JPH11296057A - ホログラム作成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 少数の要素ホログラムからなり忠実に物体を
再生することができるホログラムを作成するホログラム
作成装置を提供する。 【解決手段】 空間光変調素子１０に入射したレーザ光
は、空間光変調素子１０に表示された計算機ホログラム
に基づいて振幅または位相が変調され、凸レンズ１１に
より収斂されて、感光材料６０のうちのマスク１２の開
口部分に局所成分波面として入射する。この局所成分波
面は、仮想物体から生じた波面の一部であり、ミラー２
４およびミラー４１の何れか一方から入射した参照光と
干渉して、要素ホログラムが作成される。そして、感光
材料６０上に要素ホログラムが逐次作成され、感光材料
６０上の広い範囲にホログラムが作成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、任意の波面を再生
するホログラムを作成する技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ホログラムに照明光を照射することによ
り物体からの波面を再生して、その物体を３次元像とし
て自然に観測することができる優れた表示手段である。
通常、再生すべき実際の物体にレーザ光を照射して該物
体から発生した物体波と、その物体波と干渉し得る参照
光とを感光材料上で干渉させ、その感光材料に記憶され
た干渉縞としてホログラムは作成される。このようにし
て作成されるホログラムは、物体や感光材料の大きさに
より視閾や視野が決定される。しかし、このように光学
的手法によりホログラムを作成する方法では、その物体
や感光材料などの物理的な配置の困難性から、充分な視
閾と視野とを有するホログラムを作成することは困難で
ある。

【０００３】一方、仮想の物体からの物体波と参照光と
のホログラム面上における干渉を計算してその干渉の複
素振幅分布を求め、これをプロッタ等により作画して原
画を作成し、この原画を写真縮小することで、ホログラ
ムを作成することも行われている。このようにして作成
されるホログラムは計算機ホログラムと呼ばれる。しか
し、このように計算によりホログラムを作成する方法で
は、干渉の複素振幅分布の計算や原画の作画の際に困難
を生じる。

【０００４】そこで、局所的な物体波面を空間光変調素
子等により発生させ、この局所的な物体波面と参照光と
を感光材料上で干渉させて要素ホログラムを作成し、そ
して、このような要素ホログラム作成作業を感光材料上
の各位置それぞれで逐次繰り返すことにより大面積のホ
ログラムを作成することが行われている。さらに、この
ようにして作成されたホログラムを多数張り合わせるこ
とにより、更に大面積のホログラムを作成を作成するこ
とも行われている。

【０００５】図９は、特開平３−２４９６８６号公報に
記載された技術（第１の従来技術）によるホログラム作
成装置の構成図である。このホログラム作成装置では、
レーザ光源１００から出力されたレーザ光はビームスプ
リッタ１１０により２分岐され、２分岐されたレーザ光
の一方は、レンズ系１２０により光束径を拡げられて空
間光変調素子１３０に入射し、空間光変調素子１３０の
個々の画素で振幅変調を受けた後、レンズ系１４０によ
り感光材料１５０上に集光され、ビームスプリッタ１１
０により２分岐されて感光材料１５０の背後から入射し
た参照光と干渉する。このようにして、０．３ｍｍ〜
０．５ｍｍの間隔でドット状の要素ホログラムが感光材
料１５０上にアレイ状に作成され、リップマンホログラ
ムが作成される。また、再生時には、上記参照光の入射
方向と同じ方向から、光束径が大きい平行光でホログラ
ムを照射することにより、ホログラム上の各要素ホログ
ラムから再生波が発生して、物体像が再生される。

【０００６】図１０は、特開平７−３１９３７２号公報
に記載された技術（第２の従来技術）によるホログラム
作成装置の構成図である。このホログラム作成装置は、
感光材料２００上の物体波面の複素振幅分布を計算し、
この物体波面とはサンプリングピッチが異なるが複素振
幅分布が同じとなるように空間光変調素子２１０で波面
を再生させ、空間光変調素子２１０で再生した波面をレ
ンズ２２０，２３０を介して感光材料２００上で参照光
と干渉させるものである。このホログラム作成装置は、
サンプリングピッチを縮小するために、光軸と垂直な平
面についてのみ倍率を変更できるアフォーカル光学系を
採用している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、第１の
従来技術のホログラム作成装置では、以下のような問題
点を有している。このホログラム作成装置で両眼視する
際には、輻輳角の点で立体と認識されるが、瞳に多数の
光線が入射しない限り目の焦点調節機構が働かず、完全
な３次元再生とはならない。すなわち、ホログラムから
の距離が長く光線密度が低くなる地点において単眼で再
生像を観測する場合には目の焦点調節機構が働かないこ
とから、３次元物体として認識されず、平面物体と認識
される。また、光線数は空間光変調素子１３０の画素数
で決定されるので、ホログラムから遠方に配置された物
体を再生する場合や、ホログラムから遠方の地点におい
て再生像を観測する場合には、光線密度が不足して再生
像がぼけて観測されてしまうという問題点があった。

【０００８】また、レンズ焦点面上に細かく要素ホログ
ラムを作成すると、感光材料１５０のダイナミックレン
ジに収めることができる面積が減少するという問題点も
ある。この問題点を解消したものが特開平６−２６６２
７４号公報に記載されている。この公報に記載されたも
のは、位相疑似ランダム拡散板をレンズ前面に配置し、
これにより光を拡散して集光を避けるものである。しか
し、要素ホログラムのサイズは観測地点から見てドット
として感じられないような細かさが要求されることか
ら、要素ホログラムの個数は必然的に多くなり、また、
１つの要素ホログラムを作成した後に次の要素ホログラ
ムを作成する位置まで感光材料を移動させ、この移動に
伴う振動が無くなるまで待機する必要があることをも考
慮すると、ホログラム作成には膨大な時間を要する。

【０００９】一方、第２の従来技術のホログラム作成装
置では、以下のような問題点を有している。このホログ
ラム作成装置で採用されているアフォーカル光学系は、
文献「H.Farhoosh, et al., "Real-Time Display of 3-
D Computer Data Using Computer Generated Hologram
s", SPIE Vol.1052 Holographics Optics: Opticallyan
d Computer Generated (1989) pp.172-176」や特開平３
−１１０５９２号公報に既に開示されたものであり、以
下のような問題点を有している。すなわち、感光材料２
００とレンズ２３０との間隔（ワークエリア）はアフォ
ーカル光学系の縮小率により決定されることから、全体
の光学系を小さくすると、ワークエリアは小さくなり、
参照光の導入が困難になる。逆に、ワークエリアを充分
に広くとると、全体の光学系が大きくなり、振動などの
外的要因により、安定したホログラム作成が困難にな
る。例えば、空間光変調素子２１０のサンプリングピッ
チを４０μｍとし、ワークエリアを１ｃｍとし、感光材
料２００上のサンプリングピッチを１μｍとすると、ア
フォーカル光学系による縮小率は４０分の１が必要とな
る。そして、後段のレンズ２３０の焦点距離を１ｃｍと
し、前段のレンズ２２０の焦点距離を４０ｃｍとする必
要があるから、空間光変調素子２１０と感光材料２００
との間の距離は８２ｃｍにもなる。

【００１０】また、ワークエリアの制限から参照光を後
段のレンズ２３０の入力面から照射するが、一般に用い
られる参照光が平行光や発散光であることを考慮する
と、感光材料２００上で参照光を平行光や収斂光とする
必要があり、そのためには特別に補正した参照光を用意
しなければならないという問題点もある。

【００１１】さらに、空間光変調素子２１０は、物体波
面の複素振幅分布を忠実に再現する為には振幅および位
相の双方を制御できることが要求され、特に位相につい
ては±πの範囲で忠実に制御できる必要がある。また、
空間光変調素子２１０が振幅および位相の何れか一方を
制御できるものである場合には、計算機ホログラムの計
算方法が開示されていない。

【００１２】本発明は、上記問題点を解消する為になさ
れたものであり、少数の要素ホログラムからなり忠実に
物体を再生することができるホログラムを作成するホロ
グラム作成装置を提供することを目的とする。また、全
体の光学系が小さく、ワークエリアが広いホログラム作
成装置を提供することをも目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明に係る第１のホロ
グラム作成装置は、ホログラムを作成すべき感光材料上
の複数の一定領域それぞれについて、仮想物体から生じ
た波面のうちの局所成分波面と参照光とを上記一定領域
で干渉させて上記一定領域に要素ホログラムを作成し、
ホログラムを作成するホログラム作成装置であって、
(1) 計算機ホログラムを表示し、入射した光に対して振
幅および位相の双方を計算機ホログラムに基づいて変調
して出力する空間光変調素子と、(2) 空間光変調素子に
より変調された光を入力し、その光を収斂する凸レンズ
と、(3) 凸レンズの後焦点面に配される感光材料の前面
に密接して配され、凸レンズから到達した光を通過させ
る開口を有し、その開口を通過した光を感光材料上の上
記一定領域に局所成分波面として入射させるマスクと、
を備え、空間光変調素子の画素間隔をＳＰとし、凸レン
ズの焦点距離をｆとし、光の波長をλとしたときに、マ
スクの開口は各辺の長さがλ・ｆ／ＳＰ以下であって光
軸上に中心を有する長方形または正方形であることを特
徴とする。

【００１４】この第１のホログラム作成装置によれば、
空間光変調素子に入射した光は、空間光変調素子に表示
された計算機ホログラムに基づいて振幅および位相の双
方が変調され、凸レンズにより収斂されて、感光材料の
うちのマスクの開口部分の上記一定領域に局所成分波面
として入射する。この局所成分波面は、仮想物体から生
じた波面の一部であり、参照光と上記一定領域で干渉し
て上記一定領域に要素ホログラムが作成される。そし
て、感光材料上の複数の一定領域それぞれについて要素
ホログラムが逐次作成され、感光材料上の広い範囲にホ
ログラムが作成される。したがって、光線再生型ではな
く波面再生型であるので、要素ホログラムの個数が少な
く、短時間にホログラムを作成することができ、また、
再生時に光線密度が低くても、ぼけることなく３次元物
体として再生される。

【００１５】本発明に係る第１のホログラム作成装置に
おいて、空間光変調素子における計算機ホログラムは、
凸レンズが有する像変換作用により仮想物体へ変換され
る波源を発生させるものとして求められたものであるの
が好適であり、また、１辺当たりのサンプリング数をＮ
としサンプリングピッチをλ・ｆ／（ＳＰ・Ｎ）として凸
レンズの後焦点面における局所成分波面をサンプリング
し、このサンプリングした波面データを逆フーリエ変換
して求められたものであるのも好適である。これら何れ
の場合にも、参照光を導入するのに充分なワークエリア
が確保される一方で、光学系が小型になり外部振動に強
く安定なものとなる。

【００１６】また、本発明に係る第２のホログラム作成
装置は、ホログラムを作成すべき感光材料上の複数の一
定領域それぞれについて、仮想物体から生じた波面のう
ちの局所成分波面と参照光とを上記一定領域で干渉させ
て上記一定領域に要素ホログラムを作成し、ホログラム
を作成するホログラム作成装置であって、(1) 計算機ホ
ログラムを表示し、入射した光に対して振幅および位相
の何れか一方を計算機ホログラムに基づいて変調して出
力する空間光変調素子と、(2) 空間光変調素子により変
調された光を入力し、その光を収斂する凸レンズと、
(3) 凸レンズの後焦点面に配される感光材料の前面に密
接して配され、凸レンズから到達した光を通過させる開
口を有し、その開口を通過した光を感光材料上の上記一
定領域に局所成分波面として入射させるマスクと、を備
え、空間光変調素子の画素間隔をＳＰとし、凸レンズの
焦点距離をｆとし、光の波長をλとしたときに、マスク
の開口は、長辺の長さがλ・ｆ／ＳＰ以下で短辺の長さ
がλ・ｆ／(２・ＳＰ)以下の略長方形であって、光軸上に
長辺の中心を有し、光軸上に０次光を遮蔽する０次光遮
蔽部を有することを特徴する。

【００１７】この第２のホログラム作成装置は、第１の
ホログラム作成装置の作用・効果と同様の作用・効果を
奏する。ただし、第２のホログラム作成装置では、空間
光変調素子が入射した光に対して振幅および位相の何れ
か一方を変調するものであることから、マスクにより、
感光材料上の光軸を通過する直線（開口の長辺）により
２分された一方の半平面のみに局所成分波面を入射させ
ることで共役波面を排除し、０次光を感光材料に入射さ
せないようにしている。また、このような空間光変調素
子を用いたことにより安価な構成となる。

【００１８】本発明に係る第２のホログラム作成装置に
おいて、空間光変調素子における計算機ホログラムは、
凸レンズが有する像変換作用により仮想物体へ変換され
る波源を発生させるものとして伝搬関数を半平面として
求められたものであるのが好適であり、また、１辺当た
りのサンプリング数をＮとしサンプリングピッチをλ・
ｆ／（ＳＰ・Ｎ）として凸レンズの後焦点面における局
所成分波面をサンプリングし、このサンプリングした波
面データのうちの半平面に含まれるものを逆フーリエ変
換して求められたものであるのも好適である。これら何
れの場合にも、参照光を導入するのに充分なワークエリ
アが確保される一方で、光学系が小型になり外部振動に
強く安定なものとなる。

【００１９】また、本発明に係る第１および第２のホロ
グラム作成装置それぞれにおいて、凸レンズは空間光変
調素子の出力側に密着して配されることを特徴とする。
この場合には、光学系が最も小型となり外部振動に最も
強く安定なものとなる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の実施の形態を詳細に説明する。尚、図面の説明におい
て同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省
略する。

【００２１】先ず、本実施形態に係るホログラム作成装
置の構成について説明する。図１は、本実施形態に係る
ホログラム作成装置の構成図である。

【００２２】レーザ光源１は、可干渉性光であるレーザ
光を出射するものである。シャッタ２は、このレーザ光
源１の出射口付近に設けられており、レーザ光源１から
出射されたレーザ光に対し通過または遮断の制御を行
う。ハーフミラー３は、シャッタ２を通過したレーザ光
を入力し、そのレーザ光の一部を反射させ、残部を透過
させる。ハーフミラー４は、ハーフミラー３により反射
されたレーザ光を入力し、そのレーザ光の一部を反射さ
せ、残部を透過させる。

【００２３】ハーフミラー４を透過したレーザ光を入力
するミラー５は、これを反射させる。レンズ６、ピンホ
ール７およびレンズ８は、ミラー５により反射されたレ
ーザ光を入力し、これを平行光とする。ここで、ピンホ
ール７の開口は、レンズ６の後焦点位置にあり、且つ、
レンズ８の前焦点位置にある。ミラー９は、平行光とさ
れたレーザ光を反射させ、これを空間光変調素子１０に
入射させる。空間光変調素子１０は、入射したレーザ光
に対して振幅および位相の双方または何れか一方を変調
して出力する。凸レンズ１１は、この空間光変調素子１
０により変調されたレーザ光を入力して、これを収斂光
とする。なお、空間光変調素子１０は、凸レンズ１１の
前焦点面に配されてもよいし、凸レンズ１１の入力側に
密着して配されていてもよい。

【００２４】マスク１２は、矩形の開口を有するもので
あり、ｘ軸方向の開口幅がλ・ｆ／ＳＰ以下であり、空
間光変調素子１０が振幅および位相の双方を変調するこ
とができるものである場合にはｙ軸方向の開口幅がλ・
ｆ／ＳＰ以下であり、空間光変調素子１０が振幅および
位相の何れか一方を変調することができるものである場
合にはｙ軸方向の開口幅がλ・ｆ／（２・ＳＰ）以下であ
る。また、空間光変調素子１０が振幅および位相の双方
を変調することができるものである場合には、マスク１
２の開口の中心位置が光軸上にあり、空間光変調素子１
０が振幅および位相の何れか一方を変調することができ
るものである場合には、マスク１２の開口の長辺の中心
位置が光軸上にある。ここで、λは、レーザ光源１から
出力されるレーザ光の波長であり、ｆは、凸レンズ１１
の焦点距離であり、ＳＰは、空間光変調素子１０のサン
プリングピッチ（画素間隔）である。マスク１２は、凸
レンズ１１から出力された収斂光のうち開口部分に入射
したものを通過させ、マスク１２の下方に密着して配さ
れている感光材料６０のうちのマスク１２の開口部分に
入射させる。このように空間光変調素子１０、凸レンズ
１１およびマスク１２等を経て感光材料６０に入射する
レーザ光は物体波となる。

【００２５】ハーフミラー４で反射されたレーザ光を入
力するシャッタ２１は、そのレーザ光に対し通過または
遮断の制御を行う。レンズ２２、ピンホール２３および
レンズ２４は、シャッタ２１を通過したレーザ光を入力
し、これを平行光とする。ここで、ピンホール２３の開
口は、レンズ２２の後焦点位置にあり、且つ、レンズ２
４の前焦点位置にある。ミラー２５は、平行光とされた
レーザ光を反射させ、これをマスク１２の開口に入射さ
せて、感光材料６０のうちのマスク１２の開口部分に入
射させる。このようにミラー２５およびマスク１２等を
経て感光材料６０に入射するレーザ光は、透過型ホログ
ラムを作成する際の参照光となる。

【００２６】ハーフミラー３を透過したレーザ光を入力
するシャッタ３１は、そのレーザ光に対し通過または遮
断の制御を行う。ミラー３２は、シャッタ３１を通過し
たレーザ光を反射させて開口３３を通過させ、ミラー３
４は、開口３３を通過して入射したレーザ光を反射させ
る。レンズ３５、ピンホール３６およびレンズ３７は、
ミラー３４により反射されたレーザ光を入力し、これを
平行光とする。ここで、ピンホール３６の開口は、レン
ズ３５の後焦点位置にあり、且つ、レンズ３７の前焦点
位置にある。マスク３８は、矩形の開口を有するもので
あり、平行光とされて入力したレーザ光のうち開口部分
に入射したものを通過させる。レンズ３９および４０
は、アフォーカル光学系を構成しており、マスク３８の
開口を通過したレーザ光を入力し、マスク１２の開口と
同一の形状および寸法を有する光束断面として出力す
る。ミラー４１は、レンズ４０から出射されたレーザ光
を反射させ、これを感光材料６０のうちのマスク１２の
開口部分の裏面に入射させる。このようにマスク３８お
よびミラー４１等を経て感光材料６０の裏面に入射する
レーザ光は、リップマン型ホログラムを作成する際の参
照光となる。

【００２７】感光材料６０は、パルスモータ５１により
駆動されたＸステージ５２により、λ・ｆ／ＳＰのステ
ップずつｘ軸方向に移動され、また、パルスモータ５
３，５４により駆動されたＹステージ５５，５６によ
り、λ・ｆ／ＳＰまたはλ・ｆ／（２・ＳＰ）のステップ
ずつｙ軸方向に移動される。これらパルスモータ５１，
５３および５４それぞれは、計算機５７により制御され
る。また、シャッタ２，２１および３１それぞれの開閉
も計算機５７により制御される。一方、空間光変調素子
１０は、高速専用計算機５８により制御される。

【００２８】次に、本実施形態に係るホログラム作成装
置において用いる座標系について説明する。図２は、本
実施形態に係るホログラム作成装置における座標系を説
明する図である。感光材料６０に形成されるホログラム
の面上に原点とｔｘ軸とｔｙ軸とを有し、凸レンズ１１
の方向に向かうｔｚ軸を有する座標系（ｔｘ，ｔｙ，ｔ
ｚ）を考える。また、感光材料６０に形成されるホログ
ラムのうちの各要素ホログラムそれぞれについて、その
要素ホログラムの面上に原点とｘ軸とｙ軸とを有し、凸
レンズ１１の方向に向かうｚ軸を有する座標系（ｘ，
ｙ，ｚ）を考える。ここで、ｔｘ軸およびｘ軸は互いに
同一方向であって平行であり、ｔｙ軸およびｙ軸も互い
に同一方向であって平行であり、ｔｚ軸およびｚ軸も互
いに同一方向であって平行である。

【００２９】座標系（ｔｘ，ｔｙ，ｔｚ）における座標
値（Δｘ，Δｙ，０）で表される位置に、要素ホログラ
ムの座標系（ｘ，ｙ，ｚ）の原点があるとすれば、座標
系（ｔｘ，ｔｙ，ｔｚ）および座標系（ｘ，ｙ，ｚ）の
間には、

【数１】 なる関係がある。したがって、仮想物体６１の波面を求
めるには、座標値（ｔｘ，ｔｙ，ｔｚ）で表される点を
要素ホログラムの座標系（ｘ，ｙ，ｚ）に変換して表し
て、以降この座標系で仮想物体６１上の波面を計算し、
これに基づいて求める。

【００３０】次に、本実施形態に係るホログラム作成装
置の作用について説明する。なお、以下の作用の説明に
おいて、シャッタ２１および３１のうちの何れか一方が
計算機５７により制御されて開かれているものとする。

【００３１】感光材料６０は、Ｘステージ５２およびＹ
ステージ５５，５６により、ｘ軸方向についてΔｘ＝λ
・ｆ／ＳＰのステップずつ移動され、ｙ軸方向について
Δｙ＝λ・ｆ／ＳＰまたはΔｙ＝λ・ｆ／（２・ＳＰ）の
ステップずつ移動され、２次元走査される。その走査の
各ステップにおいて、以下の手続きにより感光材料６０
上に要素ホログラムが形成される。

【００３２】すなわち、計算機５７により、ｘ軸方向お
よびｙ軸方向それぞれの変位量Δｘ，Δｙに基づいて仮
想物体６１上の座標値（ｔｘ，ｔｙ，ｔｚ）から要素ホ
ログラムの座標値（ｘ，ｙ，ｚ）に上記 (1)式に従って
変換され、その結果が高速専用計算機５８に与えられ
る。高速専用計算機５８では、その要素ホログラムの座
標値（ｘ，ｙ，ｚ）に基づいて計算機ホログラムが計算
され、この計算機ホログラムに基づいて空間光変調素子
１０が制御される。そして、計算機５７による制御によ
りシャッタ２が一定時間だけ開かれる。なお、高速専用
計算機５８における計算機ホログラムの計算の方法につ
いては後述する。

【００３３】シャッタ２が開かれている間、レーザ光源
１から出射されたレーザ光は、ハーフミラー３，４、ミ
ラー５、レンズ６、ピンホール７、レンズ８およびミラ
ー９を経て平行光とされて空間光変調素子１０に入射
し、空間光変調素子１０により変調され、凸レンズ１１
により収斂され、マスク１２の開口を通過し、感光材料
６０に物体波として入射する。また、同じくシャッタ２
が開かれている間、レーザ光源１から出射されたレーザ
光は、シャッタ２１および３１の何れが開かれているか
に応じて、ミラー２５からマスク１２の開口を通過し感
光材料６０に、或いは、ミラー４１から感光材料６０の
裏面に、参照光として入射する。そして、感光材料６０
のうちのマスク１２の開口部分において物体波と参照光
とが干渉し要素ホログラムが作成される。

【００３４】以上の手続きによる要素ホログラムの形成
が感光材料６０の２次元走査の各ステップにおいて行な
われ、感光材料６０上の広い範囲にホログラムが形成さ
れる。

【００３５】次に、計算による離散的高速フーリエ変換
および光学的フーリエ変換それぞれにおけるサンプル間
隔の関係について図３を用いて説明する。この図に示す
ように、凸レンズ７０の前焦点面上に入力面７１を置
き、凸レンズ７０の後焦点面上に出力面７２を置くと、
入力面７１の複素振幅分布の光学的フーリエ変換像が出
力面７２上に形成される。

【００３６】この光学的フーリエ変換により得られる結
果に、計算による離散的高速フーリエ変換の結果を一致
させるためには、凸レンズ７０の焦点距離ｆ、照明光の
波長λ、入力面７１上のサンプリングピッチＳＰ、入力
面７１上の縦および横それぞれの方向のサンプリング数
Ｎ、ならびに、出力面７２上のサンプリングピッチＰの
間で、

【数２】 なる関係式を考慮する必要がある。また、出力面７２上
の波面は、ほぼ縦および横それぞれ共に

【数３】 で表される値Ｌの範囲にある。

【００３７】そこで、本実施形態に係るホログラム作成
装置では、空間光変調素子１０の離散的構造に起因して
発生する余分な光を感光材料６０に入射させることな
く、必要な仮想物体の波面の局所成分のみを感光材料６
０に入射させる為に、凸レンズ１１の後焦点面に置かれ
た感光材料６０へ物体波の照射範囲を、感光材料６０の
上方に密着して配されているマスク１２により制限して
いる。なお、空間光変調素子１０が振幅および位相の双
方を変調できるものである場合には、マスク１２の開口
寸法はＬ×Ｌであり、空間光変調素子１０が振幅および
位相の何れか一方を変調できるものである場合には、マ
スク１２の開口寸法はＬ×Ｌ／２である。

【００３８】なお、入力面７１が凸レンズ７０の前焦点
面と異なる場合には、出力面７２上の物体波の複素振幅
分布は、入力面７１の複素振幅分布のフーリエ変換と位
相が異なることになるが、上記 (2)式の関係は不変であ
る。また、出力面７２におけるサンプリングピッチＰを
考慮すると、この出力面７２への入射角の最大値θmax
は、隣接するサンプリング位置で位相がλ／２を越えな
い条件から、

【数４】 となる。以下に説明する計算機ホログラムの計算方法で
は、上記 (4)式で示される最大入射角θmax 内にある仮
想物体のみを抽出して物体波の局所成分を計算する。

【００３９】ここで、本実施形態に係るホログラム作成
装置におけるワークエリアが従来のものと比較して拡大
したことを示す。既述した従来技術のホログラム作成装
置と同じ条件、すなわち、空間光変調素子１０のサンプ
リングピッチＳＰを４０μｍとし、感光材料６０上のサ
ンプリングピッチＰを１μｍとし、光の波長λを０．６
３２８μｍとする。上記 (2)式から、凸レンズ１１の焦
点距離ｆは３．２３ｃｍとなって、従来のものと比べて
ワークエリアが３倍に向上している。また、全体の光学
系の寸法は、６．４６ｃｍとなって、従来のものと比べ
て約１２分の１に小型化されている。さらに、空間光変
調素子１０の位置について制限がないので、凸レンズ１
１の直前に配置されている場合には、全体の光学系の寸
法は、従来のものと比べて約２４分の１に小型化され
る。

【００４０】次に、高速専用計算機５８における計算機
ホログラムの計算方法について説明する。なお、以下で
は、空間光変調素子１０が振幅および位相の双方を変調
できるものである場合、および、空間光変調素子１０が
振幅および位相の何れか一方を変調できるものである場
合それぞれについて、高速フーリエ変換法を用いた波面
計算法と、凸レンズの像変換作用を用いた波面計算法と
を説明する。

【００４１】最初に、空間光変調素子１０が振幅および
位相の双方を変調できるものである場合における高速フ
ーリエ変換法を用いた波面計算について説明する。既
に、計算による離散的高速フーリエ変換と光学的フーリ
エ変換との関係について図３を用いて説明したとおり、
光学的なフーリエ変換面である出力面７２における仮想
物体の波面の局所成分を計算して、その逆フーリエ変換
を求めるか、或いは、そのフーリエ変換を求めて複素共
役をとることにより、入力面７１に提示すべき複素振幅
分布を求めることができる。

【００４２】フーリエ変換面における仮想物体の波面の
局所成分を求める方法の代表例として球面波法を用いた
波面計算について以下に説明する。この計算法は、仮想
物体が多数の点光源から構成されているものとして、そ
の多数の点光源それぞれのフーリエ変換面での波面の複
素振幅分布を求め、これらを累積加算する方法である。

【００４３】フーリエ変換面の中心位置を座標原点と
し、仮想物体がｑ個の点光源から構成されているものと
する。ｑ個の点光源のうちのｈ番目の点光源が座標値
（ｘｈ，ｙｈ，ｚｈ）の位置で振幅ｌｈを有するものと
する。また、フーリエ変換面でのサンプリングピッチを
Ｐとし、サンプリング数をＮとすると、フーリエ変換面
におけるｈ番目の点光源からの波面の複素振幅分布Ｏｆ
ｈ（ｍ，ｎ）は、

【数５】 で表される。

【００４４】このとき、フーリエ変換面上の隣接するサ
ンプリング点間における複素振幅分布の位相の差がπを
越えない範囲、すなわち、点光源とサンプリング点との
間の距離の差がλ／２を越えない範囲のみ、上記 (5)式
を計算する。また、空間光変調素子１０を通過して仮想
波面となる光の向きと仮想物体からフーリエ変換面まで
の向きとが反対の場合、すなわち、仮想物体がフーリエ
変換面を挟んで凸レンズ１１と反対側に位置する場合に
は、光の向きを修正するため上記 (5)式の複素共役をと
る。

【００４５】仮想物体を構成するｑ個の点光源それぞれ
からのフーリエ変換面における複素振幅分布Ｏｆｈ
（ｍ，ｎ）を累積加算することにより波面の局所成分Ｏ
ｆ（ｍ．ｎ）は求められ、波面の局所成分Ｏｆ（ｍ．
ｎ）は、

【数６】 で表される。

【００４６】なお、一般的に用いられる市販の１次元フ
ーリエ変換プログラムは、入力座標配置が原点より正の
範囲であるので、

【数７】 なる座標シフトまたはメモリ配列上への代入を行って逆
フーリエ変換またはフーリエ変換とその後の複素共役を
とることと等価となり、したがって、誤った結果を生じ
る。

【００４７】そこで、この座標シフトの効果を打ち消す
ため、

【数８】 なるデータの符号反転を行い、

【数９】 なる逆フーリエ変換を行い、

【数１０】 なるデータの符号反転を行って、求める逆フーリエ変換
した複素振幅分布Ｏ（ｉ，ｊ）を得る。なお、上記 (9)
式の逆フーリエ変換に替えて、フーリエ変換を計算しそ
の複素共役をとってもよい。

【００４８】このようにして上記(10)式で表された複素
振幅分布Ｏ（ｉ，ｊ）を、凸レンズ１１の前焦点面に配
された空間光変調素子１０に与え、平行光とされたレー
ザ光を空間光変調素子１０に照射することにより、凸レ
ンズ１１の後焦点面に配された感光材料６０のうちのマ
スク１２の開口部分に、仮想物体からの波面の局所成分
を発生させることができる。空間光変調素子１０と凸レ
ンズ１１との間の距離に対する感光材料６０におけるサ
ンプリングピッチの関係は既述したように不変であるの
で、空間光変調素子１０が凸レンズ１１の前焦点面にな
い場合には、凸レンズ１１の前焦点面から空間光変調素
子１０までフレネル変換または逆フレネル変換を行うこ
とにより、この場合に空間光変調素子１０に与えるべき
複素振幅分布を得ることができる。

【００４９】次に、空間光変調素子１０が振幅および位
相の双方を変調できるものである場合における凸レンズ
の像変換作用を用いた波面計算法について説明する。

【００５０】凸レンズによる像変換は、１次入力像と２
次出力像との関係について以下の３つの場合に分類され
る。その第１の場合は、２次出力像が凸レンズの入力側
にあって虚像となる場合であり、第２の場合は、２次出
力像が凸レンズから後焦点面までの間にあって実像とな
る場合であり、第３の場合は、２次出力像が凸レンズの
後焦点面以降にあって実像となる場合である。

【００５１】第１の場合では、図４に示すように、１次
波源６２を凸レンズ１１の前焦点面から凸レンズ１１の
主平面までの間の範囲に位置させると、凸レンズ１１の
像変換作用により、凸レンズ１１の入力側無限遠点から
凸レンズ１１の主平面までの間の範囲に位置した２次波
源６３からの波面に変換される。

【００５２】第２の場合では、図５に示すように、１次
波源６２を凸レンズ１１の主平面から凸レンズ１１の出
力側無限遠点までの間の範囲に位置させると、凸レンズ
１１の像変換作用により、凸レンズ１１の主平面から凸
レンズ１１の後焦点面までの間の範囲に位置した２次波
源６３からの波面に変換される。

【００５３】第３の場合では、図５に示すように、１次
波源６２を凸レンズ１１の入力側無限遠点から凸レンズ
１１の前焦点面までの間の範囲に位置させると、凸レン
ズ１１の像変換作用により、凸レンズ１１の後焦点面か
ら凸レンズ１１の出力側無限遠点までの間の範囲に位置
した２次波源６３からの波面に変換される。

【００５４】したがって、２次波源６３を仮想物体から
発生する波面の源すなわち仮想物体そのものとみなす
と、直接に仮想物体から波面を発生させる替わりに、仮
想物体からの波面と見なせる２次波源６３に変換される
１次波源６２を発生させればよい。そこで、空間光変調
素子１０から１次波源６２までの距離を考慮して計算機
ホログラムを計算し、この計算機ホログラムが書き込ま
れた空間光変調素子１０により１次波源６２を発生させ
る。

【００５５】図４〜図６に示すように、凸レンズ１１の
後焦点面にある感光材料６０上に原点を有し凸レンズ１
１に向かう方向をｚ軸とする座標系（ｘ，ｙ，ｚ）を用
い、２次波源６３すなわち表示したい仮想物体の輝点の
座標値を（ｂｘ，ｂｙ，ｂｚ）とし、入力する１次波源
６２の座標値を（ａｘ，ａｙ，ａｚ）とすると、凸レン
ズ１１による１次波源６２から２次波源６３への像変換
は、

【数１１】 なる式で表される。

【００５６】空間光変調素子１０と凸レンズ１１との間
の距離をｐとし、上記座標系（ｘ，ｙ，ｚ）をｚ軸方向
に平行移動した空間光変調素子１０上の座標系（ｘｈ，
ｙｈ，ｚｈ）を用いると、空間光変調素子１０が再生す
べき点光源の位置は、

【数１２】 なる式で表される。したがって、再生に必要な波面を計
算するには、座標値（ｘｈ，ｙｈ，ｚｈ）の点から感光
材料６０上にホログラムが形成される点までの伝搬波面
を計算することになる。

【００５７】球面波法を用いた波面計算により上記伝搬
波面を計算する場合には、２次波源６３の位置（ｂｘ，
ｂｙ，ｂｚ）を座標系（ｘｈ，ｙｈ，ｚｈ）で表した
後、 (5)式および (6)式でサンプリングピッチＰを空間
光変調素子１０のサンプリングピッチＳＰに置き換えた
ものを用いて計算すればよい。なお、このとき、波面の
伝搬方向が再生時点の伝搬方向と異なる場合には複素共
役をとる。

【００５８】一方、フレネル変換法を用いた波面計算に
より上記伝搬波面を計算する場合には、空間光変調素子
１０上の波面Ｏ（ｉ．ｊ）は、１次波源６２の波面ｏ
（ｉ，ｊ）から空間光変調素子１０までの逆フレネル変
換を計算することにより求められる。また、逆フレネル
変換に替えて、１次波源６２の波面ｏ（ｉ，ｊ）から空
間光変調素子１０までフレネル変換した後に複素共役を
とってもよい。

【００５９】このフレネル変換を高速に計算するには、
フレネル変換が１次波源６２の波面と伝搬関数との畳み
込み積分であることを利用して、１次波源６２の波面ｏ
（ｉ，ｊ）のフーリエ変換と伝搬関数のフーリエ変換と
の積を逆フーリエ変換することにより得られる。すなわ
ち、空間光変調素子１０上の波面Ｏ（ｉ．ｊ）は、

【数１３】 なる計算式で得られる。ここで、Ｆはフーリエ変換であ
り、ｋは波数である。また、１次波源６２から空間光変
調素子１０までの伝搬距離をｚｈとすると、

【数１４】 である。

【００６０】なお、実際の計算では離散的に実行される
ので、常にナイキスト間隔の吟味が必要である。このた
め、伝搬関数を機械的にフーリエ変換するのではなく、
伝搬関数のフーリエ変換を解析的に解いた近似式すなわ
ち

【数１５】 なる式を使用してもよい。ここで、μは空間周波数であ
り、λは波長である。

【００６１】以上を離散的に表現すると以下のようにな
る。伝搬距離をｚｈとし、空間光変調素子１０における
サンプリングピッチをＳＰとし、１次波源６２での波面
分布をｏ（ＳＰ・ｍ，ＳＰ・ｎ）とし、伝搬関数をｆ
（ＳＰ・ｍ，ＳＰ・ｎ）とすると、空間光変調素子１０
での波面分布Ｏ（ＳＰ・ｍ，ＳＰ・ｎ）は、

【数１６】 で表される。このとき、空間光変調素子１０上の隣接す
るサンプリング点間における位相の差がπを越えない範
囲、すなわち、点光源とサンプリング点との間の距離の
差がλ／２を越えない範囲のみ、上記(16)式を計算す
る。

【００６２】なお、伝搬距離ｚｈの値によっては、

【数１７】 なる式を用いるのが好適である。このときも、空間光変
調素子１０上の隣接するサンプリング点間における位相
の差がπを越えない範囲のみ計算する。

【００６３】以上のフレネル変換を１次波源における点
光源の個数だけ繰り返して波面を求め、これらの波面を
累積加算して、空間光変調素子１０に書き込むべき波面
を求める。

【００６４】次に、空間光変調素子１０が振幅および位
相の何れか一方を変調できるものである場合における高
速フーリエ変換法を用いた波面計算について説明する。
この場合には、空間光変調素子１０が振幅および位相の
双方を変調できるものである場合と比べて、波面計算に
際して、フーリエ変換面と光軸との交点を含むフーリエ
変換面上の直線により２分された一方の半平面上のサン
プリング点についてのみ波面を計算し他の半平面上では
データを０とする点、および、波面再生時にはデータを
０とした半平面を遮光する点で異なる。

【００６５】フーリエ変換面の中心を座標の原点とし、
仮想物体がｑ個の点光源から構成されているものとし、
そのｑ個の点光源のうちのｈ番目の点光源が位置（ｘ
ｈ，ｙｈ，ｚｈ）にあって振幅ｌｈを有するものとす
る。また、フーリエ変換面でのサンプリングピッチをＰ
とし、フーリエ変換面でのサンプリング数をＮとする。
フーリエ変換面でのｈ番目の点光源からの波面の複素振
幅分布Ｏｆｈ（ｍ，ｎ）は、一方の半平面では、

【数１８】 で表され、他方の半平面では、

【数１９】 で表される。このとき、フーリエ変換面上の隣接するサ
ンプリング点間における複素振幅分布の位相の差がπを
越えない範囲、すなわち、点光源とサンプリング点との
間の距離の差がλ／２を越えない範囲のみ、上記(18)式
を計算する。

【００６６】仮想物体を構成するｑ個の点光源それぞれ
からのフーリエ変換面における複素振幅分布Ｏｆｈ
（ｍ，ｎ）を累積加算することにより波面の局所成分Ｏ
ｆ（ｍ．ｎ）は求められ、波面の局所成分Ｏｆ（ｍ．
ｎ）は、

【数２０】 で表される。

【００６７】そして、既述した (7)式〜(10)式に従って
複素振幅分布を求めるが、ここでは更に、

【数２１】 なる式で実数部をとって、凸レンズ１１の前焦点面に配
された空間光変調素子１０に与えるべき振幅分布Ｏ
（ｉ，ｊ）とする。

【００６８】この振幅分布Ｏ（ｉ，ｊ）を、凸レンズ１
１の前焦点面に配された空間光変調素子１０に与え、平
行光とされたレーザ光を空間光変調素子１０に照射する
ことにより、凸レンズ１１の後焦点面に配された感光材
料６０のうちのマスク１２の開口部分に、仮想物体から
の波面の局所成分を発生させることができる。なお、こ
のとき、上記(21)式の右辺の第２項に因り余分な共役波
面も生じるが、この共役波面は、(19)式でデータに０を
与えた半平面の範囲に局在するので、仮想物体の波面の
局所成分を０としなかった半平面の範囲のみを通過させ
るマスクを用いることで、共役波面を遮光することがで
きる。また、０次光成分は光軸に集光するので、マスク
でその０次光成分をも遮光する。

【００６９】また、空間光変調素子１０と凸レンズ１１
との間の距離に対する感光材料６０におけるサンプリン
グピッチの関係は既述したように不変であるので、空間
光変調素子１０が凸レンズ１１の前焦点面にない場合に
は、凸レンズ１１の前焦点面から空間光変調素子１０ま
でフレネル変換または逆フレネル変換を行うことによ
り、この場合に空間光変調素子１０に与えるべき振幅分
布を得ることができる。

【００７０】次に、空間光変調素子１０が振幅および位
相の何れか一方を変調できるものである場合における凸
レンズの像変換作用を用いた波面計算法について説明す
る。凸レンズによる像変換に際しては、既述した(11)式
および(12)式と同様にして計算する。しかし、図７に示
すように、空間光変調素子１０の一方の半平面のみから
１次波源６２Ａを生じさせるようにした点、および、凸
レンズ１１の後焦点面に配された感光材料６０の一方の
半平面のみに光を入射させるマスク１２を用いた点で異
なる。

【００７１】実数である振幅分布Ｏ（ｉ，ｊ）を空間光
変調素子１０に書き込むことから、平行光のレーザ光を
空間光変調素子１０に照射した際には再生波面の他に共
役波面も生じる。このうち、１次波源６２Ａの再生波面
は、光軸に対して上向きであるから、凸レンズ１１の後
焦点面において光軸より上の範囲に到達するが下の範囲
には到達しない。一方、図８に示すように、再生波面と
共役関係にある１次波源６２Ｂの共役波面は、光軸に対
して下向きであるから、凸レンズ１１の後焦点面におい
て光軸より上の範囲に到達せず下の範囲に到達する。

【００７２】１次波源６２Ａを発生させるホログラムの
計算範囲すなわち空間光変調素子１０上の範囲は、マス
ク１２における光を透過する範囲が上半平面および下半
平面の何れにあるかによって異なり、また、空間光変調
素子１０が１次波源６２Ａを実像および虚像の何れとし
て発生させるかによっても異なる。凸レンズ１１の後焦
点を原点とし凸レンズ１１に向かう方向をｚ軸とする座
標系（ｘ，ｙ，ｚ）を考え、空間光変調素子１０までの
距離をｚｓとし、１次波源６２Ａの座標値を（ａｘ，ａ
ｙ，ａｚ）とし、１次波源６２Ａにより発生する仮想物
体である２次波源６３Ｂの座標値を（ｂｚ，ｂｙ，ｂ
ｚ）とし、マスク１２の透過範囲をｔとする。マスク１
２の透過範囲が光軸より下の場合（ｔ＜０）、１次波源
６２Ａを実像とすれば（ｚｓ＞ａｚ）、ホログラムの計
算範囲は下半平面であり、１次波源６２Ａを虚像とすれ
ば（ａｚ＞ｚｓ）、ホログラムの計算範囲は上半平面で
ある。一方、マスク１２の透過範囲が光軸より上の場合
（ｔ＞０）、１次波源６２Ａを実像とすれば（ｚｓ＞ａ
ｚ）、ホログラムの計算範囲は上半平面であり、１次波
源６２Ａを虚像とすれば（ａｚ＞ｚｓ）、ホログラムの
計算範囲は下半平面である。

【００７３】したがって、ホログラムの計算は、既述し
た(11)式および(12)式による像変換とホログラム座標へ
の変換をした後、伝搬関数を半平面とした球面波法やフ
レネル変換法を用いる。

【００７４】伝搬関数を半平面とした球面波法による波
面計算では、フーリエ変換面の中心位置を座標原点と
し、仮想物体である１次波源がｑ個の点光源から構成さ
れているものとする。ｑ個の点光源のうちのｈ番目の点
光源が座標値（ｘｈ，ｙｈ，ｚｈ）の位置で振幅ｌｈを
有するものとする。また、ホログラム面でのサンプリン
グピッチをＳＰとし、サンプリング数をＮとすると、ホ
ログラム面におけるｈ番目の点光源からの波面の複素振
幅分布Ｏｈ（ｉ，ｊ）は、上半平面で０とする場合に
は、

【数２２】 で表され、下半平面で０とする場合には、

【数２３】 で表される。

【００７５】このとき、ホログラム面上の隣接するサン
プリング点間における複素振幅分布の位相の差がπを越
えない範囲、すなわち、点光源とサンプリング点との間
の距離の差がλ／２を越えない範囲のみ、上記(22)式ま
たは(23)式を計算する。その後、ｑ個の点光源それぞれ
からのホログラム面における複素振幅分布Ｏｈ（ｉ，
ｊ）を累積加算して、その実数部をとることにより、空
間光変調素子１０に書き込むべき波面の局所成分Ｏ
（ｉ．ｊ）は求められる。

【００７６】一方、伝搬関数を半平面としたフレネル変
換法による波面計算では、既述した(13)式〜(16)式と略
同様の計算を行うが、一方の半平面で０とする場合には
伝搬関数ｆ（ＳＰ・ｍ，ＳＰ・ｎ）を、

【数２４】 とし、他方の半平面で０とする場合には伝搬関数ｆ（Ｓ
Ｐ・ｍ，ＳＰ・ｎ）を、

【数２５】 として、空間光変調素子１０上の波面Ｏ（ＳＰ・ｍ，Ｓ
Ｐ・ｎ）は求められる。

【００７７】なお、伝搬距離ｚｈの値によっては、

【数２６】 なる式を用いるのが好適である。この場合、上記(24)式
に替えて、

【数２７】 が用いられ、上記(25)式に替えて、

【数２８】 が用いられる。

【００７８】このときも、空間光変調素子１０上の隣接
するサンプリング点間における位相の差がπを越えない
範囲のみ計算する。以上のフレネル変換を１次波源にお
ける点光源の個数だけ繰り返して波面を求め、これらの
波面を累積加算して、空間光変調素子１０に書き込むべ
き波面を求める。

【００７９】以上で説明した本実施形態に係るホログラ
ム作成装置では、従来のものと比較して、全体の光学系
を小さくすることができる一方で、凸レンズ１１と感光
材料６０との間の距離（ワークエリア）を広くすること
ができ、感光材料６０への参照光の導入が容易である。
また、空間光変調素子１０として振幅および位相の何れ
か一方を変調することができるものを用いる場合には、
高精度なホログラムを安価かつ簡便に作成することがで
きる。

【００８０】

【発明の効果】以上、詳細に説明したとおり、本発明に
よれば、空間光変調素子に入射した光は、空間光変調素
子に表示された計算機ホログラムに基づいて振幅および
位相の双方または何れか一方が変調され、凸レンズによ
り収斂されて、感光材料のうちのマスクの開口部分の上
記一定領域に局所成分波面として入射する。この局所成
分波面は、仮想物体から生じた波面の一部であり、参照
光と上記一定領域で干渉して上記一定領域に要素ホログ
ラムが作成される。そして、感光材料上の複数の一定領
域それぞれについて要素ホログラムが逐次作成され、感
光材料上の広い範囲にホログラムが作成される。したが
って、光線再生型ではなく波面再生型であるので、要素
ホログラムの個数が少なく、短時間にホログラムを作成
することができ、また、再生時に光線密度が低くても、
ぼけることなく３次元物体として再生される。

【００８１】また、空間光変調素子における計算機ホロ
グラムは、凸レンズが有する像変換作用により仮想物体
へ変換される波源を発生させるものとして求められたも
のであるのが好適であり、また、１辺当たり所定のサン
プリング数であって所定のサンプリングピッチで凸レン
ズの後焦点面における局所成分波面をサンプリングし、
このサンプリングした波面データを逆フーリエ変換して
求められたものであるのも好適である。これら何れの場
合にも、参照光を導入するのに充分なワークエリアが確
保される一方で、光学系が小型になり外部振動に強く安
定なものとなる。

【００８２】また、空間光変調素子が入射した光に対し
て振幅および位相の何れか一方を変調するものである場
合には安価な構成となる。さらに、凸レンズが空間光変
調素子の出力側に密着して配される場合には、光学系が
最も小型となり外部振動に最も強く安定なものとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態に係るホログラム作成装置の構成図
である。

【図２】本実施形態に係るホログラム作成装置における
座標系を説明する図である。

【図３】計算による離散的高速フーリエ変換および光学
的フーリエ変換それぞれにおけるサンプル間隔の関係に
ついて説明する図である。

【図４】２次出力像が凸レンズの入力側にあって虚像と
なる場合の光学系を説明する図である。

【図５】２次出力像が凸レンズから後焦点面までの間に
あって実像となる場合の光学系を説明する図である。

【図６】２次出力像が凸レンズの後焦点面以降にあって
実像となる場合の光学系を説明する図である。

【図７】空間光変調素子が振幅および位相の何れか一方
を変調できるものである場合における再生波面を説明す
る図である。

【図８】空間光変調素子が振幅および位相の何れか一方
を変調できるものである場合における共役波面を説明す
る図である。

【図９】第１の従来技術のホログラム作成装置の構成図
である。

【図１０】第２の従来技術のホログラム作成装置の構成
図である。

【符号の説明】

１…レーザ光源、２…シャッタ、３，４…ハーフミラ
ー、５…ミラー、６…レンズ、７…ピンホール、８…レ
ンズ、９…ミラー、１０…空間光変調素子、１１…凸レ
ンズ、１２…マスク、２１…シャッタ、２２…レンズ、
２３…ピンホール、２４…レンズ、２５…ミラー、３１
…シャッタ、３２…ミラー、３３…開口、３４…ミラ
ー、３５…レンズ、３６…ピンホール、３７…レンズ、
３８…マスク、３９，４０…レンズ、４１…ミラー、５
１…パルスモータ、５２…Ｘステージ、５３，５４…パ
ルスモータ、５５，５６…Ｙステージ、５７…計算機、
５８…高速専用計算機、６０…感光材料、６１…仮想物
体。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ホログラムを作成すべき感光材料上の複
   数の一定領域それぞれについて、仮想物体から生じた波
   面のうちの局所成分波面と参照光とを前記一定領域で干
   渉させて前記一定領域に要素ホログラムを作成し、前記
   ホログラムを作成するホログラム作成装置であって、 計算機ホログラムを表示し、入射した光に対して振幅お
   よび位相の双方を前記計算機ホログラムに基づいて変調
   して出力する空間光変調素子と、 前記空間光変調素子により変調された光を入力し、その
   光を収斂する凸レンズと、 前記凸レンズの後焦点面に配される前記感光材料の前面
   に密接して配され、前記凸レンズから到達した光を通過
   させる開口を有し、その開口を通過した光を前記感光材
   料上の前記一定領域に前記局所成分波面として入射させ
   るマスクと、 を備え、 前記空間光変調素子の画素間隔をＳＰとし、前記凸レン
   ズの焦点距離をｆとし、前記光の波長をλとしたとき
   に、前記マスクの開口は各辺の長さがλ・ｆ／ＳＰ以下
   であって光軸上に中心を有する長方形または正方形であ
   ることを特徴とするホログラム作成装置。
2. 【請求項２】 前記空間光変調素子における計算機ホロ
   グラムは、前記凸レンズが有する像変換作用により前記
   仮想物体へ変換される波源を発生させるものとして求め
   られたものであることを特徴とする請求項１記載のホロ
   グラム作成装置。
3. 【請求項３】 前記空間光変調素子における計算機ホロ
   グラムは、１辺当たりのサンプリング数をＮとしサンプ
   リングピッチをλ・ｆ／（ＳＰ・Ｎ）として前記凸レンズ
   の後焦点面における前記局所成分波面をサンプリング
   し、このサンプリングした波面データを逆フーリエ変換
   して求められたものであることを特徴とする請求項１記
   載のホログラム作成装置。
4. 【請求項４】 ホログラムを作成すべき感光材料上の複
   数の一定領域それぞれについて、仮想物体から生じた波
   面のうちの局所成分波面と参照光とを前記一定領域で干
   渉させて前記一定領域に要素ホログラムを作成し、前記
   ホログラムを作成するホログラム作成装置であって、 計算機ホログラムを表示し、入射した光に対して振幅お
   よび位相の何れか一方を前記計算機ホログラムに基づい
   て変調して出力する空間光変調素子と、 前記空間光変調素子により変調された光を入力し、その
   光を収斂する凸レンズと、 前記凸レンズの後焦点面に配される前記感光材料の前面
   に密接して配され、前記凸レンズから到達した光を通過
   させる開口を有し、その開口を通過した光を前記感光材
   料上の前記一定領域に前記局所成分波面として入射させ
   るマスクと、 を備え、 前記空間光変調素子の画素間隔をＳＰとし、前記凸レン
   ズの焦点距離をｆとし、前記光の波長をλとしたとき
   に、前記マスクの開口は、長辺の長さがλ・ｆ／ＳＰ以
   下で短辺の長さがλ・ｆ／(２・ＳＰ)以下の略長方形であ
   って、光軸上に前記長辺の中心を有し、光軸上に０次光
   を遮蔽する０次光遮蔽部を有することを特徴とするホロ
   グラム作成装置。
5. 【請求項５】 前記空間光変調素子における計算機ホロ
   グラムは、前記凸レンズが有する像変換作用により前記
   仮想物体へ変換される波源を発生させるものとして伝搬
   関数を半平面として求められたものであることを特徴と
   する請求項４記載のホログラム作成装置。
6. 【請求項６】 前記空間光変調素子における計算機ホロ
   グラムは、１辺当たりのサンプリング数をＮとしサンプ
   リングピッチをλ・ｆ／（ＳＰ・Ｎ）として前記凸レンズ
   の後焦点面における前記局所成分波面をサンプリング
   し、このサンプリングした波面データのうちの半平面に
   含まれるものを逆フーリエ変換して求められたものであ
   ることを特徴とする請求項４記載のホログラム作成装
   置。
7. 【請求項７】 前記凸レンズは前記空間光変調素子の出
   力側に密着して配されることを特徴とする請求項１また
   は請求項４記載のホログラム作成装置。