JP5079736B2 - ホログラム再生および撮像装置、ホログラム再生および撮像方法 - Google Patents

Description

この発明は、信号光（物体光）と参照光の干渉縞が記録されたホログラム記録材料から記録情報を再生し、その情報を光電変換するようにしたホログラム再生および撮像装置、ホログラム再生および撮像方法に関する。

立体表示が可能なホログラムは、クレジットカード、身分証明書等の真贋判定のために使用されている。現状では、干渉膜を表面の凹凸として記録したエンボス型ホログラムが多く使用されている。しかしながら、エンボス型ホログラムは、偽造されやすい問題があった。これに対して、干渉膜を膜内部の屈折率の差として記録するリップマン型ホログラムは、偽造が極めて困難である。その理由は、記録画像を制作するのに高度な技術が必要とされ、また、記録材料が入手困難なことによる。リップマン型ホログラムの制作方法としては、被写体にレーザーを照射する実写ホログラムと、多視点からの視差画像をもとに記録するホログラフィックステレオグラムとがある。

リップマン型ホログラフィックステレオグラムを制作する過程は、概略的には、画像の取得と、取得した画像の編集等の処理からなるコンテンツ製作工程と、ホログラム原版作成工程と、複製（量産）工程とからなる。画像は、撮像、またはコンピュータグラフィックスにより取得される。画像編集工程で得られた複数の画像のそれぞれが例えば円筒状レンズによって短冊状の画像に変換される。画像の物体光と参照光との干渉縞が短冊状の要素ホログラムとしてホログラム記録媒体に順次記録されることによって原版が作製される。原版に対してホログラム記録媒体が密着され、レーザ光が照射され、ホログラムが複製される。

このホログラムでは、例えば横方向の異なる観察点から順次撮影することにより得られた画像情報が短冊状の要素ホログラムとして横方向に順次記録されている。このホログラムを観察者が両目で見たとき、その左右の目にそれぞれ写る２次元画像は若干異なるものとなる。これにより、観察者は視差を感じることとなり、３次元画像が再生されることとなる。

上述したように、短冊状の要素ホログラムを順次記録する場合には、水平方向のみに視差を持つＨＰＯ(Horizontal Parallax Only)ホログラフィックステレオグラムが作成される。ＨＰＯ型は、プリントにかかる時間が短く、高画質記録が実現できる。さらに、記録方式において上下視差も入れることもできる。水平方向および垂直方向の両方向に視差を持つホログラムは、ＦＰ(Full Parallax) 型のホログラムと称される。

リップマン型ホログラムは、エンボス型ホログラムに比して偽造が困難で、クレジットカード、身分証明書等の真贋判定の用途に適している。さらに、シリアル番号、識別情報（ＩＤ）等の付加情報を記録できれば、より偽造が困難とできる。１枚ずつプリンタでホログラムを作成することは、効率が悪いので、密着コピーにより多数のホログラムが複製される方法が知られている。

この発明の発明者は、ホログラムを複製する際に、複製と同時に付加情報を記録することができるホログラム複製装置および複製方法を提案している。この方法により複製されたホログラムは、見る角度に応じてホログラフィックに記録された文字情報、バーコード情報を再生することができる。この記録済みのデータは、人の目によって認識されるだけでなく、撮像カメラによって光電変換し、機械読み取りを行いたいという要請が多い。例えば、製造工程でホログラム記録材料に記録した付加情報がエラーなく記録できたかどうかを確かめるいわゆるベリファイ工程において、生産設備内で機械読み取りを行うことが必要とされる。

ホログラムはその性質上、ある部分には一つの平行光か、点光源が当たっている必要がある。同時に複数の光源が当たっていると、その両方の光源から異なる画像が再生されそれらが重なり合わさった複数多重像が再生されてしまい、ぼやけた像となってしまう。面光源によって照明されても同様、ぼやけることになる。

一方、ホログラムを面に近いところの斜めから照射しなければならない場合、均一に全面領域を平行光または点光源にて照射することが難しくなる。現実的にＬＥＤ(Light Emitting Diode)やキセノンランプ、ハロゲンランプなどは理想的な点光源とはなりえないため、レンズ系で光軸を所定の軸と一直線としても、光源に近い領域と遠い領域とでは、光量分布の相違が発生する。

複数のＬＥＤなどの光源を近接して配置した場合、光量ムラが改善できる。しかしながら、複数の光源の間の中央部分付近は、２つの光源から同等に照明されることになり、二重像が再生されてしまう。この二重像からは、正確な読み取りができずエラーとなったり、誤認識したりすることになる。

特許文献１には、要素ホログラムを読み取る場合、再生参照光が隣接する要素ホログラムも照射することによるクロストークの影響を軽減することが記載されている。特許文献１に記載の方法は、再生参照光の光束の径を絞りによって制限することによって、クロストークを減少させるものである。

特開平１１−２５８９７０号公報

特許文献１に記載のものは、複数のＬＥＤを光源として使用するものにおける二重像の問題を解決するものではなかった。さらに、特許文献１に記載されているように、絞りを設けることは、光学部品の増加を招く問題があった。

したがって、この発明の目的は、ホログラムの再生像例えばホログラム記録材料に記録されている付加情報の再生像をクロストーク無く、鮮明に撮影することが可能なホログラム再生および撮像装置、ホログラム再生および撮像方法を提供することにある。

上述した課題を解決するために、この発明は、ホログラムが記録されたホログラム記録材料に近接して配置され、複数の光源の配列を有する参照光光源と、
複数の光源を時分割的に駆動する参照光光源駆動部と、
参照光光源からの参照光が照射される再生領域の像を撮影して光電変換するイメージセンサと、
イメージセンサからの撮像信号を処理する画像処理部と
を備え、
複数の光源の点灯時に照射される領域の撮像信号を有効とすることによって部分撮像画像を取得し、画像処理部によって部分撮像画像を合成して再生画像とするホログラム再生および撮像装置である。

この発明は、ホログラムが記録されたホログラム記録材料に近接して配置され、複数の光源の配列を有する参照光光源を時分割的に駆動することによって、参照光をホログラム記録材料に照射し、
参照光光源からの参照光が照射される再生領域の像をイメージセンサによって撮影して光電変換し、
複数の光源の点灯時に照射される領域の撮像信号を有効とすることによって部分撮像画像を取得し、
部分撮像画像を合成して再生画像とするホログラム再生および撮像方法である。

この発明では、小型簡易な光学系とローコストのデバイスとによって、クロストークの無い鮮明な再生画像を得ることができる。

この発明を適用できる複製装置の一例の構成を示す略線図である。 視野角についての一般的な説明に使用する略線図である。 この発明を適用できる複製装置における視野角についての説明に使用する略線図である。 この発明を複製装置のベリファイ装置に対して適用した場合の一例の説明に用いる略線図である。 この発明を複製装置のベリファイ装置に対して適用した場合の他の例の説明に用いる略線図である。 この発明を適用できる複製装置の他の例の構成を示す略線図である。 参照光光源の一般的な駆動方法の説明のための略線図である。 この発明の一実施の形態における参照光光源の時分割駆動の説明のための略線図である。 この発明の一実施の形態における参照光光源の時分割駆動の説明のための略線図である。 この発明の一実施の形態のブロック図である。 この発明の一実施の形態における参照光光源の駆動方法の説明に使用するタイミングチャートである。 この発明の第１の実施の形態の撮像光学系の第１の例の構成を示す略線図である。 この発明の第１の実施の形態の撮像光学系の第２の例の構成を示す略線図である。 この発明の第２の実施の形態の撮像光学系の第１の例の構成を示す略線図である。 この発明の第２の実施の形態の撮像光学系の第２の例の構成を示す略線図である。 この発明の第２の実施の形態の撮像光学系の第３の例の構成を示す略線図である。 この発明の第２の実施の形態の撮像光学系の第４の例の構成を示す略線図である。 この発明の第２の実施の形態の撮像光学系の第５の例の構成を示す略線図である。

以下、この発明を実施するための最良の形態（以下実施の形態とする）について説明する。なお、説明は、以下の順序で行う。
＜１．第１の実施の形態＞
＜２．第２の実施の形態＞
＜３．変形例＞
なお、以下に説明する実施の形態は、この発明の好適な具体例であり、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、この発明の範囲は、以下の説明において、特にこの発明を限定する旨の記載がない限り、これらの実施の形態に限定されないものとする。

＜１．第１の実施の形態＞
「複製装置の構成」
図１を参照して、この発明を適用できる複製装置について説明する。複製装置は、ホログラム原版からホログラム記録媒体に対してホログラムを複製すると共に、シリアル番号、識別情報等の付加情報を記録するものである。

レーザ光源１００からのレーザ光が１／２波長板１０１を介して偏光ビームスプリッタ１０２に入射される。１／２波長板１０１は、レーザ光の偏光面を９０°回転させる。偏光ビームスプリッタ１０２によってレーザ光（Ｓ偏光）が反射され、レーザ光が空間フィルタ１０３によって拡大される。空間フィルタ１０３からのレーザ光（すなわち、参照光）がコリメーションレンズ１０４に入射される。コリメーションレンズ１０４によって平行光とされたレーザ光が感光性材料の層を有するホログラム記録媒体１０５およびホログラム原版１０６に照射される。

ホログラム原版１０６は、一例として、観察時に水平方向に視差を有するホログラフィックステレオグラムである。水平方向および垂直方向の両方向の視差を有するホログラフィックステレオグラムであっても良い。さらに、被写体にレーザー光を照射して制作された実写ホログラムであってもよい。一般的に、異なる視点から見た被写体の２次元画像を原画として、３次元画像を再生するホログラムを合成することが可能である。ホログラフィックステレオグラムは、例えば、被写体を異なる観察点から順次撮影することにより得られた多数の画像を原画として、これらを１枚のホログラム用記録媒体に短冊状の要素ホログラムとして順次記録することにより作製される。

ホログラム記録媒体１０５およびホログラム原版１０６は、直接密着されるか、屈折率調整液（インデックスマッチング液と称される）を介して密着される。ホログラム記録媒体１０５には、ホログラム原版１０６によって回折した光と参照光とによって形成される干渉縞、並びに付加情報光と参照光とによる干渉縞が記録される。

偏光ビームスプリッタ１０２を通過したレーザ光（Ｐ偏光）がミラー１０７で反射されて空間フィルタ１０８に入射される。空間フィルタ１０８によって拡大されたレーザ光がコリメーションレンズ１０９によって平行光とされ、ミラー１１０に入射される。

ミラー１１０によって反射されたレーザ光が拡散板１１１を介して空間光変調素子としての液晶パネル１１２に入射される。拡散板１１１は、ミラー１１０からのレーザ光を要素ホログラム幅方向および長手方向の少なくとも一方に拡散させることによって、複製されるホログラフィックステレオグラムの視野角を広げる。拡散板１１１によって拡散されたレーザ光は、絞り（マスク）１１５によって絞られ、観察時の正面においてのみ視野角が広くされる。

液晶パネル１１２に対しては、図示しないが、液晶駆動部例えばマイクロコンピュータが接続されている。液晶駆動部によって、液晶パネル１１２上に付加情報の画像が表示される。付加情報としては、ホログラムの各々に対するユニークな番号（シリアル番号）のような識別情報が使用される。液晶表示パネル１１２の出射面に偏光板１１３が設けられている。液晶表示パネル１１２によって偏光面が回転され、Ｐ波がＳ波とされる。

液晶表示パネル１１２によって発生し、偏光板１１３を介された付加情報光が投影レンズ１１４、絞り１１５および投影レンズ１１６からなる結像光学系を介してホログラム原版１０６に入射される。ホログラム記録媒体１０５には、ホログラム原版１０６によって回折した光およびホログラム原版１０６を通過した付加情報光が重畳された光と、入射レーザ光とによって形成される干渉縞が記録される。したがって、ホログラム原版１０６のホログラム領域内に付加情報を記録することができる。

「視野角について」
ホログラム記録媒体１０５に対する記録と、記録されたホログラム記録媒体１０５を再生する際の視野角との一般的関係について、図２を参照して説明する。図２Ａに示すように、記録時には、ホログラム記録媒体１０５’に対して参照光１６０が入射角θ１で入射され、ホログラム記録媒体１０５’の反対側から物体光１６１が入射角θ２で入射される。物体光１６１と参照光１６０とで形成される干渉縞がホログラム記録媒体１０５’に記録される。

このように記録されたホログラム記録媒体１０５’に対して、図２Ｂに示すように、入射角θ１でもって照明光１７０を照射すると、ホログラム記録媒体１０５’によって出射角θ２でもって物体光（再生光）１７１が出射される。したがって、物体光１７１の延長方向の視点から物体光を見ることができる。

複製装置では、図１に示すように、参照光が入射角θ１でホログラム記録媒体１０５に入射され、付加情報光がホログラム記録媒体１０５に対して、入射角θ２で入射され、付加情報光が±θ３の広がりを有している。再生時には、図３に示すように、複製済みのホログラム記録媒体１０５に対して、入射角θ１で参照光１７２を入射する。ホログラム記録媒体１０５によって再生された付加情報光１７３は、出射角θ２を中心として±θ３の広がりを持つ。すなわち、付加情報は、出射角θ２を中心として±θ３の範囲に視点がある場合のみ見ることができることを意味する。

付加情報光の光軸がホログラム記録媒体１０５に対してなす入射角θ２によって、複製後のホログラム記録媒体１０５を再生した時に、付加情報画像を見ることができる視点の中心角度を設定できる。さらに、投影レンズ１１４、１１６および絞り１１５からなる結像光学系によって付加情報光の光束の広がりを制御することによって、再生時の付加情報画像の見える視点の範囲を設定することができる。

したがって、複製装置により複製されたホログラム記録媒体１０５は、以下のような特徴を有するものとなり、視点の移動によって互いに独立してホログラム画像と付加情報画像とを観察することができる。視点の移動は、目の移動およびホログラム記録媒体の移動の何れによってもなされる。
所定の角度から照明した際に、法線に対して左右に視点を動かすと少なくとも水平方向には連続した視差を持ち、上下方向には視野角を制御したホログラム画像が再生される。この場合、上下方向の視野角が制御されなくても良い。
ホログラム記録媒体の法線に対して上下および左右の少なくとも一方の方向に視点を相対的に動かすと、該ホログラム画像とは異なる連続しない他の画像（付加情報画像）が再生されるように、１層の材料中に屈折率変調が記録されている。

ホログラム画像は、画像を記録したホログラムまたはホログラフィックスステレオグラムである。上下方向および左右の少なくとも一方の方向の別の角度から再生されるホログラムとしては、奥行き方向には略一定平面に定位する２次元画像である。この奥行き方向に略一定平面に定位する２次元画像が識別情報を有する付加情報画像である。

上述した複製装置は、ホログラム領域内に付加情報画像（シリアル番号や機械読取可能なバーコード情報等）を記録することができる。さらに、付加情報画像が見える視点の範囲を規定できるので、付加情報画像が本来のホログラム画像の観察の妨げとなることを防止できる。

「ベリファイ装置」
複製装置によるホログラム製造工程において、ホログラム記録材料に記録した画像がエラーなく記録できたかどうかを確かめるいわゆる検査（ベリファイ）工程が設けられる。図４Ａに示すように、セパレータフィルム剥離、繰り出し工程１、ＩＤ情報記録工程２、保護フィルム貼り付け工程３、ＵＶ(紫外線：Ultraviolet)加熱工程４、検査工程５およ
びフィルム巻き取り工程６が順になされる。

ローラ７に対して図４Ｂに示すように、ベースフィルム２１上にホログラム記録材料２２が塗布され、さらにセパレータ２３が被覆された記録フィルムが巻かれている。セパレータフィルム剥離、繰り出し工程１では、セパレータ巻き取りローラ８によってセパレータ２３が巻き取られる。セパレータ２３が剥離されてＩＤ情報記録工程２に対してベースフィルム２１上に塗布されたホログラム記録材料２２（図１におけるホログラム記録媒体１０５）が搬送される。

ＩＤ情報記録工程２において、ホログラム原版９（図１におけるホログラム原版１０６）を使用してホログラム画像がホログラム記録材料２２に対して記録されると共に、ＩＤ情報が記録される。ＩＤ情報記録工程２において、記録済みのホログラム記録材料が保護フィルム貼り付け工程３に搬送される。

保護フィルム貼り付け工程３において、ローラ１０から繰り出された透明な保護フィルム２４がホログラム記録材料２２上に積層される。保護フィルム２４が積層されたホログラム記録材料がＵＶ加熱工程４に搬送される。ＵＶ加熱工程４は、ＵＶ装置１１によって紫外線を保護フィルム２４を介してホログラム記録材料２２に対して照射する。ＵＶ加熱工程４は、ホログラムの記録を定着させる定着部としての機能を有する。ＵＶ加熱工程４において、保護フィルム２４の接着を行うようにしても良い。

ＵＶ加熱工程４から搬送されてきたベースフィルム２１、ホログラム記録材料２２および保護フィルム２４の積層フィルムが検査工程５において検査される。すなわち、検査装置１２によって、所期の付加情報が良好に記録されたか否かが検査される。検査工程５において、付加情報に加えてホログラム画像が良好に複製されたか否かを検査するようにしても良い。検査済みのフィルムがフィルム巻き取り工程６に搬送され、ローラ１３によって巻き取られる。

製造工程に検査工程を付加する他の形態について、図５を参照して説明する。図５に示す製造工程では、ホログラムをコンタクトプリントによって複製するためのレーザ光と別のレーザ光を使用して付加情報を記録するようにしても良い。

図５Ａに示すように、コンタクトプリントが行われ、且つＵＶ定着部１３５により定着される前に付加情報が記録される。図示せぬローラから繰り出されたホログラム記録フィルム１３１がローラの周面に巻き付けられる。ローラの周面にはホログラム原版１３２が貼り付けられている。ホログラム原版１３２は、例えば水平方向連続視差画像である。ホログラム原版１３２とホログラム記録フィルム１３１が密着された状態で、複製用レーザ光１３３が照射され、ホログラム原版１３２のホログラムがホログラム記録フィルム１３１に複製される。

複製は、ホログラム記録フィルム１３１が送られることによって行なわれる。複製後にホログラム記録フィルム１３１がＵＶ定着部１３５に向かって送られる。途中に付加情報記録部１３６が配置されている。ＵＶ定着部１３５により定着が完了したホログラム記録フィルム１３１が検査装置１３７に搬送され、付加情報が適切に記録されたか否かが検査される。

検査装置１３７は、ホログラム記録フィルム１３１に記録された付加情報を再生するための再生参照光を発生するための参照光光源１３８が設けられている。参照光光源１３８は、図５Ｂに示すように、ホログラム記録フィルム１３１の搬送方向と直交する方向に複数の点光源例えばＬＥＤをライン状に配列した構成とされている。参照光光源１３８が発生した再生参照光は、付加情報を再生できるように、付加情報記録部１３６における記録参照光と同様の波長（単一の波長、白色光の波長等）を有し、記録参照光と同様の入射角でもってホログラム記録フィルム１３１に対して入射される。ホログラフィックストレージ技術における角度多重と比較して、付加情報の再生のための参照光の波長および入射角の同一性は、厳しくない。

再生参照光が照射されることによって、ホログラム記録フィルム１３１に記録された付加情報が再生される。後述するように、再生された付加情報が撮像素子によって撮像されて光電変換される。撮像素子による撮像画像が解析されることによって、付加情報が良好に記録されたか否かが検査される。

付加情報記録部１３６の一例を図６に示す。レーザ光源１００、１／２波長板１０１、偏光ビームスプリッタ１０２、空間フィルタ１０３およびコリメーションレンズ１０４によって生成された参照光がホログラム記録フィルム１３１に入射される。ホログラム記録フィルム１３１は、紙面に直交する方向に搬送される。ホログラム記録フィルム１３１は、透過性ベースフィルム上に感光性材料が塗布されたものである。この付加情報記録部１３６において使用されるレーザー光源１００はパルスレーザーでもよく、その場合、記録に十分なエネルギーが与えられるならばホログラム記録フィルム１３１の送りを停止させずに連続処理を行なうことも可能である。

ミラー１０７で反射され、空間フィルタ１０８、コリメーションレンズ１０９を経由し、ミラー１１０で反射されたレーザ光が分岐されたレーザ光となる。分岐されたレーザ光が図１に示す複製装置と同様に、拡散板１１１を介して液晶パネル１１２に入射される。液晶パネル１１２の付加情報画像が偏光板１１３、結像光学系（投影レンズ１１４、１１６、絞り１１５）およびルーバー１３４を介してホログラム記録フィルム１３１に結像される。ルーバー１３４を設けることによって、反射光等の不要な光がホログラム原版１０６に入射されることを防止することができる。ルーバー１３４に代えて透明板を使用しても良い。

「検査装置における参照光光源の制御」
図５における検査装置１３７に対して適用できるこの発明による検査装置について説明する。但し、この発明は、図４における検査工程５に対しても適用できる。再生時に付加情報を再生する時に発生する問題について説明する。

図７に示すように、例えば参照光光源３０が４個のＬＥＤＬ１，ＬＥＤＬ２，ＬＥＤＬ３，ＬＥＤＬ４（以下、単にＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４と表記する）によって構成される。参照光光源３０によってホログラム記録材料が照射される。参照光は、付加情報の記録時に使用した参照光とほぼ等しい波長を有する。２次元読み取り可能なイメージセンサ（ＣＣＤ（Charge Coupled Device)、ＣＭＯＳ(Complementary Metal Oxide Semiconductor)
等）が一度に再生できる領域と対応して再生領域４０が設定される。再生領域４０は、照明領域でもあり、撮像領域でもある。再生領域４０において、Ｌ１〜Ｌ４によって、分割領域Ｒ１，分割領域Ｒ２，分割領域Ｒ３，分割領域Ｒ４（以下、単にＲ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４と表記する）がそれぞれ照射される。

Ｒ１から付加情報例えば「ＡＢＣ」の文字が再生され、Ｒ２から付加情報例えば「ＤＥＦ」の文字が再生され、Ｒ３から付加情報例えば「ＧＨＩ」の文字が再生され、Ｒ４から付加情報例えば「ＪＫＬ」の文字が再生される。参照光光源３０のＬ１〜Ｌ４を同時に発光させた場合、隣り合う複数のＬＥＤからの参照光によって像が再生され、２重像、３重像が発生し、ホログラム再生像のぼけを生じる。

この問題を解決するために、図８に示すように、一つおきにＬＥＤを交互に点滅させることにする。すなわち、あるタイミングでは、Ｌ１およびＬ３が同時に点灯されると共に、Ｌ２とＬ４が消灯され、次のタイミングでは、Ｌ１およびＬ３が消灯されると共に、Ｌ２とＬ４が同時に点灯される。図８において、Ｌ１およびＬ３の発光により再生される像を白い文字で表し、Ｌ２およびＬ４により再生される像を黒い文字で表している。

あるタイミングでは、図９Ａに示すように、Ｌ１およびＬ３が同時に点灯されると共に、Ｌ２およびＬ４が消灯される。Ｒ１およびＲ３に対して、Ｌ１およびＬ３からの参照光のみがそれぞれ照射され、Ｒ２およびＲ４に対してＬ１およびＬ３からの参照光のみがそれぞれ照射される。

次のタイミングでは、図９Ｂに示すように、Ｌ１およびＬ３が消灯されると共に、Ｌ２とＬ４が同時に点灯される。Ｒ１およびＲ３に対してＬ２およびＬ４からの参照光のみがそれぞれ照射され、Ｒ２およびＲ４に対してＬ２およびＬ４からの参照光のみがそれぞれ照射される。

さらに、ＬＥＤのスイッチングに同期してイメージセンサの撮像する領域が切り換えられる。すなわち、図９Ａにおいては、Ｒ２およびＲ４が撮影されず、図９Ｂにおいては、Ｒ２およびＲ４が撮影されない。イメージセンサ自身を制御するのに代えて、イメージセンサの出力信号を部分的に無効としても良い。各領域は、一つの参照光によって照射され、二重像の発生を回避できる。

このようにホログラム再生、および、撮影を行うと、2 回の撮像で、Ｒ１，Ｒ３のホログラム再生像と、Ｒ２，Ｒ４のホログラム再生像とが得られる。イメージセンサ、光源、ホログラムは固定されているので、画像上でホログラム再生像が占める領域も固定されている。したがって、それぞれの画像から必要な領域のみ切り出し、合成画像を生成すれば、シャープネスの高い全面の画像が得られることになる。他の方法として、イメージセンサの感度がホログラム再生像の明るさに対して十分であれば、1 回の撮像の間にＬＥＤのスイッチングを完了させて、1 枚の撮影画像で所望のホログラム再生像を撮像することも可能である。

上述した例では、４個の光源で説明したが、より多数（数十、数百）の光源でも構成可能である。さらに、同時に光らせる光源の個数は領域のクロストークが無い限りはどのように選択することも可能である。光源を２次元で配列し、スイッチングしながら撮像領域を切り替えていけば、必ずしも、撮像素子、ホログラム、光源の相対位置を動かさなくても良い。

「検査装置の信号処理回路」
図１０に示すように、イメージセンサ４１により付加情報の再生像が読み取られ、光電変換される。イメージセンサ４１の出力信号が信号処理回路４２によって、ゲインの補正、ノイズの除去等の処理がなされる。信号処理回路４２からの撮像信号がＡ／Ｄコンバータ４３によってディジタル撮像信号に変換される。

ディジタル画像信号が画像処理回路４４に供給される。画像処理回路４４と関連してメモリ４５が設けられている。画像処理回路４４は、メモリ４５に蓄積されたディジタル撮像信号を処理して部分読み取り画像を合成して付加情報の再生画像を得る。さらに、所定の付加情報の再生画像が適正に再生されているか否かの判定を行う。画像処理回路４４の出力信号が表示部４６に供給される。表示部４６は、再生画像、判定結果（ＯＫ／ＮＧ）等を表示する。

上述したように、複数のＬＥＤを一列に並べた参照光光源３０が駆動回路４８からの駆動信号によって駆動される。駆動回路４８に対してコントローラ４９からの駆動信号が供給される。コントローラ４９は、検査装置を構成するイメージセンサ４１、信号処理回路４２、画像処理回路４４等を制御するコントロール信号を発生する。コントロール４９によって参照光光源３０のスイッチングと、このスイッチングと同期した撮像動作がなされる。

図１１のタイミングチャートは、参照光光源３０の駆動と、イメージセンサ４１の露光とのタイミングを示す。図１１Ａに示すように、パルス信号のハイレベルの期間Ｔ１において、Ｌ１およびＬ３が点灯される。図１１Ｃに示すように、パルス信号のハイレベルの期間Ｔ２において、Ｌ２およびＬ４が点灯される。

図１１Ｂにおいて、ハイレベルの期間Ｔ１において、Ｌ１およびＬ３によって再生された付加情報がイメージセンサ４１によって撮像され、Ｒ１〜Ｒ４のそれぞれの部分的画像の撮像信号が得られる。撮像信号がメモリ４５に蓄積される。図１１Ｄにおいて、ハイレベルの期間Ｔ２において、Ｌ２およびＬ４によって再生された付加情報がイメージセンサ４１によって撮像され、Ｒ１〜Ｒ４のそれぞれの部分的画像の撮像信号が得られる。撮像信号がメモリ４５に蓄積される。

画像処理回路４４がメモリ４５に蓄積されている画像を合成することによって付加情報の画像を再現する。再現された画像を画像処理回路４４が表示部４６に出力し、表示部４６に付加情報の再生画像が表示される。さらに、画像処理回路４４によって、再生画像から付加情報が正しく再生されたか否かが判定される。判定結果が表示部４６に表示される。

さらに、画像処理回路４４において、平行光ではない拡散光を照明することにより生じる歪を補正するようにしても良い。すなわち、撮像済みの画像を既知の歪パラメータに基づく画像処理補正を行い、分割領域の境界で画像が滑らかにつながるような処理がなされる。

「検査装置の光学系」
図１２に示すように、ホログラム記録材料のホログラム面５１に対して、ライン状に近接して配されたｎ個のＬＥＤ（Ｌ１〜Ｌｎ）からなる参照光光源３０からの参照光が照射され、ライン状の再生領域４０をラインセンサのイメージセンサ４１が撮像する。ＬＥＤからの光がホログラム面５１に対する入射角が付加情報を再生するための所定の値とされている。図１２Ａが側面図、図１２Ｂが正面図、図１２Ｃが平面図である。前述した図５の製造工程に対応させると、ホログラム面５１が図１２Ａでは、図面と直交する方向に搬送される。すなわち、図１２の構成では、搬送方向と直交する方向に対して所定の入射角となるように参照光が入射される。所定の入射角は、付加情報のホログラムを再生できる角度を意味する。

撮像光学系は、再生領域４０の全幅に渡って同一角度で読み出しができるようにいわゆるテレセントリック系の光学系にて組むことが理想的である。しかしながら、このようなテレセントリック系の光学系は、レンズ自体や光学系が大きくなることから、非テレセントリック系のレンズ５２が使用される。

再生領域４０の像の光は、ミラー５３およびミラー５４によって順に反射されてイメージセンサ４１に入射される。ミラー５３および５４を使用するのは、光学系のサイズ（高さ）を小さくするためである。

上述したように、隣接するＬＥＤが同時には発光しないように駆動される。このときのスイッチングタイミングに同期して、撮像領域を選択的に変化させ、最終的には読み取るべき領域４０の全域の情報を得る。再生領域４０内の被撮影領域には一つのＬＥＤからの光しか当たらないようにするために、隣接するＬＥＤを交互に光らせるだけでなく、３個に１つ、または４個に１つの割合で発光させても良い。ＬＥＤとして砲弾型レンズが付いたものを使えば、コリメート光学系を使用しなくても、微小歪で撮像が可能である。より積極的にマイクロレンズアレイによって参照光を平行光として照射しても良い。ここで生じる微小歪は、既知の歪となるため、撮像領域境界部分では撮像後の画像を画像処理にて歪補正することが可能である。また、各ＬＥＤで再生されるホログラム再生像の輝度のばらつきに関しても、事後の画像処理で補正を行うことが可能である。さらに、ＬＥＤからの参照光の入射角度を位置によって変えることによって、読み出し角度が変化しないようにしても良い。

イメージセンサ４１としてラインセンサを使用する場合、再生領域４０のホログラムが撮影されると、ホログラム記録材料が１ステップ搬送され、隣接する再生領域４０が撮影される。順送り動作が繰り返されて取得された複数のライン状の画像が画像処理によって合成されて一つの再生画像となされる。ライン状の再生領域４０を設定することによって、参照光のホログラム面５１に対する入射角が再生領域４０の短辺方向で所定の値と相違することを防止できる。但し、許容できる範囲で再生領域４０の幅を大きくして帯状の形状としても良い。

図１３は、撮像光学系の他の例である。図１３Ａが側面図、図１３Ｂが正面図、図１３Ｃが平面図である。図１３Ｃにおいて、再生領域４０が示されている。前述した図５の製造工程に対応させると、ホログラム面５１が図１３Ａでは、図面と直交する方向に搬送される。すなわち、図１３の構成では、搬送方向と平行する方向に対して所定の入射角となるように参照光が入射される。図１２に示す光学系と同様に、イメージセンサ４１とホログラム面５１との間に、非テレセントリック系のレンズ５２、ミラー５３およびミラー５４からなる光学系が配置される。

＜２．第２の実施の形態＞
「撮像光学系」
この発明の第２の実施の形態について説明する。ホログラムに記録された情報を読み出す方法として、ホログラムを走査して撮像すると、少なくともその走査方向には同一条件で撮像されるので、高分解能の撮像を行いやすい。ホログラムを照明する参照光は、ホログラムに対して斜めから入射することになるが、撮像光路を遮らない位置から所定の角度から均一に平行光に近い光を入射する必要がある。これは、あらかじめホログラムが作られた参照光方向から入射する必要がある。

図１４は、撮像光学系の第１の例を示す。図１４Ａが側面図、図１４Ｂが正面図である。レーザ光源６１からのレーザ光がコリメータレンズ６２により平行光とされてガルバノミラー６３に入射される。ガルバノミラー６３の代わりに、レゾナントスキャナー、またはポリゴンミラーのような光走査アクチュエータを使用しても良い。ガルバノミラー６３は、図示しない駆動機構によってミラー面が傾くように回転される。

ガルバノミラー６３で反射されたレーザ光がテレセントリックｆθレンズ６４を通じてホログラム面５１に対して所定の入射角度で入射される。テレセントリックｆθレンズ６４は、ガルバノミラー６３の等角速度で走査されたレーザ光を結像面（ホログラム面５１）上で等速走査させる機能を有する。

ホログラム面５１が図１４Ａでは、図面と直交する方向に搬送される。すなわち、図１４の構成では、搬送方向と直交する方向に対して所定の入射角となるように参照光が入射される。所定の入射角は、付加情報のホログラムを再生できる角度を意味する。

ホログラム面５１とイメージセンサ４１との間にテレセントリックｆθレンズ６５ａおよび６５ｂが配置される。テレセントリックｆθレンズ６５ａおよび６５ｂによって、レーザ光が走査した位置のホログラム再生像がホログラム面５１に対して垂直に読み取られる。

イメージセンサ４１の１ラインスキャンの露光時間が少なくとも一片道走査時間以上になるように設定されて撮像が行われ、全幅の情報が得られる。このラインスキャンの時間と露光時間が近い場合、たとえば露光時間がラインスキャン時間の１．５倍だと、ある部分は２回スキャンされてある部分は１回しかスキャンされないという、部分的に濃淡差ができてしまう。この問題を生じないように、ラインの１周期またはその整数倍に近い露光時間で撮像がなされる。さらに、スキャンと撮像とのタイミングを同期させるなどの対応をして、均一化を図ることもできる。

図１４の構成では、ホログラムの参照光の走査速度が、ホログラム面上にて略等速になるようにレンズ６４によってｆθ変換している。この代わりに、例えばガルバノミラー６３などの走査駆動アクチュエータの速度制御をおこない、走査速度がなるべく等速になるようにすることもできる。速度が異なると、ホログラムに照射される光量にばらつきが生じ、それが撮像の際の明るさのばらつきに悪影響を与えることになることを防止するために、走査速度が等速とされる。さらに、キャリブレーションなどにより、あらかじめ、スキャンライン毎の光量の相違が分かっている場合には、スキャンラインごとに補正係数を求め、画像処理によりホログラム再生像の輝度ムラを補正することも可能である。

図１５は、撮像光学系の第２の例である。図１５Ａが側面図、図１５Ｂが正面図である。図１５の構成では、ホログラム面５１が図面と直交する方向に搬送される。すなわち、図１５の構成では、搬送方向と平行する方向に対して所定の入射角となるように参照光が入射される。図１４に示す光学系と同様に、レーザ光源６１、コリメータレンズ６２、ガルバノミラー６３、テレセントリックｆθレンズ６４，６５ａ，６５ｂからなる光学系が配置される。

図１６は、撮像光学系の第３の例を示す。第３の例では、光走査をせずに、予め平行光としたレーザー光を斜め入射する例を図示している。レーザ光源の代わりにＬＥＤを用いると、完全な平行光を作るのは難しいため、全幅に渡って同一条件の光を照射するのは難しいことになる。その場合、撮像系のゲインやシャッタースピードを場所によって変えることにより、均一化させることもできる。または、前述した第１の実施の形態のように、画像処理によりホログラム再生像の輝度ムラを補正することも可能である。

図１７および図１８は、非テレセントリック系のレンズ５２を使用した撮像光学系の第４および第５の例をそれぞれ示す。撮像光学系は、全幅に渡って同一角度で読み出しができるようにいわゆるテレセントリック系の光学系にて組むことが理想的である。しかしながら、このようなテレセントリック系の光学系は、レンズ自体や光学系が大きくなることから、非テレセントリック系のレンズ５２を使うメリットも多い。非テレセントリック系のレンズ５２を使用した場合でも、参照光の入射角度を位置によって変わるような光学系を組むことにより、読み出し角度が変化しないようにすることができる。

＜３．変形例＞
以上、この発明を適用した具体的な実施形態について説明してきたが、この発明は、これに限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば光源としては、ＬＥＤ以外にレーザを使用できる。さらに、一つの光源に対して複数のシャッターを設けて複数の光源としても良い。さらに、ホログラフィックステレオグラム技術によって記録された画像の再生に対してもこの発明を適用できる。

２・・・ＩＤ情報記録工程
５・・・検査工程
３０・・・参照光光源
４０・・・再生領域
４１・・・イメージセンサ
５１・・・ホログラム面
６１・・・レーザ光源
６３・・・ガルバノミラー
１３１・・・ホログラム記録フィルム
１３７・・・検査装置
１３８・・・参照光光源
Ｌ１〜Ｌｎ・・・ＬＥＤ
Ｒ１〜Ｒ４・・・領域

Claims (6)

1. ホログラムが記録されたホログラム記録材料に近接して配置され、複数の光源の配列を有する参照光光源と、
   前記複数の光源を時分割的に駆動する参照光光源駆動部と、
   前記参照光光源からの参照光が照射される再生領域の像を撮影して光電変換するイメージセンサと、
   前記イメージセンサからの撮像信号を処理する画像処理部と
   を備え、
   前記複数の光源の点灯時に照射される領域の撮像信号を有効とすることによって部分撮像画像を取得し、前記画像処理部によって前記部分撮像画像を合成して再生画像とするホログラム再生および撮像装置。
2. 前記複数の光源の内で隣接する複数の光源の内の一つを順に発光させるように、前記参照光光源を駆動する請求項１記載のホログラム再生および撮像装置。
3. 前記ホログラム記録材料には、法線に対して上記水平方向と異なる方向に視点を動かすと、記録画像とは異なる連続しない他の画像が再生されるように、１層の材料中に屈折率変調が記録されている請求項１記載のホログラム再生および撮像装置。
4. 前記複数の光源の配列が１次元的である請求項１記載のホログラム再生および撮像装置。
5. 前記複数の光源の配列が２次元的である請求項１記載のホログラム再生および撮像装置。
6. ホログラムが記録されたホログラム記録材料に近接して配置され、複数の光源の配列を有する参照光光源を時分割的に駆動することによって、参照光を前記ホログラム記録材料に照射し、
   前記参照光光源からの参照光が照射される再生領域の像をイメージセンサによって撮影して光電変換し、
   前記複数の光源の点灯時に照射される領域の撮像信号を有効とすることによって部分撮像画像を取得し、
   前記部分撮像画像を合成して再生画像とするホログラム再生および撮像方法。

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