JP2012073645A

JP2012073645A - ホログラム観察法

Info

Publication number: JP2012073645A
Application number: JP2011266417A
Authority: JP
Inventors: Akiko Tanaka; 明子田仲
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2004-09-28
Filing date: 2011-12-06
Publication date: 2012-04-12

Abstract

【課題】眼との相対位置を固定した状態でも２つ以上の異なる画像が同時に再生されるホログラム観察法を提供する。
【解決手段】眼との相対位置を固定した状態でも２つ以上の異なる画像が同時に再生されるホログラムとそれを用いたホログラム観察法であり、複数の原画像をそれぞれフーリエ変換して得られる複数の対応するフーリエ変換像１３−１、１３−２を、同一面上に所定の２次元配列原理に基づいて配列して計算機ホログラムとして作成されたホログラム１４であって、ホログラム１４を通して背後の複数の略点光源２３₁〜２３₉を見たときに、複数のフーリエ変換像１３−１、１３−２の配列位置に応じて複数の画像が同時に並列して再生される（２８）ホログラムを用いて複数の略点光源２３₁〜２３₉を同時に観察する。
【選択図】図２

Description

本発明は、ホログラム観察法に関し、特に、透過型のフーリエ変換ホログラムとして構成された計算機ホログラムが埋め込まれてなるホログラム用いて観察するホログラム観察法に関するものである。

特許文献１においてホログラムメガネが提案されている。このホログラムメガネは、図１６（ａ）に斜視図を示すような構成になっている。すなわち、メガネフレーム１の両眼用の枠内には、２つの透過型ホログラム２、３が嵌め込まれている。この透過型ホログラム２、３を用いたメガネを掛けて図１６（ｂ）に示すような小面積の光源４、５、６、７を含むシーンを見ると、例えば図１６（ｃ）に示すように見える。すなわち、図１６（ｂ）の実際のシーンにおける小面積の光源４、５、６、７がそれぞれ予め選択されたパターン「ＮＯＥＬ」８、９、１０、１１に置き替わったシーンとして見える。このような特性を持つ透過型ホログラム２、３としては、計算機ホログラムとして構成された上記パターン「ＮＯＥＬ」のフーリエ変換ホログラム（フラウンホーファーホログラム）が用いられる。

この透過型ホログラム２、３をもう少し説明する。透過型ホログラム２、３を透過型ホログラム２１で表すと、図１４（ａ）に示すように、透過型ホログラム２１の背後に点光源（小面積の光源）２３を配置し、眼２２で透過型ホログラム２１を通してその点光源２３を見ると、その透過型ホログラム２１の後方の点光源２３に対応して１つの画像が再生される。図１４（ｂ）は、透過型ホログラム２１を構成する単位ホログラム２４を示す平面図であり、透過型のフーリエ変換ホログラムからなる要素ホログラム２４₁を９つ並列配置して単位ホログラム２４としており、透過型ホログラム２１はこの単位ホログラム２４を縦方向及び横方向に多数配列してなるものである。図１４（ｃ）は、透過型ホログラム２１を通して背後に点光源２３を見るときに再生される再生画像２５の例を示す図であり、図１６（ｂ）の「ＮＯＥＬ」に対応するもので、この場合は三日月としてある。

図１４（ｂ）（＝図１５（ｂ））に示すような単位ホログラム２４からなる透過型ホログラム２１を通して再生される画像の数は、点光源の数に対応した数だけ再生される。例えば、図１５（ａ）に示すように、透過型ホログラム２１の背後に９つの点光源２３₁〜２３₉を置いて透過型ホログラム２１を通して見ると、図１５（ｃ）のように、９つの同じ画像（三日月）が並んだ再生画像２６が再生されて見えることになる。

一方、特許文献３においては、相互に異なる画像を再生する複数の単位ホログラム２４を並列配置して透過型ホログラムを構成し、その透過型ホログラムに対する眼の位置を変えることで、その透過型ホログラムの後方の点光源に対応して異なる単一の画像が再生されるようにしたものが提案されている。

米国特許第５，５４６，１９８号明細書特開２００４−１２６５３５号公報特開平１０−２８２８７０号公報

しかしながら、以上のような透過型ホログラムは、眼との相対位置が固定されている限り、単一の同じ画像が点光源の数に対応した数だけ再生されるだけであり、変化や面白味に欠ける。

本発明は従来技術のこのような問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、眼との相対位置を固定した状態でも２つ以上の異なる画像が同時に再生されるホログラム観察法を提供することにある。

前述した目的を達成するために本発明のホログラム観察法は、複数の原画像をそれぞれフーリエ変換して得られる複数の対応するフーリエ変換像を、同一面上に所定の２次元配列原理に基づいて配列して計算機ホログラムとして作成されたホログラムであって、前記ホログラムを通して背後の複数の略点光源を見たときに、前記複数のフーリエ変換像の配列位置に応じて複数の画像が同時に並列して再生されるホログラムを用いて複数の略点光源を同時に観察することを特徴とする方法である。

このホログラムは、位相型（特許文献２）でも振幅型（特許文献３）でもよい。

この場合、前記ホログラムが前記複数のフーリエ変換像が所定の形状の領域内に２次元配列原理に基づいて密に配列されていることが望ましい。

また、各原画像に対応する前記フーリエ変換像を単数又は複数並列配列して各原画像に対応する単位ホログラムが構成され、複数の原画像に対応する単位ホログラムを同一面上に所定の２次元配列原理に基づいて配列して計算機ホログラムとして前記ホログラムが作成されているようにしてもよい。

また、前記複数の単位ホログラム各々の最大径が４ｍｍ以上、２Ｌ・ｔａｎ１０°以下の大きさの任意の形状のものからなることことが望ましい。ただし、Ｌは観察者の眼からホログラムまでの距離である。

本発明は、枠内に透過型のフーリエ変換ホログラムとして構成された計算機ホログラムが嵌め込まれてなる前記ホログラムを用いて観察する方法を含むものである。

本発明によれば、眼との相対位置を固定した状態でも、複数の画像が同時に並列して再生されるホログラム観察法を提供することができる。

本発明に基づくホログラムの１つの作成方法を示すフローチャート（ａ）とそのフローチャートを説明するための模式図（ｂ）である。図１に従って得られたホログラムを用いて画像を再生する場合の説明図である。図１に従って得られたホログラムから各再生像を見ることができる点光源の位置及び各再生像を見ることができる領域を示した図である。眼から所定距離離れた位置にホログラムを配置して図３のような観察をするときの眼の画角内に入るホログラムの１次元方向の領域を示す図である。指でホログラムを掴んで眼の前に配置する場合の単位ホログラムの最大径を示す図である。窓ガラスにホログラムを貼り付ける代表的な場合の眼から窓ガラスまでの距離と単位ホログラムの最大径を示す図である。同時に２つの再生像を見ることができるための単位ホログラムのパターンの配列例を示す図である。同時に２つの再生像を見ることができるための単位ホログラムのパターンの別の配列例を示す図である。同時に２つの再生像を見ることができるための単位ホログラムのパターンのさらに別の配列例を示す図である。同時に２つの再生像を見ることができるための単位ホログラムのパターンのさらに別の配列例を示す図である。同時に２つの再生像を見ることができるための単位ホログラムのパターンのさらに別の配列例を示す図である。同時に３つの再生像を見ることができるための単位ホログラムのパターンの配列例を示す図である。単位ホログラムの形状と大きさに種々のものが使用できることを例示するためのホログラムを示す図である。従来例において光源１つに１つの画像が再生される様子を説明する図である。従来例において複数の光源に対して対応する数の画像が再生される様子を説明する図である。従来のホログラムメガネとその作用を説明するための図である。

以下、図面に基づいて本発明のホログラム観察法に用いるホログラムとそれを用いたホログラム観察具の実施例を説明する。

図１（ａ）は本発明に基づくホログラムの１つの作成方法を示すフローチャートである。また、図１（ｂ）はそのフローチャートを説明するための模式図である。まず、計算機上で、複数の原画像４１、４２を作成する（ステップ１０１）。原画像４１は例えば三日月パターンａとし、原画像４２は星パターンｂである。

この各原画像４１、４２を計算機上で、フーリエ変換してフーリエ変換像５１、５２を作成する（ステップ１０２）。そして、各々のフーリエ変換像５１、５２を二値以上の多値化を行う（ステップ１０３）。図１（ｂ）において、６１は原画像４１に対応するこのような多値化したフーリエ変換像（回折光学素子；要素ホログラム）であり、６２は原画像４２に対応する多値化したフーリエ変換像（回折光学素子；要素ホログラム）である。

そして、再生像のシミュレーションを行う（ステップ１０４）。このシミュレーションは多値化したフーリエ変換像６１、６２に逆フーリエ変換を施し、それぞれ再生像７１、７２を得て、上述の各工程での処理が適正に行われていたかをチェックするものである。

次に、各々に多値化したフーリエ変換像（要素ホログラム）６１、６２それぞれを希望の範囲まで配列する（ステップ１０５）。例えば、二値化されたフーリエ変換像６１、６２をそれぞれ縦、横に４つ並べて単位ホログラム１３−１（Ａ）、１３−２（Ｂ）を得る。

次に、単位ホログラム１３−１、１３−２を所定の２次元配列原理に基づいて配列し（ステップ１０６）、計算機ホログラム１４が作成される。図１（ｂ）においては、計算機ホログラム１４は、単位ホログラム１３−１、１３−２がチェッカーフラグ模様状に配列されている。なお、ここで、２次元配列する各単位ホログラム１３−１、１３−２は矩形形状のものとしている。

このようにして配列された計算機ホログラム１４を、レーザースキャナ等を用いてフィルム上に出力する（ステップ１０７）。また、この計算機ホログラム１４は、例えば特許文献２に記載の半導体製造プロセスとエッチングを用いた多値化によって作製することも可能である。

図２は、このようにして得られたホログラム１４を用いて画像を再生する場合の説明図である。図２（ａ）において、２２は観察者の眼、２３₁〜２３₉は９つの点光源（小面積の光源）である。ホログラム１４の背後の点光源２３₁〜２３₉を９つ配置し、観察者の眼２２がホログラム１４を見ると、眼２２の瞳の中心と点光源２３₁〜２３₉を結ぶ直線がホログラム１４と交差する位置の単位ホログラム１３−１、１３−２（図２（ｂ））に対応して、例えば図２（ｃ）のように、中心の画像ａ（三日月パターン）の周りに画像ｂ（星パターン）が取り囲むような再生画像２８が再生されて見ることができる。

図３は、左眼若しくは右眼でこのようにして得られたホログラム１４から、各再生像を見ることができる点光源の位置及び各再生像を見ることができる領域を示した図である。図３において、符号２２は、左眼若しくは右眼を示し、２３₄、２３₅、２３₆は、各々の再生像を見ることができる点光源の位置を示し、３２は再生像ａ（三日月）を見ることができる領域を示し、３３は再生像ｂ（星）を見ることができる領域を示す。このように、観察者の眼２２の瞳の中心と点光源２３₄、２３₅、２３₆を結ぶ直線がホログラム１４と交差する位置の単位ホログラム１３−１と単位ホログラム１３−２に対応した領域それぞれ３２、３３に画像ａ（三日月パターン）、画像ｂ（星パターン）が再生されて見ることができる。なお、この単位ホログラム１３−１と単位ホログラム１３−２は、それぞれ単数又は複数の要素ホログラム６１、６２から構成された最大径が４ｍｍ以上、２Ｌ・ｔａｎ１０°以下の大きさのものである。ここで、Ｌは眼２２からホログラム１４までの距離である。

以上の単位ホログラム１３−１、１３−２の最大径の範囲４ｍｍ〜２Ｌ・ｔａｎ１０°については、実験より経験的に定まる数値範囲である。すなわち、単位ホログラム１３−１、１３−２の最大径の下限の４ｍｍについては、このようなホログラム１４を用いて観察するときの人間の眼２２の瞳の径が４ｍｍ程度であるため、単位ホログラム１３−１、１３−２の最大径がその瞳の径４ｍｍ以上にないと、隣接する２つの単位ホログラム１３−１、１３−２が同時に瞳内に入って単位ホログラム１３−１、１３−２による画像ａとｂを分離して同時に見ることができなくなる恐れがあるためである。単位ホログラム１３−１、１３−２の最大径の上限の２Ｌ・ｔａｎ１０°については、次のように定められる。

人間の眼２２が相対移動せずに相互に離れた物体２つを同時に見ることができる画角は約２０°であることが簡単な実験により確認できる。図４は、眼２２から距離Ｌだけ離れた位置にホログラム１４を配置して図３のような観察をするときのその画角内に入るホログラム１４の１次元方向の領域を示す図であり、その１次元方向の領域は２Ｌ・ｔａｎ１０°となることが分かる。この範囲に少なくとも２つの単位ホログラム１３−１、１３−２が入るためには、単位ホログラム１３−１、１３−２の最大径の上限が２Ｌ・ｔａｎ１０°であることが分かる。

図５は、指でホログラム１４を掴んで眼２２の前に配置する場合の代表的な場合の眼２２からホログラム１４までの距離Ｌと単位ホログラム１３−１、１３−２の最大径の上限２Ｌ・ｔａｎ１０°を示す図であり、眼２２の前の１２ｍｍ程度の位置にホログラム１４が持ってこられるので、単位ホログラム１３−１、１３−２の最大径は４．０〜４．２ｍｍの範囲にあることが必要であることが分かる。

図６は、窓ガラスにホログラム１４を貼り付ける代表的な場合の眼２２から窓ガラス（ホログラム１４）までの距離Ｌと単位ホログラム１３−１、１３−２の最大径の上限２Ｌ・ｔａｎ１０°を示す図であり、眼２２の前の３０ｃｍ程度の位置にホログラム１４が位置することになるので、単位ホログラム１３−１、１３−２の最大径は４．０ｍｍ〜１０ｃｍの範囲にあることが必要であることが分かる。

以上の検討から、本発明のホログラム１４をメガネ、窓ガラス等の形態として眼２２の前に配置して使用する場合に、ホログラム１４中に配置されている単位ホログラム１３−１、１３−２が眼２２の網膜内に分離して複数同時に映るようにすることが重要であり、これから、単位ホログラム１３−１、１３−２の１つの最大径は、人間の眼２２の瞳径４ｍｍ以上で、人間の眼２２の画角２０°内に入る大きさ、すなわち、２Ｌ・ｔａｎ１０°以下であることが望ましい（Ｌは眼２２からホログラム１４までの距離）。そうしないと、眼２２を動かさないで同時に画像ａ（三日月パターン）、画像ｂ（星パターン）を見ることができなくなる。

ところで、本発明に基づくホログラム１４の単位ホログラムＡ（１３−１）、Ｂ（１３−２）等の２次元配列原理について説明する。図７は、長方形内部の碁盤の目状に配置された各正方形の領域に単位ホログラムＡのパターンと単位ホログラムＢのパターンを配列した例のホログラム１４で、図２によるものと同じである。

図８は、図７の配列の１行おきの行を上下の行に対して半ピッチずらした配列であり、このような配列をとるようにしてもよい。

なお、個々の単位ホログラムの形状は、矩形に限らず、三角形、六角形等任意の形状のものであってもよい。以下に、それらの配列のいくつかの例示を示す。

図９（ａ）は、正立した正三角形の単位ホログラムＡのパターンと倒立した正三角形の単位ホログラムＢのパターンを交互に配列した例のホログラム１４である。

図９（ｂ）は、図７の変形とも言うべきもので、正方形内部の碁盤の目状に配置された各正方形の領域大部分に単位ホログラムＡのパターンを配置し、縦横規則的な飛び飛びの領域に単位ホログラムＢのパターンを配置した例のホログラム１４である。

図１０（ａ）は、円環状に１０個の正五角形の単位ホログラムＡを配置し、その内外の領域に単位ホログラムＢのパターンを配置した例のホログラム１４である。

図１０（ｂ）は、正六角形の単位ホログラムＡを０°方向、６０°方向、１２０°方向に並べて配置し、その正六角形の単位ホログラムＡ間の正三角形の領域に単位ホログラムＢのパターンを配置した例のホログラム１４である。

図１１（ａ）は、十字形状の単位ホログラムＡを縦横に接して周期的に配置し、その十字形状の単位ホログラムＡ間の八角形の領域に単位ホログラムＢを配置した例のホログラム１４である。

図１１（ｂ）は、円環状の単位ホログラムＡを縦横に接して周期的に配置し、その円環状の単位ホログラムＡ内及び間の領域に単位ホログラムＢを配置した例のホログラム１４である。

また、以上の例では、原画像として２種類の画像ａ、ｂを用いたが、図１２に例示するように、長方形内部の碁盤の目状に配置された各正方形の領域に３種類以上の画像ａ、ｂ
、ｃを再生する単位ホログラムＡのパターン、単位ホログラムＢのパターン、単位ホログラムＣのパターンを任意の２次元配列原理で配列するようにしてもよい。

もちろん、２種類以上の単位ホログラムのパターンを規則的でなくランダムに配置することにより、より人の目を引く配列の画像を再生するホログラム１４が得られる。

さらには、単位ホログラムＡ、Ｂの形状と大きさには種々のものが使用できる。図１３はそのための例示のホログラム１４を示す図であり、比較的大きな１個の正方形の単位ホログラムＡの周りに８個の単位ホログラムＢを配置して正方形のホログラム１４としており、８個の単位ホログラムＢは、長方形のもの４個と、Ｌ字形のもの４個とからなる。

以上のように、本発明に基づくホログラム１４の単位ホログラムＡ、Ｂ、Ｃ等の形状、２次元配列方法については、格別限定されず種々の形状、配列方法が採用可能であり、かつ、同一の画像を再生する単位ホログラムの形状も種々のものが混在していてもよい。ただし、そのような単位ホログラム個々の寸法は、上記したように、最大径が４ｍｍ〜２Ｌ・ｔａｎ１０°の範囲に納まるものを用いるのが望ましい。

なお、各単位ホログラムを構成する単数又は複数の要素ホログラム６１、６２についても、複数の異なる形状のものを任意に組み合わせて配列するすることで以上のような単位ホログラムＡ、Ｂ、Ｃ等を構成するようにしてもよい。

さて、以上のようなホログラム１４は、図１６（ａ）のメガネフレーム１の両眼用の枠内に嵌め込んでホログラム観察具として使用してもよいし、他の形態の枠、例えば紙製の枠に嵌め込んで遊具として使用するようにしてもよい。さらには、窓ガラスに貼り付けて使用するようにしてもよい。

以上、本発明によるホログラム観察法に用いるホログラムとそれを用いたホログラム観察具を実施例に基づいて説明してきたが、これらに限定されず種々の変形が可能である。なお、本発明によるホログラムは、片目用のホログラムメガネに用いることも含むものである。

１…メガネフレーム
２、３…透過型ホログラム
４、５、６、７…小面積の光源
８、９、１０、１１…パターン「ＮＯＥＬ」
１３−１、１３−２…単位ホログラム
１４…ホログラム（計算機ホログラム）
２１…透過型ホログラム
２２…眼
２３…点光源（小面積の光源）
２３₁〜２３₉…点光源（小面積の光源）
２４…単位ホログラム
２４₁…要素ホログラム
２５、２６…再生画像
２８…再生画像
３２…１つの再生像を見ることができる領域
３３…別の再生像を見ることができる領域
４１、４２…原画像
５１、５２…フーリエ変換像
６１、６２…多値化したフーリエ変換像（回折光学素子；要素ホログラム）
７１、７２…再生像
Ａ、Ｂ、Ｃ……単位ホログラム

Claims

複数の原画像をそれぞれフーリエ変換して得られる複数の対応するフーリエ変換像を、同一面上に所定の２次元配列原理に基づいて配列して計算機ホログラムとして作成されたホログラムであって、前記ホログラムを通して背後の複数の略点光源を見たときに、前記複数のフーリエ変換像の配列位置に応じて複数の画像が同時に並列して再生されるホログラムを用いて複数の略点光源を同時に観察することを特徴とするホログラム観察法。
前記ホログラムが前記複数のフーリエ変換像が所定の形状の領域内に２次元配列原理に基づいて密に配列されていることを特徴とする請求項１記載のホログラム観察法。
各原画像に対応する前記フーリエ変換像を単数又は複数並列配列して各原画像に対応する単位ホログラムが構成され、複数の原画像に対応する単位ホログラムを同一面上に所定の２次元配列原理に基づいて配列して計算機ホログラムとして前記ホログラムが作成されていることを特徴とする請求項１又は２記載のホログラム観察法。
前記複数の単位ホログラム各々の最大径が４ｍｍ以上、２Ｌ・ｔａｎ１０°以下の大きさの任意の形状のものからなることを特徴とする請求項３記載のホログラム観察法。ただし、Ｌは観察者の眼からホログラムまでの距離である。
枠内に透過型のフーリエ変換ホログラムとして構成された計算機ホログラムが嵌め込まれてなる前記ホログラムを用いて観察することを特徴とする請求項１から４の何れか１項記載のホログラム観察法。