JP4947315B2 - 立体的動きのあるホログラム - Google Patents

Description

本発明は、立体的動きのあるホログラムに関し、特に、複数の画像が記録されたホログラムであって観察位置を相対的に移動させることにより、３次元再生像が立体的に動くように記録されたホログラムに関するものである。

本出願人は、特許文献１で、２ステップ法によるホログラムにおいて、１段階目のホログラム（Ｈ１ホログラム）に面積分割で連続する運動の一連のシーン（コマ）のホログラムを記録し、そのＨ１ホログラムから離れた位置に置いた２段階目のホログラム記録材料にＨ１ホログラムから再生される各シーンの像を重畳して記録することで、観察位置を相対的に移動させることにより再生像が連続的に切り替わり、例えば馬が走るように見える動的効果が得られるホログラムを提案している。
特開２００７−２１９４９１号公報

しかしながら、特許文献１記載のものは連続的に切り替わる再生像を３次元的な動きのあるものとして記録する場合、再生像の動きがホログラム面に対して平行に動いているのか、奥行き方向に動いているのか判別するのが難しかった。

本発明は従来技術のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、観察者にとって再生像の空間的に動きが明瞭な立体的動きのあるホログラムを提供することである。

上記目的を達成する本発明の立体的動きのあるホログラムは、複数の画像が記録されたホログラムであって、その観察位置をホログラムに対して相対的に特定方向へ移動させることにより、前記複数の画像が順次別々に再生されて観察可能なホログラムであって、前記複数の画像は、相互に共通な基準物体面の像と、その基準物体面の像に対して動く３次元立体像であってその動く方向に飛び飛びに抽出された３次元立体像とからなり、観察位置を前記の特定方向へ移動させることで前記３次元立体像が動くように観察可能であることを特徴とするものである。

この場合、前記基準物体面の像はホログラム面に対して固定されていても、観察位置に対して固定されていてもよい。

また、前記３次元立体像の動く方向はホログラム面に対して奥行き方向であることが望ましい。

本発明の立体的動きのあるホログラムにおいては、再生される３次元立体像が共通の基準物体面の像に対して連続して動くように見えるので、記録された３次元立体像の動く方向を観察者が認識しやすく、立体感を感じやすく、立体感に富んだものである。

以下、本発明の立体的動きのあるホログラムを実施例に基づいて説明する。

まず、本発明の立体的動きのあるホログラムの作製方法の１例から説明する。この作製方法は、２ステップ法により体積ホログラムを作製する方法であり、１段階目のホログラム（以下、Ｈ１ホログラムと呼ぶ。）を作製する際に、ホログラム記録材料面を面積分割して、各分割領域に別々の画面に表示する物体を同一入射角の参照光を用いて記録し、その記録したＨ１ホログラムから記録物体像を同時に再生させ、その再生物体像近傍に２段階目のホログラム用のホログラム記録材料を配置して反射型あるいは透過型の体積ホログラム（以下、Ｈ２ホログラムと呼ぶ。）として記録する方法である。

以下、図面を参照にして説明する。図３は、この２ステップ法により本発明の立体的動きのあるホログラムを作製する際の１段階目のＨ１ホログラムの撮影配置を示す図である。１段階目のＨ１ホログラム記録用感光材料として、この実施例の場合、フォトポリマーに比べて感度が高い銀塩材料からなる感光材料１１を用い、まず、図３（ａ）に示すように、第１の画面に記録する第１物体Ｏ₁ に面してその感光材料１１を配置する。そして、その感光材料１１の第１物体Ｏ₁ のホログラムを記録する第１の分割領域１１₁ 以外の面をマスク１２を用いて遮光する。第１物体Ｏ₁ を所定波長のレーザ光で照明して第１物体Ｏ₁ で散乱された物体光１₁ を感光材料１１の第１の分割領域１１₁ に入射させると共に、感光材料１１の面に入射角θで物体光１₁ と可干渉な同一光源からの平行光からなる参照光２₁ を同時に入射させ、感光材料１１の第１の分割領域１１₁ に第１物体Ｏ₁ のホログラムを露光する。ここで、第１物体Ｏ₁ は物体の一部を構成する基準物体面Ｂから感光材料１１側へ多少突出した四角柱とする。

次いで、図３（ｂ）に示すように、感光材料１１をそのままの位置に保ち、第１物体Ｏ₁ の代わりに第２の画面に記録する第２物体Ｏ₂ を配置する。この第２物体Ｏ₂ はその物体の一部を構成し、かつ、第１物体Ｏ₁ の基準物体面Ｂと同じ基準物体面Ｂから感光材料１１側へ第１物体Ｏ₁ よりより突出した四角柱とする。その場合の基準物体面Ｂの位置は第１物体Ｏ₁ の基準物体面Ｂと同じ位置とする。そして、その感光材料１１の第２物体Ｏ₂ のホログラムを記録するための第２の分割領域１１₂ を露出させそれ以外の領域を遮光するようにマスク１２を移動させる。この第２の分割領域１１₂ は第１の分割領域１１₁ に隣接して配置されている。その配置で、第２物体Ｏ₂ を第１物体Ｏ₁ のホログラムを記録する際と同じ波長のレーザ光で照明して第２物体Ｏ₂ で散乱された物体光１₂ を感光材料１１の第２の分割領域１１₂ に入射させると共に、感光材料１１の面に同じ入射角θで物体光１₂ と可干渉な同一光源からの平行光からなる参照光２₂ を同時に入射させ、感光材料１１の第２の分割領域１１₂ に第２物体Ｏ₂ のホログラムを露光する。

同様にして、図３の場合、上方から下方へ連続的に分割領域１１₃ 〜１１_n-1 を設定し、物体Ｏ₃ 〜Ｏ_n-1 として基準物体面Ｂから感光材料１１側へ順番により多く突出した四角柱を用い、対応する分割領域１１₃ 〜１１_n-1 に第３物体Ｏ₃ 〜第ｎ−１物体Ｏ_n-1 のホログラムを露光する。

そして、図３（ｃ）に示すように、感光材料１１をそのままの位置に保ち、最も下方に連続して分割領域１１_n を設定し、第ｎ−１物体Ｏ_n-1 の代わりに第ｎの画面に記録する第ｎ物体Ｏ_n を配置する。この第ｎ物体Ｏ_n は基準物体面Ｂから感光材料１１側へ第ｎ−１物体Ｏ_n-1 よりより突出した四角柱とする。この場合の基準物体面Ｂも第１物体Ｏ₁ の基準物体面Ｂと同じ位置とする。そして、その感光材料１１の分割領域１１_n を露出させそれ以外の領域を遮光するようにマスク１２を移動させる。その配置で、第ｎ物体Ｏ_n を第１物体Ｏ₁ 〜第ｎ−１物体Ｏ_n-1 のホログラムを記録する際と同じ波長のレーザ光で照明して第ｎ物体Ｏ_n で散乱された物体光１_n を感光材料１１の第ｎの分割領域１１_n に入射させると共に、感光材料１１の面に同じ入射角θで物体光１_n と可干渉な同一光源からの平行光からなる参照光２_n を同時に入射させ、感光材料１１の第ｎの分割領域１１_n に第ｎ物体Ｏ_n のホログラムを露光する。

ここで、感光材料１１に面分割してホログラムとして記録される第１物体Ｏ₁ 〜第ｎ物体Ｏ_n として計算機合成ホログラム（ＣＧＨ）から再生された再生像としてもよい。

以上のように面分割した各領域に別々のホログラムが露光された感光材料１１を現像、漂白してＨ１ホログラム１１を作製する。ここで、感光材料１１とＨ１ホログラム１１を同じ符号１１で示す。

次いで、図３（ｄ）に示すように、このＨ１ホログラム１１に記録のときの参照光２₁ 〜２_n と反対に進む再生照明光３を、Ｈ１ホログラム１１に対して記録のときの参照光２₁ 〜２₃ が入射する側とは反対側から入射させると、Ｈ１ホログラム１１の面に対して記録のときの物体Ｏ₁ 〜Ｏ_n 、基準物体面Ｂの相対位置と同じ位置に回折光４により第１〜第ｎ物体Ｏ₁ 〜Ｏ_n の像Ｏ₁ ’〜Ｏ_n ’と基準物体面Ｂの像Ｂ’が再生結像される。第１〜第ｎ物体Ｏ₁ 〜Ｏ_n の位置が共通の基準物体面Ｂを基準にして空間的に相互に重なっているので、像Ｏ₁ ’〜Ｏ_n ’は基準物体面Ｂを共通にして四角柱の頂部が順に飛び飛びに伸びるように空間的に重なって結像される。これら第１〜第ｎ物体Ｏ₁ 〜Ｏ_n の像Ｏ₁ ’〜Ｏ_n ’と基準物体面Ｂの像Ｂ’が結像される位置近傍に２段階目のＨ２ホログラム記録用感光材料２１を配置し、再生照明光３と可干渉な同一光源からの平行光からなる参照光５を回折光４と反対側あるいは同じ側から任意の入射角で同時に入射させ、感光材料２１中に２段階目のＨ２ホログラムを露光する。この実施例においては、２段階目のホログラム記録用感光材料２１として、フォトポリマーを用いており、露光後の感光材料２１を後処理として加熱、紫外線照射を行い、Ｈ２ホログラム２１を作製する。ここで、感光材料２１とＨ２ホログラム２１を同じ符号２１で示す。

以上のようにして記録されたＨ２ホログラム２１は体積ホログラムであり、参照光５を回折光４と反対側から入射させる図３（ｄ）の配置の場合は反射型ホログラムとして記録され、参照光５を回折光４と同じ側から入射させる場合は透過型ホログラムとして記録される。

このようにして記録されたＨ２ホログラム２１の再生について説明する。図１に示すように、このＨ２ホログラム２１に記録のときの参照光５と反対に進む再生照明光６を、Ｈ２ホログラム２１に対して記録のときの参照光５とは反対側から入射させると、回折光７により第１〜第ｎ物体Ｏ₁ 〜Ｏ_n の像Ｏ₁ ’〜Ｏ_n ’の像Ｏ₁ ”〜Ｏ_n ”と基準物体面Ｂの像Ｂ’の像Ｂ”が空間的に重なって再生されると共に、元のＨ１ホログラム１１の位置にＨ１ホログラム１１の記録面と同じ大きさの窓２５が再生される。そして、第１〜第ｎ物体Ｏ₁ 〜Ｏ₃ の像Ｏ₁ ”〜Ｏ_n ”の中、第１物体Ｏ₁ の像Ｏ₁ ”は窓２５中の第１の分割領域１１₁ に対応する範囲２５₁ に向かう回折光成分７₁ によって再生され、第２物体Ｏ₂ の像Ｏ₂ ”は窓２５中の第２の分割領域１１₂ に対応する範囲２５₂ に向かう回折光成分７₂ によって再生され、同様に図の上から順に、第ｎ−１物体Ｏ_n-1 の像Ｏ_n-1 ”は窓２５中の第ｎ−１の分割領域１１_n-1 に対応する範囲２５_n-1 に向かう回折光成分７_n-1 によって再生され、第ｎ物体Ｏ_n の像Ｏ_n ”は窓２５中の第ｎの分割領域１１_n に対応する範囲２５_n に向かう回折光成分７_n によって再生される。

したがって、観察眼Ｅが図１の角度範囲α₁ （窓２５中の範囲２５₁ がＨ２ホログラム２１の参照光５が入射する位置を見込む角度範囲）にある場合には、基準物体面Ｂの像Ｂ”から多少突出する第１物体Ｏ₁ の像Ｏ₁ ”がＨ２ホログラム２１近傍に見え、角度範囲α₂ （窓２５中の範囲２５₂ がＨ２ホログラム２１の参照光５が入射する位置を見込む角度範囲）にある場合には、基準物体面Ｂの像Ｂ”からそれより多少多く突出する第２物体Ｏ₂ の像Ｏ₂ ”がＨ２ホログラム２１近傍に見え、同様に図の上から順に、角度範囲α_n-1 （窓２５中の範囲２５_n-1 がＨ２ホログラム２１の参照光５が入射する位置を見込む角度範囲）にある場合には、基準物体面Ｂの像Ｂ”から相当多く突出する第ｎ−１物体Ｏ_n-1 の像Ｏ_n-1 ”がＨ２ホログラム２１近傍に見え、角度範囲α_n （窓２５中の範囲２５_n がＨ２ホログラム２１の参照光５が入射する位置を見込む角度範囲）にある場合には、基準物体面Ｂの像Ｂ”から最大限突出する第ｎ物体Ｏ_n の像Ｏ_n ”がＨ２ホログラム２１近傍に見えることになり、上から下へ順に観察者の目Ｅが見る位置が変化することにより、観察される画面が共通の基準物体面Ｂの像Ｂ”から順に突出して来る像Ｏ₁ ”〜Ｏ_n ”と切り替わる。しかも、各物体の像Ｏ₁ ”〜Ｏ_n ”は３次元（３Ｄ）の連続する動きのあるものであり、見る位置により立体画面が連続するように順に切り替わる。なお、図１において、角度範囲α₁ 〜α_n 中に図示されている像はそれぞれの位置で見える立体像を区別するために図示したものであり、基準物体面Ｂに対応する面から四角柱が連続的に観察者の目Ｅに向かって突き出てくるように見える。

なお、以上の説明では、観察者の目ＥがＨ２ホログラム２１に対して上から下へ移動するものとしたが、観察者の目Ｅを固定してＨ１ホログラム１１を横軸を中心に上へあおるように回転させても同様に基準物体面Ｂに対応する面から四角柱が連続的に観察者の目Ｅに向かって突き出てくるように見える。

以上の説明から明らかなように、本発明によるＨ２ホログラム２１においては、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、Ｈ２ホログラム２１に対して観察者の目Ｅを相対的に移動させることで連続的に画面が切り替わって見える３次元立体像Ｏ”は、共通の基準面の像Ｂ”に対して連続して動くように見えるので、記録された立体像Ｏ”の動く方向を観察者が認識しやすく、立体感を感じやすい。これに対して、従来例として図２（ｃ）に立体像Ｏ”が動くように記録されたホログラムの場合、共通の基準面の像Ｂ”のような動きを相対的に認識するための基準面の像が同時に記録されていないため、立体像Ｏ”の動き、動く方向が認識し難く、立体感が乏しいものである。

以上において、Ｈ１ホログラム１１における分割領域１１₁ 〜１１_n の分割方向としては上記のように上下方向ではなく、横方向へ分割するようにしてもよい。その場合に、視点を固定した状態でＨ２ホログラム２１を縦軸を中心に左から右へ揺動させたときに連続的に見える立体像Ｏ”の例を図４と図５に模式的に示す。

図４は基準面の像Ｂ”をＨ２ホログラム２１の面に固定した場合で、図４の（１）〜（５）はＨ２ホログラム２１の面が左を向いているとき、図４の（６）はＨ２ホログラム２１の面が正面を向いているとき、図４の（７）〜（１１）はＨ２ホログラム２１の面が右を向いているときであり、（１）から（１１）へ順に、基準面の像Ｂ”から３次元立体像Ｏ”である四角柱が基準面の像Ｂ”の裏面に突出していて順に後退し（（１）〜（５））、Ｈ２ホログラム２１の面が正面を向いているときには、四角柱はついには基準面の像Ｂ”の中に入って見えず（（６））、その次には基準面の像Ｂ”の表面側に徐々に突出していく（（７）〜（１１））ように見える。

図５は基準面の像Ｂ”が固定した視点に対して固定され、Ｈ２ホログラム２１の面に対して順に傾いてゆく場合である。図５の（１）〜（５）はＨ２ホログラム２１の面が左を向いているとき、図５の（６）はＨ２ホログラム２１の面が正面を向いているとき、図５の（７）〜（１１）はＨ２ホログラム２１の面が右を向いているときであり、この例でも、（１）から（１１）へ順に、基準面の像Ｂ”から３次元立体像Ｏ”である四角柱が基準面の像Ｂ”の裏面に突出していて順に後退し（（１）〜（５））、Ｈ２ホログラム２１の面が正面を向いているときには、四角柱はついには基準面の像Ｂ”の中に入って見えず（（６））、その次には基準面の像Ｂ”の表面側に徐々に突出していく（（７）〜（１１））ように見える。

以上、本発明の立体的動きのあるホログラムを実施例に基づいて説明してきたが、本発明はこれら実施例に限定されず種々の変形が可能である。例えば、Ｈ２ホログラム２１を左右に揺動させたときと上下に揺動させたときとでは基準面の像に対する３次元立体像の動きが異なるようにしてもよい。また、基準面の像の代わりに、面形状あるいは立体形状の特定物体面としてもよい。

本発明に基づいてホログラムから再生される動きのある立体像を説明するための図である。 従来例とを比較して本発明によるホログラムが立体感に富むことを説明するための図である。 本発明の立体的動きのあるホログラムを２ステップ法により作製する撮影配置を示す図である。 視点を固定した状態でホログラムを縦軸を中心に揺動させたときに連続的に見える立体像の１例を模式的に示す図である。 視点を固定した状態でホログラムを縦軸を中心に揺動させたときに連続的に見える立体像の他の例を模式的に示す図である。

符号の説明

Ｏ₁ 、Ｏ₂ 、Ｏ_n-1 、Ｏ_n …物体
Ｏ₁ ’、Ｏ₂ ’、Ｏ_n-1 ’、Ｏ_n ’…物体の像
Ｏ”、Ｏ₁ ”、Ｏ₂ ”、Ｏ_n-1 ”、Ｏ_n ”…物体の像の像
Ｂ…基準物体面
Ｂ’…基準物体面の像
Ｂ”…基準物体面の像の像
Ｅ…観察眼
１₁ 、１₂ 、１_n …物体光
２₁ 、２₂ 、２_n …参照光
３…再生照明光
４…回折光
５…参照光
６…再生照明光
７…回折光
７₁ 、７₂ 、７_n-1 、７_n …回折光
１１…Ｈ１ホログラム（感光材料）
１１₁ 、１１₂ 、１１_n-1 、１１_n …分割領域
２１…Ｈ２ホログラム（感光材料）
２５…窓
２５₁ 、２５₂ 、２５_n-1 、２５_n …分割領域に範囲

Claims (4)

1. 複数の画像が記録されたホログラムであって、その観察位置をホログラムに対して相対的に特定方向へ移動させることにより、前記複数の画像が順次別々に再生されて観察可能なホログラムであって、前記複数の画像は、相互に共通な基準物体面の像と、その基準物体面の像に対して動く３次元立体像であってその動く方向に飛び飛びに抽出された３次元立体像とからなり、観察位置を前記の特定方向へ移動させることで前記３次元立体像が動くように観察可能であることを特徴とする立体的動きのあるホログラム。
2. 前記基準物体面の像はホログラム面に対して固定されていることを特徴とする請求項１記載の立体的動きのあるホログラム。
3. 前記基準物体面の像は観察位置に対して固定されていることを特徴とする請求項１記載の立体的動きのあるホログラム。
4. 前記３次元立体像の動く方向がホログラム面に対して奥行き方向であることを特徴とする請求項１から３の何れか１項記載の立体的動きのあるホログラム。

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