JP2009258663A - ホログラムを記録する装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ホログラムを光学媒体、特に光アドレス型空間光変調デバイスに記録する装置を提供する。
【解決手段】装置（１）は、光を放射する照明デバイス（３）と、光学媒体（２）と、少なくとも１つの変調素子（７）を有する画像供給元（６）と、マイクロレンズの構成（１０）とを具備する。この場合、ホログラムが光学媒体（２）上に生成されるように、マイクロレンズの構成（１０）は、マイクロレンズ（１０’、１０’ａ、１０’ｂ、１０’ｃ）の像焦点が光学媒体（２）上に存在するように光学媒体（２）から一定の距離に配置される。
【選択図】図１

Description

本発明は、特に観察者に対して、特に高解像度の３次元シーンを表現するために、ホログラムを光学媒体、特に光アドレス型空間光変調デバイスに記録する装置であり、光を放射する照明デバイスと、光学媒体と、少なくとも１つの変調素子を有する画像供給元と、マイクロレンズの構成とを具備する装置に関する。更に本発明は、ホログラムを記録する方法に関する。

ホログラフィにより、波面の振幅分布及び位相分布を記録し且つそれらを後で再現することが可能になる。この場合、オブジェクトから反射されるコヒーレント光及び光源から直接放射される光の干渉パターンは、写真乾板等の記録媒体に記録される。ホログラムとも呼ばれる干渉パターンがコヒーレント光で照明される場合、３次元シーンが空間に出現する。周知の方法又は技術によりホログラムを生成するために、実際の３次元オブジェクトが通常は使用される。その場合、ホログラムは実ホログラムと呼ばれる。しかし、ホログラムは計算機ホログラム（ＣＧＨ）であってもよい。

ＣＧＨ用可逆記録媒体として、例えば、入射光の位相及び／又は振幅を変調するＬＣＤ（液晶ディスプレイ）、ＬＣｏＳ（Liquid Crystal on Silicon）、ＥＡＳＬＭ（電気アドレス型空間光変調器）、ＯＡＳＬＭ（光アドレス型空間光変調器）等の光変調器が使用される。

電気アドレス型空間光変調器（ＥＡＳＬＭ）は、再生デバイス又はディスプレイにおいて使用されることが非常に多い。この場合、ＥＡＳＬＭは、電気回路に接続され且つ電気回路を介して同様に駆動される別個の要素から構成される空間変調器として定義可能である。しかし、３次元表現用ホログラム再生デバイスにおいて使用するためのＥＡＳＬＭは、例えば、画素とも呼ばれる変調素子の数の制限、低い充填率及びその結果生じる相対的に低い解像度等の多くの欠点を有する。

しかし、大きな３次元シーンが提供されるため又は大きな観察者領域を観察者に対して可能にするためには、ＥＡＳＬＭは、高い充填率を達成するために、互いに対して非常に近接して配置される多くの変調素子又は画素を有する必要がある。しかし実際は、このことを達成するには複雑さが増し且つ平均コストを超えるコストが必要であり、その結果、適切な経済的実現可能性は得られない。

従って、この目的のために光アドレス型空間光変調器（ＯＡＳＬＭ）を使用することが以前から試みられている。ＯＡＳＬＭは、振幅透過率及び／又は位相透過率において光学的に制御可能な変化を生成するために使用可能な光変調器である。特に再生デバイスに適用する場合、ＯＡＳＬＭはＥＡＳＬＭより多くの利点を有する。主な利点は、ＯＡＳＬＭのアナログ式の挙動又はＯＡＳＬＭが画素化されないことにある。これは、離散的な画素が存在しないため、充填率及びサンプリング間隔が存在しないことを意味する。従って、ＯＡＳＬＭの解像度はＥＡＳＬＭの解像度より大幅に高い。しかし、ＯＡＳＬＭの処理、すなわちＯＡＳＬＭへの情報又はホログラムの記録において問題が存在する。

ホログラムを光アドレス型空間光変調器に記録するための種々の解決策が既に開示されている。１つの解決策はActive Tiling(TM)と呼ばれ、例えば特許文献１又は特許文献２において開示される。これらの文献では、３次元ホログラム表現に対して、相対的に小型の電気アドレス型空間光変調器（ＥＡＳＬＭ）を相対的に大型の光アドレス型空間光変調器（ＯＡＳＬＭ）と関連して使用することが説明される。この場合、ホログラム画像データはＥＡＳＬＭ上に表示される。前記画像データは、マイクロレンズの構成によりＯＡＳＬＭの異なる領域又は部分上に順次集束され、それによりホログラムはＯＡＳＬＭに書き込まれる。しかし、ＯＡＳＬＭに直接書き込まれ且つホログラムが直接記録されるのではなく、部分ホログラムがＥＡＳＬＭ上に生成され、マイクロレンズの構成によりＯＡＳＬＭに転送される。

しかし、ＯＡＳＬＭ技術の新しい種類、例えば色付きＯＡＳＬＭは、約３００ｌｐ／ｍｍ〜１５００ｌｐ／ｍｍ以上の解像度を想定する。そのような高い解像度を用いることにより、従来技術と比較して、高品質の再構成を大きな観察者領域と関連してホログラムとして生成することが可能である。しかし、再構成される３次元シーンの表現のためにそのようなＯＡＳＬＭを使用するためには、それに対応して高い解像度を有するホログラムをＯＡＳＬＭに書き込む必要がある。従って、例えばＯＡＳＬＭは、３μｍ以下の領域又は部分を有する必要がある。しかし、光源を用いる場合、光源のサイズが通常は１０μｍより大きく、必要な光源の総数が多すぎてはいけないため、ＯＡＳＬＭへのホログラムの直接記録は非常に困難である。更に、ＯＡＳＬＭの部分のサイズが対応している状態で、ミラー又はプリズム等の走査システム又は偏向システムを用いる場合、ホログラムを記録しても高品質な結果が得られない。そのため、これらの解決策は同様に欠点を有する。更に、既存のシステムの大部分は、３０ｌｐ／ｍｍ〜１００ｌｐ／ｍｍの解像度を生じる現在のＯＡＳＬＭ技術に対してのみ使用可能である。

米国特許第６，７５３，９９０Ｂ１号公報 米国特許出願公開第２００４／０１９６５２４Ａ１号明細書

従って、本発明の目的は、ホログラムを光学媒体、特に光アドレス型空間光変調デバイスに記録する装置及び方法を提供することである。これにより、上述の欠点は回避され、ホログラムは高い解像度で書き込み可能である。

本目的は、請求項１記載の特徴を有する装置に関して及び請求項１９記載の特徴を有する方法に関して達成される。

本発明によると、本目的は、ホログラムが光学媒体上に生成されるように、マイクロレンズの像焦点が光学媒体上に存在するようにマイクロレンズの構成が光学媒体から一定の距離に配置されることにより、装置に関して達成される。

光学媒体である光アドレス型空間光変調デバイス（以下、ＯＡＳＬＭと示す）の高い解像度に対応するため、ホログラムは高い解像度で記録又は書き込まれる必要がある。これを可能にするため、本発明に係る装置は、光が対応する領域又は部分においてＯＡＳＬＭ上に集束されるように、構成を形成するように互いに対して取り付けられるマイクロレンズ又はマイクロ対物レンズを具備する。本発明の定義の範囲において、マイクロレンズは、直径が原則的にミリメートル範囲、特に１ｍｍ以下のレンズである。個々のマイクロレンズの画像フィールドにおけるホログラム構成又は情報の記録は、画像供給元により実行される。例えば、画像供給元は反射型として実現されるのが有利であり、従って、アクティブミラーの構成（ＭＥＭＳ）又は制御可能なプリズムの構成であってもよい。画像供給元が透過型としても実現可能であることは言うまでもない。この場合、近い将来実現するＯＡＳＬＭ技術、例えば色付きＯＡＳＬＭ等の解像度に対応する解像度でＯＡＳＬＭ全体をリアルタイムに処理することは特に有利である。

この種類の装置は、高解像度のホログラムを光学媒体に直接記録又は生成するために使用可能である。更に、本発明に係る装置により、例えば画像供給元の変調素子等、少ない素子のみを使用することが可能になる。この目的のため、画像供給元として有利であると上述したアクティブミラーの構成は、装置全体の解像度を低下することなく、低い解像度を有することができる。更に、好適な光学媒体であるＯＡＳＬＭにホログラムを直接記録する結果、例えば特許文献１に記載されるようなＥＡＳＬＭの使用が回避可能であり、それによりコストを大幅に減少できる。更に、反射型である利点を有する画像供給元の実施形態により、装置全体がその分小型化するという更なる利点が得られる。ＯＡＳＬＭへのリアルタイムの直接書き込みの結果、ホログラム再生デバイス又はディスプレイにおいて使用する場合、高い解像度で提示することにより、大きな観察者ウィンドウを介して大きな再構成シーンを観察することが可能である。

画像供給元の各変調素子がマイクロレンズの構成のマイクロレンズに割り当てられることは特に有利である。使用されるマイクロレンズが大きな視野を有する場合、使用される構成のマイクロレンズの数は少なく、そのため、画像供給元の変調素子の数も少ない。従って、画像供給元は、書き込まれるホログラムの解像度を低下することなく低い解像度を有することができる。その結果、ホログラムは、低コストでＯＡＳＬＭ等の光学媒体上に生成可能である。

本発明の１つの有利な構成において、照明デバイスは、画像供給元上の照明を制御するために使用可能なシャッタと関連する光源を有する。その結果、特に強誘電性シャッタをオンに切替えることにより、画像供給元、特に画像供給元の変調素子の照明は、書き込み可能な情報に応じて画像供給元の必要な変調素子が照明されるように、ホログラムに関して必要な情報に従って制御可能である。

代替例として、シャッタと関連する１つの光源の代わりに、照明デバイスが個々の光源の駆動に応じて画像供給元を露光可能な複数の光源を有することも有利である。複数の光源が照明デバイス内に設けられる場合、画像供給元の変調素子は、光源の切替えにより、必要な情報に従って照明可能である。従って、光源がこの機能を実行するため、シャッタは必要なくなる。

本発明に係る装置を更に小型に構成するために、光を画像供給元上に誘導する少なくとも１つのビームスプリッタ素子を設けることが有利である。この場合、ビームスプリッタ素子は、光の方向において画像供給元とマイクロレンズの構成との間に配置可能であり、その結果、光は、変調素子を照明するためにビームスプリッタ素子を介して画像供給元の方向に向けられる。このように、画像供給元に対する照明デバイスの傾斜した構成は回避され、それにより、照明デバイスは空間を節約する方法で配置可能である。

別の実現例は、光を画像供給元上に誘導するため、複数のビームスプリッタ素子の構成が束経路内に配置され、構成の各ビームスプリッタ素子が画像供給元の少なくとも１つの変調素子に割り当てられることを含む。

光を画像供給元上に誘導するこの実現例の場合、画像供給元の個々の変調素子に入射する光が同一の強度を有するような様々なスプリット率を有するようにビームスプリッタ素子が実現されることは有利である。それにより、同一の光の強度が全ての変調素子上で得られ、変調素子が均一に照明されることが保証され、その結果、ホログラムを特にＯＡＳＬＭに記録する際に情報が失われない。

本発明の更なる有利な構成において、ホログラムを光学媒体から読み出すため、マイクロレンズの構成と光学素子との間に配置される複数のビームスプリッタ素子の構成が更に設けられる。このように、光学媒体にホログラムが記録又は書き込まれるのと同一側からホログラムを読み出すことが可能である。換言すると、従来技術と比較して、ホログラムの読み出しは透過して実行される。この場合、光の損失を最小限にする又は回避するために、ビームスプリッタ素子は偏光感応型ビームスプリッタ素子として実現可能である。

透過して又はホログラムが書き込まれるのと同一側からホログラムを読み出す更なる実現例は、ホログラムを光学媒体から読み出すために、光の方向においてマイクロレンズの構成の上流側、特にマイクロレンズのオブジェクト側の焦平面内に配置される有機発光ダイオードの構成が設けられることを含む。このように、光学媒体は、ホログラムを読み出すためにも照明可能である。例えば、光学媒体がホログラムの書き込み側に対して反対側で読み出すために照明される場合、装置の拡張は回避される。そのため、装置は、特に空間が限定されるデバイスに適用可能である。

有機発光ダイオードが少なくとも部分的に透過型として実現されることは特に有利である。従って、マイクロレンズに入射する光に影響を及ぼすことなく、光学媒体へのホログラムの記録中に有機発光ダイオードを光束経路内に既に配置しておくことが可能である。

マイクロレンズが偏光依存型又は偏光感応型マイクロレンズとして実現され、第１の偏光成分の光がその波面に関して影響を受け且つ第２の偏光成分の光がその波面に関して影響を受けないように複屈折を有することは、主な利点である。このように構成される本発明に係る装置により、ホログラムは、ホログラムを読み出すためのビームスプリッタ素子等の追加の素子を用いずに光学媒体に記録され且つ読み出される。これは、垂直に偏光された光がホログラムを記録するため及び読み出すために使用されることを意味する。しかし、使用される波長は異なる必要があり、そのため、例えば２つの光源及び／又は２つの照明デバイスを使用する必要がある。

更に、本発明の目的は、ホログラムを光学媒体、特に光アドレス型空間光変調デバイスに記録する方法であり、光が、記録されるホログラムに従って少なくとも１つの変調素子を設定することにより光を変調する画像供給元の少なくとも１つの変調素子上に照明デバイスから誘導される方法により達成される。この場合、画像供給元から放射される光は、光を光学媒体上に集束するマイクロレンズの構成に入射し、それにより、ホログラムは光学媒体上に生成される。

このように、ホログラムは光学媒体、好ましくは光アドレス型空間光変調デバイス（ＯＡＳＬＭ）上に生成され又は直接書き込まれる。この場合、ホログラムの記録又は書き込みはリアルタイムで実行される。本発明に係る方法により、ホログラムは、３００〜１５００ｌｐ／ｍｍ以上の潜在情報密度で高解像度の光学媒体に直接書き込み可能である。

非コヒーレント光は、ホログラムを光学媒体に記録するために使用され且つ十分にコヒーレントな光又は十分に大きな領域においてコヒーレントな光は、ホログラムを読み出すために使用されるのが有利である。しかし、この場合、波長は異なる必要がある。

本発明の更なる構成は、残りの従属請求項から明らかになる。図面においてより詳細に説明される実施形態に基づいて、本発明の原理を以下に説明する。

ホログラムを記録する本発明に係る装置の第１の実施形態を側面図で示す概略図である。 本発明に係る装置の第２の実施形態を側面図で示す概略図である。 マイクロレンズの照明を示すため、図１又は図２に従う装置の一部を示す図である。 本発明に係る装置の第３の実施形態を側面図で示す概略図である。 ホログラムを読み出す第１の実現例と共に、ホログラムを記録する本発明に係る装置を側面図で示す概略図である。 ホログラムを読み出す第２の実現例と共に、本発明に係る装置を側面図で示す概略図である。 ホログラムを読み出す第３の実現例と共に、本発明に係る装置を側面図で示す概略図である。

ホログラムを光学媒体に記録する装置の構成及び機能を以下に説明する。この目的のため、光学媒体は光アドレス型空間光変調デバイスであると仮定される。以下、これをＯＡＳＬＭと示す。この場合、ＯＡＳＬＭは、従来技術から周知のＯＡＳＬＭであってもよい。一般にこれらは、特に、感光層、吸光層、反射層及び液晶層を有する。例えば、ガラス層等の追加の層は同様に存在できる。ＯＡＳＬＭの構成は一般に周知であり、本明細書中でこれ以上提示しない。ＯＡＳＬＭの代わりに、他の光学的な高解像度可逆媒体も使用可能であることは言うまでもない。

図１は、装置１の基本構成の第１の実施形態を示し、装置１を非常に簡略化した態様で側面図で示す。ホログラムをＯＡＳＬＭ２に直接記録又は生成するため、装置１は照明デバイス３を具備する。図１において、照明デバイス３は、非コヒーレント光を放射する複数の光源４の構成を具備する。使用される光源は、例えば発光ダイオードであってもよいが、他の光源も使用可能であることは言うまでもない。光源４により放射される光を拡大及びコリメートするため、光学素子５は光の方向において光源４の下流側に設けられる。光学素子５の数は光源４の数に対応する。換言すると、放射光を十分にコリメートするため、光学素子５、例えばレンズが各光源４の下流側に配置される。その後、十分にコリメートされた光又は十分にコリメートされた光束は、画像供給元６上に向けられる。画像供給元６は２次元に実現されるのが有利であるが、画像供給元６が１次元にも実現可能であることは言うまでもない。画像供給元６は、本実施形態において反射型として実現され、入射光を変調するために制御デバイス８により制御されるマイクロミラーの形態の複数の変調素子７を有する。透過型として実現される画像供給元を使用することも可能である。ＯＡＳＬＭ２に書き込み又は記録される必要なホログラムに応じて、画像供給元６の変調素子７は、それに対応して傾斜可能であり且つ／又は軸方向に移動可能である。画像供給元６であるマイクロミラーの構成と共に、プリズム角度を制御可能な可変プリズムの構成又は変形可能な薄膜ミラーを設けることも可能である。

この場合、光源４により放射される光は、画像供給元６全体にわたり延在するビームスプリッタ素子９を介して変調素子７上に向けられるか又は誘導される。それにより、装置１全体をより小型に構成できる。

光の変調後、光は、マイクロレンズ又はマイクロ対物レンズの構成１０の方向に反射され、コリメートされた状態で個々のマイクロレンズ１０’に入射する。マイクロレンズ１０’の数は、画像供給元６の変調素子７の数に対応するのが有利である。この場合、マイクロレンズの構成１０は、個々のマイクロレンズ１０’の像焦点がＯＡＳＬＭ２上に存在するように、ＯＡＳＬＭ２から一定の距離に配置される。このように、各変調素子７により変調及び反射された光は、対応するマイクロレンズ１０’によりＯＡＳＬＭ２上に集束可能であり、それにより、ホログラム情報又はホログラムは書き込み可能である。各マイクロレンズ又はマイクロ対物レンズ１０’がある特定の視野を有するため（視野のサイズをＯＡＳＬＭ２内の矢印により表す）、ＯＡＳＬＭ２へのホログラム情報の書き込み領域は、対応する変調素子７の傾斜による視野により定義可能である（傾斜は、矢印に基づいて示されることを意図する）。これは、各マイクロレンズ１０’が、視野により事前に定義される領域又は部分においてのみ、変調素子７の傾斜に応じて入射する光束をＯＡＳＬＭ２上に集束できることを意味する。角度／線形変換のこの原理は、図１に非常に明確に示される。例えば第１の光束は、ある特定の角度で反射され、その後、マイクロレンズ１０’ａによりその光軸の下方で焦平面内に集束される。第２の光束は異なる方向に反射され、その結果、マイクロレンズ１０’ｂは前記光束を光軸の上方で焦平面に集束する。光軸に対して平行にマイクロレンズ１０’ｃに入射する第３の光束は、この場合、前記マイクロレンズによりその焦点で光軸上に集束される。従って、ホログラム情報が書き込まれる場合、焦点は、ＯＡＳＬＭ２上の所定の領域内で前後に移動する。これは、相対的に大きな視野を有するマイクロレンズ１０’を用いる場合、小さな視界を有するマイクロレンズ１０’の場合より画像供給元６の必要な変調素子７の数が少なくてもよいという利点を提供する。従って、より大きな視界を有するマイクロレンズ１０’を使用する場合、ＯＡＳＬＭ２上のより大きな領域を範囲に含むことも可能である。ホログラムを書き込むために使用される光学構体が必要とする解像度が高いほど、その視野は小さくなる。しかし、高解像度のホログラムをＯＡＳＬＭ２に記録するために、低解像度の画像供給元６を常に使用できることは有利である。

ＯＡＳＬＭ２に記録されるホログラムが定義される方法に応じて、照明デバイス３の光源４は、光が変調素子７の一部のみ又は全部に向けられるようにオンに切替えられ、その後、対応するホログラム情報はこの光を用いてＯＡＳＬＭ２が直接書き込まれる。変調素子７の設定パターンを用いて、ＯＡＳＬＭ２の小さな領域のみに書き込まれる。完全なホログラムが生成されるために、変調素子７は、ホログラム情報がＯＡＳＬＭ２に完全に書き込まれるように多様に制御される必要がある。マイクロレンズ１０’の視野に対応するＯＡＳＬＭ２の領域のみが完全に書き込まれる場合、この領域は、例えばサブホログラムであってもよい。当然、完全なホログラムが、マイクロレンズ１０’の視野に対応する領域に書き込まれることも可能である。ＯＡＳＬＭ２の効率的な振幅変調又は位相変調は、光源４の強度変調により達成可能である。

別の実施形態を装置１００により図２に示す。この場合、図１と同一の部分は同一の図中符号を有する。図１とは異なり、図２において、照明デバイス３は１つの光源４のみを有する。光源４は、発光ダイオードとして実現されるのが有利である。この光源４も、光を拡大又はコリメートする１つの光学素子５のみを割り当てられる。必要に応じて、光が画像供給元６の特定の変調素子７のみに入射するために、動作される変調素子７に応じてオンに切替えられるシャッタ１１、特に強誘電性シャッタが光の方向において光学素子５の下流側に配置される。換言すると、光が全ての変調素子７に入射することを意図しない場合、シャッタ１１は、シャッタの開口部の一部のみが光を透過するように制御及び切替えられ、その結果、光は同様に変調素子７及びマイクロレンズ１０’の一部のみに入射する。本実施形態において、ＯＡＳＬＭ２へのホログラムの直接記録の原理は、図１に対して上述した方法で実行される。

シャッタ１１の使用に加えて又はその代わりに、マイクロレンズ１０’の照明に影響を与えることが可能である。この点において、装置１００の一部のみを図３に示し、割り当てられたマイクロレンズ１０’と関連する変調素子７を示す。マイクロレンズ１０’の照明が要求されない場合、対応する変調素子７が光をマイクロレンズ１０’の口径の外側に反射するように変調素子７が傾斜される（矢印により示すように）ことにより、マイクロレンズ１０’上の照明に影響を与えることができる。この場合、この反射光が隣接するマイクロレンズ１０’に入射することによりホログラム情報を変形しないように注意する必要がある。

図４は、装置１０１の形態の更なる実施形態を示す。図４においても、同一の部分は同一の図中符号を有する。画像供給元６全体にわたり存在するビームスプリッタ素子の代わりに、光を画像供給元６の変調素子７上に誘導するため、光束経路内に複数のビームスプリッタ素子の構成９０が設けられ、各ビームスプリッタ素子が少なくとも１つの変調素子７に割り当てられる。すなわち、ビームスプリッタ素子は、画像供給元６の各変調素子７に割り当てられるか又は画像供給元６の変調素子７の各１次元構成のみに割り当てられる。後者の場合、ビームスプリッタ素子は、ビームスプリッタキューブとしてではなく、例えばビームスプリッタバーとして実現される。この場合、個々のビームスプリッタバー又はビームスプリッタキューブは、照明デバイス３の構成に応じて、水平面に対して積み重なるように配置され且つ／又は垂直面に沿って互いの背後になるように配置される。このように、ビームスプリッタバーは、変調素子７の列全体又は行全体にわたり延在する。各例において、ある特定の数の変調素子のみにわたり延在するより小型のビームスプリッタバーも考えられる。画像供給元６の全ての変調素子７が同一強度の光で均一に照明され、その結果光が失われないために、ビームスプリッタ素子が、この目的に対応する様々なスプリット率又は様々な反射率を有するように注意する必要がある。ビームスプリッタ素子がビームスプリッタバーとして実現される場合、変調素子７を照明するために１つの光源４を設ければ十分である。しかし、ビームスプリッタ素子がビームスプリッタキューブとして実現される場合、それに対する照明デバイス３の構成に応じて、各列又は各行は光源４により照明される。従って、画像供給元６の照明が２次元に実現される場合、複数の光源４が設けられる。

光源４からの光は、光学素子５により十分にコリメートされ、その後、光学素子５に対向する複数のビームスプリッタ素子又はビームスプリッタキューブの行、あるいは構成９０のビームスプリッタバーに入射する。複数のビームスプリッタ素子の構成９０は、光を変調素子７上に誘導し、反射後、光は変調素子７からマイクロレンズの構成１０に入射する。必要に応じて、光が所望のマイクロレンズ１０’上のみに入射するために、図２に対して説明したシャッタ１１が、光の方向においてマイクロレンズの構成１０の上流側、本例においてはビームスプリッタ素子とマイクロレンズ１０’との間に配置されるのが有利である。各変調素子７に対して１つのビームスプリッタ素子が設けられる場合、光源４の構成に応じて、ビームスプリッタ素子により変調素子７の列又は行を照明する複数の光源４を使用することも可能である。

図５は、図４の装置１０１を示す。図５において、記録に加えて、ホログラムをＯＡＳＬＭ２から読み出す実現例を示し、それに従って装置１０２が形成される。図５において、読み出しは、ＯＡＳＬＭ２のホログラムの書き込み又は記録と同一側から実行される。この手順の場合の問題は、光がコリメートされても、この光がマイクロレンズの構成１０を通過する必要があるため、例えば図１又は図２に従うビームスプリッタ素子により、コリメートされた光を用いてＯＡＳＬＭ２を全面にわたり照明することが実際は不可能な点である。従って、マイクロレンズ１０’はこの光を集束し、そのためＯＡＳＬＭ２は広く照明されない。また、マイクロレンズ１０’上に収束する光束は、入射時に小さな口径のみを定義し、その結果、ＯＡＳＬＭ２上で照明される領域は同様に小さい。そのような欠点を回避するために、マイクロレンズの構成１０とＯＡＳＬＭ２との間に配置される複数のビームスプリッタ素子の構成１２が、ＯＡＳＬＭ２を照明し且つそれによりホログラムを読み出すために更に設けられる。この場合、ホログラムを読み出すためにＯＡＳＬＭ２の各領域又は各部分を全面にわたり照明するために、マイクロレンズ１０’の視野により定義されるＯＡＳＬＭ２上のこれらの領域又は部分は構成１２のビームスプリッタ素子を割り当てられる。この場合も、これは、構成１２の個々のビームスプリッタ素子が水平面に対して積み重ねられるように配置され且つ垂直面に沿って並べられるように配置されることを意味する。ビームスプリッタ素子の構成１２の各列又は各行は、十分にコヒーレントな光を放射する光源により照明される。光が構成１２の個々のビームスプリッタ素子を通過する途中でほぼ光が失われないようにするために、この場合も、個々のビームスプリッタ素子はそれに対応する様々なスプリット率又は様々な反射率を有する必要がある。更に、ホログラムの記録中に装置１０２の光束経路内にビームスプリッタ素子の構成１２が既に配置されているため、それらは、記録中にマイクロレンズ１０’によりＯＡＳＬＭ２上に集束される光に悪影響を与えてはいけない。従って、偏光感応型ビームスプリッタ素子は、マイクロレンズ１０’とＯＡＳＬＭ２との間に配置されるのが有利である。一般的な用語で表現すれば、そのようなビームスプリッタ素子は、水平方向及び垂直方向に偏光された光に対して異なる屈折率を有する２つのプリズムを有する。これは、一方の偏光方向における光が透過され、他方の偏光方向における光が屈折されることを意味する。この場合、異なる波長の光がホログラムを記録するため及び読み出すために使用されるように注意する必要がある。このように、画像供給元の変調素子７により反射された光の方向はビームスプリッタ素子の影響を受けず、光源１３から光学素子１４を介してビームスプリッタ素子上に誘導された光がＯＡＳＬＭ２に向けて反射されることが達成される。例えば、１つのプリズムは水平方向の偏光方向に対してより高い屈折率を有することができ、それにより、この光束は内部全反射され、ビームスプリッタ素子から垂直方向に偏光された光束とは異なる経路上に放射される。

ホログラムの読み出しの更なる実現例を図６に示す。装置１０３の基本構成は、図２に示す基本構成に対応する。ホログラムの書き込みは、図１又は図２に対して上述した方法で実行される。図６において、図５の場合と同様に、ホログラムの読み出しは、ホログラムがＯＡＳＬＭ２に書き込まれた側から実行される。図５に従う複数のビームスプリッタ素子の構成１２の代わりに、光源の構成、図６においては有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）の構成１５が設けられる。有機発光ダイオードの構成１５をＯＡＳＬＭ２の平面内に直接配置しても、そのような光源の空間的インコヒーレンスにより、必要な効果が得られないため、この構成は、光の方向においてマイクロレンズの構成１０の上流側に配置される。図６に示すように、有機発光ダイオードの構成１５がマイクロレンズ１０’のオブジェクト側の焦平面に配置されることは特に有利である。このように、ＯＡＳＬＭ２は十分にコヒーレントな光で照明され、ホログラムは完全に読み出される。しかし、有機発光ダイオードがある特定のコヒーレンスのみを含むため、ホログラムを読み出すためには、十分にコヒーレントな読み出し光がサブホログラムの領域内又はＯＡＳＬＭ２の部分上に十分に入射するように、それに対応してコヒーレンス度の高い有機発光ダイオードを選択する必要がある。この場合も、異なる波長の光がホログラムを記録するため及び読み出すために使用される。

ホログラムがＯＡＳＬＭ２に記録される時点で、有機発光ダイオードの構成１５が装置１０３の光束経路内に既に配置されているため、ホログラムの記録中に、画像供給元６の変調素子７により反射された光がぼやけず又は悪影響を受けず、その結果ホログラムの最適な記録が保証されるように、有機発光ダイオードが少なくとも部分的に透過型として実現されるように注意する必要がある。有機発光ダイオードは自発光体であり、所要電力が低いことを特徴とする。更に、それらは非常に平坦であり、そのため、装置１０３のサイズは必要以上に拡大されない。更に反応時間又は応答時間がミリ秒範囲と非常に短いため、それらはＯＡＳＬＭ２を照明するための最適な光源として機能する。ホログラムをＯＡＳＬＭ２に記録した後、有機発光ダイオードの構成１５を光束経路内に回転させることも可能である。

上述の実現例と共に、ＯＡＳＬＭ２に対するホログラムの記録及び読み出しは、図７に示す装置１０４によっても実行可能である。この場合も、基本構成は図２に示す基本構成に対応するが、図７においてはマイクロレンズの構成１６が設けられる。構成１６のマイクロレンズは、偏光依存型又は偏光感応型マイクロレンズ１６’として実現される。この場合、一般に、第１の偏光成分の光が第１の方向に向けられ且つ第２の偏光成分の光が第１の方向とは異なる第２の方向に向けられるように、あるいは本例において、第１の偏光成分の光がその波面に関して影響を受け且つ第２の偏光成分の光がその波面に関して影響を受けないように、個々の偏光依存型マイクロレンズ１６’は複屈折を有する。この場合、異なる波長の光を放射し且つ２つの偏光方向を有する少なくとも２つの光源が使用される。これは、垂直に偏光された光がホログラムを記録するため及び読み出すために使用されることを意味する。この目的のため、個々の偏光依存型マイクロレンズ１６’は、ほぼ以下のように構成される。基板（不図示）に等方性材料１６６が設けられ、等方性材料１６６上に微細構造の界面１６７が形成される。規定の複屈折光軸方向を有する複屈折材料１６８が微細構造の界面１６７上に塗布される。複屈折材料１６８を密封するため、更なる基板（不図示）が複屈折材料１６８に貼付される。偏光依存型マイクロレンズ１６’の実施形態の変更が可能であることは言うまでもない。

更に、切替え可能な偏光子１７は、光の方向において偏光依存型マイクロレンズ１６’の上流側に配置される。この偏光子は、第１の偏光成分の光を透過する第１の偏光状態と第２の偏光成分の光を透過する第２の偏光状態との間で切替え可能である。そのような偏光子１７は一般に周知であるため、更に詳細に説明しない。ホログラムをＯＡＳＬＭ２に記録する場合、偏光子１７は第１の偏光状態に切替えられる。それにより、微細構造の界面１６７はレンズとして機能し、画像供給元６の変調素子７により反射される光をＯＡＳＬＭ２上の領域内に集束する。ホログラムをＯＡＳＬＭ２から読み出す場合、偏光子１７は第２の偏光状態に切替えられる。それにより、微細構造の界面１６７は光学効果を殆ど有さないか又は示さず、その結果、偏光依存型マイクロレンズ１６’は単純な平面板として機能する。その結果、偏光依存型マイクロレンズ１６’に入射する光は、その後、その光の方向に関して影響を受けず、従って、十分にコリメートされた状態を維持する。その後、このコリメートされた光は、偏光依存型マイクロレンズ１６’の視野により定義される領域又は視野により定義されるＯＡＳＬＭ２の一部分に広く入射する。

しかし、図１〜図７に示す全ての実施形態において、記録及び読み出し中の光が互いに対して影響を及ぼすことにより情報が壊されるのを防止するために、異なる波長の光がホログラムを記録するため及び読み出すために使用されるように注意する必要がある。

図１〜図７に示す本発明に係る装置の全ての実施形態に対して、非コヒーレント光はホログラムをＯＡＳＬＭ２に直接記録するために使用され、コヒーレント又は十分にコヒーレントな光はホログラムを読み出すために使用される。例えば特許文献２において説明されるように、ホログラムは、書き込み側に対してＯＡＳＬＭ２の反対側からも読み出し可能である。この場合、ホログラムの記録及び読み出しは、リアルタイムに実行されるという利点を有する。当然、画像供給元６の変調素子７の照明は、ビームスプリッタ素子９又は複数のビームスプリッタ素子９０を使用せずに実行可能であり、この場合、照明デバイス３の光源又は複数の光源４、あるいは照明デバイス３自体の構成は、それに応じて、例えば、画像供給元６に対してある一定の角度を成して実行される必要がある。

ホログラムをカラーでＯＡＳＬＭ２から読み出す必要がある場合、装置１０２、１０３及び１０４内の単色光源４の代わりに、例えば赤色、緑色及び青色の原色に対応する３つの光源を設けることが可能である。複数の単色光源４が装置１０２、１０３及び１０４内に設けられる場合、それに対応して、これらを複数の原色光源に置き換える必要がある。その結果、ホログラムのカラーでの読み出しは、同時又は順次に実行可能である。

しかし、図１〜図７は好適な実施形態を表しているだけであり、装置の更なる実施形態が可能であることは言うまでもない。従って、本発明の範囲を逸脱せずに、図示される実施形態の変更が可能である。

ホログラムのリアルタイムの記録及び読み出しの結果、装置１、１００、１０１、１０２、１０３、１０４は、３次元である利点を有するシーンを再構成するためのホログラム再生デバイスにおいて特に有利に使用可能である。ホログラムが高解像度でＯＡＳＬＭ２に書き込まれるため、高品質の再構成を生成することが可能である。更に、その場合、これらの再構成は、大きな観察者ウィンドウにより３次元で観察可能であるという利点を有する。従って、観察者は再構成を両目で観察できる。

装置１、１００、１０１、１０２、１０３、１０４の可能な使用分野は、例えば、コンピュータ、テレビ、電子ゲーム、情報又は娯楽を表示するための自動車工業、医療技術、特に、侵襲性を最小限とする手術又は断層撮影法により取得されるデータの空間表現等の民間部門、あるいは地形プロファイル等を表現するための軍事技術に対する２次元及び／又は３次元表現用ディスプレイである。本装置１、１００、１０１、１０２、１０３、１０４が上述以外の分野でも使用可能であることは言うまでもない。

Claims (16)

1. 光学媒体、特に光アドレス型空間光変調デバイスにホログラムを記録する装置であって、
   −光を放射する照明デバイスと、
   −光学媒体と、
   −少なくとも１つの変調素子を有する画像供給元と、
   −マイクロレンズの構成と
   を具備し、
   前記ホログラムが前記光学媒体（２）上に生成可能なように、前記マイクロレンズの構成（１０；１６）は、前記マイクロレンズ（１０’、１０’ａ、１０’ｂ、１０’ｃ；１６’）の像焦点が前記光学媒体（２）上に存在するように前記光学媒体（２）から一定の距離に配置される
   ことを特徴とする装置。
2. 前記画像供給元（６）は反射型として実現されることを特徴とする請求項１記載の装置。
3. 前記ホログラムは、前記マイクロレンズ（１０’、１０’ａ、１０’ｂ、１０’ｃ；１６’）の視野に対応する前記光学媒体（２）の領域内に生成可能であることを特徴とする請求項１記載の装置。
4. 前記画像供給元（６）は、マイクロレンズ又はプリズムとして実現される複数の変調素子（７）を具備すること、又は、
   前記画像供給元（６）の前記変調素子（７）は、制御デバイス（８）により前記光を変調するために制御可能であること
   を特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の装置。
5. 前記画像供給元（６）の各変調素子（７）には、前記マイクロレンズの構成（１０；１６）のマイクロレンズ（１０’、１０’ａ、１０’ｂ、１０’ｃ；１６’）が割り当てられることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の装置。
6. 前記照明デバイス（３）は、前記画像供給元（６）上の照明を制御するために使用可能なシャッタ（１１）と関連する光源（４）を具備し、
   前記光源（４）により放射された光をコリメートするため、光の方向において前記シャッタの開口部の下流側に配置される光学素子（５）が設けられる
   ことを特徴とする請求項１又は４記載の装置。
7. 前記照明デバイス（３）は複数の光源（４）を具備し、前記画像供給元（６）は個々の光源（４）の駆動に応じて露光可能であり、
   前記光源（４）により放射される前記光をコリメートするため、前記光源（４）と前記画像供給元（６）との間に配置される光学素子（５）が光源（４）の数に従って設けられる
   ことを特徴とする請求項１又は４記載の装置。
8. 前記光を前記画像供給元（６）上に誘導するため、少なくとも１つのビームスプリッタ素子（９）が光束経路内に設けられること、又は、
   前記光を前記画像供給元（６）上に誘導するため、複数のビームスプリッタ素子の構成（９０）が前記光束経路内に設けられ、前記構成（９０）の各ビームスプリッタ素子が前記画像供給元（６）の少なくとも１つの変調素子（７）に割り当てられること
   を特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の装置。
9. 前記ビームスプリッタ素子は、前記画像供給元（６）の前記個々の変調素子（７）に入射する前記光が同一の強度を有するような様々なスプリット率を有するように実現されることを特徴とする請求項８記載の装置。
10. 前記ホログラムを前記光学媒体（２）から読み出すため、前記光の方向において前記マイクロレンズの構成（１０）の上流側、特に前記マイクロレンズ（１０’、１０’ａ、１０’ｂ、１０’ｃ；１６’）のオブジェクト側の焦平面内に配置された、光源の構成、特に有機発光ダイオードの構成（１５）が設けられることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の装置。
11. 前記マイクロレンズ（１６’）は、
    偏光依存型マイクロレンズとして実現され、
    第１の偏光成分の光はその波面に関して影響を受け得るが、第２の偏光成分の光はその波面に関して影響を受けないような、複屈折を有する
    ことを特徴とする請求項１又は３記載の装置。
12. 前記第１の偏光成分の光を透過する第１の偏光状態と前記第２の偏光成分の光を透過する第２の偏光状態との間で切替え可能な切替え可能偏光子（１７）が設けられることを特徴とする請求項１１記載の装置。
13. 光学媒体、特に光アドレス型空間光変調デバイスにホログラムを記録する方法であって、
    記録される前記ホログラムに従って少なくとも１つの変調素子を設定することにより光を変調する、画像供給元の前記少なくとも１つの変調素子上に照明デバイスから光を誘導し、
    前記画像供給元（６）から放射される前記光は、前記光を前記光学媒体（２）上に集束するマイクロレンズの構成（１０；１６）に入射し、それにより、前記ホログラムが前記光学媒体（２）上に生成される
    ことを特徴とする方法。
14. 前記ホログラムは、前記マイクロレンズ（１０’、１０’ａ、１０’ｂ、１０’ｃ；１６’）の視野に対応する前記光学媒体（２）の領域内に生成されること、又は、
    コリメートされた光は、前記画像供給元（６）及び前記マイクロレンズの構成（１０；１６）に入射すること
    を特徴とする請求項１３記載の方法。
15. 前記画像供給元（６）の複数の変調素子（７）を、前記変調素子（７）が前記入射光を前記変調素子（７）に割り当てられた前記マイクロレンズ（１０’、１０’ａ、１０’ｂ、１０’ｃ；１６’）に誘導、特に反射するように制御デバイス（８）により制御し、それにより各マイクロレンズ（１０’、１０’ａ、１０’ｂ、１０’ｃ；１６’）は前記光学媒体（２）上の所定の領域へ前記入射光を集束することを特徴とする請求項１３又は１４記載の方法。
16. 垂直に偏光された光が、前記ホログラムを前記光学媒体（２）に記録するため、並びに前記光学媒体（２）から読み出すために使用されること、又は、
    非コヒーレント光が、ホログラムを前記光学媒体（２）に記録するために使用され、十分にコヒーレントな光が、前記ホログラムを読み出すために使用されること
    を特徴とする請求項１３記載の方法。

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