JP2001318578A - コンピュータ・エイデッド・ホログラフィおよびホログラフィック・コンピュータ・グラフィックス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】任意の物体のコンピュータモデルからのホログ
ラムを数学的および光学的方法で発生させる方法を提供
する。 【解決手段】物体３０の照明モデルと拡散特性は規定さ
れている。前記ホログラム５０は複数の小さいホログラ
ム要素５２から合成される。任意の要素は、前記物体の
視野を維持する。視野内にある光線はコンピュータによ
りサンプリングされる。サンプリングの密度はホログラ
ム要素の大きさできまる解像の限界を越えない。各光線
は方向と振幅の関数である。ホログラム要素は、サンプ
リングされた光線のフーリエ変換により得られる。本発
明の実施例では、光学手段によりコヒーレント光を用い
たサンプリングされた光線を物理的に再生することがで
きる。この再生された光線はコヒーレント参照光と干渉
させられて前記ホログラム要素を形成できる。また、干
渉パターンをコンピュータで計算してホログラム要素を
印刷できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一般にコンピュー
タ・エイデッド・ホログラフィおよびホログラフィク・
コンピュータ・グラフィックスの技術的手法に関し、特
に物体のコンピュータモデルからホログラムを発生させ
る数値的、ならびに光学的技術の使用から成る方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】ホログラムは、コヒーレント物体発生ビ
ームとコヒーレント参照ビームとの干渉パターンを記録
することにより作製されるものである。物体の像は通
常、同一のコヒーレント参照ビームをホログラムの生ず
る点へ指向させることにより再生される。

【０００３】像平面、すなわち焦点面ホログラムは、ホ
ログラフィックプレートに非常に近接するか、あるいは
ホログラフィックプレートの両側をまたぐ位置に置かれ
た物体の像で構成される。これらのホログラムは、色の
コヒーレンスに関する要求が緩和されるので、再生時に
おいて、ホログラムでの白色光上の見え方が改良される
という好ましい特性を持っている。

【０００４】事実上、実際の物体に非常に近づけてホロ
グラム記録板を置くことが不可能な場合がしばしばあ
り、ほとんどの物体をまたぐように記録板を置くことは
不可能である。ホログラフィックプレートの置かれた
点、あるいはそのまわりヘ、ホログラムから再生された
物体の像を位置決めするのに、種々の方法が使用されて
きた。初期の焦点を結んだ像のホログラムは“拡張され
た光源を使用して焦点の結ばれた像のホログラフィ”と
題して応用物理短論文（Applied Physics Letters)誌の
第９巻、第９号、第３３７ページにローゼンによって１
９６６年１１月に発表されている。ホログラムは物体の
像をレンズ系によってホログラフィックプレート上へ配
置することにより作製されている。この技術は単純であ
るが、視野は入手可能なレンズの実際のｆ値によって制
限されている。

【０００５】視野の制限なしに像平面のホログラムを作
製するための共通の技術は、２段階のホログラフィ法を
採用することである。従来のホログラムＨ１は最初に物
体から作られたものであり、実像はこのホログラムから
再生される。第２のホログラフィックプレートは、第２
の像平面ホログラムＨ２を作るために実像と一致して配
置されている。

【０００６】このような２段階法は米国特許第４，３３
９，１６８号、第４，３６４，６２７号、ならびに第
４，４１１，４８９号において種々の形式で開示されて
いる。ひとつの形式においては、ホログラムはレンチキ
ュラ形ホログラムの円筒アレイから成立ち、それぞれの
ホログラムは物体の異なった視点から作られている。像
は、円筒の中心に再生されている。第２の焦点像ホログ
ラムは、第２ステップでホログラム記録プレートから再
生された実像を通して作られるもので、ホログラム記録
板を円筒の中心に配置することにより作ることができ
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の重要な目的
は、デイジタルコンピュータ上で表現され、かつ、操作
される物体のホログラムを作成して、人工的変換、表
現、およびアニメーションの自由度を有する技術、なら
びにシステムを提供することにある。

【０００８】本発明の第２の目的は、物体をホログラム
面上へ撮像する作製の期間中、レンズあるいは第１のホ
ログラムを使用する必要なく、ホログラム面に非常に近
接するか、あるいはこれをまたいで像を再生するホログ
ラムを作成する技術、ならびにシステムを提供すること
にある。

【０００９】本発明の第３の目的は、歪みなく像を再生
するホログラムの物体に関係して、与えられた任意の面
を作製する技術、ならびにシステムを提供することにあ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明のこれらの目的、
ならびにその他の目的は、物体の反射特性および透過特
性に加えて、物体の照明に関する情報とともに、コンピ
ュータの操作に便利なモデルによりホログラム物体、な
らびに希望するホログラム面を表す方法によって簡単に
達成される。物体はコンピュータモデルによって表され
るので、現在のコンピュータグラフィック技術で可能な
物体の変換やアニメーションを単純にコンピュータモデ
ルで行なうことができる。さらに、非現実物体や非物理
物体で、物体に近い場所、あるいはそれをまたいだ場所
においてさえもホログラム面を幾何学的に定義すること
ができる。

【００１１】ホログラム面はコンピュータ内部の格子の
中へ論理的に割付けられ、そこでは物体から各格子要素
への光の寄与は、物体の各部から発射され、かつ、各格
子要素上へ集中する光束として描かれる。与えられた格
子要素に到達する各光線の振幅はコンピュータを使い、
与えられた照明モデルにしたがって光線を物体の関連部
分から格子要素上ヘトレースすることにより決定され
る。かくして、それぞれ方向と振幅とに関して記述され
た光線の“樹”は各格子要素に対応して生成される。さ
らに、コンピュータ上で照明モデルを操作することがで
きるので、物体の表現は容易に変更できる。これによっ
て、物理的な手段によって容易に実現することができな
い物体への複雑な光照射を可能にしている。

【００１２】各格子要素においてホログラム要素を作製
するためには、関連した光線の樹がコヒーレント放射を
使って物理的に再生され、コヒーレント参照ビームと干
渉させて作られるか、あるいはこの干渉パターンがきわ
めてコンピュータで計算しやすい過程によりコンピュー
タで計算され、点々法で印刷される。原光源の樹が複製
されるため、最終的に再生された像は歪んではいない。
順次、ホログラム面上の各格子要素の存在する位置でホ
ログラム要素を形成することにより、完全なホログラム
が合成される。

【００１３】これは、本発明の主要な様相を簡単に要約
したものにすぎない。本発明の他の目的、利点、ならび
に様相は添付図面と関連づけて以下に詳細に記載する事
項から明らかになるであろう。

【００１４】

【発明の実施の形態】ここに記載した実施例のすべてに
おいて、実際の物体の場所はコンピュータグラフィック
技術によってコンピュータデータベース内に表される。
本発明に適したひとつの方法は、１９７１年１月に出版
された雑誌”シミュレーション”の第２５〜３１ぺージ
に記載されている。”３次元視覚シミュレーション”と
題してゴールドスタインらにより発表され、ここで参考
文献として合体されている光線トレース法である。

【００１５】この方法では、座標空間内で物体をモデル
化するための要素としての幾何学的ビルディングブロッ
クの集合体を使用している。このような一つの技術
は、、物体の表面を非常に小さい領域すなわち三次元物
体の要素（原始体）に分割するものであり、その要素の
座標位置は物体データベースの一部として記録される。
関連して、物体の反射特性や透過特性に加えて物体の照
明に関する情報を提供する照明モデルも規定されてい
る。すなわち各原始的面要素の分散あるいは拡散などの
程度が規定されている。この方法で、光源から物体の一
部分での反射を通して観測者に対して幾何学的にコンピ
ュータによってトレースされたような各光線の振幅が決
定される。 この技術の代表的な実例は、１９９０年に
出版された雑誌“機械計算協会通信”の第２３巻、第６
号、第３４３〜３４９ページに記載されている”影を付
けた表示器のための照明モデルの改善”と題した論文に
ウィッテッドにより教示されており、その開示はここに
おいて参考文献により合体されている。

【００１６】ここに記載した方法に組み込まれているコ
ンピュータモデル化技術は、他にも多くある。“表現”
は古典的光線トレース法に限る必要はないが、面の組成
化技術およびその他、多種類の面の表現技術を組み込む
こともできる。実際、多くのコンピュータ・グラフィッ
クによるモデル化技術を使用できる。

【００１７】図１および図２は、本発明の概念を導入す
るため、物体３０に関係したホログラフ面５０を２つの
異なった位置に置いた状況を示す説明図である。ホログ
ラフ面５０は、物体３０のホログラムを作製すべき場所
である。物体３０と面５０とは、ともにコンピュータの
データベース内に保存しておく。一般に、面５０はどの
ような形でもとることができ、物体３０に関係する場所
ならば、どこへでも置くことができる。図１において
は、面５０が物体３０から離れて置かれているので、従
来のホログラムが作製される。図２においては、面５０
は物体３０によりまたがれているので、“像平面”のホ
ログラムが作製される。コンピュータを使用することに
より、ホログラム検出器の面は物体を貫通するものと定
義することができる。もちろん、物体を貫通することは
実際の物理的な検出器と物体とでは行なうことができな
い。

【００１８】図３Ａを参照すると、ホログラフ面５０
は、例えば要素５２、５４のような格子要素を備えた格
子に対して、幾何学的に割付られた一般的なものであ
る。本発明の好ましい実装状態において、図３Ｂに示す
ように、正方形状の格子要素、あるいは直線によって囲
まれた格子要素の分割物を備えた正方形状あるいは方形
状のプレートとなるようにホログラフ面５０が選ばれ
る。ひとつの要素がひとつの時期に作製されるようにし
て作製された、多数順次、連続した２次元ホログラム要
素から成り立つようなホログラムを観測するのは概念的
には容易である。それは、以後、記載されているような
ホログラムの計算と作製とを実施するのに好ましい方法
でもある。

【００１９】再び図１を参照して、それぞれホログラム
格子要素５２、５４に置かれた面５０上の２人の観測者
が居るものと考えよう。光源１０から放射されたひとつ
の光線は光路１２に沿って進み、面原始体３２の点に置
かれた物体３０に当たる。面原始体３２が拡散的であれ
ば、面原始体３２は与えられた角度全体にわたって、或
る振幅分布で光線を複数の２次光線へと散乱させる。光
路２２、２４に沿って散乱された光線のみが、観測者５
２、５４によってそれぞれ観測される。一方、面３２が
鏡面であれば、２次光線が一つだけ生ずる。これは、一
般に観測者５２、５４の視界線内にある必要はない。同
様に、光源１０からの他の光線は行路１４に沿って進行
し、他の面原始体３４の存在する点に置かれた物体３０
に当たる。前述したように、観測者５２、５４はそれぞ
れ光路４２、４４へ散乱していく光線を観測するのみで
ある。このようにして、要素５２、５４のようなホログ
ラフ面上の各要素から面原始体を観測するには、物体３
０の面原始体のすべてから各要素に散乱して入る光線を
観測すれば良いことがわかる。

【００２０】物体と干渉する光の記述を、面散乱に限定
する必要はない。例えば、物体が半透明であれば、物体
内部で光の散乱がある。一般に各格子要素の存在する点
において観測するには、物体３０の全ての部分から各要
素へ散乱して入る光線を観測すれば良い。記載されてい
る本発明の実施例を履行するための公知のコンピュータ
・グラフィックスによる光線トレース技術を使用すれ
ば、記述されている全てをコンピュータ内で行なうこと
ができる。代わりに、本発明のこれらの実施例は、他の
公知のコンピュータ・グラフィック技術の適用によって
も履行できる。

【００２１】図２を参照すると、像平面ホログラムの場
合に対して、ホログラフ面５０は物体３０を通してコン
ピュータ・データベース内に配置されている。光源１０
から発射され、光路１２、１４に沿って進む光線は、面
３２、３４の存在する点に置かれた物体３０に当たり、
それぞれ２次光線２０、４０の束になって散乱してい
く。これらの光線２０、４０から格子要素５２を観測す
るに対する寄与は、それぞれ格子要素５２を貫通して進
んでいく構成の光線、すなわち、光路２２、４２に沿っ
て進む光線からもたらされる。斯くして、物体３０の観
測は各格子要素に関連し、当該格子要素を貫通して進ん
でいく構成を有し、かつ、物体３０のすべての部分から
入射する光線を観測すればよい。

【００２２】コンピュータは、それぞれ観測可能範囲内
で、これら光線の代表的ではあるが、離散的な分布をサ
ンプルするために使用されている。各光線はコンピュー
タ内において、方向の関数と振幅の関数とによって特性
づけられている。そこで、これらの方向や振幅と同一の
方向や振幅を有し、サンプリングされたコヒーレント放
射光線を物理的に再生するためには、種々の手段を採用
することができる。このようにして、ホログラム面の各
格子要素が、あたかもコヒーレント放射によって、照射
された物体として観測される。そこで、これらの再生さ
れたコヒーレント光線がコヒーレント性を有する参照放
射光と干渉するようにされている場合には、ホログラム
要素が各格子要素点に作製される。ホログラム面５０上
で格子要素を相互に近接して置いたのと同様な方法で、
全てのホログラム構成要素を組み立てることによって、
完全なホログラムが最終的に合成される。

【００２３】代わりに、適当な参照ビーム光線と反射光
線を干渉させることにより、ホログラム５０上に形成さ
れ、記録された実際の干渉パターンをコンピュータ内で
直接、計算することもできる。しかしながら、ホログラ
ムの任意の与えられた小さな要素領域上に当たる光線を
発生させる各物体にはきわめて多くの点が存在するゆえ
に、ならびにそれぞれの斯かる光線の振幅、および位相
を記述しなければならないゆえに、非常に単純な物体の
小さなホログラムでさえも、これを直接、正確に作製す
るためには計算に膨大なパワーときわめて長時間とが必
要である。

【００２４】本発明の実施例の技術は、それぞれ適当な
ホログラム格子要素を作製するため、物体内の限定され
た多くの点からの光線のみを系統的に選択するものであ
る。さらに、各ホログラム要素を発生させる際には、各
光線の方向と強度のみを考慮する必要がある。なぜなら
ば、各ホログラム要素は独立してたコヒーレントに生成
されたホログラムである。各要素から生成された像は、
他の要素からの像とインコヒーレントにのみ関係してい
る。これは、複合式（多重式あるいはレンチキュラ式
の）ホログラフィと類似しているが、古典的な従来のホ
ログラフィとは異なっている。要素問には独立性がある
ため、像の解像度には限界がある。解像度は、通常、実
際に間題となるホログラムの大きさよりも、要素の大き
さによって制限される。

【００２５】“振幅”という術語は、一般に、位相量を
保有する複素振幅として参照されるものと理解すべきで
ある。しかしながら、本実施例の前後関係において、振
幅は複素振幅の絶対値として参照されるものとする。

【００２６】図１１は、ホログラム要素から再生された
像の一点の最大解像度を示す図である。２２０’のよう
な像の任意の一点は便宜上、球面座標（Ｒ，θ，φ）で
規定されている。要素ホログラム５２が“ａ”という単
位寸法を有するならば、ホログラムから距離“Ｒ”の点
に置かれた像の一点２２０’の垂直解像度はおおよそ
“Ｒλ／ａ”に制限される。ここで、“λ”はホログラ
ムを再生するのに使用される光の波長である。同様に、
図５に示すようにホログラム要素の作製において、ホロ
グラム要素５２と２２０のような画素要素のいずれかひ
とつとの間には、同様な解像度の関係が存在する。解読
されないセルの垂直の大きさは、ホログラムからの距離
とともに増加するのが判る。他の方法では、図１１のベ
ータによって、表された該当する各解像度は、ホログラ
ムの要素寸法“ａ”によって制限され、ほぼλ／ａラジ
アンに相当する。これは、振幅の変化が生じない最低限
の角度である。このようにして、“ａ”の値が小さくな
るほど、（ならびにホログラム面内の解像度が良くなれ
ばなるほど）、画素マップ内に加えて像フィールド内で
の解読できない要素の大きさが大きくなる。これらの制
限を加えるよりも大きく、垂直（ｘおよびｙ）解像度を
保持しておく必要はない。そこで、各ホログラム要素を
計算するのに使用される光線の数は減ぜられる。

【００２７】多くの隣接するホログラム要素の再生によ
ってもたらされる実際の像上の複数の点が丁度上で規定
された理論的な制限よりもはるかに小さい間は、要素を
一緒に配置する方法、ならびにそれらを照明する方法に
依存して、見かけ上、良好な解像度が得られるが、これ
は、人工的なものである。この見かけ上の細かい解像度
は、実際の物体のデータに基づいてはいない。しかしな
がら、隣接したホログラム要素間の位相情報を計算する
のに複雑な方法を採用すれば、実際の解像度は改善でき
る。その場合、ホログラム要素はもはや相互にインコヒ
ーレントであり、計算には膨大なパワーときわめて長い
時間が要求される。

【００２８】軸方向（Ｚ方向）の解像度は同様に減少さ
せられる。この軸（Ｚ方向）の解像度は、横方向すなわ
ちＺ軸に対して垂直方向の解像度Ｒλ／ａをｓｉｎ（ｒ
／２）で除算した値に略制限される。例えば、このよう
にして、解像度制限よりも良好な物体空間を規定する必
要はない。

【００２９】上に規定された制限値よりもはるかに近く
に配置された複数の点上のデータから作製されている計
算された像は、不十分に生成されたものである。

【００３０】一般に、本発明によれば、物体によって反
射されたか、あるいは物体を透過した光線は選択された
光線であって、この光線の振幅は物体からある距離だけ
離れて置かれた面（図１および図２には示されていな
い。）を横切って計算機によって決定されるものであ
り、斯かる振幅分布の一つはホログラム面の予め規定さ
れた要素領域のそれぞれに対して決定されたものであ
る。与えられた振幅分布を作り上げるために選択された
物体からの光線は、ホログラム格子要素とそれに関連し
た窓との問に延長している直線上に存在するものであ
る。窓の大きさ、ならびにその物体からの距離は、作製
されたホログラムから再生された物体像の得られた視野
を定義している。斯かる窓を横切るために得られた振幅
分布は、光学的あるいはさらにコンピュータ処理によ
り、各ホログラム格子要素を形成するために使用され
る。しかしながら、いずれの場合にも、物理的、光学的
なホログラムはこれらの技術を応用することによって得
られるものである。コンピュータで定義された物体の像
はホログラムから再生され、適当な光のもとで観測者に
よって観測されるものである。

【００３１】図４および図５に示す本発明の実施例に
は、各ホログラム要素の窓が新たに記載され、この窓を
通して各視野の範囲内で光線がサンプルされている。そ
こで、各ホログラム面の格子要素は、窓を通して物体の
限定された視野を見るものである。図４および図５は、
それぞれ物体３０から離れて置かれたホログラム面５０
を備えたケースに本技術を実施するもの（図４）、なら
びに物体３０をまたいだ面５０を備えたケースに本技術
を実施するもの（図５）をそれぞれ示している。窓２０
０、４００は、それぞれホログラム格子要素５２、５４
に対応する視野を定義するのに役立つものである。一般
に、各格子要素を観測するために一つの窓が存在する。
基部に窓を備え、頂点に格子要素を備えて有限のピラミ
ッドが形成されている。物体３０から特定の格子要素へ
の光の寄与は、すべてその格子要素に関連したピラミッ
ドの内部に存在するものでなければならない。もちろ
ん、窓の形は方形状以外の、例えば円形状とすることも
できるので、この場合にはピラミッド以外のものが形成
される。窓は球状面、あるいは円筒形面上に存在するよ
うに定義することもできる。形状は希望する視野ならび
に得られた他のホログラムの特性によって定義される。

【００３２】コンピュータを使って特定のサンプリング
を行うので、物体３０からの光線の代表的分布はコンピ
ュータによって選択される。それぞれの窓は、画素のス
クリーンヘと割り付けられる。図６は、窓の一つ（例え
ば２００）を割り付ける模様を示す図であり、ここで２
２０、２４０は個々の画素要素である。

【００３３】再び図４および図５とを参照して、窓２０
０および格子要素５２によって定義されたピラミッドを
考えよう。２２０、あるいは２４０のような各画素要素
は幾何学的に単位窓とみなすことができ、この窓を通し
て格子要素５２は物体３０のわずか一部分を見ることが
できる。特定の実例によれば、各画素要素に対して、格
子要素５２から当該画素要素を通して直線に沿ってトレ
ースをするため、ならびにこの直線が物体３０と交差す
るか否か決定するため、コンピュータには可視面を求め
るアルゴリズムが採用してある。もし交差したことが見
出されないならば、コンピュータは当該画素要素が零振
幅であるとして次の画素要素へ処理を進める。交差した
ことが見出されるまで、これは繰り返される。例えば、
光路２２に沿って画素要素２２０を貫通したアルゴリズ
ムをトレースするときには、面３２に配置された物体３
０と交差することが見出される。そこで、実行は振幅処
理部を通って進む。トレースされた直線に沿った面３２
によって影響を受けた光線の振幅は、振幅処理部で特定
の照明モデルにしたがって決定される。適当な振幅値を
当該画素要素２２０に割当てた後、再びコンピュータは
可視面を求めるアルゴリズムを次の画素要素に適用する
ために制御を元に戻す。この繰り返しは、窓２００上の
全ての画素要素が考察され終わるまで進められる。単一
の画素要素２２０や２４０に当たる多重光線は、その単
一の画素の振幅値を決定するために平均化される。物体
３０の各格子要素の観測データを画素マップとして符号
化するため、本処理過程は繰り返される。

【００３４】図５の光線２２、４２を計算し、座標変換
を行なう方法はコンピュータ内で容易に実施できる。こ
の方法を使えば各ホログラム要素（例えば、要素５２）
に対して、球面座標の中心として要素５２を含む球座標
変換が物体フィールド上で行われる。図１１に示すよう
な観測角ガンマによって空間的に空けられた視野の内部
で、物体の複数点上のみでこの変換を行なう必要があ
る。空間内の各点の座標は（Ｒ，θ，φ）によって規定
されている。一旦、変換が行なわれてしまうと、大方の
標準３Ｄ式グラフィック・システムに対して行なわれて
いるものとほぼ同様な方法で物体上に単一観測が作製さ
れる。そのようにして作製された観測視点は、窓２００
上にデータを与えるものである。観測視点の方向はφ＝
０におけるものであり、観測の窓は±γ／２である。か
くれた直線を除去し、表現することはコンピュータ・グ
ラフィックに共通した方法の一つによって実施される。

【００３５】同様に、後述される定まった形状を有する
ケースにおいては、円筒座標（ρ，φ，ｙ）が最も好都
合である。これは、図１２に示してある。

【００３６】各窓を横切る振幅が一旦決定されると、一
時期に一つの格子要素の割合でホログラムが作製されて
いる。これらのホログラム要素は、その該当する窓を横
切る振幅分布からコンピュータによって直接、計算する
ことができる。代わりに、図７は光線の物理的再生成に
適した形式で、各画素マップを表示し、かつ、そのハー
ドコピーを作成するためのセットを示す系統図である。
コンピュータ６０は陰極線管（ＣＲＴ）６２のような像
表示装置へ接続され、像表示装置上には画素マップが表
示される。それぞれの窓を分割する方法と同一の方法で
画素要素スクリーン形式で表示フォーマットが形成され
る。各画素要素の輝度は、直接、輝度に関連した振幅値
に関連している。カメラ６４はそれぞれの窓の透過シー
トを作るために使用され、それぞれは各ホログラム格子
要素に対応したものである。

【００３７】便宜上、および得られたホログラムからの
物体像に一様な視野を与えるために、それぞれの窓はホ
ログラム面から同じ距離だけ離れた点にあるものと通
常、定義されている。しかしながら、最終ホログラムが
作製されるとき、適当に該当する調整を行なう限りで
は、上記のことは本ケースのとおりでなければならない
という必要性はない。

【００３８】ホログラムの観測者が格子要素を容易にみ
ることができないように、可能な限りホログラムの格子
要素の寸法は小さくなければならない。しかしながら、
格子要素が小さすぎると、結果的には、像の解像度が劣
化する。さらに、ホログラム格子要素が小さければ小さ
い程、物体の場所の観測数は多くなる。格子要素が重畳
されていないならば、各格子要素はホログラム面内で唯
一つの解読点を表す。上に論じた実施例において、格子
要素がきわめて小さいならば、ホログラム面から離れた
点の解像度は要素の大きさに反比例するため影響を受け
る。

【００３９】図８Ａおよび図８Ｂは、コヒーレント参照
放射に関連してホログラムを形成するために、ホログラ
ムの格子要素によって見られるような観測視界を再生す
るためのコヒーレント放射内のセットを示す図であり、
図７において作られた透過シートを“再生”するための
物理的なセットを示す系統図である。透明シート６８は
フィルムリール６６から繰り出され、フィルムリール６
６はマスク９５上の窓９４の前で順次、フレーム・・・
２００’、・・・４００’、・・・ごとに輸送機構によ
り位置合わせされる。マスク９７上の窓９６を通しての
ホログラム記録プレート５０上に像形成システム８６を
介して透明シートフレーム２００を投影する前に、光学
システム９０を通してコヒーレント光源１００の光を通
過させている。スケーリングすることなく、図５の格子
要素５２と同一寸法でプリントをすることができる。最
初の視野は格子要素５２’の前のピラミッドによって図
４、および図５において示されている。再生された視野
は記録プレート要素５２’の前のピラミッド視野によっ
て図８Ａおよび図８Ｂにおいて示されている。記録プレ
ート要素５２’の置かれた位置で、最初の視野を再生す
るように像形成システム８６が組立てられている。窓の
透明シート２００’の像９９はホログラムの前に形成さ
れる。

【００４０】要素５２’の置かれた点に存在するコヒー
レント光で再生された観測視界を使って、そこにホログ
ラム要素を形成するために要素５２’と関係して参照ビ
ームが使用されている。窓９６を通して記録プレート要
素５２’上に参照ビームが当たる前に、ビームスプリッ
タ９１、配置用鏡９２、９３、ならびに光学システム９
８を通って同一のコヒーレント光源１００から参照ビー
ムが進んでいく。フレーム・・・２００’、・・・４０
０’、・・・を再生のために配置するのに伴って、要素
・・・、５２’・・・５４’、・・・を使って露光用の
窓９６の後に自動的に記録プレート５０’を配置するた
め、フィルムリール６６の輸送機構と同期した他の輸送
機構によって記録プレート５０’が輸送される。このよ
うにして、要素によってホログラム要素を作製すること
により、完全なホログラムが合成される。

【００４１】本発明の一実施例は、図５の窓２００がホ
ログラム５０から非常に遠くに離れた位置に置かれたも
のである。各窓の画素要素は、再び光線の方向を表して
いる。そこで、窓内の画素情報は、ホログラム要素のフ
ーリエ変換と等価であるとみなされている。

【００４２】図１３は、ホログラムを作製するために使
用される光学システムを示す図である。このフーリエ関
係を反映させるように、その光学システムを最適化させ
ている。レンズ８１の焦点距離に等しいレンズ８１から
ある距離の点にフィルム６８（あるいはこのフィルム
像）が配置されているならば、さらにレンズ８１の焦点
距離に等しいレンズ８６から、ある距離の点にホログラ
ム５０’も置かれているならば、レンズ８６は正確にフ
ーリエ変換を行なう。

【００４３】図８Ａに示すセットは、例えば画素マップ
２００’とホログラム要素５２’との問に正確なフーリ
エ変換関係を有するものではない。画素マップおよびホ
ログラム要素に対して、効果は２次の位相誤差をもたら
すものである。それにもかかわらず、ホログラム要素５
２’は非常に小さいため、現実の目的からは、図８Ａの
セットは現実に良く近似しているといえる。図８Ａにお
いて、ホログラム要素に対して導入された誤差は、格子
の像と同様な面内に置かれた参照照明点を備えることに
より補正される。このようにして、参照ビームが図８Ｃ
に示すように変更されれば、さらに正確な関係が存在す
る。点１０２は窓の像９９と同様に要素５２’から同じ
距離だけ離れた点に置かれるのが理想的であるが、レン
ズ１０１により参照ビームは点１０２に焦点を結んでい
る。

【００４４】複合ホログラムを作製するのに、代替え構
成方式が存在する。例えば、各ホログラム要素が焦点面
上で二つ以上の解読点を有するならば、希望される観測
角度で全ての要求される光線を合理的であると説明し、
これを捕獲するために、重畳されたホログラム要素を作
製しなければならない。

【００４５】本発明の実施例の変形では、垂直方向の視
差なくホログラムを発生させることができる。図９を参
照すると、ホログラム面５０は、格子要素へ割当られる
代わりに垂直方向のストリップヘ割当てられる。図１０
を参照すると、垂直方向のホログラムストリップ１０２
によって見えるような物体の観測点は、ピラミッドの代
わりにくさびによって表される。窓１０１は、ストリッ
プ１０２に関連している。それぞれの窓（例えば窓１０
１）の画素要素、ならびにそれと関連した垂直のストリ
ップ（例えばストリップ１０２）を通るトレースが水平
方向、すなわち垂直方向のストリップに対して直交する
直線内になければならないという規定を除いて、前述の
ように光線のトレースは進んでいく。窓１０１を横切る
振幅パターンを決定するために使用されている多くの光
線は、この追加光線選択法則によって制限されている。
図８Ａおよび図８Ｂに示されているような像形成装置８
６は形状の定められているもの、例えば円筒形レンズの
ようなものになる。同様の議論により、マスク９７上の
窓９６は垂直ストリップに合致する形状に相当するもの
である。

【００４６】垂直方向のストリップの場合には、ｙ軸に
沿ったストリップ要素での円筒座標変換を物体フィール
ド上で実行する。

【００４７】フーリエ変換関係で垂直方向ストリップの
ホログラムを生成するための形状の定まったシステムを
図１４に示してある。フィルム状透明シート２００’内
の垂直線（例えば、水平方向の焦点のみ）を像平面１３
３内へ円筒状レンズ１３０で焦点を結ばせている。ここ
で、像平面１３３は円筒状レンズ１３２によってのみ水
平方向でフーリエ変換を行なっている。他の円筒状レン
ズ１３１によって透明シート２００’の水平線（垂直方
向の焦点のみ）を、水平方向のフーリエ関数および参照
ビーム１３４と一緒に、ホログラムストリップ１０２の
面内へ焦点を結ばせている。

【００４８】本発明の第２の実施例は、画素マップのハ
ードコピーを作成するステップを省略したものである。
図８Ａおよび図８Ｂにおける透明シート６８およびフィ
ルムリール６６の代わりに、高解像度の電気・光学装置
が使用されている。コンピュータにより画素をアドレス
することが可能な電気・光学的な窓により、各画素に関
連した振幅値に応じて各画素を通るコヒーレント光源１
００の透過光が変調される。コンピュータのデータが電
気・光学装置に入力できるようになるや否や、これによ
ってそれぞれのホログラムを生成できる。実時間の記録
装置により、完全な処理過程を速やかに完了させること
ができる。ある種の感光性重合体（フォトポリマ）はき
わめてわずかに後露光処理を行なえば良いので、本応用
に対してこの種の感光性重合体が有用である。

【００４９】本発明の第３の実施例では、画素マップの
ハードコピーを作成するステップが省略されている。各
画素マップ、あるいはそれと等価な情報はコンピュータ
内に保存されている。該当するホログラム要素は画素マ
ップからフーリエ変換として計算される。コヒーレント
参照放射と組み合わせてフーリエ変換から得られた干渉
パターンは計算され、このパターンは電子ビームのよう
な手段によってホログラム記録プレート上に直接、記録
される。

【００５０】使用されている上記方法および構成の記述
は、単にそれを説明するにすぎず、詳細の種々の変形な
らびに方法および構成は特許請求の範囲に記載の範囲に
含まれるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】一般化された物体で作られているホログラムを
示す断面図である。

【図２】図１に示されているものの一変形を示す断面図
である。

【図３Ａ】図１、図２、図４、ならびに図５に採用でき
る一般化されたホログラフ記録面上での格子要素内への
分割物を示す図である。

【図３Ｂ】図１、図２、図４、ならびに図５に採用でき
る方形状ホログラフ記録面上での格子要素内への分割物
を示す図である。

【図４】本発明の一実施例を示す系統図である。

【図５】図４の実施例の変形を示す図である。

【第６】図４および図５に示す実施例の一要素の複数画
素要素への分割物を示す図である。

【図７】図１〜図６の実施例のそれぞれによって形成さ
れた透明シートを記録するために採用できる一つの可能
なシステムを示す系統図である。

【図８Ａ】図７の技術によって作製された透明シートか
らホログラムを作製するための光学セットの実例を系統
図に示す斜視図である。

【図８Ｂ】図８Ａの光学セットの断面を示す側面図であ
る。

【図８Ｃ】図８Ａの光学セットとは似ているが、画素要
素の窓とホログラム要素との間に正確なフーリエ変換の
関係が確率している光学セットを示す図である。

【図９】ホログラフ面上に形成された要素ホログラムの
他の構成を示す図である。

【図１０】図９によってホログラムの作製を可能とする
ホログラムの他の実施例を示す図である。

【図１１】球面座標内の像の一点を示す図であり、ホロ
グラム要素から再生された像に対する解像度制限を示す
図である。

【図１２】円筒座標内のシステムを示す図である。

【図１３】図８Ａの光学セットとは似ているが、画素の
窓とホログラム要素との間に正確なフーリエ変換の関係
が確率している光学セットを示す図である。

【図１４】図１３の実際のものを示す図である。

【符号の説明】

１０ 光源 ３０ ホログラム ５０ 物体 ５２ 格子要素 ２００ 窓

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 物体の情景およびその照明の少なくとも
   一部分の情報のコンピュータデータベースを供給するス
   テップと、 前記物体の情景に関連してホログラム面をコンピュータ
   データとして定義するステップと、 コンピュータにより規定された境界によってホログラム
   面を複数の要素領域に分割するステップと、 コンピュータにより、少なくともいくつかの前記複数の
   ホログラム面領域のそれぞれに対して、与えられた要素
   面領域を通る直線経路に沿ってのみ存在する照明された
   物体から放射する複数の光線のうちの選択されたサンプ
   ルに関連する振幅を決定するステップと、 ホログラム面に順次、連続して存在する複数の要素領域
   の該当する一つに関連した光線のサンプルの上記決定さ
   れた振幅と方向とをホログラム検出器上へ再方向づけす
   ることにより、それぞれ形成されている複数のホログラ
   ムを共通のホログラム検出器上へ作製するステップとか
   らなり、 それにより前記物体の情景の像を再生することができる
   ように完全なホログラムを形成するホログラム作製方
   法。
2. 【請求項２】 物体の情景およびその照明の少なくとも
   一部分の情報のコンピュータデータベースを供給するス
   テップと、 前記物体の情景に関連してホログラム面を定義するステ
   ップと、 ホログラム面を複数の順次、連続して存在する要素領域
   へ分割するステップと、 前記ホログラム面の要素領域の少なくとも幾分かに対し
   て、それぞれ前記ホログラムから、ある距離の点に窓を
   定義するステップと、 事実上、振幅の変化に関連した窓ならびにホログラム面
   要素領域を貫通する直線経路のみに沿って物体の情景か
   ら放射される光線の収集に基づいて、前記窓のそれぞれ
   を横切る振幅の変化を計算するステップと、 振幅の変化に関連した窓を横切る振幅の変化を使用する
   ことにより前記要素領域の少なくとも幾分かのそれぞれ
   の内部にホログラムを作製するステップとからなり、 それにより前記物体の情景の像を再生することができる
   ように完全なホログラムを形成するホログラム作製方
   法。
3. 【請求項３】 ホログラム面を定義するステップは、 前記物体の情景と空間的には少なくとも部分的に一致し
   て前記面の位置決めを行い、それによって像平面のホロ
   グラムを作製するステップを含む請求項２記載のホログ
   ラム作製方法。
4. 【請求項４】 前記窓のそれぞれは、収集された光線の
   少なくとも一つの振幅によって決定された振幅を有する
   複数の画素へと分割されている請求項２記載のホログラ
   ム作製方法。
5. 【請求項５】 ホログラム面を分割するステップは前記
   面を複数の狭くて長く、かつ、順次、連続し、かつ、そ
   の長手方向に沿って結合された領域へと分割し、それに
   よってレンチキュラ形ホログラムを作製するステップを
   含む請求項２記載のホログラム作製方法。
6. 【請求項６】 ホログラムを作製するステップは、 各窓を横切って得られた振幅分布の物体透明シートを作
   製し、かつ、軸から外れたホログラムを光学的に作るた
   めの物体として各透明シートを使用するステップを含む
   請求項２記載のホログラム作製方法。
7. 【請求項７】 物体の幾何学的形状ならびにその光分散
   特性のコンピュータ表現を形成するステップと、 個々に定義された複数の面要素から作られたホログラム
   面を物体との関係で定義するステップと、 物体の照明および分散モデルを規定するステップと、 前記ホログラム面要素の少なくともあるもののそれぞれ
   に対して、面要素を通って延長している線に沿って置か
   れた光路で物体から到来し、かつ、方向と振幅との関数
   によって規定できる光線の代表的サンプルを選択するス
   テップと、前記方向と振幅との関数が保持された第１の
   コヒーレント放射ビームを使用して前記ホログラム面要
   素のそれぞれに関連した光線の前記選択されたサンプル
   を光で物理的に再生成するステップと、 干渉パターンを形成するため、前記再生された光線、な
   らびに参照としての前記第１の放射ビームとコヒーレン
   トな第２の放射ビームを前記関連する面要素の方向に指
   向させるステップと、 前記ホログラムを合成するため前記ホログラム面の存在
   する場所で前記面要素のそれぞれに関連した前記干渉パ
   ターンを記録するとともに組み立てるステップとからな
   るホログラムを作製する方法。
8. 【請求項８】 ホログラム面を定義するステップは、 前記物体の情景と空間的には少なくとも部分的に一致し
   て前記面の位置決めを行い、それによって像平面ホログ
   ラムを作製するステップを含む請求項７記載のホログラ
   ム作製方法。
9. 【請求項９】 ホログラム面を分割するステップは、 前記面を複数の狭くて長く、かつ、順次、連続し、か
   つ、その長手方向に沿って結合された領域へと分割し、
   それによってレンチキュラ形ホログラムを作製するステ
   ップを含む請求項７記載のホログラム作製方法。
10. 【請求項１０】 光線の代表的サンプルを選択するステ
    ップは、 前記ホログラム面要素の一つに個々に関連した複数の窓
    を定義し、それによって前記要素のまわりに物体の視野
    を確立し、前記窓のそれぞれへさらに予め定義された画
    素要素のスクリーンを備えさせるステップと、 前記面要素および画素要素のいずれか一つを通る直線に
    沿って配置された光路を有する物体から前記光線の前記
    定義された部分のみを選択し、それによって斯かる画素
    要素の振幅を決定するステップとからなる請求項７記載
    のホログラム作製方法。
11. 【請求項１１】 コヒーレント放射性を備えた光線のサ
    ンプルを物理的に再生成するステップは、 各面要素に対して、前記窓のそれぞれの画素要素の前記
    スクリーンの振幅のハードコピーを作成し、前記画素要
    素は前記光線の振幅関数により与えられた振幅を有する
    ようにさせるステップと、 前記光線の方向と振幅との関数が保持されるようにホロ
    グラム検出器表面において面要素上へ前記光線のサンプ
    ルを再生成するため、第１のコヒーレント光で前記ハー
    ドコピーを撮像するステップとからなる請求項１０記載
    のホログラム作製方法。
12. 【請求項１２】 第１のコヒーレント放射ビームで前記
    サンプル光線を物理的に再生成するステップは、 前記光線のサンプルを再生成するために調整されていて
    独立した伝送効率を有する前記画素要素のスクリーンを
    通り、前記ビームを通過させることによって第１のコヒ
    ーレント放射ビームを変調するステップと、 前記方向と振幅とが保持されているように前記ホログラ
    ム面の置かれた点で前記面要素上へ前記光線のサンプル
    を再生成するため、前記変調された第１のコヒーレント
    光ビームを撮像するステップとからなる請求項７記載の
    ホログラム作製方法。
13. 【請求項１３】 前記ホログラム面上の前記面要素は、 前記ストリップとは垂直であって、かつ、前記ストリッ
    プを貫通する線に沿って配置された光路を有する物体か
    らの光線のみが選択されるようにストリップの形態で構
    成された請求項７記載のホログラム作製方法。
14. 【請求項１４】 前記ホログラム面上の前記面要素は、 前記ストリップとは垂直であって、かつ、前記ストリッ
    プを貫通する線に沿って配置された光路を有する物体か
    らの光線のみが選択されるようにストリップの形態で構
    成された請求項１０記載のホログラム作製方法。
15. 【請求項１５】 前記ホログラム面上の前記面要素は、 前記ストリップとは垂直であって、かつ、前記ストリッ
    プを貫通する線に浴って配置された光路を有する物体か
    らの光線のみが選択されるようにストリップの形態で構
    成された請求項１１記載のホログラム作製方法。
16. 【請求項１６】 前記ホログラム面上の前記面要素は、 前記ストリップとは垂直であって、かつ、前記ストリッ
    プを貫通する線に沿って配置された光路を有する物体か
    らの光線のみが選択されるようにストリップの形態で構
    成された請求項１２記載のホログラム作製方法。