計算機合成ホログラム
【課題】 フルカラーの画像再生が可能であると共に、計算負荷や加工負荷を抑える計算機合成ホログラムを提供する。
【解決手段】 ホログラムの記録面上に多数の平行な切断面によって水平方向に分割することで多数の線状の分割領域が設定され、多数の分割領域を横断する方向に周期的に異なる波長に対応する振幅情報と位相情報とが記録されており、所定の照明により再生した場合に、再生光が、前記ホログラム記録面上の前記各分割領域を通ってそれぞれ平行な平面内を進行するように構成されていることを特徴とする。
【解決手段】 ホログラムの記録面上に多数の平行な切断面によって水平方向に分割することで多数の線状の分割領域が設定され、多数の分割領域を横断する方向に周期的に異なる波長に対応する振幅情報と位相情報とが記録されており、所定の照明により再生した場合に、再生光が、前記ホログラム記録面上の前記各分割領域を通ってそれぞれ平行な平面内を進行するように構成されていることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、計算機合成ホログラム及びその作製方法に関し、特に、フルカラーの画像再生が可能な計算機合成ホログラムとその作製方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、白色光の下でフルカラーの画像再生が可能な計算機ホログラム（計算機合成ホログラム）とその作製方法が開示されている。特許文献１に記載の計算機ホログラムは、
○記録媒体を単位領域に分け、
○この単位領域の中に赤領域、緑領域、青領域にあたる３つの分割領域を設け、
○さらに、分割領域と同一の数の色Ｒ，Ｇ，Ｂの情報を持った点光源アレイをフルカラーの原画像表面に設定し、
○単位領域内の赤領域内、緑領域内、青領域内にＲＧＢ色の情報を持った点光源の対応するそれぞれの色の情報を記録するものである。
【０００３】
以下、その作製方法を説明する。図１７は特許文献１に記載の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及び記録媒体（記録面）２０を、それぞれ多数の平行線（平行な切断面）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１７に示す通り、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Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，…，Ｃｍ，…ＣＭ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Ｃｍに対応している。
【０００４】
そして、原画像１０の個々の単位領域Ａ１，Ａ２，Ａ３，…，Ａｍ，…ＡＭは、点光源が一列に並んだ線状の領域になっている。図１７に示す例では、例えば、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（なお、原画像１０の物体の形状によっては、単位領域Ａｍは一本線でない場合もある。例えば３つの球が並んでいれば、切断面は３つの円形状となり、それぞれの円上に点光源が並んで配列されることになる。）。また、記録媒体２０の各単位領域Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，…，Ｃｍ，…ＣＭは、図１８にそれぞれ破線で示すように３分割して分割領域を形成している。ここで、分割領域Ｃ１ｒ，Ｃ１ｇ，Ｃ１ｂは、図１７に示す単位領域Ｃ１を分割して得られた分割領域である。
【０００５】
そして、記録媒体２０の任意の単位領域中の任意の分割領域上の演算点Ｑについての干渉縞は、次のようにして求められる。ここで、任意の分割領域として、Ｃｍｒを選択するが、Ｃｍｇ，Ｃｍｂについても同様である。まず、この演算点Ｑが所属する単位領域Ｃｍ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から発せられた色Ｒの物体光Ｏｍ１ｒ〜ＯｍＮｒ（分割領域がＣｍｇ，Ｃｍｂの場合は、それぞれ色Ｇの物体光Ｏｍ１ｇ〜ＯｍＮｇ、色Ｂの物体光Ｏｍ１ｂ〜ＯｍＮｂ）の位相を含めた合成光と、同じ色Ｒの参照光Ｌθｍｒとによって演算点Ｑで形成される干渉縞を求めれば、目的とする演算点Ｑにおける干渉縞である。ここで、参照光Ｌθｍｒは、ＹＺ平面に平行な単色平行光線である。なお、参照光Ｌθｍｒは、ＹＺ平面に平行でなく斜めからの参照光でもよい。
【０００６】
図１９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１８に示す原画像１０及び記録媒体２０を、図の上方から見た状態を示している。図１９に示す通り、演算点Ｑにおける干渉縞を求めるのに必要な物体光は、色Ｒの分割領域Ｃｍｒに関しては、演算対象単位領域Ａｍ内のＮ個の点光源Ｐｍ１，…，Ｐｍｉ，…，ＰｍＮから発せられた色Ｒの物体光Ｏｍ１ｒ，…，Ｏｍｉｒ，…，ＯｍＮｒのみに限定され、色Ｇの分割領域Ｃｍｇに関しては、演算対象単位領域Ａｍ内のＮ個の点光源Ｐｍ１，…，Ｐｍｉ，…，ＰｍＮから発せられた色Ｇの物体光Ｏｍ１ｇ，…，Ｏｍｉｇ，…，ＯｍＮｇのみに限定され、色Ｂの分割領域Ｃｍｂに関しては、演算対象単位領域Ａｍ内のＮ個の点光源Ｐｍ１，…，Ｐｍｉ，…，ＰｍＮから発せられた色Ｂの物体光Ｏｍ１ｂ，…，Ｏｍｉｂ，…，ＯｍＮｂ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上に定義した全ての演算点Ｑについて、それぞれ所定の干渉縞を求めれば、記録媒体２０上に干渉縞の分布が得られることになる。
【０００７】
図２０は、上述のような方法で記録されたカラー原画像を再生している状態を示す側面図である。記録媒体２０には、仮想照明として設定された白色照明光Ｌｗ（ＹＺ平面に平行な平行光線）が記録媒体２０に対して角度αをもって照射されている。ここで、記録媒体２０の上方に位置する分割領域Ｃ１ｒ，Ｃ１ｇ，Ｃ１ｂには、点光源Ｐ１（Ｐ１１，…，Ｐ１ｉ，…，Ｐ１Ｎの集合を点光源Ｐ１で表す。Ｐｍ，ＰＭについても同様。）のそれぞれ色Ｒ，Ｇ，Ｂの成分の情報が記録されているが、再生時には、図のように、各色成分の再生光は何れも仮想視点Ｅの方向に進行することになる。これは、記録媒体２０の中程に位置する分割領域Ｃｍｒ，Ｃｍｇ，Ｃｍｂからの再生光や、記録媒体２０の下方に位置する分割領域ＣＭｒ，ＣＭｇ，ＣＭｂからの再生光についても同様である。結局、仮想視点Ｅの位置に視点を置けば、分割領域Ｃ１ｒ，Ｃ１ｇ，Ｃ１ｂからは、それぞれ点光源Ｐ１に関する色Ｒ，Ｇ，Ｂの再生光が得られ、分割領域Ｃｍｒ，Ｃｍｇ，Ｃｍｂからは、それぞれ点光源Ｐｍに関する色Ｒ，Ｇ，Ｂの再生光が得られ、分割領域ＣＭｒ，ＣＭｇ，ＣＭｂからは、それぞれ点光源ＰＭに関する色Ｒ，Ｇ，Ｂの再生光が得られることになり、点光源Ｐ１，Ｐｍ，ＰＭから構成されるカラー原画像が高い色再現性をもって観察されることになる。
【０００８】
また、特許文献２に記載の計算機ホログラムは、再生時には、スリット群内の各色成分の再生光を平行に出射し、再生光が仮想視点の方向に進行することになる。結局、仮想視点の位置に視点を置けば、色Ｒ，Ｇ，Ｂの再生光のいずれか１つが得られることになり、他の２つの色は波長が異なるので、多少の収差等を生じるが、ある程度カラー原画像に近い像が観察されることになる。
【特許文献１】特開２０００−２１４７５１号公報
【特許文献２】特開２００１−３３１０８５号公報
【特許文献３】特開２００２−７２８３７号公報
【特許文献４】特開２００５−２１５５７０号公報
【特許文献５】特開２００４−３０９７０９号公報
【特許文献６】特開２００４−２６４８３９号公報
【非特許文献１】「３次元画像コンファレンス‘９９−３Ｄ Ｉｍａｇｅ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ‘９９−」講演論文集ＣＤ−ＲＯＭ（１９９９年６月３０日〜７月１日 工学院大学新宿校舎）、論文「ＥＢ描画によるイメージ型バイナリＣＧＨ（３）−隠面消去・陰影付けによる立体感の向上−」
【非特許文献２】辻内順平著「ホログラフィー」ｐｐ．３３〜３６（（株）裳華房、１９９７年１１月５日発行）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記特許文献１及び特許文献２の作製方法による計算機合成ホログラムでは、各波長の垂直方向の主な空間周波数が上端から下端に向かうにつれてわずかずつ変化するので、分割領域の各波長の垂直方向の主な空間周波数を計算し直す必要があり、計算負荷がかかる。
また、垂直方向の主な空間周波数の逆数である周期が加工時のアドレス単位（加工図形の描画データとして座標指定できる単位）の整数倍であれば、同じパターンを繰り返し加工すればよいが、計算機合成ホログラムの上端から下端まで分割領域ごとに垂直方向の主な空間周波数が異なるので、すべての分割領域で加工時のアドレス単位の整数倍の周期とすることができず、分割領域内の上端から下端まで全ての干渉縞パターンを演算し、加工する必要があり、計算負荷が増大し、加工用データ量も飛躍的に増加するので、加工負荷も高くなる。
【００１０】
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、フルカラーの画像再生が可能であると共に、計算負荷や加工負荷を抑える計算機合成ホログラムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、上記課題を解決するものであって、計算機を用いた演算を利用して所定の記録媒体上に複数の波長により表現されたカラー原画像の振幅情報と位相情報を記録した計算機合成ホログラムにおいて、ホログラムの記録面上に多数の平行な切断面によって水平方向に分割することで多数の線状の分割領域が設定され、多数の分割領域を横断する方向に周期的に異なる波長に対応する振幅情報と位相情報とが記録されており、所定の照明により再生した場合に、各分割領域に記録された振幅情報と位相情報とから回折された周期的に異なる波長の再生光が、前記ホログラム記録面上の前記各分割領域を通ってそれぞれ平行な平面内を進行するように構成されていることを特徴とする。
【００１２】
前記再生光は、前記ホログラム記録面に直交する平面内を進行するように構成されていることを特徴とする。
【００１３】
また、同一の分割領域に属する個々の点には、原画像の同一部分に関する情報が記録されており、異なる分割領域に属する個々の点には、原画像の対応する異なる部分に関する情報が記録されていることを特徴とする。
【００１４】
また、各分割領域に記録された振幅情報と位相情報が物体光と参照光との干渉縞として記録されていることを特徴とする。
【００１５】
また、各分割領域に記録された振幅情報と位相情報が、溝の深さで位相を、溝の幅で振幅を記録した１面に溝を持った３次元セルとして記録されていることを特徴とする。
【００１６】
また、分割領域に記録されている周期的に異なる波長が３つであり、それぞれ赤色、緑色、青色の波長であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、再生時に、各色成分の再生光は何れもホログラム記録面上の各分割領域を通ってそれぞれ平行な平面内を進行するので、上端から下端までの全分割領域で、同じ色に関してはそれぞれ同じ垂直方向の空間周波数となる。例えば、赤色の垂直方向の空間周波数は上端から下端までの赤色の分割領域ですべて同じであり、緑色の垂直方向の空間周波数は上端から下端までの緑色の分割領域ですべて同じであり、青色の垂直方向の空間周波数は上端から下端までの青色の分割領域ですべて同じである。したがって、同じ色の垂直方向の空間周波数は分割領域ごとに計算し直す必要がない。
【００１８】
また、各色の垂直方向の空間周波数が全分割領域でそれぞれ共通なので、分割領域ごとの色それぞれの垂直方向の空間周波数が一定となり、その逆数の周期も一定となる。したがって、色ごとに加工アドレスの整数倍の周期を設定すれば、同じパターンの繰り返し加工で目的の干渉縞パターンを加工することができ、分割領域の全部の干渉縞パターンを演算する必要がなく、演算負荷が減少する。さらに、加工用データ量も少なくて済み、加工負荷も低くなる。
【００１９】
また、ホログラムからの観察距離の設定も不要となり、どんな観察位置の場合にも作製可能である。さらに、ホログラムの上端から下端まで垂直方向の視域が広くなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面を参照にして本発明の計算機合成ホログラム（ＣＧＨ）の作製方法とその作製方法で得られた計算機合成ホログラムの実施例を説明する。図１は本発明による記録方法の概念の１実施例を示す斜視図である。この実施例では、原画像１０及び記録媒体（記録面）２０を、それぞれ多数の平行線（平行な切断面）によって水平方向に分割し、多数の線状の分割領域を定義している。すなわち、図１に示す通り、原画像１０は、合計３Ｍ個の分割領域Ａ１ｒ，Ａ１ｇ，Ａ１ｂ，Ａ２ｒ，Ａ２ｇ，Ａ２ｂ，…，Ａｍｒ，Ａｍｇ，Ａｍｂ，…，ＡＭｒ，ＡＭｇ，ＡＭｂに分割されており、記録媒体２０は、同じく合計３Ｍ個の分割領域Ｃ１ｒ，Ｃ１ｇ，Ｃ１ｂ，Ｃ２ｒ，Ｃ２ｇ，Ｃ２ｂ，…，Ｃｍｒ，Ｃｍｇ，Ｃｍｂ，…，ＣＭｒ，ＣＭｇ，ＣＭｂに分割されている。原画像１０が立体画像の場合、各分割領域Ａ１ｒ，Ａ１ｇ，Ａ１ｂ，Ａ２ｒ，Ａ２ｇ，Ａ２ｂ，…，Ａｍｒ，Ａｍｇ，Ａｍｂ，…，ＡＭｒ，ＡＭｇ，ＡＭｂ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３Ｍ個の分割領域と記録媒体２０上の３Ｍ個の分割領域とは、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ｒ，ｇ，ｂの繰り返し番号ｍ番目の中の１番目（第ｍｒ番目とする。以下同様。）の分割領域Ａｍｒは、記録媒体２０上のｒ，ｇ，ｂの繰り返し番号ｍ番目の中の１番目の分割領域Ｃｍｒに対応している。
【００２１】
そして、原画像１０の個々の分割領域Ａ１ｒ，Ａ１ｇ，Ａ１ｂ，Ａ２ｒ，Ａ２ｇ，Ａ２ｂ，…，Ａｍｒ，Ａｍｇ，Ａｍｂ，…，ＡＭｒ，ＡＭｇ，ＡＭｂは、点光源が一列に並んだ線状の領域になっている。図１に示す例では、例えば、第ｍｒ番目の分割領域Ａｍｒには、Ｎ個の色Ｒ（赤色）の光を分割領域Ａｍｒと分割領域Ｃｍｒを含む平面内で扇状に発する点光源Ｐｍｒ１〜ＰｍｒＮが一列に並んでいる。同様に、第ｍｇ番目の分割領域Ａｍｇには、Ｎ個の色Ｇ（緑色）の光を分割領域Ａｍｇと分割領域Ｃｍｇを含む平面内で扇状に発する点光源Ｐｍｇ１〜ＰｍｇＮが一列に並んでおり、第ｍｂ番目の分割領域Ａｍｂには、Ｎ個の色Ｂ（青色）の光を分割領域Ａｍｂと分割領域Ｃｍｂを含む平面内で扇状に発する点光源Ｐｍｂ１〜ＰｍｂＮが一列に並んでいる。
【００２２】
そして、記録媒体２０の任意の分割領域中の演算点Ｑについての干渉縞は、次のようにして求められる。ここで、任意の分割領域として、Ｃｍｒを選択するが、Ｃｍｇ，Ｃｍｂについても同様である。まず、この演算点Ｑが所属する分割領域Ｃｍｒに対応する原画像１０上の分割領域Ａｍｒを演算対象分割領域として定める。そして、この演算対象分割領域Ａｍｒ内の点光源Ｐｍｒ１〜ＰｍｒＮから発せられた色Ｒの物体光Ｏｍｒ１〜ＯｍｒＮ（分割領域がＣｍｇ，Ｃｍｂの場合は、それぞれ色Ｇの物体光Ｏｍｇ１〜ＯｍｇＮ、色Ｂの物体光Ｏｍｂ１〜ＯｍｂＮ）の位相を含めた合成光（物体光）と、同じ色Ｒの参照光Ｌθｍｒとによって演算点Ｑで形成される干渉縞を求めれば、目的とする演算点Ｑにおける干渉縞である。ここで、参照光Ｌθｍｒは、ＹＺ平面に平行な単色平行光線である。なお、参照光Ｌθｍｒは、ＹＺ平面に平行でなく斜めからの参照光でもよい。
【００２３】
図２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１に示す原画像１０及び記録媒体２０を、図の上方から見た状態を示している。図２に示す通り、演算点Ｑにおける干渉縞を求めるのに必要な物体光は、色Ｒの分割領域Ｃｍｒに関しては、演算対象分割領域Ａｍｒ内のＮ個の点光源Ｐｍｒ１，…，Ｐｍｒｉ，…，ＰｍｒＮから発せられたＯｍｒ１，…，Ｏｍｒｉ，…，ＯｍｒＮのみに限定され、色Ｇの分割領域Ｃｍｇに関しては、演算対象分割領域Ａｍｇ内のＮ個の点光源Ｐｍｇ１，…，Ｐｍｇｉ，…，ＰｍｇＮから発せられたＯｍｇ１，…，Ｏｍｇｉ，…，ＯｍｇＮのみに限定され、色Ｂの分割領域Ｃｍｂに関しては、演算対象分割領域Ａｍｂ内のＮ個の点光源Ｐｍｂ１，…，Ｐｍｂｉ，…，ＰｍｂＮから発せられたＯｍｂ１，…，Ｏｍｂｉ，…，ＯｍｂＮ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上に定義した全ての演算点Ｑについて、それぞれ所定の干渉縞を求めれば、記録媒体２０上に干渉縞の分布が得られることになる。
【００２４】
以上のような記録方法をとっているので、原画像１０上では、Ｒ色用スライス面、Ｇ色用スライス面、Ｂ色用スライス面を１つのまとまりとした繰り返し単位が、Ｍ個並列配置されている。そして、記録媒体２０上では、それに対応してそれぞれ色ＲＧＢの干渉縞が記録されるＲ色用スライス面、Ｇ色用スライス面、Ｂ色用スライス面を１つのまとまりとした繰り返し単位が、Ｍ個並列配置されていることになる。
【００２５】
図３は、以上の例の本発明の計算機合成ホログラムの作製方法を模式的に示す図であり、上記したように、原画像（物体）１０は、水平方向の多数の線状の分割領域Ａ１ｒ，Ａ１ｇ，Ａ１ｂ，Ａ２ｒ，Ａ２ｇ，Ａ２ｂ，…，Ａｍｒ，Ａｍｇ，Ａｍｂ，…，ＡＭｒ，ＡＭｇ，ＡＭｂに分割されており、記録媒体２０も原画像（物体）１０の分割領域Ａ１ｒ，Ａ１ｇ，Ａ１ｂ，Ａ２ｒ，Ａ２ｇ，Ａ２ｂ，…，Ａｍｒ，Ａｍｇ，Ａｍｂ，…，ＡＭｒ，ＡＭｇ，ＡＭｂに対応して水平方向の多数の線状の分割領域Ｃ１ｒ，Ｃ１ｇ，Ｃ１ｂ，Ｃ２ｒ，Ｃ２ｇ，Ｃ２ｂ，…，Ｃｍｒ，Ｃｍｇ，Ｃｍｂ，…，ＣＭｒ，ＣＭｇ，ＣＭｂに分割されている。原画像（物体）１０の分割領域Ａ１ｒ，Ａ１ｇ，Ａ１ｂ，Ａ２ｒ，Ａ２ｇ，Ａ２ｂ，…，Ａｍｒ，Ａｍｇ，Ａｍｂ，…，ＡＭｒ，ＡＭｇ，ＡＭｂの幅又はピッチがｈ／３のとき、記録媒体２０の分割領域Ｃ１ｒ，Ｃ１ｇ，Ｃ１ｂ，Ｃ２ｒ，Ｃ２ｇ，Ｃ２ｂ，…，Ｃｍｒ，Ｃｍｇ，Ｃｍｂ，…，ＣＭｒ，ＣＭｇ，ＣＭｂの対応する幅又はピッチは同様にｈ／３となっている。そして、記録媒体２０上のＲＧＢ繰り返しピッチはｈ／３×３＝ｈとなっている。
【００２６】
図４は、上述のような方法で記録されたカラー原画像を再生している状態を示す側面図である。記録媒体２０には、仮想照明として設定された白色照明光Ｌｗ（ＹＺ平面に平行な平行光線）が記録媒体２０に対して角度αをもって照射されている。ここで、記録媒体２０の上方に位置する分割領域Ｃ１ｒ，Ｃ１ｇ，Ｃ１ｂには、それぞれ点光源Ｐ１ｒ（Ｐ１ｒ１，…，Ｐ１ｒｉ，…，Ｐ１ｒＮの集合を点光源Ｐ１ｒで表す。Ｐ１ｇ，Ｐ１ｂ等についても同様。），Ｐ１ｇ，Ｐ１ｂのそれぞれ色Ｒ，Ｇ，Ｂの情報が記録されているが、再生時には、図のように、ホログラム記録媒体２０上の各分割領域Ｃ１ｒ，Ｃ１ｇ，Ｃ１ｂを通ってそれぞれ平行な平面内を進行するように構成されている。特に、再生光は、ホログラム記録媒体２０に直交する平面内を進行するように構成されていることが好ましい。
【００２７】
これは、記録媒体２０の中程に位置する分割領域Ｃｍｒ，Ｃｍｇ，Ｃｍｂからの再生光や、記録媒体２０の下方に位置する分割領域ＣＭｒ，ＣＭｇ，ＣＭｂからの再生光についても同様である。
【００２８】
結局、仮想視点Ｅが記録媒体２０から十分に離れていると考えれば、分割領域Ｃ１ｒ，Ｃ１ｇ，Ｃ１ｂからは、それぞれ点光源Ｐ１ｒ，Ｐ１ｇ，Ｐ１ｂに関する色Ｒ，Ｇ，Ｂの再生光が得られ、分割領域Ｃｍｒ，Ｃｍｇ，Ｃｍｂからは、それぞれ点光源Ｐｍｒ，Ｐｍｇ，Ｐｍｂに関する色Ｒ，Ｇ，Ｂの再生光が得られ、分割領域ＣＭｒ，ＣＭｇ，ＣＭｂからは、それぞれ点光源ＰＭｒ，ＰＭｇ，ＰＭｂに関する色Ｒ，Ｇ，Ｂの再生光が得られることになり、点光源Ｐ１ｒ，Ｐ１ｇ，Ｐ１ｂ，…，Ｐｍｒ，Ｐｍｇ，Ｐｍｂ，…，ＰＭｒ，ＰＭｇ，ＰＭｂから構成されるカラー原画像１０が高い色再現性をもって観察されることになる。
【００２９】
なお、図４では、仮想視点Ｅには分割領域Ｃｍｒ，Ｃｍｇ，Ｃｍｂからの再生光のみが進行しているように見えるが、実際には、ホログラム記録媒体２０の波長分散により、所定の波長とわずかにずれた波長の光が、上端の分割領域Ｃ１ｒ，Ｃ１ｇ，Ｃ１ｂ乃至下端の分割領域ＣＭｒ，ＣＭｇ，ＣＭｂの全分割領域から仮想視点Ｅに進行するので、仮想視点Ｅでは、原画像（物体）１０の上端から下端までの像を見ることができる。
【００３０】
このように、再生時に、各色成分の再生光がホログラム記録媒体２０上の各分割領域Ｃｍｒ，Ｃｍｇ，Ｃｍｂを通ってそれぞれ平行な平面内を進行するように構成されているので、上端から下端までの全分割領域Ｃｍｒ，Ｃｍｇ，Ｃｍｂで、同じ色に関してはそれぞれ同じ垂直方向の空間周波数となる。すなわち、赤色Ｒの垂直方向の空間周波数は上端から下端までの赤色Ｒの分割領域Ｃｍｒですべて同じであり、緑色Ｇの垂直方向の空間周波数は上端から下端までの緑色Ｇの分割領域Ｃｍｇですべて同じであり、青色Ｂの垂直方向の空間周波数は上端から下端までの青色Ｂの分割領域Ｃｍｂですべて同じである。したがって、同じ色の垂直方向の空間周波数に対しては分割領域ごとに計算し直す必要がない。
【００３１】
特に、再生光が、ホログラム記録媒体２０に直交する平面内を進行するように構成されている場合、再生光の進む角度を考慮する必要がなくなり、計算負荷がより少なくなる。
【００３２】
また、ホログラムからの観察距離の設定も不要となり、どんな観察位置の場合にも作製可能である。さらに、上端の場合、視線方向に光が向かう場合と比べ、より上方からも見え、下端の場合、視線方向に光が向かう場合に比べ、より下方からも見えるので、ホログラムの上端から下端まで垂直方向の視域が広くなる。
【００３３】
なお、本実施形態では、色Ｒ，Ｇ，Ｂに対して、それぞれ別の位置で原画像１０をサンプリングしたが、色Ｒ，Ｇ，Ｂに対して共通の位置で原画像１０をサンプリングし、そのサンプリング位置から平行移動することにより色Ｒ，Ｇ，Ｂそれぞれの光源位置を定めてもよい。
【００３４】
この場合、まず、図５に示すように、原画像１０に対して、スライス面及び単位領域を定め、合計Ｍ個の単位領域Ａ１，Ａ２，Ａ３，…，Ａｍ，…ＡＭに分割し、色Ｒ，Ｇ，Ｂに対して共通のサンプリング位置を定める。
【００３５】
次に、図６に示すように、色Ｒ，Ｇ，Ｂに対応する分割領域Ａ１ｒ，Ａ１ｇ，Ａ１ｂ，…Ａｍｒ，Ａｍｇ，Ａｍｂ，…ＡＭｒ，ＡＭｇ，ＡＭｂをそれぞれ定め、各分割領域Ａ１ｒ，Ａ１ｇ，Ａ１ｂ，…Ａｍｒ，Ａｍｇ，Ａｍｂ，…ＡＭｒ，ＡＭｇ，ＡＭｂの中心に図５に示した共通のサンプリング位置から平行移動することにより、色Ｒ，Ｇ，Ｂそれぞれの光源位置を定める。
【００３６】
このように、原画像１０に対する分割領域を合計Ｍ個の単位領域Ａ１，Ａ２，Ａ３，…，Ａｍ，…ＡＭとし、色Ｒ，Ｇ，Ｂに対して共通の位置でサンプリングすることにより、色ずれの発生をなくすことができる。
【００３７】
また、原画像１０に対して、点光源Ｐ１ｒ，Ｐ１ｇ，Ｐ１ｂ，…Ｐｍｒ，Ｐｍｇ，Ｐｍｂ，…ＰＭｒ，ＰＭｇ，ＰＭｂではなく、図７に示すように、線光源Ｌ１ｒ，Ｌ１ｇ，Ｌ１ｂ，…Ｌｍｒ，Ｌｍｇ，Ｌｍｂ，…ＬＭｒ，ＬＭｇ，ＬＭｂを適用してもよい。
【００３８】
このような線光源Ｌ１ｒ，Ｌ１ｇ，Ｌ１ｂ，…Ｌｍｒ，Ｌｍｇ，Ｌｍｂ，…ＬＭｒ，ＬＭｇ，ＬＭｂを適用する場合を説明する。
【００３９】
この場合、まず、原画像１０に対して、スライス面及び単位領域Ａ１，Ａ２，Ａ３，…，Ａｍ，…ＡＭを定め、それぞれの単位領域Ａ１，Ａ２，Ａ３，…，Ａｍ，…ＡＭを色Ｒ，Ｇ，Ｂに対応する分割領域Ａ１ｒ，Ａ１ｇ，Ａ１ｂ，…Ａｍｒ，Ａｍｇ，Ａｍｂ，…ＡＭｒ，ＡＭｇ，ＡＭｂに分割する。
【００４０】
そして、図８に示すように、例えば、線光源Ｌｍｒｉからの物体光と参照光Ｒφとの干渉縞を記録媒体２０上に記録する場合を考える。
【００４１】
ここで、線光源Ｌｍｒｉは、記録面２０に対して平行で、長さｈの線分から構成されているものとする。より具体的には、図８に示す例では、Ｙ軸に平行になるように線光源Ｌｍｒｉを定義してあり、この線光源Ｌｍｒｉの中心が単位領域の点光源の基準点Ｐｍｒｉの位置にくるようにしてある。ここでは、分割領域Ａｍｒ，ＣｍｒがＸ軸に平行になり、記録面２０がＸＹ平面上にくるようにＸＹＺ三次元座標系を定義してあるため、線光源ＬｍｒｉはＹ軸に平行になる。線光源Ｌｍｒｉは、一様な強度をもった線状の光放射要素であり、その強度値は、たとえば、原画像１０上の基準点Ｐｍｒｉが有する画素値に基づいて決定すればよい。一般に、線光源からの光は、波面が円筒状となるように広がってゆく光であり、基準点Ｐｍｒｉ上の線光源Ｌｍｒｉから進む物体光をＸＺ平面上に投影すると、図９に一点鎖線で示すような投影像が得られることになるが、これをＹＺ平面上に投影すると、図１０に一点鎖線で示すような投影像が得られることになる。
【００４２】
別言すれば、図８に示す系を上方向から観察すると、線光源Ｌｍｉからの物体光は図９に示すように放射状に広がってゆくことになるが、この系を横方向から観察すると、線光源Ｌｍｒｉからの物体光は、図１０に示すように、いずれも水平方向に進む光となる。結局、線光源Ｌｍｉからの物体光は、その広がり角に何ら制限を加えなくても、Ｙ軸方向について幅ｈをもった単位領域Ｃｍｒ内にのみ到達することになる。こうして、単位領域Ｃｍｒ内の各演算点について、線光源Ｌｍｒｉからの物体光と参照光Ｒφとの干渉波の強度が演算されることになり、単位領域Ｃｍｒ内に干渉縞が記録されることになる。
【００４３】
図８では、図示の便宜上、単位線分Ａｍｒ上の第ｉ番目の基準点Ｐｍｒｉ上に定義された線光源Ｌｍｒｉからの物体光と参照光Ｒφとの干渉縞が単位領域Ｃｍｒ内に記録される様子のみが示されているが、実際には、単位線分Ａｍｒ上にはＮ個の基準点Ｐｍｒ１〜ＰｍｒＮが定義されており、各基準点の位置にそれぞれ線光源Ｌｍｒ１〜ＬｍｒＮが定義される（いずれの線光源も長さｈを有し、その中心が単位線分Ａｍｒ上にくるように、Ｙ軸に平行な向きに配置されている）。したがって、単位領域Ｃｍｒ内には、Ｎ個の線光源Ｌｍｒｉ〜ＬｍｒＮからの各物体光と参照光Ｒφとの干渉縞が重ねて記録されることになる。
【００４４】
また、図７に示すように、原画像１０上には、所定ピッチｈをおいて互いに平行になるように、３Ｍ本の単位線分Ａ１ｒ，Ａ１ｇ，Ａ１ｂ，〜Ａｍｒ，Ａｍｇ，Ａｍｂ，〜ＡＭｒ，ＡＭｇ，ＡＭｂが定義されており（いずれもＸＺ平面に平行な線分もしくは曲線分となる）、これらすべての単位線分上にそれぞれ複数の基準点が定義され、各基準点について、それぞれ各単位線分に垂直となる（Ｙ軸に平行となる）線光源が定義されている。したがって、図７に示す３Ｍ個のすべての分割領域Ｃ１ｒ，Ｃ１ｇ，Ｃ１ｂ，〜Ｃｍｒ，Ｃｍｇ，Ｃｍｂ，〜ＣＭｒ，ＣＭｇ，ＣＭｂについて、それぞれ対応する単位線分Ａ１ｒ，Ａ１ｇ，Ａ１ｂ，〜Ａｍｒ，Ａｍｇ，Ａｍｂ，〜ＡＭｒ，ＡＭｇ，ＡＭｂ上の複数の基準点に定義された線光源からの物体光と参照光との干渉縞が記録されることになる。
【００４５】
図１１は、線光源を用いた場合に、同一の干渉縞パターンの繰り返しが生じる理由を示すモデルである。まず、線光源Ｌｍｒｉからは、いずれの部分からも、図の右方向に物体光Ｏが照射される。ここで、線光源Ｌｍｒｉは、長さ方向に均一な強度をもった光源であり、しかも記録媒体２０に対して平行であるから、記録媒体２０上で長さｈをもった単位領域内のどの位置についても、物体光Ｏは同一の条件で照射されていることになり、その振幅強度および位相は全く同一になる。このように、物体光Ｏが全く同一条件で照射されているにもかかわらず、この単位領域に干渉縞パターンが形成されるのは、参照光Ｒφの位相が各部分で異なるためである。
【００４６】
いま、参照光Ｒφを構成する光束として、図示のように、５本の光束Ｒ１〜Ｒ５を考える。もともと参照光Ｒφは、空間的にコヒーレントな光であるから、この５本の光束の位相はすべて揃っている。しかしながら、記録媒体２０に対しては、斜めの角度φで入射するため、記録面２０に到達するまでの光路長はそれぞれで異なり、到達点Ｆ１〜Ｆ５におけるそれぞれの位相は互いに異なることになる。たとえば、光束Ｒ１の光路長よりも光束Ｒ２の光路長は所定長だけ長くなり、光束Ｒ２の光路長よりも光束Ｒ３の光路長は所定長だけ長くなる。ここでは、この光路長の差がちょうど１波長分であったとすると、点Ｆ１，Ｆ２では、参照光Ｒφの位相が２πだけ異なっていることになり、到達点Ｆ２，Ｆ３でも、参照光Ｒφの位相が２πだけ異なっていることになる。結局、５つの到達点Ｆ１〜Ｆ５の間では、いずれも参照光Ｒφの位相が２πずつずれていることになる。このような理由から、記録媒体２０上には、周期ｄをもった同一の干渉縞パターンが４回繰り返し現れることになる。
【００４７】
この原理を色Ｒ，Ｇ，Ｂに対して、同じ色ごとの分割領域に適用した場合、色Ｒの垂直方向の空間周波数が分割領域Ｃｍｒで共通、色Ｇの垂直方向の空間周波数が分割領域Ｃｍｇで共通、色Ｂの垂直方向の空間周波数が分割領域Ｃｍｂで共通となるので、色Ｒ，Ｇ，Ｂごとのそれぞれの垂直方向の空間周波数が一定となり、その逆数の周期も一定となる。したがって、色Ｒ，Ｇ，Ｂごとに加工アドレスの整数倍の周期を設定すれば、同じパターンの繰り返し加工で目的の干渉縞パターンを加工することができ、分割領域Ｃｍｒ，Ｃｍｇ，Ｃｍｂの全部の干渉縞パターンを演算する必要がなく、演算負荷が減少する。さらに、加工用データ量も少なくて済み、加工負荷も低くなる。
【００４８】
次に、以上の本発明の計算機合成ホログラム（ＣＧＨ）の作製方法をフローチャートに基づいて説明する。
【００４９】
ＣＧＨの作製方法はよく知られており（例えば、非特許文献１参照）、ＣＧＨの例として、干渉縞の強度分布を記録したバイナリホログラムであって、再生像が水平方向の視差のみを持ち、上方からの白色光で観察される場合について、その概要を説明すると、図１２に示すように、ステップＳＴ１で、ＣＧＨ化する物体（原画像１０）の形状が定義される。次いで、ステップＳＴ２で、物体、ＣＧＨ面（記録媒体２０の記録面）、参照光の空間配置が定義される。次いで、ステップＳＴ３で、物体は、水平面でのスライスにより垂直方向に上記の分割領域に分割され、さらにスライス面上で点光源の集合（点光源アレイ）に置き換えられる。そして、ステップＳＴ４で、これらの空間配置に基き、ＣＧＨ面上に定義された分割領域の各サンプル点において、物体を構成する各点光源から到達する光と参照光との干渉縞の強度が演算により求められ、干渉縞データが得られる。次に、ステップＳＴ５で、得られた干渉縞データは量子化された後、ステップＳＴ６で、ＥＢ描画用矩形データに変換され、ステップＳＴ７で、ＥＢ描画装置により媒体に記録され、ＣＧＨが得られる。
【００５０】
なお、以上の方法において、分割領域上の演算点Ｑでの物体光の振幅と位相の記録には、上記で説明したような参照光との干渉による干渉縞で記録する方法以外に、特許文献２、３に記載されているように１面に溝を持った３次元セルの溝の深さで位相を、溝の幅で振幅を記録する方法でもよい。
【００５１】
あるいは、非特許文献１に記載されたＡ．Ｗ．Ｌｏｈｍａｎｎ等の方法、Ｌｅｅの方法等で振幅と位相を記録するようにしてもよい。
【００５２】
また、原画像１０の個々の分割領域に配置する点光源アレイの色としても、上記のようにＲＧＢの３原色に限定されず、他の色（波長）の組み合わせでもよく、さらには、３色ではなく、２色あるいは４色以上であってもよい。２色とする場合は、３色と比較してデータ量を減らすことができる。４色以上の場合は、３色と比較して色域を広げることができる。
【００５３】
次に、本発明のような計算機合成ホログラムの解像度の高いカラー化の手法を他のタイプの計算機合成ホログラムに適用することもできる。
【００５４】
まず、特許文献４で提案された計算機合成ホログラムに適用する場合を説明する。図１３に示すように、ｚ軸に沿ってプラス方向に仮想点光源群１１、ＣＧＨ１２、観察者Ｍの順に配置し、ｙ軸に垂直な多数のスライス面で仮想点光源群１１とＣＧＨ１２を区切り、そのスライス面内に仮想点光源Ｑi （ｘ1 ，ｙ1 ，ｚ1 ）からＣＧＨ１２への物体波の入射が制限されている。そのスライス面内で、仮想点光源Ｑi （ｘ1 ，ｙ1 ，ｚ1 ）から視差１方向に出る物体波１には、第１の画像Ｉ1 例えば文字“Ａ”の画素位置ｉでの濃度を振幅として持った波とし、視差２方向に出る物体波１には、第２の画像Ｉ2 例えば文字“Ｂ”の画素位置ｉでの濃度を振幅として持った波とし、同様に、視差８方向に出る物体波１には、第８の画像Ｉ8 例えば文字“Ｈ”の画素位置ｉでの濃度を振幅として持った波とし、これらの“Ａ”、“Ｂ”、・・・、“Ｈ”の画素位置ｉでの濃度を視差方向に応じて同時に持った物体波１を合成する。その物体波１の位相と振幅をホログラフィックに記録することにより、視差方向に応じて異なる画像Ｉ1 、Ｉ2 、・・・、Ｉm が選択的に再生可能なＣＧＨ１２が得られる。
【００５５】
すなわち、ホログラムの観察側と反対側に空間的に仮想点光源群が設定され、かつ、仮想点光源群の面とホログラムの面を横切る平行な多数のスライス面が設定され、スライス面内の仮想点光源群の各々の仮想点光源からそのスライス面内で観察側へ発散する発散光の放射輝度角度分布が角度分割されて、それぞれの分割角度内では仮想点光源群の面に位置する別々の画像のその仮想点光源位置での画素の濃度あるいはその濃度と一定の関係にある値に等しい振幅の点からそのスライス面内で発散する発散光に等しいものに設定されてなる発散光が物体光として仮想点光源群の発散光入射側の何れかの位置で記録されてなる計算機合成ホログラムである。
【００５６】
また、特許文献４で提案されているもう１つの計算機合成ホログラムは、図１４に示すように、ｚ軸に沿ってプラス方向にＣＧＨ１２、仮想集光点群１３、観察者Ｍの順に配置し、ｙ軸に垂直な多数のスライス面でＣＧＨ１２と仮想集光点群１３を区切り、そのスライス面内にＣＧＨ１２から仮想集光点Ｑi （ｘ1 ，ｙ1 ，ｚ1 ）に物体波の入射が制限されている。そのスライス面内で、仮想集光点Ｑi （ｘ1 ，ｙ1 ，ｚ1 ）に一旦収束して視差１方向に出る物体波１には、第１の画像Ｉ1 例えば文字“Ａ”の画素位置ｉでの濃度を振幅として持った波とし、視差２方向に出る物体波１には、第２の画像Ｉ2 例えば文字“Ｂ”の画素位置ｉでの濃度を振幅として持った波とし、同様に、視差８方向に出る物体波１には、第８の画像Ｉ8 例えば文字“Ｈ”の画素位置ｉでの濃度を振幅として持った波とし、これらの“Ａ”、“Ｂ”、・・・、“Ｈ”の画素位置ｉでの濃度を視差方向に応じて同時に持った物体波１を合成する。その物体波１の位相と振幅をホログラフィックに記録することにより、視差方向に応じて異なる画像Ｉ1 、Ｉ2 、・・・、Ｉm がＣＧＨ１２が得られる。
【００５７】
すなわち、ホログラムの観察側に空間的に仮想集光点群が設定され、かつ、ホログラムの面と仮想集光点群の面を横切る平行な多数のスライス面が設定され、スライス面内の仮想集光点群の各々の仮想集光点に観察側と反対側からそのスライス面内で入射する収束光の輝度角度分布が角度分割されて、それぞれの分割角度内では仮想集光点群の面に位置する別々の画像のその仮想集光点位置での画素の濃度あるいはその濃度と一定の関係にある値に等しい振幅の点に収束する収束光に等しいものに設定されてなる収束光が物体光として仮想集光点群の収束光入射側の何れかの位置で記録されてなる計算機合成ホログラムである。
【００５８】
このような特許文献４で提案されている計算機合成ホログラムにおいて、フルカラーの画像を記録・再生可能にするには、図１〜図４で説明したように、ＣＧＨ１２の面が各スライス面と交差する領域をそのスライス面に平行な３つの分割領域に分割し、一方、仮想点光源Ｑi （ｘ1 ，ｙ1 ，ｚ1 ）からはＲＧＢ３色の光を発散させてＲ、Ｇ、Ｂの色成分をその３つの分割領域に別々に入射させて記録するか、仮想集光点Ｑi （ｘ1 ，ｙ1 ，ｚ1 ）にはＣＧＨ１２のその３つの分割領域からそれぞれＲ、Ｇ、Ｂの色成分が集光するようにしてもよいが、この方式では、図１〜図４の計算機合成ホログラムと同様に、微細な構造を持つ物体を記録媒体に記録しようとした場合、記録媒体上に設定する単位領域の幅を決めると、解像度はその幅に限定されることになる。
【００５９】
そこで、ｙ軸に垂直なスライス面の密度を３倍にして、その多数のスライス面にスライス面に直交する方向に周期的にＲＧＢを割り当て、Ｒのスライス面内では、仮想点光源から発散する光あるいは仮想集光点へ集光する光を色Ｒとし、Ｇのスライス面内では、仮想点光源から発散する光あるいは仮想集光点へ集光する光を色Ｇとし、Ｂのスライス面内では、仮想点光源から発散する光あるいは仮想集光点へ集光する光を色Ｂとすることで、図１〜図４の計算機合成ホログラムと同様に、再生像の解像度は、仮想点光源群１１あるいは仮想集光点群１３に設定する点光源あるいは集光点の密度によって決まるので、ＣＧＨ１２の面上での分割領域の寸法（幅）を同じとするなら、点光源あるいは集光点の密度が３倍になっている分、解像度は高くなり微細な構造を持つ物体を記録することが可能になる。ただし、色パターンの再現性については同程度である。
【００６０】
以上の物体光の複素振幅が記録され観察方向に応じて複数の画像が選択的に再生可能な計算機合成ホログラムは、ホログラムの観察側と反対側に空間的に仮想点光源群が設定され、かつ、仮想点光源群の面とホログラムの面を横切る平行な多数のスライス面が設定され、その多数のスライス面にスライス面に直交する方向に周期的に複数の異なる波長の光が割り当てられ、各スライス面内では、仮想点光源から発散する光の波長をその割り当てられた波長とし、スライス面内の仮想点光源群の各々の仮想点光源からそのスライス面内で観察側へ発散する発散光の放射輝度角度分布が角度分割されて、それぞれの分割角度内では仮想点光源群の面に位置する別々の画像のその仮想点光源位置での画素の対応する波長の濃度あるいはその濃度と一定の関係にある値に等しい振幅の点からそのスライス面内で発散する発散光に等しいものに設定されてなる発散光が物体光として仮想点光源群の発散光入射側の何れかの位置で記録されてなる計算機合成ホログラムとなる。
【００６１】
もう１つの物体光の複素振幅が記録され観察方向に応じて複数の画像が選択的に再生可能な計算機合成ホログラムは、ホログラムの観察側に空間的に仮想集光点群が設定され、かつ、ホログラムの面と仮想集光点群の面を横切る平行な多数のスライス面が設定され、その多数のスライス面にスライス面に直交する方向に周期的に複数の異なる波長の光が割り当てられ、各スライス面内では、仮想集光点に集光する光の波長をその割り当てられた波長とし、スライス面内の仮想集光点群の各々の仮想集光点に観察側と反対側からそのスライス面内で入射する収束光の輝度角度分布が角度分割されて、それぞれの分割角度内では仮想集光点群の面に位置する別々の画像のその仮想集光点位置での画素の対応する波長の濃度あるいはその濃度と一定の関係にある値に等しい振幅の点に収束する収束光に等しいものに設定されてなる収束光が物体光として仮想集光点群の収束光入射側の何れかの位置で記録されてなる計算機合成ホログラムとなる。
【００６２】
次に、特許文献５で提案された計算機合成ホログラムに適用する場合を説明する。図１５に示すように、ｚ軸に沿ってプラス方向に仮想点光源群１１、物体１００、ＣＧＨ１２、観察者Ｍの順に配置し、ｙ軸に垂直な多数のスライス面で仮想点光源群１１と物体１００とＣＧＨ１２を区切り、そのスライス面内に仮想点光源Ｑi （ｘ1 ，ｙ1 ，ｚ1 ）からＣＧＨ１２への物体波の入射が制限されている。そのスライス面内で、ＣＧＨ１２として記録再生可能にする３次元物体１００の観察側と反対側に多数の仮想点光源Ｑi （ｘ1 ，ｙ1 ，ｚ1 ）を設定し、各仮想点光源Ｑi から発散する発散光の輝度角度分布を、観察側からその３次元物体１００を通してその仮想点光源Ｑi を見たときのその３次元物体１００表面の輝度角度分布と等しいものに設定し、このような仮想点光源Ｑi からの発散光をＣＧＨ１２の面で相互に重畳させて、その重畳された位相と振幅をホログラフィックに記録することにより、３次元物体１００を再生可能なＣＧＨ１２が得られる。
【００６３】
すなわち、ホログラムの観察側と反対側に空間的に仮想点光源群が設定され、かつ、仮想点光源群の面とホログラムの面を横切る平行な多数のスライス面が設定され、スライス面内の仮想点光源群の各々の仮想点光源からそのスライス面内で観察側へ発散する発散光の輝度角度分布が、観察側から当該仮想点光源をそのスライス面内で見たときの記録すべき物体表面の輝度角度分布と等しいものに設定されており、かつ、仮想点光源各々から発散する発散光が相互に重畳して物体光として仮想点光源群の観察側の何れかの位置で記録されてなる計算機合成ホログラムである。
【００６４】
また、特許文献５で提案されているもう１つの計算機合成ホログラムは、図１６に示すように、ｚ軸に沿ってプラス方向にＣＧＨ１２、物体１００、仮想集光点群１３、観察者Ｍの順に配置し、ｙ軸に垂直な多数のスライス面でＣＧＨ１２と物体１００と仮想集光点群１３を区切り、そのスライス面内にＣＧＨ１２から仮想集光点Ｑi （ｘ1 ，ｙ1 ，ｚ1 ）に物体波の入射が制限されている。そのスライス面内で、ＣＧＨ１２として記録再生可能にする３次元物体１００の観察側に多数の仮想集光点Ｑi （ｘ1 ，ｙ1 ，ｚ1 ）を設定し、各仮想集光点Ｑi に物体側から入射する収束光の輝度角度分布を、観察側から仮想集光点Ｑi を通してその３次元物体１００を見たときのその３次元物体１００表面の輝度角度分布と等しいものに設定し、このような仮想集光点Ｑi に入射する収束光をＣＧＨ１２の面で相互に重畳させて、その重畳された位相と振幅をホログラフィックに記録することにより、３次元物体１００を再生可能なＣＧＨ１２が得られる。
【００６５】
すなわち、ホログラムの観察側に空間的に仮想集光点群が設定され、かつ、ホログラムの面と仮想集光点群の面を横切る平行な多数のスライス面が設定され、スライス面内の仮想集光点群の各々の仮想集光点に観察側と反対側からそのスライス面内で入射する収束光の輝度角度分布が、当該仮想集光点を通して観察側からそのスライス面内で見たときの記録すべき物体表面の輝度角度分布と等しいものに設定されており、かつ、仮想集光点各々に入射する収束光が相互に重畳して物体光として仮想集光点群の観察側と反対側の何れかの位置で記録されてなる計算機合成ホログラムである。
【００６６】
この場合も、図１〜図４の場合と同様に、ｙ軸に垂直なスライス面の密度を３倍にして、その多数のスライス面にスライス面に直交する方向に周期的にＲＧＢを割り当て、Ｒのスライス面内では、仮想点光源から発散する光あるいは仮想集光点へ集光する光を色Ｒとし、Ｇのスライス面内では、仮想点光源から発散する光あるいは仮想集光点へ集光する光を色Ｇとし、Ｂのスライス面内では、仮想点光源から発散する光あるいは仮想集光点へ集光する光を色Ｂとすることで、図１〜図４の計算機合成ホログラムと同様に、再生像の解像度は、仮想点光源群１１あるいは仮想集光点群１３に設定する点光源あるいは集光点の密度によって決まるので、ＣＧＨ１２の面上での分割領域の寸法（幅）を同じとするなら、点光源あるいは集光点の密度が３倍になっている分、解像度は高くなり微細な構造を持つ物体を記録することが可能になる。ただし、色パターンの再現性については同程度である。
【００６７】
以上の物体光の複素振幅が記録され立体物が再生可能な計算機合成ホログラムは、ホログラムの観察側と反対側に空間的に仮想点光源群が設定され、かつ、仮想点光源群の面とホログラムの面を横切る平行な多数のスライス面が設定され、その多数のスライス面にスライス面に直交する方向に周期的に複数の異なる波長の光が割り当てられ、各スライス面内では、仮想点光源から発散する光の波長をその割り当てられた波長とし、スライス面内の仮想点光源群の各々の仮想点光源からそのスライス面内で観察側へ発散する発散光の輝度角度分布が、観察側から当該仮想点光源をそのスライス面内で見たときの記録すべき物体表面の対応する波長の輝度角度分布と等しいものに設定されており、かつ、仮想点光源各々から発散する発散光が相互に重畳して物体光として仮想点光源群の観察側の何れかの位置で記録されてなる計算機合成ホログラムとなる。
【００６８】
もう１つの物体光の複素振幅が記録され立体物が再生可能な計算機合成ホログラムは、ホログラムの観察側に空間的に仮想集光点群が設定され、かつ、ホログラムの面と仮想集光点群の面を横切る平行な多数のスライス面が設定され、その多数のスライス面にスライス面に直交する方向に周期的に複数の異なる波長の光が割り当てられ、各スライス面内では、仮想集光点に集光する光の波長をその割り当てられた波長とし、スライス面内の仮想集光点群の各々の仮想集光点に観察側と反対側からそのスライス面内で入射する収束光の輝度角度分布が、当該仮想集光点を通して観察側からそのスライス面内で見たときの記録すべき物体表面の対応する波長の輝度角度分布と等しいものに設定されており、かつ、仮想集光点各々に入射する収束光が相互に重畳して物体光として仮想集光点群の観察側と反対側の何れかの位置で記録されてなる計算機合成ホログラムとなる。
【００６９】
以上、本発明の計算機合成ホログラム及びその作製方法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。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明による計算機合成ホログラムの記録方法の概念の１実施例を示す斜視図である。
【図２】図１の演算処理の概念を説明するための上面図である。
【図３】図１、図２の本発明の計算機合成ホログラムの作製方法を模式的に示す図である。
【図４】図１の方法で記録されたカラー原画像を再生している状態を示す側面図である。
【図５】原画像上のＲＧＢ共通のサンプリング点を示す図である。
【図６】図５のサンプリング点を平行移動したＲＧＢそれぞれのサンプリング点を示す図である。
【図７】原画像上のＲＧＢそれぞれの線光源を示す図である。
【図８】原画像上の線光源からの物体光を記録面２０に記録する方法を示す斜視図である。
【図９】点光源から照射される物体光の進行方向を示す図である。
【図１０】線光源から照射される物体光の進行方向を示す図である。
【図１１】線光源からの物体光と参照光との干渉縞を記録した際の再生光の進行方向を示す側面図である。
【図１２】本発明による計算機合成ホログラムの作製過程の概要を説明するためのフロー図である。
【図１３】本発明の手法が適用可能な他のタイプの計算機合成ホログラムの原理を説明するための図である。
【図１４】本発明の手法が適用可能な他のタイプの計算機合成ホログラムの原理を説明するための図である。
【図１５】本発明の手法が適用可能な他のタイプの計算機合成ホログラムの原理を説明するための図である。
【図１６】本発明の手法が適用可能な他のタイプの計算機合成ホログラムの原理を説明するための図である。
【図１７】従来の計算機合成ホログラムの記録方法を示す斜視図である。
【図１８】従来例において記録媒体の各単位領域を３分割して分割領域を形成する様子を示す平面図である。
【図１９】図１７の演算処理の概念を説明するための上面図である。
【図２０】図１７の方法で記録されたカラー原画像を再生している状態を示す側面図である。
【符号の説明】
【００７１】
１０…原画像
２０…記録媒体（記録面）
１００…物体
Ａ１ｒ，Ａ１ｇ，Ａ１ｂ，Ａ２ｒ，Ａ２ｇ，Ａ２ｂ，…，Ａｍｒ，Ａｍｇ，Ａｍｂ，…，ＡＭｒ，ＡＭｇ，ＡＭｂ…原画像の分割領域
Ｃ１ｒ，Ｃ１ｇ，Ｃ１ｂ，Ｃ２ｒ，Ｃ２ｇ，Ｃ２ｂ，…，Ｃｍｒ，Ｃｍｇ，Ｃｍｂ，…，ＣＭｒ，ＣＭｇ，ＣＭｂ…記録媒体の分割領域
Ｐｍｒ１〜ＰｍｒＮ…色Ｒの光を発する点光源
Ｐｍｇ１〜ＰｍｇＮ…色Ｇの光を発する点光源
Ｐｍｂ１〜ＰｍｂＮ…色Ｂの光を発する点光源
Ｑ…演算点
Ｏｍｒ１〜ＯｍｒＮ…色Ｒの物体光
Ｏｍｇ１〜ＯｍｇＮ…色Ｇの物体光
Ｏｍｂ１〜ＯｍｂＮ…色Ｂの物体光
Ｌθｍｒ…参照光
Ｌｗ…白色照明光
Ｐ１ｒ（Ｐ１ｒ１，…，Ｐ１ｒｉ，…，Ｐ１ｒＮの集合）…色Ｒの光を発する点光源
Ｐ１ｇ（Ｐ１ｇ１，…，Ｐ１ｇｉ，…，Ｐ１ｇＮの集合）…色Ｇの光を発する点光源
Ｐ１ｂ（Ｐ１ｂ１，…，Ｐ１ｂｉ，…，Ｐ１ｂＮの集合）…色Ｂの光を発する点光源
【技術分野】
【０００１】
本発明は、計算機合成ホログラム及びその作製方法に関し、特に、フルカラーの画像再生が可能な計算機合成ホログラムとその作製方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、白色光の下でフルカラーの画像再生が可能な計算機ホログラム（計算機合成ホログラム）とその作製方法が開示されている。特許文献１に記載の計算機ホログラムは、
○記録媒体を単位領域に分け、
○この単位領域の中に赤領域、緑領域、青領域にあたる３つの分割領域を設け、
○さらに、分割領域と同一の数の色Ｒ，Ｇ，Ｂの情報を持った点光源アレイをフルカラーの原画像表面に設定し、
○単位領域内の赤領域内、緑領域内、青領域内にＲＧＢ色の情報を持った点光源の対応するそれぞれの色の情報を記録するものである。
【０００３】
以下、その作製方法を説明する。図１７は特許文献１に記載の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及び記録媒体（記録面）２０を、それぞれ多数の平行線（平行な切断面）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１７に示す通り、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Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，…，Ｃｍ，…ＣＭ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Ｃｍに対応している。
【０００４】
そして、原画像１０の個々の単位領域Ａ１，Ａ２，Ａ３，…，Ａｍ，…ＡＭは、点光源が一列に並んだ線状の領域になっている。図１７に示す例では、例えば、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（なお、原画像１０の物体の形状によっては、単位領域Ａｍは一本線でない場合もある。例えば３つの球が並んでいれば、切断面は３つの円形状となり、それぞれの円上に点光源が並んで配列されることになる。）。また、記録媒体２０の各単位領域Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，…，Ｃｍ，…ＣＭは、図１８にそれぞれ破線で示すように３分割して分割領域を形成している。ここで、分割領域Ｃ１ｒ，Ｃ１ｇ，Ｃ１ｂは、図１７に示す単位領域Ｃ１を分割して得られた分割領域である。
【０００５】
そして、記録媒体２０の任意の単位領域中の任意の分割領域上の演算点Ｑについての干渉縞は、次のようにして求められる。ここで、任意の分割領域として、Ｃｍｒを選択するが、Ｃｍｇ，Ｃｍｂについても同様である。まず、この演算点Ｑが所属する単位領域Ｃｍ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から発せられた色Ｒの物体光Ｏｍ１ｒ〜ＯｍＮｒ（分割領域がＣｍｇ，Ｃｍｂの場合は、それぞれ色Ｇの物体光Ｏｍ１ｇ〜ＯｍＮｇ、色Ｂの物体光Ｏｍ１ｂ〜ＯｍＮｂ）の位相を含めた合成光と、同じ色Ｒの参照光Ｌθｍｒとによって演算点Ｑで形成される干渉縞を求めれば、目的とする演算点Ｑにおける干渉縞である。ここで、参照光Ｌθｍｒは、ＹＺ平面に平行な単色平行光線である。なお、参照光Ｌθｍｒは、ＹＺ平面に平行でなく斜めからの参照光でもよい。
【０００６】
図１９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１８に示す原画像１０及び記録媒体２０を、図の上方から見た状態を示している。図１９に示す通り、演算点Ｑにおける干渉縞を求めるのに必要な物体光は、色Ｒの分割領域Ｃｍｒに関しては、演算対象単位領域Ａｍ内のＮ個の点光源Ｐｍ１，…，Ｐｍｉ，…，ＰｍＮから発せられた色Ｒの物体光Ｏｍ１ｒ，…，Ｏｍｉｒ，…，ＯｍＮｒのみに限定され、色Ｇの分割領域Ｃｍｇに関しては、演算対象単位領域Ａｍ内のＮ個の点光源Ｐｍ１，…，Ｐｍｉ，…，ＰｍＮから発せられた色Ｇの物体光Ｏｍ１ｇ，…，Ｏｍｉｇ，…，ＯｍＮｇのみに限定され、色Ｂの分割領域Ｃｍｂに関しては、演算対象単位領域Ａｍ内のＮ個の点光源Ｐｍ１，…，Ｐｍｉ，…，ＰｍＮから発せられた色Ｂの物体光Ｏｍ１ｂ，…，Ｏｍｉｂ，…，ＯｍＮｂ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上に定義した全ての演算点Ｑについて、それぞれ所定の干渉縞を求めれば、記録媒体２０上に干渉縞の分布が得られることになる。
【０００７】
図２０は、上述のような方法で記録されたカラー原画像を再生している状態を示す側面図である。記録媒体２０には、仮想照明として設定された白色照明光Ｌｗ（ＹＺ平面に平行な平行光線）が記録媒体２０に対して角度αをもって照射されている。ここで、記録媒体２０の上方に位置する分割領域Ｃ１ｒ，Ｃ１ｇ，Ｃ１ｂには、点光源Ｐ１（Ｐ１１，…，Ｐ１ｉ，…，Ｐ１Ｎの集合を点光源Ｐ１で表す。Ｐｍ，ＰＭについても同様。）のそれぞれ色Ｒ，Ｇ，Ｂの成分の情報が記録されているが、再生時には、図のように、各色成分の再生光は何れも仮想視点Ｅの方向に進行することになる。これは、記録媒体２０の中程に位置する分割領域Ｃｍｒ，Ｃｍｇ，Ｃｍｂからの再生光や、記録媒体２０の下方に位置する分割領域ＣＭｒ，ＣＭｇ，ＣＭｂからの再生光についても同様である。結局、仮想視点Ｅの位置に視点を置けば、分割領域Ｃ１ｒ，Ｃ１ｇ，Ｃ１ｂからは、それぞれ点光源Ｐ１に関する色Ｒ，Ｇ，Ｂの再生光が得られ、分割領域Ｃｍｒ，Ｃｍｇ，Ｃｍｂからは、それぞれ点光源Ｐｍに関する色Ｒ，Ｇ，Ｂの再生光が得られ、分割領域ＣＭｒ，ＣＭｇ，ＣＭｂからは、それぞれ点光源ＰＭに関する色Ｒ，Ｇ，Ｂの再生光が得られることになり、点光源Ｐ１，Ｐｍ，ＰＭから構成されるカラー原画像が高い色再現性をもって観察されることになる。
【０００８】
また、特許文献２に記載の計算機ホログラムは、再生時には、スリット群内の各色成分の再生光を平行に出射し、再生光が仮想視点の方向に進行することになる。結局、仮想視点の位置に視点を置けば、色Ｒ，Ｇ，Ｂの再生光のいずれか１つが得られることになり、他の２つの色は波長が異なるので、多少の収差等を生じるが、ある程度カラー原画像に近い像が観察されることになる。
【特許文献１】特開２０００−２１４７５１号公報
【特許文献２】特開２００１−３３１０８５号公報
【特許文献３】特開２００２−７２８３７号公報
【特許文献４】特開２００５−２１５５７０号公報
【特許文献５】特開２００４−３０９７０９号公報
【特許文献６】特開２００４−２６４８３９号公報
【非特許文献１】「３次元画像コンファレンス‘９９−３Ｄ Ｉｍａｇｅ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ‘９９−」講演論文集ＣＤ−ＲＯＭ（１９９９年６月３０日〜７月１日 工学院大学新宿校舎）、論文「ＥＢ描画によるイメージ型バイナリＣＧＨ（３）−隠面消去・陰影付けによる立体感の向上−」
【非特許文献２】辻内順平著「ホログラフィー」ｐｐ．３３〜３６（（株）裳華房、１９９７年１１月５日発行）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記特許文献１及び特許文献２の作製方法による計算機合成ホログラムでは、各波長の垂直方向の主な空間周波数が上端から下端に向かうにつれてわずかずつ変化するので、分割領域の各波長の垂直方向の主な空間周波数を計算し直す必要があり、計算負荷がかかる。
また、垂直方向の主な空間周波数の逆数である周期が加工時のアドレス単位（加工図形の描画データとして座標指定できる単位）の整数倍であれば、同じパターンを繰り返し加工すればよいが、計算機合成ホログラムの上端から下端まで分割領域ごとに垂直方向の主な空間周波数が異なるので、すべての分割領域で加工時のアドレス単位の整数倍の周期とすることができず、分割領域内の上端から下端まで全ての干渉縞パターンを演算し、加工する必要があり、計算負荷が増大し、加工用データ量も飛躍的に増加するので、加工負荷も高くなる。
【００１０】
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、フルカラーの画像再生が可能であると共に、計算負荷や加工負荷を抑える計算機合成ホログラムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、上記課題を解決するものであって、計算機を用いた演算を利用して所定の記録媒体上に複数の波長により表現されたカラー原画像の振幅情報と位相情報を記録した計算機合成ホログラムにおいて、ホログラムの記録面上に多数の平行な切断面によって水平方向に分割することで多数の線状の分割領域が設定され、多数の分割領域を横断する方向に周期的に異なる波長に対応する振幅情報と位相情報とが記録されており、所定の照明により再生した場合に、各分割領域に記録された振幅情報と位相情報とから回折された周期的に異なる波長の再生光が、前記ホログラム記録面上の前記各分割領域を通ってそれぞれ平行な平面内を進行するように構成されていることを特徴とする。
【００１２】
前記再生光は、前記ホログラム記録面に直交する平面内を進行するように構成されていることを特徴とする。
【００１３】
また、同一の分割領域に属する個々の点には、原画像の同一部分に関する情報が記録されており、異なる分割領域に属する個々の点には、原画像の対応する異なる部分に関する情報が記録されていることを特徴とする。
【００１４】
また、各分割領域に記録された振幅情報と位相情報が物体光と参照光との干渉縞として記録されていることを特徴とする。
【００１５】
また、各分割領域に記録された振幅情報と位相情報が、溝の深さで位相を、溝の幅で振幅を記録した１面に溝を持った３次元セルとして記録されていることを特徴とする。
【００１６】
また、分割領域に記録されている周期的に異なる波長が３つであり、それぞれ赤色、緑色、青色の波長であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、再生時に、各色成分の再生光は何れもホログラム記録面上の各分割領域を通ってそれぞれ平行な平面内を進行するので、上端から下端までの全分割領域で、同じ色に関してはそれぞれ同じ垂直方向の空間周波数となる。例えば、赤色の垂直方向の空間周波数は上端から下端までの赤色の分割領域ですべて同じであり、緑色の垂直方向の空間周波数は上端から下端までの緑色の分割領域ですべて同じであり、青色の垂直方向の空間周波数は上端から下端までの青色の分割領域ですべて同じである。したがって、同じ色の垂直方向の空間周波数は分割領域ごとに計算し直す必要がない。
【００１８】
また、各色の垂直方向の空間周波数が全分割領域でそれぞれ共通なので、分割領域ごとの色それぞれの垂直方向の空間周波数が一定となり、その逆数の周期も一定となる。したがって、色ごとに加工アドレスの整数倍の周期を設定すれば、同じパターンの繰り返し加工で目的の干渉縞パターンを加工することができ、分割領域の全部の干渉縞パターンを演算する必要がなく、演算負荷が減少する。さらに、加工用データ量も少なくて済み、加工負荷も低くなる。
【００１９】
また、ホログラムからの観察距離の設定も不要となり、どんな観察位置の場合にも作製可能である。さらに、ホログラムの上端から下端まで垂直方向の視域が広くなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面を参照にして本発明の計算機合成ホログラム（ＣＧＨ）の作製方法とその作製方法で得られた計算機合成ホログラムの実施例を説明する。図１は本発明による記録方法の概念の１実施例を示す斜視図である。この実施例では、原画像１０及び記録媒体（記録面）２０を、それぞれ多数の平行線（平行な切断面）によって水平方向に分割し、多数の線状の分割領域を定義している。すなわち、図１に示す通り、原画像１０は、合計３Ｍ個の分割領域Ａ１ｒ，Ａ１ｇ，Ａ１ｂ，Ａ２ｒ，Ａ２ｇ，Ａ２ｂ，…，Ａｍｒ，Ａｍｇ，Ａｍｂ，…，ＡＭｒ，ＡＭｇ，ＡＭｂに分割されており、記録媒体２０は、同じく合計３Ｍ個の分割領域Ｃ１ｒ，Ｃ１ｇ，Ｃ１ｂ，Ｃ２ｒ，Ｃ２ｇ，Ｃ２ｂ，…，Ｃｍｒ，Ｃｍｇ，Ｃｍｂ，…，ＣＭｒ，ＣＭｇ，ＣＭｂに分割されている。原画像１０が立体画像の場合、各分割領域Ａ１ｒ，Ａ１ｇ，Ａ１ｂ，Ａ２ｒ，Ａ２ｇ，Ａ２ｂ，…，Ａｍｒ，Ａｍｇ，Ａｍｂ，…，ＡＭｒ，ＡＭｇ，ＡＭｂ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３Ｍ個の分割領域と記録媒体２０上の３Ｍ個の分割領域とは、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ｒ，ｇ，ｂの繰り返し番号ｍ番目の中の１番目（第ｍｒ番目とする。以下同様。）の分割領域Ａｍｒは、記録媒体２０上のｒ，ｇ，ｂの繰り返し番号ｍ番目の中の１番目の分割領域Ｃｍｒに対応している。
【００２１】
そして、原画像１０の個々の分割領域Ａ１ｒ，Ａ１ｇ，Ａ１ｂ，Ａ２ｒ，Ａ２ｇ，Ａ２ｂ，…，Ａｍｒ，Ａｍｇ，Ａｍｂ，…，ＡＭｒ，ＡＭｇ，ＡＭｂは、点光源が一列に並んだ線状の領域になっている。図１に示す例では、例えば、第ｍｒ番目の分割領域Ａｍｒには、Ｎ個の色Ｒ（赤色）の光を分割領域Ａｍｒと分割領域Ｃｍｒを含む平面内で扇状に発する点光源Ｐｍｒ１〜ＰｍｒＮが一列に並んでいる。同様に、第ｍｇ番目の分割領域Ａｍｇには、Ｎ個の色Ｇ（緑色）の光を分割領域Ａｍｇと分割領域Ｃｍｇを含む平面内で扇状に発する点光源Ｐｍｇ１〜ＰｍｇＮが一列に並んでおり、第ｍｂ番目の分割領域Ａｍｂには、Ｎ個の色Ｂ（青色）の光を分割領域Ａｍｂと分割領域Ｃｍｂを含む平面内で扇状に発する点光源Ｐｍｂ１〜ＰｍｂＮが一列に並んでいる。
【００２２】
そして、記録媒体２０の任意の分割領域中の演算点Ｑについての干渉縞は、次のようにして求められる。ここで、任意の分割領域として、Ｃｍｒを選択するが、Ｃｍｇ，Ｃｍｂについても同様である。まず、この演算点Ｑが所属する分割領域Ｃｍｒに対応する原画像１０上の分割領域Ａｍｒを演算対象分割領域として定める。そして、この演算対象分割領域Ａｍｒ内の点光源Ｐｍｒ１〜ＰｍｒＮから発せられた色Ｒの物体光Ｏｍｒ１〜ＯｍｒＮ（分割領域がＣｍｇ，Ｃｍｂの場合は、それぞれ色Ｇの物体光Ｏｍｇ１〜ＯｍｇＮ、色Ｂの物体光Ｏｍｂ１〜ＯｍｂＮ）の位相を含めた合成光（物体光）と、同じ色Ｒの参照光Ｌθｍｒとによって演算点Ｑで形成される干渉縞を求めれば、目的とする演算点Ｑにおける干渉縞である。ここで、参照光Ｌθｍｒは、ＹＺ平面に平行な単色平行光線である。なお、参照光Ｌθｍｒは、ＹＺ平面に平行でなく斜めからの参照光でもよい。
【００２３】
図２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１に示す原画像１０及び記録媒体２０を、図の上方から見た状態を示している。図２に示す通り、演算点Ｑにおける干渉縞を求めるのに必要な物体光は、色Ｒの分割領域Ｃｍｒに関しては、演算対象分割領域Ａｍｒ内のＮ個の点光源Ｐｍｒ１，…，Ｐｍｒｉ，…，ＰｍｒＮから発せられたＯｍｒ１，…，Ｏｍｒｉ，…，ＯｍｒＮのみに限定され、色Ｇの分割領域Ｃｍｇに関しては、演算対象分割領域Ａｍｇ内のＮ個の点光源Ｐｍｇ１，…，Ｐｍｇｉ，…，ＰｍｇＮから発せられたＯｍｇ１，…，Ｏｍｇｉ，…，ＯｍｇＮのみに限定され、色Ｂの分割領域Ｃｍｂに関しては、演算対象分割領域Ａｍｂ内のＮ個の点光源Ｐｍｂ１，…，Ｐｍｂｉ，…，ＰｍｂＮから発せられたＯｍｂ１，…，Ｏｍｂｉ，…，ＯｍｂＮ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上に定義した全ての演算点Ｑについて、それぞれ所定の干渉縞を求めれば、記録媒体２０上に干渉縞の分布が得られることになる。
【００２４】
以上のような記録方法をとっているので、原画像１０上では、Ｒ色用スライス面、Ｇ色用スライス面、Ｂ色用スライス面を１つのまとまりとした繰り返し単位が、Ｍ個並列配置されている。そして、記録媒体２０上では、それに対応してそれぞれ色ＲＧＢの干渉縞が記録されるＲ色用スライス面、Ｇ色用スライス面、Ｂ色用スライス面を１つのまとまりとした繰り返し単位が、Ｍ個並列配置されていることになる。
【００２５】
図３は、以上の例の本発明の計算機合成ホログラムの作製方法を模式的に示す図であり、上記したように、原画像（物体）１０は、水平方向の多数の線状の分割領域Ａ１ｒ，Ａ１ｇ，Ａ１ｂ，Ａ２ｒ，Ａ２ｇ，Ａ２ｂ，…，Ａｍｒ，Ａｍｇ，Ａｍｂ，…，ＡＭｒ，ＡＭｇ，ＡＭｂに分割されており、記録媒体２０も原画像（物体）１０の分割領域Ａ１ｒ，Ａ１ｇ，Ａ１ｂ，Ａ２ｒ，Ａ２ｇ，Ａ２ｂ，…，Ａｍｒ，Ａｍｇ，Ａｍｂ，…，ＡＭｒ，ＡＭｇ，ＡＭｂに対応して水平方向の多数の線状の分割領域Ｃ１ｒ，Ｃ１ｇ，Ｃ１ｂ，Ｃ２ｒ，Ｃ２ｇ，Ｃ２ｂ，…，Ｃｍｒ，Ｃｍｇ，Ｃｍｂ，…，ＣＭｒ，ＣＭｇ，ＣＭｂに分割されている。原画像（物体）１０の分割領域Ａ１ｒ，Ａ１ｇ，Ａ１ｂ，Ａ２ｒ，Ａ２ｇ，Ａ２ｂ，…，Ａｍｒ，Ａｍｇ，Ａｍｂ，…，ＡＭｒ，ＡＭｇ，ＡＭｂの幅又はピッチがｈ／３のとき、記録媒体２０の分割領域Ｃ１ｒ，Ｃ１ｇ，Ｃ１ｂ，Ｃ２ｒ，Ｃ２ｇ，Ｃ２ｂ，…，Ｃｍｒ，Ｃｍｇ，Ｃｍｂ，…，ＣＭｒ，ＣＭｇ，ＣＭｂの対応する幅又はピッチは同様にｈ／３となっている。そして、記録媒体２０上のＲＧＢ繰り返しピッチはｈ／３×３＝ｈとなっている。
【００２６】
図４は、上述のような方法で記録されたカラー原画像を再生している状態を示す側面図である。記録媒体２０には、仮想照明として設定された白色照明光Ｌｗ（ＹＺ平面に平行な平行光線）が記録媒体２０に対して角度αをもって照射されている。ここで、記録媒体２０の上方に位置する分割領域Ｃ１ｒ，Ｃ１ｇ，Ｃ１ｂには、それぞれ点光源Ｐ１ｒ（Ｐ１ｒ１，…，Ｐ１ｒｉ，…，Ｐ１ｒＮの集合を点光源Ｐ１ｒで表す。Ｐ１ｇ，Ｐ１ｂ等についても同様。），Ｐ１ｇ，Ｐ１ｂのそれぞれ色Ｒ，Ｇ，Ｂの情報が記録されているが、再生時には、図のように、ホログラム記録媒体２０上の各分割領域Ｃ１ｒ，Ｃ１ｇ，Ｃ１ｂを通ってそれぞれ平行な平面内を進行するように構成されている。特に、再生光は、ホログラム記録媒体２０に直交する平面内を進行するように構成されていることが好ましい。
【００２７】
これは、記録媒体２０の中程に位置する分割領域Ｃｍｒ，Ｃｍｇ，Ｃｍｂからの再生光や、記録媒体２０の下方に位置する分割領域ＣＭｒ，ＣＭｇ，ＣＭｂからの再生光についても同様である。
【００２８】
結局、仮想視点Ｅが記録媒体２０から十分に離れていると考えれば、分割領域Ｃ１ｒ，Ｃ１ｇ，Ｃ１ｂからは、それぞれ点光源Ｐ１ｒ，Ｐ１ｇ，Ｐ１ｂに関する色Ｒ，Ｇ，Ｂの再生光が得られ、分割領域Ｃｍｒ，Ｃｍｇ，Ｃｍｂからは、それぞれ点光源Ｐｍｒ，Ｐｍｇ，Ｐｍｂに関する色Ｒ，Ｇ，Ｂの再生光が得られ、分割領域ＣＭｒ，ＣＭｇ，ＣＭｂからは、それぞれ点光源ＰＭｒ，ＰＭｇ，ＰＭｂに関する色Ｒ，Ｇ，Ｂの再生光が得られることになり、点光源Ｐ１ｒ，Ｐ１ｇ，Ｐ１ｂ，…，Ｐｍｒ，Ｐｍｇ，Ｐｍｂ，…，ＰＭｒ，ＰＭｇ，ＰＭｂから構成されるカラー原画像１０が高い色再現性をもって観察されることになる。
【００２９】
なお、図４では、仮想視点Ｅには分割領域Ｃｍｒ，Ｃｍｇ，Ｃｍｂからの再生光のみが進行しているように見えるが、実際には、ホログラム記録媒体２０の波長分散により、所定の波長とわずかにずれた波長の光が、上端の分割領域Ｃ１ｒ，Ｃ１ｇ，Ｃ１ｂ乃至下端の分割領域ＣＭｒ，ＣＭｇ，ＣＭｂの全分割領域から仮想視点Ｅに進行するので、仮想視点Ｅでは、原画像（物体）１０の上端から下端までの像を見ることができる。
【００３０】
このように、再生時に、各色成分の再生光がホログラム記録媒体２０上の各分割領域Ｃｍｒ，Ｃｍｇ，Ｃｍｂを通ってそれぞれ平行な平面内を進行するように構成されているので、上端から下端までの全分割領域Ｃｍｒ，Ｃｍｇ，Ｃｍｂで、同じ色に関してはそれぞれ同じ垂直方向の空間周波数となる。すなわち、赤色Ｒの垂直方向の空間周波数は上端から下端までの赤色Ｒの分割領域Ｃｍｒですべて同じであり、緑色Ｇの垂直方向の空間周波数は上端から下端までの緑色Ｇの分割領域Ｃｍｇですべて同じであり、青色Ｂの垂直方向の空間周波数は上端から下端までの青色Ｂの分割領域Ｃｍｂですべて同じである。したがって、同じ色の垂直方向の空間周波数に対しては分割領域ごとに計算し直す必要がない。
【００３１】
特に、再生光が、ホログラム記録媒体２０に直交する平面内を進行するように構成されている場合、再生光の進む角度を考慮する必要がなくなり、計算負荷がより少なくなる。
【００３２】
また、ホログラムからの観察距離の設定も不要となり、どんな観察位置の場合にも作製可能である。さらに、上端の場合、視線方向に光が向かう場合と比べ、より上方からも見え、下端の場合、視線方向に光が向かう場合に比べ、より下方からも見えるので、ホログラムの上端から下端まで垂直方向の視域が広くなる。
【００３３】
なお、本実施形態では、色Ｒ，Ｇ，Ｂに対して、それぞれ別の位置で原画像１０をサンプリングしたが、色Ｒ，Ｇ，Ｂに対して共通の位置で原画像１０をサンプリングし、そのサンプリング位置から平行移動することにより色Ｒ，Ｇ，Ｂそれぞれの光源位置を定めてもよい。
【００３４】
この場合、まず、図５に示すように、原画像１０に対して、スライス面及び単位領域を定め、合計Ｍ個の単位領域Ａ１，Ａ２，Ａ３，…，Ａｍ，…ＡＭに分割し、色Ｒ，Ｇ，Ｂに対して共通のサンプリング位置を定める。
【００３５】
次に、図６に示すように、色Ｒ，Ｇ，Ｂに対応する分割領域Ａ１ｒ，Ａ１ｇ，Ａ１ｂ，…Ａｍｒ，Ａｍｇ，Ａｍｂ，…ＡＭｒ，ＡＭｇ，ＡＭｂをそれぞれ定め、各分割領域Ａ１ｒ，Ａ１ｇ，Ａ１ｂ，…Ａｍｒ，Ａｍｇ，Ａｍｂ，…ＡＭｒ，ＡＭｇ，ＡＭｂの中心に図５に示した共通のサンプリング位置から平行移動することにより、色Ｒ，Ｇ，Ｂそれぞれの光源位置を定める。
【００３６】
このように、原画像１０に対する分割領域を合計Ｍ個の単位領域Ａ１，Ａ２，Ａ３，…，Ａｍ，…ＡＭとし、色Ｒ，Ｇ，Ｂに対して共通の位置でサンプリングすることにより、色ずれの発生をなくすことができる。
【００３７】
また、原画像１０に対して、点光源Ｐ１ｒ，Ｐ１ｇ，Ｐ１ｂ，…Ｐｍｒ，Ｐｍｇ，Ｐｍｂ，…ＰＭｒ，ＰＭｇ，ＰＭｂではなく、図７に示すように、線光源Ｌ１ｒ，Ｌ１ｇ，Ｌ１ｂ，…Ｌｍｒ，Ｌｍｇ，Ｌｍｂ，…ＬＭｒ，ＬＭｇ，ＬＭｂを適用してもよい。
【００３８】
このような線光源Ｌ１ｒ，Ｌ１ｇ，Ｌ１ｂ，…Ｌｍｒ，Ｌｍｇ，Ｌｍｂ，…ＬＭｒ，ＬＭｇ，ＬＭｂを適用する場合を説明する。
【００３９】
この場合、まず、原画像１０に対して、スライス面及び単位領域Ａ１，Ａ２，Ａ３，…，Ａｍ，…ＡＭを定め、それぞれの単位領域Ａ１，Ａ２，Ａ３，…，Ａｍ，…ＡＭを色Ｒ，Ｇ，Ｂに対応する分割領域Ａ１ｒ，Ａ１ｇ，Ａ１ｂ，…Ａｍｒ，Ａｍｇ，Ａｍｂ，…ＡＭｒ，ＡＭｇ，ＡＭｂに分割する。
【００４０】
そして、図８に示すように、例えば、線光源Ｌｍｒｉからの物体光と参照光Ｒφとの干渉縞を記録媒体２０上に記録する場合を考える。
【００４１】
ここで、線光源Ｌｍｒｉは、記録面２０に対して平行で、長さｈの線分から構成されているものとする。より具体的には、図８に示す例では、Ｙ軸に平行になるように線光源Ｌｍｒｉを定義してあり、この線光源Ｌｍｒｉの中心が単位領域の点光源の基準点Ｐｍｒｉの位置にくるようにしてある。ここでは、分割領域Ａｍｒ，ＣｍｒがＸ軸に平行になり、記録面２０がＸＹ平面上にくるようにＸＹＺ三次元座標系を定義してあるため、線光源ＬｍｒｉはＹ軸に平行になる。線光源Ｌｍｒｉは、一様な強度をもった線状の光放射要素であり、その強度値は、たとえば、原画像１０上の基準点Ｐｍｒｉが有する画素値に基づいて決定すればよい。一般に、線光源からの光は、波面が円筒状となるように広がってゆく光であり、基準点Ｐｍｒｉ上の線光源Ｌｍｒｉから進む物体光をＸＺ平面上に投影すると、図９に一点鎖線で示すような投影像が得られることになるが、これをＹＺ平面上に投影すると、図１０に一点鎖線で示すような投影像が得られることになる。
【００４２】
別言すれば、図８に示す系を上方向から観察すると、線光源Ｌｍｉからの物体光は図９に示すように放射状に広がってゆくことになるが、この系を横方向から観察すると、線光源Ｌｍｒｉからの物体光は、図１０に示すように、いずれも水平方向に進む光となる。結局、線光源Ｌｍｉからの物体光は、その広がり角に何ら制限を加えなくても、Ｙ軸方向について幅ｈをもった単位領域Ｃｍｒ内にのみ到達することになる。こうして、単位領域Ｃｍｒ内の各演算点について、線光源Ｌｍｒｉからの物体光と参照光Ｒφとの干渉波の強度が演算されることになり、単位領域Ｃｍｒ内に干渉縞が記録されることになる。
【００４３】
図８では、図示の便宜上、単位線分Ａｍｒ上の第ｉ番目の基準点Ｐｍｒｉ上に定義された線光源Ｌｍｒｉからの物体光と参照光Ｒφとの干渉縞が単位領域Ｃｍｒ内に記録される様子のみが示されているが、実際には、単位線分Ａｍｒ上にはＮ個の基準点Ｐｍｒ１〜ＰｍｒＮが定義されており、各基準点の位置にそれぞれ線光源Ｌｍｒ１〜ＬｍｒＮが定義される（いずれの線光源も長さｈを有し、その中心が単位線分Ａｍｒ上にくるように、Ｙ軸に平行な向きに配置されている）。したがって、単位領域Ｃｍｒ内には、Ｎ個の線光源Ｌｍｒｉ〜ＬｍｒＮからの各物体光と参照光Ｒφとの干渉縞が重ねて記録されることになる。
【００４４】
また、図７に示すように、原画像１０上には、所定ピッチｈをおいて互いに平行になるように、３Ｍ本の単位線分Ａ１ｒ，Ａ１ｇ，Ａ１ｂ，〜Ａｍｒ，Ａｍｇ，Ａｍｂ，〜ＡＭｒ，ＡＭｇ，ＡＭｂが定義されており（いずれもＸＺ平面に平行な線分もしくは曲線分となる）、これらすべての単位線分上にそれぞれ複数の基準点が定義され、各基準点について、それぞれ各単位線分に垂直となる（Ｙ軸に平行となる）線光源が定義されている。したがって、図７に示す３Ｍ個のすべての分割領域Ｃ１ｒ，Ｃ１ｇ，Ｃ１ｂ，〜Ｃｍｒ，Ｃｍｇ，Ｃｍｂ，〜ＣＭｒ，ＣＭｇ，ＣＭｂについて、それぞれ対応する単位線分Ａ１ｒ，Ａ１ｇ，Ａ１ｂ，〜Ａｍｒ，Ａｍｇ，Ａｍｂ，〜ＡＭｒ，ＡＭｇ，ＡＭｂ上の複数の基準点に定義された線光源からの物体光と参照光との干渉縞が記録されることになる。
【００４５】
図１１は、線光源を用いた場合に、同一の干渉縞パターンの繰り返しが生じる理由を示すモデルである。まず、線光源Ｌｍｒｉからは、いずれの部分からも、図の右方向に物体光Ｏが照射される。ここで、線光源Ｌｍｒｉは、長さ方向に均一な強度をもった光源であり、しかも記録媒体２０に対して平行であるから、記録媒体２０上で長さｈをもった単位領域内のどの位置についても、物体光Ｏは同一の条件で照射されていることになり、その振幅強度および位相は全く同一になる。このように、物体光Ｏが全く同一条件で照射されているにもかかわらず、この単位領域に干渉縞パターンが形成されるのは、参照光Ｒφの位相が各部分で異なるためである。
【００４６】
いま、参照光Ｒφを構成する光束として、図示のように、５本の光束Ｒ１〜Ｒ５を考える。もともと参照光Ｒφは、空間的にコヒーレントな光であるから、この５本の光束の位相はすべて揃っている。しかしながら、記録媒体２０に対しては、斜めの角度φで入射するため、記録面２０に到達するまでの光路長はそれぞれで異なり、到達点Ｆ１〜Ｆ５におけるそれぞれの位相は互いに異なることになる。たとえば、光束Ｒ１の光路長よりも光束Ｒ２の光路長は所定長だけ長くなり、光束Ｒ２の光路長よりも光束Ｒ３の光路長は所定長だけ長くなる。ここでは、この光路長の差がちょうど１波長分であったとすると、点Ｆ１，Ｆ２では、参照光Ｒφの位相が２πだけ異なっていることになり、到達点Ｆ２，Ｆ３でも、参照光Ｒφの位相が２πだけ異なっていることになる。結局、５つの到達点Ｆ１〜Ｆ５の間では、いずれも参照光Ｒφの位相が２πずつずれていることになる。このような理由から、記録媒体２０上には、周期ｄをもった同一の干渉縞パターンが４回繰り返し現れることになる。
【００４７】
この原理を色Ｒ，Ｇ，Ｂに対して、同じ色ごとの分割領域に適用した場合、色Ｒの垂直方向の空間周波数が分割領域Ｃｍｒで共通、色Ｇの垂直方向の空間周波数が分割領域Ｃｍｇで共通、色Ｂの垂直方向の空間周波数が分割領域Ｃｍｂで共通となるので、色Ｒ，Ｇ，Ｂごとのそれぞれの垂直方向の空間周波数が一定となり、その逆数の周期も一定となる。したがって、色Ｒ，Ｇ，Ｂごとに加工アドレスの整数倍の周期を設定すれば、同じパターンの繰り返し加工で目的の干渉縞パターンを加工することができ、分割領域Ｃｍｒ，Ｃｍｇ，Ｃｍｂの全部の干渉縞パターンを演算する必要がなく、演算負荷が減少する。さらに、加工用データ量も少なくて済み、加工負荷も低くなる。
【００４８】
次に、以上の本発明の計算機合成ホログラム（ＣＧＨ）の作製方法をフローチャートに基づいて説明する。
【００４９】
ＣＧＨの作製方法はよく知られており（例えば、非特許文献１参照）、ＣＧＨの例として、干渉縞の強度分布を記録したバイナリホログラムであって、再生像が水平方向の視差のみを持ち、上方からの白色光で観察される場合について、その概要を説明すると、図１２に示すように、ステップＳＴ１で、ＣＧＨ化する物体（原画像１０）の形状が定義される。次いで、ステップＳＴ２で、物体、ＣＧＨ面（記録媒体２０の記録面）、参照光の空間配置が定義される。次いで、ステップＳＴ３で、物体は、水平面でのスライスにより垂直方向に上記の分割領域に分割され、さらにスライス面上で点光源の集合（点光源アレイ）に置き換えられる。そして、ステップＳＴ４で、これらの空間配置に基き、ＣＧＨ面上に定義された分割領域の各サンプル点において、物体を構成する各点光源から到達する光と参照光との干渉縞の強度が演算により求められ、干渉縞データが得られる。次に、ステップＳＴ５で、得られた干渉縞データは量子化された後、ステップＳＴ６で、ＥＢ描画用矩形データに変換され、ステップＳＴ７で、ＥＢ描画装置により媒体に記録され、ＣＧＨが得られる。
【００５０】
なお、以上の方法において、分割領域上の演算点Ｑでの物体光の振幅と位相の記録には、上記で説明したような参照光との干渉による干渉縞で記録する方法以外に、特許文献２、３に記載されているように１面に溝を持った３次元セルの溝の深さで位相を、溝の幅で振幅を記録する方法でもよい。
【００５１】
あるいは、非特許文献１に記載されたＡ．Ｗ．Ｌｏｈｍａｎｎ等の方法、Ｌｅｅの方法等で振幅と位相を記録するようにしてもよい。
【００５２】
また、原画像１０の個々の分割領域に配置する点光源アレイの色としても、上記のようにＲＧＢの３原色に限定されず、他の色（波長）の組み合わせでもよく、さらには、３色ではなく、２色あるいは４色以上であってもよい。２色とする場合は、３色と比較してデータ量を減らすことができる。４色以上の場合は、３色と比較して色域を広げることができる。
【００５３】
次に、本発明のような計算機合成ホログラムの解像度の高いカラー化の手法を他のタイプの計算機合成ホログラムに適用することもできる。
【００５４】
まず、特許文献４で提案された計算機合成ホログラムに適用する場合を説明する。図１３に示すように、ｚ軸に沿ってプラス方向に仮想点光源群１１、ＣＧＨ１２、観察者Ｍの順に配置し、ｙ軸に垂直な多数のスライス面で仮想点光源群１１とＣＧＨ１２を区切り、そのスライス面内に仮想点光源Ｑi （ｘ1 ，ｙ1 ，ｚ1 ）からＣＧＨ１２への物体波の入射が制限されている。そのスライス面内で、仮想点光源Ｑi （ｘ1 ，ｙ1 ，ｚ1 ）から視差１方向に出る物体波１には、第１の画像Ｉ1 例えば文字“Ａ”の画素位置ｉでの濃度を振幅として持った波とし、視差２方向に出る物体波１には、第２の画像Ｉ2 例えば文字“Ｂ”の画素位置ｉでの濃度を振幅として持った波とし、同様に、視差８方向に出る物体波１には、第８の画像Ｉ8 例えば文字“Ｈ”の画素位置ｉでの濃度を振幅として持った波とし、これらの“Ａ”、“Ｂ”、・・・、“Ｈ”の画素位置ｉでの濃度を視差方向に応じて同時に持った物体波１を合成する。その物体波１の位相と振幅をホログラフィックに記録することにより、視差方向に応じて異なる画像Ｉ1 、Ｉ2 、・・・、Ｉm が選択的に再生可能なＣＧＨ１２が得られる。
【００５５】
すなわち、ホログラムの観察側と反対側に空間的に仮想点光源群が設定され、かつ、仮想点光源群の面とホログラムの面を横切る平行な多数のスライス面が設定され、スライス面内の仮想点光源群の各々の仮想点光源からそのスライス面内で観察側へ発散する発散光の放射輝度角度分布が角度分割されて、それぞれの分割角度内では仮想点光源群の面に位置する別々の画像のその仮想点光源位置での画素の濃度あるいはその濃度と一定の関係にある値に等しい振幅の点からそのスライス面内で発散する発散光に等しいものに設定されてなる発散光が物体光として仮想点光源群の発散光入射側の何れかの位置で記録されてなる計算機合成ホログラムである。
【００５６】
また、特許文献４で提案されているもう１つの計算機合成ホログラムは、図１４に示すように、ｚ軸に沿ってプラス方向にＣＧＨ１２、仮想集光点群１３、観察者Ｍの順に配置し、ｙ軸に垂直な多数のスライス面でＣＧＨ１２と仮想集光点群１３を区切り、そのスライス面内にＣＧＨ１２から仮想集光点Ｑi （ｘ1 ，ｙ1 ，ｚ1 ）に物体波の入射が制限されている。そのスライス面内で、仮想集光点Ｑi （ｘ1 ，ｙ1 ，ｚ1 ）に一旦収束して視差１方向に出る物体波１には、第１の画像Ｉ1 例えば文字“Ａ”の画素位置ｉでの濃度を振幅として持った波とし、視差２方向に出る物体波１には、第２の画像Ｉ2 例えば文字“Ｂ”の画素位置ｉでの濃度を振幅として持った波とし、同様に、視差８方向に出る物体波１には、第８の画像Ｉ8 例えば文字“Ｈ”の画素位置ｉでの濃度を振幅として持った波とし、これらの“Ａ”、“Ｂ”、・・・、“Ｈ”の画素位置ｉでの濃度を視差方向に応じて同時に持った物体波１を合成する。その物体波１の位相と振幅をホログラフィックに記録することにより、視差方向に応じて異なる画像Ｉ1 、Ｉ2 、・・・、Ｉm がＣＧＨ１２が得られる。
【００５７】
すなわち、ホログラムの観察側に空間的に仮想集光点群が設定され、かつ、ホログラムの面と仮想集光点群の面を横切る平行な多数のスライス面が設定され、スライス面内の仮想集光点群の各々の仮想集光点に観察側と反対側からそのスライス面内で入射する収束光の輝度角度分布が角度分割されて、それぞれの分割角度内では仮想集光点群の面に位置する別々の画像のその仮想集光点位置での画素の濃度あるいはその濃度と一定の関係にある値に等しい振幅の点に収束する収束光に等しいものに設定されてなる収束光が物体光として仮想集光点群の収束光入射側の何れかの位置で記録されてなる計算機合成ホログラムである。
【００５８】
このような特許文献４で提案されている計算機合成ホログラムにおいて、フルカラーの画像を記録・再生可能にするには、図１〜図４で説明したように、ＣＧＨ１２の面が各スライス面と交差する領域をそのスライス面に平行な３つの分割領域に分割し、一方、仮想点光源Ｑi （ｘ1 ，ｙ1 ，ｚ1 ）からはＲＧＢ３色の光を発散させてＲ、Ｇ、Ｂの色成分をその３つの分割領域に別々に入射させて記録するか、仮想集光点Ｑi （ｘ1 ，ｙ1 ，ｚ1 ）にはＣＧＨ１２のその３つの分割領域からそれぞれＲ、Ｇ、Ｂの色成分が集光するようにしてもよいが、この方式では、図１〜図４の計算機合成ホログラムと同様に、微細な構造を持つ物体を記録媒体に記録しようとした場合、記録媒体上に設定する単位領域の幅を決めると、解像度はその幅に限定されることになる。
【００５９】
そこで、ｙ軸に垂直なスライス面の密度を３倍にして、その多数のスライス面にスライス面に直交する方向に周期的にＲＧＢを割り当て、Ｒのスライス面内では、仮想点光源から発散する光あるいは仮想集光点へ集光する光を色Ｒとし、Ｇのスライス面内では、仮想点光源から発散する光あるいは仮想集光点へ集光する光を色Ｇとし、Ｂのスライス面内では、仮想点光源から発散する光あるいは仮想集光点へ集光する光を色Ｂとすることで、図１〜図４の計算機合成ホログラムと同様に、再生像の解像度は、仮想点光源群１１あるいは仮想集光点群１３に設定する点光源あるいは集光点の密度によって決まるので、ＣＧＨ１２の面上での分割領域の寸法（幅）を同じとするなら、点光源あるいは集光点の密度が３倍になっている分、解像度は高くなり微細な構造を持つ物体を記録することが可能になる。ただし、色パターンの再現性については同程度である。
【００６０】
以上の物体光の複素振幅が記録され観察方向に応じて複数の画像が選択的に再生可能な計算機合成ホログラムは、ホログラムの観察側と反対側に空間的に仮想点光源群が設定され、かつ、仮想点光源群の面とホログラムの面を横切る平行な多数のスライス面が設定され、その多数のスライス面にスライス面に直交する方向に周期的に複数の異なる波長の光が割り当てられ、各スライス面内では、仮想点光源から発散する光の波長をその割り当てられた波長とし、スライス面内の仮想点光源群の各々の仮想点光源からそのスライス面内で観察側へ発散する発散光の放射輝度角度分布が角度分割されて、それぞれの分割角度内では仮想点光源群の面に位置する別々の画像のその仮想点光源位置での画素の対応する波長の濃度あるいはその濃度と一定の関係にある値に等しい振幅の点からそのスライス面内で発散する発散光に等しいものに設定されてなる発散光が物体光として仮想点光源群の発散光入射側の何れかの位置で記録されてなる計算機合成ホログラムとなる。
【００６１】
もう１つの物体光の複素振幅が記録され観察方向に応じて複数の画像が選択的に再生可能な計算機合成ホログラムは、ホログラムの観察側に空間的に仮想集光点群が設定され、かつ、ホログラムの面と仮想集光点群の面を横切る平行な多数のスライス面が設定され、その多数のスライス面にスライス面に直交する方向に周期的に複数の異なる波長の光が割り当てられ、各スライス面内では、仮想集光点に集光する光の波長をその割り当てられた波長とし、スライス面内の仮想集光点群の各々の仮想集光点に観察側と反対側からそのスライス面内で入射する収束光の輝度角度分布が角度分割されて、それぞれの分割角度内では仮想集光点群の面に位置する別々の画像のその仮想集光点位置での画素の対応する波長の濃度あるいはその濃度と一定の関係にある値に等しい振幅の点に収束する収束光に等しいものに設定されてなる収束光が物体光として仮想集光点群の収束光入射側の何れかの位置で記録されてなる計算機合成ホログラムとなる。
【００６２】
次に、特許文献５で提案された計算機合成ホログラムに適用する場合を説明する。図１５に示すように、ｚ軸に沿ってプラス方向に仮想点光源群１１、物体１００、ＣＧＨ１２、観察者Ｍの順に配置し、ｙ軸に垂直な多数のスライス面で仮想点光源群１１と物体１００とＣＧＨ１２を区切り、そのスライス面内に仮想点光源Ｑi （ｘ1 ，ｙ1 ，ｚ1 ）からＣＧＨ１２への物体波の入射が制限されている。そのスライス面内で、ＣＧＨ１２として記録再生可能にする３次元物体１００の観察側と反対側に多数の仮想点光源Ｑi （ｘ1 ，ｙ1 ，ｚ1 ）を設定し、各仮想点光源Ｑi から発散する発散光の輝度角度分布を、観察側からその３次元物体１００を通してその仮想点光源Ｑi を見たときのその３次元物体１００表面の輝度角度分布と等しいものに設定し、このような仮想点光源Ｑi からの発散光をＣＧＨ１２の面で相互に重畳させて、その重畳された位相と振幅をホログラフィックに記録することにより、３次元物体１００を再生可能なＣＧＨ１２が得られる。
【００６３】
すなわち、ホログラムの観察側と反対側に空間的に仮想点光源群が設定され、かつ、仮想点光源群の面とホログラムの面を横切る平行な多数のスライス面が設定され、スライス面内の仮想点光源群の各々の仮想点光源からそのスライス面内で観察側へ発散する発散光の輝度角度分布が、観察側から当該仮想点光源をそのスライス面内で見たときの記録すべき物体表面の輝度角度分布と等しいものに設定されており、かつ、仮想点光源各々から発散する発散光が相互に重畳して物体光として仮想点光源群の観察側の何れかの位置で記録されてなる計算機合成ホログラムである。
【００６４】
また、特許文献５で提案されているもう１つの計算機合成ホログラムは、図１６に示すように、ｚ軸に沿ってプラス方向にＣＧＨ１２、物体１００、仮想集光点群１３、観察者Ｍの順に配置し、ｙ軸に垂直な多数のスライス面でＣＧＨ１２と物体１００と仮想集光点群１３を区切り、そのスライス面内にＣＧＨ１２から仮想集光点Ｑi （ｘ1 ，ｙ1 ，ｚ1 ）に物体波の入射が制限されている。そのスライス面内で、ＣＧＨ１２として記録再生可能にする３次元物体１００の観察側に多数の仮想集光点Ｑi （ｘ1 ，ｙ1 ，ｚ1 ）を設定し、各仮想集光点Ｑi に物体側から入射する収束光の輝度角度分布を、観察側から仮想集光点Ｑi を通してその３次元物体１００を見たときのその３次元物体１００表面の輝度角度分布と等しいものに設定し、このような仮想集光点Ｑi に入射する収束光をＣＧＨ１２の面で相互に重畳させて、その重畳された位相と振幅をホログラフィックに記録することにより、３次元物体１００を再生可能なＣＧＨ１２が得られる。
【００６５】
すなわち、ホログラムの観察側に空間的に仮想集光点群が設定され、かつ、ホログラムの面と仮想集光点群の面を横切る平行な多数のスライス面が設定され、スライス面内の仮想集光点群の各々の仮想集光点に観察側と反対側からそのスライス面内で入射する収束光の輝度角度分布が、当該仮想集光点を通して観察側からそのスライス面内で見たときの記録すべき物体表面の輝度角度分布と等しいものに設定されており、かつ、仮想集光点各々に入射する収束光が相互に重畳して物体光として仮想集光点群の観察側と反対側の何れかの位置で記録されてなる計算機合成ホログラムである。
【００６６】
この場合も、図１〜図４の場合と同様に、ｙ軸に垂直なスライス面の密度を３倍にして、その多数のスライス面にスライス面に直交する方向に周期的にＲＧＢを割り当て、Ｒのスライス面内では、仮想点光源から発散する光あるいは仮想集光点へ集光する光を色Ｒとし、Ｇのスライス面内では、仮想点光源から発散する光あるいは仮想集光点へ集光する光を色Ｇとし、Ｂのスライス面内では、仮想点光源から発散する光あるいは仮想集光点へ集光する光を色Ｂとすることで、図１〜図４の計算機合成ホログラムと同様に、再生像の解像度は、仮想点光源群１１あるいは仮想集光点群１３に設定する点光源あるいは集光点の密度によって決まるので、ＣＧＨ１２の面上での分割領域の寸法（幅）を同じとするなら、点光源あるいは集光点の密度が３倍になっている分、解像度は高くなり微細な構造を持つ物体を記録することが可能になる。ただし、色パターンの再現性については同程度である。
【００６７】
以上の物体光の複素振幅が記録され立体物が再生可能な計算機合成ホログラムは、ホログラムの観察側と反対側に空間的に仮想点光源群が設定され、かつ、仮想点光源群の面とホログラムの面を横切る平行な多数のスライス面が設定され、その多数のスライス面にスライス面に直交する方向に周期的に複数の異なる波長の光が割り当てられ、各スライス面内では、仮想点光源から発散する光の波長をその割り当てられた波長とし、スライス面内の仮想点光源群の各々の仮想点光源からそのスライス面内で観察側へ発散する発散光の輝度角度分布が、観察側から当該仮想点光源をそのスライス面内で見たときの記録すべき物体表面の対応する波長の輝度角度分布と等しいものに設定されており、かつ、仮想点光源各々から発散する発散光が相互に重畳して物体光として仮想点光源群の観察側の何れかの位置で記録されてなる計算機合成ホログラムとなる。
【００６８】
もう１つの物体光の複素振幅が記録され立体物が再生可能な計算機合成ホログラムは、ホログラムの観察側に空間的に仮想集光点群が設定され、かつ、ホログラムの面と仮想集光点群の面を横切る平行な多数のスライス面が設定され、その多数のスライス面にスライス面に直交する方向に周期的に複数の異なる波長の光が割り当てられ、各スライス面内では、仮想集光点に集光する光の波長をその割り当てられた波長とし、スライス面内の仮想集光点群の各々の仮想集光点に観察側と反対側からそのスライス面内で入射する収束光の輝度角度分布が、当該仮想集光点を通して観察側からそのスライス面内で見たときの記録すべき物体表面の対応する波長の輝度角度分布と等しいものに設定されており、かつ、仮想集光点各々に入射する収束光が相互に重畳して物体光として仮想集光点群の観察側と反対側の何れかの位置で記録されてなる計算機合成ホログラムとなる。
【００６９】
以上、本発明の計算機合成ホログラム及びその作製方法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。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明による計算機合成ホログラムの記録方法の概念の１実施例を示す斜視図である。
【図２】図１の演算処理の概念を説明するための上面図である。
【図３】図１、図２の本発明の計算機合成ホログラムの作製方法を模式的に示す図である。
【図４】図１の方法で記録されたカラー原画像を再生している状態を示す側面図である。
【図５】原画像上のＲＧＢ共通のサンプリング点を示す図である。
【図６】図５のサンプリング点を平行移動したＲＧＢそれぞれのサンプリング点を示す図である。
【図７】原画像上のＲＧＢそれぞれの線光源を示す図である。
【図８】原画像上の線光源からの物体光を記録面２０に記録する方法を示す斜視図である。
【図９】点光源から照射される物体光の進行方向を示す図である。
【図１０】線光源から照射される物体光の進行方向を示す図である。
【図１１】線光源からの物体光と参照光との干渉縞を記録した際の再生光の進行方向を示す側面図である。
【図１２】本発明による計算機合成ホログラムの作製過程の概要を説明するためのフロー図である。
【図１３】本発明の手法が適用可能な他のタイプの計算機合成ホログラムの原理を説明するための図である。
【図１４】本発明の手法が適用可能な他のタイプの計算機合成ホログラムの原理を説明するための図である。
【図１５】本発明の手法が適用可能な他のタイプの計算機合成ホログラムの原理を説明するための図である。
【図１６】本発明の手法が適用可能な他のタイプの計算機合成ホログラムの原理を説明するための図である。
【図１７】従来の計算機合成ホログラムの記録方法を示す斜視図である。
【図１８】従来例において記録媒体の各単位領域を３分割して分割領域を形成する様子を示す平面図である。
【図１９】図１７の演算処理の概念を説明するための上面図である。
【図２０】図１７の方法で記録されたカラー原画像を再生している状態を示す側面図である。
【符号の説明】
【００７１】
１０…原画像
２０…記録媒体（記録面）
１００…物体
Ａ１ｒ，Ａ１ｇ，Ａ１ｂ，Ａ２ｒ，Ａ２ｇ，Ａ２ｂ，…，Ａｍｒ，Ａｍｇ，Ａｍｂ，…，ＡＭｒ，ＡＭｇ，ＡＭｂ…原画像の分割領域
Ｃ１ｒ，Ｃ１ｇ，Ｃ１ｂ，Ｃ２ｒ，Ｃ２ｇ，Ｃ２ｂ，…，Ｃｍｒ，Ｃｍｇ，Ｃｍｂ，…，ＣＭｒ，ＣＭｇ，ＣＭｂ…記録媒体の分割領域
Ｐｍｒ１〜ＰｍｒＮ…色Ｒの光を発する点光源
Ｐｍｇ１〜ＰｍｇＮ…色Ｇの光を発する点光源
Ｐｍｂ１〜ＰｍｂＮ…色Ｂの光を発する点光源
Ｑ…演算点
Ｏｍｒ１〜ＯｍｒＮ…色Ｒの物体光
Ｏｍｇ１〜ＯｍｇＮ…色Ｇの物体光
Ｏｍｂ１〜ＯｍｂＮ…色Ｂの物体光
Ｌθｍｒ…参照光
Ｌｗ…白色照明光
Ｐ１ｒ（Ｐ１ｒ１，…，Ｐ１ｒｉ，…，Ｐ１ｒＮの集合）…色Ｒの光を発する点光源
Ｐ１ｇ（Ｐ１ｇ１，…，Ｐ１ｇｉ，…，Ｐ１ｇＮの集合）…色Ｇの光を発する点光源
Ｐ１ｂ（Ｐ１ｂ１，…，Ｐ１ｂｉ，…，Ｐ１ｂＮの集合）…色Ｂの光を発する点光源
【特許請求の範囲】
【請求項１】
計算機を用いた演算を利用して所定の記録媒体上に複数の波長により表現されたカラー原画像の振幅情報と位相情報を記録した計算機合成ホログラムにおいて、
ホログラムの記録面上に多数の平行な切断面によって水平方向に分割することで多数の線状の分割領域が設定され、
多数の分割領域を横断する方向に周期的に異なる波長に対応する振幅情報と位相情報とが記録されており、
所定の照明により再生した場合に、各分割領域に記録された振幅情報と位相情報とから回折された周期的に異なる波長の再生光が、前記ホログラム記録面上の前記各分割領域を通ってそれぞれ平行な平面内を進行するように構成されていることを特徴とする計算機合成ホログラム。
【請求項２】
前記再生光は、前記ホログラム記録面に直交する平面内を進行するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の計算機合成ホログラム。
【請求項３】
同一の分割領域に属する個々の点には、原画像の同一部分に関する情報が記録されており、異なる分割領域に属する個々の点には、原画像の対応する異なる部分に関する情報が記録されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の計算機合成ホログラム。
【請求項４】
各分割領域に記録された振幅情報と位相情報が物体光と参照光との干渉縞として記録されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の計算機合成ホログラム。
【請求項５】
各分割領域に記録された振幅情報と位相情報が、溝の深さで位相を、溝の幅で振幅を記録した１面に溝を持った３次元セルとして記録されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の計算機合成ホログラム。
【請求項６】
分割領域に記録されている周期的に異なる波長が３つであり、それぞれ赤色、緑色、青色の波長であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の計算機合成ホログラム。
【請求項１】
計算機を用いた演算を利用して所定の記録媒体上に複数の波長により表現されたカラー原画像の振幅情報と位相情報を記録した計算機合成ホログラムにおいて、
ホログラムの記録面上に多数の平行な切断面によって水平方向に分割することで多数の線状の分割領域が設定され、
多数の分割領域を横断する方向に周期的に異なる波長に対応する振幅情報と位相情報とが記録されており、
所定の照明により再生した場合に、各分割領域に記録された振幅情報と位相情報とから回折された周期的に異なる波長の再生光が、前記ホログラム記録面上の前記各分割領域を通ってそれぞれ平行な平面内を進行するように構成されていることを特徴とする計算機合成ホログラム。
【請求項２】
前記再生光は、前記ホログラム記録面に直交する平面内を進行するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の計算機合成ホログラム。
【請求項３】
同一の分割領域に属する個々の点には、原画像の同一部分に関する情報が記録されており、異なる分割領域に属する個々の点には、原画像の対応する異なる部分に関する情報が記録されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の計算機合成ホログラム。
【請求項４】
各分割領域に記録された振幅情報と位相情報が物体光と参照光との干渉縞として記録されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の計算機合成ホログラム。
【請求項５】
各分割領域に記録された振幅情報と位相情報が、溝の深さで位相を、溝の幅で振幅を記録した１面に溝を持った３次元セルとして記録されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の計算機合成ホログラム。
【請求項６】
分割領域に記録されている周期的に異なる波長が３つであり、それぞれ赤色、緑色、青色の波長であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の計算機合成ホログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【公開番号】特開２００９−８６１４５（Ｐ２００９−８６１４５Ａ）
【公開日】平成２１年４月２３日（２００９．４．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２５３８００（Ｐ２００７−２５３８００）
【出願日】平成１９年９月２８日（２００７．９．２８）
【出願人】（０００００２８９７）大日本印刷株式会社 (14,506)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年４月２３日（２００９．４．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年９月２８日（２００７．９．２８）
【出願人】（０００００２８９７）大日本印刷株式会社 (14,506)
【Ｆターム（参考）】
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