JP2004528594A - 個別化したホログラムを生成する方法及び装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、個別化したデジタルコンピュータ生成ホログラムを生成する方法に関する。本発明の目的は、ホログラムに付属する記録装置の追跡を可能にすることである。このため、ホログラムは単一ドットのマトリクスとして記憶媒体に書き込まれ、ホログラフィックな情報を書き込むために幾何的な格子が決定され、個別化の特徴が所定の格子から変位した複数の個別のドットを書き込むことによりホログラム上に重ね合わされる。本発明は読み出し方法及び個別化したホログラムを備える記憶媒体にも関する。
【選択図】図２

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、個別の特徴としてのデジタルホログラムの利用、及び個別のホログラムを生成する方法及び装置（書込み装置）に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルホログラムは異なる光特性を有する個別の点（ポイント）で構成される２次元ホログラムであり、コヒーレントな電磁波、特に光波で照明した時に、透過及び／又は反射における回折によりそこから画像及び／又はデータが再生される。個別の点の異なる光特性は、例えば表面形状の結果として、記憶媒体の材料における光路長（回折指数）又はカラー値が変化する反射材料特性である。
【０００３】
個別の点の異なる光特性は、コンピュータにより演算され、それにはコンピュータ生成ホログラム（ＣＧＨ）として知られていることも含まれる。ホログラムの書込み中には、集束された書込みビームを使用して、ホログラムの個別の点が材料に書き込まれ、焦点は記憶媒体の表面の領域又は材料内に位置する。焦点の領域において、焦点合わせは記憶媒体の材料上の作用範囲を小さくする効果を有し、小さな範囲にホログラムの多数の点を書くことができる。このようにしてそれぞれ書き込まれた点の光特性は、書込みビームの強度に依存している。このため、書込みビームは異なる強度で記憶媒体の表面上を２次元に走査される。書込みビームの強度の変調は、この場合、例えばレーザダイオードのような光源の内部変調、又は例えば光電要素を利用して光源の外での書込みビームの外部変調により実行される。更に、光源はパルス長が制御可能なパルスレーザで形成することができ、書込みビームの強度の制御はパルス長により実行される。
【０００４】
強度変調された書込みビームの走査の結果、不規則な点配置を有する領域がデジタルホログラムに生成される。これは、所望の目標を確認して区別するのに使用できる。
【０００５】
走査型リソグラフィシステムは本当に普及している。例えば、走査光システムは、従来のレーザプリンタに組み込まれている。しかし、これらのシステムは、ホログラムの製造には使用できない。それは、この目的の応用における要求は、レーザプリンタにおけるそれと異なるからである。良好な印刷システムの場合には、解像度は約２５００ｄｐｉ程度であるが、ホログラムの製造においては、約２５０００ｄｐｉの解像度が要求される。更に、デジタルホログラフィでは、相対的に小さな領域だけに書き込まれる。他の大きさも可能であるが、例えば、それらは１から５mm²である。例えば１×１mm²の領域に１０００×１０００の点（ポイント）のデジタルホログラムの製造のためのリソグラフの場合の書込みパターンの精度は、直角な両方向において約±０．１μｍでなければならない。更に、ホログラムを約１秒以内に書くには、書込み速度は約１Ｍ画素／秒（ｓ）でなければならない。上記の大きさは例示であり、本発明のいかなる制限も構成するものではない。
【０００６】
デジタルホログラムは、入射ビームの角度が固定光学系により変化される従来の走査方法により製造できる。例えば、ガルバノミラー及び／又はポリゴンミラーを有する走査ミラーリソグラフがこの原理で動作する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記のホログラムの１つの問題は、偽造されることである。従って、書き込まれたホログラムから、ホログラムを書くリソグラフについて判定を導きだせることが長い間望まれていた。しかし、これまではこれについての満足のゆく解決法がなかった。
【０００８】
従って、本発明は、ホログラムから関係する書込み装置についての判定が導き出せる方法及び装置を明確にするという技術的な問題に基づいている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の技術的な問題は、本発明による請求項１に記載した方法により達成され、そこでは、書き込まれるデジタルコンピュータ生成ホログラムのあらかじめ決められたパターンから特別に変位した点を書き込み、その点から少なくとも１つの付加した特徴をホログラムの再生中に導出できる。
【００１０】
解決方法の原理は、露光動作を制御する装置の使用に基づいている。この装置は、あらかじめ決められたパターン内でのリソグラフにより書き込まれる個別の点の正確な位置決めを可能にする。しかし、この正確な制御は、パターンから特別異なって位置するデジタルコンピュータ生成ホログラムの点を書き込むために、あらかじめ決められたパターンから変位するのにも使用できる。
【００１１】
適した装置は、トリガマトリクスとして知られており、そこでは書込みビームの関数として移動される走査ビームが感光性検出器を走査する。走査ビームがトリガマトリクスの画素の１つに入射するとトリガ信号が発生され、それで書込みビームが制御されて、トリガマトリクス内で入射された画素に一致する記憶媒体内の位置にホログラムの点を書き込む。走査ビームは書込みビームとは別に生成されて書込みビームとして同一の偏向装置（走査ミラー）により偏向されるか、又は走査ビームは書込みビームの位置として分離されて動きにおいて書込みビームと自動的に相関される。
【００１２】
このようなトリガマトリクスの替わりに、他の形のビームガイドと時間的なトリガが使用可能であることを強調しておく。要するに、書込みビームが非常に高精度に位置決めできることが重要である。
【００１３】
露光する点を直角パターン内で正確に位置決めすること、例えば０．１μｍの精度で位置決めすることが可能である同様の方法であれば、あらかじめ決められた方法でこのパターンから変位させることも可能である。
【００１４】
この場合、パターンからの変位は異なる方法で行われ、異なる変位は異なる結果をもたらす。微視的にだけ許容できる、すなわち顕微鏡による個別の点を観察するだけでは許容できる変位がある。
【００１５】
一方、ホログラフィックな読み取りにより微視的にも検出できる変位もある。両方の可能性が、書き込まれたホログラムが真正であることを確立するのに、すなわち特に書込み装置についての結論が導き出せることを可能にするのに使用できる。
【００１６】
言い換えれば、解決方法の原理は、ホログラフィック的に微視的及び／又は巨視的に読む付加的な安全性の特徴として単純に理解されることも可能である。
【００１７】
上記の技術的な問題は、個別化されたデジタルコンピュータ生成ホログラムを読む方法によっても解決され、そこでは記憶媒体に書き込まれたホログラムが電磁放射のビームで照明され、このホログラムは基本的な情報と少なくとも１つの個別化の特徴とを有し、ホログラムにより生成された画像は、記録手段により記録されそして画像認識により評価され、ホログラムに含まれる少なくとも１つの個別化の特徴が照合される。
【００１８】
同様に、上記の技術的な問題は、デジタルコンピュータ生成ホログラムを有する記憶媒体により解決され、この記憶媒体は、記憶媒体の材料に書き込まれ、あらかじめ決められた幾何的なパターンに配列され、ホログラムを形成する個別の点を有する。更に、多数の個別の点が、あらかじめ決められたパターンとは異なるように記憶媒体の材料に書き込まれる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明について例示の実施例と付属の図面を参照して詳細に説明する。
【００２０】
図１は、キャリア６上に配置された記憶媒体４にデジタルホログラムを作るための本発明によるリソグラフ２を示す。書込みビーム１０を生成する光源８は、好ましくはレーザ又はレーザダイオードを有し、書込みビーム１０はレーザビームとして形成される。
【００２１】
リソグラフ２は、記憶媒体４に対する書込みビーム１０の２次元の移動のための駆動手段を有し、それはガルバノメータのように駆動される走査ミラー１２及び１４として形成され、互いに実質的に直角に配置されるｘとｙの２方向に書込みビームを偏向する。ｘ方向は例えば図１の平面内を走り、ｙ方向は図の平面に垂直な平面内を走る。従って、ミラー１２及び１４は、ｘ／ｙ走査ミラー配置を構成する。２つのうちの一方又は両方のガルバノメータのような走査ミラーの替わりに、回転するポリゴンミラーを使用することも可能である。
【００２２】
また、かならず必要ではないが、広げた書込みビーム１０を生成するために、走査ミラー１２と１４の後にビーム拡張器又はコリメータ１５をビーム経路に配置するようにしてもよい。
【００２３】
第１の対物レンズ１６は、書込みビーム１０を書込みが行われる記憶媒体４上に集束し、焦点１７では、書込みビーム１０の集束強度に応じて、記憶媒体４の光特性が変化されるか又は変化せずに維持される。
【００２４】
２次元トリガマトリクス１８が設けられており、ビームスプリッタ２０により書込みビーム１０と分離される走査ビーム２２が、第２の対物レンズ２４により焦点２５に集束される。
【００２５】
それぞれの場合における２個の対物レンズ１６と２４は、３個のレンズの集束レンズシステムを有する。しかし、対物レンズ１６と２４の正確な構成は重要でない。しかし、対物レンズ１６と２４は、ｘ／ｙ方向におけるその角度に対する偏向が互いに線形であるように作られることが望ましく、そうでなければ焦点１７と２５の移動の間の関連がなくなるからである。
【００２６】
図１のリソグラフ２の構造から、駆動手段、すなわち走査ミラー１２及び１４は書込みビーム１０だけでなく走査ビーム２２も駆動する。これは、ビームスプリッタ２０が書込みビーム１０のビーム経路内の走査ミラー１２及び１４の後に配置されているからである。これにより、走査ビーム２２は書込みビーム１０と同じように２次元に移動され、走査ビーム２２はトリガマトリクス１８の表面に対して移動される。これにより、走査ビーム２２の移動は書込みビーム１０の移動に関連付けられる。
【００２７】
更に、書込みビーム１０の強度を制御するためにトリガ信号を光源８にライン３０を介して送るために、制御手段２６がライン２８を介してトリガマトリクス１８に接続されている。この場合、制御手段２６は高速記憶チップ又はコンピュータとして形成できる。ライン３０を介して送られる信号により、書込みビーム１０は、トリガマトリクス１８上の走査ビーム２２の焦点２５の位置の関数として変調され、それは記憶媒体４上の書込みビーム１０の焦点１７の位置に関連している。
【００２８】
言い換えれば、書込みビーム１０は２つ以上の異なる強度値を有するホログラム点を書き込むように設定される。２値書き込みの場合には、強度は点が書かれるか書かれないかに応じて、２つの異なる値の間で交互に切り替えられる。同様に、グレイ値の階調を有するホログラム点を書くのも可能で実際に行える。しかし、トリガマトリクス１８上の焦点２５を識別するためには、走査ビーム２２が書込みビーム１０から分離されるから、書込みビーム１０の強度を低くするか又は最小にしてもゼロにならないようにすることが必要である。
【００２９】
更に、図１に示したリソグラフ２の構造の場合には、記憶媒体４上の書込みビーム１０とトリガマトリクス１８上の走査ビーム２２の移動の間の長さ関係の送り比率はあらかじめ決められている。これは、２個の対物レンズ１４と２６の異なる焦点距離により決められる。例えば、もし第１の対物レンズ１６の焦点距離が第２の対物レンズ２４の焦点距離より計数１０だけ短ければ、走査ビーム２２の焦点２５のトリガマトリクス１８上の移動は、記憶媒体４の表面上の焦点１７の移動より同じ計数の１０倍だけ大きい。図１においては空間的な理由で、約２の焦点距離比率だけが示されている。しかし、これは本発明のこの構成においては特定の比率は重要でないことを示している。
【００３０】
上記に例として説明したリソグラフではなく、あらかじめ決定されたパターン内で書込みビームの正確な制御が可能である他の形式のリソグラフも使用できる。この場合、特にトリガマトリクスの使用は絶対に必要なことではなく、それはビームのガイドを実行できる他の構成もあるからである。例えば、この構成は時間的なトリガ信号に接続されるビームガイドマスクであってもよい。
【００３１】
一般的に、本発明では、標準のトリガマトリクスからの２つの変位、すなわち例えばデジタルホログラムの点の直角なパターンは、識別できる。
【００３２】
標準マトリクスからの変位の第１の形式は、格子状配列からの延長した変位に関係する。例えば、もし２つの空間方向の１つにおいて、格子点の常に正確に等しい間隔が規則的に変化する間隔で置き換えられるならば、これは回折画像において巨視的に検出される。
【００３３】
この最初の例は図２に示され、そこでは各垂直ラインの点は、水平方向の通常位置から数格子点の周期で正弦波状に変化する。これにより、再生時に、ゴースト画像として知られる実際の画像の陰が検出され、ホログラムにより生成された画像において水平にずれているように見える。これが図３に示される。
【００３４】
標準マトリクスからの変位の更なる形式は、図４に示される。ここでは、点マトリクス内で２つの異なる方向に規則的に走るラインが挿入され、図５に示す再生された画像における対応する幾何的な形状になる。この再生パターンを使用することにより、ホログラムの正しさがチェックされる。
【００３５】
ラインの点はあらかじめ決められたパターンから変位しているか強度変化により引き起こされるホログラム中に付加的に挿入される。図３に示した例示の実施例では、ラインの点は最大強度の黒で示されている。
【００３６】
標準マトリクスからの変位の第１の形式の更なる例示の実施例においては、直角パターンが６角形パターンにより置き換えられる。その結果、６方向の特徴的な回折構造が生成される。
【００３７】
しかしながら、標準マトリクスからの変位は図２及び図４に示した以外の方法でも実行可能である。例えば、通常の位置からの周期的な変位は、垂直と水平の両方の方向で生成できる。同様に、点は、水平のライン又は列に沿って、通常の位置に対して上側又は下側に正弦波状に偏向できる。この形式の変動は、両方の方向でも実行できる。ホログラムの点マトリクスに付加される幾何的なパターンの形式も、所望のように選択可能である。従って、一般に標準マトリクスからの変位は各種の形式が可能であり、再生されたホログラムで起きる同定を可能にするため、規則的に実行される。
【００３８】
評価のため、特徴的な変位は読み取り部の特定の検出器により調べられ、ホログラムの正しさを付加的にチェックできる。これらの構造は読み取る時に巨視的に観察できるので、これらをより容易に発見して以下の適当な解析が偽造されるという危険はある。
【００３９】
これは、標準マトリクスからの変位の第２の形式の解決方法において実行するのはより一層難しい。これは、ここでは個別の格子点だけがより高次の関係無しに変化するためである。これはまた再生されたホログラムにおけるより高次での雑音レベルの僅かな上昇を示すが、再生されたホログラムからそれを特に追跡することはできない。
【００４０】
個別の格子点の変動は、置き換え又は個別の点の除去及び／又は挿入により達成できる。もちろん、変化した点の個数は急激には増加しないが、他の点ではホログラムの再生は非常に損なわれることに注意しなければならない。個別の点の除去及び／又は挿入は決定的な利点を有する。それは、典型的な２値ホログラムはランダムに占められた格子のようにも見え、偽造者が個別の点の意図したホログラフィックな除去を識別することはできないからである。
【００４１】
標準マトリクスからの変位の第２の形式の場合におけるホログラムの検査は巨視的に進めなければならない。この場合、トリガマトリクスの関係するデータと書き込まれたホログラムに関係するデータの両方は、ホログラムが異なる機械、すなわちおそらく不正な機械で書き込まれたかどうかを確認できるようにするために必要である。もしトリガマトリクスに関係するデータのみが知られるならば、明白な確実性で報告を行うことはできないが、巨視的に観察した画像はトリガマトリクスに相関させることができる。ここでは、正しいマトリクスの場合の結果は少なくとも高い相関ピークである。この場合、相関は例えば３次元コンボルーションにより演算される。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】図１は、ホログラムを作るリソグラフの例示の実施例を示す。
【図２】図２は、格子配列からの点分布の変位を有するデジタルホログラムの第１の点分布を示す。
【図３】図３は、図２に示したホログラムから再生したゴースト画像として知られるものを有する画像を示す。
【図４】図４は、格子配列からの点分布の変位を有するデジタルホログラムの第２の点分布を示す。
【図５】図５は、図３に示したホログラムから再生したゴースト画像として知られるものを有する画像を示す。

Claims (12)

1. 個別のデジタルコンピュータ生成ホログラムを生成する方法であって、
   前記ホログラムは記憶媒体に個別の点のマトリクスとして書き込まれ、
   前記ホログラフィックな情報を書き込むための幾何的なパターンがあらかじめ決められており、そして
   前記あらかじめ決められたパターンから変位した多数の個別の点に書き込むことにより、個別化する特徴が前記ホログラム上に重ね合わされる方法。
2. 前記パターンから変位している点は、前記パターンによりあらかじめ決められた通常の位置から規則的に変位して書き込まれる請求項１に記載の方法。
3. 通常位置からの前記規則的な変位は、少なくとも１方向に生成される請求項２に記載の方法。
4. 前記通常位置からの前記規則的な変位は、周期的に生成される請求項３に記載の方法。
5. 前記変位の周期は、前記パターンの格子間隔より大きい請求項４に記載の方法。
6. 前記あらかじめ決められたパターンに書き込まれる点に加えて、幾何的なパターンの形をした点が前記パターンから変位した位置に書き込まれる請求項２に記載の方法。
7. 前記パターンとして直角パターンが選択され、前記ホログラムの個別の点は少なくとも部分的に６角形のパターンで書き込まれる請求項２に記載の方法。
8. 前記パターンから変位した前記点は、前記パターンから非規則的に変位して書き込まれる請求項１に記載の方法。
9. 前記変位は、個別の点を削除及び／又は挿入することにより生成される請求項８に記載の方法。
10. 前記変位は、前記パターンによりあらかじめ決められた通常位置から個別の点を置き換えることにより生成されることを特徴とする請求項８に記載の方法。
11. 個別化されたデジタルコンピュータ生成ホログラムを読む方法であって、
    記憶媒体に書き込まれた前記ホログラムが電磁放射のビームで照明され、前記ホログラムは基本的な情報と少なくとも１つの個別化の特徴とを有し、
    前記ホログラムにより生成された前記画像は、記録手段により記録され、画像認識により評価され、
    前記ホログラムに含まれる少なくとも１つの個別化の特徴が照合される方法。
12. デジタルコンピュータ生成ホログラムを有する記憶媒体であって、
    前記記憶媒体の材料に書き込まれ、あらかじめ決められた幾何的なパターンに配列され、前記ホログラムを形成する個別の点を有し、
    前記記憶媒体の材料に書き込まれ、前記あらかじめ決められたパターンから変位した多数の個別の点を有する媒体。