JP2018180200A - カラーホログラム記録装置およびカラーホログラム製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ホログラム再生時における回折効率の低下を抑えたカラーホログラムを生成するカラーホログラム記録装置を提供する。【解決手段】カラーホログラム記録装置１は、ホログラム記録媒体ＨのすべてのセルをＧ色用の書き込み対象のセルとして、Ｇ色用のホログラムデータにより干渉縞を記録し、ホログラム記録媒体Ｈの１セルずつ間隔を開けたセルをＲ色用の書き込み対象のセルとして、Ｒ色用のホログラムデータにより干渉縞を記録し、Ｒ色のセルを補完するセルをＢ色用の書き込み対象のセルとして、Ｂ色用のホログラムデータにより干渉縞を記録する。【選択図】図１

Description

本発明は、カラーのホログラムを記録するカラーホログラム記録装置およびカラーホログラム製造方法に関する。

従来、３次元の被写体情報の記録・再生方式として、ホログラフィ技術がある。このホログラフィ技術は、物体から反射してくる光（物体光）と、物体光とは異なる光（参照光）とを干渉させ、その干渉によって形成される縞（干渉縞）を感光媒体に記録する。この干渉縞を記録した感光媒体をホログラムと呼ぶ。すなわち、ホログラムは、３次元の被写体情報を２次元平面に記録したものである。

近年では、ホログラム記録媒体に対して、要素ホログラムと呼ばれる微小なセルごとに干渉縞を記録する波面プリンタが知られている（特許文献１）。
この波面プリンタは、コンピュータ内で生成した３次元デジタルデータ（ホログラムデータ）を空間光変調器（Spatial Light Modulator：ＳＬＭ）を用いて再生し、得られた複素振幅分布（物体光）と、別の経路でホログラム面まで導かれた物体光と可干渉な光（参照光）との干渉縞をホログラム記録媒体に記録する。
この波面プリンタは、要素ホログラム（セル）を、上下左右に移動させながらセル単位でホログラムを記録し、最終的に１枚の大きなホログラムを生成している。

また、「体積型」と呼ばれるホログラフィでは、３原色に相当する波長の光源で、単一のホログラム記録媒体に、各原色に応じた３回の露光（重ね書き）を行うことで、カラー化を実現することができる（非特許文献１）。

特開２０１６−２１２２３１号公報

久保田敏弘著，"ホログラフィ入門−原理と実際"，朝倉書店発行，ｐ．１９１，１９９５年１１月２０日

従来の波面プリンタで、体積型カラーホログラムを生成するためには、原色ごとの３回の露光（重ね書き）を行う必要があるため、１色あたりの像再生時における回折効率が低下してしまうという問題がある。
これは、ホログラム記録媒体において、カラー記録を行う場合、各色に応じた細かさの干渉縞のモノクロパターンを同一の感光層に重ね書きする必要があり、１色あたりの濃淡の強さ（光強度）が分配されてしまうからである。この多重記録の問題は、「P.Hariharan,“Basics of Holography”, p.35, Cambridge University Press, 2002/03/14」にも記載されている。

そこで、本発明は、ホログラム再生時（像再生時）における回折効率の低下を抑えたカラーホログラムを生成することが可能なカラーホログラム記録装置およびカラーホログラム製造方法を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明に係るカラーホログラム記録装置は、３原色であるＲＧＢのカラーの干渉縞をセル単位でホログラム記録媒体に記録するカラーホログラム記録装置であって、光源切り替え手段と、光路分離手段と、空間変調手段と、記録媒体移動手段と、制御手段と、を備え、制御手段は、Ｇ色用の干渉縞記録時に、すべてのセルを書き込み対象とし、Ｒ色用の干渉縞記録時に、１セルずつ間隔を開けたセルを書き込み対象とし、Ｂ色用の干渉縞記録時に、前記Ｒ色用の干渉縞記録時の書き込み対象とはならないセルを書き込み対象とする構成とした。

かかる構成において、カラーホログラム記録装置は、光源切り替え手段によって、ＲＧＢの各色のレーザ光源のいずれかを切り替えて発光する。また、カラーホログラム記録装置は、光路分離手段によって、光源切り替え手段で切り替えて発光する光を２つの光路に分離する。また、カラーホログラム記録装置は、空間変調手段によって、分離された一方の光をホログラムデータにより物体光として変調する。また、カラーホログラム記録装置は、記録媒体移動手段によって、ホログラム記録媒体の書き込み対象となるセルを物体光と光路分離手段で分離された他方の光である参照光とが重なる照射位置に移動させる。

そして、カラーホログラム記録装置は、制御手段によって、ＲＧＢの色ごとにセル単位で記録媒体移動手段を駆動し、書き込み対象となるセルに対応するホログラムデータを空間変調手段に表示して、対応する色のレーザ光を光源切り替え手段で発光させるように制御する。
このとき、制御手段は、Ｇ色用の干渉縞記録時に、すべてのセルを書き込み対象とする。また、制御手段は、Ｒ色用の干渉縞記録時に、１セルずつ間隔を開けたセルを書き込み対象とする。また、制御手段は、Ｂ色用の干渉縞記録時に、Ｒ色用の干渉縞記録時の書き込み対象とはならないセルを書き込み対象とする。

このように、Ｒ色用のセルとＢ色用のセルとは互いに相補的な関係となり、同一場所において１回の露光によって、ホログラム記録媒体に対して、Ｒ色およびＢ色に対応する干渉縞が記録されることになる。
そして、Ｇ色用のセルについては、すべてのセルを書き込み対象とするため、カラーホログラム記録装置は、全体として２回の露光によって、ＲＧＢのカラーホログラムを生成することができる。

なお、Ｒ色用のセルおよびＢ色用のセルは、Ｇ色用のセルに対して、セル境界が重ならないように、予め定めたオフセット分ずらすことが好ましい。これによって、ホログラム再生時におけるセル境界を目立たなくすることができる。

また、前記課題を解決するため、本発明に係るカラーホログラム製造方法は、レーザ光を２つの光路に分離した一方の光を物体光として変調する空間変調手段と、分離した他方の光である参照光と前記物体光とが重なる照射位置に、ホログラム記録媒体の書き込み対象となるセルを移動させる記録媒体移動手段と、を備えたカラーホログラム記録装置で、３原色であるＲＧＢのカラーの干渉縞をホログラム記録媒体に記録するカラーホログラム製造方法であって、Ｇ光記録工程と、ＲＢ光記録工程と、を含む手順とした。

かかる手順において、ホログラム製造方法は、Ｇ光記録工程として、ホログラム記録媒体のホログラム面に、Ｇ色用のセルを間隔を開けずに割り当て、Ｇ色用のセルに対応するＧ色用のホログラムデータを空間変調手段に表示してＧ色のレーザ光を発光させる。
また、ＲＢ光記録工程として、ホログラム記録媒体のホログラム面に、Ｒ色用のセルとＢ色用のセルとを相補的に交互に割り当て、Ｒ色用のセルに対しては、対応するＲ色用のホログラムデータを空間変調手段に表示してＲ色のレーザ光を発光させ、Ｂ色用のセルに対しては、対応するＢ色用のホログラムデータを空間変調手段に表示してＢ色のレーザ光を発光させる。
これによって、ホログラム製造方法は、ホログラム面に対して２回の露光によって、ＲＧＢのカラーホログラムを記録することができる。

本発明は、以下に示す優れた効果を奏するものである。
本発明によれば、３原色のカラーホログラムを生成する際に、２回の書き込み（露光）でホログラムを生成することができる。これによって、本発明は、従来の３原色ごとの３回の書き込みに比べ、１回の書き込みにおける各色のダイナミックレンジ（振幅）を広くすることができ、ホログラム再生時における回折効率の低下を抑えることができる。

本発明の実施形態に係るカラーホログラム記録装置の構成を示す全体構成図である。 図１のホログラム記録制御装置の構成を示す機能ブロック図である。 書き込み対象のセルの構造図であって、（ａ）は緑色用のセルの構造図、（ｂ）は赤色用のセルの構造図、（ｃ）は青色用のセル構造図である。 本発明の実施形態に係るカラーホログラム記録装置の動作を示すフローチャートである。 書き込み対象の他の例のセルの構造図であって、（ａ）は緑色用のセルの構造図、（ｂ）は赤色用のセルの構造図、（ｃ）は青色用のセルの構造図である。 参考例の実施形態に係るカラーホログラム記録装置の構成を示す全体構成図である。

以下、図面を参照して本発明に係るカラーホログラム記録装置を実施するための形態について詳細に説明する。

［カラーホログラム記録装置の構成］
図１を参照して、本発明の実施形態に係るカラーホログラム記録装置１の構成について説明する。

カラーホログラム記録装置１は、予め定めた大きさの矩形領域であるセルＥＨ単位で、ホログラム記録媒体Ｈにカラーのホログラムを記録するものである。ここでは、カラーホログラム記録装置１は、光源１０と、光源切り替え手段１１と、１／２波長板１２と、光路分離手段１３と、空間フィルタ１４と、ミラー１５（１５_１，１５_２）と、光路変更手段１６と、空間光変調手段１７と、不要光除去手段１８と、縮小光学系１９と、記録媒体移動手段２０と、ホログラム記録制御装置５０と、を備える。

光源１０は、コヒーレント光（レーザ光）を発光するものである。この光源１０は、３原色のカラー（Ｒ，Ｇ，Ｂ）に対応した光源１０_Ｒ，１０_Ｇ，１０_Ｂである。
光源１０_Ｒは、赤色レーザ光を発光するものである。この光源１０_Ｒは、赤色光の波長６２０〜７５０ｎｍのうち、例えば、６３５ｎｍの波長のレーザ光を発光する。
光源１０_Ｇは、緑色レーザ光を発光するものである。この光源１０_Ｇは、緑色光の波長４９５〜５７０ｎｍのうち、例えば、５３２ｎｍの波長のレーザ光を発光する。
光源１０_Ｂは、青色レーザ光を発光するものである。この光源１０_Ｂは、青色光の波長４５０〜４９５ｎｍのうち、例えば、４６０ｎｍの波長のレーザ光を発光する。
この光源１０（１０_Ｒ，１０_Ｇ，１０_Ｂ）は、後記する光源切り替え手段１１からの出力上で光軸が一致するように予め配置される。
光源１０（１０_Ｒ，１０_Ｇ，１０_Ｂ）は、それぞれのレーザ光を、光源切り替え手段１１に出射する。

光源切り替え手段１１は、光源１０（１０_Ｒ，１０_Ｇ，１０_Ｂ）のそれぞれのレーザ光を切り替えて、同一の光路上に出射させるものである。
ここでは、光源切り替え手段１１は、シャッタ１１０と、径拡大手段１１１と、ミラー１１２，１１３と、光路変更手段１１４と、を備える。

シャッタ１１０は、光源１０からのレーザ光の通過、遮断を行うものである。このシャッタ１１０は、光源１０_Ｒ，１０_Ｇ，１０_Ｂに対応し、それぞれのレーザ光の出射を制御するシャッタ１１０_Ｒ，１１０_Ｇ，１１０_Ｂで構成される。これらのシャッタ１１０は、電磁シャッタ、あるいは、望ましくは音響光学変調器、音響光学偏光器等の光シャッタを用いることができる。
なお、シャッタ１１０_Ｒ，１１０_Ｇ，１１０_Ｂは、後記するホログラム記録制御装置５０からの指示でレーザ光の通過、遮断が制御される。

径拡大手段１１１は、シャッタ１１０を通過したレーザ光のビーム径を拡大した平行光とするものである。この径拡大手段１１１は、例えば、２つの凸レンズで構成することができる。この径拡大手段１１１のうち、シャッタ１１０側の凸レンズは、レーザ光のビーム径を拡大するもので、他方の凸レンズは、ビーム径が拡大されたレーザ光を平行光に変換するものである。

ミラー１１２は、光源１０_Ｒが出射する赤色レーザ光を光路変更手段１１４に反射するものである。
ミラー１１３は、光源１０_Ｂが出射する青色レーザ光を光路変更手段１１４に反射するものである。

光路変更手段１１４は、光源１０_Ｇが出射する緑色レーザ光を透過し、ミラー１１２で反射した赤色レーザ光を反射し、ミラー１１３で反射した青色レーザ光を反射することで、それぞれのレーザ光を１／２波長板１２に光路変更するものである。この光路変更手段１１４は、例えば、クロスハーフミラーで構成することができる。
なお、光源切り替え手段１１は、レーザ光の光軸を一致させる構成であれば、この構成に限定されるものではない。
このように、光源切り替え手段１１は、赤色レーザ光、青色レーザ光、緑色レーザ光のいずれかを切り替えて出射する。

１／２波長板１２は、光路変更手段１１４から入射したレーザ光の偏光面を回転させるものである。ここでは、１／２波長板１２は、４５度偏光に偏光面を回転させる。この偏光面が４５度回転された光は、光路分離手段１３に出射される。

光路分離手段１３は、入射したレーザ光を偏光成分に応じて分離するものである。この光路分離手段１３は、偏光ビームスプリッタ（Polarizing Beam Splitter：ＰＢＳ）で構成することができる。この光路分離手段１３は、１／２波長板１２から入射された光のうち、Ｐ偏光については、物体光を生成するための光として、ミラー１５_２に透過し、Ｓ偏光については、参照光となる光として、空間フィルタ１４に反射する。

空間フィルタ１４は、光路分離手段１３で分離された光のうち、参照光としてセルＥＨに照射する以外の外周部の光を遮蔽するものである。この空間フィルタ１４を通過した光は、ミラー１５_１に出射される。

ミラー１５は、入射光を全反射する全ミラーである。ここでは、ミラー１５_１は、空間フィルタ１４を通過した光をホログラム記録媒体Ｈの書き込み対象となるセルＥＨに反射する。また、ミラー１５_２は、光路分離手段１３で分離され、透過した光を光路変更手段１６に反射する。

光路変更手段１６は、入射光をその偏光成分に応じて分離するものである。この光路変更手段１６は、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）で構成することができる。この光路変更手段１６は、ミラー１５_２で反射したＰ偏光を空間光変調手段１７に透過する。また、光路変更手段１６は、空間光変調手段１７に反射して変調された光（Ｓ偏光）を反射し、不要光除去手段１８に出射する。

空間光変調手段１７は、ホログラムデータの光の強度分布または位相分布を変調するものである。この空間光変調手段１７は、ＳＬＭ（Spatial Light Modulator）で構成することができる。
この空間光変調手段１７は、ホログラム記録制御装置５０から入力した色ごとのホログラムデータをページデータとして表示し、光路変更手段１６から照射される光によって変調された光（複素振幅分布）を物体光として出射する。

不要光除去手段１８は、空間光変調手段１７から物体光と共に出射される不要光を除去するものである。この不要光除去手段１８は、空間光変調手段１７の回折光のうち、物体光である１次回折光のみを通過させる。すなわち、不要光除去手段１８は、０次回折光、高次回折光を除去する。この不要光除去手段１８は、１次回折光である物体光を縮小光学系１９に出射する。

この不要光除去手段１８は、レンズ１８０と、遮蔽板１８１と、レンズ１８２と、で構成することができる。
レンズ１８０は、光路変更手段１６から入射した光を遮蔽板１８１に集光する凸レンズである。
遮蔽板１８１は、不要光を除去するもので、ハーフゾーンプレート処理を行うための、物体光の半分を遮蔽するマスクである。
レンズ１８２は、遮蔽板１８１を通過した光を平行光に変換する凸レンズである。

縮小光学系１９は、不要光除去手段１８から入射した光を縮小するものである。すなわち、縮小光学系１９は、空間光変調手段１７であるＳＬＭの画素サイズ分の光をセルＥＨ内に縮小して照射する。この縮小光学系１９は、２つの焦点距離の異なる凸レンズ１９０，１９１で構成することができる。これによって、光の回折により、ホログラム再生時の視野角を広げることができる。

記録媒体移動手段２０は、ホログラムデータを記録する対象であるホログラム記録媒体Ｈを、ホログラムデータの書き込み単位のセルＥＨごとに、水平方向および垂直方向に移動させるものである。記録媒体移動手段２０は、例えば、Ｘ−Ｙステージで構成することができる。
この記録媒体移動手段２０は、後記するホログラム記録制御装置５０によって、書き込み単位のセルＥＨが、物体光と参照光とが重なる照射位置となるように制御される。
なお、セルＥＨの大きさは、人間の目の分解能である１画素を視覚に換算して１分（１／６０度）に相当する大きさ以下が望ましい。例えば、視距離が２ｍ前後であると想定し、セルＥＨの大きさは、０．５〜１．０ｍｍ程度とする。

ホログラム記録制御装置（制御手段）５０は、カラーホログラム記録装置１全体の動作を制御するものである。このホログラム記録制御装置５０は、書き込み対象となるセルＥＨが、参照光と物体光とが重なる照射位置（基準位置）になるように記録媒体移動手段２０を制御する。

ここで、図２を参照（適宜図１参照）して、ホログラム記録制御装置５０の構成について説明する。
図２に示すように、ホログラム記録制御装置５０は、光源制御手段５１と、セル位置制御手段５２と、記憶手段５３と、セルデータ表示手段５４と、同期手段５５と、を備える。

光源制御手段５１は、光源１０の照射のＯＮ／ＯＦＦを制御するものである。この光源制御手段５１は、同期手段５５からの指示により、光源切り替え手段１１のシャッタ１１０_Ｒ，１１０_Ｇ，１１０_Ｂに対して、いずれかのシャッタ１１０の照射をＯＮとし、他のシャッタの照射をＯＦＦする。
これによって、ホログラム記録制御装置５０は、ホログラム記録媒体Ｈの書き込み対象のセルＥＨに干渉縞を記録するときだけ、３原色のいずれかのレーザ光のみを照射させることができる。

セル位置制御手段５２は、書き込み対象のセルＥＨを、物体光と参照光とが重なる基準位置に移動するように、記録媒体移動手段２０を駆動制御するものである。
このセル位置制御手段５２は、同期手段５５から指定されたセルＥＨを、基準位置に移動するように、記録媒体移動手段２０を駆動制御し、駆動を完了した後、駆動完了を同期手段５５に通知する。

ここで、図３を参照して、ホログラム記録媒体Ｈにおける各色の書き込み対象となるセルについて説明する。なお、ここでは、図面の見やすさを考慮し、ホログラム記録媒体Ｈにおけるセルの数を縦横ともに５個とする。

図３（ａ）に示すように、緑色（Ｇ）に対応するホログラムデータ（Ｇ光データ）については、ホログラム面のすべてのセルＥＨ（Ｇ色用のセルＥＨ_Ｇ）を書き込み対象として割り当てる。
また、図３（ｂ）に示すように、赤色（Ｒ）に対応するホログラムデータ（Ｒ光データ）については、水平および垂直に１セルずつ開けて書き込み対象のセルＥＨ（Ｒ色用のセルＥＨ_Ｒ）を割り当てる。また、セルＥＨ_Ｒの位置は、セルＥＨ_Ｇに対して、それぞれ水平および垂直に１／２セル分ずらした位置とする。なお、図３（ｂ）では、セルＥＨ_Ｇの境界を破線で示している。

また、図３（ｃ）に示すように、青色（Ｂ）に対応するホログラムデータ（Ｂ光データ）については、水平および垂直に１セルずつ開けて書き込み対象のセルＥＨ（Ｂ色用のセルＥＨ_Ｂ）を割り当てる。また、セルＥＨ_Ｂの位置は、セルＥＨ_Ｇに対して、それぞれ水平および垂直に１／２セル分ずらした位置とし、Ｒ光データのセルＥＨ_Ｒを補完する位置とする。なお、図３（ｃ）では、セルＥＨ_Ｇの境界を破線で示している。
ここでは、セルＥＨ_ＲおよびセルＥＨ_Ｇを、セルＥＨ_Ｇに対して、１／２セルだけずらしているが、必ずしも厳密に１／２セルだけずらす必要はなく、少なくともセルＥＨ_ＲおよびセルＥＨ_Ｇのセル境界が、セルＥＨ_Ｇと重ならなければよい。

図１に戻って、カラーホログラム記録装置１の構成について説明を続ける。
セル位置制御手段５２は、図３で説明したように、同期手段５５の制御によって、色ごとに異なるセルを、参照光と物体光とにより照射される基準位置に移動させる。

記憶手段５３は、予め生成したホログラムデータを記憶するものである。ホログラムデータは、一般的な計算機合成ホログラム（Computer Generated Hologram：ＣＧＨ）等により生成されるカラーホログラムデータである。ここでは、記憶手段５３に、ホログラムデータのうちで、緑色（Ｇ）の成分のみを抽出したＧ光データと、赤色（Ｒ）の成分のみを抽出したＲ光データと、青色（Ｂ）の成分のみを抽出したＢ光データと、を記憶しておく。
この記憶手段５３は、ハードディスク、半導体メモリ等の一般的な記憶装置で構成することができる。なお、ここでは、記憶手段５３に、Ｇ光データと、Ｒ光データと、Ｂ光データと、を予め分離して記憶することとしたが、カラーホログラムデータを記憶し、後記するセルデータ表示手段５４は、必要とする色のホログラムデータを抽出することとしてもよい。

セルデータ表示手段５４は、空間光変調手段（ＳＬＭ）１７に表示するホログラムデータを出力するものである。このセルデータ表示手段５４は、同期手段５５からの指示により、書き込み対象のセルＥＨ、および、書き込み対象の色に対応するホログラムデータを記憶手段５３から読み出して、空間光変調手段（ＳＬＭ）１７に出力する。
これによって、ホログラム記録制御装置５０は、書き込み対象のセルＥＨに対応するＲＧＢの各色用のホログラムデータを用いて物体光とすることができる。

同期手段５５は、カラーホログラム記録装置１全体の動作を同期制御するものである。この同期手段５５は、外部から起動を指示されることで、セル位置制御手段５２に対して、書き込み対象となるセルＥＨの移動を指示する。例えば、緑色のホログラムデータを表示する場合、同期手段５５は、ホログラム記録媒体Ｈの左上のセルを最初の書き込み対象とし、順次、水平方向および垂直方向に書き込み対象を切り替える。また、赤色または青色のホログラムデータを表示する場合、同期手段５５は、図３（ｂ），（ｃ）で説明したように、緑色を対象としたセルＥＨ_Ｇに対して、１／２セルずらして、１セルおきに赤色または青色を相互に補完する位置のセルＥＨ_Ｒ，ＥＨ_Ｂを順次書き込み対象とするように切り替える。

また、同期手段５５は、セルＥＨの移動に同期して、セルデータ表示手段５４に対して、書き込み対象となるセルＥＨへのホログラムデータの表示を指示する。すなわち、同期手段５５は、書き込み対象とする色と、書き込み対象となるセルの位置とを、セルデータ表示手段５４に通知することで、セルデータ表示手段５４が、対応するホログラムデータ（Ｇ光データ、Ｒ光データ、Ｂ光データ）を表示する。

そして、同期手段５５は、セル位置制御手段５２におけるセルＥＨの駆動、および、セルデータ表示手段５４におけるホログラムデータの表示が完了した段階で、光源制御手段５１に対して、書き込み対象の色ごとに、光源１０のシャッタ１１０を開け、レーザ光を照射するように指示する。

このように、ホログラム記録制御装置５０は、視覚特性上、解像度に対する寄与の大きい緑色のホログラムデータ（Ｇ光データ）については、ホログラム記録媒体Ｈの全面に干渉縞を記録する。また、ホログラム記録制御装置５０は、赤色および青色のホログラムデータ（Ｒ光データ、Ｂ光データ）については、それぞれを補完するパターンで、ホログラム記録媒体Ｈの全面に干渉縞を記録する。

これによって、ホログラム記録制御装置５０は、ホログラム記録媒体Ｈに干渉縞を記録する際に、ホログラム記録媒体Ｈのどの位置においても、Ｇ光データおよびＲ光データを用いた干渉縞と、Ｇ光データおよびＢ光データを用いた干渉縞とのいずれか一方のみを記録することになる。

以上説明したようにカラーホログラム記録装置１を構成することで、カラーホログラム記録装置１は、ホログラム記録媒体Ｈの同一位置に対して、２回の書き込み（露光）のみで、カラーのホログラムを生成することができる。
これによって、カラーホログラム記録装置１は、従来のように３回の書き込みを行う場合に比べ、１色あたりのダイナミックレンジを広くとることができ、回折効率（照明光のうちで、ホログラム再生時に寄与する光の割合）の低下を抑えることができる。

一般的に、ホログラム記録媒体Ｈに干渉縞を記録する場合、ダイナミックレンジには限度がある。そのため、ホログラム記録媒体Ｈに重ね書きを行うと１回分のダイナミックレンジ（振幅）は、Ｎ回の重ね書きに対し、１／Ｎに縮小してしまう。この場合、ホログラム再生時の照明光のうちで、像再生に寄与する割合である回折効率は、１／Ｎ^２に低下してしまう。
すなわち、カラーホログラム記録装置１は、通常、Ｎ＝３の書き込みを行う従来の手法に比べ、ＲおよびＢを空間的に構造化しているため、Ｎ＝２の書き込みでカラーホログラムを生成することができる。その結果、カラーホログラム記録装置１は、従来に比べ、２倍以上の回折効率の改善を図ることができる。

また、カラーホログラム記録装置１は、Ｇ光データのセルに対して、Ｒ光データおよびＢ光データのセルを１／２セルだけずらすことで、セル間の繋ぎ目が分散されることになり、セルの繋ぎ目を目立たなくすることができる。
これによって、カラーホログラム記録装置１は、生成したホログラムの再生時における視認性を高めることができる。

［カラーホログラム記録装置の動作］
次に、図４を参照（構成については、適宜図１，図２参照）して、本発明の実施形態に係るカラーホログラム記録装置１の動作（カラーホログラム製造方法）について説明する。なお、以下の動作で、カラーホログラム記録装置１は、Ｇ光のホログラムを記録するＧ光記録工程と、Ｒ光およびＢ光のホログラムを記録するＲＢ光記録工程とを行うが、この順番は任意であり、どの色光のホログラムから記録しても構わない。

＜Ｇ光記録工程＞
まず、ステップＳ１において、カラーホログラム記録装置１は、Ｇ光データの書き込み対象のセルＥＨを基準位置（照射位置）に移動させる。すなわち、ホログラム記録制御装置５０は、同期手段５５からセル位置制御手段５２に、Ｇ光データに対応するセルＥＨを基準位置に移動させる指示を行う。そして、セル位置制御手段５２は、記録媒体移動手段２０を駆動制御し、ホログラム記録媒体Ｈを面方向に移動させて、書き込み対象のセルＥＨを基準位置に移動させる。
なお、カラーホログラム記録装置１は、ステップＳ１を動作するたびに、図３（ａ）で説明したように、すべてのホログラム面を覆うように、順次、セルＥＨ_Ｇの位置を移動させる。

そして、ステップＳ２において、カラーホログラム記録装置１は、書き込み対象のセルＥＨに対応するホログラムデータ（Ｇ光データ）を、空間光変調手段（ＳＬＭ）１７に表示する。すなわち、ホログラム記録制御装置５０は、同期手段５５からの指示により、セルデータ表示手段５４のＧ光データ表示手段５４０によって、書き込み対象のセルＥＨに対応するＧ光データを記憶手段５３から読み出して、ＳＬＭ１７に出力する。

その後、ステップＳ３において、カラーホログラム記録装置１は、書き込み対象のセルＥＨに、物体光および参照光を照射し、干渉縞を記録する。すなわち、ホログラム記録制御装置５０は、同期手段５５からの指示により、光源制御手段５１によって、緑色のレーザ光を発光する光源１０_Ｇのシャッタ１１０_Ｇを開けて、レーザ光を照射する。
これによって、光路分離手段１３で分離された緑色のレーザ光が、それぞれ、物体光および参照光として、書き込み対象のセルＥＨに照射され、干渉縞が記録される。なお、干渉縞を記録するための予め定めた時間の照射が完了した後、光源制御手段５１は、シャッタ１１０_Ｇを閉じて、レーザ光の照射を停止する。

そして、ステップＳ４において、カラーホログラム記録装置１は、同期手段５５によって、ホログラム記録媒体ＨのすべてのセルＥＨへの記録が完了したか否かを判定する。
ここで、すべてのセルＥＨへの記録が完了していない場合（Ｎｏ）、カラーホログラム記録装置１は、ステップＳ１に戻って、動作を継続する。一方、すべてのセルＥＨへの記録が完了した場合（Ｙｅｓ）、カラーホログラム記録装置１は、ステップＳ５に動作を進める。

＜ＲＢ光記録工程：Ｒ光記録＞
次に、ステップＳ５において、カラーホログラム記録装置１は、Ｒ光データの書き込み対象のセルＥＨを基準位置（照射位置）に移動させる。すなわち、ホログラム記録制御装置５０は、同期手段５５からセル位置制御手段５２に、Ｒ光データに対応するセルＥＨを基準位置に移動させる指示を行う。そして、セル位置制御手段５２は、記録媒体移動手段２０を駆動制御し、ホログラム記録媒体Ｈを面方向に移動させて、書き込み対象のセルＥＨを基準位置に移動させる。
なお、カラーホログラム記録装置１は、ステップＳ５を動作するたびに、図３（ｂ）で説明したように、Ｇ光に対応するセルに対して、水平方向および垂直方向にそれぞれ１／２ずらし、かつ、１セルずつ開けて、順次、セルＥＨ_Ｒの位置を移動させる。

そして、ステップＳ６において、カラーホログラム記録装置１は、書き込み対象のセルＥＨに対応するホログラムデータ（Ｒ光データ）を、空間光変調手段（ＳＬＭ）１７に表示する。すなわち、ホログラム記録制御装置５０は、同期手段５５からの指示により、セルデータ表示手段５４のＲ光データ表示手段５４１によって、書き込み対象のセルＥＨに対応するＲ光データを記憶手段５３から読み出して、ＳＬＭ１７に出力する。

その後、ステップＳ７において、カラーホログラム記録装置１は、書き込み対象のセルＥＨに、物体光および参照光を照射し、干渉縞を記録する。すなわち、ホログラム記録制御装置５０は、同期手段５５からの指示により、光源制御手段５１によって、赤色のレーザ光を発光する光源１０_Ｒのシャッタ１１０_Ｒを開けて、レーザ光を照射する。
これによって、光路分離手段１３で分離された赤色のレーザ光が、それぞれ、物体光および参照光として、書き込み対象のセルＥＨに照射され、干渉縞が記録される。なお、干渉縞を記録するための予め定めた時間の照射が完了した後、光源制御手段５１は、シャッタ１１０_Ｒを閉じて、レーザ光の照射を停止する。

そして、ステップＳ８において、カラーホログラム記録装置１は、同期手段５５によって、ホログラム記録媒体Ｈの赤色を対象としたセルＥＨへの記録が完了したか否かを判定する。
ここで、赤色を対象としたセルＥＨへの記録が完了していない場合（Ｎｏ）、カラーホログラム記録装置１は、ステップＳ５に戻って、動作を継続する。一方、赤色を対象としたセルＥＨへの記録が完了した場合（Ｙｅｓ）、カラーホログラム記録装置１は、ステップＳ９に動作を進める。

＜ＲＢ光記録工程：Ｂ光記録＞
次に、ステップＳ９において、カラーホログラム記録装置１は、Ｂ光データの書き込み対象のセルＥＨを基準位置（照射位置）に移動させる。すなわち、ホログラム記録制御装置５０は、同期手段５５からセル位置制御手段５２に、Ｂ光データに対応するセルＥＨを基準位置に移動させる指示を行う。そして、セル位置制御手段５２は、記録媒体移動手段２０を駆動制御し、ホログラム記録媒体Ｈを面方向に移動させて、書き込み対象のセルＥＨを基準位置に移動させる。
なお、カラーホログラム記録装置１は、ステップＳ９を動作するたびに、図３（ｃ）で説明したように、Ｇ光に対応するセルに対して、水平方向および垂直方向にそれぞれ１／２ずらし、かつ、Ｒ光の対応するセルを補完するように１セルずつ開けて、順次、セルＥＨ_Ｂの位置を移動させる。

そして、ステップＳ１０において、カラーホログラム記録装置１は、書き込み対象のセルＥＨに対応するホログラムデータ（Ｂ光データ）を、空間光変調手段（ＳＬＭ）１７に表示する。すなわち、ホログラム記録制御装置５０は、同期手段５５からの指示により、セルデータ表示手段５４のＢ光データ表示手段５４２によって、書き込み対象のセルＥＨに対応するＢ光データを記憶手段５３から読み出して、ＳＬＭ１７に出力する。

その後、ステップＳ１１において、カラーホログラム記録装置１は、書き込み対象のセルＥＨに、物体光および参照光を照射し、干渉縞を記録する。すなわち、ホログラム記録制御装置５０は、同期手段５５からの指示により、光源制御手段５１によって、青色のレーザ光を発光する光源１０_Ｂのシャッタ１１０_Ｂを開けて、レーザ光を照射する。
これによって、光路分離手段１３で分離された青色のレーザ光が、それぞれ、物体光および参照光として、書き込み対象のセルＥＨに照射され、干渉縞が記録される。なお、干渉縞を記録するための予め定めた時間の照射が完了した後、光源制御手段５１は、シャッタ１１０_Ｂを閉じて、レーザ光の照射を停止する。

そして、ステップＳ１２において、カラーホログラム記録装置１は、同期手段５５によって、ホログラム記録媒体Ｈの青色を対象としたセルＥＨへの記録が完了したか否かを判定する。
ここで、青色を対象としたセルＥＨへの記録が完了していない場合（Ｎｏ）、カラーホログラム記録装置１は、ステップＳ９に戻って、動作を継続する。一方、青色を対象としたセルＥＨへの記録が完了した場合（Ｙｅｓ）、カラーホログラム記録装置１は、動作を終了する。

以上の動作によって、カラーホログラム記録装置１は、ホログラム記録媒体Ｈへの２回の書き込み（露光）で、カラーホログラムを生成することができる。また、カラーホログラム記録装置１は、Ｇ光の書き込み対象となるセルに対して、Ｒ光およびＢ光の書き込み対象となるセルを１／２セルずらして、ホログラムを記録することで、像再生時においてセル境界を目立たなくすることができる。

以上、本発明の実施形態に係るカラーホログラム記録装置１の構成および動作について説明したが、本発明は、この実施形態に限定されるものではない。

＜変形例１＞
ここでは、記憶手段５３にＲ光データとＢ光データとを個別に予め記憶した。しかし、Ｒ色用のセルおよびＢ色用のセルは相補的関係にあるため、予めＲ光データとＢ光データとを、ホログラム記録媒体Ｈに対する１つのホログラムデータ（ＲＢ光データ）として記憶しておくこととしてもよい。

この場合、Ｒ光データ表示手段５４１と、Ｂ光データ表示手段５４２とを、１つのＲＢ光データ表示手段とすることができる。そして、同期手段５５は、セル位置制御手段５２に対して、セル単位でホログラム記録媒体Ｈを移動させるように記録媒体移動手段２０に指示する。また、同期手段５５は、セルの移動に同期して、ＲＢ光データ表示手段に対して、書き込み対象となるセルへのホログラムデータ（ＲＢ光データ）の表示を指示する。そして、同期手段５５は、セルの移動に同期して、光源制御手段５１に対して、書き込み対象の色（ＲＢ）ごとに、シャッタ１１０_Ｒ、１１０_Ｂを交互に開け、赤色レーザ光と青色レーザ光とを交互に照射するように指示する。

＜変形例２＞
また、ここでは、図３（ｂ），（ｃ）に示したように、Ｒ色用のセルＥＨ_ＲおよびＢ色用のセルＥＨ_Ｂを、それぞれ、水平および垂直に１セルずつ開けて書き込み対象のセルとした。しかし、このセルの配置は、これに限定されるものではない。例えば、図５にその一例を示す。

図５（ａ）は、緑色（Ｇ）の書き込み対象のセル（Ｇ色用のセルＥＨ_Ｇ）を示し、図３（ａ）と同様である。
図５（ｂ）に示すように、赤色（Ｒ）に対応するホログラムデータ（Ｒ光データ）については、垂直に１セルずつ開けて書き込み対象のセルＥＨ（Ｒ色用のセルＥＨ_Ｒ）を割り当てる。また、セルＥＨ_Ｒの位置は、セルＥＨ_Ｇに対して、それぞれ水平および垂直に１／２セル分ずらした位置とする。なお、図５（ｂ）では、セルＥＨ_Ｇの境界を破線で示している。

また、図５（ｃ）に示すように、青色（Ｂ）に対応するホログラムデータ（Ｂ光データ）については、垂直に１セルずつ開けて書き込み対象のセルＥＨ（Ｂ色用のセルＥＨ_Ｂ）を割り当てる。また、セルＥＨ_Ｂの位置は、セルＥＨ_Ｇに対して、それぞれ水平および垂直に１／２セル分ずらした位置とし、Ｒ光データのセルＥＨ_Ｒを補完する位置とする。なお、図５（ｃ）では、セルＥＨ_Ｇの境界を破線で示している。
ここでは、セルＥＨ_ＲおよびセルＥＨ_Ｂを、それぞれ、垂直方向に１セルずつ開けて、相補的に書き込み対象としたが、もちろん、それぞれ、水平方向に１セルずつ開けて、相補的に書き込み対象としても構わない。

＜変形例３＞
また、ここでは、Ｇ光データに対応するセルに対して、Ｒ光データおよびＢ光データに対応するセルを１／２セルずらして干渉縞を記録した。しかし、Ｒ光データおよびＢ光データに対応するセルをずらさないこととしてもよい。この場合であっても、ホログラム記録媒体には、同一領域に２回の重ね書きしか行わないため、ホログラム再生時における回折効率の低下を抑えることができる。

＜参考例＞
ここでは、カラーホログラム記録装置１は、空間光変調手段１７を用いて、計算機合成ホログラム等によって生成されたホログラムデータから物体光を生成した。
しかし、本発明は、実物体の物体光を用いてホログラムを生成する装置に応用することもできる。

参考例として、図６を参照して、実物体の物体光を用いて、カラーホログラムを生成するカラーホログラム記録装置１Ｂについて説明する。
図６に示すように、カラーホログラム記録装置１Ｂは、光源１０と、光源切り替え手段１１と、光路分離手段１３と、ミラー１５（１５_１，１５_２）と、拡大レンズ３０と、拡大光学系３１と、を備える。拡大レンズ３０および拡大光学系３１以外は、図１で説明したカラーホログラム記録装置１と同じである。
ただし、光源切り替え手段１１における光源１０の切り替えは、人手により別途スイッチ等を介して切り替えるものとする。

拡大レンズ３０は、ミラー１５_２で反射されたレーザ光を、物体Ｏに拡大して照射するものである。
拡大光学系３１は、ミラー１５_１で反射されたレーザ光を、ホログラム記録媒体Ｈの大きさの平行光に変換するものである。
これによって、拡大光学系３１から出射した参照光と、物体Ｏで反射した物体光とにより、ホログラム記録媒体Ｈに干渉縞を記録することができる。

ただし、レーザ光の色によって、必要に応じてホログラム記録媒体Ｈの両ホログラム面にマスクＭを貼付することとする。
ここで、Ｇ光のレーザ光により干渉縞を記録する場合、操作者は、ホログラム記録媒体Ｈの両面にはマスクを貼付せずに、光源１０_Ｇのシャッタ１１０_Ｇを開ける。これによって、ホログラム記録媒体Ｈに、Ｇ光の参照光と物体光とにより、Ｇ光の干渉縞が記録される。

また、Ｒ光のレーザ光により干渉縞を記録する場合、操作者は、図３（ｂ）で説明したようなＧ光の半分の領域を通過し、他の領域を遮断するチェスパターンのマスクＭをホログラム記録媒体Ｈの両面に対向するように貼付して、光源１０_Ｒのシャッタ１１０_Ｒを開ける。
また、Ｂ光のレーザ光により干渉縞を記録する場合、操作者は、図３（ｃ）で説明したようなＧ光の半分の領域で、Ｒ光を補完する領域を通過し、他の領域を遮断するチェスパターンのマスクＭをホログラム記録媒体Ｈの両面に対向するように貼付して、光源１０_Ｂのシャッタ１１０_Ｂを開ける。
このとき、マスクＭの光を通過する領域の大きさは、カラーホログラム記録装置１のセルと同程度とすればよい。

これによって、カラーホログラム記録装置１Ｂは、ホログラム記録媒体Ｈに干渉縞を記録する際に、ホログラム記録媒体Ｈのどの位置においても、Ｇ光およびＲ光を用いた干渉縞と、Ｇ光およびＢ光を用いた干渉縞とのいずれか一方のみを記録することになり、回折効率の低下を抑えたホログラムを生成することができる。

１ カラーホログラム記録装置
１０ 光源
１１ 光源切り替え手段
１２ １／２波長板
１３ 光路分離手段
１４ 空間フィルタ
１５ ミラー
１６ 光路変更手段（ＰＢＳ）
１７ 空間光変調手段（ＳＬＭ）
１８ 不要光除去手段
１９ 縮小光学系
２０ 記録媒体移動手段
５０ ホログラム記録制御装置（制御手段）
５１ 光源制御手段
５２ セル位置制御手段
５３ 記憶手段
５４ セルデータ表示手段
５５ 同期手段

Claims (4)

1. ３原色であるＲＧＢのカラーの干渉縞をセル単位でホログラム記録媒体に記録するカラーホログラム記録装置であって、
   前記ＲＧＢの各色のレーザ光源のいずれかを切り替えて発光する光源切り替え手段と、
   前記光源切り替え手段で切り替えて発光する光を２つの光路に分離する光路分離手段と、
   分離された一方の光をホログラムデータにより物体光として変調する空間変調手段と、
   前記ホログラム記録媒体の書き込み対象となるセルを前記物体光と前記光路分離手段で分離された他方の光である参照光とが重なる照射位置に移動させる記録媒体移動手段と、
   前記ＲＧＢの色ごとに前記セル単位で前記記録媒体移動手段を駆動し、前記書き込み対象となるセルに対応するホログラムデータを前記空間変調手段に表示して、対応する色のレーザ光を前記光源切り替え手段で発光させる制御手段と、を備え、
   前記制御手段は、
   Ｇ色用の干渉縞記録時に、すべてのセルを書き込み対象とし、
   Ｒ色用の干渉縞記録時に、１セルずつ間隔を開けたセルを書き込み対象とし、
   Ｂ色用の干渉縞記録時に、前記Ｒ色用の干渉縞記録時の書き込み対象とはならないセルを書き込み対象とすることを特徴とするカラーホログラム記録装置。
2. 前記制御手段は、前記Ｒ色用のセルおよび前記Ｂ色用のセルの境界が前記Ｇ色用のセルの境界とは重ならない領域を、前記Ｒ色用のセルおよび前記Ｂ色用のセルの書き込み対象とすることを特徴とする請求項１に記載のカラーホログラム記録装置。
3. 前記セルは前記ホログラム記録媒体を水平方向および垂直方向に区分する領域であって、
   前記制御手段は、前記Ｒ色用およびＢ色用の干渉縞記録時に、前記Ｇ色用の干渉縞記録時のセルに対して、水平方向および垂直方向にそれぞれ１／２セルずらした領域を書き込み対象とすることを特徴とする請求項１に記載のカラーホログラム記録装置。
4. レーザ光を２つの光路に分離した一方の光を物体光として変調する空間変調手段と、分離した他方の光である参照光と前記物体光とが重なる照射位置に、ホログラム記録媒体の書き込み対象となるセルを移動させる記録媒体移動手段と、を備えたカラーホログラム記録装置で、３原色であるＲＧＢのカラーの干渉縞をホログラム記録媒体に記録するカラーホログラム製造方法であって、
   前記ホログラム記録媒体のホログラム面に、Ｇ色用のセルを間隔を開けずに割り当て、前記Ｇ色用のセルに対応するＧ色用のホログラムデータを前記空間変調手段に表示してＧ色のレーザ光を発光させるＧ光記録工程と、
   前記ホログラム記録媒体のホログラム面に、Ｒ色用のセルとＢ色用のセルとを相補的に交互に割り当て、前記Ｒ色用のセルに対しては、対応するＲ色用のホログラムデータを前記空間変調手段に表示してＲ色のレーザ光を発光させ、前記Ｂ色用のセルに対しては、対応するＢ色用のホログラムデータを前記空間変調手段に表示してＢ色のレーザ光を発光させるＲＢ光記録工程と、
   を含むことを特徴とするカラーホログラム製造方法。

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