(57)【要約】  高品質ホログラフィックステレオグラムがパルスレーザを用いてホログラフィック記録材料に記録されることができるように、ホログラフィック記録材料と共に事前感光技術が用いられ得る。パルスレーザと共に用いるための追加ホログラム作成システムハードウエア及びソフトウエアのデザインが開示される。
2005512128.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ホログラムを記録する方法であって、
ホログラフィック記録材料を供給する過程と、
前記ホログラフィック記録材料を非コヒーレント広帯域光源に露光することによって前記ホログラフィック記録材料を事前感光する過程と、
前記ホログラフィック記録材料をパルスレーザからの参照光及び前記パルスレーザからの物体光により形成される干渉パターンに露光する過程とを含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記参照光と前記物体光のうち少なくとも一方を前記ホログラフィック記録材料に対して斜角をなして方向付ける過程を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記参照光と前記物体光のうち少なくとも一方を方向付ける過程が、
前記参照光と前記物体光のうち前記少なくとも一方を前記ホログラフィック記録材料の面法線に対して約４５°の角度で位置決めする過程を更に含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記ホログラフィック記録材料が、フォトポリマー、重クロム酸ゼラチン、ハロゲン化銀感光乳剤のいずれか１つであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記ホログラフィック記録材料が、基板上に積層されたフォトポリマーであることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記非コヒーレント広帯域光源が、ハロゲン光源、蛍光光源、白熱光源、白色光発光ダイオード（ＬＥＤ）光源、及び複数の狭帯域非コヒーレント光源のうち少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記参照光と前記物体光とが相互に対してコヒーレントであるように前記参照光と前記物体光のうち少なくとも一方の光路長を調整する過程を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記光路長を調整する過程が、
前記参照光と前記物体光のうち前記少なくとも一方を反射するべく作動可能な第１の固定ミラーを供給する過程と、
前記第１の固定ミラーから第２の固定ミラーへ光を反射するべく作動可能な少なくとも１つの可動ミラーを供給する過程と、
前記少なくとも１つの可動ミラーの位置を調整する過程とを更に含むことを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
空間光変調器で前記物体光を輝度変調する過程を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記ホログラフィック記録材料を事前感光する過程と前記ホログラフィック記録材料を露光する過程との間の所定の期間を待つ過程を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記ホログラフィック記録材料を非コヒーレント広帯域光源に露光する過程が、
前記ホログラフィック記録材料のごく一部のみを前記非コヒーレント広帯域光源に露光する過程を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記ホログラフィック記録材料を非コヒーレント広帯域光源に露光する過程が、
前記ホログラフィック記録材料のほとんど全てを前記非コヒーレント広帯域光源に露光する過程を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
ホログラムを記録する方法であって、
ホログラフィック記録材料を供給する過程と、
前記ホログラフィック記録材料を複数のレーザパルスに露光することによって前記ホログラフィック記録材料を事前感光する過程と、
前記ホログラフィック記録材料をパルスレーザからの参照光及び前記パルスレーザからの物体光により形成される干渉パターンに露光する過程とを含むことを特徴とする方法。
【請求項１４】
前記複数のレーザパルスが、前記参照光と前記物体光のうち少なくとも一方によって供給されることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記ホログラフィック記録材料を露光する過程が、
前記参照光と前記物体光のうち少なくとも一方を前記ホログラフィック記録材料に対して斜角をなして方向付ける過程を更に含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記参照光と前記物体光のうち少なくとも一方を方向付ける過程が、
前記参照光と前記物体光のうち少なくとも一方を前記ホログラフィック記録材料の面法線に対して約４５°の角度で位置決めする過程を更に含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記ホログラフィック記録材料が、フォトポリマー、重クロム酸ゼラチン、ハロゲン化銀感光乳剤のいずれか１つであることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１８】
前記ホログラフィック記録材料が、基板上に積層されたフォトポリマーであることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記参照光と前記物体光とが相互に対してコヒーレントであるように前記参照光と前記物体光のうち少なくとも一方の光路長を調整する過程を更に含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項２０】
前記光路長を調整する過程が、
前記参照光と前記物体光のうち前記少なくとも一方を反射するべく作動可能な第１の固定ミラーを供給する過程と、
前記第１の固定ミラーから第２の固定ミラーへ光を反射するべく作動可能な少なくとも１つの可動ミラーを供給する過程と、
前記少なくとも１つの可動ミラーの位置を調整する過程とを更に含むことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
空間光変調器で前記物体光を輝度変調する過程を更に含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項２２】
前記ホログラフィック記録材料を事前感光する過程と前記ホログラフィック記録材料を露光する過程との間の所定の期間を待つ過程を更に含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項２３】
ホログラムを記録する方法であって、
ホログラフィック記録材料を供給する過程と、
前記ホログラフィック記録材料を非コヒーレント広帯域光源と複数のレーザパルスのうち少なくとも一方に露光することによって前記ホログラフィック記録材料を事前感光する過程と、
パルスレーザからの参照光とパルスレーザからの物体光のうち少なくとも一方を前記ホログラフィック記録材料に対して斜角をなして方向付ける過程と、
前記ホログラフィック記録材料を前記参照光及び前記物体光により形成される干渉パターンに露光する過程とを含むことを特徴とする方法。
【請求項２４】
前記参照光と前記物体光のうち少なくとも一方を方向付ける過程が、
前記参照光と前記物体光のうち少なくとも一方を前記ホログラフィック記録材料の面法線に対して約４５°の角度で位置決めする過程を更に含むことを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記ホログラフィック記録材料が、フォトポリマー、重クロム酸ゼラチン、ハロゲン化銀感光乳剤のいずれか１つであることを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【請求項２６】
前記ホログラフィック記録材料が、基板上に積層されたフォトポリマーであることを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記非コヒーレント広帯域光源が、ハロゲン光源、蛍光光源、白熱光源、白色光発光ダイオード（ＬＥＤ）光源、及び複数の狭帯域非コヒーレント光源のうち少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【請求項２８】
前記参照光と前記物体光とが相互に対してコヒーレントであるように前記参照光と前記物体光のうち少なくとも一方の光路長を調整する過程を更に含むことを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【請求項２９】
前記光路長を調整する過程が、
前記参照光と前記物体光のうち前記少なくとも一方を反射するべく作動可能な第１の固定ミラーを供給する過程と、
前記第１の固定ミラーから第２の固定ミラーへ光を反射するべく作動可能な少なくとも１つの可動ミラーを供給する過程と、
前記少なくとも１つの可動ミラーの位置を調整する過程とを更に含むことを特徴とする請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
空間光変調器で前記物体光を輝度変調する過程を更に含むことを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【請求項３１】
前記ホログラフィック記録材料を事前感光する過程と前記ホログラフィック記録材料を露光する過程との間の所定の期間を待つ過程を更に含むことを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【請求項３２】
ホログラフィックステレオグラムを記録するための装置であって、
コヒーレントビームを生成するようなパルス光源と、
ホログラフィック記録材料を非コヒーレント広帯域光源及び複数のレーザパルスのうち少なくとも一方に露光することによって事前感光されるような事前感光されたホログラフィック記録材料を保持する材料ホルダと、
前記コヒーレントビームの少なくとも一部を前記ホログラフィック記録材料に方向付けるように動作可能であるような光学系とを含むことを特徴とする装置。
【請求項３３】
前記光学系が、
前記コヒーレントビームを物体光と参照光に分けるようなビームスプリッタと、
前記事前感光されたホログラフィック記録材料で前記参照光と干渉するように前記物体光を方向付けるための物体光光学系と、
前記事前感光されたホログラフィック記録材料で前記物体光と干渉するように前記参照光を方向付けるための参照光光学系とを更に含むことを特徴とする請求項３２に記載の装置。
【請求項３４】
前記物体光光学系と前記参照光光学系のうち少なくとも一方が、
前記物体光と前記参照光のうち少なくとも一方を反射するべく位置決めされた第１の固定ミラーと、
前記第１の固定ミラーからの前記参照光と前記物体光のうち前記少なくとも一方を受光しかつ前記物体光と前記参照光のうち前記少なくとも一方を反射するべく位置決めされた少なくとも１つの可動ミラーと、
前記少なくとも１つの可動ミラーからの前記参照光と前記物体光のうち前記少なくとも一方を受光するべく位置決めされた第２の固定ミラーとを含み、
前記参照光と前記物体光のうち前記少なくとも一方の光路長が、前記少なくとも１つの可動ミラーを動かすことによって調整されるような光路長整合装置を含むことを特徴とする請求項３３に記載の装置。
【請求項３５】
前記物体光光学系が、前記物体光を輝度変調するための空間光変調器を含むことを特徴とする請求項３３に記載の装置。
【請求項３６】
前記空間光変調器に結合されかつ前記空間光変調器へのレンダリングされた画像の送信を制御するべくプログラミングされたコンピュータを更に含むことを特徴とする請求項３５に記載の装置。
【請求項３７】
前記事前感光されたホログラフィック記録材料を保持する前記材料ホルダを位置決めするべく動作可能な材料ホルダ搬送システムを更に含むことを特徴とする請求項３６に記載の装置。
【請求項３８】
前記コンピュータが、前記材料ホルダ搬送システムに結合されかつ前記材料ホルダ搬送システムの位置決めと前記空間光変調器への前記レンダリングされた画像の送信を同期するべく更にプログラミングされることを特徴とする請求項３７に記載の装置。
【請求項３９】
前記材料ホルダ搬送システムの速度が、１列のホーゲルが露光される期間中一定に維持されることを特徴とする請求項３８に記載の装置。
【請求項４０】
前記コンピュータが、前記材料ホルダ搬送システムの位置決めと、前記空間光変調器への前記レンダリングされた画像が与えられる垂直同期信号と水平同期信号のうち少なくとも一方を同期するべく更にプログラミングされることを特徴とする請求項３８に記載の装置。
【請求項４１】
前記パルス光源が、前記空間光変調器への前記レンダリングされた画像が与えられる垂直同期信号と水平同期信号のうち少なくとも一方に基づきトリガされることを特徴とする請求項３６に記載の装置。
【請求項４２】
前記参照光が前記記録材料に衝当するとき前記参照光に対する経路整合を向上させるため前記参照光を回折するべく位置決めされた透過型回折格子または反射型回折格子のうち少なくとも一方を更に含むことを特徴とする請求項３３に記載の装置。
【請求項４３】
前記ホログラフィック記録材料を事前感光するために位置決定された非コヒーレント広帯域光源を更に含むことを特徴とする請求項３２に記載の装置。
【請求項４４】
前記非コヒーレント広帯域光源が、ハロゲン光源、蛍光光源、白熱光源、白色光発光ダイオード（ＬＥＤ）光源、及び複数の狭帯域非コヒーレント光源のうち少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項４３に記載の装置。
【請求項４５】
前記非コヒーレント広帯域光源が、前記ホログラフィック記録材料のごく一部を露光するに過ぎないように更に位置決定されることを特徴とする請求項４３に記載の装置。
【請求項４６】
前記コヒーレントビームの前記少なくとも一部が、前記ホログラフィック記録材料に対して斜角をなして方向付けられることを特徴とする請求項３２に記載の装置。
【請求項４７】
前記コヒーレントビームの前記少なくとも一部が、前記ホログラフィック記録材料の面法線に対して約４５°の角度で方向付けられることを特徴とする請求項４６に記載の装置。
【請求項４８】
前記ホログラフィック記録材料が、フォトポリマー、重クロム酸ゼラチン、ハロゲン化銀感光乳剤のいずれか１つであることを特徴とする請求項３２に記載の装置。
【請求項４９】
前記ホログラフィック記録材料が、基板上に積層されたフォトポリマーであることを特徴とする請求項４８に記載の装置。
【請求項５０】
前記複数のレーザパルスが、前記コヒーレントビームの前記少なくとも一部によって供給されることを特徴とする請求項３２に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概してホログラム作成の分野に関し、特に、パルスレーザを用いたホログラム作成に関する。
【背景技術】
【０００２】
ワンステップでのホログラム（ホログラフィックステレオグラムを含む）作成技術は、初期ホログラムを形成する伝統的なステップなしにホログラムをホログラフィック記録材料に満足に記録するために用いられてきた。コンピュータ画像ホログラム及び非コンピュータ画像ホログラムは共に、そのようなワンステップ技術によって作成され得る。ワンステップシステムには、物体のコンピュータ処理された画像または物体のコンピュータモデルによって、各々のシステムが、要素ホログラムまたはホーゲル（hogel）として知られている多数の隣接する小さな要素部分からホログラムを構築できるようにするようなものもある。各ホーゲルをホログラフィック記録材料に記録するために、物体光は、レンダリングされた画像を表示するような空間光変調器（ＳＬＭ）を介して方向付けられ、次に参照光に干渉される。ワンステップ・ホログラム作成の技術の例は、マイケルＡ．クルーグ（Michael A. Klug）、マークＥ．ホルツバッハ（Mark E. Holzbach）及びアレハンドロＪ．フェルドマン（Alejandro J. Ferdman）が発明し、１９９８年６月１７日に出願された米国特許出願第０９／０９８，５８１号、その後米国特許第６，３３０，０８８号になった「ワンステップ、フルカラーかつ全視差のホログラフィックステレオグラムを記録するための方法及び装置（Method and Apparatus for Recording One-Step, Full-Color, Full-Parallax, Holographic Stereograms）」（特許文献１）に開示されている。
【０００３】
一般に、特許文献１に開示されたホログラム作成装置（しばしば「ホログラム記録装置」と呼ばれる）は、干渉パターンを形成するために用いられる物体光及び参照光のためのコヒーレント光源として連続波（ＣＷ）またはパルスレーザのいずれかを用い得る。ホログラム記録装置はしばしばＣＷレーザを用いるが、その理由は、ＣＷレーザの方がより商業的に入手可能であり、その出力強度を制御し易いことが多いためであり、かつ単一の所望の周波数で出力を生成することになるようなＣＷレーザを見つける方が概して容易であるためである。更に、多くの好適ホログラフィック記録材料、例えば光重合可能な組成物、重クロム酸ゼラチン、及びハロゲン化銀感光乳剤は、ＣＷレーザ源と共に使用するのに特に適している。
【０００４】
それにもかかわらず、ホログラム記録装置でのＣＷレーザの使用は、或る種の制限を示すものではない。これらの制限のうち主たるものは、各ホーゲルに対する比較的長い露光時間（例えば数十ミリセカンド）をホログラム記録装置に使わせるようなＣＷレーザの比較的低い出力である。この露光時間中、ホログラム作成システム全体は機械振動に特に影響され易い。機械的振動を低減または除去するために大きな力が費やされる。ホログラム記録装置は通常、外部の往来、建物振動、機械設備、普通の電気器具、人の動き、音響雑音、給排水設備の乱流及び通気などの環境振動源から遠く離れて配置される。振動的に分離された光学テーブルなどの特殊な装置は、通常、環境振動源が十分に低減または除去され得ないような所で用いられる。そのような装置及び技術は、ホログラム作成システムに追加費用及び複雑さを加える。更に、安定したホーゲル記録環境を保証するのに役立つように、ホログラフィック記録媒体を平行移動する際にしばしばステップ＆リピートアプローチが採用される。結果的に、追加セトリングタイム（同様に数十ミリセカンドのオーダー）が記録処理に導入される。累積記録及びセトリングタイムはホログラム作成処理を長引かせ、それをより費用の掛かるものにし、或る用途には実用的でない場合もある。更に、システムを進行させ、システムを停止させ（または停止を許可し）かつ繰り返すために用いられる機械システムは、非常に複雑であり得る。
【０００５】
ホログラム作成装置においてパルスレーザを用いることは、ＣＷレーザの使用に関連する上述の問題の多くを緩和または解決し得る。パルスレーザ操作の異なる物理学に起因して、小型フレームパルスレーザはそのＣＷ対応物より高い光強度を生成することができる。例えば、小型フレーム２逓倍（frequency doubled）Ｎｄ：ＹＡＧパルスレーザは、５３２ｎｍで３５ｎｓ長のパルス中に１．１ｍＪのエネルギーを生み出し得る。これは、パルス中、約３１．４ｋＷの電力に対応する。対照的に、典型的なＣＷ  Ｎｄ：ＹＡＧレーザは約４Ｗの電力を生成する。パルスレーザを用いて高露光強度が可能であるので、ホログラムを製作するために必要な露光時間は大いに低減され得る。ＣＷレーザホログラム記録には通常数十ミリセカンドが必要であるが、パルスレーザの数十ナノセカンドのパルス幅はパルスレーザホログラム記録に十分である。露光時間を６桁減少させることは、ホログラム記録装置成分の運動及び環境振動の両方の周波数が低すぎて干渉パターン発生に注目すべき効果を生じ得ないことを意味する。ＣＷレーザベースのホログラム記録装置を制限する機械的安定性要求は、十分に緩和される。結果的に、記録装置のデザインは単純化されかつハードウエアの費用は削減され得る。
【０００６】
ホログラム作成装置においてパルスレーザを用いる利点にもかかわらず、通常用いられるホログラフィック記録材料は、パルスレーザと共に用いられたとき、十分な結果を出し得ない。例えば、光重合可能な組成物（フォトポリマー）は、画像記録能力及びその使用の相対的な容易さのために最も好適なホログラフィック記録材料の１つである。フォトポリマーは、露光されるときの選択重合を経て物理的、化学的、または光学的変化を受けるような広範囲の材料を含む。通常、フォトポリマーは、モノマーまたは架橋性ポリマー、増感剤または光開始剤、及び成分を保持する液体または結合剤を含む。フォトポリマーの屈折率、透明度、付着力及び／または溶解度における変化は、これらの材料が活性化光源に露光されるときに、光及び暗領域を区別する。体積位相型ホログラムの記録が可能なフォトポリマーには、キャノン株式会社（Canon Incorporated）が開発した（ポリビニルカルバゾールに基づく）もの、ポラロイド社（Polaroid Corporation）が開発した（ポリエチレンアミン／アクリル酸ポリエチレンに基づく）もの、及びイー・アイ・デュポン・ドゥ・ヌムール・アンド・カンパニー（E. I. du Pont de Nemours and Company）が開発した（ポリ酢酸ビニル及びポリメタクリル酸メチルに基づく）ものがある。当業者であれば容易にわかるであろうが、本明細書中に開示される本発明の実施において様々な異なるフォトポリマー組成物が用いられ得る。そうは言うものの、好適なフォトポリマーフィルムは、イー・アイ・デュポン・ドゥ・ヌムール・アンド・カンパニーから、例えば、ＯｎｍｉＤｅｘ（登録商標）７０６、ＯｎｍｉＤｅｘ（登録商標）８０１、ＨＲＦ−８００Ｘ００１−１５、ＨＲＦ−７５０Ｘ、ＨＲＦ−７００Ｘ、ＨＲＦ−６００Ｘなどの商品番号を付されたものが供給される。
【０００７】
パルスレーザからの単一レーザパルスを用いてフォトポリマーフィルムに記録されるホログラムは、ＣＷレーザを用いてフォトポリマーフィルムに記録されるホログラムに比べて一般的に質が悪いことが知られている。例えば、Ｖ．Ｎ．ミハイロフ（V. N. Mikhailov）、Ｋ．Ｔ．ワイツェル（K. T. Weitzel）、Ｖ．Ｎ．クルイロフ（V. N. Krylov）及びウルスＰ．ビルト（Urs P. Wild）の「デュポンのフォトポリマーフィルムにおけるパルスホログラム記録（Pulse Hologram Recording in DuPont's Photopolymer Films）」（非特許文献１）において、ＹＬＦ−Ｎｄ Ｑスイッチレーザ（０．２５Ｊ／ｃｍ２強度）からの２５ｎｓパルスで記録されるホログラムは約６．５％のピーク回折効率を有し、比較可能な強度アルゴンイオンＣＷレーザを用いて５秒間記録されるホログラムは約９２％のピーク回折効率を有することが実証された。回折効率は、記録されるホログラムの質の典型的な測定値であり、回折光強度と入力光強度との比に基づく（通常はホログラフィック記録材料における吸収及びフレネル反射を無視する）。
【０００８】
非特許文献１は、フォトポリマーフィルムが事前照射されれば、より大きな回折効率を有するホログラムはパルスレーザを用いて記録され得ることを更に実証する。特に、非特許文献１は、フォトポリマーフィルムがパルスレーザ及びフィルタリングされた非コヒーレント光からのパルスを用いて事前照射されると、パルスレーザ記録されるホログラムがそれぞれ約４０％及び７５％の回折効率を有し得ることを実証する。
【０００９】
従って、パルスレーザを用いてホログラム及び特にホログラフィックステレオグラムを作成するための改良されたシステム及び方法を有することが望ましい。そのような改良されたシステム及び方法は、ホログラム作成システムがパルスレーザの使用を十分に活かすことができるようにする一方で、高品質記録されたホログラムを供給するであろう。
【００１０】
【特許文献１】米国特許第６，３３０，０８８号
【非特許文献１】Ｖ．Ｎ．ミハイロフ、Ｋ．Ｔ．ワイツェル、Ｖ．Ｎ．クルイロフ及びウルスＰ．ビルトの「デュポンのフォトポリマーフィルムにおけるパルスホログラム記録」、１９９７年２月１０−１１日発行のPractical Holography XI, Proc.SPIE, vol. 3011、２００−２０２頁
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１１】
高品質ホログラフィックステレオグラムがパルスレーザを用いてホログラフィック記録材料に記録されることができるように、事前感光（pre-sensitization）技術がホログラフィック記録材料と共に用いられ得ることが発見された。パルスレーザと共に用いるための追加ホログラム作成システムハードウエア及びソフトウエアのデザインが開示される。
【００１２】
従って、本発明の一側面は、ホログラムを記録する方法を提供する。ホログラフィック記録材料は、提供される。ホログラフィック記録材料は、ホログラフィック記録材料を非コヒーレント広帯域光源に露光することによって事前感光される。ホログラフィック記録材料は、パルスレーザからの参照光及びパルスレーザからの物体光により形成される干渉パターンに露光される。
【００１３】
本発明の別の側面は、ホログラムを記録する方法を提供する。ホログラフィック記録材料は、提供される。ホログラフィック記録材料は、ホログラフィック記録材料を複数のレーザパルスに露光することによって事前感光される。ホログラフィック記録材料は、パルスレーザからの参照光及びパルスレーザからの物体光により形成される干渉パターンに露光される。
【００１４】
本発明の更に別の側面は、ホログラムを記録する方法を提供する。ホログラフィック記録材料は、ホログラフィック記録材料を光源及び複数のレーザパルスのうち少なくとも一方に露光することによって事前感光される。パルスレーザからの参照光及びパルスレーザからの物体光の少なくとも一方は、ホログラフィック記録材料に対して斜角をなして方向付けられる。ホログラフィック記録材料は、参照光及び物体光により形成される干渉パターンに露光される。
【００１５】
本発明のまた別の側面は、コヒーレントビームを生成するようなパルス光源、材料ホルダ、及び光学系を含むホログラフィックステレオグラムを記録する装置を提供する。材料ホルダは事前感光されたホログラフィック記録材料を保持するが、事前感光されたホログラフィック記録材料はホログラフィック記録材料を非コヒーレント広帯域光源及び複数のレーザパルスのうち少なくとも一方に露光することによって事前感光される。光学系は、コヒーレントビームの少なくとも一部をホログラフィック記録材料に方向付けるように動作可能である。
【００１６】
以上に述べてきたことは要約であるから、必然的に詳細の簡素化、一般化及び省略化が行われており、従って、当業者であれば、要約は説明的なものであるに過ぎず、何ら制限する意図はないことを理解するであろう。また、本明細書中で開示された操作は多くの方法で実現され得ることや、そのような変更及び改変は本発明及びその幅広い解釈から逸脱することなくなされ得ることも当業者には明らかであろう。特許請求の範囲にのみ画定される本発明の他の側面、発明の特徴及び利点は、以下に示す限定されていない詳細な説明において明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に、本発明を実施するための最良と考えられる形態の詳細な説明を示す。説明は、本発明を例証しようとするものであり、限定的なものと捉えられるべきではない。
【００１８】
非特許文献１及び関連文献、例えばＶ．Ｎ．ミハイロフ、Ｋ．Ｔ．ワイツェル、Ｔ．Ｙ．ラチェフスカヤ（T. Y. Latychevskaia）、Ｖ．Ｎ．クルイロフ、ウルスＰ．ビルトの「デュポンのフォトポリマーフィルムにおける斜め縞ホログラムのパルス記録（Pulse Recording of Slanted Fringe Holograms in Du Pont Photopolymer Films）」、１９９８年３月発行のHolographic Materials IV, Proc.SPIE, vol. 3294、１３２−１３５頁（非特許文献２）は、事前照射されたフォトポリマーにホログラムを記録するために用いられるパルスレーザ物体光及び参照光が０°または１２°のいずれかの入射角で方向付けられる逆伝播光（counterpropagating beam）である（即ちホログラフィック記録材料の面法線に対して測定される）ことを開示している。しかし、本願出願人は、記録ビームの少なくとも一方の入射角が斜角であるとき即ち入射角が１２°以上であるときにそのような記録されたホログラムの回折効率の著しい増加が生じることを発見した。
【００１９】
これは、パルスレーザホログラム記録システムの一実施例において参照光の入射角が約４５°であるような図１に示されている。本願出願人は、そのような記録配置（recording geometry）がパルスレーザホログラム記録（特に、後述のホログラフィック記録材料が事前感光されるようなパルスレーザホログラム記録）及びＣＷレーザ記録の両方に利益になることを見出した。
【００２０】
非特許文献１には、パルスレーザでホログラムを記録する前にフォトポリマーフィルムを事前感光するために用いられる２種類の事前照射（pre-illumination）、即ち単一レーザパルス事前感光及び緑色フィルタを用いた非コヒーレント光事前感光が開示されている。本願出願人は、非特許文献１に開示された結果より優れた結果を与えるような追加の事前感光及びホログラム記録技術を開発した。更に、非特許文献２は、物体光の著しい振幅または強度の変調なしに（即ち物体光はただミラーから反射されただけで）干渉パターンの記録に対するその事前照射技術の有効性を実証した。しかし、本願出願人は、開示された装置及び技術を用いて（例えば空間光変調器によって変調された物体光強度を用いて）拡散格子ホログラムの記録を実証した。
【００２１】
非コヒーレント広帯域事前照射光源は、どの波長でホログラムが記録されるかにかかわらず用いられ得る。例えば、フィルタリングされていないハロゲン、蛍光、白熱、及び白色光発光ダイオード（ＬＥＤ）光源を用いてホログラフィック記録材料を事前感光し得る。更に、種々のカラーＬＥＤなどの狭帯域非コヒーレント光源は、十分に広帯域光源を有効に生成するために単独または組み合わせて（例えば赤色、緑色、及び青色ＬＥＤの組合せで）用いられ得る。
【００２２】
ホログラフィック記録材料の事前照射は、常にホログラフィック記録材料の一部のみが照射される場合にはスキャンニング様式で行われ得る。そのような事前照射技術は、フォトポリマー材料または「膜（web）」の連続供給を利用するために設計されたホログラム作成装置に特に適している。例えば、フォトポリマー膜は１つのローラー上で１巻のフィルムから供給されて第２のローラーによって巻き取られ、フィルム上に位置決めされた固定光源は、光源の傍を通る際にフィルムを事前感光し得る。或いは、動き制御ステージまたはアームに取付けられた光源は、ホログラフィック記録材料をスキャンするために用いられ得る。
【００２３】
ホログラフィック記録材料はまた、ホログラフィック記録材料全体が同時に照射される場合にはフラッド照射され得る。これは特に、ホログラフィック記録材料の１つのタイルまたはシート上に記録するべく設計されたホログラム記録装置に適している。ホログラム記録装置の一部または別体をなす事前感光ステージの一部のいずれかとして、光源は、ホログラフィック記録材料のシート上に配置され、ホログラフィック記録材料をフラッド照射するべく作動し得る。そのような例では、ホログラフィック記録材料は通常、ホログラフィック記録材料が事前感光される前に、ガラスまたはプラスチック基板上に取着または積層される。ホログラフィック記録材料は通常、所望のホログラムが材料に記録される間即ち事前感光後に基板上に留まる。上述のデュポン・フォトポリマーフィルムの場合、フィルムを基板に積層することは通常、フィルムのカバーシートを取り除いて基板表面上に粘着性のフォトポリマーフィルムを取着することに関係する。
【００２４】
任意の種類の事前照射を用いて、事前感光の量は、光源の強度、ホログラフィック記録材料が光源に露光される時間、または両者を組み合わせて調整することによって制御され得る。約２ｍＪ／ｃｍ２の事前照射エネルギーは、上述のデュポン・フォトポリマー、特にＯｎｍｉＤｅｘ（登録商標）８０１及びＨＲＦ−７００Ｘフォトポリマーに関連して成功裏に用いられてきた。本願出願人は、事前感光効果が一般的には時間と共に低下しないことを発見した。事前照射は、ホログラム記録前に数秒またはホログラム記録前に数時間行われ得るが、結果に注目すべき差異はない。一例では、事前照射とホログラム記録の間に５時間が経過したが、ホログラム品質に注目すべき効果はなかった。事前照射はまた、ホログラフィック記録材料を事前感光するために複数のパルスを用いてパルスレーザ源、例えば物体光及び参照光を形成するために用いられるようなパルスレーザで行われ得る。更に、本願出願人は、フォトポリマーフィルムの十分な事前感光に必要なエネルギーの量が、用いられる波長及び／または事前感光されたフィルムに記録されるホログラムを記録するために用いられる波長によって変化し得ることを発見した。例えば、青色事前感光に必要なエネルギーは緑色事前感光に必要なエネルギーの約半分であることがわかっている。
【００２５】
高回折効率ホログラムはまた、複数のパルス露光記録を用いて記録され得る。一例では、ホログラフィック記録材料の一部が同一パルスレーザで形成された干渉パターンに複数回露光される。１つのパルス露光から次へ同一の光学的配置セットアップ（物体光を変調するために通常用いられるようなレンダリングされたコンピュータグラフィックス画像を含む）を維持することは重要であるが、パルス・ツー・パルス（pulse-to-pulse）コヒーレンスは必要とされない。従って低エネルギーパルスレーザ（または所与のパルスレーザからの低エネルギーパルス）は、複数のパルス露光を与えることによって用いられ得る。最高の回折効率は、複数のパルス露光に用いられるパルス間の時間が短すぎないときに達成される。例えば、６つの０．５ｍＪ／ｃｍ２の３５ｎｓパルスを用いてホログラムが２５ｍｍ２の面積に記録されたような実験において、１００Ｈｚ、１ｋＨｚ、１０ｋＨｚのパルス周波数はそれぞれ８９％、８３％、１２％の回折効率を生成した。更に、複数のパルス露光は各露光に対して同一のレーザで形成された干渉パターンを使用する必要がない。システムの物体光がＳＬＭによって変調されるような一例では、「白色」画像（例えばＳＬＭ上に表示されるような白色スクリーン）を用いて第１の露光が形成され、所望の画像を用いて第２の露光が形成され得る。
【００２６】
実験は、典型的なフォトポリマーがレーザパルス露光及びＣＷレーザ露光に対して異なる応答を有することを示した。ＣＷレーザ露光にとっては一般的であるが、記録されたホログラムはフォトポリマーの飽和時に最大の回折効率を示し、露光過度でも記録されたホログラムの回折効率を低下させない。しかし、フォトポリマーが１若しくは複数のレーザパルスに露出され過ぎれば、フォトポリマーはホログラムの回折効率の減少を示し得る。
【００２７】
表１〜３は、他の実験の結果を幾つか示す。各表には、パルスレーザ記録されたホログラムの回折効率が示されている。各実験に対して、デュポンＯｍｎｉＤｅｘ８０１フォトポリマーフィルムのサンプルに記録されるような干渉パターンを形成するためにパルス２逓倍Ｎｄ：ＹＡＧレーザ（５３２ｎｍ）が用いられ、露光されたサンプル面積は５ｍｍ×５ｍｍ（表１及び２）及び１０ｍｍ×１０ｍｍ（表３）であり、パルス長は３５ｎｓであり、参照光は法線に対して４５°の角度でホログラフィック記録材料に入射した。
【００２８】
表１は、ホログラフィック記録材料が０．５ｍＷ／ｃｍ２の強度を有する広帯域（例えば白色光）非コヒーレント光源で５秒間事前照射されたような単一パルス露光実験の結果を示す。９０％を超える回折効率が得られた。ハロゲン白色光を用いた事前照射の量を伴う実験は、事前照射エネルギーの総量が約２．５ｍＪ／ｃｍ２（例えば０．４ｍＷ／ｃｍ２の強度を有するハロゲン源へ約６秒露光）であるような最高の結果を示した。記録されたホログラムの回折効率は、事前照射エネルギーが２．５ｍＪ／ｃｍより少ないかまたは多いときに減少する傾向がある。
【００２９】
【表１】
2005512128.tif 000003
【００３０】
表２は、ホログラフィック記録材料が０．５ｍＷ／ｃｍ２の強度を有する広帯域（例えば白色光）非コヒーレント光源で５秒間事前照射されたような複数のパルス露光実験の結果を示す。各パルスは０．１ｍＪのエネルギーを有し、パルスは手動トリガによって繰り返された。９０％を超える回折効率が得られた。
【００３１】
【表２】
2005512128.tif 000004
【００３２】
上述のように、フォトポリマーの過剰露光は、記録されたホログラムの回折効率を低減する傾向がある。例えば、８〜１０ｍＪ／ｃｍ２の累積露光エネルギーは、記録されたホログラムの回折効率を約８７〜８８％にまで低減する傾向がある。
【００３３】
表３は、ホログラフィック記録材料が事前照射されなかった複数のパルス露光実験の結果を示す。各パルスは０．５ｍＪのエネルギーを有し、パルスは手動トリガによって繰り返された。１００％に近い回折効率が得られた。
【００３４】
【表３】
2005512128.tif 000005
【００３５】
赤色（６２８ｎｍ）及び青色（４４３ｎｍ）レーザパルスを用いた実験は、フォトポリマーの事前感光がこれらの波長に対しても同様に有効であることを示している。一例では、フォトポリマーは白色光を用いて事前感光され、ホログラム記録のためのエネルギー閾値（累積レーザパルスエネルギー）は赤色レーザパルスに対して１２ｍＪ／ｃｍ２、青色レーザパルスに対して５ｍＪ／ｃｍ２だった。
【００３６】
図１は、上述の事前感光及び記録技術を活用し得るようなパルスレーザベースのホログラム作成装置の概略図である。ホログラム記録装置１００は、水平視差のみの（Horizontal Parallax Only：ＨＰＯ）ホログラムまたは全方向視差ホログラム及び特にホログラフィックステレオグラムを迅速に作成するべく設計される。ホログラム記録装置１００の主な構成要素は、パルスレーザ１１０、同期されたホログラフィック記録材料変換システム１２０、物体光光学系１３０及び参照光光学系１４０である。図示されたホログラム記録装置１００にはパルスレーザが１つしかないが、ホログラム記録装置１００は一般に、多色ホログラム及びホログラフィックステレオグラムの記録を可能にするために、幾つかの異なるパルスレーザ（または複数の波長でレーザ出力を供給することが可能であるような１つのパルスレーザ）で構成され得る。従って特許文献１に開示されたシステム及び方法は、記録装置１００などのパルスレーザホログラム記録装置の使用に拡大され得る。
【００３７】
ホログラム記録装置１００に用いられ得るようなパルスレーザ１１０の一例は、カリフォルニア州マウンテンデューのライトウェーブ・エレクトロニクス社（Lightwave Electronics Corporation）が製造している２１２シリーズ（例えばモデル２１２Ｓ−５３２−３５００）ダイオードポンプＱスイッチパルスＮｄ：ＹＡＧレーザである。当業者であれば、様々な異なるパルスレーザがホログラム記録装置１００に用いられ得ることが容易にわかるであろう。一般に、特定のパルスレーザシステムのレーザ波長、レーザパルスパワー及びレーザパルスエネルギーは、ホログラム記録装置において用いるための決定要因である。
【００３８】
多色の、例えばＲＧＢ（赤、緑、青）のレーザパルスに対して、ダイオードポンプ固体レーザ、フラッシュランプポンプ固体レーザ、色素レーザを含む様々な異なるレーザシステムが用いられ得る。典型的な固体レーザ利得媒体は、ルビー、サファイア、ガーネット、アレキサンドライト、チタニウムサファイア（Ｔｉ：サファイア）、ネオジウム：イットリウムアルミニウムガーネット（Ｎｄ：ＹＡＧ）、及びネオジウム：イットリウムリチウムフロライド（Ｎｄ：ＹＬＦ）を含む。一例では、光パラメトリック発振器（ＯＰＯ）は、レーザ周波数をダウンコンバートするために用いられる。例えば、３逓倍Ｎｄ：ＹＡＧレーザは３５５ｎｍパルスを生成し得るが、これは同様にチューナブルＯＰＯを駆動して４１０ｎｍから６９０ｎｍまでの範囲にあるようなパルスを生成する。別の例では、Ｎｄ：ＹＬＦレーザは１０４７ｎｍパルスを生成し、これは第２高調波発生を経て、ＯＰＯを駆動するために用いられる５２３ｎｍパルスに変換される。８９８ｎｍ及び１２５６ｎｍでのＯＰＯからの出力は、第２高調波発生を経て２逓倍され、それぞれ４４９ｎｍパルス及び６２８ｎｍパルスを生じさせ得る。別の例では、ラマンコンバータが利用され得る。パルスアレキサンドライトレーザ（例えば７６４ｎｍパルス）の出力は、しばしば第２高調波発生を経て２倍になり、３８２ｎｍパルスを発生させる。これらのパルスはその後水素化ジュウテリウム（ＨＤ）ガスを含むラマンセルを通過する。入力パルスの慎重な選択は、例えば、４４３ｎｍ、５２７ｎｍ及び６５０ｎｍの出力レーザパルスを発生させ得る。ポンプレーザの他のタイプ、例えばＮｄ：ＹＡＧ及びＮｄ：ＹＬＦ、及びラマンセルのための他のガス、例えばジュウテリウム（Ｄ２）またはメタン（ＣＨ４）が用いられ得る。更に、これらの技術及びレーザの全部または一部の組合せには、所望のパルス波長を生成するために用いられ得るものもある。
【００３９】
パルスレーザ１１０によって生成されたパルスレーザビームは、ビームスプリッタＣ１によって、通常は偏光ビームスプリッタキューブによって、物体光と参照光に分けられる。物体光及び参照光の偏光及び相対的な強度（即ちビーム比）は、通常は１／２波長板であるような位相差板Ｐ１及びＰ２によって制御される。
【００４０】
ホログラフィック記録材料は通常、異なるレーザ波長に異なる感度を有するので、多色レーザパルスを用いることは、図１−Ａに示されるようなカラーモジュール１５０などのカラーバランシング装置の使用を必要とし得る。カラーモジュール１５０は通常、一般に「白色」光と呼ばれる多色光１５５を受光する。分散プリズム１６０は、入射多色光をその構成色に分離する。各ビームは、次に、その対応するミラー１６５Ａ、１６５Ｂ、または１６５Ｃによって反射される。通常は１／２波長板であるような位相差板１７０Ａ、１７０Ｂ、または１７０Ｃは、偏光ビームスプリッタ１７５Ａ、１７５Ｂ、または１７５Ｃと共にそれぞれのビームの強度を調整するために用いられる。従って各色のための適切なビーム強度が達成され得る。過剰ビームエネルギーは、ビームダンプ１８０Ａ、１８０Ｂ、または１８０Ｃに向けられる。種々のビームは、二色性ミラー１８５Ａ、１８５Ｂ、または１８５Ｃを用いて再結合される。平衡出力ビーム１９０は、次にホログラム記録装置１００の残りに導入され得る。
【００４１】
物体光は、レンズＬ１及びＬ２の組合せによって形成されたコリメータによって広げられかつ平行にされる。次に、物体光は、物体光波面が輝度変調されるような空間光変調器ＳＬＭにビームスプリッタキューブＣ２によって反射される。図示されるような一般的には、限定するものではないが、透過型ＬＣＤパネル、反射型ＬＣＤパネル、光アドレス型ＬＣＤパネル、デジタルマイクロミラーアレイ、フィルム、またはトランスペアレンシーを含む様々な異なるＳＬＭが用いられ得る。ＳＬＭは通常、コンピュータシステム（図示せず）からビデオケーブルを経由して画像入力を受信する。更に、複数のＳＬＭは、複数の中央処理装置またはコンピュータシステムによって並行して画像を作成するべく用いられ得る。従ってＳＬＭの応答時間は、通常は重要なパラメータである。ホログラム記録装置１００に用いられるＳＬＭの例は、日本ビクター株式会社（ＪＶＣ）が製造しているＤ−ＩＬＡ（Digital Direct Drive Image Light Amplifier）（登録商標）シリーズの反射型ＬＣＤ装置を含む。更に、１つの多色ＳＬＭが用いられ得るか、または複数のＳＬＭが用いられ得る（通常は各ビームカラーに対して１つのＳＬＭ）。ＳＬＭ上に表示される画像、及び従って物体光を輝度変調するために用いられる画像は通常、ホログラムとして記録するために設計及び／または処理されたコンピュータグラフィックス画像（実物体のレンダリングされた画像または変換された画像のいずれか）である。
【００４２】
被変調波面は、レンズ対Ｌ３、Ｌ４及びアパーチャＡ１によってリレー及びフィルタリングされ、その後帯域限定ディフューザまたは異方性ディフューザＢＬＤ上に画像を形成する。一般に、ディフューザ（光拡散板）は、システム中の様々な異なる位置に配置され得ることに留意されたい。画像は次にフーリエ変換レンズＦＴＬを通過し、それによって、記録板ＲＰ上に位置決めされたホログラフィック記録材料に所望の物体光波面を生成する。例えば、限定するものではないが、画素を有するＳＬＭディスプレイから得られた画素またはグリッドアーティファクトなどの高周波数画像成分などの望ましくない効果を取り除くためにレンズ対Ｌ３及びＬ４を用いるホログラム記録装置１００が示されているが、様々な異なる光学系が用いられ得ることに留意されたい。
【００４３】
参照光光学系１４０では、参照光は、光路長整合光学素子（path length matching optics）（ミラーＭ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４）を経て透過され、参照光成形アパーチャＡ２を照射する。光路長整合光学素子は、参照光経路の光路長を調整して物体光の光路長に整合させるか或いは少なくともパルスレーザ１１０の可干渉距離より短いかまたは等しいような相互の距離内に２つの光路を導くために用いられる。可干渉距離が数ミリメートルのオーダーであり得るようなパルスレーザもある。成形アパーチャＡ２の画像は、次に参照光リレー光学素子Ｌ５及びＬ６を経て記録板ＲＰにおけるホログラフィック記録材料にリレーされる。図のように、記録板ＲＰにおけるホログラフィック記録材料の面法線に対する参照光の入射角は好適には斜角であり、更に好適には約４５°である。別の例では、ホログラフィック記録材料ホログラフィック記録材料の面法線に対する参照光の入射角は約０°である。参照光及び物体光のいずれかまたは両方をある方向に向けるのに様々な異なる技術が用いられ得る。例えば、特許文献１の装置及び技術が利用され得る。最後に、物体光及び参照光は、ホログラム（またはホーゲル）記録に必要な干渉パターンを作成する記録板ＲＰ上のホログラフィック記録材料でスーパーインポーズされる。
【００４４】
図１の例では、光学系１３０及び１４０はホログラム記録装置１００の動作中に通常固定されたままであり、同期されたホログラフィック記録材料変換システム１２０は、記録される各ホーゲルに対し記録板ＲＰに配置されたホログラフィックフィルムを再位置決めするために用いられる。同期されたホログラフィック記録材料変換システム１２０は通常、コンピュータ制御されたｘ−ｙ変換システムである。一例では、同期されたホログラフィック記録材料変換システム１２０は、ペンシルバニア州アーウィンのパーカー・ハネフィン社（Parker Hannifin Corporation）の精巧部品事業部（Daedal Division）が製造している３００ＡＴシリーズ・ポジショニングシステム及びミネソタ州チャスカのアクロループ・モーション・コントロール・システムズ（Acroloop Motion Control Systems, Inc.）が製造しているＡＣＲ２０００ポジションコントローラを含む。ホログラフィック記録材料の平行移動、ＳＬＭコンピュータグラフィックス画像表示、及びレーザパルシングの同期については、図４〜８と共に以下に更に述べられる。或いは、光学系は、例えば特許文献１に記載されているように様々な位置で物体光及び参照光を移動または供給するべく設計され得る。
【００４５】
当業者のスキルの範囲内で図１に示されている多くの特定の光学部品を異なる光学部品に置き換えてもよいことに留意されたい。例えば、様々な異なる偏光装置、ビームスプリッタ、平行光学系、レンズ、ＳＬＭ及びミラーは、ホログラム記録装置１００に用いられ得る。また、図１は反射ホログラムを作成するシステムを示しているが、上述の装置及び技術を用いて透過ホログラムを作成するシステムを実現することもできる。
【００４６】
図２は、ホログラム記録装置１００において用いるための光路長整合装置２００を示す。光路長整合装置２００は、図１のミラーＭ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４などの光路長整合光学素子のより詳細な例である。物体光及び参照光を用いて適切な干渉パターンを形成するために、２つのレーザビームのコヒーレンスを維持することが望ましい。レーザの時間的コヒーレンスはしばしば、レーザの可干渉距離即ちコヒーレントである間にビームが進行することになる距離に換算して測定される。多くのパルスレーザにとって、可干渉距離は数ミリメートルのオーダーに過ぎない。物体光及び参照光の光路長の差がレーザの可干渉距離より長ければ、２つのビームはもはやコヒーレントではなくなることになり、十分な干渉パターンが形成され得ない。光路長整合装置２００は、ホログラム記録装置１００が短い可干渉距離のパルスレーザを使用して尚も十分なホログラム記録を達成できるようにする。
【００４７】
参照光はミラーＭ１でパルスレーザ１１０から受光され、ミラーＭ１はビームをミラーＭ２に反射する。ミラーＭ１は通常、光路長整合装置２００において固定位置に配置される。ミラーＭ２及びＭ３は、直線レール２１０に沿って摺動可能な可動キャリア２２０と共に取り付けられる。レールは真直で硬いので、キャリアの移動経路はミラーＭ１からミラーＭ２へ及びミラーＭ３からミラーＭ４へのビーム経路に平行のままである。ミラーＭ４から、参照光は参照光成形アパーチャＡ２に向けて反射され、更に記録板ＲＰにおけるホログラフィック記録材料に向けて反射される。キャリアを動かすことは、参照光光学系１４０の全光学経路を変化させ、一方でビームアライメントを維持する。可動キャリア２２０の細密な位置調整（例えば付属のマイクロメータを用いて）は、少なくともビームのそれぞれの中心で測定したときに物体光及び参照光の光路長を互いから数ミクロン以内に収めることができる。可動キャリア２２０の位置は、物体光及び参照光を用いて形成されたサンプル干渉パターンを視覚化するホログラム記録装置オペレータによって手動で調整されるか、或いは物体光及び参照光を用いて形成されたサンプル干渉パターンにおいて縞コントラストを監視するような自動フィードバックシステムを用いてコンピュータ調整され得る。
【００４８】
図３は、ホログラム記録装置１００において、好適には光路長整合装置２００などの光路長整合装置と共に用いるための物体光／参照光干渉計３００の例を示す。物体光／参照光干渉計３００は、ホログラム記録装置１００のオペレータが物体光及び参照光の重ね合わせによって作成される干渉パターンを視覚化することを可能にする。ハーフミラー方式のビームコンバイナＨＭは、既述のフーリエ変換レンズＦＴＬから物体光を受光する。パターン拡大レンズＰＭＬは、ハーフミラー方式のビームコンバイナＨＭと遠方に配置された投射スクリーン３１０の間に位置決めされる。物体光／参照光干渉計３００が使用されるとき（例えば参照光に対する光路長の調整と共に）、ハーフミラー方式のビームコンバイナＨＭは物体光と参照光がオーバラップするポイントに配置される。物体光（図３に実線で示されている）はハーフミラー方式のビームコンバイナＨＭを通過して透過するが、参照光（図３に破線で示されている）はハーフミラー方式のビームコンバイナＨＭに反射される。ハーフミラー方式のビームコンバイナＨＭの角度を調整することによって、物体光及び参照光は、低周波数干渉パターンを形成するべくパターン拡大レンズＰＭＬの前に光軸調整され得る。パターン拡大レンズＰＭＬは、分析のためにスクリーン３１０上の表示に対して干渉パターンを拡大する。
【００４９】
縞の解析は、ホログラム記録装置オペレータによって行われ得る。例えば、光路長整合装置２００において可動キャリア２２０の位置を調整する間、ホログラム記録装置１００のオペレータは物体光及び参照光によって形成される干渉パターンにおける変化を観察し得る。最良の光路長整合は、スクリーン３１０上で観察される最も高い干渉縞コントラストによって示される。通常、スクリーン３１０に投影された干渉パターンを調べること或いは干渉パターンを受光するためにスクリーン３１０の代わりに位置決めされることによって、干渉パターンの縞コントラストを測定するために光検出器が用いられる。適切な検出回路を用いて、光検出器は参照光光学系１４０の光路長を調整する際に用いるための信号を供給し得る。
【００５０】
光路長整合処理を補助することに加えて、物体光／参照光干渉計３００はまた、ホログラム記録装置１００システムの偏光をチェックするためにも用いられ得る。物体光／参照光干渉計３００はまた、望ましくない振動の存在を含むシステム安定性を監視するためにも用いられ得る。
【００５１】
図１のホログラム記録装置１００は通常ＨＰＯホログラムを作成するために用いられ得るが、ＨＰＯホログラムにより適した記録装置を作成するために或る一定のシステム最適化がなされ得る。公知のように、ＨＰＯホログラムは垂直視差情報を含まないので、その作成が用いるデータは全方向視差ホログラムよりかなり少ない。更に、ＨＰＯホログラムのための記録時間は、全方向視差ホログラムのための記録時間よりもかなり短くなり得る。ＨＰＯホログラムは、通常、全方向視差ホログラムと比べて異なるホーゲル構造を有する。正方形ホーゲルまたは少なくとも概ね１対１の縦横比を有するホーゲルに代えて、ＨＰＯホログラムは通常、より大きな縦横比を有する延伸長方形ホーゲルを用いる。ＨＰＯホーゲルの長さは通常、ホログラムの全垂直寸法に等しい。更に、記録ＨＰＯホログラムは通常、１次元のみにおけるフィルム平行移動（または代わりに光学素子平行移動）を必要とする。これらの差異によって、ＨＰＯホログラムのための記録メカニズムは、多くの異なる方法で実行され得る。
【００５２】
図４に、ＨＰＯホログラムの作成のために最適化されかつ上述の事前感光及び記録技術を活かしているパルスレーザベースのホログラム作成装置の一例を示す。ホログラム記録装置４００は、ＨＰＯホログラム及び特にホログラフィックステレオグラムを迅速に作成するように設計される。ホログラム記録装置４００の主な構成要素は、パルスレーザ４１０（通常は上述のパルスレーザ１１０に類似）、同期されたホログラフィック記録材料変換システム４２０、物体光光学系４３０及び参照光光学系４４０である。図示されたホログラム記録装置４００にはパルスレーザが１つしかないが、ホログラム記録装置４００は一般に、多色ホログラム及びホログラフィックステレオグラムの記録を可能にするために、幾つかの異なるパルスレーザ（または複数の波長でレーザ出力を与えることが可能であるような１つのパルスレーザ）で構成され得る。従って特許文献１に開示されたシステム及び方法は、記録装置４００などのパルスレーザホログラム記録装置の使用に拡大され得る。
【００５３】
パルスレーザ４１０によって生成されたパルスレーザビームは、ビームスプリッタＣ１によって、通常は偏光ビームスプリッタキューブによって物体光と参照光に分けられる。物体光及び参照光の偏光及び相対的な強度（即ちビーム比）は、通常は１／２波長板であるような位相差板Ｐ１及びＰ２によって制御される。ホログラフィック記録材料は通常、異なるレーザ波長に異なる感度を有するので、多色レーザパルスを用いることは、図１−Ａに示されかつ上述されたカラーモジュール１５０などのカラーバランシング装置の使用を必要とし得る。
【００５４】
物体光光学系４３０を参照すると、物体光は、レンズＬ１及びＬ２の組合せによって形成されたコリメータによって広げられかつ平行にされる。次に、物体光は、物体光波面が輝度変調されるような空間光変調器ＳＬＭにビームスプリッタキューブＣ２によって反射される。図示されるような空間光変調器ＳＬＭは、物体光の偏光状態を回転させるような反射型ＳＬＭである。一般的には、限定するものではないが、透過型ＬＣＤパネル、反射型ＬＣＤパネル、光アドレス型ＬＣＤパネル、デジタルマイクロミラーアレイ、フィルム、プロジェクションまたはトランスペアレンシーを含む様々な異なるＳＬＭが用いられ得る。ＳＬＭは通常、コンピュータシステム（図示せず）からビデオケーブルを経由して画像入力を受信する。更に、複数のＳＬＭは、複数の中央処理装置またはコンピュータシステムによって並行して画像を作成するべく用いられ得る。従って、ＳＬＭの応答時間は通常は重要なパラメータである。ホログラム記録装置４００に用いられるＳＬＭの例は、日本ビクター株式会社（ＪＶＣ）が製造しているＤ−ＩＬＡ（Digital Direct Drive Image Light Amplifier）（登録商標）シリーズの反射型ＬＣＤ装置を含む。更に、１つの多色ＳＬＭが用いられ得るか、または複数のＳＬＭが用いられ得る（通常は各ビームカラーに対して１つのＳＬＭ）。ＳＬＭ上に表示される画像、及び従って物体光を輝度変調するために用いられる画像は通常、ホログラムとして記録するために設計及び／または処理されたコンピュータグラフィックス画像（実物体のレンダリングされた画像または変換された画像のいずれか）である。
【００５５】
被変調波面は、レンズ対Ｌ３、Ｌ４及びアパーチャＡ１によってリレー及びフィルタリングされ、その後、帯域限定ディフューザまたは異方性ディフューザＢＬＤ’上に画像を形成する。ＢＬＤ’はホログラム記録装置１００のＢＬＤと同一または同様であり得るが、ＢＬＤ’は以下に述べるようなＨＰＯホログラム作成のために特に設計された帯域限定ディフューザでもあり得る。更に、ディフューザは、システム中の様々な異なる位置に配置され得る。画像は次にフーリエ変換円柱レンズＦＣＬを通過し、それによって、記録板ＲＰ上に位置決めされたホログラフィック記録材料に所望の物体光波面を生成し、「ライン」形状のホーゲル露光エリアを形成する。ＦＣＬは、一方向にしか効果を及ぼさないので、結果として生じるホログラムに対して１次元のビューゾーン（view zone）を与える。このビューゾーンはホログラムの水平方向にあり、水平視差を与える。ホログラムのための垂直ビューゾーンを広げるために、垂直ディフューザＶＤ（後述）として示される追加光学素子が状況に応じて記録板ＲＰの直前に挿入され得る。垂直ビューゾーンを狭くしておくことが望ましいのであれば、垂直ディフューザＶＤは必要とされなくてもよい。或いは、垂直ディフューザＶＤはシステムの異なる位置に配置され得る。例えば、限定するものではないが、画素を有するＳＬＭディスプレイから得られた画素またはグリッドアーティファクトなどの高周波数画像成分などの望ましくない影響を取り除くためにレンズ対Ｌ３及びＬ４を用いるホログラム記録装置４００が示されているが、様々な異なるレンズ系が用いられ得ることに留意されたい。
【００５６】
参照光光学系４４０では、参照光は光路長整合光学素子（ミラーＭ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４。図２に関連して詳述する）を介して透過され、レンズＬ５’を照射する。光路長整合光学素子は、参照光経路の光路長を調整して物体光の光路長に整合させるか或いは少なくともパルスレーザ４１０の可干渉距離より短いかまたは等しいような相互の長さ内に２つの光路を導くために用いられる。可干渉距離が数ミリメートルのオーダーであり得るようなパルスレーザもある。
【００５７】
次に、参照光は、２組のビーム成形光学素子を通過する。レンズ対Ｌ５’及びＬ６’は、記録板ＲＰで参照光発散を修正しかつビームを集光するような望遠鏡を形成する。この望遠鏡の後、円柱レンズ対ＣＬ１及びＣＬ２は１次元ビーム拡大器及びコリメータとして働き、それによってレンズＣＬ２の後で参照光は光「リボン」などの適切な形状を有する。画像の長さは、最終的なホログラムの垂直寸法全体をカバーするのに十分な長さとするべきである。画像の幅は、ガウス型プロファイル（Gaussian profile）を有するものであるが、Ｌ５’及びＬ６’によって形成される望遠鏡を調整することによって非常に薄くできる。円柱形光学素子に代えて、他の光学素子を用いて所望の参照光形状を生成し得ることに留意されたい。例えば、パウエルレンズ（非球面の先端を有する特定のタイプのレンズ）を用いて準均一（quasi-even）強度の光を生成し得る。画像幅は、通常１００ミクロンのオーダーであるが、記録板でのホーゲル解像度を決定する。ビーム成形後、参照光はＭ５’によって曲げられ、次に記録板を照射する前に回折格子ＧＴによって４５°偏向される。図のように、記録板ＲＰにおけるホログラフィック記録材料の面法線に対する参照光の入射角は好適には斜角であり、更に好適には約４５°である。別の例では、ホログラフィック記録材料の面法線に対する参照光の入射角は約０°である。最後に、物体光及び参照光は、ホログラム（またはホーゲル）記録に必要な干渉パターンを作成する記録板ＲＰ上のホログラフィック記録材料でスーパーインポーズされる。
【００５８】
図４の例では、光学系４３０及び４４０はホログラム記録装置４００の動作中に通常固定されたままであり、同期されたホログラフィック記録材料変換システム４２０は、記録される各ホーゲルに対し記録板ＲＰに配置されたホログラフィックフィルムを再位置決めするために用いられる。同期されたホログラフィック記録材料変換システム４２０は変換システム１２０に概ね類似であるが、１次元においてホログラフィック記録材料を平行移動すればよい。そのような変換システム及びその制御機構の例については本明細書の他の部分に記載されている。或いは、光学系は、例えば特許文献１に記載されているように様々な位置で物体光及び参照光を移動または供給するべく設計され得る。
【００５９】
当業者のスキルの範囲内で図４に示されている多くの特定の光学部品を異なる光学部品に置き換えてもよいことに留意されたい。例えば、様々な異なる偏光装置、ビームスプリッタ、ビームスプリッタ、平行光学系、レンズ、ＳＬＭ及びミラーがホログラム記録装置４００において用いられ得る。また、図１は反射ホログラムを作成するシステムを示しているが、上述の装置及び技術を用いて透過ホログラムを作成するシステムを実現することもできる。
【００６０】
ホログラム記録装置１００と比較すると、ホログラム記録装置４００は、ＨＰＯホログラムを作成するタスクに合わせた幾つかの成分を含む。例えば、ＢＬＤは、少なくとも１方向に可動であるように設計され得る。図４に示されるように、ＢＬＤ’はページに出入りするように動くように設計される。帯域限定ディフューザは、均一な強度でホーゲル全体にわたって物体光を再分布するような任意選択の回折光学要素である。ディフューザが用いられなければ、物体光は通常ホーゲルの中心線に沿って明るいまたは「ホット」スポットを有することになる。これは、物体光と参照光の強度比を不均衡にし、ホーゲルを変化させる明るさを生成し得る。しかし、帯域限定ディフューザを用いることは、望ましくない副次的な影響を及ぼし得る。ディフューザ上の構造は、フーリエ変換レンズＦＣＬによって結像され、遠視野でホログラムシーン上にスーパーインポーズされる。ホーゲルサイズが大きければ、例えば１平方ミリメートルであれば、ディフューザ構造のフィーチャサイズは小さく、副次的な悪影響は顕著ではない。しかし、ホーゲルサイズが小さければ、対応するディフューザ構造はより目立ち、ホログラム上にディフューザパターンを作成する。記録装置４００などのＨＰＯ記録装置は、通常０．２ｍｍのホーゲル幅を有する。ホログラムが明るく均一な背景を有していれば、帯域限定ディフューザに関連するパターンのスペックルタイプが観察された。
【００６１】
帯域限定ディフューザを用いることによって発生するＨＰＯホログラムへのスペックル効果を最小にするために、ディフューザの位置をホーゲルからホーゲルへ変化させるべくディフューザは可動メカニズム上に取り付けられる。結果的に、各ホーゲルは一意の遠視野スペックルパターンを有する。ホーゲルが同時に見られたら、ホーゲルからホーゲルへのスペックルパターンの空間不整合は平均化効果を生み出す。ディフューザパターン及び関連するスペックルパターンのランダムな性質に起因して、空間平均化はホログラムが均一に見えるようにすることになる。記録装置はパルスレーザと共に用いるために設計され、従ってディフューザの機械的安定性は重大な意味を持たないので、ディフューザＢＬＤ’は、同調、発振、または平行移動のいずれかによって連続的に運転され得る。
【００６２】
上述したように、垂直ディフューザＶＤはＨＰＯホログラムの垂直ビューゾーンを増加させる。ホログラム記録装置４００は円柱レンズＦＣＬを用いてホログラムの水平向きに沿ってアンギュラビューゾーンを生成するので、レンズＦＣＬの垂直向きは効果を及ぼさない。従って、垂直方向では、平行にされた物体光は発散せずに伝播する。ディフューザＶＤが記録装置４００に設置されていなければ、ホログラムは細い横線に沿って垂直に切断されたビューゾーンを示したであろう。
【００６３】
ＨＰＯホログラムは垂直方向に沿った視差の情報を含まないので、垂直ビューゾーンは、単に１次元ディフューザまたはレンズ状ディフューザをレンズＦＣＬと記録板ＲＰの間に挿入することによって増大し得る。しかし、このアプローチは１つの欠点を示し得る。記録板ＲＰは概ね透過性であるので、参照光は記録板を透過してディフューザに衝当することになる。拡散反射光は、所望の画像と拡散的に反射される参照光の両方を再構成するようなホログラムを生じさせる物体光を伴って記録板ＲＰに送り返されることになる。観察者は、上部に明るい縦線を有するホログラフィック画像を見ることになる。この問題を解決するために、垂直ディフューザＶＤは、特別にデザインされたホログラフィック光学素子（ＨＯＥ）またはレンズ状スクリーンを吸収−遮断フィルムと組み合わせて用い得る。特殊ＨＯＥは、望ましくない光をホログラフィック記録材料から離れて回折するようにデザインされ得る。レンズ状スクリーンは拡散媒体として働き、吸収−遮断フィルムは参照光が反射して記録板に戻ることを防止する。これらの装置の例は、（１）マイケルＡ．クルーグが発明した米国特許第６，３６９，９２０号「ホログラムを記録するための参照光偏向素子（Reference Beam Deflecting Element for Recording a Hologram）」及び（２）マイケルＡ．クルーグ、ディアナ・マクミラン（Deanna McMillen）及びチャン・ファン（Qiang Huang）が発明し、２００２年５月２４日に出願された米国特許出願第１０／１５４，４９７号「参照光吸収−遮断材（Reference Beam Absorber-Blockers）」に見られる。
【００６４】
一般に、レンズ状スクリーンを垂直ディフューザとして用いることは、他の種類のディフューザ要素と比べて有利である。各レンチキュラーは、近接するスポットにオーバラップすることなしに記録材料上で特定のスポットにそれを照射するような物体光の部分を集束する。従って、ランダム等方性ディフューザが発生させる干渉またはスペックルノイズは低減される。更に、そのようなディフューザは、インタレースホーゲルを作成して画像平面上のホーゲル解像度を増加させることをより容易にし得る。図５は、記録されたホログラム位置と「デッド」スポットを入れ替えるための、レンズ状スクリーンディフューザを用いることによって形成されるＨＰＯホーゲル５００を示す。各レンチキュラーは集束物体光を生成するので、従って明確に画定された記録部分を作成する。隣接したホーゲルが、ホログラム部分が前のホーゲルの「デッド」スポットに整合するように垂直に移動されたら、インタレーシングホログラム記録が達成される。例として、１５のインタレースＨＰＯホーゲルが図５に示されている。
【００６５】
上述のように、ＨＰＯ記録装置４００は、記録板の面法線に対して４５°の角度で記録板ＲＰに入射するような「リボン」形状の参照光を利用する。ホーゲルに沿った各ポイントに対して、ビーム経路は長さで密接に合わせられるべきである。ビームの縦横比のために、ビームを屈折的及び反射的に方向制御して記録板上で物体光−参照光経路整合を達成することは困難であり得る。図６−Ａは、ミラーを用いてビームを方向制御する例を示す。参照光の中心が物体光にぴったり合うと仮定しても、参照光の極値は、図示されるような、長すぎるか短すぎるかのいずれかであるような光学経路を尚も有することになる。ホーゲル全体に沿って参照光に対する経路整合を達成するため、回折格子を用いてビームが偏向される。図６−Ｂに示されているように、回折格子ＧＴは、参照光の全光線が格子に垂直に入射するように参照光経路に配置される。格子の１次回折の伝播方向は、格子の面法線に対して４５°の角度をなすように選択される。偏向された１次回折ビームは、板ＲＰでのホログラム記録のための参照光として用いられる。このアプローチは、記録板ＲＰに到達する全ての光線が確実に同一の光路長を有するようにする。図６−Ｂには透過型回折格子ＧＴを示しているが、反射型格子も用いられ得る。反射型格子は、透過型格子よりも高効率であり得る。
【００６６】
記録装置１００及び４００などのホログラム記録装置は、高速でホログラム及び特にホログラフィックステレオグラムを作成するべく設計される。このタスクを達成するためには、空間光変調器ＳＬＭ上のコンピュータグラフィックス画像のローディング、記録板ＲＰにおけるホログラフィック記録材料の位置決め、及びパルスレーザ１１０／４１０のトリガが同時に起こることが重要である。ホログラム記録装置１００の一例では、記録装置は、６０Ｈｚ（即ち毎秒６０ホーゲル）の速さで各ホーゲルに対して一意の画像を用いて１ｍｍ×１ｍｍのホーゲルを記録するように設計される。この目標に到達するために、ホログラム記録装置１００はホログラフィック記録材料変換システム１２０を用いて、１つの連続運動を用いてホーゲルの列を通過させるように記録媒体における個々のホーゲルをそれぞれ露光する。ホログラム記録装置１００は、複数の１ｍｍ露光を用いて１つの列を露光する。１列が完了すると、記録媒体は垂直に１ｍｍインデックスされ、記録サイクルが繰り返される。そのような記録ループを操作することは、３つの独立した同期タスク即ち（１）ホログラフィック記録材料を６０ｍｍ／秒の速さで平行移動すること、（２）各記録されるホーゲルに適切な画像データを供給すること、及び（３）最初の２つのタスクが完了して初めてレーザパルスを供給することへの細心の注意を要求する。
【００６７】
図７は、第１の同期タスクの要求に従ってホログラフィック記録材料を位置決めするのに適したリニアトランスレータの動きプロフィールのグラフを示す。タスクを実行するために、適切なホログラフィック記録材料を運搬するリニアトランスレータは６０ｍｍ／秒まで加速される。この速度は、ホーゲルが露光して次に減少させられる期間中一定に保たれる。処理は、ホーゲルの各列に対して繰り返される。ホーゲルの第１の列が露光された後、ホーゲルの後続列は、図７に示されているようにリニアトランスレータの動きにおいて２つの臨界点に特に鋭敏である。これらのポイントは、リニアトランスレータの動きの一定速度フェーズの最初と最後に対応する。これら２つのポイントがホーゲルの全ての列に対して整合しなかったら、各列の開始及び／または終了時点での注目すべきアーティファクトは図８−Ａ及び図８−Ｂに示されているように明らかになり得る。ホーゲルの各列がｘ軸に沿って同一位置で開始したら、図８−Ａに示されているような注目すべきミスアライメントアーティファクトは発生しない。しかし、図８−Ｂに示されているように、ホーゲル露光が所与の列に対する不正確な位置で開始したら、ミスアライメントアーティファクトが明らかになる。従って適切な位置制御、速度及び再現性を有するポジションコントローラを用いることが重要である。
【００６８】
一意の画像を１ｍｍ毎に空間光変調器ＳＬＭに送信する第２の同期タスクは、更なる課題を提起する。ホーゲルの列において各ホーゲルに対する各画像がホーゲルの列の露光中にＳＬＭに適切に表示されることが重要であるばかりか、記録されたホーゲルの各後続列が記録されたホーゲルの前の列とぴったり合うことも重要である。例え各ホーゲルが記録媒体の正しい位置で露光され得るとしても、そのホーゲルのコンテント即ちそのホーゲルを記録するために用いられる画像は、ポジショニングシステムに同調しないかもしれない。この問題は、図９−Ａ及び図９−Ｂに示されている。ポジショニングシステムが正しい位置でホーゲルを露光しかつ画像がホーゲルの各列に対して同調して到達していれば、記録されたアレイは図９−Ａに示されているように正しいように見えることになる。この場合、画像ストリームは灰色画像と白色画像を互い違いにする。しかし、例えホーゲルが正しい位置で露光されたとしても、画像のストリームとホーゲル位置間の位相不整合は、図９−Ｂに示されているように後続列とぴったり合わないような画像でホーゲルを作成し得る。
【００６９】
この問題を解決するために、ポジショニングシステムは画像ストリームに関する情報を用いる。これは、ＶＧＡ、ＳＶＧＡ、及びＸＧＡ規格に一致するような標準ビデオ信号の一部として与えられる垂直同期信号（ｖ−ｓｙｎｃ）及び水平同期信号（ｈ−ｓｙｎｃ）を利用することによって達成される。v−ｓｙｎｃ信号（通常は表示装置に垂直回帰を実行させる）及びｈ−ｓｙｎｃ信号（通常は表示装置に水平帰線を実行させる）は、空間光変調器ＳＬＭでの画像の表示でホログラフィック記録材料変換システム１２０の位置を同期するために用いられる。ホログラフィック記録材料変換システム１２０を制御するために用いられる位置情報とｖ−ｓｙｎｃパルスを相関させることによって、ホーゲル-バイ-ホーゲルベースの一定フェーズ関係が達成され得る。この相関関係は、図１０に示される。図１０は、標準ｖ−ｓｙｎｃ信号とリニアトランスレータの動きプロフィールとのオーバラップを示す。この情報は、各ｖ−ｓｙｎｃパルスがホログラフィック記録材料の固有位置を表すようにポジショニングコントローラに送信され得る。ｖ−ｓｙｎｃ信号はまた、後続列間の一定フェーズ関係を保証するような動きプロファイルをトリガするために用いられ得る。
【００７０】
ホログラム記録装置１００において用いられる典型的なポジションコントローラは、コントローラの内部時間ベースを転送することによって外部信号（例えばｖ−ｓｙｎｃパルス）と位置とを相関させる。しかし、パルス間を補間するための情報が十分ではないので、ｖ−ｓｙｎｃ情報単独ではリニアトランスレータを適切に制御するための十分な情報たり得ない。そのような動作の最終結果は、加速における瞬間スパイクを伴う非常にぎくしゃくした動きである。この問題は、ｖ−ｓｙｎｃ信号と共にかなり高い周波数ｈ−ｓｙｎｃ信号を用いることによって解決され得る。例えば、リフレッシュ速度６０Ｈｚ（即ちｖ−ｓｙｎｃ＝６０Ｈｚ）の典型的なＳＬＭ解像度では、対応するｈ−ｓｙｎｃ周波数は約６４ｋＨｚである。このようなより高い周波数は、ポジションコントローラに各ｖ−ｓｙｎｃパルス間の十分なデータポイントを与えることができ、それによって位置制御データポイント間の補間をよりスムーズにできる。図１1は、時間ベース転送の概念を示す。グラフの標準時間軸をｈ−ｓｙｎｃパルスに置き換えることによって、ポジションコントローラは、位置を正確に調整するための画像ストリームからの必要な情報を有し得る。図示されている例では、各ｖ−ｓｙｎｃパルス間にちょうど１０６６個のｈ−ｓｙｎｃパルスがある。
【００７１】
第３のタスク即ち最初の２つのタスクが完了して初めてレーザパルスを供給することは、各記録されたホーゲルに適切な画像データを与えるために用いられるソリューションに類似のソリューションを必要とする。各レーザパルスは、画像ストリームにおける適切な画像に関する情報を含んでいなければならない。例えば、各ホーゲルを記録するために１つのレーザパルスしか用いられないならば、１つのパルスは各ホーゲル位置で与えられなければならず、その１つのパルスは１つの画像のための画像情報を含んでいるべきである。各ホーゲルに対して複数のパルスが用いられるなら、同一画像情報を含む幾つかの連続パルスが１つのホーゲル位置で用いられ得る。パルスレーザの起動の制御は、多くのポジションコントローラにおいて利用可能な「位置指定時の出力設定（set output when at position）」機能を用いてタイミングよく実行される。ｖ−ｓｙｎｃパルスは画像フレームのトップを表すために用いられ得るので、レーザパルスはｖ−ｓｙｎｃパルスの直前に放出されるべきである。これは、ｈ−ｓｙｎｃパルスを用いてレーザパルスの配置を制御することによって達成され得る。２つのｖ−ｓｙｎｃパルス間毎に通常１０６６のｈ−ｓｙｎｃパルスがあるので、各レーザパルスの正確なタイミングの微調整は、ｖ−ｓｙｎｃパルスに対して適切な遅れを有するｈ−ｓｙｎｃパルスのパルスレーザでトリガすることによって達成され得る。
【００７２】
上述したように、画像同期は、ホログラム記録処理の特に重要な側面である。同期されたホログラフィック記録材料変換システム１２０に通常用いられるポジショニングシステムは、比較的自律的であり得、ＳＬＭに画像を供給するコンピュータに必ずしも結合される必要がない。しかし、多くの場合、２つのシステムの緊密な統合が好ましい。従って、コンピュータによって用いられる種々のデータバスに関連する待ち時間は、問題となり得る。例えば、ポジショニングシステムがＰＣのＩＳＡバス上で作動するコントローラによって制御されるのであれば、ＩＳＡバス技術の速度、応答性、及び経年は制限要因であり得る。他の制限要因であるが関連する要因は、コンピュータのオペレーティングシステムが種々のデータバスを処理する方法を含む。従って、一般的には、ＰＣＩバスなどのより高速バスが望ましい。比較的低待ち時間バスの別の例は、ほとんどのＰＣに共通のジョイスティック／マウスポートである。
【００７３】
当業者であれば、他のディスプレイ関連信号はホログラフィック記録材料変換システム１２０及びパルスレーザ１１０の両方を制御するのに用いられ得ることが容易にわかるであろう。更に、先の例では１ｍｍ×１ｍｍのホーゲルに関して考察したが、当業者であれば、本明細書に開示された方法及び装置を用いて種々の異なった大きさ及び形状で形成されたホーゲルを記録し得ることが容易にわかるであろう。
【００７４】
上述の例では、ビデオソース信号は「マスター」になり、従ってモータ制御及びレーザパルスはマスター信号源に従属する。他の表示システムは、モータ制御またはレーザをマスターに、表示システムをスレーブにすることができるように用いられ得る。今日入手可能なグラフィックカードは精巧であるので、新たなグラフィックシステムを設計するよりビデオソースをマスターにする方が通常は容易である。
【００７５】
平行移動システムの一部としてステッパ電動機を用いる際には、電動機を他の信号に同期するための種々の技術が利用され得る。例えば、ＤＣサーボ使用に関連する追加解像度は、他の技術に対して著しい利点を与える。従って、アナログまたはデジタルハードウエア、両者の組合せ、または完全なソフトウエアの実装を含む種々のフェーズロックループ技術が利用され得る。
【００７６】
これらの技術の更なる改良において、ビデオ信号とモータ位置とのフェーズ誤差に基づく必要な誤差信号をサンプリングし、例えば２つの技術の一方即ち遊星歯車装置システムを介して駆動システムに連動されたモータコントローラまたは位相制御モータ内での速度補正を用いて、動き開始時に１つの位相補正をなし得る。位相制御モータは、駆動モータの定速に影響することなく位相の独立変化を可能にし得る。位相モータに対するホームポジションはなく、位相整合を達成するための最短モータ運動に依っていずれかの向きで位相補正がなされ得る。一実施例では、１ｍｍのホーゲルピッチを生成するために１ｍｍピッチのねじが用いられる。ねじ軸上のエンコーダは、各ホーゲルに対する絶対位置を与えることになる。移動開始時に、垂直同期パルスのタイミングは、主駆動モータがフルスピードに到達したらねじ位置と比較される。測定された位相差は、位相補正モータ制御に与えられる。モータ及びビデオ信号がホーゲルの１行の持続時間に対して同期のままであると仮定すれば、ホーゲルの各行を独立的に同期することは適切なはずである。水平及び垂直同期信号の両方を利用する別の例では、動き制御においてより高い精度が可能になる。
【００７７】
ホログラム及びホログラフィックステレオグラム作成に必要なコンピュータグラフィックス及びデジタル化された画像を作成及び送信するための多くの技術が公知である。それにもかかわらず、ホログラム記録装置１００またはホログラム記録装置４００などの高速ホログラム記録装置は、画像作成及び送信に関する幾つかの他にはない課題に挑んでいる。例えば、特定のホログラフィックステレオグラムにおいて用いるための全てのコンピュータグラフィックス画像が適切な記憶装置に回収またはレンダリング、処理及び記憶されたら、ホログラム記録装置１００は、単に画像を適切な順序で読み出し、これらの画像を空間光変調器ＳＬＭ上に表示することができる。しかし、ホログラム記録装置１００の高速性質の利点を完全に生かすには、全方向視差及び水平視差のみのホーゲルの動的構成をサポートし、３Ｄグラフィックスハードウエアを利用し、標準的な２Ｄインターフェイスの代わりに画像ストリームをレンダリングし、３Ｄテクスチュア幾何学配置を用いて画像ストリームをレンダリングし、空間光変調器ＳＬＭ上での高速表示のために３Ｄグラフィックスハードウエア上に最適フォーマットで画像を保存するためのホログラム記録装置１００に関連するコンピュータシステムを含むことが望ましい。
【００７８】
データ準備フェーズでは、画像解像度は、記録される特定の画像に適した値に設定される。３２ビットのビット深度（例えば３つの色にそれぞれ８ビットと、１つの８ビットのアルファチャネル）は、滑らかな階調度を保証する。１６ビットでディザリングする画像はまた、より低ビット深度を用いて画像データを準備するために用いられ得る。次に、画像は、メモリ（通常は画像を供給するコンピュータシステムのＲＡＭまたは画像を空間光変調器ＳＬＭに供給するために用いられるグラフィックスハードウエアに関連するＲＡＭ）にロードされる。画像データセットを利用可能なメモリ及び記録装置メトリクスに整合させるべく通常実行されるような画像の補間もある。水平視差のみのホログラフィックステレオグラムの場合、画像は通常グラフィックスハードウエアメモリにおいて変換及び保存され、更なる処理は必要ない。
【００７９】
記録フェーズ中に、システム同期及びホーゲル記録が実行される。ホーゲルの列を記録する処理を開始するために、同期されたホログラフィック記録材料変換システム１２０に対応するポジションコントローラハードウエアに行開始フラグが送られる。これは、ホーゲルの次の列に予定されている画像の処理が完了し、コンピュータシステムはホログラム記録装置がホーゲルの次の行を記録するのを待っているという信号をホログラム記録装置１００に送る。行待ちフラグは、ポジションコントローラハードウエア上でポーリングされる。このフラグは、記録装置及び次のｖ−ｓｙｎｃ信号での画像のレンダリングを開始するために用いられる。次に、コンピュータシステムは、各ｖ−ｓｙｎｃ信号の１つのホーゲルに画像データを与える。これらのホーゲルのためのこれらの画像は、通常、コンピュータグラフィックスハードウエアに保存され、後述するようなハードウエアによってレンダリングされる。コンピュータシステムを実行するソフトウエアにおけるカラム完了ルーチンは次に、関連する記録装置の値を調整しかつホーゲルの次のカラムに対するカラムカウンタを増分するために用いられる。次の段階では、記録装置のための待ちフラグがポーリングされる。この段階の間、全方向視差ホログラフィックステレオグラムに対してホーゲルの次のカラムが生成される。典型的な水平視差のみのホログラフィックステレオグラムは、１列のホーゲルしか有さないことになる。カラムが完了したとき、記録装置はホーゲルの次のカラムに継続する前に記録装置フラグのための待ちが設定されるかどうかを決定するためにチェックされる。
【００８０】
通常記録フェーズを進めるレンダリングフェーズ中に、動作は、水平及び垂直視差（全方向視差）の両方で水平視差のみのホログラフィックステレオグラムまたはホログラフィックステレオグラムの記録に依って異なり得る。レンダリングフェーズは、例えば、エミリコ・カマホート（Emilio Camahort）、マークＥ．ホルツバッハ及びロバートＬ．シットン（Robert L. Sitton）が発明し、２００１年１０月１９日に出願された米国特許出願第１０／０３６，８１４号「自動立体表示のための前処理及び後処理を含む有効ブロック分割（Efficient Block Transform Including Pre-processing and Post Processing for Autostereoscopic Displays）」に記載されているような画像データの再パラメータ化を含み得る。水平視差のみのレンダリングは、水平方向ビューの１つの列を用いる。水平方向ビューの１つの列の再パラメータ化は、通常、各々が１列画素しか有さないような１組のホーゲル画像を生じさせる。画素の列は通常、ホログラム記録装置の空間光変調器を満たすために必要に応じて基準化される。全方向視差ホログラフィックステレオグラムの場合、レンダリングフェーズは通常、必要に応じて基準化される空間光変調器上にホーゲル全体を表示する。リアルタイムで再パラメータ化が実行されるようなレンダリングフェーズの例もある。従って、ホーゲルビューを構築するソフトウエアは、特に画像データセット（即ちソース画像）からの光の適切なポイントを選択し、それをホーゲルビュー内の適切な位置に配置する。画像データセットからの光の所望のポイントが２つのホーゲルビューの間に存在するならば、サブサンプリングが実行され得る。画像データセットからの光の所望のポイントが存在しない（例えばデータが欠けているか或いはソース画像解像度が低すぎる）ならば、データポイントの平均が実行され得る。
【００８１】
ホログラム記録装置のための画像データを作成し、そのデータをホログラム記録装置に供給する種々のフェーズは、通常、１若しくは複数のコンピュータシステム上で実行するような専用コンピュータソフトウエアによって実行される。当業者であれば、上述された技術及び方法が、様々なコンピュータ言語、例えばアセンブリ言語、パスカル、Ｃなどの伝統的なコンピュータ言語、Ｃ＋＋、Ｊａｖａ（登録商標）などのオブジェクト指向言語、Ｐｅｒｌ、Ｔｃｌ／Ｔｋなどのスクリプト言語を含むコンピュータ言語を用いてソフトウエアに実現され得ることが容易にわかるであろう。更に、ソフトウエアは、電子媒体（例えばフラッシュメモリ）、磁気記憶媒体（例えばハードディスクドライブ、フロッピー（登録商標）ディスクなど）、光記憶媒体（例えばＣＤ−ＲＯＭ）、及び命令を符号化する通信媒体伝達信号を含む様々なコンピュータ読取可能媒体を経由して（例えばコンピュータシステムにおいてネットワークインターフェイスに結合されたネットワークを介して）コンピュータシステムに供給され得る。通常用いられるコンピュータシステムは、キーボード、マウス、ネットワークインターフェイス、グラフィックス＆ディスプレイハードウエア、ハードディスクドライブ、及びＣＤ−ＲＯＭドライブなどの装置を含み、これらは全て通信バスによって処理装置に結合される。そのようなコンピュータシステムが本明細書中には記載されていない多数の構成要素、例えば追加の記憶装置、通信装置、入力装置、及び出力装置なども含み得ることは当業者に明らかであろう。
【００８２】
当業者は、様々な異なる種類の光学部品が上述した部品に代用され得ることが容易にわかるであろう。更に、本明細書中に示された発明の説明は例証であり、特許請求の範囲に示される発明の範囲を限定しようとするものではない。本明細書中に開示された実施例の変形及び改変は、特許請求の範囲に示される範囲及び本発明の精神から逸脱しない限りにおいて、本明細書中に示された記載に基づいてなされ得る。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】パルスレーザを用いたホログラム作成装置の概略図である。
【図１−Ａ】図１に示されるホログラム作成装置と共に用いられ得るようなカラーモジュールの概略図である。
【図２】図１に示されるようなホログラム作成装置において用いるための光路長整合装置を示す図である。
【図３】図１に示されるようなホログラム作成装置において用いるための物体光／参照光干渉計を示す図である。
【図４】パルスレーザを用いた水平視差のみのホログラム作成装置の概略図である。
【図５】インタレースされたホログラム作成の例を示す図である。
【図６−Ａ】水平視差のみのホログラム作成装置において参照光を供給するための２つの異なる技術の１つを示す図である。
【図６−Ｂ】水平視差のみのホログラム作成装置において参照光を供給するための２つの異なる技術の別の１つを示す図である。
【図７】ホログラフィック記録材料を位置決めするために適切なリニアトランスレータの動きプロフィールを示すグラフである。
【図８−Ａ】ホログラム作成装置において用いられるホログラフィック記録材料の正しい及び正しくない位置決めを示す図である。
【図８−Ｂ】ホログラム作成装置において用いられるホログラフィック記録材料の正しい及び正しくない位置決めを示す図である。
【図９−Ａ】ホログラム作成装置において用いられるホログラフィック記録材料の位置決めを伴う正しい及び正しくない画像ディスプレイ同期を示す図である。
【図９−Ｂ】ホログラム作成装置において用いられるホログラフィック記録材料の位置決めを伴う正しい及び正しくない画像ディスプレイ同期を示す図である。
【図１０】ホログラフィック記録材料及びビデオフレーム同期信号を位置決めするのに適したリニアトランスレータの動きプロフィールの両方を含むグラフである。
【図１１】水平軸が別のビデオフレーム同期信号に対応してユニット内に示されている以外は図１０のグラフに類似のグラフである。
【図１】
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【図１−Ａ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６−Ａ】
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【図６−Ｂ】
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【図７】
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【図８−Ａ】
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【図８−Ｂ】
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【図９−Ａ】
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【図９−Ｂ】
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【図１０】
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【図１１】
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【手続補正書】
【提出日】平成16年8月5日(2004.8.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ホログラムを記録する方法であって、
ホログラフィック記録材料を供給する過程と、
前記ホログラフィック記録材料を非コヒーレント広帯域光源に露光することによって前記ホログラフィック記録材料を事前感光する過程と、
前記ホログラフィック記録材料をパルスレーザからの参照光及び前記パルスレーザからの物体光により形成される干渉パターンに露光する過程とを含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記参照光と前記物体光のうち少なくとも一方を前記ホログラフィック記録材料に対して斜角をなして方向付ける過程を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記参照光と前記物体光のうち少なくとも一方を方向付ける過程が、
前記参照光と前記物体光のうち前記少なくとも一方を前記ホログラフィック記録材料の面法線に対して約４５°の角度で位置決めする過程を更に含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記参照光と前記物体光とが相互に対してコヒーレントであるように前記参照光と前記物体光のうち少なくとも一方の光路長を調整する過程を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記光路長を調整する過程が、
前記参照光と前記物体光のうち前記少なくとも一方を反射するべく作動可能な第１の固定ミラーを供給する過程と、
前記第１の固定ミラーから第２の固定ミラーへ光を反射するべく作動可能な少なくとも１つの可動ミラーを供給する過程と、
前記少なくとも１つの可動ミラーの位置を調整する過程とを更に含むことを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
空間光変調器で前記物体光を輝度変調する過程を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記ホログラフィック記録材料を事前感光する過程と前記ホログラフィック記録材料を露光する過程との間の所定の期間を待つ過程を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項８】
ホログラムを記録する方法であって、
ホログラフィック記録材料を供給する過程と、
前記ホログラフィック記録材料を複数のレーザパルスに露光することによって前記ホログラフィック記録材料を事前感光する過程と、
前記ホログラフィック記録材料をパルスレーザからの参照光及び前記パルスレーザからの物体光により形成される干渉パターンに露光する過程とを含むことを特徴とする方法。
【請求項９】
前記複数のレーザパルスが、前記参照光と前記物体光のうち少なくとも一方によって供給されることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記ホログラフィック記録材料を露光する過程が、
前記参照光と前記物体光のうち少なくとも一方を前記ホログラフィック記録材料に対して斜角をなして方向付ける過程を更に含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記参照光と前記物体光のうち少なくとも一方を方向付ける過程が、
前記参照光と前記物体光のうち少なくとも一方を前記ホログラフィック記録材料の面法線に対して約４５°の角度で位置決めする過程を更に含むことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記参照光と前記物体光とが相互に対してコヒーレントであるように前記参照光と前記物体光のうち少なくとも一方の光路長を調整する過程を更に含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
前記光路長を調整する過程が、
前記参照光と前記物体光のうち前記少なくとも一方を反射するべく作動可能な第１の固定ミラーを供給する過程と、
前記第１の固定ミラーから第２の固定ミラーへ光を反射するべく作動可能な少なくとも１つの可動ミラーを供給する過程と、
前記少なくとも１つの可動ミラーの位置を調整する過程とを更に含むことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
空間光変調器で前記物体光を輝度変調する過程を更に含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１５】
前記ホログラフィック記録材料を事前感光する過程と前記ホログラフィック記録材料を露光する過程との間の所定の期間を待つ過程を更に含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１６】
ホログラフィックステレオグラムを記録するための装置であって、
コヒーレントビームを生成するようなパルス光源と、
ホログラフィック記録材料を非コヒーレント広帯域光源及び複数のレーザパルスのうち少なくとも一方に露光することによって事前感光されるような事前感光されたホログラフィック記録材料を保持する材料ホルダと、
前記コヒーレントビームの少なくとも一部を前記ホログラフィック記録材料に方向付けるように動作可能であるような光学系とを含むことを特徴とする装置。
【請求項１７】
前記光学系が、
前記コヒーレントビームを物体光と参照光に分けるようなビームスプリッタと、
前記事前感光されたホログラフィック記録材料で前記参照光と干渉するように前記物体光を方向付けるための物体光光学系と、
前記事前感光されたホログラフィック記録材料で前記物体光と干渉するように前記参照光を方向付けるための参照光光学系とを更に含むことを特徴とする請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記物体光光学系と前記参照光光学系のうち少なくとも一方が、
前記物体光と前記参照光のうち少なくとも一方を反射するべく位置決めされた第１の固定ミラーと、
前記第１の固定ミラーからの前記参照光と前記物体光のうち前記少なくとも一方を受光しかつ前記物体光と前記参照光のうち前記少なくとも一方を反射するべく位置決めされた少なくとも１つの可動ミラーと、
前記少なくとも１つの可動ミラーからの前記参照光と前記物体光のうち前記少なくとも一方を受光するべく位置決めされた第２の固定ミラーとを含み、
前記参照光と前記物体光のうち前記少なくとも一方の光路長が、前記少なくとも１つの可動ミラーを動かすことによって調整されるような光路長整合装置を含むことを特徴とする請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記物体光光学系が、前記物体光を輝度変調するための空間光変調器を含むことを特徴とする請求項１７に記載の装置。
【請求項２０】
前記空間光変調器に結合されかつ前記空間光変調器へのレンダリングされた画像の送信を制御するべくプログラミングされたコンピュータを更に含むことを特徴とする請求項１９に記載の装置。
【請求項２１】
前記事前感光されたホログラフィック記録材料を保持する前記材料ホルダを位置決めするべく動作可能な材料ホルダ搬送システムを更に含むことを特徴とする請求項２０に記載の装置。
【請求項２２】
前記コンピュータが、前記材料ホルダ搬送システムに結合されかつ前記材料ホルダ搬送システムの位置決めと前記空間光変調器への前記レンダリングされた画像の送信を同期するべく更にプログラミングされることを特徴とする請求項２１に記載の装置。
【請求項２３】
前記材料ホルダ搬送システムの速度が、１列のホーゲルが露光される期間中一定に維持されることを特徴とする請求項２２に記載の装置。
【請求項２４】
前記コンピュータが、前記材料ホルダ搬送システムの位置決めと、前記空間光変調器への前記レンダリングされた画像が与えられる垂直同期信号と水平同期信号のうち少なくとも一方を同期するべく更にプログラミングされることを特徴とする請求項２２に記載の装置。
【請求項２５】
前記パルス光源が、前記空間光変調器への前記レンダリングされた画像が与えられる垂直同期信号と水平同期信号のうち少なくとも一方に基づきトリガされることを特徴とする請求項２０に記載の装置。
【請求項２６】
前記参照光が前記記録材料に衝当するとき前記参照光に対する経路整合を向上させるため前記参照光を回折するべく位置決めされた透過型回折格子または反射型回折格子のうち少なくとも一方を更に含むことを特徴とする請求項１７に記載の装置。
【請求項２７】
前記ホログラフィック記録材料を事前感光するために位置決定された非コヒーレント広帯域光源を更に含むことを特徴とする請求項１６に記載の装置。
【請求項２８】
前記コヒーレントビームの前記少なくとも一部が、前記ホログラフィック記録材料に対して斜角をなして方向付けられることを特徴とする請求項１６に記載の装置。
【請求項２９】
前記コヒーレントビームの前記少なくとも一部が、前記ホログラフィック記録材料の面法線に対して約４５°の角度で方向付けられることを特徴とする請求項２８に記載の装置。
【国際調査報告】
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