JPH0675514A - 合成ホログラムを形成する装置および方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】１段階合成ポログラフィ、特に多数の有意な対
象要素から合成ホログラムを形成する方法並びに装置を
提供する。 【構成】多くの独立軸外ホログラフィ光学素子から成る
ホログラムのような像結合装置によって、光学軸に沿っ
て異なる距離に配置する像に対し一組の軸外領域の像を
作り出す。この一組の像は合成された三次元物体の波面
から成る。これらの像は、レーザで照射する液晶光等の
ような、軸外インコヒーレント−コヒーレント変換器か
ら得られる。感光性媒体を、部分的像の組即ち、三次元
物体の波面から成る波面に対して露出すると同時に、イ
ンコヒーレント−コヒーレント変換器を照射するために
用いる波光源と、コヒーレントな光源から成る参照波面
とに対して露出する。結果として得られる合成ホログラ
ムはこのように一回の露出で作ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】発明の背景 ホログラフィの研究者達は、例えば対象物を種々の角度
から見た通常の一組の透過板、又は対象物を平行に切断
した堆積体を表す透過板から得るように、インコヒーレ
ントのデータからホログラムを形成する方法に関心をも
っている。このような興味は、エレクトロンやコンピュ
ータを基調とした装置における三次元、或いはそれ以上
の次元のデータの重要性が増すにつれて、増大してき
た。このようなデータは例えば３−Ｄ医学影像装置から
の実物影像に相当し、或いはコンピュータ・シミュレー
ションからの抽象的な出力や、微分式の解、その他のも
のに相当する。公知の技術によれば、エレクトロニック
・データによるホログラムを形成するために種々の合成
ホログラム形成方法が示されている。これらの方法はし
ばしば３−Ｄデータの特定の斜視図、又は断面図をＣＲ
Ｔスクリーン上に形成し、そのような個々の像要素の透
過板を得て、予定した合成ホログラムのプロトコールに
従ってホログラムを形成しなければならなかった。最近
では、必要とする多重ホログラムのためのコヒーレント
要素を得るためにコヒーレント照明方法の後に時間を要
するＣＲＴ透過板に代えて、場合によっては液晶光線弁
や磁気光学変調のような「インコヒーレント−コヒーレ
ント・コンバータ」が用いられるようになってきた。

【０００２】合成ホログラム・プロトコールを説明して
いる文献は多い。例えば、「光学ホログラフィ・ハンド
ブック」をはじめ、特許の副分類「合成ホログラフィ」
中に多く見られる。これらの先行技術による方法はすべ
て相当数の個別の露出を必要とする。すなわちクロス
（Ｃｒｏｓｓ）型の多重ホログラムに対して恐らくは
１，０００通りの斜視図の各々から多数の個別のホログ
ラムを作成しなければならないか、合成部分ホログラム
の対象物の各部分については個別のホログラムを作成し
なければならない。これらの方法はいずれも各要素につ
いて多重露光をしなければならず、そのようにすると、
クロス型ホログラムの電子処理装置に不必要な負担をか
けることになる。その他の多重斜視図をベースにした合
成ホログラフィ技術では、レンズシート列の場合のよう
にコヒーレント三次元影像を合成することができるが、
３−Ｄコヒーレント波面を合成するためには、各レンズ
列から１個の割合で膨大な数の２−Ｄコヒーレント入力
を得なければならない。すなわちこの方法は各々が電子
的に特別に計算した数千の同時入力を必要とするので、
実施不可能である。これらの方法の問題点の一部はクロ
ス・ホログラムとレンズ・シート列に対する各入力要素
が相当無駄な情報を含んでいる点にある。すなわち合成
された像の所与の放射点を多数の分割されてない要素に
含ませなければ、多数の斜視図から前記放射点の像を形
成することがでない。

【０００３】部分をベースにした合成方法は上述の方法
よりもいくつかの独特な利点を与えている。例えば、各
部分での情報には重複性がなく、各部分は観察者から一
定距離離れた地点に関する情報のみを有するので、３−
Ｄボリューム内の所与の地点は１部分につき僅か１地点
として示される。この方法による今一つの利点は、たと
え３−Ｄ像が深さ、すなわちＺ軸に沿って相互に間隔を
もって配置される僅か１６個の平面から構成されていた
としても、人の視覚系は深さに沿って連続した３−Ｄ像
を見ているように部分相互間を挿間する。従って例えば
３−Ｄデータを、相当数のＺ値をもった１組のｘ、ｙ、
ｚ座標として電子的に描示したとしても、３−Ｄデータ
は展示の目的のために１個の平坦部分の所与の地点を投
射して圧縮することができる。このようにしても得られ
る３−Ｄ像は連続体として観察できる。

【０００４】合成断面ホログラフィの最も重大な制限
は、個々のホログラムを各部分のコヒーレント描示から
形成しなければならない点にある。このことは通常各露
光を準備するに当たって装置に何らかの機械的な運動を
与えなければならないことを意味している。例えば、感
光性ホログラム・プレートからインコヒーレント−コヒ
ーレント装置（レーザで照射された透過板、液晶スクリ
ーン、その他）までの距離を変えなければならない。他
の問題としては、各ホログラムは個別に記録されるの
で、一般にホログラムは個々のホログラムをインコヒー
レント的に重ね合わせることによって生じる点にある。
この問題は通常原ホログラムを複製することによって解
決してきたが、この方法は元の粗悪な回折効率ホログラ
ムを複製して効率的な最終ホログラムを得る点にある。
従って各部分から個別にホログラムを形成しなければな
らないとともに、こうして得たホログラムをホログラフ
的に複製して許容できる最終ホログラムを得なければな
らない。これら多くの理由によって合成部分ホログラフ
ィは商業生産的に普及しきっていない。

【０００５】部分ホログラムはすべてが同時に見えるよ
うになっている１組の三次元内の地点としてデータを自
然に描示した場合に特に有用である。例としては、ＣＡ
Ｔ、ＭＲＩ、及びＰＥＴスキャンの結果や、解剖体の繊
維のような汚れた区分、その他のように生物、医薬から
得た部分が挙げられる。コンピュータが作成した任意の
３−Ｄデータ部分によって描示することができる。最近
ではホログラム複製方法、特にエンボス方法はホログラ
ムの大量複製を経済的に実施可能な程度に行い得るよう
になった。今後は教育上の、又は商業上の三次元マスタ
ー・ホログラムを作成して供給することが有用だと考え
られるが、この場合は通常白色光によって見なければな
らない。ポリューム反射によるホログラムは白色光でも
見える形式のホログラムを提供し、レインボー・ホログ
ラムも白色光でも見える形式のホログラムを提供する。
レインボー・ホログラムは、位相解放（フェーズ・リリ
ーフ）形のホログラムとしても、適当な白色光照明によ
って見ることができるので量産するに特に適している。
更にレインボー・ホログラムは、モノクロ光源で形成し
た場合でもフルカラー・ホログラムに興味深い可能性を
与えている。１個の露光をもった合成レインボー部分ホ
ログラムを形成する方法と装置は白色光で可視な３−Ｄ
影像を形成するのに十分適しており、特にフルカラーの
合成ホログラムを形成するのに適している。

【０００６】発明の目的 本発明の目的は１段階合成ホログラフイ、特に多数の有
意な対象要素から合成ホログラムを形成する方法と装置
に関する。

【０００７】本発明の目的は、軸外の多数のインコヒー
レント−コヒーレント・コンバータと像結合光学系を用
いてコヒーレントの三次元（３−Ｄ）波面を形成する点
にあり、更に本発明の目的はこの波面をホログラムとし
て記録する装置を提供する点にある。

【０００８】本発明の今一つの目的は、ホログラフ光学
要素（Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｌ
ｅｍｅｎｔ）（以下ＨＯＥと略称することあり）を用い
て光軸を通る１組の干渉性部分を同時に形成する、特に
光学要素内で多重化された少なくとも１組のＨＯＥを含
む光学要素を用いる合成ホログラフィ形式装置を提供す
る点にある。本発明の更に今一つの目的は、少なくとも
１個の独自に制御可能なホログラムをも有する多重ＨＯ
Ｅを提供することにある。その独自に制御可能なホログ
ラムは、内部で部分波面が見られたり、光学系を整列さ
せたりすると例えばテンプレートとして作用することが
できる。

【０００９】本発明の更に今一つの目的は、三次元像を
ホログラム内に記録する前にその三次元像を形成する改
良した方法と装置を提供することにあり、更に本発明の
今一つの目的は、少なくともいくつかの独立して平行に
位置する対象物の個々の部分を処理、制御して合成する
コヒーレント像を用いる方法を示す点にある。

【００１０】本発明の重要な更に今一つの目的は、合成
三次元波面をホログラムとして記録する前にその合成三
次元波面を処理し、特に同波面を白色光で可視なレイン
ボー・ホログラムとして適当な方法で記録する方法と装
置を提供する点にある。

【００１１】本発明の今一つの目的は、良好に復元され
た色彩特性を具えた合成レインボー・ホログラムを形成
する方法と装置を提供する点にある。本発明の更に今一
つの目的は、このようなホログラムの各区分の各地点の
色彩後元特性を良好に制御し得るようにする点にある。

【００１２】本発明の重要な更に今一つの目的は、合成
レインボー・ホログラフィにおいて、２個、又はそれ以
上の数の相互に重ね合わされた独立したレインボー・ホ
ログラフ、特に、最終ホログラムのどの地点においても
フルカラー（すべての色彩）を認識し得るように、前記
独立したホログラムの各部分の各地点での色彩復元特性
を制御し得るようにした方法と装置を提供する点にあ
る。

【００１３】本発明の更に今一つの目的は、特に実質的
に暫定的なインコヒーレントの軸外の１組の波面からの
「レインボー・ボリューム」像を合成するために、多色
光で照射した部分要素をもった際立った多色光の三次元
像をディスプレーする方法と装置を提供する点にある。

【００１４】本発明の更に今一つの目的は、「レインボ
ー・ボリューム」の像を形成する方法と装置を提供する
点にあり、同像は本発明の装置においてモノクロ露光の
みを用いると形成可能な合成レインボー・ホログラムに
よって得られる。

【００１５】本発明の今一つの目的は、部分データをフ
ォーマットに描示し、操作し、及びディスプレーする方
法と装置を提供する点にあり、これはリアル・タイムで
ディスプレーするのに特に適している。

【００１６】以下に本発明の好ましい実施例を図面を参
照しながら説明する。以下の説明は本発明を最も良い態
様で当業者が実施し得るようになされているが、本発明
の精神を決して制限しようとするものではない。当業者
であれば以下に述べる好ましい実施例はもとより、他に
多くの有用な方法を思いつくであろう。

【００１７】図１は部分合成ホログラムを形成する方法
と装置を概略的に示す図面である。例えば従来のコンビ
ュータやデータ処理装置のような電子装置（７０）が、
グラフィック・プロセッサ／制御器（６０）内にある多
元像データを有し、及び又は同データを制御する。これ
らの装置に対するユーザ・インターフェイスのような入
力制御装置（６４）が、特に合成後を制御するために、
三次元情報の操作を制御する。入力制御装置（６４）は
カーソルを合成済みの３−Ｄ（三次元）空間を通して移
動する装置をも具えていて、それによって３−Ｄ像を構
成しやすくされる。グラフィック・プロセッサ／制御器
（６０）は、部分情報を有し各部分に対してページ・コ
ンポーザとして機能するインコヒーレント−コヒーレン
ト・コンバータ（ＩＣＣ）（８ａ−８ｆ）を制御する。
これらのＩＣＣには多くの可能な実施例が考えられる。
すなわちＩＣＣはレーザ光線で照射した写真透過板、地
点アドレス型の磁気光学アレー、又はＣＲＴアドレス型
の液晶光線値（ＬＣＬＶ）であってよい。先行技術はホ
ログラム用の多くの可能なＩＣＣページ・コンポーザを
示しており、そのようなコンポーザは、種々の音声、磁
気、又は電子光学装置を含む。現在では好ましいページ
・コンポーザはコヒーレントに照射したＣＲＴアドレス
ＬＣＬＶである。このような装置は好ましいダイナミッ
ク・コントラスト・レンジをもった高い空間分解能のコ
ヒーレント波面を生じる。本実施例ではグラフィック・
プロセッサ（６０）は１組の３−Ｄデータ（これは３−
Ｄフレーム・バッファでよい）から得た適当な部分でよ
い。同プロセッサは各部分を対応するＬＣＬＶに記入す
る。各部分は例えば各３−Ｄ地点（ｘ、ｙ、ｚ）を数学
的な技法で一つの適当な部分（８ｚ）に投射させるよう
なコンピュータであってよい。部分（８ｚ）中のｚは、
所与の部分の最終像の位置に相当するＺ軸に沿った不連
続の位置を示す。

【００１８】各部分（ここではＬＣＬＶ）は他のどの部
分からも独立しているので、マスター制御器（７０）、
又はグラフィック・プロセッサ（６０）内に何らかの平
行プロセッサを設けて、投射等によってデータを部分化
して、当該部分を適当なＬＣＬＶに記入するようにする
と極めて有利である。先行技術はグラフィック操作に適
したアルゴリズム用の前述のような平行プロセッサを多
く示している。一つの有用な実施例はフレーム・バッフ
ァ内の所与の地点（ｘ、ｙ、ｚ）を適当なＬＣＬＶ（８
ｉ）内のビット写像２−Ｄバッファ内の地点（ｘ、ｙ）
にハード・ワイヤ変形を行うものがあり、この場合部分
装置の場合と同様に各ＬＣＬＶラスターは平行に作動す
る。３−Ｄデータを操作するのは、例えば頻繁にグラフ
ィック・マトリックスをベースとした変形を像回転、位
取り、並進、ヒストグラム等化、その他にするように設
けられた平行プロセッサによっても遂行することができ
る。

【００１９】照明制御装置（６２）は、ページ制御装置
の二次元表示制御とは別個に考慮することができる。照
明制御装置（６２）は、例えば、レーザ、ビームスプリ
ッタ、または拡散体装置から各部分を均等にコヒーレン
ト照明する単純なものでもよく、あるいは、各部分に対
するそれぞれの波面を含有するさらに複雑なプロトコル
にすることができる。これらの波面は、例えば、任意部
分の任意の箇所の可視性を制御できる適当な光学開口装
置からの波面を含有する。また、ＩＣＣ波面にかんする
照明制御装置（６２）を、ホログラフィー装置と、例え
ば、適当な入力参照波を変換することによって、適当な
部分照明波面を発生するホログラフィー光学素子装置の
双方またはいずれかから導出可能である。さらに、照明
制御装置（６２）は、例えば、すべての部分からホログ
ラムまでの光路距離が、均等になるように、または、少
なくとも、光源の干渉性長さ内で収まるように構成する
ことがてきる。また、照明制御装置（６２）は、コヒー
レントな光を、ブリーフパルスとして提供することがで
きる。また、インコヒーレント−コヒーレント変換器
（８ａ−８ｆ）は、波面を変換する光学素子群を含有す
ることができる。

【００２０】区分画像組み合わせ装置（５０）は、各変
換器（８ａ−８ｆ）に対して同時に作用することによっ
て、コヒーレントな画像を各部の光学（ｚ）軸（２）に
沿ってそれぞれ固有の位置に作り出す役割を果たすもの
である。図１では、これらの区分画像は１０ａ−１０ｆ
として示されている。光学軸上の部分を作るために、多
くの従来の画像組み合わせ方法を用いることができる
が、代表的な方法は、部分的に銀めっきされた一連のビ
ームスプリッタを用いて、複数の領域に対する画像組合
わせ装置として機能する場合が多い。例えば、「三次元
テレビジョン装置」と称する米国特許第４，１９０，８
５６号では、一連のビームスプリッタとレンズとを用い
ることによって各区分画像を同時に専用のＣＲＴスクリ
ーン上に作り出す方法と装置とが開示されている。本発
明において上記の装置または他の装置を用いることがで
きるが、本発明の好ましい実施態様では、各区分画像を
作り出すのにただ１個の多重化ホログラフィック光学素
子を用いるもので、この種のホログラフィック光学素子
については、本発明の好ましい実施態様を参照しながら
後述する。

【００２１】本発明の好ましい実施態様は、別の発明を
用いて光学軸外の部分の三次元画像を作るものである。
該発明は、図面上に、多重化ホログラフィック光学素子
（２０）を具備した光学軸外の部分（８ａ−８ｄ）とし
て図示されている。該発明は、「三次元ディスプレイ」
と称する米国特許第４，６６９，８１２号である。要す
るに、多重化ホログラフィック光学素子（２０）は、多
数の独立したホログラフィック光学素子を含有する独特
なホログラムであって、各ホログラフィック光学素子
が、例えば、固有の焦点距離と該光学素子が光学軸に沿
って画像を作る固有の光学軸外の領域を含有するもので
ある。これらの画像は、１０ａ−１０ｄとして図示して
ある。この多重化ホログラフィック光学素子が、各光学
軸外の領域の一連の画像を含有する三次元画像を合成す
る役割を果たす。

【００２２】さらに、ホログラム（４０）に表示される
波面は、ホログラフィック光学素子、又は通常の光学素
子（３０）によって処理される。従って、ｎ個の光学装
置を含む三次元合成装置にであって、各光学装置が、多
重化ホログラフィック光学素子（２０）のホログラフィ
ック光学素子と、光学素子（３０）とを含有するものを
考えることができる。このようにして、ｎ個の光学装置
が、ｎ個の光学軸外の部分の画像を作り出して三次元実
像又は虚像（１０ａ−１１ｄ）を合成したのち、該実像
又は虚像（１０ａ−１０ｄ）を、ホログラム（４０）の
物体波として提示する。従って、図２は、各光学軸外の
領域（好ましい実施態様では、液晶光の値）が、ホログ
ラムに比べて解像度の低い二次元物体又は画像を表示す
る状態を示している。ホログラフィック干渉パターン
は、ホログラム（４０）の平面に記録する必要がない。
従って、本発明では、従来の画像の輝度を用いるので、
液晶光の値を用いてホログラフィック干渉パターンを記
録する先行技術とは異なる。

【００２３】次いで、一連のコヒーレントな部分からホ
ログラムを作る方法を説明する。ホログラムを記録する
のに適した感光板（４０）に対して、一連のコヒーレン
トな部分を含有する三次元物体波と、光学軸外の参照波
とで同時に照明する。この光学軸外の波面は、照明制御
装置（６２）から導出したり、あるいは該制御装置（６
２）によって制御される。通常、ビームの相対強度は、
各区分画像の輝度に応じて、感光媒体の最大回折率を得
るように調節される。当業者は、例えば、透過または反
射、ボリュームまたはレリーフ、空間多重化または参照
合成などの方法で作られる多種多様のホログラムを理解
できるであろう。

【００２４】観察者（４４）は、工程を監視することが
できる。実際に、観察者（４４）は、入力装置（６４）
を介して一連の区分を監視、編集又は合成する。観察者
は、通常、ホログラムの感光板（４０）を露出させない
で三次元画像を監視する必要がある。これを達成するに
は、ビームスプリッタ又は、露出時間に感光板（４０）
を移動させるための機械装置を用いればよい。しかし、
例えば、熱可塑性レリーフホログラム又は、非直線光学
効果ホログラムの場合、感光板（４０）として、急速自
己現像または「リアルタイム」ホログラムを使用する
が、この様な場合では、観察者が、ホログラムの作成を
監視することが好ましい。この場合、ホログラムをコヒ
ーレントな部分と参照源で作る際に、別の参照源を用い
てホログラムを同時に再生することが有利である。これ
は、各部分に対する「レインボウ」ホログラムを逐次作
り出し、白色の照明をすると該ホログラムがカラー画像
を再生する場合に該当する。この工程は、フルカラーの
「レインボウ」ホログラムについて後述する際に説明す
る。

【００２５】次ぎに、合成ホログラムを作るためのホロ
グラフィック光学素子をベースにした好ましい光学装置
について説明する。部分映像を作るための多重化ホログ
ラフィック光学素子を利用した装置について、本出願人
は、既に、米国特許出願第０６／５３１．０４０号で開
示している。該特許出願では、多数のホログラフィック
光学素子を同一の媒体中に記録する際に、各種の多重化
技術を利用する。これらの多重化技術は、例えば、一連
の非共軸のボリューム式ホログラフィック光学素子であ
って、該各光学素子が、それぞれの非共軸の部分映像を
構成して、非共軸の特定の位置に該部分の映像を作り出
すように構成してある。この種の三次元区分映像を合成
する方法とその装置とが、本発明の好ましい実施態様で
あり、以下に説明する。図２に基づいて、三次元区分映
像を合成する方法における多重化ホログラフィック光学
素子の役割を検討する。多重化ホログラフィック光学素
子（２０）は、複数個の独立（すなわち、多重化）ホロ
グラフィック光学素子を含有しており、該各光学素子は
それぞれ非共軸領域、より詳しく言えば，８ａ−８ｄと
して図示される非共軸の区分構成要素に相当する。例え
ば、感光材を２か所の光源、１個を、例えば、領域（８
ａ）の中央に、かつ別の１個を領域（８ａ）の光学軸に
沿って配置させることによって、ホログラフィック光学
素子をホログラフィ法によって作ることができる。この
種のホログラフィック光学素子は、位置（１０ａ）にｚ
軸２に沿ってコヒーレントな領域（８ａ）の像を作り出
すのである。同様に、他のホログラフィック光学素子も
該軸に沿って非共軸構成部分の像を作る。

【００２６】この三次元区分映像の合成方法の一般原則
について、前記米国特許出願に開示してある。すなわ
ち、各ホログラフィック光学素子が、通常、非共軸ホロ
グラフィック光学素子の固有の収差を補正するアベレー
ト波面で作られていること、また、各ホログラフィック
光学素子が、例えば、正のレンズ、円柱レンズなどの任
意の光学素子のレンズアナログ又は、ミラーアナログで
あること、従って、非共軸領域の像を、多重化ホログラ
フィック光学素子（２０）の前部と後部またはいずれか
一方に配置可能であること、また、該非共軸領域が、光
学的に変換された区分構成要素の波面として構成できる
こと（該非共軸領域を、別の光学素子から導出させるこ
とができる）、多重化ホログラフィック光学素子の各光
学素子が単位角倍率を有するので、別の光学系（３０）
を用いて映像を拡大することができる。重要な観察事項
として、多重化ホログラフィック光学素子が、各区分に
対して別々の光学系を導出すること、かつ該光学系が、
例えば、非共軸部分波面と、該区分に相当する多重化ホ
ログラフィック光学素子（２０）のホログラフィック光
学素子と、波面変換装置としての光学系（３０）と、さ
らに、オプションとして、観察装置（４４）とを含有す
ることにある。特定の区分の像の位置と品質とを決定す
るのはこの光学系である。

【００２７】図２は、４個の非共軸領域（８ａ−８ｄ）
だけを同一平面上に配置しているが、実際には、４個以
上の区分構成要素が用いられている。１６乃至３２個が
多数であり、連続ボリュームを形成するための映像（１
０ａ，１０ｂなど）を作り出す。さらに、図２では、区
分構成要素群が実質的に一線上に配置してあるので、各
ホログラフィック光学素子をボリューム多重化する際
に、各ホログラフィック光学素子が充分にブラッグ分離
されるので有用である。しかし、一般に、各非共軸領域
の最大可能部分を該区分で充足することが有用になる。
すなわち、区分構成要素の平面上に多数の構成要素（一
線上に配置可能な構成要素の個数のほぼ二乗）を包含せ
しめられる。本発明に係わる高性能の多重化ホログラフ
ィック光学素子を構成するするために、多重化ホログラ
フィック光学素子（２０）の個々のホログラフィック光
学素子を空間的に多重化することが好ましい。各ホログ
ラフィック光学素子の露出は、例えば、ホログラム（２
０）上にマスクを重ねて行うように、各ホログラフィッ
ク光学素子は、それぞれ記録媒体であるホログラム（２
０）の固有の領域を占めている。ホログラム（２０）が
空間多重ホログラムであり、かつ各区分を同一平面上に
配置した場合、任意のホログラフィック光学素子は、２
個以上の非共軸領域の像を作り出す。しかし、１個の区
分（該区分は像を形成する）だけは、光学軸対象の像を
形成する。有効な視野絞りを用いて、好ましくない虚像
がホログラム（４０）又は、観察装置（４４）に達する
のを防止することができる。多重化ホログラフィック光
学素子（２０）と、それに関連する光学素子（３０）
は、光学軸（２）上の任意の位置に部分像（１０）を様
々な倍率で形成する。実際に、各像は、ホログラム（４
０）上に広がることができる。各部分（８ａ−８ｄ）
は、多重化ホログラフィック光学素子（２０）の中心に
対して固有の角度をなしているので、好ましい実施態様
では、二次元フィールド内でかつ同一平面上に配置して
ある。これによって、装置構造が単純化される。これ
は、独特の素子として、多重化ホログラフィック光学素
子（２０）が、各部分ごとに固有のホログラフィック光
学素子を具備しており、従って、光学素子（３０）と共
同して、該各部分の像を軸（２）上の固有の位置に形成
するためである。

【００２８】また、多重化ホログラフィック光学素子
は、１個またはそれ以上のホログラムを含有し、かつ固
有の参照光、好ましくは、平坦部分からなる領域の外部
に配置された点光源などの単純波面によってリードバッ
クできるように多重化される。図２は、多重化ホログラ
フィック光学素子（２０）を照明してホログラム（２
４）を再生する基準点（２２）を示している。このホロ
グラムの機能は、合成された三次元部分波面に関連させ
ることが可能である。例えば、該ホログラムは、三次元
格子、三次元パネルメータ、または解剖学上の物体のい
ずれでもよい。これらのホログラムの再生は、照明制御
装置（６２）によって制御することができる。該照明制
御装置（６２）は、この再生の輝度を制御するととも
に、多数の従来のホログラフィック・プロトコルのいず
れかに従って、再生波の操作によって再生を操作するも
のである。

【００２９】各コヒーレントな部分は、前述したよう
に、インコヒーレント−コヒーレント変換器（８）のコ
ヒーレントな照明によって形成される（各部分（８）
を、照明されたインコヒーレント−コヒーレント変換器
の光学的変換から由来する波面に関係させることができ
る）。これらの部分波面（８）のコヒーレントな照明
は、図１に関連して説明した照明プロトコルに従って行
われる。図２に示す好ましい実施態様では、コヒーレン
ト波（４）を用いて光学系（６）、好ましくは、ホログ
ラム、ホログラフィック光学素子、または実質的に該光
学素子からなる光学系を照明するとともに、派生する波
面を用いて部分インコヒーレント−コヒーレント変換器
またはインコヒーレント−コヒーレント変換装置を照明
する。この光学系及びほかの光学系に対して、ホログラ
フィック／ホログラフィック光学素子をベースにしたパ
ラダイムを選択した理由は様々である。一つの理由は、
本発明がコヒーレント波を用いていること、さらに、ホ
ログラムと、ホログラフィック光学素子とは、極めて一
般的な波面変換装置であって、従来の大型屈折光学素子
の普通操作と同様に操作されるものと認められている。
この一般変換は、高性能のホログラフィック光学素子を
得るために、参照波と物体波の双方又はいずれか一方を
作るのに用いられるコンピュータ及びコンピュータホロ
グラム中に規定できるので、レンズ研磨装置に比べて、
より強力な光学素子、特に、複雑な収差特性又は、強非
球面要素を有する光学素子を形成することができる。図
２において、インコヒーレント−コヒーレント変換照明
装置が、参照波（４）で照明されるホログラム（６）を
含有することができる。派生する波面が部分系に進入し
て、予め規定された方法によって、インコヒーレント−
コヒーレント変換装置をコヒーレント照明する。光学素
子又は、光学系（６，８，３０）がホログラフィック光
学素子である場合、該光学素子は、高回折率を有する軸
上素子として、又は、軸外の素子として構成することが
できる。この場合、上記ホログラフィック光学素子から
の所望の変換波が、入力波に対して一定の角度に配置さ
れること、また、光軸（２）が各変換ごとに所望の波面
方向に追従することが、当業者によって理解されるであ
ろう。図中では、便宜上、光軸（２）を直線として示し
てある。

【００３０】次に感光性媒体（４０）を照射するため
に、軸からはずれたコヒーレント参照波面（４２）と共
に、合成された三次元の波面（例えば１０ａ，１０ｄ及
び２４）が形成される。ビームの強さは最終のホログラ
ム（４０）の回折効果が最大になるように調節される。

【００３１】合成ホログラムを白色光で見えるようにす
ることが最も望ましい。特にレリーフフェズ（立体相）
ホログラムとして白色光線光源で見える“レインボーホ
ログラム”として知られる形のものが望ましい。レイン
ボーホログラフィに関しては広範な先行技術がある。例
えば光学ホログラフィハンドブック又はホログラフィハ
ンドブックで論評されたものや多数の特許文献がある。
基本的に、レインボーホログラムを作るために、我々は
スリット開口を通して見た結果得られるような波面を有
効に作り出す光学装置を通して、二次元又は三次元の物
体の波面を作り出す。例えば図１において、波面（１０
ａ）上のあらゆる所与の点がホログラム（４０）の狭い
帯域を照射するように波面（１０ａ）を作り出す。即
ち、（１０ａ）上の“点光源”が照射するようにホログ
ラム全体を照射することはない。

【００３２】我々の装置では、各合成面が、一様に一方
向に（水平）に放射し、他の方向（垂直）に放射しない
点のみを含むようにすることができる。一つの望ましい
実施例では、垂直視差のない古典レインボーホログラム
を得る場合には、三次元の波面（１０）（及び多分２
４）を発生し、それからこの波面を従来のレインボー技
術で処理する。

【００３３】例えば、円筒形レンズ（又は望ましくは類
似のＨＯＥ）と結合したスリット開口（３２）により、
水平な線のみに沿ってホログラム（４０）を照射するた
めに三次元波面の対称的放射点を限定することができ
る。水平な線は観察者の目に関して定められる。当業者
は、像から垂直視差を除くために波面を変換する多くの
手段、特に光をむだにしない手段を認識するであろう。
上述の場合においては、垂直視差のない合成レインボー
ホログラムを発生させるために全波面を同時に処理す
る。

【００３４】然し、我々は垂直視差をそこなわないレイ
ンボーホログラムを発生させる他の手段を記述するため
に、ｍｘＨＯＥの範例を利用することもできる。我々の
ｍｘＨＯＥは、例えば光学素子（６，８及び３０）と共
にｎ組の独立光学系と見ることができる。このような系
の一つは、素子（６，８）の一部分、２０内の対応する
ＨＯＥ及び素子（３０）を含む。６，８および２０の上
記成分は独自の照射プロトコール（標準仕様）を持つこ
とができるので、スリットの円筒開口装置はこの行路に
沿った任意の点に位置できる。例えば８を通して波面を
有効に発生させる照射装置（６）内に埋め込むことがで
きる。波面はスリット開口共役点から、通常像に従うス
リット開口へ達するように進む。各独立系は、６からの
照射波面の形か若しくは光学系（６及び８ｉ）の一部と
して、独自のスリット開口装置を含有できる。更に、ｍ
ｘＨＯＥ内のＨＯＥは円筒素子でもよく、且開口（又は
その像）と共に各部分的波面（８）の一部となり、ほぼ
狭い帯状のホログラムを照射する像（１０）を作り出
す。スリット・円筒処理装置が、ホログラフ素子又は系
（６）（８内の任意の素子と共に）によって作り出す波
面中に符号化される場合は、光が不透明な開口によって
阻止されてむだになることがなく、入力エネルギ（４）
を高度に有効利用することができるので特に有用であ
る。

【００３５】次に我々は合成ホログラムの再構成につき
検討できる。露出後ホログラム（４０）は最終ホログラ
ム（４１）として現像できる。図３はこのようなホログ
ラムを示す。コヒーレントな再構成装置においては、点
光源参照ビーム（１４）（参照４２に対応する）がホロ
グラム（４１）を照射し、平面像（１１）の組を再構成
する。所与の部分の所与の点（１２）は図示する方向に
コヒーレントな光を放射する。これらの光線は合成され
る三次元波面にも同時に存在していたであろう。別の点
（１３）も同時に放射し、観察者（４４）により検分さ
れる。しかしレインボー装置においては、合成波面の各
点はスリットに沿ってホログラムを照射するのみで、従
ってコヒーレントな再構成光源（１４）で当該照射を再
構成するのみである。点（１２）からの光は水平方向に
沿ってあらゆる方向に放射するが、垂直方向では一方
向、仮りに１５とする、のみに放射する。この点を見る
ためには目をこの垂直位置に移動させなければならな
い。

【００３６】然し、若し再構成光源（１４）が白色光光
源（望ましくは水平な線光源）なら、ホログラム（４
１）の回折性の故に点１２は実際多くの垂直方向、例え
ば（１５，１６，１７）の方向に放射するが、このよう
な各光線の波長Ｗは異なる。（Ｗは実際に或る波長を中
心とした狭い周波数に分布する。）目を上下に移動させ
ると点の色は変化する。先行技術では垂直運動と共に広
がるか若しくは変化する色を制御する多くの方法を提案
している。特に視角に関して変化する波長の制限手段を
与えている。当業者は各種のこのような再構成特性が可
能であることを認識している。

【００３７】レインボーホログラムのこのカラー特性
が、例えばホログラフィハンドブックに記載されている
ような、合成カラーポログラムを達成する手段として提
案された。本発明は我々の合成ホログラフィ方法及び装
置と共に先行技術の合成技術を用いることによって、全
色彩合成レインボーホログラムを作り出す新規な方法を
提供する。

【００３８】図３、４を参照すると、所与のレインボー
記録装置（一組のパラメータ、スリットの円筒装置、参
照波面等）に対して、所与の位置にいる観察者が任意の
平上の任意の点をカラー周波数Ｗの放射束として知覚す
ることが分る。このＷ（実際には狭い帯域）は任意の平
面上の任意の点につき固定している。我々は軸からはず
れた部分の透過率を変えることによってその強度を変え
ることができるのみで、Ｗを変えることはできない。任
意の所与の記録パラメータの組に対して、三次元関数Ｗ
（ｘ、ｙ、ｚ）を定めて、上記カラーをｚ部分上の任意
の所与の点（ｘ、ｙ）に帰するものとすることができ
る。図４においては７２が図式的にこれを示す。然し、
一組の新しいパラメータを設定するために、照射制御装
置（８２）により又は、仮字的に言えば、図２の入力波
面（４）を変えることにより、記録パラメータを変える
ことができる。特に、上記パラメータの各組に対して３
個の異なる“着色組”（７２，７３，７４）を発生させ
るために、一組のパラメータを選択できる。それから若
し上記パラメータ組の各々に対して各部分（即ちＩＣＣ
ｓの位置の所与の点の強度を変調する）の適切な組と合
成するならば、多重露出を作り出すことができる。即
ち、同一ホログラム（４０）上の各着色組（７２，７
３，７４）に対して一回の露出を行える。このようにし
て図３の観察者（４４）は点（１２）から線（１６）に
沿って三つのカラーが放射するのを見る。これらのカラ
ーは７２，７３，７４を写像で写すことにより固定され
るが、振幅で表される各カラーは露出中の各部分におけ
る変調に対応する。適切な量のカラーをこのように混合
することにより観察者（４４）に知覚されるカラーを達
成することができる。混合すべき各カラーが各点（ｘ、
ｙ、ｚ）に対して異なることに注目することは重要であ
る。従って各部分上の各点に対する当該部分の振幅を個
々に計算しなければならない。

【００３９】図４はＲＧＢ（ｘ、ｙ、ｚ）又はＨＳＩ
（ｘ、ｙ、ｚ）関数として電子的に表される三次元像を
示す。所与の写像（７２，７３，７４）によりカラーコ
ンピュータは、各作像点ＨＳＩ（ｘ、ｙ、ｚ）に対応す
る（ｘ、ｙ）、部分（ｚ）における振幅を各露出につき
計算しなければならない。人間のカラー視覚は単なる周
波数の混合より複雑な写像動態（イメージダイナミッ
ク）に依存し、環境カラー、パターン、空間的周波数等
に高度に敏感なので、各連続的露出に対し、所望の写像
パラメータ（８０）から適切な振幅（８２，８４，８
６）に転換するのを助けることができる、このような知
識ベース（１００）をコンピュータに与えることは有用
である。若し（４０）が実時間ホログラムで繰返し露出
がフリッカ融像率（フュージョンレート）を越える程度
に短いなら、たとえ露出が単色光源で行われても、全カ
ラー実時間ホログラムを観測できることに注目された
い。

【００４０】図２も同様にインコヒーレントな照射を受
けた部分から合成された三次元像を表示する手段を与え
る。軸線をはずれた部分（８ａ−８ｄ）を考慮すると、
例えばこれらの部分が白熱広帯域光源で放射される場合
には、当該部分と光源間の又は当該部分とｍｘＨＯＥ
（２０又は３０、その後ｍｘＨＯＥ ４０）で“スプリ
ット開口”を移動させる丈で、既に詳述の通りスリット
はぼけるであろう。若しスリットを適切な方向に配置す
るなら、各軸外部分がレインボーカラーで現われる。要
するに軸外部分の各点（又はより適切にはスリット）は
スリット開口（特にそのｍｘＨＯＥに対して）を通し
て、スリットの像がその位置に現われるときの、単一の
カラーのみで見ることができる。このように全方向につ
き全視差で全三次元“レインボーイメージ”を作り出す
ことができる。たとえばスリット開口がスリットに垂直
な方向に沿って“垂直”視差を除くとしても、この視差
は二次元部分についてのみ除かれるので全視差が達成で
きる。然し所与の部分に対し我々は視差を必要としな
い。即ち、各部分の像の独立性から全視差が達成でき
る。それ故に“レインボー三次元ディスプレイ”のみな
らず合成レインボーホログラフィ装置若しくは両特性を
与える装置を提供することができる。当事者は、例えば
カラーイメージを発生させるのに必要な合成露出の回数
の変更を含めて、本手順に対する多くの変更があること
を認識するであろう。

【００４１】上記の実時間合成ポログラフィの例は、本
願の新原理を用いる方法及び装置のあらゆる可能性を示
すものではない。当業者は本発明に対し多くの有用な変
更が可能であることを認識するであろう。

【図面の簡単な説明】

【図１】合成部分ホログラフィの方法と装置を示す概略
図である。

【図２】好ましい合成ホログラフィとディスプレー光学
装置のすべての要素を示す図面である。

【図３】合成部分ホログラムの代表的な再構成プロトコ
ールを示す図面である。

【図４】部分照明値、特にフルカラー合成ホログラムを
計算する装置の概略図である。

【手続補正書】

【提出日】平成３年８月１５日

【手続補正２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】全図

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

【図２】

【図３】

【図４】

Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一組の断面から合成ホログラムを作成す
   る装置にして、 （ａ） 複数個の選択的に合成可能かつ照射可能な区分
   的非コヒーレント−コヒーレント転換器（ＩＣＣｓ）
   と、 （ｂ） 前記ＩＣＣｓをコヒーレント光で照射する装置
   と、 （ｃ） 光軸に沿った適当な場所に前記断面の各々のコ
   ヒーレント画像を形成させる光画像合成装置と、 （ｄ） 前記ＩＣＣｓの参照光源と実質的にコヒーレン
   トな参照光波面と、 （ｅ） 前記参照光源と前記断面のコヒーレント画像と
   の干渉縞を記録する感光性媒体とを組合せて成る合成ホ
   ログラム作成装置。
2. 【請求項２】 前記画像合成装置が一組の軸外ＩＣＣｓ
   と、各断面ごとに１個のホログラム光学素子（ＨＯＥ）
   を有する対応マルチプレックス・ホログラム光学素子
   （ｍｘＨＯＥ）とを含有する請求項１に記載の装置。
3. 【請求項３】 前記各断面の照射装置がコヒーレント光
   で照射されたホログラムを有し、該ホログラムが前記Ｉ
   ＣＣを照射する波面を含有する請求項２に記載の装置。
4. 【請求項４】 前記ホログラムがマルチプレックス・ホ
   ログラムであって、該ホログラムは再合成参照波面の制
   御によって単独にまたは全体的に再合成することができ
   る請求項２に記載の装置。
5. 【請求項５】 前記断層像映装置が別の波面転換用ＨＯ
   Ｅ、すなわち従来の光学系を備えもってｍｘＨＯＥから
   発生する全波面を適当に転換する請求項２に記載の装
   置。
6. 【請求項６】 前記付加的ＨＯＥが画像角度を拡大させ
   る請求項５に記載の装置。
7. 【請求項７】 前記付加的ＨＯＥが、発生する波面の、
   観察者に関する垂直成分を大幅に抑制する作用を果す請
   求項５に記載の装置。
8. 【請求項８】 前記ホログラム断層照明装置が、一定の
   ＩＣＣおよびその構成ＨＯＥと共に、断層画像の任意の
   場所の垂直方向拡大を大幅に制御する請求項３に記載の
   装置。
9. 【請求項９】 合成ホログラムを作成する方法にして、 （ａ） 一組の選択的に照射可能な区分的非コヒーレン
   ト−コヒーレント転換器（ＩＣＣｓ）を設け、 （ｂ） 前記ＩＣＣｓに対するページ合成装置を設け、 （ｃ）前記各断面を光軸に沿った適当な場所に配置する
   ように区分的画像合成装置を設け、 （ｄ）適当なコヒーレント照射装置を各断面に設け、 （ｅ） コヒーレント参照光を設け、 （ｆ） 前記断面のコヒーレント光源と前記コヒーレン
   ト参照の光源との干渉縞を記録する感光性材料を設ける
   の諸段階を含有する方法。
10. 【請求項１０】 前記ページ合成装置が、所与の三次元
    データから互いにほぼ無関係なページを合成する対応デ
    ータ処理装置を備えた請求項９に記載の方法。
11. 【請求項１１】 合成ホログラムを作成する三次元ディ
    スプレイ装置にして、 （ａ） 複数個の選択的に合成可能かつ照射可能な非コ
    ヒーレント−コヒーレント転換器（ＩＣＣｓ）と、 （ｂ） 該転換器に対してページ合成するための入力装
    置と、 （ｃ） 三次元画像を合成する画像組合せ装置と、 （ｄ） 該画像を観察する装置と、 （ｅ） 観察者からデータを受取って前記ページ合成入
    力装置を制御する装置とを含有する装置。
12. 【請求項１２】 前記画像組合せ装置が、少なくとも１
    個のホログラムを含有するマルチプレックス・ホログラ
    ム光学素子（ｍｘＨＯＥ）と、前記ホログラムを、前記
    ｍｘＨＯＥが区分的三次元画像を合成するのと同時にま
    たは無関係に再合成する装置とを有する請求項１１に記
    載の装置。
13. 【請求項１３】 操作員が合成された区分画像に亘って
    物体またはプリンタを運動させて該画像を編集すること
    ができる請求項１１に記載の装置。
14. 【請求項１４】 観察者が三次元合成体の各部を分離ま
    たは強調させるとともに前記情報をデータ処理画像メモ
    リに送り返すことができる請求項１３に記載の装置。
15. 【請求項１５】 合成カラーホログラム装置にして、 （ａ） パララックスの軸線に垂直なパララックスを除
    去した一組の区分的画像から合成された合成波面を形成
    させる装置と、 （ｂ） 光学系の照射パラメータを制御して前記パララ
    ックスを除去する装置と、 （ｃ） 各区分的画像中の各地点の白色光再合成周波数
    を種々の再生形状について計算する装置と、 （ｄ） 一組の連続するホログラム露出に対して前記画
    像の一つの各ページの各地点の振幅を計算する装置と、 （ｅ） 所与の望ましいカラー反応を合成立体像中の各
    パイントごとのカラー周波数の振幅の組に変換する装置
    と、 （ｆ） 照射パラメータを制御するとともに、ホログラ
    ムを照射して連続する三次元画像を連続的に露出させる
    装置とを組合せて成る装置。
16. 【請求項１６】 ホログラムが、リアルタイムホログラ
    ムであるとともに該リアルタイムホログラムの各々ごと
    に白色光で再合成できる請求項１５に記載の装置。
17. 【請求項１７】 １個または複数個の軸外区分の画像
    が、多色光によって照射されるとともに、前記区分と前
    記マルチプレックス・ホログラム光学素子（ｍｘＨＯ
    Ｅ）との間、すなわち前記区分に接した地点におけるス
    リットを通過して前記軸外区分が前記ｍｘＨＯＥによっ
    て像映される場所に該区分のレインボウ像が生成される
    リアルタイム立体像表示装置。
18. 【請求項１８】 前記スリットが前記軸外区分と前記ｍ
    ｘＨＯＥとの前にある請求項１６に記載の装置。
19. 【請求項１９】 前記スリットが前記軸外区分に向けら
    れた波面である請求項１６に記載の装置。
20. 【請求項２０】 前記ｍｘＨＯＥの各素子は、対応ＨＯ
    Ｅによる前記スリットの像が該スリットを分散するカラ
    ー全体に対して前記ｍｘＨＯＥから本質的に同じ距離に
    あるように変調される請求項１６に記載の装置。