JP2008518378A

JP2008518378A - 符号化されたホログラムの記録装置又は読取装置

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Publication number: JP2008518378A
Application number: JP2007538255A
Authority: JP
Inventors: エーベルハルト、ディートマール; リーデル、ヴォルフガング; ギール、ドミニク; ザッセンシャイト、カルステン
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2004-10-31
Filing date: 2005-10-14
Publication date: 2008-05-29
Also published as: US20090021812A1; CA2579293A1; WO2006047980A1; DE102004053071A1; DE102004053071B4; EP1807830A1

Abstract

【課題】実用上実施可能な位置決めが可能な符号化ホログラムの記録装置又は読取装置の提供。
【解決手段】符号化ホログラムの記録装置は、ホログラム支持体（１２）が、データ構造（４１）と比べて構造的に単純な位置決め構造（４４）に相応する位置決めホログラム（３７）を有すること、及び変調パターン（３２）とホログラム支持体（１２）とを相対的に変位するための手段（１１）を有することを特徴とする。
符号化ホログラム読取装置は、ホログラム支持体（１２）が、データ構造（４１）と比べて構造的に単純な位置決め構造（４４）に相応する位置決めホログラム（３７）を有すること、及び位置決め構造（４４）の画像品質に依存して変調パターン（３２）とホログラム支持体（１２）とを相対的に変位するための手段（２１、２５、２６、３１）を有することを特徴とする。
【選択図】図４

Description

本発明は、（その一視点において）符号化されたホログラムを記録するための装置に関し、コヒーレントな出力ビームを生成可能なビーム源と、ホログラムにおいて符号化されるべきデータ構造を有し、前記出力ビームによって照射可能な対象物と、前記ビーム源の前記出力ビームによって照射可能な変調器であって、当該変調器を照射する出力ビームが変調パターンを印加（ないし付加）生成することを可能（aufpraegbar）にする変調器と、前記データ構造によって変調された出力ビームと前記変調パターンによって変調された出力ビームとを重畳する（重ね合わせる）ことによって、前記データ構造に関連付けられた（割り当てられた）データホログラムが書き込み可能に構成されたホログラム支持体（（記録）媒体）とを有する（符号化ホログラム記録）装置に関する。

本発明は、更に(他の一視点において)、符号化されたホログラムを読み取るための装置に関し、コヒーレントな出力ビームを生成可能なビーム源と、前記ビーム源の前記出力ビームによって照射可能な変調器であって、当該変調器を照射する出力ビームが変調パターンを印加（ないし付加）生成することを可能にする変調器と、データ構造に関連付けられた（割り当てられた）符号化されたデータホログラムを有しかつ前記変調器によって変調された出力ビームによって照射可能なホログラム支持体（（記録）媒体）と、前記データ構造の画像を記録可能にする画像撮像ユニットとを有する（符号化ホログラム読取）装置に関する。

この種の符号化されたホログラムの記録装置又は読取装置は、例えばＧＢ２１９６４４３Ａ（特許文献１）から既知である。

体積ホログラムにおいて、符号化されないデータホログラムに加えて、参照ビームの角度調整のためのデータを備える付加的な読取ホログラムを使用することが、ＷＯ９７／４３６６９（特許文献２）から既知である。
ＧＢ２１９６４４３ＡＷＯ９７／４３６６９

即ち、特許文献１の装置では、ホログラム支持体（媒体）の相対的位置決めは、極めて大きな精度で実行しなければならない、即ち、データ構造を復元ないし再構成可能にするために、変調パターンの特徴的寸法よりも遥かにより精密に実行しなければならない。しかしながら、このことは、実際上、例えば大量生産品では実行するのが困難である。本発明の課題は、実用上実施可能な位置決めが可能であるように構成された冒頭に述べた種類の装置を提供することである。

上記の課題を解決するために、本発明の一視点により、冒頭に掲げた形式の符号化されたホログラムを記録するための装置が提供される。この（符号化ホログラム記録）装置は、対象物がデータ構造に比べて構造的に単純な位置決め構造を有し、該位置決め構造が該データ構造から空間的に分離されていること、及びデータホログラムと、位置決め構造に関連付けられた（割り当てられた）位置決めホログラムとを空間的に分離して記録するための手段を備えることを特徴とする。

上記の課題を解決するために、更に、本発明の更なる一視点により、冒頭に掲げた形式の符号化されたホログラムを読み取るための装置が提供される。この（符号化ホログラム読取）装置は、ホログラム支持体（媒体）がデータ構造に比べて構造的に単純な位置決め構造に相応する位置決めホログラムを有すること、及び位置決め構造の画像品質に依存して変調パターンとホログラム支持体とを相対的に変位する（ずらす）ための手段を備えることを特徴とする。

本発明の何れの装置においても、ホログラム支持体（媒体）が、通常は構造的に比較的複雑なデータ構造に結び付けられた（関連付けられた）データホログラムに加えて、データ構造に対して構造的に単純な位置決め構造に結び付けられている（関連付けられている）位置決めホログラムを有することによって、一方では、符号化されたホログラムを記録する場合、特徴的な位置データは、相対的に並進運動に関し不変的な（relativ translationsinvariante）位置決めホログラムに簡単な態様で書込可能にされることができ、他方では、この位置データは、データホログラムに対する変調パターンの正確な位置決めのために読み取りを行う場合、比較的容易に復元（再構成）可能であり、かつホログラム支持体（媒体）に対し変調パターンを効率的かつ反復的にアライメント（配向調整ないし位置合せ）するための出発データ（Ausgangsdaten）として使用することができる。

符号化されたホログラムを記録するための本発明の装置の有利な一実施形態では、空間的に分離して記録するための手段は、データホログラム及び／又は位置決めホログラムを記録するために設けられた（調整された）領域（複数）を覆うためのマスク装置を有する。

符号化されたホログラムを読み取るための本発明の装置の有利な一実施形態では、変調器は、ホログラム支持体の位置決めの際の公差に少なくとも相応する領域上に変調パターンを変位（移動）するように構成されている（調整されている）。

符号化されたホログラムを読み取るための本発明の装置の別の有利な一実施形態では、
変調パターンとホログラム支持体とを相対的に変位する（ずらす）ための手段は、該ホログラム支持体が該変調パターンの特徴的な構造寸法に相応する精度で移動することを可能にする摺動装置を有する。

本発明の各装置の有利な一実施形態では、位置決め構造は、空間的に分離された位置画素（複数）の配置構造を含んで構成される。

本発明の各装置の更なる有利な一実施形態では、位置決め構造は、例えば円形、方形、矩形又は星形のような比較的大きな対称性を有する単純な幾何学的構造を有する。

本発明の各装置の更なる有利な一実施形態では、位置決めホログラムは、データホログラムから離隔されて配置される。

最後に（直前に）列挙した実施形態の改善形態では、位置決めホログラムは、それぞれ１つの平面座標（軸）に関連付けられた（割り当てられた）２つの領域を有する。

本発明の更なる有利な実施形態及び利点は、以下に説明する図面を参照した本発明の実施例から明らかになる。

図１は、符号化されたホログラムを記録するための本発明の装置の一実施例の構造を概略的に示す。図１の装置は、ビーム源として、コヒーレントな出力ビーム２を生成可能なレーザ１を有する。レーザ１には、出力ビーム２の伝播方向に、第１ビームスプリッタ３が後置されるが、この第１ビームスプリッタ３は、出力ビーム２を第１部分ビーム４と第２部分ビーム５とに分割することができる。

第１部分ビーム４の伝播方向には、或る部分領域（複数）では光透過性に構成されかつ他の部分領域（複数）では光非透過性に構成された対象物６が配置される。この対象物６は、ホログラムの記録の際に符号化されるべき、例えば個々の符号（信号）列（Zeichenfolge）である白黒画像の形態のデータ構造を有する。更に、対象物６は、ホログラムの記録の際に同様に符号化されるべき、データ構造に比べて構造的に単純な位置決め構造を有する。

対象物によって変調された対象物ビーム７は、フーリエ光学系８を介し、第２ビームスプリッタ９を貫通通過し、更に、（作動）機構１０を介して光学的に有効な形態で変化可能に構成されたマスク装置１１を通過した後にホログラム支持体（媒体）１２に入射する。ホログラム支持体１２は、定置的な支持体テーブル１３に（当接載置して）配される。

第２部分ビーム５は、変調器としての符号化変調器１４に入射する。符号化変調器１４は、記録されるべきホログラムを符号化するために、変調構造を、第２部分ビーム５の横断面に亘って変化する位相シフト（これは図１に異なった複数のハッチング領域によって概略的に示されている。）の形態で、第２部分ビーム５に印加・形成する（与える：aufpraegbar）ことができる。変調構造の形態は、符号化変調器１４に接続された制御ユニット１５によって調整することができる。符号化変調器１４との相互作用により第２部分ビーム５から生成された符号化ビーム１６は、結像光学系１７を介し、第２ビームスプリッタ９に入射し、対象物ビーム７と重ね合わされて、同様にホログラム支持体１２に入射する。

マスク装置１１は、ホログラムの記録の際に、ホログラム支持体１２において、一方ではデータ構造に関連付けられ（割り当てられ）符号化されたデータホログラムが、他方では符号化された位置決めホログラムが、それぞれ記録可能であるように調整される。ここに、位置決めホログラムは、位置決め構造に関連付けられて（割り当てられて）おり、かつデータホログラムから空間的に分離されているが、データホログラムとは固定的な空間的関係におかれている。

図２は、符号化されたホログラムを読み取るための本発明の装置の一実施例の構造を概略的に示す。この符号化されたホログラムは、図１を用いて説明した本発明の装置によってホログラム支持体１２に記録されているものである。図２の装置は、ビーム源として、コヒーレントな出力ビーム１９を生成可能なレーザ１８を有する。レーザ１８には、出力ビーム１９の伝播方向において、読取変調器２０が変調器として後置されている。読取変調器２０は、記録された符号化ホログラムを読み取るために、変調構造を、出力ビーム１９の横断面に亘って変化する位相シフト（これは図２に異なる複数のハッチング領域によって概略的に示されている。）の形態で、［出力ビーム１９に］印加・形成する（与える）ことができる。

変調構造の形態は、読取変調器２０に接続された制御ユニット２１によって調整可能であり、ホログラムの記録の際に符号化変調器１４によって生成された変調構造に相応する。読取変調器２０との相互作用により出力ビーム１９［原文の２は誤記］から生成された読取ビーム２２は、結像光学系２３を介して、ビームスプリッタ２４に入射し、図１に関連して説明した符号化されたデータホログラム及び符号化された位置決めホログラムを有するホログラム支持体１２に入射する。

ホログラム支持体１２は、図２の読取装置では、支持体テーブル２５に（載置）配されている。支持体テーブル２５は、摺動装置２６によって、ホログラム支持体１２の面において２次元的に、読取変調器２０によって少なくとも変調構造が（光源からの）出力ビーム１９の横断面に亘って運動可能な距離に相当するピッチないし刻みで摺動することができる。

読取ビーム２２と、ホログラム支持体１２上の読み取られるべきホログラムとの相互作用の後、対象物ビーム２７は、ビームスプリッタ２４とフーリエ光学系２８とを貫通通過した後、空間解像（分解）性（ortaufloesenden）のカメラセンサ２９に入射する。カメラセンサ２９は、画像撮像ユニットのカメラ３０の構成要素である。カメラ３０の出力信号は、画像撮像ユニットの画像処理モジュール３１に供給することができる。画像処理モジュール３１は、以下に更に詳細に説明する変調パターンのアライメント（位置合せないし配向調整）過程を実行するために一方では制御ユニット２１に接続されている。画像処理モジュール３１は、更に、カメラ３０の出力信号を、例えば図２に図示しないモニタに表示可能な及び／又は同様に図２に図示しない後置のデータ評価ユニットによって評価可能な画像データセットに変換することができる。

図３は、符号化変調器１４又は読取変調器２０によって生成可能な具体的に例示した変調パターン３２の模式図である。変調パターン３２は、第１位相領域（複数）３３と第２位相領域（複数）３４から構成される。これらの位相領域は、図示の実施例ではｙ方向に延在しストライプ（帯）状に並置され、互いに対し反対方向に配向されたハッチング線によって示されているように、符号化ビーム１６又は読取ビーム２２に、１８０°異なる位相シフトを有する領域（複数）を形成する。位相シフトされた複数の領域のストライプ状の配置に対し、とりわけより複雑な他の変調パターンを使用することも可能である。

図４は、本発明により記録された読取可能な符号化ホログラム３５の一例の概略図である。この符号化ホログラム３５は、データ構造に関連付けられた（割り当てられた）データホログラム３６と、該データホログラム３６から側方に離隔されて（ずらされて）配置され、第１領域３８と第２領域３９とから構成される位置決めホログラム３７を有する。これらの領域３８、３９は、夫々１つのホログラム構造を有する。これらのホログラム構造は、夫々、ｘ方向又はｙ方向において、相対的に並進運動に関し不変的に（ないし固定的な相互位置関係に：relativ translationsinvariant）構成されている。

図５は、本発明によるホログラム３５に関連付けられ（割り当てられ）、対象物６に存在する乃至カメラセンサ２９に結像された画像構造４０の一例を模式的に示す。この画像構造４０は、文字列「Ａｃ」によって例示されたデータ構造４１と、２つの位置画素４２、４３により構成され、データ構造４１に比べて構造的に単純に構成された位置決め構造４４を有する。図５から分るとおり、位置決め構造４４は、その構造が単純であるため、比較的単純な位置決めホログラム３７を形成する。この位置決めホログラム３７は、位置決め構造４４において読み取りを実行する場合、最適化のためのアライメント（配向調整ないし位置決め）過程の開始時に変調パターン３２がずれていても、使用可能な画像信号を生成する。この画像信号は、比較的高速な反復（イテレーション）後にシャープな位置画素４２、４３となり、この配向状態（アライメント調整ないし位置決め状態）においてデータ構造４１を復元（再構成）して表示する。

符号化されたホログラムを記録するための本発明の装置の一実施例の構造の概略図。符号化されたホログラムを読み取るための本発明の装置の一実施例の構造の概略図。変調パターンの一例の概略図。本発明により記録されたホログラムの一例の概略図。該ホログラムは、データホログラムと、２つの領域から構成される位置決めホログラムを有する。本発明のホログラムに関連付けられた（割り当てられた）画像構造の一例の概略図。該画像構造は、データ構造と位置決め構造を有する。

Claims

符号化されたホログラムを記録するための装置であって、
コヒーレントな出力ビームを生成可能なビーム源と、
ホログラムにおいて符号化されるべきデータ構造を有し、前記出力ビームによって照射可能な対象物と、
前記ビーム源の前記出力ビームによって照射可能な変調器であって、当該変調器を照射する出力ビームが変調パターン印加生成を可能にする変調器と、
前記データ構造によって変調された出力ビームと前記変調パターンによって変調された出力ビームとを重畳することによって、前記データ構造に関連付けられたデータホログラムが書き込み可能に構成されたホログラム支持体と
を有する装置において、
前記ホログラム支持体（１２）は、前記データ構造（４１）と比べて構造的に単純な位置決め構造（４４）に相応する位置決めホログラム（３７）を有すること、及び
前記変調パターン（３２）と前記ホログラム支持体（１２）とを相対的に変位するための手段（１１）を有すること
を特徴とする装置。
前記手段は、空間的に分離して記録するために、前記データホログラム（３６）及び／又は前記位置決めホログラム（３７）の記録のために設けられた領域（複数）を覆うためのマスク装置（１１）を有すること
を特徴とする請求項１に記載の装置。
符号化されたホログラムを読み取るための装置であって、
コヒーレントな出力ビームを生成可能なビーム源と、
前記ビーム源の前記出力ビームによって照射可能な変調器であって、当該変調器を照射する出力ビームが変調パターンを印加生成を可能にする変調器と、
データ構造に関連付けられた符号化されたデータホログラムを有しかつ前記変調器によって変調された出力ビームによって照射可能なホログラム支持体と、
前記データ構造の画像を記録可能にする画像撮像ユニットと
を有する装置において、
前記ホログラム支持体（１２）は、前記データ構造（４１）と比べて構造的に単純な位置決め構造（４４）に相応する位置決めホログラム（３７）を有すること、及び
前記位置決め構造（４４）の画像品質に依存して前記変調パターン（３２）と前記ホログラム支持体（１２）とを相対的に変位するための手段（２１、２５、２６、３１）を有すること
を特徴とする装置。
前記変調器（２０）は、前記ホログラム支持体（１２）の位置決めの際の公差に少なくとも相応する領域上に前記変調パターン（３２）を変位するように構成されていること
を特徴とする請求項３に記載の装置。
前記変調パターン（３２）と前記ホログラム支持体（１２）とを相対的に変位するための前記手段は、前記ホログラム支持体（１２）が前記変調パターン（３２）の特徴的な構造寸法に相応する精度で移動することを可能にする摺動装置（２５、２６）を有すること
を特徴とする請求項３又は４に記載の装置。
前記位置決め構造（４４）は、空間的に分離された複数の位置画素（４２、４３）の配置構造を有すること
を特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の装置。
前記位置決め構造（４４）は、比較的大きな対称性を有する単純な幾何学的構造を有すること
を特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の装置。
前記位置決めホログラム（３７）は、前記データホログラム（３７）から離隔されて配置されていること
を特徴とする請求項１〜７の何れか一項に記載の装置。
前記位置決めホログラム（３７）は、それぞれ１つの平面座標に関連付けられた２つの領域（３８、３９）を有すること
を特徴とする請求項８に記載の装置。