JP4253010B2 - 計算機ホログラムの製造方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、計算機ホログラムの製造方法及び装置、特に、再生像を観賞するためのディスプレイ用ホログラムに適用して好適な計算機ホログラムの製造方法及び装置に関する。

物体の３次元情報を物体からの反射光である物体光と参照光との干渉現象を利用してフィルム等の物理的媒体に記録し、その記録媒体に参照光と同様の再生光を照射した際の光の回折現象を利用して物体像を再生表示する技術としてホログラフィがある。又、このような光の干渉現象を利用して物体の３次元情報を物理的媒体に記録したものをホログラムという。

又、ホログラムには、このように実際に光の干渉現象を利用して作成するもの以外に、計算機上で対象物に相当する対象物データを基に干渉縞をディジタルデータとして表わした干渉縞データを作成し、それを物理的な媒体に記録して作成する、いわゆる計算機ホログラムも知られている（例えば、特許文献１参照）。

この計算機ホログラムは、図１３に光学ホログラムを模した計算モデルを模式的に示すように、対象物表面からの反射光である物体光を、該表面上の○印で示す点光源（サンプル点）からの光と仮定し、平面的な拡がりを持つ各点光源からの物体光と、参照光との干渉縞を計算機上で求め、それを物理媒体上の各サンプル点（図には１点での干渉の様子のみを代表して示してある）に記録して計算機ホログラムが作成される。このようにして作成された計算機ホログラムは、図１４に示すように再生光を照射すると、ホログラム上の各サンプル点からの光が瞳に入射するため、立体的な物体像として観察できる。

上記のように、物体光を対象物上の平面的な拡がりのある点光源から媒体に入射されるとして、即ち水平方向にも垂直方向にも視差を持った像の再生を意図して計算機ホログラムを作成すると、このホログラムによってはどの方向にも立体的に拡がりのあるホログラム像を観察することができる。ところが、このように平面的な拡がりのある点光源からの物体光に基づく干渉縞データを計算機上で作成するには、演算量が膨大となる。

そこで、計算機ホログラムには、垂直方向のホログラム像の立体的な拡がりを犠牲にし、対象物の水平方向のみに視差を持った像の再生を意図して、図１５に計算モデルを模式的に示すように、水平方向のみに相関を有する物体光を計算機上で仮想的に生成し、干渉領域の水平方向１ライン毎に干渉縞データを生成し、それを媒体上に１：１に対応させて１ライン毎に水平方向に記録して計算機ホログラムを作成することが行われている。

図１６には、このようにして作成された計算機ホログラム（干渉縞形成領域）１０と、その一部を拡大して模式的に示したもので、この拡大図には干渉縞の水平方向の形成単位である１ライン分の要素領域１２と、その上下に位置する他の要素領域の一部が示してある。ここで言う干渉縞は、水平方向に並んだ、要素領域１２の幅Ａを長さとする縞幅Ｗからなる多数の短冊で構成される縞模様である。この幅Ａとしては、例えば８０μｍを、縞幅Ｗとしては、例えば０．１５μｍを挙げることができる。

このように作成した計算機ホログラムは、もとより垂直方向の干渉を無視して作成してあるため、図１７に示すように、再生光を照射して像を再現した場合、垂直方向には立体的な拡がりのある像は観察されないが、データ量を大幅に削減できるため、ホログラムデータの作成が容易であることから一般に利用されている。

特開平７−５７９７号公報

しかしながら、上記方法により作成された水平方向のみに視差を持った干渉縞データを、物理的媒体に記録した計算機ホログラムは、光が垂直方向に回折する効果が弱いため、再生像を観察できる上下方向の視域角が狭く、観賞し難いという問題があった。

本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、水平方向のみの干渉縞を記録する計算機ホログラムに対して、光が垂直方向に回折する効果を高め、該ホログラムによる再生像を上下方向の広い視域範囲にわたって観賞することができる計算機ホログラムの製造方法及び装置を提供することを課題とする。

本発明は、ホログラム全体の干渉縞データを記述する干渉縞計算領域に、同領域を水平方向に分割してなるデータ上の要素領域を単位として、対応する対象物データを基に計算される水平方向の干渉縞データが記述されたホログラムデータを用いて計算機ホログラムを作成する計算機ホログラムの製造方法において、要素領域毎に水平方向の代表ラインについて計算された干渉縞データを、隣接する要素領域との間に、干渉縞データが記述されない空白領域ができるように、それぞれ垂直方向の所定範囲に亘って複写して、データ上の描画領域を形成し、要素領域毎に描画領域及び空白領域が形成されたホログラムデータを作成することにより、前記課題を解決したものである。

本発明は、又、ホログラム全体を構成する干渉縞形成領域に、同領域を水平方向に分割してなる要素領域を単位として、干渉縞が形成されている計算機ホログラムを作成する計算機ホログラムの製造装置において、ホログラムとして記録する対象物に相当する対象物データを作成する手段と、対象物データ上の対象物の領域及びホログラム全体の干渉縞データを記述する干渉縞計算領域をそれぞれ初期条件として設定する手段と、干渉縞計算領域を水平方向に分割して、データ上の要素領域を設定する手段と、要素領域毎に、水平方向の代表ラインについて干渉縞データを計算する手段と、ホログラムに形成する一方向性光学素子の種類を選択する手段と、要素領域毎に計算された代表ラインの干渉縞データを、隣接する要素領域との間に、前記一方向性光学素子を構成する、干渉縞データが記述されない空白領域ができるように、それぞれ垂直方向の所定範囲に亘って複写して、データ上の描画領域を作成する複写手段と、要素領域毎にデータ上の描画領域及び空白領域が形成されたホログラムデータを、ホログラム作成装置用のデータに変換する手段と、を備えたことにより、同様に前記課題を解決したものである。

以上説明したとおり、本発明によれば、水平方向のみの干渉縞を記録する計算機ホログラムに対して光が垂直方向に拡散する効果を高めることができるため、該ホログラムによる再生像を上下方向の広い視域範囲にわたって観賞することができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明に係る第１実施形態の計算機ホログラムの特徴を模式的に示す、要部拡大図である。なお、この図には、Ｒ1 、Ｒ2 、Ｒ3 の符号をそれぞれ付した、計算機ホログラム（干渉縞形成領域）１０の中央部、上端部及び下端部のみを拡大して示してあり、他は省略してある。

この計算機ホログラム１０は、前記図１６に示した従来のものと同様に、ホログラム全体を構成する物理的媒体上の干渉縞形成領域に、同領域を水平方向に分割して形成される幅Ａの要素領域１２を想定し、これを単位として、干渉縞が形成されているものである。

但し、この計算機ホログラム１０では、互いに隣接する要素領域１２との境界を二点鎖線で示したように、従来は実質上要素領域１２と同一の幅Ａで形成されていた干渉縞が、その内側の幅Ｂからなる描画領域１４に形成（記録）されている。即ち、全ての要素領域１２において、それぞれの内側に形成された描画領域１４は、隣接する要素領域１２と間隔Ｃだけ離間して形成され、ホログラム全体で垂直方向に一方向性光学素子である回折格子を構成する配列で形成されている。要するに、上下両端にそれぞれ位置するものを除き、全ての描画領域１４が垂直方向に同一の幅Ｂで、且つ同一の間隔２Ｃで形成されている。

従って、図１に示した干渉縞形成領域１０の中央部Ｒ1 、上端部Ｒ2 、下端部Ｒ3 それぞれにおける各要素領域１２の幅Ａ、描画領域１４の幅Ｂはいずれも等しく、又、隣接する描画領域１４との間隔２Ｃも等しく形成されている。

この計算機ホログラムを具体的に説明すると、上記要素領域１２の幅Ａを、例えば前記図１６の従来例と同様に８０μｍとすると、上下両端を除く描画領域１４の垂直方向の幅Ｂを、例えば７９μｍ、その隣接する要素領域１４との間隔Ｃを０．５μｍとすることができる。又、この図には示していないが前記図１６に示した縞模様の単位である縞幅Ｗは、前記と同様に、例えば０．１５μｍで形成することができる。

このように、水平方向に同一の縞模様からなる干渉縞が、垂直方向の単位として形成される各描画領域１４を上記寸法に配列させることにより、全体で回折格子が形成されたホログラム構造にできるため、図２に、その一部の断面図を模式的に示すように、平行光が入射したとすると、垂直方向へ光を回折させ、拡散させる機能を計算機ホログラム１０に付与することが可能となる。その結果、上記計算機ホログラム１０を観察できる上下方向の視域角を広げることが可能となる。従って、この計算機ホログラム１０を用いることにより、広い視域範囲に亘って観賞し易いディスプレイ用ホログラムを提供することが可能となる。

なお、上記のように計算機ホログラム１０自体を回折格子として機能させ、光を上下方向にある程度拡散させることができれば、特に描画領域１４の幅Ｂ、描画領域１４と隣接要素領域１２との間隔Ｃは制限されないが、より鮮明なホログラム像を広い視域角で観察することができるようにするためには、例えば幅Ｂは４０〜７９μｍ、間隔Ｃは０．５〜２０μｍが好ましい。その際、当然のこととして、要素領域の幅ＡはＢ＋２Ｃである。

図３は、上記計算機ホログラムを作成する装置を示したブロック図である。この作成装置は計算機ホログラムのデータを作成するまでの各処理を行う機能（後に詳述する）を有する対象物データ作成部２０、初期条件設定部２２、要素領域設定部２４、干渉縞データ計算部２６、光学素子選定部２８、干渉縞データ２値化部３０及び干渉縞データ複写部３２からなる計算機ホログラムデータ作成部を備えている。又、この作成装置は、作成された上記ホログラムデータを描画装置用データに変換するデータ変換部３４と、変換後のデータを用いてホログラムを作成する描画装置３６と、作成されたホログラムを原版として計算機ホログラムの製品化を行う後加工装置３８とを備えている。

上記計算機ホログラムデータ作成部では、ホログラム全体の干渉縞データを記述する干渉縞計算領域に、同領域を水平方向に分割してなるデータ上の要素領域を単位として、対応する対象物データを基に計算される水平方向の干渉縞データを記述することにより計算機ホログラムのデータ作成が実行される。

これを、対象物データと干渉縞計算領域との関係を模式的に示した図４を用いて説明する。図４（Ａ）に示した対象物データは３次元の座標値で記述された物体データである。この対象物データを基に、同図（Ｂ）に示したホログラム全体の干渉縞データを記述する干渉縞計算領域１０Ａに、計算機ホログラムデータを作成する場合は、同領域１０Ａを水平方向に分割して形成されるデータ上の要素領域１２Ａを単位として、これに対応する対象物データ（図中網掛で示した１ライン分に当り、これは従来の計算単位の１ライン分と同じ）を基に水平方向の干渉縞データを計算し、それを同要素領域１２Ａに記述する。同様の方法で、他の全ての要素領域１２Ａについて干渉縞データを求め、それを順に記述することにより、上記計算機ホログラムデータが作成される。

その際、以下に詳述するように、要素領域１２Ａ毎に、水平方向の代表ラインについて計算される干渉縞データを、垂直方向に指定される所定の範囲（ホログラム１０の描画領域の幅Ｂに相当する）に亘って複写し、同範囲には同一の干渉縞データが形成さるようにする。

次に、図５に示すフローチャートに基づいて計算機ホログラムの作成工程を説明する。

まず、ステップ１において対象物データ作成部２０を用いて、前記図４（Ａ）に示したような対象物データを計算機上で作成する。この対象物データは、干渉縞データを計算する対象物を定義するデータであり、この対象物は任意の標本点数でサンプルされたディジタルデータであればよい。従って、対象物は文字、パターン、画像、平面、立体の如何を問わない。例えば、パーソナルコンピュータのモニタに表示された文字や画像を対象物として定義してもよく、３次元コンピュータ・グラフィックスを作成し、これを対象物と定義してもよい。従って、各サンプル点において値を持ったディジタルデータであればよいので、この作成部２０としては市販の画像作成ツールを用いてもよい。

次に、ステップ２において、初期条件設定部２２を用いて、計算機ホログラムデータ作成の初期条件として、対象物の領域と干渉縞計算領域とを設定する。対象物の領域の設定は、前記図４（Ａ）のデータで干渉縞の計算を行う座標範囲を指定することに、又、干渉縞計算領域の設定は、同図（Ｂ）の干渉縞計算領域１０Ａの大きさを指定することに当たる。

次に、ステップ３において、要素領域設定部２４を用いて、上で設定した干渉縞計算領域１０Ａを水平方向に所定の数に分割する。分割数は、作成する計算機ホログラムのサイズ等により変更される。

次に、ステップ４において、干渉縞データ計算部２６を用いて、上で決定したデータ上の要素領域１２Ａ毎に、その代表ライン、例えば中心ラインを干渉縞データ計算ラインとして、そのラインに相当する対象物データに基づいて１ライン分の干渉縞データを計算で求める。

この干渉縞データ計算部２６で行う計算について、図６に示す計算モデルの断面図を参照しながら説明すると、前記図４（Ｂ）に示した干渉縞計算領域１０Ａのサンプル点（ｘ，ｙ）における干渉縞データＩ（ｘ，ｙ）は、同サンプル点（ｘ，ｙ）に到達した物体光Ｏ（ｘ，ｙ）と参照光Ｒ（ｘ，ｙ）により、次の（１）式で計算される。この式による計算は１ライン毎に、即ち、１回の計算の間はｙを固定して行われる。

Ｉ（ｘ，ｙ）＝｜Ｏ（ｘ，ｙ）＋Ｒ（ｘ，ｙ）｜² …（１）

又、上記物体光Ｏ（ｘ，ｙ）は、図６に示す対象物データ上のＮ個の各サンプル点（点光源）からの合成波であるので、次の（２）式のように表わすことができる。

ここで、Ｏi ：サンプル点ｉの物体光（点光源）の振幅
ｒi （ｘ，ｙ）：サンプル点ｉからの距離
ｋ：波数（２π／λ）
φi ：サンプル点ｉの物体光（点光源）の初期位相

更に、この実施形態では、参照光として平行光を用いているため、これを（３）式のように表わすことができる。

Ｒ（ｘ，ｙ）＝Ｒo ｅｘｐ（ｊｋｘｓｉｎ（θ）＋ｊφr ） …（３）
ここで、Ｒo ：振幅
θ：参照光の入射角
φr ：初期位相

この実施形態では、前記図４で説明したように、上記図６に示した物体光は、同図のｘ−ｚ平面においてのみ進行し、ｙ方向には進行しない波として扱っている。従って、ｙ方向の他の断面（ｘ−ｚ平面）との相関はなく、前述した如く、干渉縞はこの各断面毎に独立に、即ちｙを固定して計算される。従って、干渉縞計算領域１０Ａは複数のストライプ状の領域である前記データ上の要素領域１２Ａに分割される。

図７には、干渉縞データを計算する基本単位である、対象物データの水平方向１ラインと、これに対応するデータ上の要素領域１２Ａとの関係を模式的に示す。図中、手前に位置する小さい正方形は対象物データの単位を示ており、該データ単位は、便宜上ここでは平面的に配列されているが、実際には前記図６に示した対象物データの場合と同様に、ｚ方向に変化している３次元データである。

そして、物体光は上記データ単位の中心に○印で示した点光源からの光と仮定して計算する。即ち、水平方向に並ぶ対象物データの単位の各中心に位置する点光源からの光の干渉により、後方に位置する計算機ホログラム１０上の１つの要素領域１２の中心ライン（代表ライン）上に干渉縞が生成するとして、そのデータが計算される。この計算で得られる１ライン分の干渉縞データを模式的に示したのが図８（Ａ）である。

次に、ステップ５において、光学素子選定部２８を用いて、光学素子の種類を選定する。ここでは、回折格子を選定したものとして説明する。この回折光子の場合は、データ上の要素領域１２Ａ毎に、その中心ラインについて得られた干渉縞データを複写してデータ上の描画領域１４Ａ（後述する図９を参照）を形成するための幅と、該描画領域１４Ａと隣接する要素領域１２Ａとの間隔をそれぞれ一定の値で設定する。

次のステップ６では、２値化部３０を用いて、前記干渉縞計算部２６で計算して得られた、上記図８（Ａ）に示したような１ライン分の干渉縞データを、所定の閾値を設定して２値化し、同図（Ｂ）に示したようなバイナリデータとする。

次にステップ７において、データ複写部３２を用いて、図９に前記図７と同一の大きさのデータ上の要素領域１２Ａを後方に、それを拡大した状態を手前にそれぞれ概念的に示したように、要素領域１２Ａ毎に、２値化された中心１ライン分の干渉縞データを、前記ステップ５で光学素子選定部２８で設定した範囲（データ上の描画領域１４Ａの幅）だけ複写し、隣接する要素領域１２Ａとの間には、最終的なホログラム１０で間隔Ｃとなるデータの空白領域１２Ｂができるようにする。この図９では、中心１ライン分の干渉縞データを描画領域１４Ａの幅分だけ複写した状態を網掛で、データ空白領域１２Ｂをその上下位置の白抜きで模式的に示してある。上記データ複写部３２による複写処理により、回折格子機能が付与された前記図１に示した計算機ホログラム１０に相当する、多数のデータ上の描画領域１４Ａと空白領域１２Ｂとで構成される計算機ホログラムデータの作成が完了する。

なお、このステップ７で行う干渉縞データの複写は、代表ラインについて得られた１つの干渉縞データを、前記ステップ５で設定された幅に当る所定の範囲に亘って繰り返すことを意味する。具体的には、実際にそのデータを物理的に繰り返してもよく、又、そのデータについて繰り返し範囲をアドレス指定するようにてもよい。

次に、ステップ８において、データ変換部３４を用いて、上記データ複写部３２より作成された計算機ホログラムデータが、計算機上のバイナリデータであるため、これを荷電粒子ビーム描画装置３６を制御駆動するための描画装置用フォーマットのデータに変換し、それを描画データとする。図８（Ｃ）は、この描画データを模式的に示したものである。

次に、ステップ９において、描画装置３６を用いて、上記描画データを用いて装置を駆動し、荷電粒子ビームにより物理的媒体を描画し、計算機ホログラムを作成する。その結果、前記図１に示した計算機ホログラムが得られる。

この描画装置３６としては、例えば日本電子株式会社製の電子ビーム描画装置を用いることができる。この描画装置３６を、フォーマット変換した上記描画データで制御しながら駆動し、ガラス基板上に塗布されたレジスト膜（物理的媒体）に電子線ビームで描画して、レジスト膜を所定のパターンに硬化した後、未硬化部分を除去する現像を行うことにより、計算機ホログラムは完成する。このようにして作成された計算機ホログラム１０には、前述した如く、要素領域１２毎に同一パターンの描画領域１４が等間隔で間欠的に形成されることになるが、そのパターンの水平方向の断面は前記図８（Ｃ）の描画データに相当する。

次に、ステップ１０において、後加工装置３８を用いて、以上のようにして作成された計算機ホログラムを原版として大量生産する場合の処理が行われる。具体的には、図１０（Ａ）に示すような、上記描画装置３６により描画した後、現像して作成されたレジストからなる計算機ホログラムの表面に、蒸着法や無電解めっき法により導電性金属被膜を形成して同図（Ｂ）の状態にした後、該金属被膜を電極としてニッケル等の金属を厚くめっきし、同図（Ｃ）に示すような金属スタンパを作成する。その後、レジスト面から剥離した上記金属スタンパを用いて熱可塑性樹脂からなるフィルムを熱プレスするエンボス複製により、計算機ホログラム（エンボスホログラム）を量産する。

実際のプレス装置では、多面付けされたスタンパを用いて、フィルム原反（例えば、ＰＥＴ／アクリル樹脂／アルミ蒸着によりなる多層構造のフィルム）に対して、プレスしてホログラムが作成される。

このようにして作成された計算機ホログラムに対しては、必要に応じてシール加工が施される。これは、粘着剤（例えば、塩化ビニル／酢酸ビニル共重合体を主成分とするもの）を、上記多層構造の場合はプレス後のアルミ蒸着面に塗布して、剥離紙（例えば、ＰＥＴ）を張り付けることにあたる。

以上詳述した如く、この実施形態によれば、計算機によって作成される計算機ホログラム全体の干渉縞データに、これを媒体にホログラムとして記録した際に回折格子（一方向性光学素子）と同様に機能させるデータを混在させることができる。従って、このデータを荷電粒子ビーム描画装置を用いて２値パターンとして物理的媒体に描画することにより、垂直方向に回折効果の高い計算機ホログラムを作成することができる。

図１１は、本発明に係る第２実施形態の計算機ホログラムの要部を模式的に示す、前記図１に相当する部分平面図である。

本実施形態の計算機ホログラム１０は、描画領域１４が、ホログラム全体でフレネルゾーンプレート（一方向性光学素子）を構成するように配列されている以外は、前記第１実施形態の場合と実質的に同一である。

即ち、上記フレネルゾーンプレートは、図１１に概念的に示したように、ホログラム全体を構成する干渉縞形成領域（計算機ホログラム）１０の中央部Ｒ1 の中心から上下両端Ｅu 、Ｅd それぞれに向って、描画領域１４の垂直方向の幅と離間間隔とを漸減させることにより形成されている。これを、更に理解し易いように、上記計算機ホログラム１０の右下側部分を拡大してより具体的に示したのが図１２である。

そして、この図１２に示されるように、本実施形態の計算機ホログラム１０は、前記第１実施形態と同様に、上記干渉縞形成領域１０を所定幅Ａで水平方向に分割してなる要素領域１２を想定し、同一の要素領域１２に含まれる２以上の描画領域１４には同一の干渉縞を形成するようになっている。

このように、計算機ホログラム１０の全体でフレネルゾーンプレートを構成する場合の描画領域１４の幅と間隔について、上記図１２に示すように、中心の要素領域１２に対して上下対象であるとして下側を代表させて説明する。中心に位置する描画領域１４−1 の半幅がＢ1 、これより間隔Ｃ1 ＋Ｃ2 を隔てて中心から２番目の描画領域１４−2 が幅Ｂ2 ＋Ｂ3 で形成され、これより間隔Ｃ3 ＋Ｃ4 を隔てて中心から３番目の描画領域１４−3 が幅Ｂ4 ＋Ｂ5 で形成されている如く、幅Ｂn-1 ＋Ｂn の最下端の描画領域１４−e まで、描画領域の幅と隣接間隔とが次第に減少するように形成されている。

上記のように描画領域１４によりフレネルゾーンプレートが構成された計算機ホログラム１０とすることにより、白色光を照射して該ホログラムを観る場合、光の分散が少ないため、像のボケが少なく、それだけ鮮明な像を観賞することができる。

以下に、各描画領域の幅とその間隔（干渉縞が形成されない隙間領域）の寸法について詳述する。

ここでは、計算基準として各描画領域に破線で示した描画領域の基準位置（但し、中心から１番目の描画領域１４−1 の第１の基準位置は、その中心位置に同じ）と、各隙間に二点鎖線で示した隙間領域の基準位置とを考える。

そして、上記第１の基準位置（中心位置）と、中心から数えて２番目の描画領域１４−2 の第２の基準位置との間の大きさをＰとした場合、一般に描画領域の各基準位置は、中心から、０、Ｐ、（√２）Ｐ、（√３）Ｐ、（√４）Ｐ、・・・｛√(n-2) ｝Ｐ、｛√(n-1) ｝Ｐ（ｎ＝１、２、３、・・・）で設定される。

又、描画しない隙間領域の各基準位置は、中心から（１／√２）Ｐ、（√３／√２）Ｐ、（√５／√２）Ｐ、（√７／√２）Ｐ、・・・｛√(2n-3)／√２｝Ｐ、｛√(2n-1)／√２｝Ｐ（ｎ＝１、２、３・・・）で設定される。

そして、各描画領域（又は各隙間領域）の基準位置と、これに隣接する隙間領域（又は描画領域）の基準位置との間を等分割する位置に、それぞれの境界を定める。即ち、Ｂ1 〜Ｂn 及びＣ1 〜Ｃn は下記（４）〜（８）の関係式で設定できる。

Ｂ1 ＝Ｃ1
＝｛（１／√２）Ｐ−０｝／２＝（Ｐ／２√２）（√１−０） …（４）
Ｂ2 ＝Ｃ2
＝｛Ｐ−（１／√２）Ｐ｝／２＝（Ｐ／２√２）（√２−√１） …（５）
Ｂ3 ＝Ｃ3
＝｛（√３／√２）Ｐ−Ｐ｝／２＝（Ｐ／２√２）（√３−√２）…（６）
・
・
・
Ｂn-1 ＝Ｃn-1
＝［｛√(n-1) ／√２｝Ｐ−｛√(n-2) ／√２｝Ｐ］／２
＝（Ｐ／２√２）｛√(n-1) −√(n-2) ｝ …（７）
Ｂn ＝Ｃn
＝［（√n ／√２）Ｐ−｛√(n-1) ／√２｝Ｐ］／２
＝（Ｐ／２√２）｛√n −√（n-1)｝ …（８）

従って、例えば前記図１２に示したように、Ａ／２＝Ｂ1 ＋Ｃ1 と定めると、
Ｂ1 ＝Ｃ1 ＝Ｐ／２√２なので、
Ａ／２＝Ｐ／２√２＋Ｐ／２√２＝Ｐ／√２
∴Ｐ＝（√２／２）Ａ
となり、各Ｂn 、Ｃn を要素領域の幅Ａとの関係で具体的に定めることができる。

本実施形態の計算機ホログラム１０は、前記図５のフローチャートにおいて、その一部を以下のように変更するだけで、実質上前記第１実施形態の場合と同様に製造することができる。

即ち、ステップ５で光学素子の種類としてフレネルゾーンプレートを選択することにより、前述したように徐々に変化していく描画領域の幅と間隔（隙間領域）、例えば前記図１２に示した２番目の要素領域１２であれば、これに含まれる１４−2 〜１４−5 の各描画領域は全て同一の干渉縞で形成されるため、Ｃ2 、Ｂ2 ＋Ｂ3 、Ｃ3 ＋Ｃ4 、・・・Ｂ8 ＋Ｂ9 、Ｃ9 の各寸法で、隙間領域、描画領域、隙間領域、・・・描画領域、隙間領域が順番に形成されるように、これらに相当するスペース、複写、スペース、・・・複写、スペースの各寸法を順に設定する。他の要素領域１２についても、それに対応する干渉縞データを同様の方法でスペースと複写の各寸法の組合せで設定する。これらの設定は、前記計算式に基づいて予め作成されているデータに基づいて自動的に設定される。

又、ステップ７で、前記図９に示したと同様のデータ上の要素領域１２Ａに対して、全体として前記図１２に斜線部で示したような配列でデータ上の描画領域が形成されるように、例えば中心から２番目の要素領域１２Ａの場合であれば、該要素領域１２Ａの中心１ライン分の干渉縞データを、中心の要素領域１２からＣ2 に相当する幅のスペースを隔てて幅Ｂ2 ＋Ｂ3 に相当する範囲に複写し、次いでＣ3 ＋Ｃ4 に相当する幅のスペースを隔てて幅Ｂ4 ＋Ｂ5 に相当する範囲に複写するように、前記ステップ５で設定した幅（寸法）に従って順次複写とスペースを繰り返すことにより、この２番目の要素領域１２Ａについてデータ上の描画領域が作成される。

同様の操作が全ての要素領域１２Ａについて実行され、前記図１２に斜線部で示した計算機ホログラム１０の全体に相当するデータ上の描画領域の配列からなる計算機ホログラムデータが作成される。

上述したステップ５と７における操作以外は、前記第１実施形態と同様に実行する。

以上、本発明を具体的に説明したが、本発明は、前記実施の形態に示したものに限られるものでなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。

例えば、前記実施形態では、描画領域の幅とその配列間隔の寸法を具体例を挙げて示したが、この間隔等は回折効果により、上下方向にある程度光を拡散できればよいので、前記一方向性光学素子を構成する寸法に限らず、任意に変更可能である。

又、前記第１実施形態では、１つの要素領域１２に１つの描画領域１４が形成されている場合を示したが、描画領域１４を２以上形成してもよい。この場合、前記図５に示したフローチャートのステップ７の複写作業は、同一の干渉縞データを同一の幅で複写すればよいので、容易に行うことができる。

又、前記第２実施形態では、フレネルゾーンプレートが、ホログラム全体を構成する干渉縞形成領域の中央部から上下両端それぞれに向って、描画領域の垂直方向の幅と離間間隔とを漸減させることにより形成した場合を示したが、これに限らず逆に漸増させてもよい。

又、描画領域を一方向性光学素子を構成するように配列する範囲が計算機ホログラム全体の場合を示したが、これに限らず、例えば参照光が到達し難い上部や下部の所定範囲等の計算機ホログラムの一部であってもよい。従って、必ずしも全ての描画領域を離間させなくともよい。又、その方法も、例えば１つ又は２つ置き等のように、一部の描画領域を離間させるようにしてもよい。

又、前記実施形態では、２値化部３０がデータ複写部３２の前に設けられ、干渉縞データの２値化を複写する前に実行する場合を示したが、逆に、２値化部をデータ複写部３２の後方に設置し、干渉縞データを複写する作業が完了した後に２値化を行うようにしてもよい。但し、前記実施形態のように先に２値化する方が、処理を短時間で行うことができる。

本発明に係る第１実施形態の計算機ホログラムを模式的に示す要部平面図 計算機ホログラムに形成された回折格子による作用を示す線図 計算機ホログラム作成装置の概略構成を示すブロック図 対象物データと干渉縞計算領域及び要素領域の関係を示す説明図 第１実施形態の作用を説明するフローチャート 干渉縞データの計算モデルを示す説明図 干渉縞データを計算する基本単位を示す説明図 干渉縞データ、バイナリデータ、描画データの関係を示す線図 要素領域の干渉縞データの作成の仕方を模式的に示す説明図 計算機ホログラムの量産化までの処理手順を示す説明図 本発明に係る第２実施形態の計算機ホログラムを模式的に示す要部平面図 図１１の一部を拡大して示した平面図 光学ホログラムを模した計算モデルを示す説明図 図１２の計算モデルと、再生光による像の再生を示す説明図 水平方向のみ相関を有する物体光を用いた計算モデルを示す説明図 図１５の計算モデルを基に作成された計算機ホログラムを模式的に示す説明図 図１５の計算モデルと、再生光による像の再生を示す説明図

符号の説明

１０…計算機ホログラム
１０Ａ…干渉縞計算領域
１２…要素領域
１２Ａ…データ上の要素領域
１４…描画領域
１４Ａ…データ上の描画領域
２０…対象物データ作成部
２２…初期条件設定部
２４…要素領域設定部
２６…干渉縞データ計算部
２８…光学素子選定部
３０…２値化部
３２…データ複写部
３４…データ変換部
３６…描画装置
３８…後加工装置

Claims (6)

1. ホログラム全体の干渉縞データを記述する干渉縞計算領域に、同領域を水平方向に分割してなるデータ上の要素領域を単位として、対応する対象物データを基に計算される水平方向の干渉縞データが記述されたホログラムデータを用いて計算機ホログラムを作成する計算機ホログラムの製造方法において、
   要素領域毎に水平方向の代表ラインについて計算された干渉縞データを、隣接する要素領域との間に、干渉縞データが記述されない空白領域ができるように、それぞれ垂直方向の所定範囲に亘って複写して、データ上の描画領域を形成し、要素領域毎に描画領域及び空白領域が形成されたホログラムデータを作成することを特徴とする計算機ホログラムの製造方法。
2. 請求項１において、
   前記描画領域が、垂直方向に一方向性光学素子を構成する配列で形成されていることを特徴とする計算機ホログラムの製造方法。
3. 請求項２において、
   一方向性光学素子が、回折格子又はフレネルゾーンプレートであることを特徴とする計算機ホログラムの製造方法。
4. 請求項３において、
   前記フレネルゾーンプレートが、干渉縞計算領域の中央部から上下両端それぞれに向って、描画領域の垂直方向の幅を漸減させることにより形成されていることを特徴とする計算機ホログラムの製造方法。
5. ホログラム全体を構成する干渉縞形成領域に、同領域を水平方向に分割してなる要素領域を単位として、干渉縞が形成されている計算機ホログラムを作成する計算機ホログラムの製造装置において、
   ホログラムとして記録する対象物に相当する対象物データを作成する手段と、
   対象物データ上の対象物の領域及びホログラム全体の干渉縞データを記述する干渉縞計算領域をそれぞれ初期条件として設定する手段と、
   干渉縞計算領域を水平方向に分割して、データ上の要素領域を設定する手段と、
   要素領域毎に、水平方向の代表ラインについて干渉縞データを計算する手段と、
   ホログラムに形成する一方向性光学素子の種類を選択する手段と、
   要素領域毎に計算された代表ラインの干渉縞データを、隣接する要素領域との間に、前記一方向性光学素子を構成する、干渉縞データが記述されない空白領域ができるように、それぞれ垂直方向の所定範囲に亘って複写して、データ上の描画領域を作成する複写手段と、
   要素領域毎にデータ上の描画領域及び空白領域が形成されたホログラムデータを、ホログラム作成装置用のデータに変換する手段と、を備えていることを特徴とする計算機ホログラムの製造装置。
6. 請求項５において、
   干渉縞データを２値化する手段が、前記複写手段より前に設置されていることを特徴とする計算機ホログラムの製造装置。