JP2001183962A

JP2001183962A - ホログラム作成方法

Info

Publication number: JP2001183962A
Application number: JP36762099A
Authority: JP
Inventors: Tamiki Takemori; 民樹竹森; Kenji Kon; 健次今
Original assignee: ART NAU KK; Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: ART NAU KK; Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 1999-12-24
Filing date: 1999-12-24
Publication date: 2001-07-06
Also published as: KR20020062662A; WO2001048563A1; AU2224001A; EP1241537A4; TWI243974B; US20020191237A1; EP1241537A1

Abstract

(57)【要約】【課題】記録時間が短縮可能であり、また、ホログラ
ム作成用光学系を小型化することができるホログラム作
成方法を提供する。【解決手段】本方法は、マスターホログラム作成時に
おいて、拡散スクリーン像を物体光とし、レンズ８’を
介して第１記録面１２上に出力する。スレーブホログラ
ム作成時においては、レンズ８’による物体光の結像位
置に第２記録面１２’’を配置する。本方法では、マス
ターホログラム１２’を記録する際の拡散スクリーン
７’／第１記録面１２間の距離と、スレーブホログラム
１２’’を記録する際のマスターホログラム１２’／第
２記録面１２’’間の距離を異ならせることができる。
したがって、必要に応じて、これらの距離を可変するこ
とにより、小型の光学系を用いてホログラムを作成する
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ホログラム作成方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】（従来例１）縦横に視差を持つ２段階
（ｔｗｏ−ｓｔｅｐ）方式のリップマン型ホログラフィ
ックステレオグラムの作成方法が知られている。このよ
うなホログラムの作成方法は、特開平１−３２１４７１
号公報に記載されている。

【０００３】図９は特開平１−３２１４７１号公報に記
載された２次元ホログラム作成装置の多視点画像収集法
を示す図であり、図１０は２次元ホログラム作成方法を
示す図である。同公報に記載の手法は、膨潤によるカラ
ー化を主な目的としたものであるが、簡単のため、以下
ではこれをモノクロに置き換えて説明する。

【０００４】同公報に記載の手法によれば、まず、カメ
ラ１０２の視点を横および縦方向にａ，ｂ，ｃ，ｄ…ｚ
地点まで順次移動させ、被写体１０１を撮影する。視点
ａ〜ｚの数は、ホログラム立体像の見易さ及び滑らかさ
を制限するため、大きければ大きいぼど良いが、通常は
１００〜１０００である。すなわち、１００〜１０００
箇所の地点から観察された被写体１０１の像を撮影した
フィルムが得られる。

【０００５】次に、このようにして得られたフィルムＦ
を図１０に示す光学系にセットすることにより、ホログ
ラムを作成する。すなわち、フィルムＦをフィルムホル
ダー１０８にセットし、レーザー光源１０３からの光を
ハーフミラー１０４、拡散レンズ１０６を介して照射
し、その像をスクリーン１０９上に投影する。

【０００６】一方、その被写体像を撮像した視点に対応
する位置にマスク１１０の開口部を移動させ、スクリー
ン１０９に投影された像を、レンズ１１２から出射され
る参照光と共に感材乾板１１１上に露光する。これを順
次、視点の数だけ繰り返すことにより、感材乾板１１１
上には各視点から観察される被写体像の干渉像が形成さ
れ、これが１枚のホログラム（マスターホログラム）と
なる。

【０００７】次に、図１１に示すように、前記マスター
ホログラム１２０を参照光と共役の照明光で照射する
と、それぞれの要素ホログラムがスクリーンの位置に実
像を発生させる。スクリーン１０９の位置に２つ目の感
光材料１２１を配置し、マスターホログラム１２０とは
反対側から、参照光を照射し、第２のリップマンホログ
ラム１２１を作成する。

【０００８】（従来例２）また、縦横に視差を持つ一段
階（ｏｎｅ−ｓｔｅｐ）方式のリップマン型ホログラム
の作成例も知られている。このようなホログラムの作成
方法は、特開平３−２４９６８６号公報に記載されてい
る。

【０００９】図１２は、同公報に記載された２次元ホロ
グラム作成装置の構成図である。このホログラム作成装
置では、レーザー光源１０３から出力されたレーザー光
は、ビームスプリッタ１０４により２つに分岐され、分
岐したレーザー光の一方ば、レンズ系により光束径を拡
げられ、透過型液晶表示器等の空間光変調素子Ｆ’に入
射し、コンピュータにて作成された各視点からの画像を
表示する空間光変調素子Ｆ’の個々の画素で振幅変調を
受けた後、レンズにより感光材料１１１上に集光され、
ビームスピリッタ１０４により２分岐されて感光材料１
１１の背後から入射した参照光と干渉し、感光材料１１
１上に要素ホログラムが形成される。

【００１０】このようにして、０．３mm〜０．５mmの間
隔で、ドット状要素ホログラムが感光材料１１１上にマ
トリックス状に配置され、リップマンホログラムが作成
される。また、再生時には、上記参照光の入射方向と同
じ方向から、光束径が大きい平行光でホログラムを照射
することにより、ホログラム１１１上の各要素ホログラ
ムから再生波が発生して物体像が再生される。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来例
１の方法おいては、ホログラム記録時間を短縮すること
は以下の理由から困難である。

【００１２】記録時間の短縮のためには、複数の要素ホ
ログラムを一度に記録することが好ましいと考えられ
る。ところが、複数の要素ホログラムを一度に記録する
ことは、更に困難である。なぜならば、マスク穴を複数
とし、一度に記録する要素ホログラムの数を増加させる
と、スクリーンに投影する画像が重なってしまう。重な
りを回避するためには、スクリーンとマスクの距離を短
くする方法が考えられる。

【００１３】しかしながら、スクリーンとマスクの間隔
を短くしても、スレーブホログラムを作成する際、マス
ターホログラムの参照光がスレーブホログラムにも照射
される。このため、スレーブホログラムの参照光はマス
ターホログラムの照明光も兼ねるコンタクトコピーの方
法に限定されてしまう。コンタクトコピーの方法におい
ては、スレーブホログラムを作成する時の物体光強度と
参照光強度の比に自由度がなく、膨潤によるフルカラー
化の際、参照光の角度を変化させる必要が生じてしま
う。

【００１４】スレーブホログラムの膨潤フルカラー時の
参照光の角度は、各色に対応したそれぞれのマスターホ
ログラムの照明光の角度に等しいため、あらかじめ、こ
の再生の照明光の角度に与しい参照光角度でマスターホ
ログラムを最低三色分記録するという煩雑さが発生する
ことになる。したがって、従来例１の方法では、複数の
要素ホログラムを一度に記録することは困難である。

【００１５】従来例２の方法おいても、記録時間を短縮
することは困難である。上記ではマスターホログラムに
複数の要素ホログラムを記録しているが、３０ｃｍの観
察距離をとり、再生像に違和感なく観察されるには、要
素ホログラムは０．３ｍｍ以下にする必要があるといわ
れている。従って、一段階方式のホログラムの形成にお
いては、０．３ｍｍの要素ホログラムでホログラム全体
を埋め尽＜すため、要素ホログラムの数が膨大となり、
記録時間が長くなってしまうからである。

【００１６】また、従来例１の方法においては、マスタ
ホログラムを記録する光学系が大きくなってしまうとい
う問題もある。なぜならば、マスターホログラムの参照
光と、スレーブホログラムの参照光を別光束とする場合
においては、スクリーンと乾板とを大きく離隔しておか
なければならないからである。

【００１７】本発明は、上述の問題に鑑みてなされたも
のであり、記録時間が短縮可能であり、また、ホログラ
ム作成用光学系を小型化可能なホログラム作成方法を提
供することを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明に係るホログラム作成方法は、空間光変調素
子又は拡散スクリーン上に表示される画像を物体光と
し、該物体光をレンズを介して参照光と共に第１記録面
上に照射し、前記第１記録面に前記物体光と前記参照光
との干渉光を記録してマスターホログラムを作成する第
１工程と、前記物体光の前記レンズによる実像又は虚像
位置に第２記録面を配置し、この第２記録面上に前記画
像が結像するように参照光又は共役参照光を前記マスタ
ーホログラムに照射しつつ、これとは別の参照光又は共
役参照光を前記第２記録面に照射し、これらの干渉光を
前記第２記録面に記録してスレーブホログラムを作成す
る第２工程とを備えることを特徴とする。

【００１９】本方法によれば、マスターホログラムを記
録する際の、空間光変調素子又は拡散スクリーンと第１
記録面との距離と、スレーブホログラムを記録する際の
マスターホログラムと第２記録面との距離を異ならせる
ことができる。したがって、必要に応じて、これらの距
離を可変することにより、小型の光学系を用いてホログ
ラムを作成することができる。

【００２０】また、第１工程は、所定の視点から実際に
観察された又は仮想的に観察された視差画像を前記物体
光とし、これと前記参照光との干渉光を前記第１記録面
上の前記視点に対応した位置に記録する要素ホログラム
作成工程を備え、視点の数が複数となるように前記要素
ホログラム作成工程を繰り返すことが好ましい。この場
合、マスターホログラムは、ホログラフィックステレオ
グラムとして機能させることができる。

【００２１】また、第１工程は、複数の視点から実際に
観察された又は仮想的に観察された視差画像を前記物体
光とし、これと前記参照光との干渉光を前記第１記録面
上の前記視点に対応した位置に記録する要素ホログラム
作成工程を備えることもできる。上述のように、本方法
では、小型の光学系を用いてホログラムを作成すること
ができる。これは、記録面との距離を自由に可変できる
からである。マスターホログラム作成時において、空間
光変調素子又は拡散スクリーンと第１記録面との距離を
短くすれば、複数の視点からの画像を一度に記録した場
合にも、各画像を分離して記録することができ、したが
って、記録時間を短縮することができる。

【００２２】また、本発明に係るホログラム作成方法
は、空間光変調素子又は拡散スクリーン上に表示される
画像を物体光とし、該物体光をレンズを介して参照光と
共に第１記録面上に照射し、前記第１記録面に前記物体
光と前記参照光との干渉光を記録する工程を備えるホロ
グラム作成方法において、前記空間光変調素子又は前記
拡散スクリーンを前記レンズの前側焦点位置よりも前記
レンズ側に配置することが好ましい。この場合、空間光
変調素子又は拡散スクリーンをレンズの前側焦点位置よ
りもレンズ側に配置するため、光学系を小型化すること
ができ、空間光変調素子又は拡散スクリーンと第１記録
面との距離を短くすれば、複数の視点からの画像を一度
に記録した場合にも、各画像を分離して記録することが
でき、したがって、記録時間を短縮することができる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、実施形態に係るホログラム
作成方法について説明する。同一要素には同一符号を用
いることとし、重複する説明は省略する。

【００２４】（第１実施形態）図１は、マスターホログ
ラムの作成に用いる光学系を備えたホログラム作成装置
の説明図である。本実施形態においては、まず、マスタ
ーホログラムを作成し、このマスターホログラムを用い
てスレーブホログラムを作成する。以下、詳説する。

【００２５】（マスターホログラム作成工程）この装置
は、単一波長のレーザビームを出射するレーザ光源１
と、レーザ光源１から出射されたレーザビームを分岐す
るハーフミラー２を備えている。ハーフミラー２によっ
て分岐されたレーザビームは、それぞれ（ｉ）物体光照
射用光学系と（ｉｉ）参照光照射用光学系を通過して、
感光材料１２の表面（前面とする）及び裏面上にそれぞ
れ照射される。

【００２６】（ｉ）物体光照射用光学系物体光照射用光学系は、ハーフミラー２の通過光が主光
線として入射するように配置されたレンズ５及び６から
なるビームエキスパンダーと、このビームエキスパンダ
ーによって光束径が拡大された平面波が照射される空間
光変調素子７と、空間光変調素子７を通過した光（空間
光変調素子像）が入射する集光レンズ８からなり、集光
レンズ８から出射された物体光は感光材料１２の前面に
入射する。

【００２７】なお、空間光変調素子７は、電気アドレス
型の空間光変調器であり、液晶ディスプレイ等から構成
され、これに入射する平面波の光の強度（振幅）を画素
毎に変調して透過させる。空間光変調素子７の表示画
像、すなわち、空間変調素子７からの出力光像は各画素
の透過率を変化させることによって変化させることがで
き、この表示画像は被写体を１つの視点から観察したと
きの物体像である。したがって、本例では、集光レンズ
８を介して１つの視点から観察された表示画像が物体光
として感光材料１２上に照射される。

【００２８】（ｉｉ）参照光照射用光学系参照光照射用光学系は、上記ハーフミラー２による反射
光を更に反射させて感光材料１２の裏面側に導く平面反
射鏡群３，４からなり、感光材料１２の裏面は参照光の
入射方向に対して傾いている。なお、感光材料１２の前
面は集光レンズ８の光軸に垂直であり、集光レンズ８へ
の入射光の主光線（物体光）は感光材料１２に垂直に入
射する。

【００２９】したがって、前面側からは物体光が垂直
に、裏面側からは平面波参照光が傾斜して感光材料１２
の同一領域に入射する。これらの入射によって、感光材
料１２内の微小領域内には、所謂リップマン型の要素ホ
ログラムが露光される。詳説すれば、感光材料１２は、
上記微小領域のみに開口１１を有する２枚のマスク板１
０によって挟まれており、物体光及び参照光の入射によ
って発生する干渉縞が、感光材料１２の微小領域内に記
録される。なお、感光材料１２は銀塩乳剤を透明ガラス
板上に塗布してなり、乳剤としては他にも重クロム酸ゼ
ラチン等のホログラム用感材を用いることができる。

【００３０】本例では、複数の視点から観察されたそれ
ぞれの画像を空間光変調素子７に１つずつ表示しなが
ら、それぞれの視点位置に対応した前記感光材料１２の
位置に、上記要素ホログラムを記録（露光）していく。
すなわち、レンズ８の光軸に垂直な平面を規定する２軸
をｘ軸及びｙ軸とすると、感光材料１２をｘ軸及びｙ軸
に沿って表示画像毎に移動させ、要素ホログラムの記録
位置を変更していく。これにより、複数の要素ホログラ
ムは感光材料１２上においてマトリックス状に配置され
ることとなる。

【００３１】感光材料１２を現像処理すると、上記微小
領域内に照射された干渉縞の強度に応じて透過率及び／
又は位相が変化するリップマン型の要素ホログラムが複
数形成されてなるマスターホログラム（１２’とする）
が作成される。このマスターホログラム１２’は、被写
体を複数の視点から実際に観察した複数の画像、或い
は、コンピュータで計算することによって仮想的に観察
したと見なされる複数の画像（コンピュータグラフィッ
ク）を、上記視点に併せて１枚の感光材料１２上に記録
したホログラフィックステレオグラムである。また、こ
のマスターホログラム１２’は、リップマン型のホログ
ラムであり、特定波長に対してのみ反射率を有する多層
膜干渉フィルターとして機能する。次に、スレーブホロ
グラム作成工程について説明する。

【００３２】（スレーブホログラム作成工程）図２は、
スレーブホログラム作成及び再生時の光照射について説
明するための説明図である。レンズ８他の光学系を取り
外して、マスターホログラム１２’の再生光として、参
照光とは逆方向に入射する共役参照光２０を用い、共役
光再生を行うと、要素ホログラムを照明する再生光２０
は、光進行方向に要素ホログラムをそのまま透過する０
次回折光成分と、物体光と同じ波面を有するように反射
する１次回折光成分を有することとなる。

【００３３】ここで、図１を再び参照し、空間光変調素
子７が、レンズ８の前側焦点位置よりもレンズ８側に配
置されていた場合について考える。すなわち、レンズ８
の焦点距離をｆ、空間光変調素子７とレンズ８との間の
距離をａとすると、ａ＜ｆの場合である。この場合、マ
スターホログラム１２’の作成時において、空間光変調
素子７から出射された光像は、レンズ８の通過によって
も感光材料１２上には結像せず、レンズ８を通過した物
体光は、上記前側焦点位置よりも光源側の位置（この位
置を虚像位置と呼ぶこととし、この位置をマスターホロ
グラム１２’（感光材料１２）からの距離Ｌで表記する
こととする）に仮想的に置かれた空間光変調素子像（虚
像と呼ぶこととする）９からの発散光と等価なものとな
っている。

【００３４】図２に戻って説明すると、マスターホログ
ラム１２’の作成時には、この発散光が各要素ホログラ
ムに記録されているので、再生光２０の照射によって、
上記虚像位置Ｌに各要素ホログラムに対応した空間光変
調素子像の実像が再生する。要素ホログラムは視点に応
じて、マスターホログラム１２’上に複数記録されてい
るので、再生光照射時においては、これらの実像が重ね
合わされて、上記虚像位置Ｌに、複数の視点から観察さ
れた視差を有する画像（視差画像）が実像として重畳し
て再生される。これが、スレーブホログラム作成時の物
体光となる。

【００３５】この時、虚像位置Ｌに新たな感光材料１
２’’を配置し、これに物体光とは反対側から平面波参
照光４０を照射すれば、リップマン記録され、現像処理
後に、複数の視差画像が記録された１枚のスレーブホロ
グラムを作成することができる。なお、このスレーブホ
ログラム（１２’’）に、共役参照光を再生光５０とし
て照射すると、イメージホログラムとして再生される。
再生光５０のスレーブホログラムによる反射回折光が上
記重畳された視差画像に相当し、これはマスターホログ
ラム１２’側から観察をすることができる。

【００３６】なお、距離Ｌ、空間光変調素子７の虚像９
への変換時の拡大倍率Ｍ、空間光変調素子７の表示画像
について若干の説明をしておく。

【００３７】距離Ｌ及び拡大倍率Ｍは以下の式で与えら
れる。

【００３８】（数１）Ｌ＝ｆ×ａ／（ｆ−ａ）＋ｆ …（１）Ｍ＝ｆ／（ｆ−ａ） …（２）ここで、空間光変調素子７の画素ピッチをＰとすると、
スレーブホログラムの縦横の分解能はＭ×Ｐとなり、Ｍ
×Ｐ＜０．３mmを満足するようにすると、きめ細かな３
次元再生像を得ることが出来る。

【００３９】また、被写体としての３次元物体から、空
間光変調素子７に転送する２次元画像は、視点を要素ホ
ログラムの位置とした場合の透視変換により計算する。
すなわち、３次元物体をワールド座標系（ｘｗ，ｙｗ，
ｚｗ）で表現し、要素ホログラムの位置をワールド座標
系上（ｘ，ｙ，０）とすると、３次元物体の位置は、空
間光変調素子７上の座標（ｘｈ，ｙｈ）では、以下の式
で示すように変換されている。

【００４０】（数２）ｘｈ＝ｆ×（ｘｗ−ｘ）／ｚ（３）ｙｈ＝ｆ×（ｙｗ−ｙ）／ｚ（４）詳説すれば、座標（ｘｈ，ｙｈ）に（ｘｗ，ｙｗ，ｚ
ｗ）の輝度情報や、色情報を転送し、空間光変調素子７
には計算された２次元画像が表示される。この時、同じ
（ｘｈ，ｙｈ）座標に複数の情報が重複する場合には、
多くの場合、マスターホログラムの再生を観察者に近く
配置するようにするため、ｚｗを比較し、要素ホログラ
ムに近いものを選択する。

【００４１】次に、空間光変調素子７が、レンズ８の前
側焦点位置よりも光源側に配置されていた場合について
考える。

【００４２】（第２実施形態）図３は、マスターホログ
ラムの作成に用いる光学系を備えたホログラム作成装置
の説明図である。この装置は第１実施形態のものと同一
であり、空間光変調素子７が、レンズ８の前側焦点位置
よりも光源側に配置されている点のみが異なる。本例に
おいても、上記と同一工程において、感光材料１２から
マスターホログラム１２’が作成される。

【００４３】本例で説明されるａ＞ｆの場合、マスター
ホログラム１２’の作成時において、空間光変調素子７
から出射された光像は、レンズ８の通過によってレンズ
８の後側焦点位置よりもレンズ８から離隔した位置（こ
の位置を実像位置と呼ぶこととし、この位置をマスター
ホログラム１２’（感光材料１２）からの距離Ｌ’で表
記することとする）上に、本来、結像する。すなわち、
レンズ８から出射される物体光は、実像位置Ｌ’に結像
するはずの空間光変調素子像（実像と呼ぶこととする）
９’である。

【００４４】図４は、本実施形態におけるスレーブホロ
グラム作成及び再生時の光照射について説明するための
説明図である。上記実施形態と同様に、レンズ８他の光
学系を取り外して、マスターホログラム１２’の再生光
として、図３における参照光と同一方向に入射する再生
光２０を用いて再生を行うと、要素ホログラムを照明す
る再生光２０は、光進行方向に要素ホログラムをそのま
ま透過する０次回折光成分と、物体光と同じ波面を有す
るように反射する１次回折光成分を有することとなる。

【００４５】マスターホログラム１２’の作成時には、
実像位置Ｌ’に結像（集光）するはずの実像９’が各要
素ホログラムに記録されているので、再生光２０の照射
によって、上記実像位置Ｌ’に各要素ホログラムに対応
した空間光変調素子像の実像が再生する。要素ホログラ
ムは視点に応じて、マスターホログラム１２’上に複数
記録されているので、再生光照射時においては、これら
の実像が重ね合わされて、上記実像位置Ｌ’に複数の視
点から観察された視差を有する画像（視差画像）が実像
として重畳して再生される。これが、スレーブホログラ
ム作成時の物体光となる。

【００４６】この時、実像位置Ｌ’に新たな感光材料１
２’’を配置し、これに物体光とは反対側から平面波参
照光４０を照射すれば、リップマン記録され、現像処理
後に、複数の視差画像が記録された１枚のスレーブホロ
グラムを作成することができる。なお、このスレーブホ
ログラム（１２’’）に、共役参照光を再生光５０とし
て照射すると、イメージホログラムとして再生される。
再生光５０のスレーブホログラムによる反射回折光が上
記重畳された視差画像に相当し、これはマスターホログ
ラム１２’側から観察をすることができる。

【００４７】なお、距離Ｌ’は以下の式で与えられ、倍
率、透視変換などについては、上記（２）〜（４）式で
与えられる。

【００４８】（数３）Ｌ’＝ｆ×ａ／（ａ−ｆ）−ｆ …（５）なお、マスターホログラムの作成時において、上記空間
光変調素子像を拡散スクリーン上に投影し、この拡散ス
クリーンを、上記第１又は第２実施形態に記載の空間光
変調素子７と同一の位置に配置してもよい。このような
場合については、格段の説明を必要としないものと思わ
れるが、一例として第１実施形態に拡散スクリーンの使
用例を適用したものについて以下に説明しておく。

【００４９】（第３実施形態）図５は、マスターホログ
ラムの作成に用いる光学系を備えたホログラム作成装置
の説明図である。本実施形態に係る装置においては、第
１実施形態に係る空間光変調素子７の位置に拡散スクリ
ーン７’が配置されている。この装置は、ビームエキス
パンダー５，６によって照明された空間光変調素子７か
ら出射される物体光が、拡散スクリーン７’上に結像レ
ンズＰＪを介して投影される構成としたものであり、拡
散スクリーン７’が第１実施形態に記載の空間光変調素
子７と同様に機能する。これ以外の構成は、スレーブホ
ログラムの作成及び再生に関しても第１実施形態と同一
である。すなわち、本例では、第１実施形態における空
間光変調素子７を拡散スクリーン７’に読み替える。

【００５０】但し、空間光変調素子７が拡大投影されて
いるので、スレーブホログラムの分解能及び空間光変調
素子７の表示画像が異なる。

【００５１】すなわち、空面光変調素子７のピッチを
Ｐ、空間光変調素子７がスクリーン７’に投影される倍
率をＭＴとすると、スレーブホログラムの縦横の分解能
はＭ×Ｐ×ＭＴとなり、Ｍ×Ｐ×ＭＴ＜０．３mmを満足
する様にすると、きめ細かな３次元再生像を得ることが
出来る。

【００５２】また、表示すべき３次元物体から、空間光
変調素子７に転送する２次元画像は、視点を要素ホログ
ラムの位置とした透視変換により作成する。詳説すれ
ば、３次元物体の位置は、空間光変調素子７上の座標
（ｘｈ，ｙｈ）に以下の式で示すように変換する。

【００５３】（数４）ｘｈ＝−ｆ×（ｘｗ−ｘ）／（ｚｗ×ＭＴ）・・・（６）ｙｈ＝−ｆ×（ｙｗ−ｙ）／（ｚｗ×ＭＴ）・・（７）詳説すれば、上記実施形態と同様に、座標（ｘｈ，ｙ
ｈ）には（ｘｗ，ｙｗ，ｚｗ）の輝度情報や、色情報が
転送され、空間光変調素子７には計算された２次元画像
が表示される。この時、同じ（ｘｈ，ｙｈ）座標に複数
の情報が重複する場合には、多くの場合、マスターホロ
グラムの再生を観察者に近く配置するようにするため、
ｚｗを比較し、要素ホログラムに近いものを選択する。

【００５４】なお、一例として第２実施形態に拡散スク
リーンの使用例を適用したものについて以下に説明して
おく。

【００５５】（第４実施形態）図６は、マスターホログ
ラムの作成に用いる光学系を備えたホログラム作成装置
の説明図である。本実施形態に係る装置においては、第
２実施形態に係る空間光変調素子７の位置に拡散スクリ
ーン７’が配置されている。この装置は、ビームエキス
パンダー５，６によって照明された空間光変調素子７か
ら出射される物体光が、拡散スクリーン７’上に結像レ
ンズＰＪを介して投影される構成としたものであり、拡
散スクリーン７’が第２実施形態に記載の空間光変調素
子７と同様に機能する。これ以外の構成は、スレーブホ
ログラムの作成及び再生に関しても第２実施形態と同一
である。すなわち、本例では、第２実施形態における空
間光変調素子７を拡散スクリーン７’に読み替える。ま
た、倍率や透視変換等の関係は上記第３実施形態と同一
である。

【００５６】上記においては、マスターホログラム作成
時おける要素ホログラムの形成は、要素ホログラム毎に
露光を行うことによって行ったが、これは複数の要素ホ
ログラムを一括露光することによって行うこともでき
る。以下、このような例について説明する。

【００５７】（第５実施形態）図７は、マスターホログ
ラムの作成に用いる光学系を備えたホログラム作成装置
の説明図である。本実施形態においても、まず、マスタ
ーホログラムを作成し、このマスターホログラムを用い
てスレーブホログラムを作成する。本実施形態に係る装
置は、第４実施形態に係る装置において、空間光変調素
子７に複数の視差画像を表示し、これらを一括して拡散
スクリーン７’上に投影し、各視差画像に対応する要素
ホログラムを感光材料１２上に一括して露光するもので
ある。

【００５８】図８は、感光材料１２近傍に配置されるマ
スク板１０，拡散スクリーン７’等からなるホログラム
記録ユニット部の縦断面構成を示す端面図である。本例
では、上記実施形態において用いられたレンズ８の代わ
りに、投影された各視差画像に対応して配置される複数
のマイクロレンズ８’を用いる。これは、１つの要素ホ
ログラムに着目すれば、上記実施形態と同一の機能を奏
するが、本構成においては各レンズ８’間を分離するよ
うに仕切板ＳＰを設ける。以下、図７及び図８を適宜参
照しながら、本実施形態について詳説する。

【００５９】この装置は、単一波長のレーザビームを出
射するレーザ光源１と、レーザ光源１から出射されたレ
ーザビームを分岐するハーフミラー２と、レーザ光源１
及びハーフミラー２間の光路内に配置された液晶シャッ
ター等のシャッター１５を備えている。上記実施形態と
同様に、ハーフミラー２によって分岐されたレーザビー
ムは、それぞれ物体光照射用光学系と参照光照射用光学
系を通過して、感光材料１２の前面及び裏面上にそれぞ
れ照射される。

【００６０】物体光照射用光学系は、ハーフミラー２の
通過光が主光線として入射するように配置されたレンズ
５及び６からなるビームエキスパンダーと、このビーム
エキスパンダーによって光束径が拡大された平面波が照
射されると共に複数の視点から観察された視差画像が一
度に表示される空間光変調素子７と、空間光変調素子７
を通過した光（複数の空間光変調素子像）を拡散スクリ
ーン７’上に投影する投影レンズＰＪと、拡散スクリー
ン７’上に投影された複数の空間光変調素子像がそれぞ
れ入射する複数の結像レンズ８’からなり、結像レンズ
８’から出射された物体光は感光材料１２の前面に入射
する。

【００６１】本例では、結像レンズ８’を介して複数の
視点から観察された表示画像が物体光として感光材料１
２上に照射される。

【００６２】参照光照射用光学系は、上記ハーフミラー
２による反射光を更に反射させて感光材料１２の背面側
に導く平面反射鏡群３，４と、反射鏡３，４間の光路内
に配置され、レンズ５’及び６’からなるビームエキス
パンダーとからなり、感光材料１２の裏面は参照光の入
射方向に対して傾いている。本例では、ビームエキスパ
ンダー５’，６’によって参照光の光束径が拡大されて
いるので、感光材料１２上に照射される複数の空間光変
調素子像を含む領域に平面波参照光が照射される。な
お、感光材料１２の前面は複数の結像レンズ８’の光軸
に垂直であり、それぞれの結像レンズ８への入射光の主
光線（物体光）は感光材料１２に垂直に入射する。

【００６３】したがって、前面側からは複数の空間光変
調素子像が物体光として垂直に感光材料１２上の異なる
領域（各領域は視点に対応する）に入射し、裏面側から
は参照光が複数の空間光変調素子像のそれぞれに対応し
て感光材料１２の同一領域に入射する。これらの入射に
よって、感光材料１２内の複数の微小領域内には、リッ
プマン型の要素ホログラムが複数同時に露光される。詳
説すれば、感光材料１２は、上記複数の微小領域のみに
複数の開口１１を有する２枚のマスク板１０によって挟
まれており、複数の空間光変調素子像及び参照光の入射
によってそれぞれの微小領域で発生する干渉縞が、感光
材料１２の当該微小領域内に記録される。なお、それぞ
れのレンズ８’に入射する光は、光の利用効率を向上す
るために、それぞれのレンズ８’に対応して配置された
レンズＬＳによって、前面側マスク板１０のマスク穴１
１付近に集光される。また、それぞれのレンズＬＳから
の出射光（複数の空間光変調素子像）が混合しないよう
にスクリーンと前面側マスク板１０との間に介在した格
子状の仕切板１０によって、他の画像の光が別のマスク
穴に混入することを防いでいる。

【００６４】本例では、複数の視点から観察されたそれ
ぞれの視差画像を、それぞれの視点位置に対応した空間
光変調素子７上の位置に同時に複数表示しながら、それ
ぞれの視点位置に対応した感光材料１２の位置に上記要
素ホログラムを記録（露光）する。なお、複数の要素ホ
ログラムは感光材料１２上においてマトリックス状に配
置されている。本実施形態では、一度に１２個の要素ホ
ログラムを記録するために、１２個の画像を投影してい
る。シャッター１５、空聞光変調素子７への画像表示、
感光材料１２をその表面の法線に垂直な面（ｘ−ｙ平
面）内で２次元的に移動させる移動ステージ１７は、コ
ンピュータ１６によって制御される。

【００６５】この制御においては、まず、空間光変調素
子７へ複数の視差画像を転送してこれらを一度に表示し
（本例では１２個）、次に、一定時間シャッター１５を
開け、１２個の要素ホログラムの一括記録を行う。この
一括露光される要素ホログラムの数が、非常に多けれ
ば、一度の露光において感光材料１２全体を要素ホログ
ラムで埋め尽くすことができるが、ここでは、１２個ず
つなので、この露光を複数回繰り返す。すなわち、１２
個の要素ホログラムの一括記録後、シャッター１５を閉
め、感光材料１２の次の露光位置に次の要素ホログラム
群が照射されるように、移動ステージ１７を制御して感
光材料１２を移動させ、しかる後、上記空間光変調素子
への画像転送工程に戻って、以降の処理を繰り返す。本
例では、以上を感光材料１２全面にわたって繰り返す。

【００６６】感光材料１２を現像処理すると、上記実施
形態と同様に、上記微小領域内に照射された干渉縞の強
度に応じて透過率及び／又は位相が変化するリップマン
型の要素ホログラムが複数形成されてなるマスターホロ
グラム（１２’とする）が作成される。このマスターホ
ログラム１２’は、被写体を複数の視点から実際に観察
した複数の画像、或いは、コンピュータで計算すること
によって仮想的に観察したと見なされる複数の画像（コ
ンピュータグラフィック）を、上記視点に併せて１枚の
感光材料１２上に記録したホログラフィックステレオグ
ラムである。また、このマスターホログラム１２’は、
リップマン型のホログラムであり、特定波長に対しての
み反射率を有する多層膜干渉フィルターとして機能す
る。

【００６７】なお、本例においては、結像レンズ８’を
マスク穴直前に配置しており、レンズ中心付近しか利用
されていない。したがって、収差を有する安価で小さな
レンズを用いても、高画質のマスターホログラムを作成
することができる。

【００６８】なお、本例で用いた部品の詳細について、
説明しておく。空間光変調素子７は、ＬＣＸ０２３ＡＬ
（ＳＯＮＹ社製）１０２４画素×７６８画素であり、こ
の画面上に２５６画素×２５６画素の画像を３×４＝１
２枚同時に表示し、投影レンズＰＪとして、写真用レン
ズ焦点距離ｆ＝５０ｍｍＦナンバー＝１．２を用い、９
６ｍｍ１２８ｍｍに拡大投影している。従って１つの画
像の大きさは、３２ｍｍ×３２ｍｍとなっている。ま
た、スクリーン７’とマスク板１０との距離は１９．８
ｍｍで、１つの要素ホログラムの視野角は±３９度であ
る。結像レンズ８’は、直径１２ｍｍ、焦点距離ｆ＝１
５ｍｍものを用い、要素ホログラムから結像位置までの
距離Ｌが１００ｍｍなるように、結像レンズ８’の位置
は調整した。

【００６９】本実施形態において作成されたマスターホ
ログラム１２’は、上記第２又は第４実施形態にて作成
されたものと略同一であり、図４を用いて説明したスレ
ーブホログラム作成工程及び再生工程が使用される。以
下、図４を参照しつつ、これらの工程について説明す
る。

【００７０】上記実施形態と同様に、レンズ８’他の光
学系を取り外して、マスターホログラム１２’の再生光
として、図７における参照光と同一方向に入射する再生
光２０を用いて再生を行うと、複数の要素ホログラムに
照射される再生光２０は、光進行方向に要素ホログラム
をそのまま透過する０次回折光成分と、物体光と同じ波
面を有するように反射する１次回折光成分を有すること
となる。

【００７１】この１次回折光成分は、マスターホログラ
ム作成時の物体光と同一なので、マスターホログラム作
成時の物体光の結像位置に、１次回折光成分が結像す
る。物体光の結像位置は、レンズ８’の焦点距離をｆ、
拡散フィルター７’とレンズ８’との間の距離をａとす
ると、本例ではａ＞ｆの場合であるので、レンズ８’の
後側焦点位置よりもレンズ８’から遠い位置（この位置
を実像位置と呼ぶこととし、この位置をマスターホログ
ラム１２’（感光材料１２）からの距離Ｌ’で表記する
こととする）となる。すなわち、各レンズ８’から出射
される物体光は、実像位置Ｌ’に結像するはずの空間光
変調素子像（実像と呼ぶこととする）９’であり、した
がって、再生光２０の照射によって、実像位置Ｌ’にお
いては複数の要素ホログラムからの実像９’が重畳され
て結像する。これが、スレーブホログラム作成時の物体
光となる。なお、図８においては、図の頻雑さを避ける
ため複数の実像９’の位置を故意にずらして描画してあ
る。

【００７２】この時、実像位置Ｌ’に新たな感光材料１
２’’を配置し、これに物体光とは反対側から平面波参
照光４０を照射すれば、リップマン記録され、現像処理
後に、複数の視差画像が記録された１枚のスレーブホロ
グラムを作成することができる。なお、このスレーブホ
ログラム（１２’’）に、共役参照光を再生光５０とし
て照射すると、イメージホログラムとして再生される。
再生光５０のスレーブホログラムによる反射回折光が上
記重畳された視差画像に相当し、これはマスターホログ
ラム１２’側から観察をすることができる。

【００７３】本例では、ａ＞ｆとして実像９’をスレー
ブホログラム作成時の物体光としたが、実像９’と要素
ホログラムの距離Ｌ’は（５）式、倍率、透視変換など
については（６）〜（７）式を用いる。なお、実像では
なく、ａ＜ｆとして虚像９をスレーブホログラム作成時
の物体光とする場合も同様の式を用いる。

【００７４】なお、本実施形態における各光学要素の設
計においては、一度に記録する要素ホログラム間を短く
し、かつ、大きな入射角を持つ光線まで要素ホログラム
に記録する必要から、スクリーンと要素ホログラムの間
隔は短くする。但し、再生時、マスターホログラム１
２’とマスターホログラム１２’の再生像との距離Ｌ’
を大きくする必要性から、レンズ８’の焦点距離と、レ
ンズ８’と拡散スクリーン７’の間の距離を調整し距離
Ｌ’を決定している。

【００７５】なお、上述のような二段階方式のホログラ
ムは、スクリーンまたは空間光変調素子の実像または虚
像がイメージ型ホログラムとなり、これを観測すること
になるため、これらの縦横分解能が、観察される再生像
の縦横分解能に相当し、空間光変調素子とそのスクリー
ンの倍率や、空間光変調素子の実像もしくは虚像の倍率
に注意を払うことで、比較的簡単に高分解能とすること
ができる。マスターホログラムを構成する要素ホログラ
ムの大きさは、再生像の角度分解能、すわち奥行き分解
能に関係し、しかも、一段階方式のホログラムに相当す
るマスターホログラムの位置を、視点付近に配置するこ
とが出来るため、要素ホログラムの大きさを瞳程度に大
きくしても違和感は生じない。

【００７６】上記実施形態においては、複数の画像を一
度に表示し、複数の要素ホログラムを一度に記録した
が、光学系はコンパクトであり、かつ、要素ホログラム
の間隔は広げていない。したがって、それぞれの要素ホ
ログラムの視野角を広くとることができる。また、マス
ターホログラムをコンパクトな構成で記録しても、スレ
ーブホログラムの記録時は、マスターホログラムとスレ
ーブホログラムの間隔を広げることが可能となるため、
マスターホログラムの照明光とスレーブホログラムの参
照光を別光束とすることができ、それぞれの光強度や入
射角をお互いに異なったものとすることができる。

【００７７】以上、詳細に説明した通り、上述のホログ
ラム作成方法は、空間光変調素子７又は拡散スクリーン
７’上に表示される画像を物体光とし、該物体光をレン
ズ８（８’）を介して参照光と共に第１記録面上１２に
照射し、第１記録面１２に物体光と参照光との干渉光を
記録してマスターホログラム１２’を作成する第１工程
と、物体光のレンズ８（８’）による実像又は虚像位置
Ｌ’，Ｌに第２記録面１２’’を配置し、この第２記録
面１２’’上に前記画像が結像するように参照光又は共
役参照光をマスターホログラム１２’に照射しつつ、こ
れとは別の参照光又は共役参照光を第２記録面１２’’
に照射し、これらの干渉光を第２記録面１２’’に記録
してスレーブホログラムを作成する第２工程とを備える
ことを特徴とする。

【００７８】本方法によれば、マスターホログラム１
２’を記録する際の、空間光変調素子７又は拡散スクリ
ーン７’と第１記録面１２との距離と、スレーブホログ
ラム１２’’を記録する際のマスターホログラム１２’
と第２記録面１２’’との距離を異ならせることができ
る。したがって、必要に応じて、これらの距離を可変す
ることにより、小型の光学系を用いてホログラムを作成
することができる。

【００７９】また、上記第１工程は、所定の視点から実
際に観察された又は仮想的に観察された視差画像を前記
物体光とし、これと前記参照光との干渉光を前記第１記
録面１２上の前記視点に対応した位置に記録する要素ホ
ログラム作成工程を備え、視点の数が複数となるように
前記要素ホログラム作成工程を繰り返すことが好まし
い。この場合、マスターホログラムは、ホログラフィッ
クステレオグラムとして機能させることができる。

【００８０】また、上記第１工程は、複数の視点から実
際に観察された又は仮想的に観察された視差画像を前記
物体光とし、これと前記参照光との干渉光を前記第１記
録面上の前記視点に対応した位置に記録する要素ホログ
ラム作成工程を備えることもできる。上述のように、本
方法では、小型の光学系を用いてホログラムを作成する
ことができる。これは、記録面との距離を自由に可変で
きるからである。マスターホログラム作成時において、
空間光変調素子７又は拡散スクリーン７’と第１記録面
との距離を短くすれば、複数の視点からの画像を一度に
記録した場合にも、各画像を分離して記録することがで
き、したがって、記録時間を短縮することができる。

【００８１】また、本発明に係るホログラム作成方法
は、空間光変調素子７又は拡散スクリーン７’上に表示
される画像を物体光とし、該物体光をレンズを介して参
照光と共に第１記録面上に照射し、前記第１記録面に前
記物体光と前記参照光との干渉光を記録する工程を備え
るホログラム作成方法において、前記空間光変調素子又
は前記拡散スクリーンを前記レンズの前側焦点位置より
も前記レンズ側に配置することが好ましい。この場合、
空間光変調素子又は拡散スクリーンをレンズの前側焦点
位置よりもレンズ側に配置するため、光学系を小型化す
ることができ、空間光変調素子又は拡散スクリーンと第
１記録面との距離を短くすれば、複数の視点からの画像
を一度に記録した場合にも、各画像を分離して記録する
ことができ、したがって、記録時間を短縮することがで
きる。

【００８２】

【発明の効果】本発明のホログラム作成方法によれば、
記録時間が短縮可能であり、また、ホログラム作成用光
学系を小型化することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態に係るマスターホログラムの作成
に用いる光学系を備えたホログラム作成装置の説明図で
ある。

【図２】第１実施形態に係るスレーブホログラム作成及
び再生時の光照射について説明するための説明図であ
る。

【図３】第２実施形態に係るマスターホログラムの作成
に用いる光学系を備えたホログラム作成装置の説明図で
ある。

【図４】第２実施形態に係るスレーブホログラム作成及
び再生時の光照射について説明するための説明図であ
る。

【図５】第３実施形態に係るマスターホログラムの作成
に用いる光学系を備えたホログラム作成装置の説明図で
ある。

【図６】第４実施形態に係るマスターホログラムの作成
に用いる光学系を備えたホログラム作成装置の説明図で
ある。

【図７】第５実施形態に係るマスターホログラムの作成
に用いる光学系を備えたホログラム作成装置の説明図で
ある。

【図８】第５実施形態に示された感光材料１２近傍に配
置されるマスク板１０，拡散スクリーン７’等からなる
ホログラム記録ユニット部の縦断面構成を示す端面図で
ある。

【図９】従来例１に係る２次元ホログラム作成装置の多
視点画像収集法を示す説明図である。

【図１０】従来例１に係る２次元ホログラム作成方法を
示す説明図である。

【図１１】従来例１に係る２次元ホログラム作成方法を
示す説明図である。

【図１２】従来例２に係る２次元ホログラム作成装置の
構成図である。

【符号の説明】

７…空間光変調素子、７’…拡散スクリーン、１２…記
録面、８，８’…レンズ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者今健次青森県むつ市中央２丁目24−２有限会社アートナウ内Ｆターム(参考） 2K008 AA04 BB04 BB08 DD15 EE04 FF03 FF07 FF08 FF24 HH06 HH25 HH26 HH27

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】空間光変調素子又は拡散スクリーン上に
表示される画像を物体光とし、該物体光をレンズを介し
て参照光と共に第１記録面上に照射し、前記第１記録面
に前記物体光と前記参照光との干渉光を記録してマスタ
ーホログラムを作成する第１工程と、前記物体光の前記
レンズによる実像又は虚像位置に第２記録面を配置し、
この第２記録面上に前記画像が結像するように参照光又
は共役参照光を前記マスターホログラムに照射しつつ、
これとは別の参照光又は共役参照光を前記第２記録面に
照射し、これらの干渉光を前記第２記録面に記録してス
レーブホログラムを作成する第２工程とを備えることを
特徴とするホログラム作成方法。
【請求項２】前記第１工程は、所定の視点から実際に
観察された又は仮想的に観察された視差画像を前記物体
光とし、これと前記参照光との干渉光を前記第１記録面
上の前記視点に対応した位置に記録する要素ホログラム
作成工程を備え、視点の数が複数となるように前記要素
ホログラム作成工程を繰り返すことを特徴とする請求項
１に記載のホログラム作成方法。
【請求項３】前記第１工程は、複数の視点から実際に
観察された又は仮想的に観察された視差画像を前記物体
光とし、これと前記参照光との干渉光を前記第１記録面
上の前記視点に対応した位置に記録する要素ホログラム
作成工程を備えることを特徴とする請求項１に記載のホ
ログラム作成方法。
【請求項４】空間光変調素子又は拡散スクリーン上に
表示される画像を物体光とし、該物体光をレンズを介し
て参照光と共に第１記録面上に照射し、前記第１記録面
に前記物体光と前記参照光との干渉光を記録する工程を
備えるホログラム作成方法において、前記空間光変調素
子又は前記拡散スクリーンを前記レンズの前側焦点位置
よりも前記レンズ側に配置することを特徴とするホログ
ラム作成方法。