記録および再生してもいいし、記録および再生の時には固定されていてもよい。記録媒体６１として、ディスク状の記録媒体を使用し、回転させつつ記録再生を行う方式の場合は、ＣＤドライブやＤＶＤドライブにおいて使用されているディスク駆動機構を使用することができ、更には、ＣＤドライブやＤＶＤドライブとの互換性を持たせることも容易になるので好ましい。
【００９２】
また、記録媒体６１に、位置決め用の情報を予め記録しておき、照射位置の位置決めにフィードバック機構を採用すると、より正確な位置決めを行うことができるので好ましい。例えば、反射層６３の表面に位置決め用の情報としてピットを形成し、位置決め用の情報を予め記録してもよい。なお、位置決め情報を読み取る光として、記録又は再生用の光とは異なる波長の光を使用する場合は、ピットを形成した位置決め情報を読み取る光に対する反射層とは別に、記録又は再生用の光を反射する波長選択反射層を設けてもよい。例えば、反射層６３とホログラム記録層６２との間に、記録又は再生用の光を反射し、位置決め情報を読み取る光を透過する波長選択反射層を形成すれば、記録再生領域に重畳して位置決め情報を記録することができる。
【００９３】
光情報記録装置としての動作を説明すると、光源５１から射出した光は、コリメータレンズ５２によって平行光とされ、偏光ビームスプリッタ５３によって空間光変調器５４に向けて反射される。そして、空間光変調器５４に表現された情報光用空間変調パターンおよび参照光用空間変調パターンによって情報光および記録用の参照光が生成される。情報光および記録用の参照光は、偏光ビームスプリッタ５３を通過して、一対のリレーレンズ５５ａ、５５ｂによって、対物レンズ５８の入射瞳面に空間光変調器５４で表現された空間変調パターンが結像するように伝搬される。その途中、ミラー５６によって対物レンズ５８に向けて反射され、４分の１波長板５７を通過する。そして、対物レンズ５８によって記録媒体６１に照射され、記録媒体６１のホログラム記録層６２に情報光および記録用の参照光の干渉縞が記録される。
【００９４】
更に、光情報再生装置としての動作を説明すると、光源５１から射出した光は、コリメータレンズ５２によって平行光とされ、偏光ビームスプリッタ５３によって空間光変調器５４に向けて反射される。そして、空間光変調器５４に表現された参照光用空間変調パターンによって再生用の参照光が生成される。なお、再生時における再生用の参照光の参照光用空間変調パターンは、記録媒体に記録された情報が記録される際に照射された記録用の参照光の参照光用空間変調パターンである。再生用の参照光は、偏光ビームスプリッタ５３を通過して、一対のリレーレンズ５５ａ、５５ｂによって、対物レンズ５８の入射瞳面に空間光変調器５４で表現された参照光用空間変調パターンが結像するように伝搬される。その途中、ミラー５６によって対物レンズ５８に向けて反射され、４分の１波長板５７を通過する。そして、対物レンズ５８によって記録媒体６１に照射され、記録媒体６１のホログラム記録層６２に記録された干渉縞によって回折され、記録時における情報光と同じ情報を有する再生光を発生する。
【００９５】
再生光は、記録媒体６１の反射層６３によって記録媒体６１から対物レンズ５８に向かって射出し、対物レンズ５８によってその射出瞳面に情報光用空間変調パターンを結像し、かかる像を光検出手段５９に再び結像されるように一対のリレーレンズ５５ａ、５５ｂによって伝搬される。その間に、再生光は、４分の１波長板５７を通過し、ミラー５６によって偏光ビームスプリッタ５３に向けて反射される。その後、再生光は、照射時の再生用の参照光と比べて４分の１波長板５７を２回通過しているので偏光方向が９０°ずれているため、偏光ビームスプリッタ５３によって、光検出手段５９に向けて反射される。最後に光検出手段５９によって再生光の空間変調パターンが検出され、検出された情報は、制御手段（図示せず）に送られ、制御手段において図３において説明したように２次元パターン情報のシンボル単位が識別されて、更にデコードされて情報を再生する。
【００９６】
なお、本発明は、前述した実施の形態に限定されるものではなく、必要に応じて種々の変更が可能である。例えば、図５の装置においては、記録媒体６１に照射される際に、情報光の光軸と記録用再生光の光軸とが同一となり、再生用参照光の光軸と再生光の光軸とが同一となるように光学系が配置されているが、情報光の光軸と参照光の光軸とが一定の角度で交差するように情報光と参照光を記録媒体に照射して、二光束干渉型のホログラフィを形成してもよい。また、図５においては、情報光と同時に記録用参照光も対物レンズによって記録媒体に対し収束するように照射されているが、記録用参照光は対物レンズを通過させず、平行光のまま記録媒体に照射してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】本発明の記録する情報を二次元パターン情報のシンボル単位に変換するための変換表の概略を示す図
【図２】（Ａ）乃至（Ｄ）はシンボル単位間のハミング距離について説明するための図
【図３】本発明の再生した２次元パターン情報のシンボル単位を認識する方法を説明する図
【図４】本発明の識別方法と比較するための従来の認識方法によって識別した場合を示す図
【図５】光情報記録再生装置の実施形態を示す概略構成図
【図６】空間光変調器の表示面における情報光の領域と参照光の領域の配置及び情報光用空間変調パターンの一実施態様を示す図
【図７】（Ａ）及び（Ｂ）は、幾つかのコード体系のシンボル単位を示す図
【図８】シンボル単位の領域の大きさとオン画素の数を変化させた場合の組合わせの数を示す図
【図９】シンボル単位の領域の大きさとオン画素の数毎のホワイトレートを示す図
【図１０】従来の再生した２次元パターン情報のシンボル単位を認識する方法を説明する図
【符号の説明】
【００９８】
１１ 記録する情報の第一の部分
１２ 記録する情報の第二の部分
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ホログラフィを利用して光情報記録媒体に情報を記録する光情報記録方法、ホログラフィを利用して光情報記録媒体から情報を再生する光情報再生方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ホログラフィを利用して光情報記録媒体に情報を記録し、再生する光情報記録再生は行われていた。ホログラフィを利用して記録媒体に情報を記録するホログラフィック記録は、一般的に、イメージ情報を持った情報光と参照光とを記録媒体の内部で重ね合わせ、そのときにできる干渉縞を記録媒体に書き込むことによって行われる。記録された情報の再生時には、その記録媒体に参照光を照射することにより、干渉縞による回折によりイメージ情報を持った再生光が再生される。
【０００３】
近年では、超高密度光記録のために、ボリュームホログラフィ、特にデジタルボリュームホログラフィが実用域で開発され注目を集めている。ボリュームホログラフィとは、記録媒体の厚み方向も積極的に活用して、３次元的に干渉縞を書き込む方式であり、厚みを増すことで回折効率を高め、多重記録を用いて記録容量の増大を図ることができるという特徴がある。そして、デジタルボリュームホログラフィとは、ボリュームホログラフィと同様の記録媒体と記録方式を用いつつも、記録するイメージ情報は２値化したデジタルパターンに限定した、コンピュータ指向のホログラフィック記録方式である。このデジタルボリュームホログラフィでは、例えばアナログ的な絵のような画像情報も、一旦デジタル化して、更に２次元パターン情報（２次元ページデータとも呼ぶ）に変換し、これを情報光に担持させて参照光と干渉させホログラムとして記録する。再生時は、このデジタルパターン情報を読み出してデコードすることで、元の画像情報に戻して表示する。これにより、再生時にＳＮ比（信号対雑音比）が多少悪くても、微分検出を行ったり、２値化データをコード化しエラー訂正を行ったりすることで、極めて忠実に元の情報を再現することが可能になる。
【０００４】
従来から、記録する情報を変換して２次元デジタルパターン情報を形成するために、幾つかのコード体系が提案されていた。
【０００５】
例えば、図７（Ａ）に示すように、記録する情報のデジタル情報と２次元パターン情報の各画素とを一対一に対応させて、記録する情報のデジタル情報“０”を２次元パターン情報のオフ画素７１（図では網掛けを付している）として光を遮光し、デジタル情報“１”をオン画素７２として光を透過することで表現するコード体系があった。図７（Ａ）においては、一段目に示すように、８ビットのデジタル情報“００００００００”、“０１０１０１０１”、“１１１１１１１１”を変換した。
【０００６】
このコード体系は、記録する情報の情報量（ビット数）と２次元パターン情報の画素数が同じであり、コード化に伴うデータ変換効率（コードレート）は１００％となる。しかしながら、２次元パターン情報におけるオン画素の割合（ホワイトレートと呼ぶ）は、記録する情報に応じて０〜１００％まで変化する。すなわち、図７（Ａ）左に示すように、“００００００００” という８ビットの情報を表現した場合は、８個のオフ画素７１が連続して表示され、オン画素７２は表示されないのでホワイトレートは０％となる。同図中央に示すように、“０１０１０１０１” という８ビットの情報を表現した場合は、交互にオフ画素７１とオン画素７２が表示されるため、オン画素７２が４個表示されるのでホワイトレートは５０％となる。同図右に示すように、“１１１１１１１１”という８ビットの情報を表現する場合は、８個のオン画素７２が連続して表示されるため、ホワイトレートは１００％となる。このように、情報光の光量がデジタル情報“１”の総数によって変化するため、情報光と参照光との光量の比を一定にすることができず干渉縞の記録が不均一なものとなってしまう。特に、図７（Ａ）左の“００００００００” という８ビットの情報だけで構成された情報は、情報光の光量がゼロとなるため情報を記録できない。
【０００７】
更に、このコード体系は、単純に０と１をオフ画素７１とオン画素７２に一対一に対応させるため、コード化する際に付加される法則性がなく、再生信号のＳＮ比が低下した場合、情報を再現させるのが極めて困難となり、多重記録の多重度を増やすことができないので、かえって記録密度が減少してしまう。加えて、対物レンズによって情報光を収束させる場合は、２次元パターン情報のフーリエ変換された周波数成分によって干渉縞が形成されることになるが、同じデジタル情報が連続すると、オフ画素またはオン画素が連続するため、見かけ上２次元パターン情報の画素ピッチが大きくなる。例えば、図７（Ａ）左の“００００００００” という８ビットの情報を表現した場合は、中段に示すように８個のオフ画素７１が連続するため、周波数成分的には、下段に示すように８画素分の大きさの一つのオフ画素７３を表示したのと変わらなくなる。また、同図右の“１１１１１１１１”という８ビットの情報を表現する場合は、中段に示すように８個のオン画素７２が連続するため、下段に示すように、８画素分の大きさの一つのオン画素７４を表示したのと変わらなくなる。このため、空間周波数の分布が均一とならないので、記録媒体のホログラムも不均一となり、ＳＮ比の高い記録が難しかった。
【０００８】
このように、記録する情報のデジタル情報と２次元パターン情報の各画素とを一対一に対応させるコード体系を実用化することはほとんど不可能である。
【０００９】
これに対し、図７（Ｂ）に示すように、８ビットのデジタル情報を４×４画素の領域内において、常に３つの画素だけをオンとし、３つのオン画素の配置によって表現する２次元パターン情報のシンボル単位に変換するコード体系が提案されていた（非特許文献１）。４×４画素の領域における３つのオン画素７２の配置は16Ｃ3＝５６０通りであるから、２５６通りの８ビットの情報を表現することができる。以下、本明細書において、このコード体系を３／４×４コード体系と呼ぶ。
【００１０】
３／４×４コード体系によれば、８ビットの情報を４×４＝１６個の画素で表現するため、コードレートは５０％となる。しかしながら、２次元パターン情報のホワイトレートは、３／１６（１８．７５％）で一定とすることができる。更に、１６個の画素のうちオン画素７２は３個という法則性があるため、ＳＮ比が低下しても、１６個中光強度の強い順に３個選べば、オン画素７２を特定することが可能であり、より信頼性の高い情報の記録再生を行うことができる。
【００１１】
【特許文献１】特開平１１−３１１９３８号公報
【非特許文献１】堀米秀嘉、他４名「離陸間近のホログラフィック媒体２００６年に２００Ｇバイトを実現」、日経エレクトロニクス、２００５年１月１７日号、ｐ．１０５−１１４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
一般的に、情報ストレージの分野において、記録密度と転送レートは重要な要素である。デジタルボリュームホログラフィにおいて、記録密度および転送レートを更に向上させるためには、２次元パターン情報への変調方式やコード方法を改善することで、所謂コードレートを向上させ、データ変換効率を高めて記録容量を増加させることができる。
【００１３】
例えば、上述した３／４×４コード体系に対して、１６画素よりも少ない画素数で８ビットの情報を表現したり、１６画素で８ビット以上の情報を表現すれば、コードレートが向上するため記録容量を増加することができる。３／４×４コード体系の場合、４×４画素の領域における３つのオン画素７２の配置は16Ｃ3＝５６０通りであるから、５１２通りの９ビットの情報を表現できるが、オン画素７２が隣接すると、フーリエ変換した際の周波数成分が少なくなるため、５６０通りの配置の中から、オン画素７２が隣接しない配置を選択し、２５６通りの８ビットの情報を表現している。
【００１４】
図８は、シンボル単位の領域の大きさとオン画素の数を変化させた場合の組合わせの数を表としたものである。例えば、領域の大きさが１０でオン画素の数が３の時、１２０となっているのは、１０画素の領域中にオン画素を３個配置するときの組合わせが１２０通りであることを示している。
【００１５】
図８から、１６画素よりも少ない画素数で２５６通りの８ビットの情報を表現するためには、１１画素又は１２画素の領域中にオン画素を４個又は５個配置するか、１３画素乃至１５画素の領域中にオン画素を３個、４個又は５個配置するコード体系を使用すればよいことが分かる。
【００１６】
しかしながら、画素数を少なくし、オン画素の数を増やすと、オン画素の割合であるホワイトレートが増加する。図９は、シンボル単位の領域の大きさとオン画素の数毎のホワイトレートを表としたものである。例えば、領域の大きさが１０でオン画素の数が３の時、３０となっているのは、１０画素の領域中にオン画素を３個配置するときのホワイトレートが３０％であることを示している。
【００１７】
図９から、１６画素よりも少ない画素数で２５６通りの８ビットの情報を表現すると、３／４×４コード体系のホワイトレート（１８．７５％）に比べてホワイトレートが高くなることが分かる。例えば、１２画素中、４個のオン画素を配置するコード体系（以下、４／１２コード体系と呼ぶ）は、ホワイトレートが３３％となる。３／４×４コード体系の情報光と参照光とで記録した干渉縞に比べて、ホワイトレートの高い４／１２コード体系の情報光と参照光とで記録した干渉縞の方が記録再生品質が低下してしまった。記録再生品質が低下した原因は必ずしも明確になってはいないが、ホワイトレートの増加に伴いオフ画素の周囲に配置されるオン画素の割合が増え、そのオン画素からのノイズによって、本来オフである画素がオン画素と誤って認識されること等によりＳＮ比が低下してしまうためであると推定される。
【００１８】
また、再生された再生光は、複数の受光素子を平面的に配置した検出手段によって検出され、再生光が担持する２次元パターン情報を再生するが、その後、再生された２次元パターン情報のシンボル単位を認識して、デジタル情報に変換する必要がある。この変換処理としては、複雑な解析方法を駆使すれば正確性が向上するが、その分時間もかかるため、逐次再生される２次元パターン情報を変換するのに複雑な解析方法は不適法である。
【００１９】
このため、従来は、図１０に示すように、２次元パターン情報の各シンボル単位１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃについてオン画素を１、オフ画素を０として置き換えた対照用パターン１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃを再生した再生光の２次元パターン情報の検出結果１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃと相関を取って最も相関の良い対照用パターンに対応するシンボル単位を認識していた。図１０において、左欄には３／４×４コード体系の３つのシンボル単位１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ（図７（Ｂ）と同じシンボル単位）とその対照用パターン１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃを示し、上段には各シンボル単位を再生したときの検出結果１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃを示している。なお、図１０上段の検出結果１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃは、１シンボル単位に対応する１６個の受光素子を示しており、各受光素子中の数値は、受光した再生光の２次元パターン情報による光強度である。
【００２０】
検出結果１０３ａを再生した場合、各対照用パターン１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃの対応する画素の数値との積をとり、その和を計算すると、対照用パターン１０２ａの時が４６０であり、その他の対照用パターン１０２ｂ及び１０２ｃの９０及び８０と比べて最も相関が強い。このため、再生した検出結果１０３ａはシンボル単位１０１ａを示すものであると認識する。その後、シンボル単位１０１ａをデジタル情報とするのは変換表によって対応させればよい。同様に、検出結果１０３ｂを再生した場合、各対照用パターン１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃの対応する画素の数値との積をとると、対照用パターン１０２ｂの時が４６０であり、その他の対照用パターン１０２ａ及び１０２ｃの７０と比べて最も相関が強い。このため、再生した検出結果１０３ｂはシンボル単位１０１ｂを示すものであると認識する。検出結果１０３ｃを再生した場合、各対照用パターン１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃの対応する画素の数値との積をとると、対照用パターン１０２ｃの時が５００であり、その他の対照用パターン１０２ａ及び１０２ｂの４０及び５０と比べて、最も相関が強い。このため、再生した検出結果１０３ｃはシンボル単位１０１ｃを示すものであると認識する。なお、図１０において、各検出結果の相関値が最も大きいものに下線を付している。
【００２１】
このように、従来は、比較的単純なパターンマッチング方法によって、２次元パターン情報のシンボル単位を認識し、デジタル情報に変換していた。
【００２２】
本発明は、２次元パターン情報を生成するに際し、データ変換効率を高めて記録容量や信頼性を向上させる光情報記録方法及び再生方法を提供することを目的とする。
【００２３】
更に、本発明は、再生時において２次元パターン情報をより正確に認識させる再生方法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】
【００２４】
本発明の光情報記録方法は、一定量の情報の一部については第一のコード体系に基づく２次元パターン情報のシンボル単位を対応させ、前記一定量の情報の他の少なくとも一部については第二のコード体系に基づく２次元パターン情報のシンボル単位を対応させた変換表によって、記録する情報を前記一定量毎に変換して得られた２次元パターン情報のシンボル単位を含む情報光用空間変調パターンによって光を空間的に変調して情報光を生成し、参照光を生成し、前記情報光を対物レンズによって記録媒体に対して収束するように照射すると共に前記参照光を記録媒体に照射して前記記録媒体のホログラム記録層における情報光と参照光との干渉縞を記録することを特徴とする。
【００２５】
更に、上記光情報記録方法において、前記変換表は、前記一定量の情報の更に他の一部については第三のコード体系に基づく２次元パターン情報のシンボル単位を対応させていてもよい。
【００２６】
更に、上記光情報記録方法において、前記第一及び第二のコード体系は、ｍ個の画素の領域内におけるｎ個の一属性の画素の配置によって情報を表現するコード体系であって、前記第一及び第二のコード体系の領域内の画素の個数ｍが同じで、一属性の画素の個数ｎが異なるものであることが好ましい。そして、前記第一のコード体系は、ｍ個の画素の領域内において一属性の画素をｎ個配置させる組合わせの数mＣnが前記一定量よりも少なくてもよい。また、前記変換表において、前記領域内の画素の個数ｍに対する前記一属性の画素の個数ｎの割合の平均値が１０〜５０％の範囲内であることが好ましい。
【００２７】
更に、上記光情報記録方法において、前記第一のコード体系における一属性の画素の個数ｎと前記第二のコード体系における一属性の画素の個数ｎとの差が２以上であることが好ましい。
【００２８】
更に、上記光情報記録方法において、前記第一のコード体系のシンボル単位と、前記第二のコード体系のシンボル単位は、ハミング距離が２以上であることが好ましい。
【００２９】
また、本発明の光情報再生方法は、記録する情報を一定量毎に変換して得られた２次元パターン情報のシンボル単位を含む情報光用空間変調パターンによって空間的に変調された情報光と記録用参照光との干渉縞を利用して情報を記録した記録媒体から情報を再生する方法であって、前記記録媒体に再生用の参照光を照射して前記情報光用空間変調パターンを担持した再生光を生成し、前記再生光の前記情報光用空間変調パターンを複数の光検出器によって検出し、前記光検出器の検出結果について、しきい値との差を演算し、前記２次元パターン情報の各シンボル単位について、画素の属性に応じて符号を付した対照用パターンを作成し、前記演算の結果と前記対照用パターンとの相関をとることにより、前記情報光用空間変調パターンに含まれる２次元パターン情報のシンボル単位を識別することを特徴とする。
【００３０】
更に、上記光情報再生方法において、前記しきい値は、前記情報光用空間変調パターンの一定範囲内における検出結果の平均値であってもよい。
【００３１】
更に、上記光情報再生方法において、前記２次元パターン情報のシンボル単位は、前記一定量の情報の一部については第一のコード体系に基づく２次元パターン情報のシンボル単位を対応させ、前記一定量の情報の他の少なくとも一部については第二のコード体系に基づく２次元パターン情報のシンボル単位を対応させた変換表によって、記録する情報を前記一定量毎に変換して得られるものであってもよい。
【００３２】
また、前記変換表は、前記一定量の情報の更に他の一部については第三のコード体系に基づく２次元パターン情報のシンボル単位を対応させていてもよい。
【００３３】
また、前記第一及び第二のコード体系は、ｍ個の画素の領域内におけるｎ個の一属性の画素の配置によって情報を表現するコード体系であって、前記第一及び第二のコード体系の領域内の画素の個数ｍが同じで、一属性の画素の個数ｎが異なるものであることが好ましい。ここで、前記第一のコード体系は、ｍ個の画素の領域内において一属性の画素をｎ個配置させる組合わせの数mＣnが前記一定情報量よりも少なくてもよい。
【００３４】
また、前記変換表において、前記領域内の画素の個数ｍに対する前記一属性の画素の個数ｎの割合の平均値が１０〜５０％の範囲内であることが好ましい。
【００３５】
また、前記第一のコード体系における一属性の画素の個数ｎと前記第二のコード体系における一属性の画素の個数ｎとの差が２以上であることが好ましい。
【００３６】
また、前記第一のコード体系のシンボル単位と、前記第二のコード体系のシンボル単位は、ハミング距離が２以上であることが好ましい。
【発明の効果】
【００３７】
本発明の光情報記録方法においては、一定量の情報を表現するのに、二以上のコード体系を使用するので、選択可能なコード体系を増やすことができ、より多彩な変換方法を採用することが可能となる。例えば、従来であれば、記録する情報の数よりも組合わせの数が多いコード体系を採用するしかなかったが、本発明によれば、記録する情報の数よりも組合わせの数が少ないコード体系であっても、別のコード体系と組み合わせて使用することで、変換表に採用することが可能となる。そして、従来に比べてシンボル単位の専有面積を小さくすることで記録容量を向上させたり、変換する情報の量を増やすことによって記録容量や信頼性を向上させることが可能となる。
【００３８】
また、本発明の光情報再生方法においては、光検出器の検出結果について、しきい値との差を演算し、２次元パターン情報の各シンボル単位について、画素の属性に応じて符号を付した対照用パターンを作成し、演算の結果と対照用パターンとの相関をとることにより、情報光用空間変調パターンに含まれる２次元パターン情報のシンボル単位を識別するので、より正確にシンボル単位を識別することができる。特に、複数のコード体系によって記録する情報がシンボル単位に変換されていても、検出結果からシンボル単位を識別することができる。
【００３９】
なお、その他の発明の効果については、発明の実施の形態において述べる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
以下、本発明の実施の形態を図１〜図６を用いて説明する。
【００４１】
図１は、本発明の記録方法又は再生方法において、記録する情報を一定量毎に二次元パターン情報のシンボル単位に変換するための変換表の概略を示す図である。変換表の左欄は、記録する情報の表記法における一定量の情報であり、図１においては、一定量の情報として８ビット（２8＝２５６個）の情報を１０進法の「０」〜「２５５」と２進法の「００００００００」〜「１１１１１１１１」で示しており、右欄は、左欄の情報に対応する二次元パターン情報のシンボル単位を示している。本発明においては、一定量の情報を表現するのに、二以上のコード体系を使用する。図１の変換表の第一の部分１１では、第一のコード体系に基づく２次元パターン情報のシンボル単位が対応し、第二の部分１２では第二のコード体系に基づく２次元パターン情報のシンボル単位が対応し、第三の部分１３では第三のでコード体系に基づく２次元パターン情報のシンボル単位が対応している。
【００４２】
２次元パターン情報のシンボル単位とは、記録する情報における一定量の情報を変換して得られるひとまとまりの二次元パターン情報の構成単位であり、多段階に属性を変化させた画素を２次元的に配置して表現される。例えば、各画素毎に、光の強度、位相、波長等の属性の一つ又は複数を多段階に変化させる。以下の説明においては、各画素毎に光の強度をオン（白色の画素１４）とオフ（黒色又は網掛けの画素１５）の２段階に変化させる方法で説明するが、この方法に限定されるものではない。属性として光の位相や波長を変化させてもよいし、２段階ではなく３段階以上に属性を変化させてもよい。
【００４３】
変換表において使用される複数のコード体系として、ｍ個の画素の領域内におけるｎ個の一属性の画素の配置によって情報を表現するコード体系であって、領域内の画素の個数ｍが同じで、一属性の画素の個数ｎが異なるコード体系を利用することができる。この場合、領域の画素の個数がｍ個で共通しているので、再生時の復号処理が容易となる。
【００４４】
図１において、第一の部分１１における第１のコード体系は、３×４＝１２画素の領域内における１つのオン画素１４の配置によって情報を表現するコード体系（以下、１／３×４コード体系と呼ぶ）であり、第二の部分１２における第二のコード体系は、３×４＝１２画素の領域内における３つのオン画素１４の配置によって情報を表現するコード体系（以下、３／３×４コード体系と呼ぶ）であり、第三の部分１３における第三のコード体系は、３×４＝１２画素の領域内における５つのオン画素１４の配置によって情報を表現するコード体系（以下、５／３×４コード体系と呼ぶ）である。つまり、図１では、領域内の画素の個数ｍ＝１２で一属性の画素の個数ｎ＝１、３、５の３つのコード体系を利用している。
【００４５】
１／３×４コード体系は、１２画素の領域内における１つのオン画素１４の配置によって情報を表現するものであるから、図８からその組合わせの数は１２通りであり、シンボル単位の最大数も１２個である。このため、図１においては、記録する情報「０」〜「１１」（８ビットの２進数で表わすと「００００００００」〜「００００１０１１」）の１２の情報にそれぞれ各シンボル単位を対応させている。
【００４６】
３／３×４コード体系は、１２画素の領域内における３つのオン画素１４の配置によって情報を表現するものであるから、図８からその組合わせの数は２２０通りであり、シンボル単位の最大数も２２０個である。このうちＳＮ比（信号対雑音比）の低い配置は使用しない方が好ましい。３つのオン画素１４が隣接する配置は、３画素分の大きさの画素を配置したのと空間周波数的には同じことになるので、空間周波数成分が少なくなる。このため、図１においては、３×４の画素の領域内において３つのオン画素１４が隣接する２８通りの配置を除いて２２０−２８＝１９２通りのシンボル単位を記録する情報「１２」〜「２０３」（８ビットの２進数で表わすと「００００１１００」〜「１１００１０１１」）の１９２の情報に対応させている。
【００４７】
５／３×４コード体系は、１２画素の領域内における５つのオン画素１４の配置によって情報を表現するものであるから、図８からその組合わせの数は７９２通りであるが、残りの情報量は２５６−２０４＝５２であるから、７９２通りの中から５２通りを選択して使用する。ここで、選択するシンボル単位としては、ＳＮ比の高い配置とすることが好ましい。例えば、変換表で使用するシンボル単位を選択する際に、変換表で使用される１／３×４コード体系と３／３×４コード体系のシンボル単位との間でハミング距離の平均を計算して、平均ハミング距離の小さいものから順次必要数となるまで選択してもよい。
【００４８】
このように、本発明の２次元パターン情報のシンボル単位の変換方法によれば、一定量の情報を表現するのに、二以上のコード体系を使用するので、選択可能なコード体系を増やすことができ、より多彩な変換方法を採用することが可能となる。例えば、従来であれば、記録する情報の数（図１では２５６個）よりも組合わせの数が多いコード体系を採用するしかなかったが、本発明によれば、記録する情報の数よりも組合わせの数が少ないコード体系であっても、別のコード体系と組み合わせて使用することで、変換表に採用することが可能となる。図１においても、第一のコード体系及び第二のコード体系は、何れも組合わせの数mＣnが記録する情報の数である２５６個よりも少ない。もちろん、記録する情報の数よりも組合わせの数が多いコード体系を複数使用することも可能である。この場合、複数のコード体系のシンボル単位の中から、ＳＮ比が良好なものを選択して使用することができるので、記録再生の信頼性を向上させることも可能である。
【００４９】
また、変換表において、領域内の画素の個数ｍに対する一属性の画素の個数ｎの割合の平均値が１０〜５０％の範囲内とすることが好ましい。これは、一属性の画素の個数ｎの割合が多くなると記録再生品質の低下を招いてしまうためである。一属性の画素の割合の平均値が１０〜５０％の範囲内であっても、一属性の画素の割合の高いシンボル単位を多く含む２次元パターン情報では一属性の画素の割合が上記範囲外となりえるが、平均値を範囲内とすることで全体として信頼性を向上させることができる。
【００５０】
図１においては、図９に示すように、１／３×４コード体系のホワイトレートは８．３３％、３／３×４コード体系のホワイトレートは２５％、５／３×４コード体系のホワイトレートは４１．６７％であるから、それぞれの変換表におけるシンボル単位の構成比率を掛け合わせると、平均値は、（８．３３％×１２／２５６＋２５％×１９２／２５６＋４１．６７％×５２／２５６）＝２７．６％となる。
【００５１】
また、複数のコード体系のシンボル単位間のハミング距離が２以上であることが好ましい。これは別の見方をすると、第一のコード体系のシンボル単位と第二のコード体系のシンボル単位との間で、少なくとも２個以上の画素が異なっていることが好ましいということである。
【００５２】
図２は、シンボル単位間のハミング距離について説明するための図である。図２（Ａ）は、上段に３×４＝１２画素の領域内における２つのオン画素１４の配置によって情報を表現するコード体系（以下、２／３×４コード体系と呼ぶ）のシンボル単位２１を示し、中段に３×４＝１２画素の領域内における４つのオン画素１４の配置によって情報を表現するコード体系（以下、４／３×４コード体系と呼ぶ）のシンボル単位２２ａ、２２ｂを示し、下段にシンボル単位２１とシンボル単位２２ａ、２２ｂとの各画素の一致、不一致を○×で示している。図２（Ｂ）は、上段に２／３×４コード体系のシンボル単位２１を示し、下段にシンボル単位２１とシンボル単位２３ａ、２３ｂとの各画素の一致、不一致を○×で示している。
【００５３】
図２（Ａ）の下段に示すように、２／３×４コード体系のシンボル単位２１と４／３×４コード体系のシンボル単位２２ａとの間において相違する画素（×）は、左上の画素２５ａ及び右下の画素２５ｂの２つだけであり、シンボル単位２１とシンボル単位２２ａとの間のハミング距離は２である。また、シンボル単位２１とシンボル単位２２ｂとの間では、合計６個の画素２５ｃ〜２５ｈが相違するため、ハミング距離が６になる。このように、２／３×４コード体系と４／３×４コード体系との間のハミング距離は、対比するシンボル単位に応じて異なるが、オン画素の数が２／３×４コード体系では２個だけであり、４／３×４コード体系では４個であるから、最低でも２個の画素は相違することになる。このため、両コード体系のシンボル単位間のハミング距離は２以上となる。
【００５４】
これに対して、図２（Ｂ）の下段に示すように、２／３×４コード体系のシンボル単位２１と３／３×４コード体系のシンボル単位２３ａとの間において相違する画素（×）は、左上の画素２６ａの１つだけであり、シンボル単位２１とシンボル単位２３ａとの間のハミング距離は１である。また、シンボル単位２１とシンボル単位２３ｂとの間では、合計５個の画素２６ｂ〜２６ｆが異なっているため、ハミング距離が５である。このように、２／３×４コード体系と３／３×４コード体系のシンボル単位間のハミング距離は１以上となる。
【００５５】
図２（Ｃ）は、図２（Ａ）に示すように、２／３×４コード体系のシンボル単位２１及び４／３×４コード体系のシンボル単位２２ａ、２２ｂを含む情報光用空間変調パターン２７によって生成された情報光を用いて記録された干渉縞を再生したときのエラー分布を示すものである。また、図２（Ｄ）は、図２（Ｂ）に示すように、２／３×４コード体系のシンボル単位２１及び３／３×４コード体系のシンボル単位２３ａ、２３ｂを含む情報光用空間変調パターン２８によって生成された情報光を用いて記録された干渉縞を再生したときのエラー分布を示すものである。なお、図２（Ｃ）及び（Ｄ）においては、再生された情報光用空間変調パターン２７、２８に含まれる２次元パターン情報は示しておらず、エラー２９の場所を黒塗りで示している。
【００５６】
図２（Ｃ）と図２（Ｄ）とを比較すると、図２（Ｃ）の方が明らかにエラー２９の数が少ないことから、ハミング距離が１のシンボル単位同士を含むコード体系の組合わせよりも、ハミング距離が２以上のコード体系を組み合わせることが好ましい。そして、ｍ個の画素の領域内におけるｎ個の一属性の画素の配置によって情報を表現するコード体系の場合は、各コード体系の一属性の画素の個数ｎの差が２以上であれば、２つのコード体系のシンボル単位間のハミング距離を全て２以上とすることができる。但し、各コード体系の一属性の画素の個数ｎの差が１の場合であっても、図２（Ｂ）の２／３×４コード体系のシンボル単位２１と３／３×４コード体系のシンボル単位２３ｂとの組み合わせのように、ハミング距離が２以上の場合もありえるので、個々のシンボル単位についてハミング距離を計算して選択してもよい。なお、ハミング距離が１のシンボル単位を有するコード体系の組み合わせを採用することもできるが、この場合は信頼性を別の手段で担保することが好ましい。
【００５７】
図１においては、第一のコード体系が１／３×４コード体系であり、第二のコード体系が３／３×４コード体系であり、第三のコード体系が５／３×４コード体系であるので、ｎは１、３、５である。したがって、第一のコード体系のシンボル単位と第二のコード体系のシンボル単位は、ハミング距離が｜１−３｜＝２以上である。また、第一のコード体系のシンボル単位と第三のコード体系のシンボル単位は、ハミング距離が｜１−５｜＝４以上であり、第二のコード体系のシンボル単位と第三のコード体系のシンボル単位は、ハミング距離が｜３−５｜＝２以上である。よって、全てのコード体系の組み合わせにおいて、ハミング距離が２以上となっている。
【００５８】
図１の変換表によれば、従来の３／４×４コード体系と同じ８ビット（２8＝２５６個）の情報を３×４＝１２画素の領域で表現できるため、情報光用空間変調パターンに多くの情報を含めることができ、従来に比べて単位ホログラム当たりの記録容量を増やすことができる。
【００５９】
なお、図１の変換表では、従来に比べてシンボル単位の専有面積を小さくすることで記録容量を向上させたが、変換する情報の量を増やすことによって記録容量や信頼性を向上させてもよい。例えば３／４×４コード体系と、４×４＝１６画素の領域内における５つのオン画素の配置によって情報を表現する配置を組み合わせると、５６０＋４３６８通りの情報を表示することが可能となる。これらの中でＳＮ比（信号対雑音比）の低い配置を除いても、９ビット（２9＝５１２個）以上の情報を表現することが可能である。また、この場合、８ビットの情報に１ビット分のＥＣＣ（Ｅｒｒｏｒ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ Ｃｏｄｅ）情報を加えた９ビットの情報を表現することも可能であり、ＥＣＣ情報によって記録再生の信頼性を向上させることもできる。
【００６０】
また、図１の変換表では、１２画素の領域として、３×４の画素の領域を利用したが、１×１２の画素の領域や２×６の画素の領域としてもよい。また、その他のコード体系の組み合わせとして、例えば、３×５＝１５画素の領域中の２又は４画素をオン画素とする組み合わせや、１６画素の領域中の２又は４画素をオン画素とする組み合わせ等も利用できる。
【００６１】
次に、図３を用いて、本発明の再生方法における２次元パターン情報のシンボル単位の認識方法を説明する。図３において、左欄には上から順に１／３×４コード体系のシンボル単位３１ａとその対照用パターン３２ａ、３／３×４コード体系のシンボル単位３１ｂとその対照用パターン３２ｂ及び５／３×４コード体系のシンボル単位３１ｃとその対照用パターン３２ｃを示し、上段には各シンボル単位を再生したときの光検出器による検出結果３４ａ、３４ｂ、３４ｃとしきい値（Ｔｈ）との演算結果３５ａ、３５ｂ、３５ｃを示している。なお、図３左欄において、シンボル単位３１ａ、ｂ、ｃのオン画素３３ａを白抜きでオフ画素３３ｂを網掛けで示し、図３上段の光検出器の検出結果３４ａ、３４ｂ、３４ｃは、１シンボル単位に対応する１２個の受光素子を示しており、各受光素子中の数値は、受光した再生光の２次元パターン情報による光強度である。
【００６２】
まず、本発明の光情報再生方法においては、光検出器の各検出結果３４ａ、３４ｂ、３４ｃについて、しきい値（Ｔｈ）との差を演算する。この演算によって、しきい値（Ｔｈ）を基準として検出結果が大きければ正に、小さければ負になり、その絶対値は、オン画素又はオフ画素として確実性の高いもの程大きくなる。すなわち、オン画素の可能性が高いものは、光強度が大きく、しきい値との差の絶対値も大きくなり、オフ画素の可能性が高いものは、光強度が小さく、しきい値との差の絶対値も大きくなる。
【００６３】
しきい値（Ｔｈ）としては、オン画素の検出結果とオフ画素の検出結果の中間の値となるような値とする。しきい値（Ｔｈ）は、予め定めた定数であってもよいし、一定範囲内における検出結果の平均値であってもよい。図３においては、各シンボル単位に対応する領域毎に、最大値と最小値の平均として中間値をしきい値（Ｔｈ）として用いている。
【００６４】
より複雑な平均の求め方としては、変換表に使用された複数のコード体系において、最低限存在するオン画素の数（図３では１個）だけ検出結果の大きい方から順に選んで、それらの平均をオン画素の光強度の平均値とし、最低限存在するオフ画素の数（図３では７個）だけ検出結果の小さい方から順に選んで、それらの平均をオフ画素の光強度の平均値とし、オン画素の強度の平均値とオフ画素の強度の平均値との平均をしきい値として用いてもよい。この方法によれば、図３の検出結果３４ａでは、オン画素の強度の平均値が一番大きい１５０であり、オフ画素の強度の平均値が（１０＋２０＋２０＋２０＋２０＋３０＋３０）／７＝１８．６であり、それらの平均である８４．３がしきい値（Ｔｈ）となる。同様に、検出結果３４ｂでは、オン画素の強度の平均値が１６０及びオフ画素の強度の平均値が２２．９であり、しきい値（Ｔｈ）は９１．４５となり、検出結果３４ｃでは、オン画素の強度の平均値が１７０及びオフ画素の強度の平均値が３５．７であり、しきい値（Ｔｈ）は１０２．８５となる。
【００６５】
また、各シンボル単位に対応する領域毎にしきい値を定めなくてもよく、例えば、２次元パターン情報全体を対象としてしきい値を定めてもよいし、後述する情報光用空間変調パターンのブロック毎にしきい値を定めてもよい。
【００６６】
次に、本発明においては、各シンボル単位３１ａ、３１ｂ、３１ｃの画素の属性に応じて符号を付した対照用パターン３２ａ、３２ｂ、３２ｃを作成する。図３においては、オン画素を１、オフ画素を−１に置き換えて対照用パターン３２ａ〜ｃを作成した。このように、対照用パターン３２ａ〜ｃに符号を付すことによって、対照用パターン３２ａ〜ｃの符号と、しきい値（Ｔｈ）との差を取ることで演算結果３５ａ〜ｃの各画素に付された符号との間における相関も影響するので、パターン認識の確実性が高くなる。つまり、対応しないシンボル単位の対照用パターンと検出結果の演算結果との相関を取ると、通常、対応しない画素は、対照用パターンと演算結果で符号が逆になるので、演算結果がマイナスされることになる。演算結果は確実性の高い画素ほど絶対値が大きいので、符号の一致、不一致による相関への影響が大きくなり、パターン認識の確実性が高くなる。
【００６７】
その後、再生光の検出結果３４ａ、３４ｂ、３４ｃのしきい値（Ｔｈ）との演算結果３５ａ、３５ｂ、３５ｃと対照用パターン３２ａ、３２ｂ、３２ｃとの相関をとる。図３においては、各演算結果３５ａ、３５ｂ、３５ｃについて、それぞれ対照用パターン３２ａ、３２ｂ、３２ｃの対応する画素毎に積を取り、その合計から相関値を求めた。演算結果３５ａの場合は、対照用パターン３２ａとの相関値が７００となり、他の対照用パターン３２ｂ及び３２ｃの５０４及び２２８と比べて最も相関が強いので、対照用パターン３２ａに対応するシンボル単位３１ａを再生したと認識する。演算結果３４ｂの場合は、対照用パターン３２ｂとの相関値が７４４となり、他の対照用パターン３２ａ及び３２ｃの４８０及び１８８と比べて最も相関が強いので、対照用パターン３２ｂに対応するシンボル単位３１ｂを再生したと認識する。演算結果３４ｃの場合は、対照用パターン３２ｃとの相関値が６９２となり、他の対照用パターン３２ａ及び３２ｂの３００及び２１６と比べて最も相関が強いので、対照用パターン３２ｃに対応するシンボル単位３１ｃを再生したと認識する。
【００６８】
図４は、比較例として、図３と同じ検出結果３４ａ、３４ｂ、３４ｃについて、従来の比較的単純なパターンマッチング方法で認識した場合を示す。図４においては、２次元パターン情報の各シンボル単位３１ａ、３１ｂ、３１ｃについてオン画素を１、オフ画素を０として置き換えた対照用パターン４２ａ、４２ｂ、４２ｃを作成し、再生光の２次元パターン情報の検出結果３４ａ、３４ｂ、３４ｃと相関を取った。検出結果３４ａの場合は、対照用パターン４２ａ、４２ｂ及び４２ｃとの相関値がそれぞれ１５０、２２０及び２５０となり、対照用パターン４２ｃが最も相関値が高くなり、実際にはシンボル単位３１ａを再生したのに異なるシンボル単位３１ｃとして認識してしまう。検出結果３４ｂ及び３４ｃについては、図４でも正しいシンボル単位３１ｂ及び３１ｃを認識できているが、記録再生の信頼性を著しく低下させてしまう。なお、図３及び図４において、各検出結果の相関値が最も大きいものに下線を付している。
【００６９】
図５は、ホログラフィを形成するための光情報記録再生装置の実施形態を示す概略構成図である。光情報記録再生装置５０は、記録再生用光源５１、コリメータレンズ５２、偏光ビームスプリッタ５３、空間光変調器（情報表現手段）５４、１対のリレーレンズ５５ａ、６５ｂ、ミラー５６、４分の１波長板５７、対物レンズ５８、光検出手段５９を備えている。また、図５において、情報が記録される記録媒体６１は、第１基板６４ａ、ホログラム記録層６２、反射層６３および第２基板６４ｂを備えている。
【００７０】
記録再生用光源５１は、情報を記録するための情報光および参照光を形成するための光および情報を再生するための参照光を形成するための光を射出する。光源５１としては、コヒーレントな直線偏光の光線束を発生する例えば半導体レーザを用いることができる。この記録再生用光源５１としては、高密度記録を行うために波長が短い方が有利であり、青色レーザやグリーンレーザを採用することが好ましい。また、光源５１として、固体レーザーを使用することもできる。
【００７１】
コリメータレンズ５２は記録再生用光源５１からの発散光線束をほぼ平行光線とするものである。
【００７２】
偏光ビームスプリッタ５３は、直線偏光（例えばＰ偏光）を反射または透過し、当該偏光に垂直な直線偏光（例えばＳ偏光）を透過または反射するような半反射面５３ａを有している。図５においては、偏光ビームスプリッタ５３は、記録再生用光源５１から射出された光線束を空間光変調器５４に向けて反射し、空間光変調器５４で偏光方向が９０度回転された情報光および参照光を透過する。
【００７３】
空間光変調器５４は、格子状に配列された多数の画素を有し、各画素毎に出射光の位相又は／および強度を変調することができる透過型又は反射型の空間光変調器を使用することができる。空間光変調器５４としては、ＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）やマトリクス型の液晶素子を使用することができる。ＤＭＤは、入射した光を画素ごとに反射方向を変えることで強度を空間的に変調したり、入射した光を画素ごとに反射位置を変えることで位相を空間的に変調することができる。液晶素子は、画素ごとに液晶の配向状態を制御することで、入射した光の強度や位相を空間的に変調することができる。例えば、各画素毎に出射光の位相を、互いにπラジアンだけ異なる２つの値のいずれかに設定することによって、光の位相を空間的に変調することができる。図５において空間光変調器５４は、入射光の偏光方向に対して、出射光の偏光方向を９０°回転させるようになっている。
【００７４】
そして、空間光変調器５４の表示面に表示された情報光用空間変調パターンによって、光源５１からの光を空間的に変調することにより、情報光を生成することができる。
【００７５】
情報光用空間変調パターンは、記録する情報を一定量毎に変換して得られた２次元パターン情報のシンボル単位を含むものであり、２次元パターン情報のシンボル単位は図１のように複数のコード体系を使用した変換表によって得られる。情報光用空間変調パターンとして、複数の２次元パターン情報のシンボル単位を配置しただけでもよいし、更に基準マークを含めて配置してもよい。
【００７６】
基準マークは、予め定められた形状の２次元パターンであり、空間変調パターン全体の位置、空間変調パターン全体の向き、空間変調パターンにおける２次元パターン情報の各シンボル単位の位置または各シンボル単位の向きの基準となる。基準マークとして、特定の形状、例えば、シンボル単位と同じ大きさの領域の画素を全てオン画素として矩形を表示することによって、２次元パターン情報のシンボル単位と区別することができる。
【００７７】
更に、複数の基準マークを空間変調パターン内に離散的に配置することにより、基準マーク同士の位置関係等から空間変調パターン全体の位置および向き、シンボル単位の位置および向きを特定することができる。例えば、一定量の２次元パターン情報のシンボル単位と基準マークとを一つのブロックとして構成し、複数のブロックを配列させて情報光用空間変調パターンを形成してもよい。
【００７８】
また、情報光用空間変調パターンとして記録する情報を符号化した２次元パターン情報についてのＥＣＣ（Ｅｒｒｏｒ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ Ｃｏｄｅ）情報を表示する画素を付加してもよい。例えば、２次元パターン情報を配置した後の空間変調パターンにおいて、各行および各列毎にオンの画素の数を合計し、偶数であればオンの画素を奇数であればオフの画素を付加して、パリティ・チェックを可能としたり、各行および各列毎に予め定められた多項式でデータを処理した結果を付加して、ＣＲＣ（Ｃｙｃｌｉｃ Ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ Ｃｈｅｃｋ）を可能とすることもできる。
【００７９】
空間光変調器５４の表示面において、情報光用空間変調パターンを表示した領域とは別の領域に参照光用空間変調パターンを表示して、空間的に変調された参照光を同時に生成してもよい。参照光を空間的に変調すると、同じ変調パターンの参照光でしか干渉縞を再生できなくなるので、参照光の空間変調パターンを情報の不正アクセスに対する鍵として利用することができる。なお、参照光は空間的に変調しなくてもよい。
【００８０】
図６は、空間光変調器５４の表示面における情報光の領域６５と参照光の領域６６の配置及び情報光用空間変調パターン６７の一実施態様を示す。なお、図６の空間光変調器５４の表示面においては、情報光用空間変調パターン６７の全体の概略を示しており、矢印で引き出された部分はその一部を拡大することを意味している。
【００８１】
図６において、情報光用空間変調パターンが表示される情報光の領域６５が空間光変調器５４の表示面の中心に配置され、参照光用空間変調パターンが表示される参照光の領域６６が情報光用の領域６５の周囲を囲うように円環状に配置されている。しかしながら、情報光の領域６５及び参照光の領域６６は、図６の配置及び形状に限定されるものではない。例えば、情報光用の領域を周囲に配置し、参照光用の領域を中心には位置してもよいし、参照光用の領域を中心と周囲に配置し、その間に情報光の領域を配置してもよい。
【００８２】
図６において、情報光用空間変調パターン６７は、複数の正方形状のブロック６８から構成されている。各ブロック６８は、中心に矩形の基準マーク６９ａを有し、その周囲に複数の２次元パターンのシンボル単位６９ｂ〜ｄが配置されている。図６では、基準マーク６９ａとして、シンボル単位２つ分の領域をオンの画素として、縦長の矩形状としている。そして、シンボル単位６９ｂは１／３×４コード体系であり、シンボル単位６９ｃは３／３×４コード体系であり、シンボル単位６９ｄは５／３×４コード体系である。
【００８３】
また、情報光と参照光を生成する空間光変調器を別々に設けることもできる。例えば、光源５１からの光をビームスプリッタ等により分割して、一方の光を第一の空間光変調器によって空間的に変調して情報光を生成し、他方の光を第二の空間光変調器によって空間的に変調して参照光を生成してもよい。この場合は、情報光用空間変調パターンと参照光用空間変調パターンを対物レンズ５８の入射瞳面において結像させる必要があるため、情報光を生成する空間光変調器と参照光を生成する空間光変調器を共役な関係とする。
【００８４】
一対のリレーレンズ５５ａ、５５ｂは、空間光変調器５４から対物レンズ５８までの間に配置されており、空間光変調器５４に表示された像を対物レンズ５８の入射瞳面に結像するように配置されている。すなわち、空間光変調器５４から第１のリレーレンズ５５ａまでの距離が第１のリレーレンズ５５ａの焦点距離ｆ１となり、第２のリレーレンズ５５ｂから対物レンズ５８の入射瞳面までの距離が第２のリレーレンズ５５ｂの焦点距離ｆ２となり、第１および第２のリレーレンズ５５ａ、５５ｂ間の距離が第１のリレーレンズ５５ａの焦点距離ｆ１と第２のリレーレンズ５５ｂの焦点距離ｆ２の和となるように配置されている。
【００８５】
また、図５において、一対のリレーレンズ５５ａ、５５ｂは、対物レンズ５８から光検出手段５９までの間に配置されており、再生用の参照光によって記録媒体６１のホログラム記録層６２から発生した再生光の対物レンズ５８の射出瞳面における像を再び結像するように配置されている。すなわち、対物レンズ５８の射出瞳面から第２のリレーレンズ５５ｂまでの距離が焦点距離ｆ２となり、第１のリレーレンズ５５ａから光検出手段５９までの距離が焦点距離ｆ１となり、第１および第２のリレーレンズ５５ａ、６５ｂ間の距離が焦点距離ｆ１と焦点距離ｆ２の和となるように配置されている。
【００８６】
なお、一対のリレーレンズ５５ａ、５５ｂの配置は、他の光学素子を適宜配置することで変化する。例えば、第１のリレーレンズ５５ａから光検出手段５９までの間に拡大レンズを配置すれば、第１のリレーレンズ５５ａと拡大レンズの入射瞳面までの距離が焦点距離ｆ１となるように配置される。
【００８７】
ミラー５６は、光の進行方向を対物レンズ５８に向けて反射するものであり、光学系の構成によっては不要である。
【００８８】
４分の１波長板５７は、互いに垂直な方向に振動する偏光の光路差を４分の１波長変化させる位相板である。４分の１波長板５７によってＰ偏光の光は円偏光に変化され、更に、この円偏光の光が４分の１波長板５７を通過するとＳ偏光に変化されることになる。この４分の１波長板５７によって、再生時における再生用の参照光と再生光を偏光ビームスプリッタ５３で分離することができる。
【００８９】
対物レンズ５８は、記録時においては、入射瞳面に結像した情報光を記録媒体６１対して収束するように照射し、ホログラム記録層６２において記録用参照光と干渉させて記録するものであり、また再生時においては、入射瞳面に結像した再生用参照光を記録媒体６１に照射し、記録媒体６１のホログラム記録層６２から発生した再生光を入射して射出瞳面に結像させるものである。対物レンズ５８によって、情報光用空間変調パターンのフーリエ変換された周波数成分が記録用参照光と干渉して干渉縞が形成される。図５においては、対物レンズ１５として、一枚のレンズで示しているが、複合レンズを使用してもよい。
【００９０】
光検出手段５９は、格子状に配列された多数の受光画素を有し、各受光画素毎に受光した光の強度を検出できるようになっている。光検出手段５９としては、ＣＣＤ型固体撮像素子やＭＯＳ型固体撮像素子を用いることができる。また、光検出手段５９として、ＭＯＳ型固体撮像素子と信号処理回路とが１チップ上に集積されたスマート光センサ（例えば、文献「Ｏ ｐｌｕｓ Ｅ，１９９６年９月，Ｎｏ．２０２，第９３〜９９ページ」参照。）を用いてもよい。このスマート光センサは、転送レートが大きく、高速な演算機能を有するので、このスマート光センサを用いることにより、高速な再生が可能となり、例えば、Ｇ（ギガ）ビット／秒オーダの転送レートで再生を行うことが可能となる。
【００９１】
記録媒体６１は、干渉縞が記録されるホログラム記録層６２を有しており、図５においては、更に、反射層６３、第１基板６４ａおよび第２基板６４ｂを備えている。記録媒体６１としては、ディスク状やカード状のものを使用することができ、記録媒体６１を回転させながら記録および再生してもいいし、記録および再生の時には固定されていてもよい。記録媒体６１として、ディスク状の記録媒体を使用し、回転させつつ記録再生を行う方式の場合は、ＣＤドライブやＤＶＤドライブにおいて使用されているディスク駆動機構を使用することができ、更には、ＣＤドライブやＤＶＤドライブとの互換性を持たせることも容易になるので好ましい。
【００９２】
また、記録媒体６１に、位置決め用の情報を予め記録しておき、照射位置の位置決めにフィードバック機構を採用すると、より正確な位置決めを行うことができるので好ましい。例えば、反射層６３の表面に位置決め用の情報としてピットを形成し、位置決め用の情報を予め記録してもよい。なお、位置決め情報を読み取る光として、記録又は再生用の光とは異なる波長の光を使用する場合は、ピットを形成した位置決め情報を読み取る光に対する反射層とは別に、記録又は再生用の光を反射する波長選択反射層を設けてもよい。例えば、反射層６３とホログラム記録層６２との間に、記録又は再生用の光を反射し、位置決め情報を読み取る光を透過する波長選択反射層を形成すれば、記録再生領域に重畳して位置決め情報を記録することができる。
【００９３】
光情報記録装置としての動作を説明すると、光源５１から射出した光は、コリメータレンズ５２によって平行光とされ、偏光ビームスプリッタ５３によって空間光変調器５４に向けて反射される。そして、空間光変調器５４に表現された情報光用空間変調パターンおよび参照光用空間変調パターンによって情報光および記録用の参照光が生成される。情報光および記録用の参照光は、偏光ビームスプリッタ５３を通過して、一対のリレーレンズ５５ａ、５５ｂによって、対物レンズ５８の入射瞳面に空間光変調器５４で表現された空間変調パターンが結像するように伝搬される。その途中、ミラー５６によって対物レンズ５８に向けて反射され、４分の１波長板５７を通過する。そして、対物レンズ５８によって記録媒体６１に照射され、記録媒体６１のホログラム記録層６２に情報光および記録用の参照光の干渉縞が記録される。
【００９４】
更に、光情報再生装置としての動作を説明すると、光源５１から射出した光は、コリメータレンズ５２によって平行光とされ、偏光ビームスプリッタ５３によって空間光変調器５４に向けて反射される。そして、空間光変調器５４に表現された参照光用空間変調パターンによって再生用の参照光が生成される。なお、再生時における再生用の参照光の参照光用空間変調パターンは、記録媒体に記録された情報が記録される際に照射された記録用の参照光の参照光用空間変調パターンである。再生用の参照光は、偏光ビームスプリッタ５３を通過して、一対のリレーレンズ５５ａ、５５ｂによって、対物レンズ５８の入射瞳面に空間光変調器５４で表現された参照光用空間変調パターンが結像するように伝搬される。その途中、ミラー５６によって対物レンズ５８に向けて反射され、４分の１波長板５７を通過する。そして、対物レンズ５８によって記録媒体６１に照射され、記録媒体６１のホログラム記録層６２に記録された干渉縞によって回折され、記録時における情報光と同じ情報を有する再生光を発生する。
【００９５】
再生光は、記録媒体６１の反射層６３によって記録媒体６１から対物レンズ５８に向かって射出し、対物レンズ５８によってその射出瞳面に情報光用空間変調パターンを結像し、かかる像を光検出手段５９に再び結像されるように一対のリレーレンズ５５ａ、５５ｂによって伝搬される。その間に、再生光は、４分の１波長板５７を通過し、ミラー５６によって偏光ビームスプリッタ５３に向けて反射される。その後、再生光は、照射時の再生用の参照光と比べて４分の１波長板５７を２回通過しているので偏光方向が９０°ずれているため、偏光ビームスプリッタ５３によって、光検出手段５９に向けて反射される。最後に光検出手段５９によって再生光の空間変調パターンが検出され、検出された情報は、制御手段（図示せず）に送られ、制御手段において図３において説明したように２次元パターン情報のシンボル単位が識別されて、更にデコードされて情報を再生する。
【００９６】
なお、本発明は、前述した実施の形態に限定されるものではなく、必要に応じて種々の変更が可能である。例えば、図５の装置においては、記録媒体６１に照射される際に、情報光の光軸と記録用再生光の光軸とが同一となり、再生用参照光の光軸と再生光の光軸とが同一となるように光学系が配置されているが、情報光の光軸と参照光の光軸とが一定の角度で交差するように情報光と参照光を記録媒体に照射して、二光束干渉型のホログラフィを形成してもよい。また、図５においては、情報光と同時に記録用参照光も対物レンズによって記録媒体に対し収束するように照射されているが、記録用参照光は対物レンズを通過させず、平行光のまま記録媒体に照射してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】本発明の記録する情報を二次元パターン情報のシンボル単位に変換するための変換表の概略を示す図
【図２】（Ａ）乃至（Ｄ）はシンボル単位間のハミング距離について説明するための図
【図３】本発明の再生した２次元パターン情報のシンボル単位を認識する方法を説明する図
【図４】本発明の識別方法と比較するための従来の認識方法によって識別した場合を示す図
【図５】光情報記録再生装置の実施形態を示す概略構成図
【図６】空間光変調器の表示面における情報光の領域と参照光の領域の配置及び情報光用空間変調パターンの一実施態様を示す図
【図７】（Ａ）及び（Ｂ）は、幾つかのコード体系のシンボル単位を示す図
【図８】シンボル単位の領域の大きさとオン画素の数を変化させた場合の組合わせの数を示す図
【図９】シンボル単位の領域の大きさとオン画素の数毎のホワイトレートを示す図
【図１０】従来の再生した２次元パターン情報のシンボル単位を認識する方法を説明する図
【符号の説明】
【００９８】
１１ 記録する情報の第一の部分
１２ 記録する情報の第二の部分
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一定量の情報の一部については第一のコード体系に基づく２次元パターン情報のシンボル単位を対応させ、前記一定量の情報の他の少なくとも一部については第二のコード体系に基づく２次元パターン情報のシンボル単位を対応させた変換表によって、記録する情報を前記一定量毎に変換して得られた２次元パターン情報のシンボル単位を含む情報光用空間変調パターンによって光を空間的に変調して情報光を生成し、
参照光を生成し、
前記情報光を対物レンズによって記録媒体に対して収束するように照射すると共に前記参照光を記録媒体に照射して前記記録媒体のホログラム記録層における情報光と参照光との干渉縞を記録することを特徴とする光情報記録方法。
【請求項２】
前記変換表は、前記一定量の情報の更に他の一部については第三のコード体系に基づく２次元パターン情報のシンボル単位を対応させていることを特徴とする請求項１記載の光情報記録方法。
【請求項３】
前記第一及び第二のコード体系は、ｍ個の画素の領域内におけるｎ個の一属性の画素の配置によって情報を表現するコード体系であって、前記第一及び第二のコード体系の領域内の画素の個数ｍが同じで、一属性の画素の個数ｎが異なるものであることを特徴とする請求項１または２記載の光情報記録方法。
【請求項４】
前記第一のコード体系は、ｍ個の画素の領域内において一属性の画素をｎ個配置させる組合わせの数mＣnが前記一定量よりも少ないことを特徴とする請求項３記載の光情報記録方法。
【請求項５】
前記変換表において、前記領域内の画素の個数ｍに対する前記一属性の画素の個数ｎの割合の平均値が１０〜５０％の範囲内であることを特徴とする請求項３または４項記載の光情報記録方法。
【請求項６】
前記第一のコード体系における一属性の画素の個数ｎと前記第二のコード体系における一属性の画素の個数ｎとの差が２以上であることを特徴とする請求項３乃至５の何れか１項記載の光情報記録方法。
【請求項７】
前記第一のコード体系のシンボル単位と、前記第二のコード体系のシンボル単位は、ハミング距離が２以上であることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項記載の光情報記録方法。
【請求項８】
記録する情報を一定量毎に変換して得られた２次元パターン情報のシンボル単位を含む情報光用空間変調パターンによって空間的に変調された情報光と記録用参照光との干渉縞を利用して情報を記録した記録媒体から情報を再生する方法であって、
前記記録媒体に再生用の参照光を照射して前記情報光用空間変調パターンを担持した再生光を生成し、
前記再生光の前記情報光用空間変調パターンを複数の光検出器によって検出し、
前記光検出器の検出結果について、しきい値との差を演算し、前記２次元パターン情報の各シンボル単位について、画素の属性に応じて符号を付した対照用パターンを作成し、前記演算の結果と前記対照用パターンとの相関をとることにより、前記情報光用空間変調パターンに含まれる２次元パターン情報のシンボル単位を識別することを特徴とする光情報再生方法。
【請求項９】
前記しきい値は、前記情報光用空間変調パターンの一定範囲内における検出結果の平均値であることを特徴とする請求項８記載の光情報再生方法。
【請求項１０】
前記２次元パターン情報のシンボル単位は、前記一定量の情報の一部については第一のコード体系に基づく２次元パターン情報のシンボル単位を対応させ、前記一定量の情報の他の少なくとも一部については第二のコード体系に基づく２次元パターン情報のシンボル単位を対応させた変換表によって、記録する情報を前記一定量毎に変換して得られることを特徴とする請求項８又は９記載の光情報再生方法。
【請求項１１】
前記変換表は、前記一定量の情報の更に他の一部については第三のコード体系に基づく２次元パターン情報のシンボル単位を対応させていることを特徴とする請求項１０記載の光情報再生方法。
【請求項１２】
前記第一及び第二のコード体系は、ｍ個の画素の領域内におけるｎ個の一属性の画素の配置によって情報を表現するコード体系であって、前記第一及び第二のコード体系の領域内の画素の個数ｍが同じで、一属性の画素の個数ｎが異なるものであることを特徴とする請求項１０または１１記載の光情報再生方法。
【請求項１３】
前記第一のコード体系は、ｍ個の画素の領域内において一属性の画素をｎ個配置させる組合わせの数mＣnが前記一定情報量よりも少ないことを特徴とする請求項１２記載の光情報再生方法。
【請求項１４】
前記変換表において、前記領域内の画素の個数ｍに対する前記一属性の画素の個数ｎの割合の平均値が１０〜５０％の範囲内であることを特徴とする請求項１２または１３項記載の光情報再生方法。
【請求項１５】
前記第一のコード体系における一属性の画素の個数ｎと前記第二のコード体系における一属性の画素の個数ｎとの差が２以上であることを特徴とする請求項１２乃至１４の何れか１項記載の光情報再生方法。
【請求項１６】
前記第一のコード体系のシンボル単位と、前記第二のコード体系のシンボル単位は、ハミング距離が２以上であることを特徴とする請求項１０乃至１５の何れか１項記載の光情報再生方法。
【請求項１】
一定量の情報の一部については第一のコード体系に基づく２次元パターン情報のシンボル単位を対応させ、前記一定量の情報の他の少なくとも一部については第二のコード体系に基づく２次元パターン情報のシンボル単位を対応させた変換表によって、記録する情報を前記一定量毎に変換して得られた２次元パターン情報のシンボル単位を含む情報光用空間変調パターンによって光を空間的に変調して情報光を生成し、
参照光を生成し、
前記情報光を対物レンズによって記録媒体に対して収束するように照射すると共に前記参照光を記録媒体に照射して前記記録媒体のホログラム記録層における情報光と参照光との干渉縞を記録することを特徴とする光情報記録方法。
【請求項２】
前記変換表は、前記一定量の情報の更に他の一部については第三のコード体系に基づく２次元パターン情報のシンボル単位を対応させていることを特徴とする請求項１記載の光情報記録方法。
【請求項３】
前記第一及び第二のコード体系は、ｍ個の画素の領域内におけるｎ個の一属性の画素の配置によって情報を表現するコード体系であって、前記第一及び第二のコード体系の領域内の画素の個数ｍが同じで、一属性の画素の個数ｎが異なるものであることを特徴とする請求項１または２記載の光情報記録方法。
【請求項４】
前記第一のコード体系は、ｍ個の画素の領域内において一属性の画素をｎ個配置させる組合わせの数mＣnが前記一定量よりも少ないことを特徴とする請求項３記載の光情報記録方法。
【請求項５】
前記変換表において、前記領域内の画素の個数ｍに対する前記一属性の画素の個数ｎの割合の平均値が１０〜５０％の範囲内であることを特徴とする請求項３または４項記載の光情報記録方法。
【請求項６】
前記第一のコード体系における一属性の画素の個数ｎと前記第二のコード体系における一属性の画素の個数ｎとの差が２以上であることを特徴とする請求項３乃至５の何れか１項記載の光情報記録方法。
【請求項７】
前記第一のコード体系のシンボル単位と、前記第二のコード体系のシンボル単位は、ハミング距離が２以上であることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項記載の光情報記録方法。
【請求項８】
記録する情報を一定量毎に変換して得られた２次元パターン情報のシンボル単位を含む情報光用空間変調パターンによって空間的に変調された情報光と記録用参照光との干渉縞を利用して情報を記録した記録媒体から情報を再生する方法であって、
前記記録媒体に再生用の参照光を照射して前記情報光用空間変調パターンを担持した再生光を生成し、
前記再生光の前記情報光用空間変調パターンを複数の光検出器によって検出し、
前記光検出器の検出結果について、しきい値との差を演算し、前記２次元パターン情報の各シンボル単位について、画素の属性に応じて符号を付した対照用パターンを作成し、前記演算の結果と前記対照用パターンとの相関をとることにより、前記情報光用空間変調パターンに含まれる２次元パターン情報のシンボル単位を識別することを特徴とする光情報再生方法。
【請求項９】
前記しきい値は、前記情報光用空間変調パターンの一定範囲内における検出結果の平均値であることを特徴とする請求項８記載の光情報再生方法。
【請求項１０】
前記２次元パターン情報のシンボル単位は、前記一定量の情報の一部については第一のコード体系に基づく２次元パターン情報のシンボル単位を対応させ、前記一定量の情報の他の少なくとも一部については第二のコード体系に基づく２次元パターン情報のシンボル単位を対応させた変換表によって、記録する情報を前記一定量毎に変換して得られることを特徴とする請求項８又は９記載の光情報再生方法。
【請求項１１】
前記変換表は、前記一定量の情報の更に他の一部については第三のコード体系に基づく２次元パターン情報のシンボル単位を対応させていることを特徴とする請求項１０記載の光情報再生方法。
【請求項１２】
前記第一及び第二のコード体系は、ｍ個の画素の領域内におけるｎ個の一属性の画素の配置によって情報を表現するコード体系であって、前記第一及び第二のコード体系の領域内の画素の個数ｍが同じで、一属性の画素の個数ｎが異なるものであることを特徴とする請求項１０または１１記載の光情報再生方法。
【請求項１３】
前記第一のコード体系は、ｍ個の画素の領域内において一属性の画素をｎ個配置させる組合わせの数mＣnが前記一定情報量よりも少ないことを特徴とする請求項１２記載の光情報再生方法。
【請求項１４】
前記変換表において、前記領域内の画素の個数ｍに対する前記一属性の画素の個数ｎの割合の平均値が１０〜５０％の範囲内であることを特徴とする請求項１２または１３項記載の光情報再生方法。
【請求項１５】
前記第一のコード体系における一属性の画素の個数ｎと前記第二のコード体系における一属性の画素の個数ｎとの差が２以上であることを特徴とする請求項１２乃至１４の何れか１項記載の光情報再生方法。
【請求項１６】
前記第一のコード体系のシンボル単位と、前記第二のコード体系のシンボル単位は、ハミング距離が２以上であることを特徴とする請求項１０乃至１５の何れか１項記載の光情報再生方法。
【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２００７−１５６８０１（Ｐ２００７−１５６８０１Ａ）
【公開日】平成１９年６月２１日（２００７．６．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３５０７５４（Ｐ２００５−３５０７５４）
【出願日】平成１７年１２月５日（２００５．１２．５）
【出願人】（５００１１２１７９）株式会社オプトウエア (22)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年６月２１日（２００７．６．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１２月５日（２００５．１２．５）
【出願人】（５００１１２１７９）株式会社オプトウエア (22)
【Ｆターム（参考）】
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