JP3871837B2 - Method for manufacturing hologram recording medium - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reproduce a bright color image under white illumination light. SOLUTION: A color original image 10 is defined by combining monochromatic partial original images 11 to 16 respectively colored by specific monochrome and partial regions 21 to 26 corresponding to respective monochromatic partial original images 11 to 16 are defined on a recording surface 20. In order to respectively record corresponding monochromatic partial original images as holograms in respective partial regions, interference fringes made by object light emitted from each monochromatic partial original image and reference light made incident on the recording surface 20 at a prescribed angle are calculated by a computer. Wavelengths of each object light and reference light are determined corresponding to color of the monochromatic partial original images. By restricting broadening angle of the object light, the object light emitted from one monochromatic partial original image reaches only within a corresponding partial region and thereby the interference fringes are computed.

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ホログラム記録媒体の製造方法に関し、特に、計算機を用いた演算によって作成するのに適したホログラム記録媒体の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
金券やクレジットカードについての偽造防止の用途として、ホログラムが広く利用されるに至っている。通常は、偽造防止対策を施す対象となる媒体上の一部に、ホログラムを記録する領域を設け、この領域内に立体像などをホログラムの形で記録することが行われている。
【０００３】
現在、商業的に利用されているホログラムは、光学的な手法により、原画像を媒体上に干渉縞として記録したものである。すなわち、原画像を構成する物体を用意し、この物体からの光と参照光とを、レンズなどの光学系を用いて感光剤が塗布された記録面上に導き、この記録面上に干渉縞を形成させるという手法を採っている。この光学的な手法は、鮮明な画像を得るためにかなり精度の高い光学系を必要とするが、ホログラムを得るための最も直接的な手法であり、産業上では最も広く普及している手法である。
【０００４】
また、最近では、計算機を用いた演算により記録面上に干渉縞を形成させ、ホログラムを作成する手法も知られており、このような手法で作成されたホログラムは、一般に「計算機合成ホログラム（ＣＧＨ：Computer Generated Hologram ）」、あるいは単に「計算機ホログラム」と呼ばれている。この計算機ホログラムは、いわば光学的な干渉縞の生成プロセスをコンピュータ上でシミュレーションすることにより得られるものであり、干渉縞パターンを生成する過程は、すべてコンピュータ上の演算として行われる。このような演算によって干渉縞パターンの画像データが得られたら、この画像データに基いて、実際の媒体上に物理的な干渉縞が形成される。具体的には、たとえば、コンピュータによって作成された干渉縞パターンの画像データを電子線描画装置に与え、媒体上で電子線を走査することにより物理的な干渉縞を形成する方法が実用化されている。
【０００５】
コンピュータグラフィックス技術の発展により、印刷業界では、種々の画像をコンピュータ上で取り扱うことが一般化しつつある。したがって、ホログラムに記録すべき原画像も、コンピュータを利用して得られた画像データとして用意することができれば便利である。このような要求に応えるためにも、計算機ホログラムを作成する技術は重要な技術になってきており、将来は光学的なホログラム作成手法に取って代わる技術になるであろうと期待されている。このような計算機ホログラムに関する種々の技術は、たとえば、特開平９−３１９２９０号公報、特開平１０−１２３９１９号公報、特開平１１−２４５３９号公報、特開平１１−２４５４０号公報、特開平１１−２４５４１号公報、特開平１１−２０２７４１号公報、特開２０００−２１４７５０号公報、特開２０００−２１４７５１号公報、特開２００１−０１３８５８号公報、特開２００１−０１３８５９号公報などに開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本来、ホログラムは、単一波長からなる物体光および参照光の干渉縞を記録面に記録し、この干渉縞に、同じ単一波長をもった再生用照明光を照射することにより、立体像の再生を行うべきものである。しかしながら、単一波長による再生は、実験室などの特殊な環境でなければ実現不可能であり、実用上は、クレジットカードの一部などに記録されたホログラムについては、種々の波長の光が混じり合った白色照明光の下で再生されるのが一般的である。ところが、従来の一般的なホログラム記録媒体を、白色照明光の下で再生すると、記録された干渉縞からは様々な色の再生光が分散して観察されることになるため、カラー画像を正しく再生させることはできない。
【０００７】
このような問題を解決するために、特願平１１−０１７７４９号明細書には、記録媒体上にＲＧＢの三原色を記録するための別々の領域を設け、白色照明光の下であっても各領域ごとに特定の原色の再生が行われるようにし、全体としてカラー画像を再生することができる技術が開示されている。しかしながら、この技術を用いて、特定の色が偏在しているようなカラー原画像を記録した場合、再生像が全体的に暗くなるという問題が生じる。
【０００８】
そこで本発明は、白色照明光の下でも明るいカラー画像の再生を行うことができるホログラム記録媒体の製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
【００１２】
(1) 本発明の第１の態様は、計算機を用いた演算によりホログラム記録媒体を製造する方法において、
ＸＹＺ三次元座標系上に、互いに空間的に重複することがないように配置された複数の「立体形状をもった単色部分原画像」を定義し、これら単色部分原画像を組み合わせることにより複数の色からなる原画像が構成されるようにする原画像定義段階と、
各単色部分原画像上に、それぞれ各単色部分原画像ごとに固有の色をもった多数の微小光源を定義する光源定義段階と、
ＸＹ平面上に、原画像を記録するための記録面を定義し、この記録面上に、互いに重複することがないように、各単色部分原画像にそれぞれ対応する部分領域を定義する記録面定義段階と、
各部分領域内に、それぞれ対応する単色部分原画像をホログラム像として記録することができるように、各単色部分原画像上に定義された各微小光源から放出された当該微小光源のもつ固有の色に対応する特定波長の物体光と、記録面に所定角度で入射し物体光と同一波長をもった参照光とを定義し、各微小光源から放出された物体光が、対応する部分領域内にのみ到達するように、物体光の広がり角を制限し、個々の部分領域内にそれぞれ特定波長の物体光とこの物体光の特定波長と同一波長の参照光との干渉によって生じる干渉縞を演算により求める干渉縞演算段階と、
各部分領域について求められた干渉縞を媒体上に物理的に記録する干渉縞記録段階と、
を行うようにしたものである。
【００１５】
(2) 本発明の第２の態様は、上述の第１の態様に係るホログラム記録媒体の製造方法において、
複数の単色部分原画像が互いに所定間隔をおいて離れて配置されている場合に、これらに対応する各部分領域を、記録面上で互いに所定間隔をおいて離れて配置されるように定義し、各部分領域間の空隙部分には、干渉縞が形成されない空白領域が形成されるようにしたものである。
【００１６】
(3) 本発明の第３の態様は、上述の第１または第２の態様に係るホログラム記録媒体の製造方法において、
各単色部分原画像を記録面上に投影してそれぞれの二次元投影像を求め、各二次元投影像を包含する領域として、各単色部分原画像に対応する部分領域を定義するようにしたものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
§１．計算機ホログラムの基本原理
図１は、一般的なホログラムの作成方法を示す原理図であり、原画像１０を記録媒体２０上に干渉縞として記録する方法が示されている。ここでは、説明の便宜上、図示のとおりＸＹＺ三次元座標系を定義し、記録媒体２０（説明の便宜上、厚みをもたない媒体、すなわち、記録面自体と考えることにする）がＸＹ平面上に置かれているものとする。光学的な手法を採る場合、記録対象となる物体が原画像１０として用意されることになる。この原画像１０上の任意の点Ｐから発せられた物体光Ｏは、記録媒体２０の全面に向けて進行する。一方、記録媒体２０には、参照光Ｌが照射されており、物体光Ｏと参照光Ｌとの干渉縞が記録媒体２０上に記録されることになる。
【００１８】
記録媒体２０の位置に計算機ホログラムを作成するには、原画像１０、記録媒体２０、参照光Ｌを、コンピュータ上にデータとしてそれぞれ定義し、記録媒体２０上の各位置における干渉波強度を演算すればよい。具体的には、図２に示すように、原画像１０をＮ個の点光源Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，…，Ｐｉ，…，ＰＮの集合として取り扱い、各点光源からの物体光Ｏ１，Ｏ２，Ｏ３，…，Ｏｉ，…，ＯＮが、それぞれ演算点Ｑ（ｘ，ｙ）へと進行するとともに、参照光Ｌが演算点Ｑ（ｘ，ｙ）に向けて照射されたものとし、これらＮ本の物体光Ｏ１〜ＯＮと参照光Ｌとの干渉によって生じる干渉波の演算点Ｑ（ｘ，ｙ）の位置における振幅強度を求める演算を行えばよい。物体光および参照光は、通常、単色光として演算が行われる。記録媒体２０上には、必要な解像度に応じた多数の演算点を定義するようにし、これら各演算点のそれぞれについて、振幅強度を求める演算を行えば、記録媒体２０上には干渉波の強度分布が得られることになる。
【００１９】
このようにして、記録媒体２０上に定義された個々の演算点について、それぞれ干渉波の強度値が演算できたら、個々の演算点位置に、干渉波の強度値に応じた画素値を有する画素を定義すれば、これら画素の集合からなる干渉波画像を記録媒体２０上に作成することができる。この干渉波画像は、記録媒体上に得られた干渉波の強度分布を示す画像ということになる。そこで、この干渉波画像に基づいて、実際の媒体上に物理的な濃淡パターンやエンボスパターンを形成すれば、原画像１０を干渉縞として記録したホログラムが作成できる。媒体上に高解像度の干渉縞を形成する手法としては、電子線描画装置を用いた描画が適している。電子線描画装置は、半導体集積回路のマスクパターンを描画する用途などに広く利用されており、電子線を高精度で走査する機能を有している。そこで、演算によって求めた干渉波の強度分布を示す画像データを電子線描画装置に与えて電子線を走査すれば、この強度分布に応じた干渉縞パターンを描画することができる。
【００２０】
ただ、一般的な電子線描画装置は、描画／非描画を制御することにより二値画像を描画する機能しか有していない。そこで、演算によって求めた強度分布を二値化して二値画像を作成し、この二値画像データを電子線描画装置に与えればよい。図３は、このような二値化処理の概念図である。上述した演算により、記録媒体２０上の各演算点Ｑ（ｘ，ｙ）には、所定の干渉波強度（物体光と参照光との干渉波の振幅強度値）が定義されることになる。そこで、この振幅強度値に対して所定のしきい値（たとえば、記録媒体２０上に分布する全振幅強度値の平均値）を設定し、このしきい値以上の強度値をもつ演算点には画素値「１」を与え、このしきい値未満の強度値をもつ演算点には画素値「０」を与えるようにし、各演算点Ｑ（ｘ，ｙ）を、「１」もしくは「０」の画素値をもつ画素Ｄ（ｘ，ｙ）に変換すれば、多数の画素Ｄ（ｘ，ｙ）の集合からなる二値画像が得られる。この二値画像のデータを電子線描画装置に与えて描画を行えば、物理的な二値画像として干渉縞を描画することができる。実際には、この物理的に描画された干渉縞に基づいて、たとえばエンボス版（画素値「１」をもつ画素部分を凸部、画素値「０」をもつ画素部分を凹部とするエンボス版、あるいは凹凸の関係がその逆のエンボス版）を作成し、このエンボス版を用いたエンボス加工を行うことにより、表面に干渉縞が凹凸構造として形成されたホログラムを量産することができる。
【００２１】
さて、上述のような方法により作成されたホログラムが記録された記録媒体を、理想的な条件の下で再生するには、記録時に用いた参照光Ｌと同一波長の光を同一方向から照射すればよい。すなわち、図１に示すような方向から再生用の照明光Ｌを照射し、これを記録媒体２０の裏側から観察すれば、原画像１０が立体再生像として観察されることになる。
【００２２】
しかしながら、クレジットカード用の偽造防止マークなどとして実社会で利用されているホログラム記録媒体の場合、上述のような理想的な条件で再生されることはむしろ希である。特に、実社会における照明環境では、単色光はほとんど存在せず、自然光や照明器具からの光は、ほとんどが白色光に近いものである。このような白色光を用いて再生を行った場合、記録された干渉縞からは様々な色の再生光（再生のための照明光を記録媒体に照射した際に、記録媒体上の干渉縞に基づいて生じる光）が分散することになり、再生像は白濁して観察されることになる。
【００２３】
図４は、白色光を用いた再生により白濁した再生像が得られる原理を示す側面図である。ここでは、記録媒体２０上に、上述した方法によりホログラムが記録されているものとし、この記録媒体２０の左側から再生用の白色照明光Ｌｗ（平面波）を角度θをもって照射した状態で、記録媒体２０の右側の視点Ｅにおいて再生像を観察するものとする。なお、図４では、記録媒体２０に対して、視点Ｅの反対側から白色照明光Ｌｗを照射して再生を行っているが、クレジットカード用の偽造防止マークなどとして利用されているホログラム記録媒体の場合は、視点Ｅ側から照射された白色照明光を用いた再生が行われることになる（この場合の図は、図４に示されている白色照明光Ｌｗを、記録媒体２０に関して面対称の位置にもっていったものになる）。
【００２４】
いま、白色照明光Ｌｗの照射によって記録媒体２０から生じる再生光に着目すると、白色照明光Ｌｗには種々の波長の光が含まれているため、再生光にも種々の波長が含まれることになる。しかも、記録媒体２０上の同一点から視点Ｅ側に向かう再生光の向きは、波長によってそれぞれ異なる。たとえば、記録媒体２０上の３点Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３から生じる再生光のうち、三原色ＲＧＢの波長成分のみに着目すると、図４に示す例では、点Ｑ１からは再生光Ｒ１，Ｇ１，Ｂ１が図示の方向に向かい、点Ｑ２からは再生光Ｒ２，Ｇ２，Ｂ２が図示の方向に向かい、点Ｑ３からは再生光Ｒ３，Ｇ３，Ｂ３が図示の方向に向かうことになる。このため、視点Ｅの位置には、様々な波長成分の再生光が観察されることになり、再生像は白濁したものとなってしまう。これは、視点Ｅの位置を動かしても同じである。
【００２５】
もっとも、記録媒体２０の縦寸法に比べて、視点Ｅと記録媒体２０との距離がかなり大きい場合、記録媒体２０から図の水平方向に向かう光が視点Ｅに到達するものと考えても問題は生じない。たとえば、クレジットカード用の偽造防止マークなどとして利用されているホログラム記録媒体の場合、記録媒体の縦寸法は１ｃｍ程度であるのに対し、これを観察するときの目と記録媒体との距離は２５ｃｍ程度になるのが一般的であり、しかも目の位置は記録媒体の垂直上方に置かれるのが一般的である。このため、目の位置においては、記録媒体から垂直に放出された平行光線のみが到達すると近似しても問題はない。このような環境下であれば、図４の例の場合、緑色の再生光Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３が視点Ｅにおいて観察されることになり、緑色の再生像を得ることが可能になる。
【００２６】
しかしながら、このような従来の計算機ホログラムでは、カラー（多色の意）の原画像を再生させることができない。たとえば、図４に示す例では、視点Ｅの位置からは、原画像は全体として緑色の像として観察されることになり、単一色の再生像しか得られないことになる。本発明の目的は、白色光を用いて再生を行った場合でも、明るいカラー再生像を得ることができるようなホログラムを計算機による演算を利用して作成することにある。以下、この方法について詳述する。
【００２７】
§２．本発明の基本原理
本発明の基本原理は、媒体の記録面上に、互いに重複することなく複数の部分領域を定義し、これら各部分領域ごとにそれぞれ独立したホログラムを再生するための干渉縞を記録するようにするという点にある。ここで、媒体に対して所定の角度から白色の再生用照明光を照射し、所定の視点位置から媒体を観察した場合に、個々の部分領域についてそれぞれ固有の単色波長をもった再生光による単色部分再生像が再生されるようにし、これら単色部分再生像を組み合わせることにより複数の色からなる原画像が再生されるようにするのである。
【００２８】
これを具体例で示そう。たとえば、図５に示すような原画像１０を考える。ここに示す原画像１０の特徴は、複数の単色部分原画像１１〜１６から構成されている点である。ここで、単色部分原画像とは、「原画像を構成する部分的な一要素であり、単一色によって表現されている画像」ということができる。ここでは、便宜上、図５に示されている各単色部分原画像を、それぞれ右耳部１１、左耳部１２、眼球部１３、口鼻部１４、右髭部１５、左髭部１６と呼ぶことにし、これらはそれぞれ異なる色で表現されているものとする。なお、この例では、眼球部１３は、立体構造の点からは、右眼球部１３ａと左眼球部１３ｂとの２つの球状体から構成されているが、両者は同一色で表現されているため、両者をひっくるめて１つの単色部分原画像である「眼球部１３」として取り扱っている。右眼球部１３ａと左眼球部１３ｂとが異なる色で表現されていた場合には、当然、これらを別個の単色部分原画像として取り扱う必要がある。もっとも、両者が同一色で表現されていた場合であっても、両者を別個の単色部分原画像として取り扱っても問題はない。
【００２９】
実際には、図５に示すような原画像１０の定義は、コンピュータ上で三次元画像データを用意することにより行われる。すなわち、ＸＹＺ三次元座標系上において、各単色部分原画像１１〜１６を構成する立体形状を定義するための画像データを用意することになる。図５に示す例では、各単色部分原画像は単純な立体幾何学図形から構成されているが、もちろん、各単色部分原画像は任意形状のものでかまわない。ただ、各単色部分原画像は、互いに空間的に重複することがないように、三次元空間上に配置する必要がある。このように、それぞれ異なる色で表現された複数の単色部分原画像を定義すれば、これら単色部分原画像の組み合わせとして、複数の色からなる原画像１０を構成することができる。
【００３０】
次に、こうして定義した原画像１０を記録するための記録面２０を定義する。ここでは、図５に示すように、ＸＹＺ三次元座標系におけるＸＹ平面上に、記録面２０を定義することにする。この記録面２０は、§１で述べた記録媒体２０と同等のものであり、コンピュータを用いて記録面２０上に計算された干渉縞のパターンが、最終的に、物理的な記録媒体上に凹凸パターンとして表現されることになる。続いて、この記録面２０上に、各単色部分原画像１１〜１６にそれぞれ対応する部分領域２１〜２６を定義する。各部分領域２１〜２６は（図５では、記録面２０を破線で分割した個々の領域として示されている）、それぞれ単色部分原画像１１〜１６を干渉縞として記録するための領域であり、互いに重複することがない独立した領域として定義する必要がある。
【００３１】
図６は、図５に示す記録面２０上の部分領域２１〜２６と、原画像１０を構成する単色部分原画像１１〜１６との位置関係を示す図であり、ちょうど、図５に示す記録面２０を背面側（原画像１０とは反対側）から見た平面図に相当する。図示の例では、矩形の記録面２０を破線で分割することにより、それぞれ矩形状の部分領域２１〜２６が定義されているが、本発明を実施する上で、各部分領域は必ずしも矩形状である必要はない。ただ、原画像１０を構成する個々の単色部分原画像１１〜１６の空間的な配置と整合性をもつように、各部分領域２１〜２６を定義する必要がある。たとえば、図６に示すように、記録面２０側から原画像１０を観察すると、右耳部１１と左耳部１２との空間的な配置は、右耳部１１が向かって左側、左耳部１２が向かって右側に配置されているので、右耳部１１を記録するための部分領域２１は左側、左耳部１２を記録するための部分領域２２は右側に配置する必要がある。同様に、眼球部１３と口鼻部１４との空間的な配置は、眼球部１３が上、口鼻部１４が下の関係にあるので、眼球部１３を記録するための部分領域２３は、口鼻部１４を記録するための部分領域１４よりも上方に配置する必要がある。
【００３２】
もちろん、記録面２０への記録は、あくまでもホログラム像を再生することができる干渉縞を用いて行われるため、各部分領域の大きさは、必ずしも記録対象となる単色部分原画像の大きさに比例させる必要はなく、各部分領域の形状も、必ずしも記録対象となる単色部分原画像の形状に近似させる必要はない。ホログラムの原理上、非常に小さな部分領域であっても、正しく干渉縞が記録されていさえすれば、非常に大きな単色部分原画像の再生像を得ることができる。たとえば、図６の部分領域２３内の任意の１点Ｑ４には、右眼球部１３ａおよび左眼球部１３ｂからなる単色部分原画像１３のすべての部分に関する情報が干渉縞として記録される（§３の手法を用いた場合は若干異なるが）ことになるので、たとえば、この１点Ｑ４を中心とした小さな円内に記録されている干渉縞のみを用いても、右眼球部１３ａおよび左眼球部１３ｂの再生像を得ることは可能である。
【００３３】
しかしながら、実際には、ホログラムの再生像を観察するのは、両目をもった人間であり、干渉縞が記録された部分領域は、この人間が像を観察するときの窓として機能することになる。したがって、この窓の大きさが再生像の大きさに比べて極端に小さいと、再生像の一部が窓の外に隠れてしまい、全体を観察することができなくなってしまう。このような事情から、実際には、各部分領域の大きさは、記録対象となる単色部分原画像の大きさに応じた大きさに設定するのが好ましい。たとえば、図６に示す眼球部１３は横方向に細長い画像であるので（右眼球部１３ａと左眼球部１３ｂとが横方向に配置されており、全体として横長の画像となっている）、これを記録するための部分領域２３も横長の領域にするのが好ましい。
【００３４】
このような事情を考慮した場合、各単色部分原画像１１〜１６を記録面２０上に投影してそれぞれの二次元投影像を求め、各二次元投影像を包含する領域として、各単色部分原画像１１〜１６に対応する部分領域２１〜２６を定義すると、部分領域を効率的に定義することができる。図６に示す例では、各単色部分原画像１１〜１６の二次元投影像を包含する矩形領域として、各部分領域２１〜２６が定義されている。
【００３５】
こうして、各単色部分原画像１１〜１６と、これに対応する各部分領域２１〜２６とが定義できたら、§１で述べた方法により、各部分領域内に記録対象となる単色部分原画像をホログラムとして記録することができるように干渉縞の演算を行う。たとえば、図５における部分領域２１内には、右耳部１１をホログラムとして記録するための干渉縞が演算されることになる。このような干渉縞の演算は、単色部分原画像上に多数の微小光源を定義し、この各微小光源から放出された物体光と、記録面２０に所定角度で入射する参照光との干渉波強度を、部分領域内の各演算点について求める計算を行えばよい。たとえば、部分領域２１内の各演算点については、右耳部１１上に定義された多数の微小光源から放出された物体光と、所定の参照光との干渉波強度が演算されることになり、このような干渉波強度の演算値の二次元的な分布として、部分領域２１内に右耳部１１を再生するための干渉縞パターンが形成されることになる。
【００３６】
このような干渉縞の演算が、それぞれ各部分領域ごとに実行されることになるが、このとき、演算に用いる光の波長は、各単色部分原画像ごとに定義された固有の色に対応する波長を用いるようにする点は重要なポイントである。たとえば、右耳部１１が赤色であったとすると、この右耳部１１の固有の色は赤ということになるので、右耳部１１上には赤色の微小光源が定義されることになり、部分領域２１内の干渉縞演算を行う際には、物体光の波長も赤に対応した波長が用いられ、参照光についても、この物体光の波長と同一の波長が用いられる。一方、左耳部１２が緑色であったとすると、この左耳部１２の固有の色は緑ということになるので、左耳部１２上には緑色の微小光源が定義されることになり、部分領域２２内の干渉縞演算を行う際には、物体光の波長も緑に対応した波長が用いられ、参照光についても、この物体光の波長と同一の波長が用いられる。このように、各部分領域ごとに、それぞれ固有の波長をもった物体光および参照光による干渉縞が記録される点が本発明の重要な特徴のひとつである。
【００３７】
なお、記録面２０に対する参照光の照射角は、すべての部分領域について共通にしておくのが好ましい。これは、再生時の照明環境を考慮すると、再生用照明光は記録面２０のいずれの部分に対してもほぼ同一の角度で入射する場合が多いと考えられるからである。
【００３８】
また、上述の干渉縞演算を行う際には、１つの単色部分原画像から放出された物体光が、本来の部分領域内にのみ到達するように、物体光の広がり角を制限する必要がある。たとえば、図５に示す例において、右耳部１１から放出された物体光は、この右耳部１１についての記録を行うべき本来の部分領域２１内にのみ到達し、隣接する部分領域２２，２３などには到達しないようにする必要がある。ホログラムの基本原理によれば、原画像１０を構成するすべての部分の情報が、記録面２０上のすべての点に記録されることになるが、本発明では、ある１つの部分領域内には、これに対応する単色部分原画像についての情報のみが記録されることになる。たとえば、図６に示す演算点Ｑ４には、右眼球部１３ａおよび左眼球部１３ｂに関する情報が記録されるだけであり、右耳部１１や左耳部１２などの情報は一切記録されることはない。なお、物体光の広がり角を制限することにより、１つの単色部分原画像から放出された物体光が対応する特定の部分領域内にのみ到達するようにする具体的な手法については§３で詳述する。
【００３９】
さて、こうして記録面２０上のすべての部分領域について、それぞれ干渉縞を求めることができたら、この各部分領域について求められた干渉縞を媒体上に物理的に記録する工程を行う。実際には、§１で述べたように、干渉縞パターンを二値画像に変換し、電子線描画装置などを用いて物理的な凹凸パターンを形成すればよい。
【００４０】
このような工程で製造されたホログラム記録媒体では、白色光で再生した場合であっても、明るいカラー画像の再生が可能になる。図７は、図６に示す記録面２０上に形成される干渉縞を記録した媒体を、白色照明光によって再生した場合に、視点Ｅから再生像を観察した状態を示す側面図である。この例では、記録媒体の背面（視点Ｅ側とは逆の面）の斜め上方から白色照明光Ｌｗが照射されている。白色照明光Ｌｗは、記録媒体２０の記録面に対して角度θで入射する平行光線である。ここで、角度θは、干渉縞の演算を行う際に用いた参照光の照射角度と同一である。なお、記録媒体２０を、クレジットカード用の偽造防止マークとして用いるような場合、白色照明光Ｌｗは、記録媒体の正面（視点Ｅ側の面）側から照射されることになるが、記録媒体２０に対して面対称となる向きから照射すれば、図７に示す系と物理的には等価になる。
【００４１】
原画像１０と記録面２０とを図５に示すように配置して干渉縞の演算を行い、白色照明光Ｌｗによってこれを再生した場合、個々の部分領域から放出される再生光（原画像１０を正面から観察したときの再生像を生じさせる再生光、以下正面再生光という）のうち、当該部分領域についての固有の単色波長をもった再生光は、図７に示すように、ＸＺ平面に平行な方向（Ｘ軸は紙面に垂直）に放出されることになる。たとえば、図７において、上段部分に位置する部分領域２１については、右耳部１１の固有色に対応する単色波長λ２１をもった物体光および参照光を用いた干渉縞が記録されているため、任意の点Ｑ２１から放出される再生光のうち、波長λ２１をもった正面再生光は、ＸＺ方向（図の水平方向）へと放出されることになる。もちろん、点Ｑ２１には白色照明光Ｌｗが照射されているため、点Ｑ２１からは種々の波長をもった再生光が放出されるが、視点Ｅの方向へは波長λ２１の正面再生光が向かうことになる。同様に、中段部分に位置する部分領域２３内の任意の点Ｑ２３から放出される再生光のうち、眼球部１３の固有色に対応する単色波長λ２３をもった正面再生光も視点Ｅの方向へと向かい、下段部分に位置する部分領域２５内の任意の点Ｑ２５から放出される再生光のうち、右髭部１５の固有色に対応する単色波長λ２５をもった正面再生光も視点Ｅの方向へと向かうことになる。
【００４２】
かくして、視点Ｅから観察した場合、右耳部１１の正面再生像は波長λ２１に対応する色をもった像として認識され、眼球部１３の正面再生像は波長λ２３に対応する色をもった像として認識され、右髭部１５の正面再生像は波長λ２５に対応する色をもった像として認識されることになり、図５に示す原画像１０を構成する単色部分原画像１１〜１６が、それぞれ固有の色で認識されることになる。しかも、記録媒体２０上に形成されているすべての干渉縞が、この正面再生像に寄与することになるため、視点Ｅにおいて観察されるカラー画像はかなり明るいものになる。
【００４３】
もっとも、図７において、記録媒体２０から図の水平方向に放出されるすべての再生光が視点Ｅの位置で観察されるためには、記録媒体２０の縦寸法に比べて、視点Ｅと記録媒体２０との距離が十分に大きいという条件が必要になる。前述したように、クレジットカード用の偽造防止マークなどとして利用されているホログラム記録媒体の場合、記録媒体の縦寸法は１ｃｍ程度であるのに対し、これを観察するときの目と記録媒体との距離は２５ｃｍ程度になるのが一般的であり、しかも目の位置は記録媒体の垂直上方に置かれるのが一般的である。したがって、図７に示す視点Ｅは、実際には、図示されている位置よりもはるか右遠方に存在することになり、記録媒体２０から図の水平方向に放出される平行光線はすべて視点Ｅへ向かうものと近似して問題はない。
【００４４】
もちろん厳密に言えば、視点Ｅの位置に到達する再生光は、正確にはＸＺ平面に平行な光にはならず、若干傾いたものになる。このため、波長も本来意図していた波長に対して若干ずれたものになる。たとえば、点Ｑ２１から放出される再生光のうち、ＸＺ平面に平行な方向に放出されるのは波長λ２１の成分をもった光である。ところが、視点Ｅに到達する光は、厳密には、この波長λ２１の光ではなく、角度δだけ下方に偏向した波長λ２１＊の光となる。同様に、点Ｑ２５から放出される再生光のうち、ＸＺ平面に平行な方向に放出されるのは波長λ２５の成分をもった光であるが、視点Ｅに到達する光は、厳密には、この波長λ２５の光ではなく、角度εだけ上方に偏向した波長λ２５＊の光となる。しかしながら、通常の観察環境では、角度δ，εは微小であるため、波長λ２１とλ２１＊の差、あるいは波長λ２５とλ２５＊との差もわずかになり、多少の色ずれが生じるものの、実用上は問題にはならない。
【００４５】
§３．物体光の広がり角の制限
既に述べたように、本発明における干渉縞演算では、物体光の広がり角を制限し、ある特定の単色部分原画像から放出された物体光が、対応する部分領域内だけに到達するようにする必要がある。ここでは、物体光の広がり角を制限した干渉縞演算を行うための具体的な一手法を述べておく。
【００４６】
いま、図８に示すように、原画像１０上の任意の点光源Ｐｉから発せられた物体光Ｏｉが、図示のとおり水平方向（ＸＺ平面に平行な平面内）にのみ広がると仮定する。すると、物体光Ｏｉは、記録媒体２０上の線状領域Ｂだけに到達することになり、記録媒体２０の他の領域には、物体光Ｏｉは一切届かないことになる。光学的な方法でホログラムを作成する場合、このように物体光の広がりを制限することは極めて困難であるが、計算機を用いてホログラムを作成する場合であれば、演算式を修正するだけで物体光を容易に制御することができる。そこで、原画像１０を構成するすべての点光源から発せられる物体光について、同様の限定（物体光はＸＺ平面に平行な平面内にのみ広がるという限定）を付すようにする。
【００４７】
図９は、上述した基本概念に基づく記録方法の具体例を示す斜視図である。この例では、原画像１０および記録媒体２０（記録面）を、それぞれ多数の平行線によって水平方向に分割し、多数の線状の単位領域を定義している。すなわち、図示のとおり、原画像１０は、合計Ｍ個の単位領域Ａ１，Ａ２，Ａ３，…，Ａｍ，…ＡＭに分割されており、記録媒体２０は、同じく合計Ｍ個の単位領域Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，…，Ｂｍ，…ＢＭに分割されている。原画像１０が立体画像の場合、各単位領域Ａ１，Ａ２，Ａ３，…，Ａｍ，…ＡＭは、この立体の表面部分を分割することによって得られる領域になる。ここで、原画像１０上のＭ個の単位領域と記録媒体２０上のＭ個の単位領域とは、それぞれが１対１の対応関係にある。たとえば、原画像１０上の第ｍ番目の単位領域Ａｍは、記録媒体２０上の第ｍ番目の単位領域Ｂｍに対応している。
【００４８】
なお、この図９に示す例では、各単位領域Ａ１，Ａ２，Ａ３，…，Ａｍ，…ＡＭの幅は、原画像１０上に定義された点光源のＹ方向のピッチに等しく設定されており、個々の単位領域は、点光源が一列に並んだ線状の領域になっている。たとえば、図示の例では、第ｍ番目の単位領域Ａｍには、Ｎ個の点光源Ｐｍ１〜ＰｍＮが一列に並んでいる。また、各単位領域Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，…，Ｂｍ，…ＢＭの幅は、記録媒体２０上に定義された演算点のＹ方向のピッチに等しく設定されており、個々の単位領域には、演算点が一列に並んだ線状の領域になっている。図示の演算点Ｑ（ｘ，ｙｍ）は、第ｍ番目の単位領域Ｂｍ内に位置する演算点を示しており、ＸＹ座標系において座標値（ｘ，ｙｍ）で示される位置にある。
【００４９】
この例の場合、演算点Ｑ（ｘ，ｙｍ）についての干渉波強度は、次のようにして求められる。まず、この演算点Ｑ（ｘ，ｙｍ）が所属する単位領域Ｂｍに対応する原画像１０上の単位領域Ａｍを演算対象単位領域として定める。そして、この演算対象単位領域Ａｍ内の点光源Ｐｍ１〜ＰｍＮから発せられた物体光Ｏｍ１〜ＯｍＮと、参照光Ｌとによって形成される干渉波についての演算点Ｑ（ｘ，ｙｍ）の位置における振幅強度を求めれば、この振幅強度が、目的とする演算点Ｑ（ｘ，ｙｍ）についての干渉波強度である。ここで、参照光Ｌは、ＹＺ平面に平行な単色平行光線であり、所定角度θをもって記録媒体２０上に入射する。
【００５０】
図１０は、このような演算処理の概念を説明するための上面図であり、図９に示す原画像１０および記録媒体２０を、図の上方から見た状態を示している。図示のとおり、演算点Ｑ（ｘ，ｙｍ）における干渉波強度を求めるのに必要な物体光は、演算対象単位領域Ａｍ内のＮ個の点光源Ｐｍ１，…，Ｐｍｉ，…，ＰｍＮから発せられた物体光Ｏｍ１，…，Ｏｍｉ，…，ＯｍＮのみに限定され、原画像１０を構成する全点光源からの物体光を考慮する必要はない。こうして、記録媒体２０上に定義したすべての演算点Ｑ（ｘ，ｙ）について、それぞれ所定の干渉波強度を求めれば、記録媒体２０上に干渉波の強度分布が得られることになる。
【００５１】
以上、図８〜図１０を参照しながら、原画像１０上に定義された第ｍ番目の単位領域Ａｍ上の光源の情報を、記録媒体２０上に定義された第ｍ番目の単位領域Ｂｍ上に記録する手法を述べた。この手法で述べたモデルでは、単位領域ＡｍおよびＢｍは、いずれも幾何学的な線状の領域であり、点光源および演算点はいずれも一次元的に並んでいた。しかしながら、実際には、原画像１０上に定義された単位領域は、面積をもたない幾何学的な線状の領域であってもかまわないが（別言すれば、点光源が一次元的に配列された領域であってもかまわないが）、記録媒体２０上に定義された単位領域は、線状の領域ではなく、ある程度の幅（Ｙ軸方向の幅）をもった二次元領域である必要がある（別言すれば、演算点が二次元的に配列された領域である必要がある）。なぜなら、記録媒体２０上の単位領域には、あくまでも干渉縞が記録されねばならず、この干渉縞によって、ＹＺ平面に平行な照明光をＹ軸方向に回折させる必要があるからである。要するに、記録媒体２０上の単位領域には、Ｙ軸方向に並んだ複数の演算点が定義されなければならないのである。
【００５２】
そこで、実際には、図１１に示す例のように、記録媒体２０上にＹ軸方向に所定幅をもった単位領域Ｃｍを定義し、この単位領域Ｃｍに、原画像１０上に定義された対応する単位領域Ａｍ（この例では、幅をもたない線状の単位領域であるが、Ｙ軸方向に幅をもった二次元単位領域としてもよい。）に関する情報をホログラムとして記録するようにすればよい。具体的には、線状単位領域Ａｍ上の点光源からの物体光が、水平方向（Ｘ軸方向）だけではなく、垂直方向（Ｙ軸方向）にも角度ξの範囲である程度広がるような設定を行えばよい。この例では、原画像１０上の線状単位領域Ａｍ上には、多数の点光源が並んでおり、これらの点光源からの物体光と所定の参照光との干渉縞が、記録媒体２０上に定義された単位領域Ｃｍ上の各演算点に記録されることになる。図９に示す例では、単位領域Ｂｍが線状の領域であり、演算点が一次元的に並んでいただけであるが、図１１に示す例では、図にハッチングを施して示すように、単位領域Ｃｍは二次元の領域を形成しており、演算点が二次元的に並ぶことになる。別言すれば、図９に示す単位領域Ｂｍが、Ｙ軸方向の幅をもたない幾何学上の線であるのに対し、図１１に示す単位領域Ｃｍは、Ｙ軸方向に所定幅ｈをもった幾何学上の平面ということになる。
【００５３】
ここでは、説明の便宜上、原画像１０上に定義された線状単位領域Ａｍを「単位線分」と呼ぶことにし、記録媒体２０上に定義された単位領域Ｃｍを、この単位線分Ａｍに対応した二次元単位領域Ｃｍと呼ぶことにする。なお、任意形状の立体などを像として記録する場合、原画像１０が任意曲面になるため、この任意曲面上に定義された単位線分は、「曲線分」を形成することになる。したがって、本明細書における「単位線分」という文言は、「直線分」だけでなく「曲線分」も含めた意味で用いることにする。
【００５４】
図１１に示す例では、原画像１０上に複数の単位線分を定義し、記録媒体２０上には、これら各単位線分にそれぞれ対応した個々の二次元単位領域を定義することになる。たとえば、原画像１０上に合計Ｍ本の単位線分Ａ１，Ａ２，Ａ３，…，Ａｍ，…ＡＭを定義した場合、記録媒体２０上には、それぞれに対応した二次元単位領域Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，…，Ｃｍ，…ＣＭが定義されることになる。そして、これら各二次元単位領域内に、二次元的に分布する多数の演算点が定義され、個々の演算点について干渉波の強度を演算する際に、その演算点が所属する二次元単位領域に対応した単位線分上に定義された点光源のみを考慮した演算を行う。
【００５５】
たとえば、図１１には、原画像１０上に定義された第ｍ番目の単位線分Ａｍと、これに対応して定義された第ｍ番目の二次元単位領域Ｃｍ（ハッチングを施した細長い矩形領域）とが示されている。ここで、二次元単位領域Ｃｍ内には、縦横二次元マトリックス状に配された多数の演算点が定義され、各演算点について、それぞれ干渉波の強度が演算されるが、その際に、単位線分Ａｍ上の点光源Ｐｍ１，Ｐｍ２，Ｐｍ３，…，Ｐｍｉ，…，ＰｍＮからの物体光のみを考慮した演算が行われる。この演算は、個々の点光源に着目すれば、ある点光源Ｐｍｉから発せられた物体光のＹ軸方向に関する広がり角を、図１１に示す所定角ξに制限した演算ということができる。この例では、物体光のＸ軸方向に関する広がりは制限されていないため、単位線分Ａｍ上のすべての点光源Ｐｍ１，Ｐｍ２，Ｐｍ３，…，Ｐｍｉ，…，ＰｍＮから発せられた物体光は、横幅が記録媒体２０の横幅に等しく、縦幅が角度ξに応じて定まる寸法ｈとなる矩形状の二次元単位領域Ｃｍに照射されることになる。
【００５６】
図９に示す例は、いわば図１１に示す例における広がり角ξを０にしたものに相当し、実際には、前述したように、広がり角ξを０にしたのでは、必要な干渉縞を記録することができない（演算点が横方向にしか並ばないので、照明光をＹ軸方向に回折させることができない）。
【００５７】
そもそも、原画像上の特定の領域を、記録面上の特定の領域内のみに記録する、という手法は、本来のホログラムの基本原理からは逸脱した手法である。すなわち、記録面上のどの部分をとっても、原画像のすべての部分の情報が記録されている、という点がホログラムの根本的な原理であり、このような原理で干渉縞の記録が行われているからこそ、原画像が立体像として再生されるからである。したがって、単位領域ごとに別個独立して情報を記録するという上述の手法を採ると、ホログラム本来の立体像再生が阻害されることになり、単位領域のＹ軸方向の幅ｈを狭くすればするほど、その影響は大きくなり、縦方向の立体視の効果が阻害されることになる。
【００５８】
その一方で、再生時の色再現性を向上させる（白色照明光で再生した場合に、視点位置に、記録時に意図したとおりの波長の光を集合させる）という点からは、記録面上に定義された二次元単位領域のＹ軸方向の幅ｈは、できるだけ小さく設定した方が好ましい。これは、幅ｈをもった二次元単位領域が、再生像を眺める窓として機能するため、この窓の縦幅が広ければ広いほど、「記録時に視点に集めようと意図した本来の波長」の光だけでなく、それ以外の波長の光も視点位置において観察されるようになるためである。結局、幅ｈを大きく設定すればするほど、視点位置における波長選択性は低下することになる。しかも、再生像の位置は、波長によってずれるため、波長選択性が低下すると、色が混じって見えるだけでなく、像がぼやける原因にもなる。このような理由から、幅ｈが大きくなればなるほど、再生像の色がにじんで見えたり、白濁して見えたりする好ましくない現象が顕著になる。
【００５９】
結局、記録面上に定義する二次元単位領域Ｃｍは、Ｘ軸方向に関しては、記録媒体２０の横幅と同じ幅をもっていてよいが、Ｙ軸方向に関しては、上述した議論を踏まえて、本発明に適した所定の幅に設定する必要がある。すなわち、立体像を干渉縞として記録する、というホログラム本来の趣旨からは、Ｙ軸方向の幅ｈは、できるだけ大きく設定した方がよいが、再生時の色再現性を向上させる（視点における波長選択性を高める）、という効果を奏するという趣旨からは、Ｙ軸方向の幅ｈは、できるだけ小さく設定した方がよいことになる。もっとも、肉眼による波長弁別分解能は、それほど精度の高いものではないので、幅ｈをある程度の寸法まで大きく設定しても、肉眼観察による色再現性はさほど阻害されるものではない。また、人間の目は水平方向に２つ並んでいるため、記録媒体を観察した際、横方向の立体視の方が縦方向の立体視よりも重要であるため、縦方向の立体視に関してはある程度犠牲にしても大きな問題は生じない。そのような点からは、幅ｈをある程度の寸法まで小さく設定しても、肉眼観察による立体視効果はさほど阻害されるものではない。このような理由から、現実的には、幅ｈの寸法にはかなりの許容範囲が認められ、具体的には、ｈ＝０．４〜１０００μｍ程度に設定すれば、本発明に係るホログラム記録媒体を実現することが十分に可能である。
【００６０】
原画像１０上に定義された個々の単位線分のそれぞれに対応した二次元単位領域を記録媒体２０上に定義する際には、次のような手法をとればよい。まず、所定の投影条件に基づいて、原画像１０上の単位線分を記録媒体２０上に投影して投影線分を求める。そして、この投影線分を記録媒体２０上で移動させることにより得られる二次元領域を、単位線分に対応する二次元単位領域とすればよい。たとえば、図１１に示す例の場合、原画像１０上に定義された単位線分ＡｍをＺ軸方向に投影すれば、投影線分Ｂｍが求まる。そこで、この投影線分Ｂｍを記録媒体２０上でＹ軸方向に沿って区間幅ｈにわたって上下に移動させれば、図示のような矩形領域Ｃｍが得られるので、これを単位線分Ａｍに対応する二次元単位領域と定義すればよい。
【００６１】
より具体的な実施形態を図１２に示す。ここでは、ＸＹＺ三次元座標系上に定義された図１２(a) に示すような任意立体形状の表面模様を原画像１０として、図１２(b) に示すようなＸＹ平面上に定義された記録媒体２０上に記録を行う場合を考える。まず、原画像１０上に多数の単位線分を定義する。ここでは、ＸＺ平面に平行なＭ枚の切断面をピッチｈでＹ軸方向に並べるように定義し（いわば、Ｍ枚の水平面を上下方向に多層配置した構造を定義する）、これらの切断面で原画像１０を切断したときに切り口に得られるＭ本の平行な線分を単位線分として定義している。図１２(a)には、原画像１０上に定義されたＭ本の単位線分Ａ１，…，Ａｍ−１，Ａｍ，Ａｍ＋１，…ＡＭが示されている（既に述べたように、原画像１０が曲面を構成する場合には、これら各単位線分は曲線分となる）。また、これら各単位線分上には、それぞれ所定のピッチで多数の点光源が定義される。たとえば、第ｍ番目の単位線分Ａｍ上には、Ｎ個の点光源Ｐｍ１，…，Ｐｍｉ，…ＰｍＮが定義されている。なお、点光源は必ずしも一定ピッチで定義する必要はなく、それぞれ任意の間隔で配置された点光源を用いるようにしてもかまわない。
【００６２】
続いて、こうして求めたＭ本の単位線分Ａ１，…，Ａｍ−１，Ａｍ，Ａｍ＋１，…ＡＭのそれぞれに対応した二次元単位領域を記録媒体２０上に定義する。ここに示す例では、各単位線分Ａ１，…，Ａｍ−１，Ａｍ，Ａｍ＋１，…ＡＭをＺ軸方向（水平方向）に投影し、記録媒体２０上にそれぞれ投影線分Ｂ１，…，Ｂｍ−１，Ｂｍ，Ｂｍ＋１，…ＢＭ （図示されていない）を求めている（投影線分が記録媒体２０の横幅よりも短い場合には、長さ方向に伸ばす処理を行っておく）。もっとも、これらの投影線分は、上述したＭ枚の切断面で記録媒体２０を切断したときの切り口としても得ることができる。次に、これらＭ本の投影線分Ｂ１，…，Ｂｍ−１，Ｂｍ，Ｂｍ＋１，…ＢＭを、Ｙ軸を共通の移動方向として上下両方向にそれぞれｈ／２の距離だけ移動させることにより、図１２(b) に示すような二次元単位領域Ｃ１，…，Ｃｍ−１，Ｃｍ，Ｃｍ＋１，…ＣＭを求めることができる。別言すれば、記録媒体２０上に定義されたＭ本の投影線分を、Ｙ軸を共通の移動方向として、隣接する投影線分の移動範囲には重ならない限度で所定の距離（この例では、上下にそれぞれｈ／２の距離）だけ移動させることにより、Ｍ個の二次元単位領域Ｃ１，…，Ｃｍ−１，Ｃｍ，Ｃｍ＋１，…ＣＭが得られたことになる。これらの二次元単位領域は、いずれも横幅が記録媒体２０の横幅に等しく、縦幅がピッチｈに等しい細長い矩形になる。
【００６３】
こうして、Ｍ個の二次元単位領域Ｃ１，…，Ｃｍ−１，Ｃｍ，Ｃｍ＋１，…ＣＭが定義されたら、各領域内に二次元的に分布する演算点を定義する。各演算点は、最終的に記録媒体２０上に形成される干渉縞パターンの画素として機能することになる。図１３は、第ｍ番目の二次元単位領域Ｃｍ（図１２にハッチングを施して示してある領域）内に、縦横マトリックス状に多数の演算点を定義した状態を示す平面図である。縦幅ｈの矩形内に多数の正方形が描かれているが、個々の正方形は１画素を示しており、各正方形の中心点がそれぞれ演算点として機能する。なお、１画素は、必ずしも正方形にする必要はなく、任意の矩形でもかまわない。
【００６４】
このようにして定義した各演算点について、それぞれ干渉波の強度が演算されるが、既に述べたように、演算に考慮される点光源は、対応する単位線分上の点光源に限定される。たとえば、図１３に示す第ｍ番目の二次元単位領域Ｃｍ内のｊ列ｋ行目の演算点Ｑｍ（ｊ，ｋ）についての干渉波の強度は、図１２(a) に示す第ｍ番目の単位線分Ａｍ上のＮ個の点光源Ｐｍ１，…，Ｐｍｉ，…ＰｍＮからの物体光と、図１１に示すように斜め上方から所定の角度θで入射する参照光Ｌとの干渉によって生じる波の振幅強度として演算されることになる。図１３に示されている他の演算点（各正方形の中心点）についても、同様の演算が行われ、それぞれ固有の強度値が求められる。
【００６５】
こうして、記録媒体２０上の全演算点について、それぞれ強度値が求められたら、これを二値化する。その結果、図１３において、小さな正方形として示されている個々の画素に、白または黒のいずれかの画素値が与えられる。この画素値に基づいて、物理的な媒体上に印刷もしくはエンボス加工を施せば、原画像１０が記録されたホログラム記録媒体が得られる。
【００６６】
なお、記録媒体２０上に定義される二次元単位領域のＹ軸方向の幅ｈ（縦方向の幅）は、視覚的に認識不可能な寸法（肉眼の解像度よりも更に高い解像度を実現できる寸法）に設定するのが好ましい。これは、幅ｈを視覚的に認識可能な寸法に設定した場合、記録媒体２０を全体的に観察した際に、二次元単位領域の境界線が肉眼で認識されてしまい、全体的に横縞模様が観察されるおそれがあるからである。前述したように、ｈ＝０．４〜１０００μｍ程度に設定すれば、一応、本発明に係る記録媒体を実現することは可能である。ただ、ｈ＝１０００μｍ（１ｍｍ）程度（視覚的に十分認識可能な寸法）に設定した場合、再生像に幅１ｍｍの横縞が重なって観察されることになる。したがって、実用上は、ｈ＜１００μｍ、より好ましくはｈ＜５０μｍに設定するのがよい。この程度の寸法設定であれば、ほとんどの場合、横縞模様は認識されなくなる。
【００６７】
§４．本発明に係るホログラム記録媒体の具体的な作成方法
ここでは、§３で述べた物体光の広がり角を制限する手法を利用して、図５に示す原画像１０を記録面２０上にホログラムとして記録する具体的な方法を説明する。図５あるいは図６に示す例では、記録面２０を破線で示す境界線で分けることにより、部分領域２１〜２６を定義していた。これに対して、ここで述べる方法では、図１４に示すような部分領域２１〜２６が定義されることになる。すなわち、図５に示す原画像１０のように、複数の単色部分原画像１１〜１６が互いに所定間隔をおいて離れて配置されている場合には、これらに対応する各部分領域２１〜２６も、記録面１０上で互いに所定間隔をおいて離れて配置されるように定義するのである。特に、図１４に示す例では、§３で述べた手法を適用するのに便利なように、各部分領域２１〜２６を、その縦方向の寸法が各単色部分原画像１１〜２６の投影像の縦方向の寸法に一致するような矩形領域として定義している。たとえば、図１４における部分領域２１は、右耳部１１を記録面２０上に投影した投影像の縦寸法と同じ縦寸法を有する矩形領域となっている。
【００６８】
このように、単色部分原画像と部分領域との縦寸法を揃えておくと、§３で述べた手法を適用するのに便利である。すなわち、図１２に示す例では、原画像１０の縦寸法と同じ縦寸法を有する記録面２０を用意し、原画像１０上にＭ本の単位線分を定義するとともに、記録面２０上にＭ個の二次元単位領域を定義し、第ｍ番目の二次元単位領域Ｃｍ内の演算点については、第ｍ番目の単位線分Ａｍ上の点光源Ｐｍ１〜ＰｍＮからの物体光と参照光との干渉縞を記録している。この手法を、図５に示す各単色部分原画像１１〜１６のそれぞれについて適用するためには、各部分領域２１〜２６の縦寸法を各単色部分原画像１１〜１６の縦寸法に揃えておくと便利である。なお、各部分領域２１〜２６の縦寸法をこのように設定すると、各部分領域間の空隙部分（より具体的には、縦方向に関する空隙部分）には、干渉縞が形成されない空白領域（図１４にハッチングを施した領域）が形成されるようになる。
【００６９】
さて、図１４に示すように、各部分領域２１〜２６が定義できたら、個々の部分領域ごとに、§３で述べた手法に基いて干渉縞の演算を行う。たとえば、部分領域２１についての干渉縞を求めるのであれば、次のような手順が行われる。まず、ＸＺ平面に平行となるように所定ピッチｈで配された多数の切断面を定義する。そして、この個々の切断面で、記録対象となる単色部分原画像（すなわち右耳部１１）およびこれに対応する部分領域２１を切断する。そして右耳部１１側の切り口に得られる線分（この場合は曲線分になる）を単位線分と定義し、部分領域２１側の切り口に得られる線分を投影線分と定義する。これにより、右耳部１１の表面には、図１２(a) に示すようなＭ本の単位線分Ａ１〜ＡＭが定義されることになる。一方、部分領域２１側では、Ｙ軸を共通の移動方向として個々の投影線分を幅ｈだけ移動させることにより、図１２(b) に示すように、幅ｈをもったＭ個の二次元単位領域Ｃ１〜ＣＭが形成される。
【００７０】
続いて、各二次元単位領域Ｃ１〜ＣＭ内の各点について干渉波の強度演算を行う。このとき、対応する単位線分上に定義された点光源からの物体光のみを考慮した演算を行う。たとえば、図１２に示す二次元単位領域Ｃｍ内の演算点について、干渉波の強度演算を行う際には、対応する単位線分Ａｍ上に定義された点光源Ｐｍ１〜ＰｍＮからの物体光のみを考慮した演算が行われることになる。このような演算は、結局、点光源から放出される物体光の縦方向（切断面に垂直な方向：Ｙ軸方向）への広がり角を所定角度ξに制限した演算ということができ、角度ξは点光源から二次元単位領域の幅ｈをみる角度に相当する（図１１参照）。
【００７１】
図１４に示すすべての部分領域２１〜２６について、それぞれ上述の手法に基く干渉縞の演算が完了すれば、図にハッチングを施した領域を除いて、記録面２０上に干渉縞パターンが形成されることになる。なお、このように、§３で述べた手法を適用して記録したホログラム記録媒体には、視点を横方向に移動したときには立体視が得られ、視点を縦方向に移動したときには立体視が得られないような再生像を生じる干渉縞が記録されていることになる。すなわち、図１２において、第ｍ番目の二次元単位領域Ｃｍ内には、第ｍ番目の単位線分Ａｍ上に定義された点光源Ｐｍ１〜ＰｍＮの情報、すなわち、一次元横方向に並んだ点光源の情報しか記録されていないので、横方向に関する立体情報は記録されているものの縦方向に関する立体情報は記録されていないことになる。
【００７２】
結局、図１４に示す記録面２０に形成された干渉縞を記録した媒体を観察した場合、視線を横方向に動かすと、いずれの単色部分原画像も立体像として認識できるが、視線を縦方向に動かすと、立体像として認識できないことになる。しかしながら、現実的には、人間は横方向に並んだ一対の目で立体像を認識するようにできているため、横方向に関する立体視が得られれば、縦方向に関する立体視が得られなかったとしても、原画像１０を全体として立体画像として認識することができるので、大きな問題は生じない。なお、ここで言う立体視とは、個々の単色部分原画像がそれぞれ立体像として観察できるという意味であり、原画像１０が全体として立体像として再生されるわけではない。すなわち、本来のホログラムであれば、視点を横方向に移動させると、たとえば、右眼球部１３ａのうしろに左眼球部１３ｂの一部が隠れるような立体視が生じることになるが、本発明によるホログラム記録媒体では、そのような単色部分原画像同士の立体視は得られない。
【００７３】
なお、§３で述べた手法では、図１１に示すように、物体光の縦方向（Ｙ軸方向）の広がり角を角度ξに制限しているが、図１５に示す例のように、物体光の横方向（切断面に沿った方向：Ｘ軸方向）の広がり角を更に所定角度Ψに制限するようにしてもよい。この場合、１つの点光源からの物体光は、図にハッチングを施して示した領域Ｓの中だけに到達することになる。もっとも、角度Ψをあまり小さく設定しすぎると、領域Ｓの横幅（Ｘ軸方向の幅）もかなり小さくなり、横方向の立体視も得られない状態になるので、角度Ψはある程度以上に設定する必要がある。具体的には、記録面２０上の任意の点Ｑに、ただ１つの点光源Ｐからの物体光しか届かなくなるまで角度Ψを小さく設定すると、立体視が全く得られなくなってしまうことになる。
【００７４】
実用上は、横方向にいくつもの単色部分原画像が並んでいるような原画像１０を用いる場合に、横方向の広がり角Ψを制限するとよい。たとえば、図１４に示す例では、口鼻部１４，右髭部１５，左髭部１６が横方向に並んでいるが、このような場合、物体光の横方向の広がり角Ψを制限した演算を行うようにすると、部分領域１４，１５，１６の横幅が比較的小さくても、像を正しく再生させるために必要な干渉縞を各部分領域内に記録することが可能になる。別言すれば、横幅の狭い部分領域に、横方向の広がり角を制限しないで干渉縞の記録を行うと、正しい再生像を得るために必要な干渉縞の一部が記録しきれなくなるおそれがある。このような場合、縦方向の広がり角ξの制限とともに、横方向の広がり角Ψの制限が非常に有効である。
【００７５】
以上、本発明を図示する実施形態に基いて説明したが、本発明はこの実施形態に限定されるものではなく、この他にも種々の形態で実施可能である。たとえば、上述の実施形態で原画像１０を構成する単色部分原画像１１〜１６は、いずれも立体から構成されている三次元画像であるが、単なる二次元画像を単色部分原画像として用いることも可能である。
【００７６】
【発明の効果】
以上のとおり本発明に係るホログラム記録媒体の製造方法によれば、複数の単色部分原画像から構成される原画像を、それぞれ部分領域ごとに干渉縞として記録するようにしたため、白色照明光の下でも明るいカラー画像の再生を行うことができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一般的なホログラムの作成方法を示す原理図であり、原画像１０を記録媒体２０上に干渉縞として記録する方法が示されている。
【図２】図１に示す原理に基づいて、記録媒体上の任意の点Ｑ（ｘ，ｙ）における干渉波の強度を演算する方法を示す図である。
【図３】図２に示す方法で演算された干渉波の強度分布を二値画像に変換する状態を示す図である。
【図４】白色光を用いてホログラムを再生した場合に、白濁再生像が得られる原理を示す側面図である。
【図５】本発明に係るホログラム記録媒体の作成方法の基本原理を示す斜視図である。
【図６】図５に示す記録面２０上の部分領域２１〜２６と、原画像１０を構成する単色部分原画像１１〜１６との位置関係を示す図であり、図５に示す記録面２０を背面側（原画像１０とは反対側）から見た平面図に相当する。
【図７】図６に示す記録面２０上に形成される干渉縞を記録した媒体を、白色照明光によって再生した場合に、視点Ｅから再生像を観察した状態を示す側面図である。
【図８】本発明を実施する上で、物体光の広がり角を制限して干渉縞演算を行う方法を示す斜視図である。
【図９】図８に示す原理に基づいて、記録媒体２０上の任意の点Ｑ（ｘ，ｙｍ）における干渉波の強度を演算する方法を示す斜視図である。
【図１０】図９に示す原画像１０および記録面２０を、図の上方から見た状態を示した上面図である。
【図１１】本発明を実施する上で、単位領域ごとに情報記録を行うホログラムのより具体的な作成方法を示す斜視図である。
【図１２】図１１に示す方法を実施するために、原画像１０上に定義された単位線分と、記録面２０上に定義された二次元単位領域とを示す図である。
【図１３】図１２(b) に示されている二次元単位領域Ｃｍ内に定義された演算点（画素）のマトリックス配列を示す図である。
【図１４】記録面２０上に定義される部分領域の別な形態を示す平面図である。
【図１５】本発明を実施する上で、物体光の広がり角を制限して干渉縞演算を行う別な方法を示す斜視図である。
【符号の説明】
１０…原画像
１１…右耳部（単色部分原画像）
１２…左耳部（単色部分原画像）
１３…眼球部（単色部分原画像）
１３ａ…右眼球部（単色部分原画像の右半分）
１３ｂ…左眼球部（単色部分原画像の左半分）
１４…口鼻部（単色部分原画像）
１５…右髭部（単色部分原画像）
１６…左髭部（単色部分原画像）
２０…記録媒体（記録面）
２１〜２６…部分領域
Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａｍ−１，Ａｍ，Ａｍ＋１，ＡＭ…原画像上の単位線分
Ｂ，Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂｍ，ＢＭ…記録面上の投影線分
Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３…色Ｂをもった再生光
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃｍ−１，Ｃｍ，Ｃｍ＋１，ＣＭ…二次元単位領域
Ｄ（ｘ，ｙ）…二値画像を構成する画素
Ｅ…視点
Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３…色Ｇをもった再生光
ｈ…二次元単位領域の縦幅／単位線分のピッチ
Ｌ…参照光
Ｌｗ…白色照明光
Ｏ，Ｏ１，Ｏｉ，ＯＮ，Ｏｍ１，ＯｍＮ…物体光
Ｐ，Ｐ１，Ｐｉ，ＰＮ，Ｐｍ，ＰＭ，Ｐｍ１，Ｐｍｉ，ＰｍＮ，…点光源
Ｑ，Ｑ１〜Ｑ４，Ｑ（ｘ，ｙ），Ｑ（ｘ，ｙｍ），Ｑｍ，Ｑｍ（ｊ，ｋ），ＱＭ…演算点
Ｑ２１，Ｑ２３，Ｑ２５…記録媒体上の１点
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３…色Ｒをもった再生光
Ｓ…物体光の到達領域
δ，ε…再生光の偏角
θ…参照光および照明光の角度
ξ…物体光の縦方向（Ｙ軸方向）に関する広がり角
Ψ…物体光の横方向（Ｘ軸方向）に関する広がり角
λ２１，λ２１＊，λ２３，λ２５，λ２５＊…再生光の波長[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention relates to a hologram recording medium.Manufacturing methodIn particular, a hologram recording medium suitable for being created by computation using a computerManufacturing methodAbout.
[0002]
[Prior art]
Holograms have been widely used as anti-counterfeiting applications for vouchers and credit cards. Usually, an area for recording a hologram is provided on a part of a medium to be subjected to forgery prevention measures, and a stereoscopic image or the like is recorded in the form of a hologram in this area.
[0003]
At present, commercially available holograms are obtained by recording an original image as interference fringes on a medium by an optical method. That is, an object constituting an original image is prepared, and light from this object and reference light are guided onto a recording surface coated with a photosensitive agent using an optical system such as a lens, and interference fringes are formed on the recording surface. The method of forming is adopted. This optical method requires a highly accurate optical system in order to obtain a clear image, but is the most direct method for obtaining a hologram and is the most widely used method in the industry. is there.
[0004]
In addition, recently, a method of creating a hologram by forming interference fringes on a recording surface by a calculation using a computer is known, and a hologram created by such a method is generally called a “computer-generated hologram (CGH). : Computer Generated Hologram) ”, or simply“ Computer Hologram ”. This computer generated hologram can be obtained by simulating an optical interference fringe generation process on a computer, and the entire process of generating an interference fringe pattern is performed as an operation on the computer. When image data of an interference fringe pattern is obtained by such calculation, physical interference fringes are formed on an actual medium based on the image data. Specifically, for example, a method of forming physical interference fringes by applying image data of an interference fringe pattern created by a computer to an electron beam drawing apparatus and scanning the electron beam on a medium has been put into practical use. Yes.
[0005]
  With the development of computer graphics technology, it is becoming common in the printing industry to handle various images on a computer. Therefore, it is convenient if the original image to be recorded on the hologram can be prepared as image data obtained using a computer. In order to meet such demands, a technique for creating a computer generated hologram has become an important technique, and it is expected that it will become a technique to replace an optical hologram creating method in the future. Various techniques relating to such computer generated holograms are disclosed in, for example, JP-A-9-319290, JP-A-10-123919, JP-A-11-24539, JP-A-11-24540, and JP-A-11-24541. Issue gazette,JP 11-202741 A, JP 2000-214750 A, JP 2000-214751 A, JP 2001-013858 A, JP 2001-013859 A.And the like.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
Originally, a hologram records an interference fringe of object light and reference light having a single wavelength on a recording surface, and irradiates the reproduction fringe light having the same single wavelength to the interference fringe, thereby producing a three-dimensional image. It should be regenerated. However, reproduction with a single wavelength is not feasible unless it is a special environment such as a laboratory. In practice, holograms recorded on a part of a credit card are mixed with light of various wavelengths. It is generally regenerated under matched white illumination light. However, when a conventional general hologram recording medium is reproduced under white illumination light, the reproduced light of various colors is observed from the recorded interference fringes, so that the color image is correctly displayed. It cannot be played back.
[0007]
In order to solve such a problem, Japanese Patent Application No. 11-017749 discloses a separate area for recording the three primary colors of RGB on a recording medium. There has been disclosed a technique capable of reproducing a specific primary color for each region and reproducing a color image as a whole. However, when a color original image in which specific colors are unevenly distributed is recorded using this technique, there arises a problem that the reproduced image becomes dark overall.
[0008]
  Accordingly, the present invention provides a hologram recording medium capable of reproducing a bright color image even under white illumination light.Manufacturing methodThe purpose is to provide.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
[0012]
  (1)  Of the present inventionFirstIn the method of manufacturing a hologram recording medium by calculation using a computer,
  A plurality of “monochromatic partial original images having a three-dimensional shape” are arranged on the XYZ three-dimensional coordinate system so as not to be spatially overlapped with each other. An original image definition stage in which an original image composed of colors is constructed;
  A light source definition stage for defining a large number of micro light sources having a unique color for each single color partial original image on each single color partial original image,
  A recording surface definition for defining an original image on the XY plane and defining a partial area corresponding to each monochrome partial original image so as not to overlap each other on the recording surface Stages,
  In each partial area, it was emitted from each micro light source defined on each monochrome partial original image so that the corresponding monochrome partial original image could be recorded as a hologram image.The specific wavelength corresponding to the unique color of the micro light sourceDefine the object light and the reference light that is incident on the recording surface at a predetermined angle and has the same wavelength as the object light, so that the object light emitted from each minute light source reaches only within the corresponding partial region, Limits the divergence angle of object light, and within individual partial areasFor each specific wavelengthWith object lightThe same wavelength as the specific wavelength of this object lightInterference fringe calculation stage for calculating interference fringes caused by interference with reference light by calculation,
  An interference fringe recording stage for physically recording on the medium the interference fringes determined for each partial region;
  Is to do.
[0015]
  (2)  Of the present inventionSecondAspects of the aboveFirstIn the method for manufacturing a hologram recording medium according to the above aspect,
  When a plurality of single-color partial original images are spaced apart from each other by a predetermined distance, the corresponding partial areas are defined so as to be spaced apart from each other by a predetermined distance on the recording surface. A blank area where no interference fringes are formed is formed in the gap between the partial areas.
[0016]
  (3)  Of the present inventionThirdAspects of the above1st or 2ndIn the method for manufacturing a hologram recording medium according to the above aspect,
  Each single-color partial original image is projected onto the recording surface to obtain each two-dimensional projection image, and a partial region corresponding to each single-color partial original image is defined as a region including each two-dimensional projection image It is.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
§1. Basic principles of computer generated holograms
FIG. 1 is a principle diagram showing a general hologram creation method, and shows a method of recording an original image 10 on a recording medium 20 as interference fringes. Here, for convenience of explanation, an XYZ three-dimensional coordinate system is defined as shown, and the recording medium 20 (for convenience of explanation, a medium having no thickness, ie, the recording surface itself) is placed on the XY plane. It shall be placed. When the optical method is used, an object to be recorded is prepared as the original image 10. The object light O emitted from an arbitrary point P on the original image 10 travels toward the entire surface of the recording medium 20. On the other hand, the recording medium 20 is irradiated with the reference light L, and interference fringes between the object light O and the reference light L are recorded on the recording medium 20.
[0018]
In order to create a computer generated hologram at the position of the recording medium 20, the original image 10, the recording medium 20, and the reference light L are defined as data on the computer, and the interference wave intensity at each position on the recording medium 20 is calculated. That's fine. Specifically, as shown in FIG. 2, the original image 10 is treated as a set of N point light sources P1, P2, P3,..., Pi,. O3,..., Oi,..., ON proceed to the calculation point Q (x, y), respectively, and the reference light L is irradiated toward the calculation point Q (x, y). Calculation for obtaining the amplitude intensity at the position of the calculation point Q (x, y) of the interference wave generated by the interference between the object beams O1 to ON and the reference beam L may be performed. The object light and the reference light are usually calculated as monochromatic light. A large number of calculation points corresponding to the required resolution are defined on the recording medium 20, and the calculation of the amplitude intensity is performed for each of these calculation points. A distribution will be obtained.
[0019]
Thus, when the intensity value of the interference wave can be calculated for each calculation point defined on the recording medium 20, a pixel having a pixel value corresponding to the intensity value of the interference wave at each calculation point position. Is defined, an interference wave image composed of a set of these pixels can be created on the recording medium 20. This interference wave image is an image showing the intensity distribution of the interference wave obtained on the recording medium. Therefore, if a physical gray pattern or emboss pattern is formed on an actual medium based on the interference wave image, a hologram in which the original image 10 is recorded as interference fringes can be created. As a technique for forming high-resolution interference fringes on a medium, drawing using an electron beam drawing apparatus is suitable. An electron beam drawing apparatus is widely used for drawing a mask pattern of a semiconductor integrated circuit, and has a function of scanning an electron beam with high accuracy. Accordingly, if image data indicating the intensity distribution of the interference wave obtained by calculation is applied to the electron beam drawing apparatus and the electron beam is scanned, an interference fringe pattern corresponding to the intensity distribution can be drawn.
[0020]
However, a general electron beam drawing apparatus has only a function of drawing a binary image by controlling drawing / non-drawing. Therefore, the intensity distribution obtained by the calculation may be binarized to create a binary image, and this binary image data may be given to the electron beam drawing apparatus. FIG. 3 is a conceptual diagram of such binarization processing. By the above-described calculation, a predetermined interference wave intensity (amplitude intensity value of the interference wave between the object beam and the reference beam) is defined at each calculation point Q (x, y) on the recording medium 20. Therefore, a predetermined threshold value (for example, an average value of all amplitude intensity values distributed on the recording medium 20) is set for the amplitude intensity value, and an arithmetic point having an intensity value equal to or greater than the threshold value is set. A pixel value “1” is given, and a pixel value “0” is given to a calculation point having an intensity value less than this threshold value, and each calculation point Q (x, y) is set to “1” or “0”. If the pixel value is converted to a pixel D (x, y) having a pixel value, a binary image consisting of a set of many pixels D (x, y) can be obtained. If the binary image data is supplied to the electron beam drawing apparatus and drawn, interference fringes can be drawn as a physical binary image. Actually, based on the physically drawn interference fringes, for example, an embossed plate (an embossed plate having a pixel portion having a pixel value “1” as a convex portion and a pixel portion having a pixel value “0” as a concave portion, Alternatively, by creating an embossed plate having a concave-convex relationship opposite to this and performing embossing using this embossed plate, a hologram having interference fringes formed as a concave-convex structure on the surface can be mass-produced.
[0021]
Now, in order to reproduce a recording medium on which a hologram created by the method described above is recorded under ideal conditions, light having the same wavelength as that of the reference light L used for recording is irradiated from the same direction. That's fine. That is, when the reproduction illumination light L is irradiated from the direction as shown in FIG. 1 and observed from the back side of the recording medium 20, the original image 10 is observed as a stereoscopic reproduction image.
[0022]
However, in the case of a hologram recording medium used in the real world as a forgery prevention mark for a credit card or the like, it is rather rare to reproduce it under the ideal conditions as described above. In particular, in a real-world lighting environment, there is almost no monochromatic light, and most of natural light and light from lighting fixtures is close to white light. When reproduction is performed using such white light, the recorded interference fringes are reproduced from various colors of reproduction light (when the recording medium is irradiated with illumination light for reproduction, the interference fringes on the recording medium are The light generated on the basis of the light is dispersed, and the reproduced image is observed as cloudy.
[0023]
FIG. 4 is a side view showing the principle of obtaining a white turbid reproduction image by reproduction using white light. Here, it is assumed that a hologram is recorded on the recording medium 20 by the above-described method, and the recording medium 20 is irradiated with reproduction white illumination light Lw (plane wave) from the left side of the recording medium 20 at an angle θ. It is assumed that the reproduced image is observed at the viewpoint E on the right side of 20. In FIG. 4, reproduction is performed by irradiating the recording medium 20 with the white illumination light Lw from the opposite side of the viewpoint E. However, the hologram recording medium is used as a forgery prevention mark for a credit card or the like. In this case, reproduction using the white illumination light emitted from the viewpoint E side is performed (in this case, the white illumination light Lw shown in FIG. 4 is plane-symmetric with respect to the recording medium 20). Would have been in the position of).
[0024]
Now, focusing on the reproduction light generated from the recording medium 20 by the irradiation of the white illumination light Lw, the white illumination light Lw includes light of various wavelengths, and thus the reproduction light also includes various wavelengths. Become. In addition, the direction of the reproduction light directed from the same point on the recording medium 20 toward the viewpoint E differs depending on the wavelength. For example, when focusing only on the wavelength components of the three primary colors RGB among the reproduction lights generated from the three points Q1, Q2, and Q3 on the recording medium 20, in the example shown in FIG. 4, the reproduction lights R1, G1, and B1 are generated from the point Q1. From the point Q2, the reproduction lights R2, G2 and B2 are directed in the direction shown in the figure, and from the point Q3, the reproduction lights R3, G3 and B3 are directed in the direction shown in the figure. For this reason, the reproduction light of various wavelength components is observed at the position of the viewpoint E, and the reproduction image becomes clouded. This is the same even if the position of the viewpoint E is moved.
[0025]
However, when the distance between the viewpoint E and the recording medium 20 is considerably larger than the vertical dimension of the recording medium 20, it is possible to think that light traveling from the recording medium 20 in the horizontal direction in the figure reaches the viewpoint E. Does not occur. For example, in the case of a hologram recording medium used as a forgery prevention mark for a credit card or the like, the vertical dimension of the recording medium is about 1 cm, while the distance between the eyes and the recording medium when observing this is 25 cm. In general, the position of the eyes is placed vertically above the recording medium. For this reason, there is no problem even if it is approximated that only parallel rays emitted perpendicularly from the recording medium arrive at the eye position. Under such an environment, in the example of FIG. 4, the green reproduction lights G1, G2, and G3 are observed at the viewpoint E, and a green reproduction image can be obtained.
[0026]
However, such a conventional computer generated hologram cannot reproduce a color (multicolor) original image. For example, in the example shown in FIG. 4, the original image is observed as a green image as a whole from the position of the viewpoint E, and only a single color reproduction image is obtained. An object of the present invention is to create a hologram that can obtain a bright color reproduction image even when reproduction is performed using white light, using computation by a computer. Hereinafter, this method will be described in detail.
[0027]
§2. Basic principle of the present invention
The basic principle of the present invention is that a plurality of partial areas are defined on the recording surface of the medium without overlapping each other, and interference fringes for reproducing independent holograms are recorded for each partial area. It is in that point. Here, when the white reproduction illumination light is irradiated to the medium from a predetermined angle and the medium is observed from a predetermined viewpoint position, each partial region is monochromatic by reproduction light having a unique monochromatic wavelength. A partial reproduction image is reproduced, and an original image composed of a plurality of colors is reproduced by combining these single-color partial reproduction images.
[0028]
Let me illustrate this with a specific example. For example, consider an original image 10 as shown in FIG. The feature of the original image 10 shown here is that it is composed of a plurality of single-color partial original images 11-16. Here, the single-color partial original image can be said to be “an image that is a partial element constituting the original image and is expressed by a single color”. Here, for the sake of convenience, the single-color partial original images shown in FIG. 5 are referred to as the right ear part 11, the left ear part 12, the eyeball part 13, the mouth-nose part 14, the starboard part 15, and the port part 16, respectively. Assume that these are expressed in different colors. In this example, the eyeball part 13 is composed of two spherical bodies of the right eyeball part 13a and the left eyeball part 13b from the viewpoint of the three-dimensional structure, but both are expressed in the same color. Both are handled as “eyeball part 13” which is one monochrome partial original image. If the right eyeball portion 13a and the left eyeball portion 13b are expressed in different colors, it is naturally necessary to handle them as separate single-color partial original images. However, even if both are expressed in the same color, there is no problem if both are handled as separate monochrome partial original images.
[0029]
Actually, the definition of the original image 10 as shown in FIG. 5 is performed by preparing three-dimensional image data on a computer. That is, on the XYZ three-dimensional coordinate system, image data for defining the three-dimensional shapes constituting the single-color partial original images 11 to 16 are prepared. In the example shown in FIG. 5, each single-color partial original image is composed of a simple three-dimensional geometric figure. Of course, each single-color partial original image may have an arbitrary shape. However, it is necessary to arrange the single-color partial original images in a three-dimensional space so as not to spatially overlap each other. Thus, if a plurality of single-color partial original images expressed in different colors are defined, the original image 10 composed of a plurality of colors can be configured as a combination of these single-color partial original images.
[0030]
Next, a recording surface 20 for recording the original image 10 thus defined is defined. Here, as shown in FIG. 5, the recording surface 20 is defined on the XY plane in the XYZ three-dimensional coordinate system. This recording surface 20 is equivalent to the recording medium 20 described in §1, and the interference fringe pattern calculated on the recording surface 20 by using a computer is finally formed on the physical recording medium. It will be expressed as an uneven pattern. Subsequently, partial areas 21 to 26 corresponding to the single-color partial original images 11 to 16 are defined on the recording surface 20. Each of the partial areas 21 to 26 (shown as individual areas obtained by dividing the recording surface 20 by broken lines in FIG. 5) is an area for recording the monochrome partial original images 11 to 16 as interference fringes, respectively. It must be defined as independent areas that do not overlap each other.
[0031]
FIG. 6 is a diagram showing the positional relationship between the partial areas 21 to 26 on the recording surface 20 shown in FIG. 5 and the single-color partial original images 11 to 16 constituting the original image 10, and exactly the recording shown in FIG. This corresponds to a plan view of the surface 20 viewed from the back side (the side opposite to the original image 10). In the example shown in the figure, rectangular partial areas 21 to 26 are defined by dividing the rectangular recording surface 20 by broken lines. However, in implementing the present invention, each partial area is not necessarily rectangular. There is no need. However, it is necessary to define each of the partial areas 21 to 26 so as to be consistent with the spatial arrangement of the individual monochrome partial original images 11 to 16 constituting the original image 10. For example, as shown in FIG. 6, when the original image 10 is observed from the recording surface 20 side, the spatial arrangement of the right ear portion 11 and the left ear portion 12 is such that the right ear portion 11 faces the left side and the left ear portion. 12 is arranged on the right side, the partial area 21 for recording the right ear part 11 needs to be arranged on the left side, and the partial area 22 for recording the left ear part 12 needs to be arranged on the right side. Similarly, the spatial arrangement of the eyeball part 13 and the mouth-nose part 14 is such that the eyeball part 13 is on the upper side and the mouth-nose part 14 is on the lower side, so the partial area 23 for recording the eyeball part 13 is: It is necessary to arrange above the partial area 14 for recording the mouth-nose part 14.
[0032]
Of course, since recording on the recording surface 20 is performed using interference fringes that can reproduce a hologram image, the size of each partial area is not necessarily proportional to the size of the monochrome partial original image to be recorded. The shape of each partial area does not necessarily have to approximate the shape of the monochrome partial original image to be recorded. Due to the principle of holograms, even a very small partial area can be obtained as long as a reconstructed image of a monochromatic partial original image as long as interference fringes are correctly recorded. For example, at any one point Q4 in the partial area 23 of FIG. 6, information on all parts of the monochrome partial original image 13 composed of the right eyeball part 13a and the left eyeball part 13b is recorded as interference fringes (§3 For example, the right eyeball portion 13a and the left eyeball portion can be obtained by using only the interference fringes recorded in a small circle centered on this one point Q4. It is possible to obtain a reproduced image of 13b.
[0033]
However, in reality, the reproduced image of the hologram is observed by a person with both eyes, and the partial area where the interference fringes are recorded functions as a window when the person observes the image. . Therefore, if the size of the window is extremely small compared to the size of the reproduced image, a part of the reproduced image is hidden outside the window, and the entire image cannot be observed. In view of such circumstances, it is actually preferable to set the size of each partial area to a size corresponding to the size of the monochrome partial original image to be recorded. For example, since the eyeball portion 13 shown in FIG. 6 is an image that is elongated in the horizontal direction (the right eyeball portion 13a and the left eyeball portion 13b are arranged in the horizontal direction, the entire image is a horizontally long image). The partial area 23 for recording the image is also preferably a horizontally long area.
[0034]
In consideration of such circumstances, the respective monochrome partial original images 11 to 16 are projected onto the recording surface 20 to obtain the respective two-dimensional projection images, and the respective monochrome partial originals are defined as regions including the respective two-dimensional projection images. If the partial areas 21 to 26 corresponding to the images 11 to 16 are defined, the partial areas can be efficiently defined. In the example illustrated in FIG. 6, the partial areas 21 to 26 are defined as rectangular areas including the two-dimensional projection images of the single-color partial original images 11 to 16.
[0035]
In this way, when the respective monochrome partial original images 11 to 16 and the corresponding partial areas 21 to 26 can be defined, the monochrome partial original images to be recorded in the partial areas are obtained by the method described in §1. Interference fringes are calculated so that they can be recorded as holograms. For example, interference fringes for recording the right ear portion 11 as a hologram are calculated in the partial region 21 in FIG. Such calculation of interference fringes defines a large number of minute light sources on the monochromatic partial original image, and interference waves between the object light emitted from each minute light source and the reference light incident on the recording surface 20 at a predetermined angle. The intensity may be calculated for each calculation point in the partial area. For example, for each calculation point in the partial region 21, the interference wave intensity between the object light emitted from a large number of minute light sources defined on the right ear portion 11 and the predetermined reference light is calculated. As a two-dimensional distribution of the calculated interference wave intensity, an interference fringe pattern for reproducing the right ear portion 11 is formed in the partial region 21.
[0036]
Such an interference fringe calculation is executed for each partial region. At this time, the wavelength of light used for the calculation corresponds to a unique color defined for each single-color partial original image. The point of using the wavelength is an important point. For example, if the right ear portion 11 is red, the specific color of the right ear portion 11 is red, and thus a red micro light source is defined on the right ear portion 11. When performing the interference fringe calculation in the region 21, the wavelength of the object light is also a wavelength corresponding to red, and the wavelength of the reference light is the same as the wavelength of the object light. On the other hand, if the left ear portion 12 is green, the unique color of the left ear portion 12 is green, and therefore, a green micro light source is defined on the left ear portion 12. When performing the interference fringe calculation in the region 22, the wavelength of the object light corresponds to green, and the reference light has the same wavelength as that of the object light. Thus, one of the important features of the present invention is that the interference fringes by the object light and the reference light each having a unique wavelength are recorded for each partial region.
[0037]
In addition, it is preferable that the irradiation angle of the reference light with respect to the recording surface 20 is common to all the partial areas. This is because in consideration of the illumination environment at the time of reproduction, it is considered that the reproduction illumination light is often incident at almost the same angle on any part of the recording surface 20.
[0038]
Further, when performing the above-described interference fringe calculation, it is necessary to limit the spread angle of the object light so that the object light emitted from one single-color partial original image reaches only the original partial region. . For example, in the example shown in FIG. 5, the object light emitted from the right ear portion 11 reaches only the original partial region 21 to be recorded for the right ear portion 11, and the adjacent partial regions 22 and 23. It is necessary not to reach. According to the basic principle of the hologram, information of all parts constituting the original image 10 is recorded at all points on the recording surface 20, but in the present invention, within a certain partial area, Only information about the monochrome partial original image corresponding to this is recorded. For example, at the calculation point Q4 shown in FIG. 6, only information on the right eyeball portion 13a and the left eyeball portion 13b is recorded, and information on the right ear portion 11 and the left ear portion 12 is not recorded at all. Absent. A specific method for restricting the divergence angle of the object light so that the object light emitted from one single-color partial original image reaches only the corresponding specific partial area will be described in detail in §3. Describe.
[0039]
When the interference fringes can be obtained for all the partial areas on the recording surface 20 in this way, a step of physically recording the interference fringes obtained for the partial areas on the medium is performed. Actually, as described in Section 1, the interference fringe pattern may be converted into a binary image, and a physical uneven pattern may be formed using an electron beam drawing apparatus or the like.
[0040]
The hologram recording medium manufactured by such a process can reproduce a bright color image even when reproduced by white light. FIG. 7 is a side view showing a state where a reproduced image is observed from the viewpoint E when the medium on which the interference fringes formed on the recording surface 20 shown in FIG. In this example, the white illumination light Lw is irradiated from obliquely above the back surface (the surface opposite to the viewpoint E side) of the recording medium. The white illumination light Lw is a parallel light beam that is incident on the recording surface of the recording medium 20 at an angle θ. Here, the angle θ is the same as the irradiation angle of the reference light used when calculating the interference fringes. When the recording medium 20 is used as a forgery prevention mark for a credit card, the white illumination light Lw is irradiated from the front side (surface on the viewpoint E side) side of the recording medium. If the light is irradiated from a direction which is plane-symmetric with respect to the light, it is physically equivalent to the system shown in FIG.
[0041]
When the original image 10 and the recording surface 20 are arranged as shown in FIG. 5 and interference fringes are calculated and reproduced by the white illumination light Lw, reproduced light (original image 10) emitted from each partial area is reproduced. As shown in FIG. 7, the reproduction light having a unique monochromatic wavelength for the partial region is reproduced on the XZ plane. The light is emitted in a parallel direction (the X axis is perpendicular to the paper surface). For example, in FIG. 7, for the partial region 21 located in the upper part, interference fringes using object light and reference light having a monochromatic wavelength λ21 corresponding to the intrinsic color of the right ear portion 11 are recorded. Of the reproduction light emitted from the arbitrary point Q21, the front reproduction light having the wavelength λ21 is emitted in the XZ direction (horizontal direction in the figure). Of course, since the point Q21 is irradiated with the white illumination light Lw, the reproduction light having various wavelengths is emitted from the point Q21, but the front reproduction light having the wavelength λ21 is directed toward the viewpoint E. become. Similarly, of the reproduction light emitted from an arbitrary point Q23 in the partial region 23 located in the middle part, the front reproduction light having the monochromatic wavelength λ23 corresponding to the unique color of the eyeball part 13 is also directed in the direction of the viewpoint E. Of the reproduction light emitted from an arbitrary point Q25 in the partial region 25 located in the lower part, the front reproduction light having a monochromatic wavelength λ25 corresponding to the intrinsic color of the starboard portion 15 is also the direction of the viewpoint E Will head to.
[0042]
Thus, when viewed from the viewpoint E, the front reproduction image of the right ear portion 11 is recognized as an image having a color corresponding to the wavelength λ21, and the front reproduction image of the eyeball portion 13 is an image having a color corresponding to the wavelength λ23. And the front reproduction image of the starboard portion 15 is recognized as an image having a color corresponding to the wavelength λ25, and the monochrome partial original images 11 to 16 constituting the original image 10 shown in FIG. Each will be recognized with a unique color. In addition, since all the interference fringes formed on the recording medium 20 contribute to the front reproduction image, the color image observed at the viewpoint E becomes considerably bright.
[0043]
However, in FIG. 7, in order to observe all the reproduction light emitted from the recording medium 20 in the horizontal direction in the drawing at the position of the viewpoint E, the viewpoint E and the recording medium are compared with the vertical dimension of the recording medium 20. The condition that the distance to 20 is sufficiently large is necessary. As described above, in the case of a hologram recording medium used as a forgery prevention mark for a credit card or the like, the vertical dimension of the recording medium is about 1 cm. The distance is generally about 25 cm, and the eye position is generally placed vertically above the recording medium. Accordingly, the viewpoint E shown in FIG. 7 actually exists farther to the right than the position shown in the figure, and all parallel rays emitted from the recording medium 20 in the horizontal direction in the figure to the viewpoint E. There is no problem in approximating the heading.
[0044]
Of course, strictly speaking, the reproduction light reaching the position of the viewpoint E is not exactly light parallel to the XZ plane, but slightly inclined. For this reason, the wavelength is also slightly shifted from the originally intended wavelength. For example, of the reproduction light emitted from the point Q21, the light emitted in the direction parallel to the XZ plane is light having a component of wavelength λ21. However, strictly speaking, the light reaching the viewpoint E is not light of this wavelength λ21, but wavelength λ21 deflected downward by an angle δ.*Of light. Similarly, of the reproduction light emitted from the point Q25, the light emitted in the direction parallel to the XZ plane is light having a component of wavelength λ25, but the light reaching the viewpoint E is strictly speaking: Not the light of this wavelength λ25, but the wavelength λ25 deflected upward by the angle ε*Of light. However, in the normal observation environment, the angles δ and ε are minute, so that the wavelengths λ21 and λ21 are small.*Or wavelength λ25 and λ25*Although there is a slight difference in color and some color misregistration occurs, there is no practical problem.
[0045]
§3. Limiting the divergence angle of object light
As already described, in the interference fringe calculation in the present invention, the spread angle of the object light is limited so that the object light emitted from a specific monochromatic partial original image reaches only within the corresponding partial region. There is a need. Here, a specific method for performing the interference fringe calculation with the spread angle of the object light limited will be described.
[0046]
Now, as shown in FIG. 8, it is assumed that the object light Oi emitted from an arbitrary point light source Pi on the original image 10 spreads only in the horizontal direction (in a plane parallel to the XZ plane) as illustrated. Then, the object light Oi reaches only the linear area B on the recording medium 20, and the object light Oi does not reach any other area of the recording medium 20. In the case of creating a hologram by an optical method, it is extremely difficult to limit the spread of object light in this way. However, if a hologram is created using a computer, the object only needs to be corrected. Light can be easily controlled. Therefore, the same limitation is imposed on the object light emitted from all point light sources constituting the original image 10 (the limitation that the object light spreads only in a plane parallel to the XZ plane).
[0047]
FIG. 9 is a perspective view showing a specific example of a recording method based on the basic concept described above. In this example, the original image 10 and the recording medium 20 (recording surface) are each divided in the horizontal direction by a large number of parallel lines to define a large number of linear unit areas. That is, as shown in the figure, the original image 10 is divided into a total of M unit areas A1, A2, A3,..., Am,... AM, and the recording medium 20 similarly has a total of M unit areas B1, B2. , B3,..., Bm,. When the original image 10 is a stereoscopic image, each of the unit areas A1, A2, A3,..., Am, ... AM is an area obtained by dividing the surface portion of the stereoscopic. Here, the M unit areas on the original image 10 and the M unit areas on the recording medium 20 have a one-to-one correspondence. For example, the mth unit area Am on the original image 10 corresponds to the mth unit area Bm on the recording medium 20.
[0048]
In the example shown in FIG. 9, the width of each unit region A1, A2, A3,..., Am,... AM is set equal to the pitch in the Y direction of the point light source defined on the original image 10. Each unit region is a linear region in which point light sources are arranged in a line. For example, in the illustrated example, N point light sources Pm1 to PmN are arranged in a line in the m-th unit region Am. Further, the width of each unit area B1, B2, B3,..., Bm,... BM is set equal to the pitch in the Y direction of the calculation points defined on the recording medium 20, and each unit area includes It is a linear area with calculation points arranged in a line. The illustrated calculation point Q (x, ym) indicates a calculation point located in the m-th unit region Bm, and is at a position indicated by a coordinate value (x, ym) in the XY coordinate system.
[0049]
In the case of this example, the interference wave intensity at the calculation point Q (x, ym) is obtained as follows. First, a unit area Am on the original image 10 corresponding to the unit area Bm to which the calculation point Q (x, ym) belongs is determined as a calculation target unit area. Then, the amplitude at the position of the calculation point Q (x, ym) for the interference wave formed by the object light Om1 to OmN emitted from the point light sources Pm1 to PmN and the reference light L in the calculation target unit region Am. If the intensity is obtained, this amplitude intensity is the interference wave intensity at the target calculation point Q (x, ym). Here, the reference light L is a monochromatic parallel light beam parallel to the YZ plane, and is incident on the recording medium 20 at a predetermined angle θ.
[0050]
FIG. 10 is a top view for explaining the concept of such arithmetic processing, and shows a state in which the original image 10 and the recording medium 20 shown in FIG. 9 are viewed from above. As shown in the figure, the object light necessary for obtaining the interference wave intensity at the calculation point Q (x, ym) is emitted from N point light sources Pm1,..., Pmi,. , Omi,..., OmN, and it is not necessary to consider object light from all point light sources constituting the original image 10. In this way, if predetermined interference wave intensities are obtained for all the calculation points Q (x, y) defined on the recording medium 20, the intensity distribution of the interference waves can be obtained on the recording medium 20.
[0051]
As described above, with reference to FIGS. 8 to 10, the information on the light source on the mth unit area Am defined on the original image 10 is stored on the mth unit area Bm defined on the recording medium 20. The method of recording is described. In the model described in this method, the unit regions Am and Bm are both geometrical linear regions, and both the point light source and the calculation point are arranged one-dimensionally. However, in practice, the unit region defined on the original image 10 may be a geometrical linear region having no area (in other words, the point light source is one-dimensional. The unit area defined on the recording medium 20 is not a linear area but a two-dimensional area having a certain width (width in the Y-axis direction). There is a need (in other words, calculation points need to be two-dimensionally arranged regions). This is because interference fringes must be recorded in the unit area on the recording medium 20, and it is necessary to diffract illumination light parallel to the YZ plane in the Y-axis direction by the interference fringes. In short, a plurality of calculation points arranged in the Y-axis direction must be defined in the unit area on the recording medium 20.
[0052]
Therefore, actually, as in the example shown in FIG. 11, a unit region Cm having a predetermined width in the Y-axis direction is defined on the recording medium 20, and the unit region Cm is defined on the original image 10. Information relating to the corresponding unit area Am (in this example, a linear unit area having no width, but may be a two-dimensional unit area having a width in the Y-axis direction) is recorded as a hologram. do it. Specifically, the setting is such that the object light from the point light source on the linear unit region Am spreads to some extent not only in the horizontal direction (X-axis direction) but also in the vertical direction (Y-axis direction) within the range of the angle ξ. Can be done. In this example, a large number of point light sources are arranged on the linear unit area Am on the original image 10, and interference fringes between the object light from these point light sources and predetermined reference light are generated on the recording medium 20. Is recorded at each calculation point on the unit area Cm defined in (1). In the example shown in FIG. 9, the unit area Bm is a linear area and the calculation points are only arranged one-dimensionally. However, in the example shown in FIG. 11, as shown in FIG. The region Cm forms a two-dimensional region, and calculation points are arranged two-dimensionally. In other words, the unit region Bm shown in FIG. 9 is a geometric line having no width in the Y-axis direction, whereas the unit region Cm shown in FIG. 11 has a predetermined width h in the Y-axis direction. It is a geometric plane with
[0053]
Here, for convenience of explanation, the linear unit area Am defined on the original image 10 is referred to as “unit line segment”, and the unit area Cm defined on the recording medium 20 is referred to as this unit line segment Am. It will be called a corresponding two-dimensional unit region Cm. Note that, when an arbitrarily shaped solid or the like is recorded as an image, since the original image 10 is an arbitrary curved surface, the unit line segment defined on the arbitrary curved surface forms a “curve segment”. Therefore, the term “unit line segment” in this specification is used to mean not only “straight line segment” but also “curve segment”.
[0054]
In the example shown in FIG. 11, a plurality of unit line segments are defined on the original image 10, and individual two-dimensional unit areas respectively corresponding to the unit line segments are defined on the recording medium 20. For example, when a total of M unit line segments A1, A2, A3,..., Am,... AM are defined on the original image 10, two-dimensional unit areas C1, C2, corresponding to the respective unit line segments C1, C2, and so C3, ..., Cm, ... CM are defined. And in each of these two-dimensional unit areas, a large number of two-dimensionally distributed calculation points are defined, and when calculating the intensity of the interference wave for each calculation point, the two-dimensional unit area to which the calculation points belong The calculation considering only the point light source defined on the unit line segment corresponding to is performed.
[0055]
For example, FIG. 11 shows the m-th unit line segment Am defined on the original image 10 and the m-th two-dimensional unit region Cm defined correspondingly (the elongated rectangular region with hatching). ) And is shown. Here, in the two-dimensional unit region Cm, a large number of calculation points arranged in a vertical and horizontal two-dimensional matrix are defined, and the intensity of the interference wave is calculated for each calculation point. Calculations are performed in consideration of only the object light from the point light sources Pm1, Pm2, Pm3, ..., Pmi, ..., PmN on the line segment Am. If attention is paid to individual point light sources, this calculation can be said to be an operation in which the spread angle of the object light emitted from a certain point light source Pmi in the Y-axis direction is limited to the predetermined angle ξ shown in FIG. In this example, since the spread of the object light in the X-axis direction is not limited, the object light emitted from all point light sources Pm1, Pm2, Pm3,..., Pmi,. A rectangular two-dimensional unit region Cm having a horizontal width equal to the horizontal width of the recording medium 20 and a vertical width of a dimension h determined according to the angle ξ is irradiated.
[0056]
The example shown in FIG. 9 corresponds to the example in which the spread angle ξ is 0 in the example shown in FIG. 11, and in fact, if the spread angle ξ is set to 0 as described above, the necessary interference fringes are generated. It cannot be recorded (since the calculation points are arranged only in the horizontal direction, the illumination light cannot be diffracted in the Y-axis direction).
[0057]
In the first place, the technique of recording a specific area on the original image only in a specific area on the recording surface is a technique deviating from the basic principle of the hologram. That is, the fundamental principle of holograms is that information on all parts of the original image is recorded regardless of the part on the recording surface, and interference fringes are recorded on this principle. This is because the original image is reproduced as a stereoscopic image. Therefore, if the above-described method of recording information independently for each unit area is taken, the reproduction of the original three-dimensional image of the hologram is hindered, and the width h of the unit area in the Y-axis direction should be narrowed. As the effect increases, the stereoscopic effect in the vertical direction is hindered.
[0058]
On the other hand, it is defined on the recording surface in terms of improving the color reproducibility during reproduction (when reproducing with white illumination light, the light of the wavelength as intended at the time of recording is gathered at the viewpoint position). The width h in the Y-axis direction of the two-dimensional unit region thus formed is preferably set as small as possible. This is because a two-dimensional unit area having a width h functions as a window for viewing a reproduced image. Therefore, the wider the window is, the larger the “original wavelength intended to be collected at the viewpoint during recording”. This is because not only light but also light of other wavelengths can be observed at the viewpoint position. Eventually, the greater the width h, the lower the wavelength selectivity at the viewpoint position. In addition, since the position of the reproduced image is shifted depending on the wavelength, when the wavelength selectivity is lowered, not only the colors appear to be mixed but also the image is blurred. For this reason, as the width h is increased, an undesirable phenomenon in which the color of the reproduced image appears blurred or appears cloudy becomes more prominent.
[0059]
Eventually, the two-dimensional unit region Cm defined on the recording surface may have the same width as the horizontal width of the recording medium 20 in the X-axis direction, but the Y-axis direction is considered in the present invention based on the above discussion. It is necessary to set a suitable predetermined width. In other words, the width h in the Y-axis direction should be set as large as possible from the original point of view of recording a stereoscopic image as interference fringes, but this improves color reproducibility during reproduction (wavelength selection at the viewpoint). The width h in the Y-axis direction should be set as small as possible. However, since the wavelength discrimination resolution by the naked eye is not so high, even if the width h is set to a certain size, the color reproducibility by the naked eye observation is not so hindered. In addition, since two human eyes are arranged in the horizontal direction, when viewing the recording medium, the stereoscopic view in the horizontal direction is more important than the stereoscopic view in the vertical direction. Even if it sacrifices to some extent, a big problem does not arise. From such a point, even if the width h is set to a certain size, the stereoscopic effect by visual observation is not so hindered. For this reason, in reality, a considerable tolerance is recognized for the dimension of the width h. Specifically, if h is set to about 0.4 to 1000 μm, the hologram recording medium according to the present invention will be described. Is fully possible.
[0060]
When a two-dimensional unit area corresponding to each unit line segment defined on the original image 10 is defined on the recording medium 20, the following method may be used. First, based on a predetermined projection condition, a unit line segment on the original image 10 is projected onto the recording medium 20 to obtain a projection line segment. A two-dimensional area obtained by moving the projection line segment on the recording medium 20 may be a two-dimensional unit area corresponding to the unit line segment. For example, in the case of the example shown in FIG. 11, if the unit line segment Am defined on the original image 10 is projected in the Z-axis direction, the projection line segment Bm is obtained. Therefore, if this projection line segment Bm is moved up and down over the section width h along the Y-axis direction on the recording medium 20, a rectangular area Cm as shown in the figure can be obtained, which corresponds to the unit line segment Am. It may be defined as a two-dimensional unit region.
[0061]
A more specific embodiment is shown in FIG. Here, an arbitrary three-dimensional surface pattern as shown in FIG. 12 (a) defined on the XYZ three-dimensional coordinate system is defined as an original image 10 on the XY plane as shown in FIG. 12 (b). Consider the case of recording on the recording medium 20. First, a large number of unit line segments are defined on the original image 10. Here, it is defined that M cut surfaces parallel to the XZ plane are arranged in the Y-axis direction at a pitch h (so-called a structure in which M horizontal surfaces are arranged in multiple layers in the vertical direction), and these cut surfaces. The M parallel line segments obtained at the cut end when the original image 10 is cut are defined as unit line segments. FIG. 12 (a) shows M unit line segments A1,..., Am-1, Am, Am + 1,... AM defined on the original image 10 (as described above, the original image). When 10 forms a curved surface, each of these unit line segments is a curve segment). In addition, a large number of point light sources are defined at predetermined pitches on each unit line segment. For example, N point light sources Pm1, ..., Pmi, ... PmN are defined on the mth unit line segment Am. Note that the point light sources are not necessarily defined at a constant pitch, and point light sources arranged at arbitrary intervals may be used.
[0062]
Subsequently, a two-dimensional unit area corresponding to each of the M unit line segments A1,..., Am-1, Am, Am + 1,. In the example shown here, the unit line segments A1,..., Am-1, Am, Am + 1,... AM are projected in the Z-axis direction (horizontal direction), and projected line segments B1,. -1, Bm, Bm + 1,... BM (not shown) are obtained (if the projected line segment is shorter than the horizontal width of the recording medium 20, a process of extending in the length direction is performed). However, these projection line segments can also be obtained as cut edges when the recording medium 20 is cut by the above-described M cut surfaces. Next, the M projected line segments B1,..., Bm-1, Bm, Bm + 1,... BM are moved by a distance of h / 2 in both the upper and lower directions with the Y axis as a common moving direction. The two-dimensional unit regions C1,..., Cm-1, Cm, Cm + 1,. In other words, the M projection line segments defined on the recording medium 20 have a predetermined distance (this example) as long as they do not overlap the movement range of adjacent projection line segments with the Y axis as the common movement direction. In this case, M two-dimensional unit regions C1,..., Cm-1, Cm, Cm + 1,. Each of these two-dimensional unit areas is an elongated rectangle having a horizontal width equal to the horizontal width of the recording medium 20 and a vertical width equal to the pitch h.
[0063]
Thus, when M two-dimensional unit regions C1,..., Cm-1, Cm, Cm + 1,... CM are defined, calculation points that are two-dimensionally distributed in each region are defined. Each calculation point functions as an interference fringe pattern pixel that is finally formed on the recording medium 20. FIG. 13 is a plan view showing a state in which a large number of calculation points are defined in a vertical and horizontal matrix within the m-th two-dimensional unit region Cm (the region shown by hatching in FIG. 12). A large number of squares are drawn in a rectangle with a vertical width h, but each square represents one pixel, and the center point of each square functions as a calculation point. Note that one pixel is not necessarily a square, and may be an arbitrary rectangle.
[0064]
The intensity of the interference wave is calculated for each calculation point defined in this way, but as already described, the point light sources considered for the calculation are limited to the point light sources on the corresponding unit line segment. . For example, the intensity of the interference wave at the operation point Qm (j, k) in the j-th column and the k-th row in the m-th two-dimensional unit region Cm shown in FIG. 13 is the m-th intensity shown in FIG. Waves generated by interference between the object light from the N point light sources Pm1,..., Pmi,... PmN on the unit line segment Am and the reference light L incident at a predetermined angle θ from obliquely upward as shown in FIG. Is calculated as the amplitude intensity. Similar calculations are performed on the other calculation points (the center point of each square) shown in FIG. 13 to obtain unique intensity values.
[0065]
Thus, when the intensity values are obtained for all the calculation points on the recording medium 20, they are binarized. As a result, each pixel shown as a small square in FIG. 13 is given a pixel value of either white or black. If a printing or embossing process is performed on a physical medium based on the pixel value, a hologram recording medium on which the original image 10 is recorded can be obtained.
[0066]
Note that the width h (vertical width) in the Y-axis direction of the two-dimensional unit area defined on the recording medium 20 is a dimension that cannot be visually recognized (a dimension that can realize a higher resolution than the resolution of the naked eye). ) Is preferable. This is because when the width h is set to a visually recognizable dimension, the boundary line of the two-dimensional unit region is recognized with the naked eye when the recording medium 20 is observed as a whole, and the horizontal stripe pattern is formed overall. This is because there is a risk of being observed. As described above, by setting h = about 0.4 to 1000 μm, it is possible to realize the recording medium according to the present invention. However, when it is set to about h = 1000 μm (1 mm) (dimension that can be visually recognized sufficiently), a horizontal stripe having a width of 1 mm is observed on the reproduced image. Therefore, for practical use, it is preferable to set h <100 μm, more preferably h <50 μm. With this size setting, in most cases, the horizontal stripe pattern is not recognized.
[0067]
§4. Specific method for producing hologram recording medium according to the present invention
Here, a specific method for recording the original image 10 shown in FIG. 5 as a hologram on the recording surface 20 using the method for limiting the divergence angle of the object light described in §3 will be described. In the example shown in FIG. 5 or FIG. 6, the partial areas 21 to 26 are defined by dividing the recording surface 20 by boundary lines indicated by broken lines. On the other hand, in the method described here, partial regions 21 to 26 as shown in FIG. 14 are defined. That is, when a plurality of single-color partial original images 11 to 16 are arranged at a predetermined interval apart from each other as in the original image 10 shown in FIG. The recording surface 10 is defined so as to be spaced apart from each other at a predetermined interval. In particular, in the example shown in FIG. 14, each of the partial regions 21 to 26 is projected from the single-color partial original images 11 to 26 in the vertical direction so as to be convenient for applying the method described in §3. It is defined as a rectangular area that matches the vertical dimension. For example, the partial area 21 in FIG. 14 is a rectangular area having the same vertical dimension as the vertical dimension of the projected image obtained by projecting the right ear portion 11 onto the recording surface 20.
[0068]
Thus, if the vertical dimensions of the monochrome partial original image and the partial area are aligned, it is convenient to apply the method described in §3. That is, in the example shown in FIG. 12, a recording surface 20 having the same vertical dimension as that of the original image 10 is prepared, M unit line segments are defined on the original image 10, and M is recorded on the recording surface 20. The two-dimensional unit regions are defined, and the calculation points in the m-th two-dimensional unit region Cm are calculated by using the object light and the reference light from the point light sources Pm1 to PmN on the m-th unit line segment Am. Interference fringes are recorded. In order to apply this method to each of the monochrome partial original images 11 to 16 shown in FIG. 5, the vertical dimensions of the partial areas 21 to 26 are aligned with the vertical dimensions of the monochrome partial original images 11 to 16. And convenient. If the vertical dimensions of the partial areas 21 to 26 are set in this way, a blank area in which no interference fringes are formed in the gap between the partial areas (more specifically, the gap in the vertical direction) (see FIG. 14 is hatched).
[0069]
Now, as shown in FIG. 14, when each of the partial areas 21 to 26 can be defined, the interference fringes are calculated for each partial area based on the method described in §3. For example, if an interference fringe for the partial region 21 is to be obtained, the following procedure is performed. First, a large number of cut surfaces arranged at a predetermined pitch h so as to be parallel to the XZ plane are defined. Then, a single-color partial original image (that is, the right ear portion 11) to be recorded and a partial region 21 corresponding thereto are cut at the individual cut surfaces. A line segment obtained at the cut on the right ear 11 side (in this case, a curved line segment) is defined as a unit line segment, and a line segment obtained at the cut on the partial region 21 side is defined as a projection line segment. Thus, M unit line segments A1 to AM as shown in FIG. 12A are defined on the surface of the right ear portion 11. On the other hand, on the partial region 21 side, by moving the individual projected line segments by the width h with the Y axis as the common movement direction, as shown in FIG. Unit regions C1 to CM are formed.
[0070]
Subsequently, the interference wave intensity calculation is performed for each point in each of the two-dimensional unit regions C1 to CM. At this time, calculation is performed in consideration of only the object light from the point light source defined on the corresponding unit line segment. For example, when performing the interference wave intensity calculation on the calculation points in the two-dimensional unit region Cm shown in FIG. 12, only object light from the point light sources Pm1 to PmN defined on the corresponding unit line segment Am is used. The calculation in consideration is performed. Such an operation can be said to be an operation in which the spread angle of the object light emitted from the point light source in the vertical direction (direction perpendicular to the cut surface: Y-axis direction) is limited to a predetermined angle ξ. Corresponds to an angle at which the width h of the two-dimensional unit region is viewed from the point light source (see FIG. 11).
[0071]
When the calculation of the interference fringes based on the above-described method is completed for all the partial areas 21 to 26 shown in FIG. 14, an interference fringe pattern is formed on the recording surface 20 except for the hatched area in the figure. Will be. In this way, the hologram recording medium recorded by applying the method described in §3 can obtain stereoscopic view when the viewpoint is moved in the horizontal direction and stereoscopic view when the viewpoint is moved in the vertical direction. Interference fringes that produce a reproduced image that cannot be reproduced are recorded. That is, in FIG. 12, within the m-th two-dimensional unit region Cm, information on the point light sources Pm1 to PmN defined on the m-th unit line segment Am, that is, points arranged in the one-dimensional horizontal direction. Since only the information on the light source is recorded, the three-dimensional information about the horizontal direction is recorded, but the three-dimensional information about the vertical direction is not recorded.
[0072]
After all, when observing the medium on which the interference fringes formed on the recording surface 20 shown in FIG. 14 are observed, if the line of sight is moved in the horizontal direction, any single color partial original image can be recognized as a stereoscopic image, but the line of sight is If it is moved to, it cannot be recognized as a stereoscopic image. However, in reality, since a human being can recognize a stereoscopic image with a pair of eyes arranged in the horizontal direction, if stereoscopic vision in the horizontal direction is obtained, stereoscopic vision in the vertical direction cannot be obtained. However, since the original image 10 can be recognized as a stereoscopic image as a whole, no major problem occurs. The term “stereoscopic view” as used herein means that each individual monochrome partial original image can be observed as a stereoscopic image, and the original image 10 is not reproduced as a stereoscopic image as a whole. That is, in the case of an original hologram, when the viewpoint is moved in the lateral direction, for example, a stereoscopic view in which a part of the left eyeball portion 13b is hidden behind the right eyeball portion 13a occurs. In such a hologram recording medium, such a monochromatic partial original image cannot be obtained.
[0073]
In the method described in §3, as shown in FIG. 11, the divergence angle of the object light in the vertical direction (Y-axis direction) is limited to the angle ξ. However, as in the example shown in FIG. The spread angle of the light in the lateral direction (direction along the cut surface: X-axis direction) may be further limited to a predetermined angle Ψ. In this case, the object light from one point light source reaches only in the area S indicated by hatching in the drawing. However, if the angle Ψ is set too small, the lateral width of the region S (the width in the X-axis direction) becomes considerably small, and a stereoscopic view in the lateral direction cannot be obtained. There is a need. Specifically, if the angle Ψ is set to a small value until only an object beam from only one point light source P reaches an arbitrary point Q on the recording surface 20, stereoscopic viewing cannot be obtained at all.
[0074]
Practically, when using the original image 10 in which a number of single-color partial original images are arranged in the horizontal direction, the lateral spread angle Ψ may be limited. For example, in the example shown in FIG. 14, the mouth-nose part 14, the starboard part 15, and the port part 16 are arranged in the horizontal direction. In such a case, the calculation that limits the lateral spread angle Ψ of the object light By performing the above, even if the partial areas 14, 15, and 16 have a relatively small width, it is possible to record interference fringes necessary for correctly reproducing the image in each partial area. In other words, if interference fringes are recorded in a narrow partial area without restricting the spread angle in the horizontal direction, there is a risk that a part of the interference fringes necessary for obtaining a correct reproduced image cannot be recorded. is there. In such a case, it is very effective to limit the spread angle Ψ in the horizontal direction as well as limit the spread angle ξ in the vertical direction.
[0075]
As mentioned above, although this invention was demonstrated based on embodiment shown in figure, this invention is not limited to this embodiment, In addition, it can implement with a various form. For example, the single-color partial original images 11 to 16 constituting the original image 10 in the above-described embodiment are all three-dimensional images formed from a solid, but a simple two-dimensional image may be used as the single-color partial original image. Is possible.
[0076]
【The invention's effect】
  As described above, the hologram recording medium according to the present invention.Manufacturing methodAccording to the above, since the original image composed of a plurality of single-color partial original images is recorded as interference fringes for each partial area, it is possible to reproduce a bright color image even under white illumination light. Become.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a principle diagram showing a general hologram creation method, and shows a method of recording an original image 10 on a recording medium 20 as interference fringes.
FIG. 2 is a diagram showing a method for calculating the intensity of an interference wave at an arbitrary point Q (x, y) on the recording medium based on the principle shown in FIG.
FIG. 3 is a diagram showing a state in which the intensity distribution of interference waves calculated by the method shown in FIG. 2 is converted into a binary image.
FIG. 4 is a side view showing the principle that a white turbid reproduction image is obtained when a hologram is reproduced using white light.
FIG. 5 is a perspective view showing the basic principle of a method for producing a hologram recording medium according to the present invention.
6 is a diagram showing the positional relationship between the partial areas 21 to 26 on the recording surface 20 shown in FIG. 5 and the single-color partial original images 11 to 16 constituting the original image 10, and the recording surface 20 shown in FIG. Is equivalent to a plan view seen from the back side (the side opposite to the original image 10).
7 is a side view showing a state in which a reproduced image is observed from a viewpoint E when the medium on which the interference fringes formed on the recording surface 20 shown in FIG. 6 are recorded is reproduced with white illumination light.
FIG. 8 is a perspective view showing a method of performing interference fringe calculation by limiting the spread angle of object light in carrying out the present invention.
9 is a perspective view showing a method for calculating the intensity of an interference wave at an arbitrary point Q (x, ym) on the recording medium 20 based on the principle shown in FIG.
10 is a top view showing the original image 10 and the recording surface 20 shown in FIG. 9 as viewed from above. FIG.
FIG. 11 is a perspective view showing a more specific method for creating a hologram for recording information for each unit area in carrying out the present invention.
12 is a diagram showing unit line segments defined on an original image 10 and two-dimensional unit areas defined on a recording surface 20 in order to implement the method shown in FIG.
FIG. 13 is a diagram showing a matrix arrangement of calculation points (pixels) defined in the two-dimensional unit region Cm shown in FIG. 12 (b).
14 is a plan view showing another form of a partial area defined on the recording surface 20. FIG.
FIG. 15 is a perspective view showing another method for performing interference fringe calculation by limiting the spread angle of object light in carrying out the present invention.
[Explanation of symbols]
10 ... Original image
11 ... Right ear (monochromatic partial original image)
12 ... Left ear (monochromatic partial original image)
13. Eyeball part (monochromatic partial original image)
13a ... Right eyeball (right half of the monochrome original image)
13b ... Left eyeball part (left half of the monochromatic partial original image)
14 ... Mouth and nose (monochromatic original image)
15 ... starboard area (monochromatic partial original image)
16: Port side (monochromatic partial original image)
20. Recording medium (recording surface)
21-26 ... partial area
A1, A2, A3, Am-1, Am, Am + 1, AM ... Unit line segments on the original image
B, B1, B2, B3, Bm, BM ... projected line segments on the recording surface
B1, B2, B3 ... Reproduced light with color B
C1, C2, C3, Cm-1, Cm, Cm + 1, CM ... two-dimensional unit region
D (x, y): Pixels constituting the binary image
E ... Viewpoint
G1, G2, G3 ... Reproduced light with color G
h ... Vertical width of 2D unit area / Pitch of unit line segment
L ... Reference light
Lw ... White illumination light
O, O1, Oi, ON, Om1, OmN ... object light
P, P1, Pi, PN, Pm, PM, Pm1, Pmi, PmN, ... Point light source
Q, Q1 to Q4, Q (x, y), Q (x, ym), Qm, Qm (j, k), QM ... calculation points
Q21, Q23, Q25 ... one point on the recording medium
R1, R2, R3 ... Reproduced light with color R
S: Object light arrival area
δ, ε ... Declination angle of reproduced light
θ: Angle of reference light and illumination light
ξ: Spreading angle in the vertical direction (Y-axis direction) of object light
Ψ: Spreading angle in the horizontal direction (X-axis direction) of object light
λ21, λ21*, Λ23, λ25, λ25*... Reproducing light wavelength

Claims (3)

計算機を用いた演算によりホログラム記録媒体を製造する方法であって、
ＸＹＺ三次元座標系上に、互いに空間的に重複することがないように配置された複数の「立体形状をもった単色部分原画像」を定義し、これら単色部分原画像を組み合わせることにより複数の色からなる原画像が構成されるようにする原画像定義段階と、
前記各単色部分原画像上に、それぞれ各単色部分原画像ごとに固有の色をもった多数の微小光源を定義する光源定義段階と、
ＸＹ平面上に、前記原画像を記録するための記録面を定義し、この記録面上に、互いに重複することがないように、前記各単色部分原画像にそれぞれ対応する部分領域を定義する記録面定義段階と、
前記各部分領域内に、それぞれ対応する単色部分原画像をホログラム像として記録することができるように、各単色部分原画像上に定義された各微小光源から放出された当該微小光源のもつ固有の色に対応する特定波長の物体光と、前記記録面に所定角度で入射し前記物体光と同一波長をもった参照光とを定義し、前記各微小光源から放出された物体光が、対応する部分領域内にのみ到達するように、前記物体光の広がり角を制限し、前記各部分領域内にそれぞれ特定波長の物体光とこの物体光の特定波長と同一波長の参照光との干渉によって生じる干渉縞を演算により求める干渉縞演算段階と、
前記各部分領域について求められた干渉縞を媒体上に物理的に記録する干渉縞記録段階と、
を有することを特徴とするホログラム記録媒体の製造方法。A method for producing a hologram recording medium by calculation using a computer,
A plurality of “monochromatic partial original images having a three-dimensional shape” are arranged on the XYZ three-dimensional coordinate system so as not to be spatially overlapped with each other. An original image definition stage in which an original image composed of colors is constructed;
A light source defining step for defining a number of minute light sources having a unique color for each single color partial original image on each single color partial original image,
A recording surface for recording the original image is defined on the XY plane, and a partial area corresponding to each single-color partial original image is defined on the recording surface so as not to overlap each other. The surface definition stage,
In order to be able to record a corresponding single-color partial original image as a hologram image in each partial region, each micro-light source unique to the micro-light source defined on each single-color partial original image is recorded . The object light having a specific wavelength corresponding to the color and the reference light incident on the recording surface at a predetermined angle and having the same wavelength as the object light are defined, and the object light emitted from each of the minute light sources corresponds to the object light. The spread angle of the object light is limited so as to reach only the partial area, and the object light having a specific wavelength and the reference light having the same wavelength as the specific wavelength of the object light are caused to interfere with each partial area. Interference fringe calculation stage to obtain interference fringes by calculation,
An interference fringe recording step of physically recording the interference fringes determined for each of the partial areas on the medium;
A method for producing a hologram recording medium, comprising: 請求項１に記載の製造方法において、
複数の単色部分原画像が互いに所定間隔をおいて離れて配置されている場合に、これらに対応する各部分領域を、記録面上で互いに所定間隔をおいて離れて配置されるように定義し、各部分領域間の空隙部分には、干渉縞が形成されない空白領域を設けるようにすることを特徴とするホログラム記録媒体の製造方法。The manufacturing method according to claim 1 ,
When a plurality of single-color partial original images are spaced apart from each other by a predetermined distance, the corresponding partial areas are defined so as to be spaced apart from each other by a predetermined distance on the recording surface. A method for manufacturing a hologram recording medium, characterized in that a blank area where no interference fringes are formed is provided in a gap between each partial area. 請求項１または２に記載の製造方法において、
各単色部分原画像を記録面上に投影してそれぞれの二次元投影像を求め、各二次元投影像を包含する領域として、各単色部分原画像に対応する部分領域を定義することを特徴とするホログラム記録媒体の製造方法。 In the manufacturing method of Claim 1 or 2 ,
Projecting each monochrome partial original image on a recording surface to obtain a respective two-dimensional projection image, and defining a partial region corresponding to each monochrome partial original image as a region including each two-dimensional projection image A method for manufacturing a hologram recording medium.
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