JP3729477B2 - ホログラム作成装置および方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、３次元画像を再生するためのホログラムを作成するホログラム作成装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、コンピュータ関連技術の発展に伴い、３次元画像情報が容易に扱われるようになってきた。コンピュータで扱われる３次元画像情報を出力する手段としては、ディスプレイ上での擬似的な３次元表示が一般的であった。この擬似的な３次元表示では、ディスプレイ上に表示される画像を自由に動かすことによって、表示される画像を３次元的に観察することが可能である。しかしながら、擬似的な３次元表示では、真に３次元画像を表示するものではないため、３次元画像情報を十分に表現することが困難である。
【０００３】
また、３次元画像情報を出力する手段としては、上述の擬似的な３次元表示の他に、３次元画像情報から模型を自動的に作成する模型作成装置（ソリッドクリエータとも呼ばれる。）が実用化されている。しかしながら、この模型作成装置を用いる場合には、３次元画像情報を海外等の遠隔地に送り、その遠隔地で評価しようとした場合に、遠隔地において模型作成装置が用意されている必要があると共に、その模型作成装置を用いて実際に模型を作成する必要があり、経済的および時間的に、容易な出力手段とは言えない。特に、複数箇所で３次元画像情報を出力する必要がある場合には、模型作成装置を用いた３次元画像情報の出力方法では、費用が膨大な量になり、実用的ではない。
【０００４】
そのため、効果的で且つ実用的な３次元画像情報の出力手段の実用化が要望されている。
【０００５】
一方、広告業界や出版業界では、よりインパクトのある広告や雑誌の表紙を作りたいという要望がある。そのため、簡単な３次元画像表示の実現が要望されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述のような要望に応える技術として、ホログラフィを利用した３次元画像情報の出力が考えられる。ホログラフィを利用した３次元画像情報の出力は、一般的に、画像情報を担持した物体光と参照光との干渉による干渉パターンが記録された記録媒体、すなわちホログラムに対して、参照光を照射することによって行われる。
【０００７】
しかしながら、物体光と参照光とを干渉させてホログラムを作成する方法では、実在する物体の情報しか記録することができず、コンピュータで扱う３次元画像情報を記録することができない。また、この方法では、実在する物体であっても、大き過ぎるものの場合には、その情報を記録することができない。更に、この方法は、映像中に題名等の文字を入れたり、各種の映像効果を追加して画像を作り上げようとする、いわゆるクリエータの人達には不向きである。更にまた、この方法では、街頭の広告に使えるような、より大型のホログラムを作成することが困難である。
【０００８】
なお、コンピュータで扱う３次元画像情報に基づいてホログラムを作成する技術としては、従来より、計算機合成ホログラフィという技術がある。この技術では、例えば、３次元表示を行いたい空間上の物体情報をフーリエ変換して得られる情報光と参照光との干渉によって発生するであろう干渉パターンを、コンピュータ（計算機）を用いて算出し、そのパターンを通常のプリンタ等で描き出し、描き出されたパターンを写真機等によって撮影することによって、実際の表示物体の寸法に対応し且つ波長で決まる大きさに縮小し、この縮小されたパターンを凹凸やドットの形で印刷してホログラムを作成する。
【０００９】
しかしながら、従来の計算機合成ホログラフィによるホログラムの作成方法は、工程が多く、コンピュータで扱う３次元画像情報を簡便に出力したい場合には不向きである。また、この従来の方法では、干渉パターンを２次元的に記録するので、ブラッグ回折を有効に用いることができないため、回折効率や３次元画像表示の表現力を向上させることが難しいという問題点がある。
【００１０】
また、文献「遠藤他，“ホログラフィック・３−Ｄプリンタの高密度記録”，１９９２年第２３回画像工学コンファレンス，317 〜320 ページ」や、「山口他，“ホログラフィック・３−Ｄプリンタによる立体像ハードコピー技術”，画像電子学会誌，第２２巻，第４号，342 〜345 ページ，1993年」には、立体像を表示可能なホログラムを作成するホログラフィックプリンタが示されている。
【００１１】
しかしながら、このホログラフィックプリンタでは、空間上に表示させる実際の画像に対応するように液晶パネルに２次元画像を表示させ、この２次元画像によって変調された光と参照光との干渉による干渉パターンを記録媒体に記録するため、記録時の参照光は、再生時の参照光に対応したものにする必要がある。そのため、再生時の参照光が異なる種々のホログラムを作成するのが難しいという問題点がある。
【００１２】
また、上記ホログラフィックプリンタでは、記録媒体に対して２次元画像によって変調された光を照射する光学系と記録媒体に対して参照光を照射する光学系とが別々に必要となるため、機構が複雑になるという問題点がある。
【００１３】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その第１の目的は、再生する３次元画像の大きさや、ホログラムの大きさや、再生時の参照光によって制約されずに、３次元画像を再生するためのホログラムを簡便に作成することができるようにしたホログラム作成装置および方法を提供することにある。
【００１４】
本発明の第２の目的は、上記第１の目的に加え、３次元的なホログラムを作成することができるようにしたホログラム作成装置および方法を提供することにある。
【００１５】
本発明の第３の目的は、上記第１の目的に加え、簡単な機構で、ホログラムを作成することができるようにしたホログラム作成装置および方法を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明のホログラム作成装置は、ホログラフィを利用して情報が記録される記録媒体に対して、再生用参照光が照射されたときに所望の３次元画像に対応した再生光を発生させるための干渉パターンを記録して、３次元画像を再生するためのホログラムを作成するホログラム作成装置であって、記録媒体の一部に対して、干渉パターンの一部を形成する複数の記録用光束を照射して、干渉パターンの一部を記録するためのヘッドと、このヘッドと記録媒体との相対的な位置関係を変更するための位置変更手段と、記録用光束が記録媒体に照射されることによって生じる記録媒体からの戻り光に基づいて、記録媒体に対する複数の記録用光束の位置を制御するための位置制御手段とを備えたものである。
【００１７】
本発明のホログラム作成装置では、位置変更手段によってヘッドと記録媒体との相対的な位置関係を変更しながら、ヘッドによって、記録媒体の一部に対して、干渉パターンの一部を形成する複数の記録用光束を照射して、干渉パターンの一部を記録する動作を複数回行うことにより、ホログラムが作成される。
【００１８】
本発明のホログラム作成方法は、ホログラフィを利用して情報が記録される記録媒体に対して、再生用参照光が照射されたときに所望の３次元画像に対応した再生光を発生させるための干渉パターンを記録して、３次元画像を再生するためのホログラムを作成するホログラム作成方法であって、記録媒体の一部に対して、干渉パターンの一部を形成する複数の記録用光束を照射して干渉パターンの一部を記録する動作を、記録媒体と記録用光束との相対的な位置関係を変更しながら複数回行って、ホログラムを作成すると共に、記録用光束が記録媒体に照射されることによって生じる記録媒体からの戻り光に基づいて、記録媒体に対する複数の記録用光束の位置を制御するものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００２０】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るホログラム作成装置の構成を示す斜視図、図２は、図１に示したホログラム作成装置の一部切欠正面図、図３は、図１に示したホログラム作成装置の側面図である。これらの図に示したように、本実施の形態に係るホログラム作成装置は、ホログラフィを利用して情報が記録されるシート状の記録媒体１を、図示しない供給部から図示しない排出部まで搬送するための３対の円柱形状の搬送ローラ２ａ，２ｂ；３ａ，３ｂ；４ａ，４ｂと、搬送ローラ２ａ，２ｂと搬送ローラ３ａ，３ｂとの間において、記録媒体１の下側となる位置に、搬送ローラ２ａ，２ｂ；３ａ，３ｂの軸方向に平行に配置された板状のガイド部５と、記録媒体１を介してガイド部５に対向するように配置され、記録媒体１の一部に対して、記録媒体１に記録する干渉パターンの一部を形成する２つの記録用光束を照射して、干渉パターンの一部を記録するためのヘッド１０とを備えている。
【００２１】
ホログラム作成装置は、更に、搬送ローラ３ａ，３ｂと搬送ローラ４ａ，４ｂとの間において、記録媒体１の上側となる位置に配置された円柱形状の紫外線ランプ６と、この紫外線ランプ６の下側に配置され、この紫外線ランプ６とによって記録媒体１を保持するための円柱形状のピンチローラ７と、これら紫外線ランプ６およびピンチローラ７と搬送ローラ４ａ，４ｂとの間において、記録媒体１の上側となる位置に配置された円柱形状のヒートローラ８と、このヒートローラ８とによって記録媒体１を保持するための円柱形状のピンチローラ９とを備えている。紫外線ランプ６は、記録媒体１に対して紫外線を照射するものであり、ヒートローラ８は、記録媒体１に対して熱を加えるものであり、これらは、本発明における定着手段に対応する。
【００２２】
ホログラム作成装置は、更に、ヘッド１０の上方において、搬送ローラ２ａ，２ｂ；３ａ，３ｂの軸方向に平行に配置された２本のガイドシャフト１１ａ，１１ｂと、このガイドシャフト１１ａ，１１ｂによってガイドされて、ガイドシャフト１１ａ，１１ｂに沿って移動可能な可動部１２とを備えている。ヘッド１０は、可動部１２の下端面に接合され、可動部１２と共に移動するようになっている。
【００２３】
ホログラム作成装置は、更に、可動部１２を、ガイドシャフト１１ａ，１１ｂに沿って移動させるためのボイスコイルモータ（以下、ＶＣＭと記す。）１３を備えている。このＶＣＭ１３は、ガイドシャフト１１ａ，１１ｂの上方において、ガイドシャフト１１ａ，１１ｂに対して平行に配置されたＶＣＭヨーク１４と、このＶＣＭヨーク１４の上方においてＶＣＭヨーク１４に対して平行に所定の間隔を開けて配置され、且つ端部においてＶＣＭヨーク１４と連結されたＶＣＭヨーク１５と、このＶＣＭヨーク１５の下面に固定された板状のＶＣＭ用マグネット１６と、ＶＣＭヨーク１４の周囲においてＶＣＭヨーク１４の外周面に対して所定の間隔を開けて配置されたボイスコイル１７とを有している。ボイスコイル１７は、可動部１２の上端面に接合されている。なお、図１では、ＶＣＭヨーク１５およびＶＣＭ用マグネット１６を省略している。このような構成のＶＣＭ１３によって、ヘッド１０が、ガイドシャフト１１ａ，１１ｂと平行に移動されるようになっている。ＶＣＭ１３は、ヘッド１０と記録媒体１との相対的な位置関係を変更するための本発明における位置変更手段を構成する。
【００２４】
ホログラム作成装置は、更に、赤色（以下、Ｒと記す。）のコヒーレントなレーザ光を出射するＲ光源装置２１Ｒと、緑色（以下、Ｇと記す。）のコヒーレントなレーザ光を出射するＧ光源装置２１Ｇと、青色（以下、Ｂと記す。）のコヒーレントなレーザ光を出射するＢ光源装置２１Ｂと、各光源装置２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂから出射されたレーザ光を、それぞれ平行光束にするコリメータレンズ２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂと、コリメータレンズ２２Ｒを通過した光が入射するダイクロイックプリズム２３Ｒと、コリメータレンズ２２Ｇを通過した光が入射するダイクロイックプリズム２３Ｇと、コリメータレンズ２２Ｂを通過した光が入射する反射プリズム２３Ｂとを備えている。
【００２５】
反射プリズム２３Ｂは、コリメータレンズ２２Ｂを通過したＢの光を反射するようになっている。反射プリズム２３Ｂで反射されたＢの光は、ダイクロイックプリズム２３Ｇに対して側方から入射するようになっている。ダイクロイックプリズム２３Ｇは、コリメータレンズ２２Ｇを通過したＧの光を反射すると共に、反射プリズム２３Ｂ側からのＢの光を透過させるようになっている。ダイクロイックプリズム２３Ｇで反射されたＧの光とダイクロイックプリズム２３Ｇを透過したＢの光は、いずれも、ダイクロイックプリズム２３Ｒに対して側方から入射するようになっている。ダイクロイックプリズム２３Ｒは、コリメータレンズ２２Ｒを通過したＲの光を反射すると共に、ダイクロイックプリズム２３Ｇ側からのＢの光およびＧの光を透過させるようになっている。ダイクロイックプリズム２３Ｒで反射されたＲの光とダイクロイックプリズム２３Ｒを透過したＢの光およびＧの光は、いずれも、ダイクロイックプリズム２３Ｒから同一方向に出射するようになっている。ホログラム作成装置は、更に、ダイクロイックプリズム２３ＲからのＲ，Ｇ，Ｂの各光を空間的に変調するための空間光変調器２４と、この空間光変調器２４を通過した光を反射して、ヘッド１０に入射させる反射プリズム２５とを備えている。
【００２６】
空間光変調器２４は、格子状に配列された多数の画素を有し、各画素毎に出射光の偏光方向を選択することによって、偏光方向の違いによって光を空間的に変調することができるようになっている。空間光変調器２４は、具体的には、例えば、液晶の旋光性を利用した液晶表示素子において偏光板を除いたものと同等の構成である。ここでは、空間光変調器２４は、各画素毎に、オフにすると偏光方向を＋９０°回転させ、オンにすると偏光方向を回転させないようになっている。空間光変調器１６における液晶としては、例えば、応答速度の速い（μ秒のオーダ）強誘電液晶を用いることができる。これにより、高速な記録が可能となる。
【００２７】
次に、図４を参照して、ヘッド１０の構成について説明する。ヘッド１０は、記録媒体１に対向するように配置された対物レンズ３２と、この対物レンズ３２を記録媒体１の厚み方向および搬送方向に移動可能なアクチュエータ３３と、対物レンズ３２における記録媒体１とは反対側に、対物レンズ３２側から順に配設された２分割旋光板３４、Ｓ偏光ホログラム３５、ビームスプリッタ３７、凸レンズ３８、シリンドリカルレンズ３９および４分割フォトディテクタ４０を備えている。
【００２８】
ビームスプリッタ３７は、対物レンズ３２の光軸方向に対して４５°傾けられて配置され、入射する光の光量の一部を反射し、光量の一部を透過させる半反射面３７ａを有している。図１における反射プリズム２５側からの光は、ビームスプリッタ３７に対して側方より入射し、光量の一部が半反射面３７ａで反射されて、Ｓ偏光ホログラム３５に入射するようになっている。
【００２９】
Ｓ偏光ホログラム３５は、Ｓ偏光に対してのみ、光を収束させるレンズ機能を有している。そして、ビームスプリッタ３７側より平行光束のＰ偏光の光がＳ偏光ホログラム３５に入射した場合には、この光は平行光束のままＳ偏光ホログラム３５を通過し、対物レンズ３２によって集光されて記録媒体１に照射され、収束しながら記録媒体１を通過して、記録媒体１の奥側で最も小径となるように収束するようになっている。一方、ビームスプリッタ３７側より平行光束のＳ偏光の光がＳ偏光ホログラム３５に入射した場合には、この光はＳ偏光ホログラム３５によって若干収束された後、対物レンズ３２によって集光されて記録媒体１に照射され、記録媒体１の手前側で一旦最も小径となるように収束した後、発散しながら記録媒体１を通過するようになっている。
【００３０】
なお、Ｓ偏光とは偏光方向が入射面（図４の紙面）に垂直な直線偏光であり、Ｐ偏光とは偏光方向が入射面に平行な直線偏光である。
【００３１】
２分割旋光板３４は、図４において光軸の左側部分に配置された旋光板３４Ｌと、図４において光軸の右側部分に配置された旋光板３４Ｒとを有している。旋光板３４Ｌは偏光方向を−４５°回転させ、旋光板３４Ｒは偏光方向を＋４５°回転させるようになっている。
【００３２】
ガイド部５の下端部には、ヘッド１０の移動方向に沿って配列されたエンボスピット５ａによって、トラッキングサーボを行うための情報とアドレス情報とが記録されている。対物レンズ３２より、記録媒体１の奥側で最も小径となるように収束するように照射された光は、ガイド部５の下端部で反射され、エンボスピット５ａによって変調された戻り光となって、対物レンズ２２に入射するようになっている。この戻り光は、２分割旋光板３４、Ｓ偏光ホログラム３５を通過し、ビームスプリッタ３７に入射し、光量の一部が半反射面３７ａを透過して、凸レンズ３８およびシリンドリカルレンズ３９を通過して、４分割フォトディテクタ４０に入射するようになっている。
【００３３】
４分割フォトディテクタ４０は、図７に示したように、ヘッド１０の移動方向に平行な分割線４０Ａとこれと直交する方向の分割線４０Ｂとによって分割された４つの受光部４０ａ〜４０ｄを有している。シリンドリカルレンズ３９は、その円筒面の中心軸が４分割フォトディテクタ４０の分割線４０Ａ，４０Ｂに対して４５°をなすように配置されている。
【００３４】
次に、図５を参照して、記録媒体１の構成の一例について説明する。図５に示した記録媒体１は、カラーの３次元画像情報を記録、再生可能なものである。この記録媒体１は、透明な基材５１の一面に、ボリュームホログラフィを利用して３次元的な干渉パターンによって情報が記録されるホログラム層５２Ｂ，５２Ｇ，５２Ｒと、保護層５３とを、この順番で積層して構成されている。ホログラム層５２Ｂ，５２Ｇ，５２Ｒは、それぞれ、光が照射されたときに光の強度に応じて屈折率，誘電率，反射率等の光学的特性が変化するホログラム材料によって形成されている。ただし、ホログラム層５２ＢはＢの光のみによって光学的特性が変化し、ホログラム層５２ＧはＧの光のみによって光学的特性が変化し、ホログラム層５２ＲはＲの光のみによって光学的特性が変化するようになっている。ホログラム材料としては、例えば、フォトポリマ（ｐｈｏｔｏｐｏｌｙｍｅｒｓ）等が使用される。
【００３５】
なお、記録媒体１を、単色の３次元画像情報を記録、再生可能なものとする場合には、ホログラム層５２Ｂ，５２Ｇ，５２Ｒの代わりに、使用する光によって光学的特性が変化する単層のホログラム層を設ければよい。
【００３６】
図６は、本実施の形態に係るホログラム作成装置の回路構成を示すブロック図である。この図に示したように、ホログラム作成装置は、ヘッド１０の出力信号よりフォーカスエラー信号ＦＥ、トラッキングエラー信号ＴＥおよび再生信号ＲＦを検出するための検出回路６１と、この検出回路６１によって検出されるフォーカスエラー信号ＦＥに基づいて、ヘッド１１内のアクチュエータ３３を駆動して対物レンズ３２を記録媒体１の厚み方向に移動させてフォーカスサーボを行うフォーカスサーボ回路６２と、検出回路６１によって検出されるトラッキングエラー信号ＴＥに基づいてヘッド１１内のアクチュエータ３３を駆動して対物レンズ３２を記録媒体１の搬送方向に移動させてトラッキングサーボを行うトラッキングサーボ回路６３とを備えている。
【００３７】
ホログラム作成装置は、検出回路６１からの再生信号ＲＦより基本クロックを再生したりアドレスを判別したりする信号処理回路６４と、ホログラム作成装置の全体を制御するコントローラ６５とを備えている。コントローラ６５は、信号処理回路６４より出力される基本クロックやアドレス情報を入力すると共に、ＶＣＭ１３、Ｒ光源装置２１Ｒ、Ｇ光源装置２１Ｇ、Ｂ光源装置２１Ｂ、空間光変調器２４、搬送装置２０、紫外線ランプ６およびヒートローラ８を制御するようになっている。なお、搬送装置２０は、記録媒体１を、図示しない供給部から図示しない排出部まで搬送するため装置であり、搬送ローラ２ａ，２ｂ；３ａ，３ｂ；４ａ，４ｂを含む。搬送装置２０は、本発明における位置変更手段を構成する。
【００３８】
また、コントローラ６５は、外部より３次元画像情報６７を入力し、この３次元画像情報６７に基づいて、記録時の情報光の変調パターンを計算する機能を有している。
【００３９】
アクチュエータ３３、検出回路６１、フォーカスサーボ回路６２およびトラッキングサーボ回路６３は、本発明における位置制御手段に対応する。
【００４０】
ホログラム作成装置は、更に、コントローラ６５に対して種々の指示を与える操作部６６を備えている。コントローラ６５は、ＣＰＵ（中央処理装置）、ＲＯＭ（リード・オンリ・メモリ）およびＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）を有し、ＣＰＵが、ＲＡＭを作業領域として、ＲＯＭに格納されたプログラムを実行することによって、コントローラ６５の機能を実現するようになっている。
【００４１】
図７は、４分割フォトディテクタ４０の出力に基づいて、フォーカスエラー信号ＦＥ、トラッキングエラー信号ＴＥおよび再生信号ＲＦを検出するための検出回路６１の構成を示すブロック図である。この検出回路６１は、４分割フォトディテクタ４０の対角の受光部４０ａ，４０ｄの各出力を加算する加算器４１と、４分割フォトディテクタ４０の対角の受光部４０ｂ，４０ｃの各出力を加算する加算器４２と、加算器４１の出力と加算器４２の出力との差を演算して、非点収差法によるフォーカスエラー信号ＦＥを生成する減算器４３と、４分割フォトディテクタ４０においてヘッド１０の移動方向に沿って隣り合う受光部４０ａ，４０ｂの各出力を加算する加算器４４と、４分割フォトディテクタ４９においてヘッド１０の移動方向に沿って隣り合う受光部４０ｃ，４０ｄの各出力を加算する加算器４５と、加算器４４の出力と加算器４５の出力との差を演算して、プッシュプル法によるトラッキングエラー信号ＴＥを生成する減算器４６と、加算器４４の出力と加算器４５の出力とを加算して再生信号ＲＦを生成する加算器４７とを備えている。なお、本実施の形態では、再生信号ＲＦは、ガイド部５のエンボスピット５ａによって記録された情報を再生した信号である。
【００４２】
次に、本実施の形態に係るホログラム作成装置の動作について説明する。なお、以下の説明は、本実施の形態に係るホログラム作成方法の説明を兼ねている。始めに、図８および図９を参照して、ホログラム作成装置の動作の概略について説明する。図８は、本実施の形態に係るホログラム作成装置の動作を示す流れ図、図９は、本実施の形態に係るホログラム作成方法と作成されたホログラムより３次元画像を再生する方法を示す説明図である。
【００４３】
本実施の形態に係るホログラム作成装置では、まず、コントローラ６５が、記録媒体１に対して再生用参照光が照射されたときに所望の３次元画像に対応した再生光を発生させるための３次元干渉パターンを計算する（ステップＳ１０１）。これは、計算機ホログラフィの技術を用いて、図９（ａ）に示したように、参照光２０１と、表示しようとする３次元画像２０２からの物体光２０３とを想定し、記録媒体１に対してこれらの参照光２０１と物体光２０３とが照射された場合に記録媒体１内に形成される３次元干渉パターン２０４を計算することである。なお、図９（ａ）では、参照光として平行光を想定しているが、参照光は拡散する光でもよいし、収束する光でもよい。
【００４４】
３次元干渉パターン２０４の計算は、具体的には、例えば以下のようにして行う。まず、座標が（ｘ，ｙ）で表される所定の平面上において、参照光２０１の振幅・位相情報をＲ₁ （ｘ，ｙ）とし、物体光２０３の振幅・位相情報をＯ₁ （ｘ，ｙ）とし、それぞれ、以下の式で表す。なお、以下の式において、ｒ₁ ，ｏ₁ は振幅を表し、φ_R1，φ_O1は位相を表す。
【００４５】
Ｒ₁ （ｘ，ｙ）＝ｒ₁ （ｘ，ｙ）ｅｘｐ｛ｊφ_R1（ｘ，ｙ）｝
Ｏ₁ （ｘ，ｙ）＝ｏ₁ （ｘ，ｙ）ｅｘｐ｛ｊφ_O1（ｘ，ｙ）｝
【００４６】
参照光２０１と物体光２０３が所定の平面上で干渉するとき、所定の平面上における光の強度Ｉ₁ （ｘ，ｙ）は、以下の式（１）で表される。
【００４７】
Ｉ₁ （ｘ，ｙ）＝｛ｒ₁ （ｘ，ｙ）｝² ＋｛ｏ₁ （ｘ，ｙ）｝² ＋２ｒ₁ （ｘ，ｙ）ｏ₁ （ｘ，ｙ）ｃｏｓ（φ_R1−φ_O1）…（１）
【００４８】
記録媒体１内の３次元干渉パターン２０４を計算するには、記録媒体１内に複数の平面を想定し、各平面毎に、光の強度Ｉ₁ （ｘ，ｙ）を算出すればよい。なお、物体光２０３の振幅・位相情報Ｏ₁ （ｘ，ｙ）は、再生しようとする３次元画像の情報（例えば、コンピュータで扱う３次元画像データ）に基づいて計算することができる。また、参照光２０１の振幅・位相情報Ｒ₁ （ｘ，ｙ）は、予め決めておくことができる。
【００４９】
次に、コントローラ６５は、図９（ｂ）に示したように、３次元干渉パターン２０４を部分干渉パターン２０５に分割する（ステップＳ１０２）。本実施の形態において、部分干渉パターン２０５とは、図９（ｂ）に示したように、３次元干渉パターン２０４の一部であって、記録媒体１内においてヘッド１０より照射される２つの記録用光束が重なり合う領域における３次元の干渉パターンを言う。なお、以下、２つの記録用光束の一方を記録時参照光と言い、他方を記録時情報光と言う。
【００５０】
次に、コントローラ６５は、各部分干渉パターン２０５について、記録時参照光および記録時情報光を計算する（ステップＳ１０３）。これは、具体的には、例えば以下のようにして行う。まず、座標が（ｘ，ｙ）で表される所定の平面上において、記録時参照光の振幅・位相情報をＲ₂ （ｘ，ｙ）とし、記録時情報光の振幅・位相情報をＯ₂ （ｘ，ｙ）とし、それぞれ、以下の式で表す。なお、以下の式において、ｒ₂ ，ｏ₂ は振幅を表し、φ_R2，φ_O2は位相を表す。
【００５１】
Ｒ₂ （ｘ，ｙ）＝ｒ₂ （ｘ，ｙ）ｅｘｐ｛ｊφ_R2（ｘ，ｙ）｝
Ｏ₂ （ｘ，ｙ）＝ｏ₂ （ｘ，ｙ）ｅｘｐ｛ｊφ_O2（ｘ，ｙ）｝
【００５２】
記録時参照光と記録時情報光が所定の平面上で干渉するとき、所定の平面上における光の強度Ｉ₂ （ｘ，ｙ）は、以下の式（２）で表される。
【００５３】
Ｉ₂ （ｘ，ｙ）＝｛ｒ₂ （ｘ，ｙ）｝² ＋｛ｏ₂ （ｘ，ｙ）｝² ＋２ｒ₂ （ｘ，ｙ）ｏ₂ （ｘ，ｙ）ｃｏｓ（φ_R2−φ_O2）…（２）
【００５４】
部分干渉パターン２０５内に想定される各平面毎の光の強度Ｉ₁ （ｘ，ｙ）は既に式（１）より求められているので、各平面毎にＩ₁ （ｘ，ｙ）＝Ｉ₂ （ｘ，ｙ）またはＩ₁ （ｘ，ｙ）≒Ｉ₂ （ｘ，ｙ）となるように、記録時参照光および記録時情報光を計算する。この場合、記録時参照光を、一様な光とするか、あるいは記録時情報光に対して一定の関係を有する光とすれば、計算が容易になる。
【００５５】
次に、コントローラ６５は、記録時参照光および記録時情報光の計算結果に従って、所望の記録時参照光および記録時情報光が得られるような変調パターンを算出し、この変調パターンで、空間光変調器２４を制御し、図９（ｃ）に示したように、記録媒体１に対して、記録時参照光２０６および記録時情報光２０７を照射して、各部分干渉パターン２０５を実際に記録媒体１に記録して、各部分干渉パターン２０５に対応する部分的なホログラム（以下、部分ホログラムと言う。）を、順次形成して（ステップＳ１０４）、全体的なホログラムを作成する。
【００５６】
なお、本実施の形態では、記録媒体１に対して、記録時参照光２０６および記録時情報光２０７が同一面側より照射されるので、作成されるホログラムは、透過型（フレネル型）のホログラムとなる。
【００５７】
このようにして作成されたホログラム２１１（記録媒体１）より３次元画像２０２を再生するには、図９（ａ）における参照光２０１と同じ方向からホログラム２１１に対して再生時参照光を照射してもよいし、図９（ｄ）に示したように、参照光２０１とは反対方向にホログラム２１１に対して再生時参照光２１２を照射してもよい。参照光２０１と同じ方向からホログラム２１１に対して再生時参照光を照射した場合には、図９（ｄ）におけるホログラム２１１の下側より観察すると、ホログラム２１１の上側に３次元画像２０２が虚像として見える。図９（ｄ）に示したように、参照光２０１とは反対方向からホログラム２１１に対して再生時参照光２１２を照射した場合には、ホログラム２１１の上側より観察すると、ホログラム２１１の上側に３次元画像２０２が実像として見える。
【００５８】
以下、本実施の形態に係るホログラム作成装置の動作について、更に詳細に説明する。まず、本実施の形態に係るホログラム作成装置では、カラーの３次元画像を再生できるホログラムを作成可能としている。そのため、本実施の形態では、記録媒体１のホログラム層５２Ｂ，５２Ｇ，５２Ｒに対して、それぞれ、カラーの３次元画像を構成するＲ，Ｇ，Ｂ毎の３次元画像に対応するホログラムを作成する。本実施の形態では、特に、Ｒ，Ｇ，Ｂ毎の部分ホログラムの作成を時分割的に行うことで、Ｒ，Ｇ，Ｂ毎のホログラムを作成するようにしている。
【００５９】
そのため、Ｒ，Ｇ，Ｂ毎の光源装置２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂと、空間光変調器２４が、図１０に示すように制御される。すなわち、図１０（ｄ）に示したように、空間光変調器２４は、一定の周期で、Ｒ画像の部分ホログラムに対応した変調パターン、Ｇ画像の部分ホログラムに対応した変調パターン、Ｂ画像の部分ホログラムに対応した変調パターンの繰り返しで駆動される。図１０（ａ）に示したように、Ｒ光源装置２１Ｒは、空間光変調器２４がＲ画像の部分ホログラムに対応した変調パターンで駆動されるタイミングでＲ光を出射する。同様に、図１０（ｂ）に示したように、Ｇ光源装置２１Ｇは、空間光変調器２４がＧ画像の部分ホログラムに対応した変調パターンで駆動されるタイミングでＧ光を出射し、図１０（ｃ）に示したように、Ｂ光源装置２１Ｂは、空間光変調器２４がＢ画像の部分ホログラムに対応した変調パターンで駆動されるタイミングでＢ光を出射する。
【００６０】
本実施の形態では、各光源装置２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂは、Ｓ偏光の光を出射するものとする。Ｒ光源装置２１Ｒより出射されたＲ光は、コリメータレンズ２２Ｒによって平行光束とされ、ダイクロイックプリズム２３Ｒで反射されて空間光変調器２４に入射する。Ｇ光源装置２１Ｇより出射されたＧ光は、コリメータレンズ２２Ｇによって平行光束とされ、ダイクロイックプリズム２３Ｇで反射され、ダイクロイックプリズム２３Ｒを透過して、空間光変調器２４に入射する。Ｂ光源装置２１Ｂより出射されたＢ光は、コリメータレンズ２２Ｂによって平行光束とされ、反射プリズム２３Ｂで反射され、ダイクロイックプリズム２３Ｇ，２３Ｒを透過して空間光変調器２４に入射する。空間光変調器２４によって空間的に変調された光は、反射プリズム２５で反射されてヘッド１０に入射する。なお、空間光変調器２４によって空間的に変調された光は、画素毎にＳ偏光かＰ偏光かに設定された光になっている。
【００６１】
ここで、図１１を参照して、後の説明で使用するＡ偏光およびＢ偏光を以下のように定義する。すなわち、Ａ偏光はＳ偏光を−４５°またはＰ偏光を＋４５°偏光方向を回転させた直線偏光とし、Ｂ偏光はＳ偏光を＋４５°またはＰ偏光を−４５°偏光方向を回転させた直線偏光とする。Ａ偏光とＢ偏光は、互いに偏光方向が直交している。
【００６２】
ヘッド１０に入射した光は、ビームスプリッタ３７に対して側方より入射し、光量の一部が半反射面３７ａで反射されて、Ｓ偏光ホログラム３５に入射する。Ｓ偏光ホログラム３５に入射する光のうちＰ偏光の光は、平行光束のままＳ偏光ホログラム３５を通過する。本実施の形態では、この光を記録時参照光とする。この記録時参照光は、２分割旋光板３４に入射し、そのうち、旋光板３４Ｌを通過した光は偏光方向が−４５°回転されてＢ偏光となり、旋光板３４Ｒを通過した光は偏光方向が＋４５°回転されてＡ偏光となる。この記録時参照光は、対物レンズ３２によって集光されて記録媒体１に照射され、収束しながら記録媒体１を通過して、記録媒体１の奥側で最も小径となるように収束する。
【００６３】
一方、Ｓ偏光ホログラム３５に入射する光のうちＳ偏光の光は、Ｓ偏光ホログラム３５によって若干収束される。本実施の形態では、この光を記録時情報光とする。この記録時情報光は、２分割旋光板３４に入射し、そのうち、旋光板３４Ｌを通過した光は偏光方向が−４５°回転されてＡ偏光となり、旋光板３４Ｒを通過した光は偏光方向が＋４５°回転されてＢ偏光となる。この記録時情報光は、対物レンズ３２によって集光されて記録媒体１に照射され、記録媒体１の手前側で一旦最も小径となるように収束した後、発散しながら記録媒体１を通過する。
【００６４】
このように、本実施の形態では、記録時参照光と記録時情報光は、各光の光軸が同一線上に配置されるように、記録媒体１に対して同一面側より照射される。
【００６５】
図１２および図１３は、記録媒体１の近傍における光の状態を示す説明図である。なお、これらの図において、符号７１で示した記号はＰ偏光を表し、符号７２で示した記号はＳ偏光を表し、符号７３で示した記号はＡ偏光を表し、符号７４で示した記号はＢ偏光を表している。図１２に示したように、旋光板３４Ｒを通過した記録時参照光と、旋光板３４Ｌを通過した記録時情報光は、共にＡ偏光であるため干渉し、その干渉パターンが記録媒体１に記録される。また、図１３に示したように、旋光板３４Ｌを通過した記録時参照光と、旋光板３４Ｒを通過した記録時情報光は、共にＢ偏光であるため干渉し、その干渉パターンが記録媒体１に記録される。このようにして、記録媒体１に部分ホログラムが形成される。
【００６６】
より詳細に説明すると、記録時参照光および記録時情報光がＲ光であるときには、図５におけるホログラム層５２Ｒに部分ホログラムが形成され、記録時参照光および記録時情報光がＧ光であるときには、図５におけるホログラム層５２Ｇに部分ホログラムが形成され、記録時参照光および記録時情報光がＢ光であるときには、図５におけるホログラム層５２Ｂに部分ホログラムが形成される。
【００６７】
なお、記録時参照光は、ガイド部５の下端部で反射され、エンボスピット５ａによって変調された戻り光となる。旋光板３４Ｒを通過した記録時参照光に対応するＡ偏光の戻り光は、旋光板３４Ｒを通過したＢ偏光の記録時情報光と交差するため、これらは干渉せず、同様に、旋光板３４Ｌを通過した記録時参照光に対応するＢ偏光の戻り光は、旋光板３４Ｌを通過したＡ偏光の記録時情報光と交差するため、これらは干渉しない。
【００６８】
一方、記録媒体１は搬送装置２０によって搬送されるが、この搬送装置２０は、ヘッド１０によって１ライン分の部分ホログラムを形成する間は、記録媒体１を停止させている。その間、ヘッド１０は、部分ホログラムを形成する範囲の一方の端部から他方の端部まで移動しながら、順次、部分ホログラムを形成していく。そして、１ライン分の部分ホログラムが形成されたら、搬送装置２０は、記録媒体１を所定のライン間距離だけ移動させた後、記録媒体１を停止させる。そして、上述の動作と同様にして、次の１ライン分の部分ホログラムを形成する。このような動作を繰り返すことにより、全体的なホログラムが作成される。
【００６９】
また、ヘッド１０が移動する間、記録時参照光は、ガイド部５の下端部で反射され、エンボスピット５ａによって変調された戻り光となる。この戻り光は、対物レンズ３２によって平行光束とされ、２分割旋光板３４を通過してＳ偏光となり、Ｓ偏光ホログラム３５を通過して若干収束された後、ビームスプリッタ３７に入射し、光量の一部が半反射面３７ａを透過して、凸レンズ３８およびシリンドリカルレンズ３９を通過して、４分割フォトディテクタ４０に入射する。この４分割フォトディテクタ４０の出力に基づいて、検出回路６１によって、フォーカスエラー信号ＦＥ、トラッキングエラー信号ＴＥおよび再生信号ＲＦが検出される。そして、フォーカスエラー信号ＦＥに基づいて、フォーカスサーボ回路６１によって、記録媒体１の厚み方向についての記録時参照光および記録時情報光と記録媒体１との位置関係が常に一定になるようにフォーカスサーボが行われる。また、トラッキングエラー信号ＴＥに基づいて、トラッキングサーボ回路６２によって、記録媒体１の搬送方向についての記録時参照光および記録時情報光と記録媒体１との位置関係が常に一定になるようにトラッキングサーボが行われる。また、再生信号ＲＦに基づいて、信号処理回路６４によって、基本クロックの再生およびアドレスの判別が行われる。
【００７０】
図１４は、Ｒ，Ｇ，Ｂ毎の部分ホログラムの配列の一例を示したものである。この図において、符号Ｒ，Ｇ，Ｂを付した円が、それぞれＲ，Ｇ，Ｂ毎の部分ホログラムを表している。
【００７１】
搬送装置２０によって記録媒体１が搬送されることによって、記録媒体１において部分ホログラムが形成された部分は、紫外線ランプ６の位置に達し、紫外線ランプ６によって紫外線が照射され、更に、ヒートローラ８の位置に達し、ヒートローラ８によって熱が加えられて、ヘッド１０によって記録された部分干渉パターン（部分ホログラム）が定着される。全ての部分ホログラムの形成および定着が完了した記録媒体１は、安定化されたホログラムとなり、搬送装置２０によって搬送されて排出部より排出される。
【００７２】
次に、図１５を参照して、以上のようにして作成されたホログラムより３次元画像を再生する再生装置の一例について説明する。図１５に示した再生装置３００は、オーバヘッドプロジェクタ（以下、ＯＨＰと記す。）のような形態を有するものである。この再生装置３００は、立方体形状の本体部３０１と、この本体部３０１の背面部より上方に延設されたアーム部３０２と、このアーム部３０２の上端部に連結されたミラー部３０３とを備えている。本体部３０１の上面部は、ガラス等の透明な部材で形成され、その上面は、ホログラム２１１が載置される載置面３０４になっている。本体部３０１内には、参照光となる光を出射する光源装置３１１と、この光源装置３１１から出射される光を集光する等して、平行光等の所定の参照光３１３を形成し、載置面３０４に載置されたホログラム２１１に対して下側から照射するための光学系３１２とが設けられている。光源装置３１１は、カラーの３次元画像を再生する再生装置とする場合には、例えば、Ｒ，Ｇ，Ｂの各レーザ光を出射するものや白色光を出射するものとし、単色の３次元画像を再生する再生装置とする場合には、例えば、所定の波長のレーザ光を出射するものとする。
【００７３】
参照光３１３は、載置面３０４に載置されたホログラム２１１に対して下側から照射され、これにより、ホログラム２１１の上方に進行する再生光３１５が発生する。ミラー部３０３は、ホログラム２１１より発生する再生光３１５を、再生装置３００の前方に向けて反射するミラー３０５を有している。ホログラム２１１より発生する再生光３１５は、このミラー３０５によって反射されて、再生装置３００の前方に向かい、実像の３次元画像２０２を形成する。従って、観察者は、再生装置３００の前方から、この３次元画像２０２を観察することができる。
【００７４】
次に、図１６を参照して、本実施の形態に係るホログラム作成装置で作成可能な他の形態のホログラムについて説明する。図１６に示したホログラム３２０は、映画フィルムのような形態を有するものである。すなわち、このホログラム３２０は、全体が帯状をなし、両側部に多数のパーフォレイション（送り用の孔）３２１が形成されている。そして、この両側部のパーフォレイション３２１間に、長手方向に沿って、複数の矩形のホログラム部３２２が形成されている。各ホログラム部３２２は、映画フィルムにおける１コマに相当し、それぞれ、一つの３次元画像に対応した３次元干渉パターンが記録されたものになっている。
【００７５】
図１６に示したホログラム３２０は、本実施の形態に係るホログラム作成装置を用いて、以下のようにして作成される。まず、両側部にパーフォレイション３２１を有し、少なくともホログラム部３２２が形成される領域にホログラム層を有するフィルム状の記録媒体を用意し、ホログラム作成装置によって、この記録媒体を長手方向に搬送しながら、部分ホログラムを順次形成して、複数の部分ホログラムによって、各ホログラム部３２２を形成していく。
【００７６】
次に、図１７を参照して、図１６に示したホログラム３２０より３次元画像を再生する再生装置の一例について説明する。図１７に示した再生装置３３０は、映写機のような形態を有するものである。この再生装置３３０は、ホログラム３２０を長手方向に間欠的に移動させる図示しない駆動装置と、参照光となる光を出射する光源装置３３１と、この光源装置３３１から出射される光を集光する等して、平行光等の所定の参照光３３３を形成し、ホログラム３２０のホログラム部３２２に照射するための光学系３３２と、参照光３３３が照射されることによってホログラム部３２２より発生する再生光３３５を反射する反射型のスクリーン３３６とを備えている。なお、光源装置３３１に関しては、図１５に示した再生装置３００における光源装置３１１と同様である。
【００７７】
この再生装置３３０では、駆動装置によって、ホログラム３２０が間欠的に駆動され、ホログラム３２０が停止している期間にのみ、参照光３３３がホログラム部３２２に照射される。このような間欠的に参照光３３３を照射するには、光源装置３３１を間欠的に発光させてもよいし、シャッタを用いてもよい。参照光３３３が照射されることによってホログラム部３２２より再生光３３５が発生し、この再生光３３５は、スクリーン３３６によって反射されて、スクリーン３３６の前方に向かい、実像の３次元画像３３７を形成する。従って、観察者は、スクリーン３３６の前方から、この３次元画像３３７を観察することができる。ホログラム３２０が駆動されて、他のホログラム部３２２に参照光３３３が照射されると、他の３次元画像が再生されることになる。従って、例えば、ホログラム３２０の各ホログラム部３２２に、映画のように、動画の各コマに相当する３次元画像に対応したものとしておけば、動きのある３次元画像を再生することができる。
【００７８】
以上説明したように、本実施の形態に係るホログラム作成装置および方法によれば、ヘッド１０によって、記録媒体１の一部に対して、記録時参照光および記録時情報光を照射して、再生用参照光が照射されたときに所望の３次元画像に対応した再生光を発生させるための干渉パターンの一部を記録すると共に、ヘッド１０と記録媒体１との相対的な位置関係を変更しながら、干渉パターンの一部を記録する動作を複数回行うことにより、ホログラムを作成するようにしたので、再生する３次元画像の大きさや、ホログラムの大きさによって制約されずに、３次元画像を再生するためのホログラムを簡便に作成することができる。
【００７９】
更に、本実施の形態によれば、再生用参照光が照射されたときに所望の３次元画像に対応した再生光を発生させるための干渉パターンの一部を形成する複数の記録用光束を計算で求め、この記録用光束が得られるような変調パターンを算出し、この変調パターンで変調された記録用光束を生成し、この記録用光束を、常に同一方向から記録媒体１に照射するようにしたので、再生時の参照光によって制約されずに、３次元画像を再生するためのホログラムを簡便に作成することができる。
【００８０】
また、本実施の形態によれば、干渉パターンを一部ずつ記録するようにしたので、種々の形状のホログラムを作成することが可能である。例えば、円筒形や、球形のホログラムを作成する場合には、最終的な形状のホログラムをいくつか断片を組み合わせて作成するものとして、各断片を、本実施の形態に係るホログラム作成装置を用いて作成するようにすればよい。
【００８１】
また、本実施の形態では、３次元的な干渉パターンを記録可能な記録媒体１を用い、この記録媒体１に３次元的な干渉パターンを記録するようにしたので、ブラッグ回折を有効に用いることができ、回折効率や３次元画像表示の表現力を向上させることができる。
【００８２】
また、本実施の形態では、記録媒体１をシート状に形成されたものとし、記録時参照光および記録時情報を、各光の光軸が同一線上に配置されるように、記録媒体１に対して同一面側より照射するようにしたので、一つのヘッド１０で、記録時参照光および記録時情報を記録媒体１に照射することができると共に、ヘッド１０の光学系をより小さく構成することができる。
【００８３】
また、本実施の形態では、記録時参照光がガイド部５で反射した光を用いて、記録媒体１に対する記録時参照光および記録時情報の位置を制御するようにしたので、ホログラムを精度よく作成することができる。
【００８４】
また、本実施の形態によれば、通常のプリンタによる印刷のように、簡単に、任意の３次元画像情報を記録したホログラムを作成することが可能となる。そのため、ホログラムの複製が容易であり、同じ３次元画像情報が記録されたホログラムを大量に作成することができる。また、遠隔地に本実施の形態に係るホログラム作成装置とホログラムより３次元画像を再生する再生装置があれば、その遠隔地にインターネット等を使って３次元画像情報を送って、ホログラム作成装置によってホログラムを作成し、更に、作成したホログラムより３次元画像を再生することが可能となり、どこでも、同じ品質の３次元画像情報を有するホログラムの作成および同じ品質の３次元画像の再生が可能となる。
【００８５】
また、本実施の形態によれば、３次元画像情報、例えばコンピュータで扱う３次元画像データに基づいて記録用光束を計算で求めるようにしたので、３次元画像データを修正することで、ホログラムの修正を容易に行うことができる。従って、適宜修正を加えながら最終的なホログラムを作成するような場合には、実在する物体からの物体光と参照光とを干渉させてホログラムを作成する方法に比べて、最終的なホログラムを作成するのが容易で、コストを低くすることができる。また、実在しないものや大きなものでも、３次元画像情報に基づいてホログラムを作成することができると共に、映像中に題名等の文字を入れたり、各種映像効果を追加して画像を作り上げることが容易になり、よりインパクトのある広告や雑誌の表紙を作成することが可能となる。
【００８６】
また、本実施の形態によれば、薄いシート状のホログラムを作成することができるので、従来のＯＨＰ用シートのように可搬性に優れ、紙のようにファイルすることもできるホログラムを作成することができる。また、シート状のホログラムを作成すると共に、図１５に示したＯＨＰのような形態を有する簡単な再生装置を用いることにより、従来のＯＨＰ用シートとＯＨＰを用いるような手軽さで、３次元画像を用いたプレゼンテーションが可能となる。また、本実施の形態によれば、記録媒体の厚みを厚くして、その中に３次元画像が再生されるようなホログラムを作成することも可能となる。
【００８７】
また、本実施の形態では、３次元的な干渉パターンを記録可能な記録媒体１を用い、この記録媒体１に３次元的な干渉パターンを記録するようにしたので、再生時の参照光として入射方向の異なる複数の参照光を想定し、これらの参照光毎に異なる３次元画像による物体光を想定して、記録媒体１に、各参照光と物体光の組み合わせによる複数の３次元的な干渉パターンを多重記録することが可能である。これにより、再生時の参照光の入射方向に応じて異なる３次元画像を再生可能なホログラムを作成することが可能となり、例えば、再生時の参照光として入射方向の異なる複数の平行光を想定してホログラムを作成し、再生時には太陽光を参照光としてホログラムより３次元画像を再生するようにすれば、１日のうちの時間帯に応じて異なる３次元画像を再生可能なホログラムを作成することができる。
【００８８】
また、本実施の形態によれば、図１６に示したように映画フィルムのような形態を有するホログラムを作成すると共に、図１７に示したような映写機のような形態を有する再生装置を用いることにより、動きのある３次元画像を再生することが可能となる。
【００８９】
なお、本実施の形態では、空間光変調器２４を、図１におけるダイクロイックプリズム２３Ｒと反射プリズム２５との間に設けたが、空間光変調器２４は、ヘッド１０内のビームスプリッタ３７とＳ偏光ホログラム３５の間や、ビームスプリッタ３７の入射面側に配置してもよい。あるいは、Ｒ，Ｇ，Ｂに共通の空間光変調器２４を設けずに、コリメータレンズ２２Ｒとダイクロイックプリズム２３Ｒの間、コリメータレンズ２２Ｇとダイクロイックプリズム２３Ｇの間、およびコリメータレンズ２２Ｂと反射プリズム２３Ｂの間に、それぞれ、Ｒ，Ｇ，Ｂ各画像専用の空間光変調器を設けてもよい。
【００９０】
次に、本発明の第２の実施の形態に係るホログラム作成装置および方法について説明する。図１８は本実施の形態に係るホログラム作成装置の構成を示す斜視図である。この図に示したように、本実施の形態に係るホログラム作成装置では、第１の実施の形態における空間光変調器２４は設けられていない。また、第１の実施の形態におけるヘッド１０の代わりにヘッド４１０が設けられている。
【００９１】
図１９は本実施の形態におけるヘッドの構成を示す説明図である。本実施の形態におけるヘッド４１０は、記録媒体１に対向するように配置された対物レンズ３２と、この対物レンズ３２を記録媒体１の厚み方向および搬送方向に移動可能な図示しないアクチュエータと、対物レンズ３２における記録媒体１とは反対側に、対物レンズ３２側から順に配設された空間光変調器４１１、ビームスプリッタ３７、凸レンズ４１８、シリンドリカルレンズ３９および４分割フォトディテクタ４０を備えている。
【００９２】
ヘッド４１０は、更に、図１８における反射プリズム２５側から入射し、ビームスプリッタ３７の半反射面３７ａを透過する光の進行方向に配設されたミラー４１２と、このミラー４１２で反射される光の進行方向に、ミラー４１２側より順に配設された凸レンズ４１３、凹レンズ４１４およびシリンドリカルレンズ４１５とを備えている。シリンドリカルレンズ４１５より出射される光は、その中心（光軸）が、記録媒体１の面に対して４５°の角度をなすように、記録媒体１に対して照射され、記録媒体１内において、対物レンズ３２側からの光と交差するようになっている。また、シリンドリカルレンズ４１５より出射される光は、記録媒体１内で最も薄くなるようになっている。
【００９３】
本実施の形態における空間光変調器４１１は、格子状に配列された多数の画素を有し、各画素毎に光の透過状態と遮断状態とを選択することによって、光強度によって光を空間的に変調することができるようになっている。この空間光変調器４１１は、図６におけるコントローラ６５によって駆動されるようになっている。
【００９４】
本実施の形態におけるヘッド４１０では、ヘッド４１０に入射した光は、ビームスプリッタ３７に対して側方より入射し、光量の一部が半反射面３７ａで反射され、光量の一部が半反射面３７ａを透過する。半反射面３７ａで反射された光は、空間光変調器４１１に入射し、この空間光変調器４１１によって空間的に変調される。本実施の形態では、この光を記録時情報光とする。この記録時情報光は、対物レンズ３２によって集光されて記録媒体１に照射され、収束しながら記録媒体１を通過して、記録媒体１の奥側で最も小径となるように収束する。
【００９５】
また、ビームスプリッタ３７に対して側方より入射し、半反射面３７ａを透過した光は、ミラー４１２で反射され、凸レンズ４１３と凹レンズ４１４を順に通過して、光束の径が縮小され、シリンドリカルレンズ４１５によって、対物レンズ３２の光軸方向のみについて収束されて扁平な形状の光束とされ、記録媒体１に照射される。本実施の形態では、この光を記録時参照光とする。この記録時参照光は、記録媒体１内において、対物レンズ３２側からの記録時情報光と交差する。
【００９６】
記録媒体１内には、記録時情報光と記録時参照光との干渉による３次元的な干渉パターンが記録される。本実施の形態では、この干渉パターンを部分干渉パターンとして、部分ホログラムを作成する。この部分ホログラムの形状は、円形の板状となる。そして、第１の実施の形態と同様に、ヘッド４１０を移動させながら、部分ホログラムを、順次、形成していく。
【００９７】
図２０は、このようにして記録媒体１内に形成される部分ホログラム４２０の状態を表したものである。この図に示したように、本実施の形態では、記録媒体１内に、層状の複数の部分ホログラム４２０が積層されるように形成される。
【００９８】
なお、本実施の形態において、コントローラ６５による記録時参照光と記録時情報光の計算は、層状の部分ホログラム内の部分干渉パターンを想定して行う。
【００９９】
また、本実施の形態では、記録時情報光は、ガイド部５の下端部で反射され、エンボスピット５ａによって変調された戻り光となる。この戻り光は、対物レンズ３２によって平行光束とされ、空間光変調器４１１を通過した後、ビームスプリッタ３７に入射し、光量の一部が半反射面３７ａを透過して、凸レンズ４１８およびシリンドリカルレンズ３９を通過して、４分割フォトディテクタ４０に入射する。この４分割フォトディテクタ４０の出力に基づいて、検出回路６１によって、フォーカスエラー信号ＦＥ、トラッキングエラー信号ＴＥおよび再生信号ＲＦが検出される。
【０１００】
本実施の形態におけるその他の構成、動作および効果は、第１の実施の形態と同様である。
【０１０１】
次に、本発明の第３の実施の形態に係るホログラム作成装置および方法について説明する。図２１は本実施の形態に係るホログラム作成装置の側面図である。このホログラム作成装置では、第１の実施の形態におけるヘッド１０の代わりに上側ヘッド部１０Ａが設けられている。
【０１０２】
ホログラム作成装置は、更に、ガイド部５の下側に配置された下側ヘッド部１０Ｂと、下側ヘッド部１０Ｂの上方において、搬送ローラ２ａ，２ｂ；３ａ，３ｂの軸方向に平行に配置された２本のガイドシャフト５１１と、このガイドシャフト５１１によってガイドされて、ガイドシャフト５１１に沿って移動可能な可動部５１２とを備えている。下側ヘッド部１０Ｂは、可動部５１２の上端面に接合され、可動部５１２と共に移動するようになっている。
【０１０３】
ホログラム作成装置は、更に、可動部５１２を、ガイドシャフト５１１に沿って移動させるためのＶＣＭ５１３を備えている。このＶＣＭ５１３は、ＶＣＭ１３と同様に構成されている。すなわち、ＶＣＭ５１３は、ガイドシャフト５１１の下方において、ガイドシャフト５１１に対して平行に配置されたＶＣＭヨーク５１４と、このＶＣＭヨーク５１４の下方においてＶＣＭヨーク５１４に対して平行に所定の間隔を開けて配置され、且つ端部においてＶＣＭヨーク５１４と連結されたＶＣＭヨーク５１５と、このＶＣＭヨーク５１５の上面に固定された板状のＶＣＭ用マグネット５１６と、ＶＣＭヨーク５１４の周囲においてＶＣＭヨーク５１４の外周面に対して所定の間隔を開けて配置されたボイスコイル５１７とを有している。ボイスコイル５１７は、可動部５１２の下端面に接合されている。このような構成のＶＣＭ５１３によって、下側ヘッド部１０Ｂが、ガイドシャフト５１１と平行に移動されるようになっている。
【０１０４】
本実施の形態では、上側ヘッド部１０Ａおよび下側ヘッド部１０Ｂが、本発明におけるヘッドに対応し、ＶＣＭ１３およびＶＣＭ５１３が、本発明における位置変更手段を構成する。
【０１０５】
ホログラム作成装置は、更に、図１における反射プリズム２５からの光が入射され、光量の一部を透過させて上側ヘッド部１０Ａに入射させると共に、光量の一部を下側に向けて反射するビームスプリッタ５０１と、このビームスプリッタ５０１で反射された光を反射して下側ヘッド部１０Ｂに入射させる反射プリズム５０２とを備えている。
【０１０６】
図２２は、上側ヘッド部１０Ａおよび下側ヘッド部１０Ｂの構成を示す説明図である。上側ヘッド部１０Ａは、図１９に示したヘッド４１０より、ミラー４１２、凸レンズ４１３、凹レンズ４１４およびシリンドリカルレンズ４１５を除いた構成になっている。下側ヘッド部１０Ｂは、図２１における反射プリズム５０２側からの光を、上方に４５°屈曲させて出射するプリズム５２１と、このプリズム５２１から出射される光の進行方向に、プリズム５２１側より順に配設された凸レンズ５２３、凹レンズ５２４およびシリンドリカルレンズ５２５とを備えている。シリンドリカルレンズ５２５より出射される光は、その中心（光軸）が、記録媒体１の面に対して４５°の角度をなすように、記録媒体１に対して下側より照射され、記録媒体１内において、対物レンズ３２側からの光と交差するようになっている。また、シリンドリカルレンズ５２５より出射される光は、記録媒体１内で最も薄くなるようになっている。
【０１０７】
本実施の形態では、対物レンズ３２側からの光とシリンドリカルレンズ５２５側からの光の相対的な位置関係が一定となるように、図６におけるコントローラ６５によって、ＶＣＭ１３とＶＣＭ５１３とが連動されるようになっている。
【０１０８】
本実施の形態では、上側ヘッド部１０Ａに入射した光は、ビームスプリッタ３７に対して側方より入射し、光量の一部が半反射面３７ａで反射される。半反射面３７ａで反射された光は、空間光変調器４１１に入射し、この空間光変調器４１１によって空間的に変調される。本実施の形態では、この光を記録時情報光とする。この記録時情報光は、対物レンズ３２によって集光されて記録媒体１に照射され、収束しながら記録媒体１を通過して、記録媒体１の奥側で最も小径となるように収束する。
【０１０９】
一方、下側ヘッド部１０Ｂに入射した光は、プリズム５２１で屈曲され、凸レンズ５２３と凹レンズ５２４を順に通過して、光束の径が縮小され、シリンドリカルレンズ５２５によって、対物レンズ３２の光軸方向のみについて収束されて扁平な形状の光束とされ、記録媒体１に照射される。本実施の形態では、この光を記録時参照光とする。この記録時参照光は、記録媒体１内において、対物レンズ３２側からの記録時情報光と交差する。
【０１１０】
記録媒体１内には、記録時情報光と記録時参照光との干渉による３次元的な部分干渉パターンが記録され、部分ホログラムが作成される。この部分ホログラムの形状は、第２の実施の形態と同様に、円形の板状となる。ただし、本実施の形態では、この部分ホログラムは、反射型（リップマン型）のホログラムとなる。そして、上側ヘッド部１０Ａおよび下側ヘッド部１０Ｂを移動させながら、部分ホログラムを、順次、形成していくことにより、全体的なホログラムが作成される。このホログラムは、反射型のホログラムとなる。
【０１１１】
このように、本実施の形態によれば、反射型のホログラムを作成することができる。この反射型のホログラムでは、再生時には、参照光をホログラムに照射すると、参照光を照射した面と同じ面側に再生光が発生し、観察者は、この再生光により再生される３次元画像を観察することができる。
【０１１２】
本実施の形態におけるその他の構成、動作および効果は、第２の実施の形態と同様である。
【０１１３】
なお、本発明は上記各実施の形態に限定されず、例えば、各実施の形態では、フォーカスサーボとトラッキングサーボを行うようにしたが、ヘッドの移動の際の振れが小さい場合等には、フォーカスサーボのみを行うようにしてもよい。
【０１１４】
また、上記各実施の形態では、再生用参照光と記録時参照光とが異なる光となる場合について説明したが、特殊な場合として、再生用参照光と記録時参照光とが同様の光となるようにしてもよい。この場合には、記録時情報光として、表示しようとする３次元画像に対応させて想定した物体光をそのまま用いることができ、記録時参照光および記録時情報光の計算が簡単になる。
【０１１５】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１ないし７のいずれかに記載のホログラム作成装置または請求項８ないし１４のいずれかに記載のホログラム作成方法によれば、ホログラフィを利用して情報が記録される記録媒体の一部に対して、再生用参照光が照射されたときに所望の３次元画像に対応した再生光を発生させるための干渉パターンの一部を形成する複数の記録用光束を照射して干渉パターンの一部を記録する動作を、記録媒体と記録用光束との相対的な位置関係を変更しながら複数回行うことによって、ホログラムを作成することができるようにしたので、再生する３次元画像の大きさや、ホログラムの大きさや、再生時の参照光によって制約されずに、３次元画像を再生するためのホログラムを簡便に作成することが可能となるという効果を奏する。
【０１１６】
また、請求項２記載のホログラム作成装置または請求項９記載のホログラム作成方法によれば、記録媒体を３次元的な干渉パターンを記録可能なものとし、干渉パターンを３次元的な干渉パターンとしたので、更に、３次元的なホログラムを作成することができるという効果を奏する。
【０１１７】
また、請求項３記載のホログラム作成装置または請求項１０記載のホログラム作成方法によれば、複数の記録用光束の少なくとも一つを、３次元画像の情報に基づいて算出された変調パターンで空間的に変調されたものとしたので、更に、３次元画像の情報を修正することで、ホログラムの修正を容易に行うことができるという効果を奏する。
【０１１８】
また、請求項４記載のホログラム作成装置または請求項１１記載のホログラム作成方法によれば、記録媒体をシート状に形成されたものとし、複数の記録用光束を、記録媒体に対して同一面側より照射するようにしたので、更に、簡単な機構で、ホログラムを作成することができるという効果を奏する。
【０１１９】
また、請求項５記載のホログラム作成装置または請求項１２記載のホログラム作成方法によれば、複数の記録用光束の各光軸が同一線上に配置されるように、複数の記録用光束を照射するようにしたので、上記請求項４記載のホログラム作成装置または請求項１１記載のホログラム作成方法の効果に加え、記録用光束照射用の光学系をより小さく構成することが可能となるという効果を奏する。
【０１２０】
また、請求項６記載のホログラム作成装置または請求項１３記載のホログラム作成方法によれば、記録媒体に対する複数の記録用光束の位置を制御するようにしたので、更に、ホログラムを精度よく作成することができるという効果を奏する。
【０１２１】
また、請求項７記載のホログラム作成装置または請求項１４記載のホログラム作成方法によれば、記録媒体に記録された干渉パターンを定着するための定着手段を備えたので、更に、安定化されたホログラムを作成することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るホログラム作成装置の構成を示す斜視図である。
【図２】図１に示したホログラム作成装置の一部切欠正面図である。
【図３】図１に示したホログラム作成装置の側面図である。
【図４】図１におけるヘッドの構成を示す説明図である。
【図５】図１における記録媒体の構成の一例を示す断面図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態に係るホログラム作成装置の回路構成を示すブロック図である。
【図７】図６における検出回路の構成を示すブロック図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態に係るホログラム作成装置の動作を示す流れ図である。
【図９】本発明の第１の実施の形態に係るホログラム作成方法と作成されたホログラムより３次元画像を再生する方法を示す説明図である。
【図１０】図１における光源装置と空間光変調器の動作を示す説明図である。
【図１１】本発明の第１の実施の形態で使用する偏光を説明するための説明図である。
【図１２】図１における記録媒体の近傍における光の状態を示す説明図である。
【図１３】図１における記録媒体の近傍における光の状態を示す説明図である。
【図１４】本発明の第１の実施の形態に係るホログラム作成装置によって形成されるＲ，Ｇ，Ｂ毎の部分ホログラムの配列の一例を示す説明図である。
【図１５】本発明の第１の実施の形態に係るホログラム作成装置によって作成されたホログラムより３次元画像を再生する再生装置の一例を示す斜視図である。
【図１６】本発明の第１の実施の形態に係るホログラム作成装置で作成可能な他の形態のホログラムの例を示す説明図である。
【図１７】図１６に示したホログラムより３次元画像を再生する再生装置の一例を示す説明図である。
【図１８】本発明の第２の実施の形態に係るホログラム作成装置の構成を示す斜視図である。
【図１９】図１８におけるヘッドの構成を示す説明図である。
【図２０】本発明の第２の実施の形態に係るホログラム作成装置によって記録媒体内に形成される部分ホログラムの状態を示す説明図である。
【図２１】本発明の第３の実施の形態に係るホログラム作成装置の側面図である。
【図２２】図２１におけるヘッドの構成を示す説明図である。
【符号の説明】
１…記録媒体、５…ガイド部、６…紫外線ランプ、８…ヒートローラ、１０…ヘッド、１３…ＶＣＭ、２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂ…光源装置、２４…空間光変調器。

Claims (21)

1. ホログラフィを利用して情報が記録される記録媒体に対して、再生用参照光が照射されたときに所望の３次元画像に対応した再生光を発生させるための干渉パターンを記録して、３次元画像を再生するためのホログラムを作成するホログラム作成装置であって、
   前記記録媒体の一部に対して、前記干渉パターンの一部を形成する複数の記録用光束を照射して、前記干渉パターンの一部を記録するためのヘッドと、
   前記ヘッドと前記記録媒体との相対的な位置関係を変更するための位置変更手段と、
   前記記録用光束が前記記録媒体に照射されることによって生じる前記記録媒体からの戻り光に基づいて、前記記録媒体に対する複数の記録用光束の位置を制御するための位置制御手段と
   を備え、
   前記複数の記録用光束の少なくとも一つは、３次元画像の情報に基づいて算出された変調パターンで空間的に変調されたものであることを特徴とするホログラム作成装置。
2. 前記記録媒体は３次元的な干渉パターンを記録可能なものであり、前記干渉パターンは３次元的な干渉パターンであることを特徴とする請求項１記載のホログラム作成装置。
3. 前記記録媒体はシート状に形成されており、前記ヘッドは、前記複数の記録用光束を、前記記録媒体に対して同一面側より照射することを特徴とする請求項１または２記載のホログラム作成装置。
4. 前記ヘッドは、前記複数の記録用光束の各光軸が同一線上に配置されるように、前記複数の記録用光束を照射することを特徴とする請求項３記載のホログラム作成装置。
5. 前記記録媒体の下側に配置されるガイド部を備え、
   前記ガイド部は、前記戻り光を変調させる部分を有することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項記載のホログラム作成装置。
6. 前記位置制御手段は、前記ガイド部によって変調された戻り光に基づいて、前記記録媒体に対する複数の記録用光束の位置を制御することを特徴とする請求項５記載のホログラム作成装置。
7. 前記位置変更手段は、前記記録媒体を搬送し、前記ヘッドによって前記記録媒体の一部に対して前記干渉パターンの一部を記録する間、前記記録媒体を保持するローラを有することを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項記載のホログラム作成装置。
8. 前記複数の記録用光束を生成し、前記記録媒体に対して照射する光源及び対物レンズを含む光学系を備え、
   前記位置変更手段は、前記ヘッドを移動させる可動部を有し、
   前記光学系の少なくとも前記対物レンズを含む一部は、前記可動部によって移動する前記ヘッドに配置され、
   前記光学系の少なくとも前記光源を含む他の一部は、前記可動部によって移動しない位置に配置されていることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項記載のホログラム作成装置。
9. 前記記録媒体に記録された干渉パターンを定着するための定着手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項記載のホログラム作成装置。
10. 前記記録媒体に対して熱を加えるヒートローラを備えたことを特徴とする請求項１乃至９の何れか１項記載のホログラム作成装置。
11. 前記位置制御手段は、フォーカスサーボおよびトラッキングサーボを行うことを特徴とする請求項１乃至１０の何れか１項記載のホログラム作成装置。
12. 光の偏光方向を空間的に変調して前記複数の記録用光束の一部を生成する空間光変調器を備えたことを特徴とする請求項１乃至１１の何れか１項記載のホログラム作成装置。
13. ホログラフィを利用して情報が記録される記録媒体に対して、再生用参照光が照射されたときに所望の３次元画像に対応した再生光を発生させるための干渉パターンを記録して、３次元画像を再生するためのホログラムを作成するホログラム作成方法であって、
    前記記録媒体の一部に対して、前記干渉パターンの一部を形成する少なくとも一つは３次元画像の情報に基づいて算出された変調パターンで空間的に変調された複数の記録用光束を照射して前記干渉パターンの一部を記録する動作を、前記記録媒体と前記記録用光束との相対的な位置関係を変更しながら複数回行って、ホログラムを作成すると共に、
    前記記録用光束が前記記録媒体に照射されることによって生じる前記記録媒体からの戻り光に基づいて、前記記録媒体に対する複数の記録用光束の位置を制御することを特徴とするホログラム作成方法。
14. 前記記録媒体は３次元的な干渉パターンを記録可能なものであり、前記干渉パターンは３次元的な干渉パターンであることを特徴とする請求項１３記載のホログラム作成方法。
15. 前記記録媒体はシート状に形成されており、前記複数の記録用光束を、前記記録媒体に対して同一面側より照射することを特徴とする請求項１３または１４記載のホログラム作成方法。
16. 前記複数の記録用光束の各光軸が同一線上に配置されるように、前記複数の記録用光束を照射することを特徴とする請求項１５記載のホログラム作成方法。
17. 前記記録媒体に記録された干渉パターンを定着することを特徴とする請求項１３乃至１６の何れか１項記載のホログラム作成方法。
18. 前記記録媒体の下側に配置され、前記戻り光を変調させる部分を有するガイド部によって変調された戻り光に基づいて、前記記録用光束の位置の制御を行うことを特徴とする請求項１３乃至１７の何れか１項記載のホログラム作成方法。
19. 前記記録媒体の一部に対して前記干渉パターンの一部を記録する動作の間、前記記録媒体は前記ガイド部と前記記録媒体を搬送するローラによって保持されていることを特徴とする請求項１８記載のホログラム作成方法。
20. フォーカスサーボおよびトラッキングサーボを行うことによって、前記記録用光束の位置の制御を行うことを特徴とする請求項１３乃至１９の何れか１項記載のホログラム作成方法。
21. 前記記録媒体の一部に対して前記干渉パターンの一部を多重記録して所望の３次元画像を複数得ることを特徴とする請求項１３乃至２０の何れか１項記載のホログラム作成方法。

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