JPH0627864A

JPH0627864A - 計算機ホログラムの作成方法及び装置

Info

Publication number: JPH0627864A
Application number: JP18328792A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Kato; 雅之加藤; Takakazu Aritake; 敬和有竹
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1992-07-10
Filing date: 1992-07-10
Publication date: 1994-02-04

Abstract

(57)【要約】【目的】立体像を表示するホログラムの作成方法及び装
置に関し、特に計算機によって求めたホログラム干渉縞
（位相分布）を媒体に記録する計算機ホログラムの作成
方法及び装置に関する【構成】３次元形状データを基にし、所定の波面で再生
することを前提にストライプ領域に分けたホロムグラム
の１次元位相分布（干渉縞）を計算してフーリエ級数に
展開し、フーリエ級数の各項の単一空間周波数の位相分
布を、第１項は均一強度のバイアス光とし第２項以降は
２つの平面波光束を各項で決まる交差角で発生し、ホロ
グラム作成空間のストライプ領域に各項の光を集めて加
算することで計算された位相分布と同一又は類似の光強
度分布を発生させ、光感度を有する媒体上で垂直方向の
隣合わせに位置をずらしながら記録して１画面分のホロ
グラム干渉縞を作成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、立体像を表示するホロ
グラムの作成方法及び装置に関し、特に計算機によって
求めたホログラム干渉縞（位相分布）を媒体に記録する
計算機ホログラムの作成方法及び装置に関する。立体表
示は３次元物体の奥行き、厚み等の構造を視覚的に理解
し易くする手段であり、設計された構造物の表示、医用
画像の表示等での要求が強い。また立体像は、２次元表
示に比べて迫力があり、遊園地や映画等の娯楽用表示に
も利用される。

【０００２】

【従来の技術】立体表示に関しては、既に種々の方法が
提案されている。特殊な眼鏡を装着せずに立体像を見る
ことのできるものにホログラムがある。これは、物体像
を光の干渉作用を利用して記録したものであり、静止物
体に関しては、カラーで奥行き感が充分にあるものが製
作されている。

【０００３】架空の物体のホログラムは、物体波と参照
波を干渉させる通常のホログラム作成方法では作ること
ができない。そこで、３次元のに形状データから種々の
方向から見た時の２次元画像を計算し、ホログラム干渉
露光によって、水平方向に微小な幅を持ち、垂直方向に
画面の幅を持つストライプ状の領域に逐次ホログラム干
渉縞を記録してゆくホログラフィック・ステレオグラム
方式がある。

【０００４】しかし、ホログラフィック・ステレオグラ
ム方式では基本的には２次元画像を見ることになり、眼
の焦点が合っている面と両眼視差によって視認する像の
位置が一致しない。従って、見にくさを伴い、疲労の原
因となる。特に画面より手前に像を表示する場合には、
眼に対する負担が大きくなり、好ましい立体表示とは言
えない。

【０００５】架空物体の自然な立体像（ホログラム）を
作成するためには、３次元の形状データからホログラム
の干渉縞（位相分布）を計算し、レーザ描画装置等を用
いて計算された位相分布を空間的に露光量を変えて記録
する方法がある。マサチューセッツ工科大学（ＭＩＴ）
のＢｅｎｔｏｎ教授らは、ホログラムを水平方向には画
面の幅を持ち、垂直方向には微小な幅を持つストライプ
状の領域に分割し、それぞれに水平方向の視差のみを保
存したホログラムを記録する方法を提案している（ＳＰ
ＩＥＰＲＯＣ．，Ｎｏ．１４６１−３７，ＰＰ２５４
−２６１，（１９９１））。

【０００６】膨大なホログラムの位相分布の計算量は、
垂直方向に視差を無くすことによって大幅に低減でき
る。ホログラム記録再生装置としては、音響光学素子に
変調された表面弾性波、即ち移動する干渉縞を発生さ
せ、走査鏡による追跡で干渉縞の像を静止させる方式と
している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、Ｂｅｎ
ｔｏｎ教授らのホログラム作成方法は、水平方向の視差
のみを分割されたストライプ状の領域に記録するため、
干渉縞を計算する上で有利であるが、ホログラム再生像
を直視する方式であり、ホログラム干渉縞をハードコピ
ーとして媒体上に記録したり、媒体に記録した干渉縞か
らホログラムを再生表示することができないという問題
があった。本発明は、このような従来の問題点に鑑みて
なされたもので、計算機で計算されたホログラムの干渉
縞（位相分布）を媒体に固定的に記録できるようにした
計算機ホログラムの作成方法及び装置を提供することを
目的とする。

【０００８】本発明の他の目的は、媒体に記録したホロ
グラム干渉縞からホログラムを再生表示するよう計算機
ホログラムの作成表示装置を提供する。本発明は、カラ
ーホログラムの干渉縞を媒体に記録して再生する計算機
ホログラムの作成表示装置を提供することを目的とす
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
本発明にあっては、次のように構成する。［計算機ホログラムの作成方法；請求項１，２］まず本
発明の計算機ホログラムの作成方法は、次の第１〜第４
過程から構成される。

【００１０】ホログラム作成領域（Ｌｘ×Ｌｙ）を、
水平方向に幅（Ｌｘ）をもち且つ垂直方向に微小な幅
（ΔＬｙ）をもった複数のストライプ状の領域に分け、
任意の立体像の３次元形状データからストライプ領域毎
に水平方向の視差のみに依存したホログラムの干渉縞で
ある位相分布｛Ｆ（ｘ）｝を計算する第１過程；、第１過程で計算した各ストライプ領域毎の位相分布と
相関をもつ光強度分布をもつ平面波を順次発生する第２
過程；第２過程で各ストライプ領域毎に発生した平面波光束
をホログラム作成領域の１つのストライプ領域上に照射
する第３過程；第３過程で照射された光強度分布をホログラム干渉縞
の位相分布として順次ストライプ幅だけ位置をずらしな
がら光感度を有する媒体に記録する第４過程；ここで第
１過程では、ストライプ領域毎のホログラム干渉縞であ
る位相分布をフーリエ級数で展開し、

【００１１】

【数１】

【００１２】で表わす。また第２過程にあっては、この
式のフーリエ級数の第１項（Ａ₀ ／２）に対応して１つ
のストライプ領域の全域で一定の光強度分布となる平面
波を発生し、フーリエ級数の第２項｛Ａ１ｃｏｓ（２
πｘ／Ｌｘ−θ₁ ）以降については、各項の振幅（Ａ
ｎ）及び位相（θｎ）で決まる一定の光強度分布をもつ
２つの平面波光束を、次数が増加するほど交差角が大き
くなる角度（αｎ）で発生して各項の周期（Ｌｘ／ｎ）
をもつ余弦関数の光強度分布でなる干渉縞をホログラム
作成領域にストライプ領域毎に分けて形成する。［計算機ホログラムの作成装置；請求項３〜１４］まず
本発明の計算機ホログラムの作成装置は、ホログラム作
成領域（Ｌｘ×Ｌｙ）を、水平方向に幅（Ｌｘ）をもち
且つ垂直方向に微小な幅（ΔＬｙ）をもったストライプ
状の領域に分け、任意の立体像の３次元形状データから
前記ストライプ領域毎に水平方向の視差のみに依存した
ホログラム干渉縞を（１）式のフーリエ級数に展開し、
フーリエ級数の位相分布に従った水平方向の光強度分布
をもつホログラムを記録媒体上にストライプ領域毎に記
録する。

【００１３】このような計算機ホログラムの作成装置と
して本発明にあっては、コヒーレントな平面波を発生す
る平面波発生手段を設け、平面波発生手段からの平面波
光束を２光束発生手段に入射し、（１）式のフーリエ級
数の第１項（Ａ₀ ／２）に対応して１つのストライプ領
域の全域で一定の光強度分布（一定振幅）となる平面波
を発生する。

【００１４】また２光束発生手段は、（１）式のフーリ
エ級数の第２項｛Ａ１ｃｏｓ（２πｘ／Ｌｘ−θ₁ ）
以降については、各項の振幅（Ａｎ）及び位相（θｎ）
で決まる一定の光強度分布（振幅）をもつ２つの平面波
を、級数が増加するほど交差角αが大きくなる角度で発
生して各項の周期（Ｌｘ／ｎ）をもつ余弦関数の光強度
分布でなる単一空間周波数の余弦関数でなる干渉縞を各
ストライプ領域毎にホログラム作成領域で形成させる。

【００１５】２光束発生手段で各ストライプ領域毎に発
生した２つの平面波光束は偏向手段により記録媒体上の
１つのストライプ領域に集めて光学的に加算される。こ
の偏向手段による加算で得られたフーリエ級数に依存し
た水平方向での光強度分布は、記録媒体上でストライプ
領域毎に順次走査して記録される。２光束発生手段とし
ては、光束発生手段から入射した平面波光束の光強度を
フーリエ級数の各項の振幅（Ａｎ）に対応した光強度に
変調する振幅変調手段と、光束発生手段から入射した平
面波光束の位相をフーリエ級数の各項の位相（θｎ）に
変調する位相変調手段と、振幅変調手段および位相変調
手段を介して得られた平面波光束を入射しホログラム作
成空間で単一周波数の干渉縞を形成するように、フーリ
エ級数の各項で決まる交差角αをつけて２つの平面波光
束を発生する回折手段とを備える。

【００１６】振幅変調手段および位相変調手段として
は、透過率を独立して制御可能なストライプ状の領域を
平行に複数配列した液晶ディスプレイ装置を使用でき
る。また回折手段としては、入射光束を透過するとに前
記フーリエ級数の各項で決まる交差角αをつけて偏向さ
せる複数のストライプ型ホログラムを平行に並べたホロ
グラム板で構成することができる。このホログラム板に
は同時に偏向手段としての機能をもたせることができ
る。［計算機ホログラムの作成表示装置；請求項１５〜２
２］計算機ホログラムの作成装置に使用している平面波
発生手段および２光束発生手段に加え、２光束発生手段
で各ストライプ領域毎に発生した２つの平面波光束を記
録媒体上のホログラム形成領域の全域に照射して光学的
に加算させる偏向手段と、この偏向手段による偏向加算
で得られたフーリエ級数に依存した水平方向での光強度
分布を、ストライプ領域毎に順次記録するホログラム記
録手段と、ホログラム記録手段に記録されたホログラム
干渉縞からホログラム立体像を再生して視覚表示させる
ホログラム読出手段とを備える。

【００１７】ホログラムの記録機再生は、ＲＧＢ等のカ
ラーデータについても行うことができる。［計算機ホログラムの作成方法及び装置その２；請求項
２３〜３３］ホログラムの回折によりフーリエ級数の各
項で決まる交差角αをもつ２光束を発生させる場合、交
差角が小さくなる低次の空間周波数では、装置として実
現可能なホログラムからの数十センチの距離では光の回
折効果は十分に現われない。

【００１８】そこで、低次のフーリエ級数の位相項につ
いては、高次の光学系から独立した別の光学系とし、平
面波光束の振幅及び位相を変調した後に波面変換によ
り、フーリエ級数各項の周期（Ｌｘ／ｎ）をもつ余弦関
数の光強度分布でなる干渉縞をホログラム作成領域に形
成させる。この波面変換手段としては、２つの平面波光
束のストライプ状の領域を長手方向に圧縮した後に拡大
するシリンドリカルレンズと、シリンドリカルレンズに
よる光束の収束位置に配置されストライプ状の光束領域
の長手方向に各項の周期に従った２πの位相差をもつ表
面凹凸等の位相付与手段を形成し、光束の発散側に周期
的に位相が変化する波面、即ち２光束の交差干渉による
波面に等価な波面を生成する。

【００１９】

【作用】このような構成を備えた本発明の計算機ホログ
ラムの作成方法及び装置によれば、垂直方向に微小な幅
を持ち水平方向に画面の幅を持つストライプ状の領域の
ホログラムの位相分布（干渉縞）を３次元形状データか
ら算出してフーリエ級数に展開し、フーリエ級数の各項
で示される単一空間周波数の位相分布をストライプ領域
毎に個別に発生させて、光感度を有する媒体上で加算し
て得た光強度分布を記録することにより、計算されたホ
ログラムの位相分布と同一または類似したストライプ状
の位相分布を実現し、この位相分布を媒体上の垂直方向
での隣合わせに位置をずらして形成することによって、
水平方向の視差のみを再現した３次元表示を可能にする
ホログラムを作成する。

【００２０】このようにホログラム干渉縞を任意のスト
ライプ状態の１次元位相分布の配列として２次元的に形
成する場合、通常のホログラム干渉露光と同様、ストラ
イプ状の１次元位相分布は光強度分布として発生するた
め、ハードコピーとしてのホログラム干渉縞を媒体に記
録でき、また記録媒体からホログラムを再生して表示さ
せることができる。

【００２１】

【実施例】

目次１．計算機ホログラムの作成原理２．ホログラム作成の光学構造３．計算機ホログラム作成装置の第１実施例４．ホログラム作成手順５．計算機ホログラム作成装置の第２実施例６．計算機ホログラム作成表示装置の実施例７．計算機カラーホログラム作成表示装置の実施例８．計算機ホログラムの他の作成方法及び装置の実施例［１．計算機ホログラムの作成原理］図１は本発明のホ
ログラム作成方法により作成されるホログラム画面の説
明図である。

【００２２】図１において、ホログラム画面１０は画面
寸法として横Ｌｘ×縦Ｌｙの矩形画面であり、このホロ
グラム画面１０を横Ｌｘ×縦ΔＬｙのストライプ状の領
域１２−０，１２−１，・・・１２−（ｎ−１）に分割
する。ここで、ストライプ領域１２−０〜１２−（ｎ−
１）の幅ΔＬｙはＣＲＴディスプレイにおける走査線の
幅に相当し、ホログラムの観察距離に応じ数百μｍ〜数
ｍｍにとる。従って、ホログラム画面１０を例えば１０
インチとした場合、ストライプ領域１２−０〜１２−
（ｎ−１）の数は数百本から千本程度となる。

【００２３】ホログラム画面１０のストライプ領域１２
−０〜１２−（ｎ−１）のそれぞれには任意の立体像の
３次元形状データから各ストライプ領域毎に水平方向の
視差のみに依存したホログラムの干渉縞である位相分布
を計算し、この計算結果で与えられる位相分布を光強度
の分布でなる干渉縞として記録している。図２（ａ）は
図１に示したホログラム画面１０におけるストライプ領
域の任意の１つを取り出して示した説明図である。図２
（ａ）のストライプ領域１２には３次元の形状データか
ら計算されたＬｘ方向の１次元位相分布でなる干渉縞を
形成しており、光感度をもつ記録媒体にこの様な１次元
位相分布を記録するためには、ストライプ領域１２に対
応して示す光強度分布Ｆ（ｘ）が必要である。

【００２４】このＬｘ方向の光強度分布Ｆ（ｘ）は、次
のようにフーリエ級数展開できる。

【００２５】

【数２】

【００２６】ここで、（１）式の第１項は光強度分布の
平均に相当し、第２項以下は振幅（Ａｎ），位相（θ
ｎ），周期（Ｌｘ／ｎ）が異なる余弦関数で表されてい
る。ここで、図２（ａ）の光強度分布Ｆ（ｘ）を例えば
第３項まで表すと次のようになる。

【００２７】

【数３】

【００２８】図２（ｂ）（ｃ）及び（ｄ）は（２）式に
おける第１項，第２項及び第３項の各単一空間周波数に
おける光強度分布Ｆ₀ ，Ｆ₁ ，Ｆ₂ を示している。図２
（ｂ）の第１項は図２（ａ）の光強度分布Ｆ（ｘ）にお
ける振幅の平均に相当し、１次元位相分布Φ₀ はストラ
イプ領域の全域で光強度分布が均一となる。

【００２９】図２（ｃ）の第２項については、光強度分
布Ｆ₁ の振幅Ａ₁ ，位相θ₁ ，周期（Ｌｘ／ｘ）が異な
る余弦関数で与えられる。このような余弦関数の光強度
分布Ｆ₁ をもつ１次元位相分布Φ₁ は第２項で与えられ
る単一周波数（ｎ／Ｌｘ）をもつ２つの平面波光束１４
−１と１４−２を図示のように異なる角度で干渉させる
ことによって生成できる。

【００３０】図２（ｄ）に示す第３項についても、同様
に振幅Ａ₂ ，位相θ₂ ，周期（Ｌｘ／ｎ）の余弦関数で
あり、このような余弦関数の光強度分布にしたがった１
次元位相分布Φ₂ は第３項で与えられる単一空間周波数
（ｎ／Ｌｘ）をもつ２つの平面波光束１６−１と１６−
２を第１項に対し更に大きい角度で干渉させることによ
って生成できる。

【００３１】このような光強度分布Ｆ（ｘ）を与えるフ
ーリエ級数は厳密には無限級数であるが、実際には任意
の有限項でとどめて各項の１次元位相分布を個別に作
り、これらを合成（積分）することで近似的に図２
（ａ）に示す光強度分布Ｆ（ｘ）を与える１次元位相分
布を合成することができる。［２．ホログラム作成の光学構造］図３は図２で示した
フーリエ成分をコヒーレントに加算するための光学系の
概念を示す。

【００３２】図３において、第１項は単一の平面波光束
によるストライプ領域１２のバイアス露光であり、第２
項以下は交差角度が異なる２つの平面波を組み合わせて
得られた干渉波の露光となり、フーリエ成分をｎ項まで
合成するとすると、（２ｎ−１）個のコヒーレントな平
面波光束は同一のストライプ領域１２で加算され、計算
された所望の光強度分布Ｆ（ｘ）を生成することができ
る。

【００３３】更に、フーリエ成分の第２項以降をコヒー
レントに加算する際には、各フーリエ成分の振幅Ａｉ及
び位相θｉ（ただしｉ＝１，２，・・・ｎ）を適切に設
定する必要がある。この様なフーリエ級数における第１
項および第２項の有限なフーリエ成分の加算合成により
ストライプ領域１２における光強度分布はほぼ線形に位
相分布に変換され、図１に示したホログラム画面におけ
る任意のストライプ領域のホログラムを作成することが
できる。

【００３４】図４は１つのフーリエ成分に対応した単一
空間周波数の位相分布を得るために２つの平面波光束を
干渉させるための光学系の構成を示す。図４において、
１８はストライプ状ホログラムであり、平面波２０を照
射したときに角度αｉをもつ２つの平面波２２，２４を
再生するように干渉縞を形成している。２つの平面波２
２，２４の交差角αｉはフーリエ級数の第２項以降の次
数が低いときには小さいため、キャリア空間周波数とし
ての平面波２０を交差角αｉとは直交する方向の入射角
βで与える。

【００３５】この入射角βを２つの平面波２２，２４の
交差角αｉの数十倍程度にとることによって高次の回折
光と干渉縞の形成に必要な１次回折光とを分離すること
ができる。この図４に示す光学系の構成を図１に示した
ホログラム画面１０のストライプ領域１２−０〜１２−
ｎに対応してＬｙ方向に複数並べることによって図３に
示した（２ｎ−１）個の平面波を加算する光学系を実現
することができる。

【００３６】実際には図５に示すように平面波２０を共
通化し、フーリエ級数の第１項によるバイアス光を偏向
するストライプ状ホログラム１８−０に続いてフーリエ
級数の第２項以降に対応したストライプ状ホログラム１
８−１〜１８−（ｎ−１）を並べたホログラム板２６の
全体を入射角βで照射させる。ここで、ホログラム板２
６に設けたストライプ状ホログラム１８−０〜１８−
（ｎ−１）はフーリエ級数の各項で決まる交差角度α１
〜αｎをもつ２つの平面波光束を再生するが、記録媒体
の媒体面２８上の同一の場所で合成干渉できるように入
射角βと同じ面内に出射角度γｉを設定するようにスト
ライプ状ホログラム１８−１〜１８−（ｎ−１）のホロ
グラムを干渉露光で形成する。

【００３７】この点はホログラム板２６の一番上に設け
られたフーリエ級数の第１項のバイアス露光を行うスト
ライプ状ホログラム１８−０についても同様である。ホ
ログラム板２６に設けたフーリエ級数の各項に対応した
ストライプ状ホログラム１８−０〜１８−ｎに対し独立
に振幅制御及び位相制御をできるようにするため、平面
波２０の光路中に振幅変調器３０と位相変調器３２を設
置する。

【００３８】図６は図５の振幅変調器３０を取り出して
示したもので、フーリエ級数の項数分だけストライプ状
の液晶セグメント３４−０〜３４−（ｎ−１）を配列し
ており、各液晶セグメント３４−０〜３４−（ｎ−１）
の透過率を独立に設定できるようにしている。図７は図
４の位相変調器３２を示したもので、フーリエ級数の項
数分だけのストライプ状の液晶セグメント３６−０〜３
６−（ｎ−１）を配列しており、各液晶セグメント３６
−０〜３６−（ｎ−１）の位相を０〜２πの範囲で独立
に変えることができるように構成している。

【００３９】この図６に示す振幅変調器３０及び図７に
示す位相変調器３２については、図５に示したようにホ
ログラム板２６に照射する平面波２０の光路中に配置
し、２つの振幅変調器３０及び位相変調器３２を構成す
る各液晶セグメントがホログラム板２６上のストライプ
状ホログラム１８−０〜（ｎ−１）に対応するように位
置合わせを行う。ここで、振幅変調器３０及び位相変調
器３２に設けた液晶セグメント３４−０〜（ｎ−１）及
び３６−０〜（ｎ−１）の幅ｔはホログラム板２６に対
し平面波２０を入射角βで入射していることから、ホロ
グラム板２６におけるストライプ状ホログラム１８−０
〜（ｎ−１）の幅ΔＬｙに対しｔ＝ΔＬｙｃｏｓβ としなければならない。［３．計算機ホログラム作成装置の第１実施例］図８は
本発明によるホログラム作成装置の第１実施例を示した
実施例構成図である。

【００４０】図８において、レーザ光源３８，シャッタ
４０，ミラー４２，対物レンズ４４，ピンホール４６及
びコリメータレンズ４８によって、図５に示す平面波２
０を発生する平面波発生手段を構成している。この平面
波発生手段において、半導体レーザなどを使用したレー
ザ光源３８から出射されるコヒーレントなレーザビーム
はシャッタ４０を通過した後、ミラー４２で反射され、
対物レンズ４４とピンホール４６を用いて発散球面波に
変換される。対物レンズ４４及びピンホール４６で発散
球面波に変換された光はコリメータレンズ４８で平行光
に変換され、平面波２０となって振幅変調器３０及び位
相変調器３２を通ってホログラム板２６に入射する。

【００４１】ホログラム板２６は２光束発生手段及び偏
向手段としての機能を持ち、図５に示したように、配列
したフーリエ級数の各項に対応したストライプ状ホログ
ラム１８−０〜１８−（ｎ−１）により第１項のバイア
ス光及び第２項以降の位相分布を得るためそれぞれ２つ
の平面波光束を生成し、光学的な記録媒体として設けた
ホログラム乾板５２の前面に設けたスリット５０の位置
でコヒーレントに加算される。

【００４２】このようにスリット５０の位置でコヒーレ
ントに加算されるフーリエ級数の各項に対応した２つの
平面波光束はホログラム板２６に照射する際に振幅変調
器３０及び位相変調器３２によって各項の振幅及び位相
が与えられているため、スリット５０の位置では（１）
式に示したフーリエ級数の加算（積分）を光学的に実現
する。そして、スリット５０の背後に設置されたホログ
ラム乾板５２には再現されたスリット状のホログラム干
渉縞が露光される。

【００４３】ホログラム乾板５２はスリット５０と直交
する方向に移動可能なステージ５４上に固定されてお
り、ステージ５４は走査機構５６によりスリット５０と
平行にスリット幅ずつ移動することができる。コントロ
ーラ５８はレーザ光源３８，振幅変調器３０，位相変調
器３２，走査機構５６のそれぞれを制御する。

【００４４】即ち、コントローラ５８に対しては作成し
ようとする３次元形状データのストライプ領域毎のフー
リエ級数の各項の振幅，位相が与えられている。このス
トライプ領域毎のフーリエ級数展開データに基づき、コ
ントローラ５８は振幅変調器３０に設定振幅が得られる
ように透過率を設定し、また位相変調器に設定位相が得
られるように０〜２πの範囲の位相設定を行う。

【００４５】この状態でレーザ光源３８のシャッタ４６
を開いて平面波２０を振幅変調器３０及び位相変調器３
２を介してホログラム板２６に照射し、ホログラム板２
６のフーリエ級数の各項に対応したストライプ状ホログ
ラムより第１項のバイアス光及び第２項以降の位相分布
を得るため２つの平面波光束をスリット５０の位置に照
射してフーリエ級数の積分を光学的に行わせる。

【００４６】初期状態で走査機構５４はホログラム乾板
５２の一番上のストライプ領域をスリット５０の背後に
位置させており、ホログラム乾板５２の露光が済むとシ
ャッタ４０を閉じる。続いて走査機構５６によるステー
ジ５４の駆動でホログラム乾板５２をスリット５０の幅
と同じ距離だけ上方に移動し、ホログラム乾板５２の未
露光部をスリット５０の位置に移動させる。

【００４７】この状態でコントローラ５８は次のストラ
イプ領域について求めたフーリエ級数の振幅及び位相を
振幅変調器３０及び位相変調器３２に設定してシャッタ
４０を開き、２番目のストライプ領域のホログラム干渉
縞の露光をホログラム乾板５２に行う。以下同様に、最
後のストライプ領域までホログラム乾板５２に対するホ
ログラム干渉縞の露光を繰り返す。

【００４８】尚、図８にあっては、ホログラム乾板５２
を移動走査して１画面分のホログラムを作成している
が、ホログラム乾板５２の代わりにロールフィルムを使
用し、このロールフィルムを順次送るフィルム送り機構
を設け、このロールフィルムに対するホログラム干渉縞
の記録により映画用のホログラムフィルムを作成するこ
ともできる。［４．ホログラム作成手順］図９は本発明による計算機
ホログラムの作成処理の手順を示したフローチャートで
ある。

【００４９】図９において、まずステップ１で任意の３
次元形状データから図１に示したホログラム画面のスト
ライプ領域１２−０〜１２−（ｎ−１）のそれぞれにお
けるホログラム干渉縞を計算し、ステップＳ２で光強度
分布を示すフーリエ級数に展開する。続いてステップＳ
３で展開したフーリエ級数の各項の振幅Ａｎ及び位相θ
ｎにより振幅変調器３０及び位相変調器３２の制御デー
タを作成する。

【００５０】続いてステップＳ４で振幅変調器３０の透
過率の条件設定及び位相変調器３２の制御位相の条件設
定を行い、ステップＳ５でレーザ光源よりコヒーレント
な平面波光束を振幅変調器３０及び位相変調器３２を介
してホログラム板２６に照射し、ホログラム板２６から
のフーリエ級数の第１項のバイアス光及び第２項以降の
位相分布を得るため各項に対応した２つの平面波光束を
同一位置で加算してホログラム乾板などに露光記録す
る。

【００５１】続いてステップＳ６でホログラム乾板上の
全てのストライプ領域の露光終了の有無をチェックし、
露光が終了していなければステップＳ７に進んで記録媒
体を次の未露光領域に移動し、次のストライプ領域にお
ける振幅及び位相の条件設定を行ってフーリエ級数の積
分露光を繰り返し、ステップＳ６で全てのストライプ領
域の露光が終了すると一連のホログラム作成処理を終了
する。［５．計算機ホログラム作成装置の第２実施例］図１０
は本発明による計算機ホログラムの作成装置の第２実施
例を示した実施例構成図であり、この実施例にあって
は、順次作成されるホログラムの１次元位相分布を機械
的な光走査によってホログラム乾板等の媒体に記録する
ようにしたことを特徴とする。

【００５２】図１０において、レーザ光源３８，シャッ
タ４０，ミラー４２，対物レンズ４４，ピンホール４６
及びコリメータレンズ４８を備えた平面波発生手段、振
幅変調器３０，位相変調器３２，ホログラム板２６は図
８の第１実施例と同じであるが、ホログラム板２６に対
し直交する方向にホログラム乾板５２を固定的に配置
し、その間に光学的な偏向手段として駆動コイル６２に
より回転走査されるガルバノミラー６０を設けたことを
特徴とする。

【００５３】ガルバノミラー６０の駆動コイル６２はコ
ントローラ５８によりホログラム画面のストライプ領域
のホログラム干渉縞の露光動作に同期して制御される。
即ち、初期状態でコントローラ５８は駆動コイル６２に
よりガルバノミラー６０からの光束をホログラム乾板５
２の記録面の例えば右側の隅に向けており、１つのホロ
グラム領域のホログラム干渉縞の露光記録が進む毎にホ
ログラム干渉縞の幅分だけガルバノミラー６０を右回り
に微小角度回転し、次の未記録ストライプ領域にセット
する。

【００５４】図１０に示すガルバノミラー６０で光学的
な走査を行った場合、図１１に示すように平面となる記
録媒体面６４に対し像面６６は円弧を描くようになる。
このため、平面となる記録媒体面６４に対しガルバノミ
ラー６０による像面６６の位置が場所によって異なるこ
とになる。通常、レンズを用いた結像型の回転走査にあ
っては、像面６６が記録媒体面６４に対し湾曲すること
で、像ボケを生じて問題となる。しかしながら本発明の
ホログラム干渉縞の露光にあっては、この像面の湾曲は
問題とならない。その理由を図１２を参照して説明する
と次のようになる。

【００５５】図１２は２つの平面波６８，７０がＺ軸に
対し等しい角度で像面７２に入射し、干渉縞７４を形成
している様子を示している。ここで、像面７２における
干渉縞７４のピッチをｄ０とする。いま干渉縞７４を観
察する像面７２をＺ軸方向に任意の距離ｌだけずらし、
更にｘ−ｙ平面から任意の角度θだけ傾けた像面７６を
想定する。この像面７６における干渉縞７８のピッチを
ｄとすると、ｄ₀ ＝ｄとなる。

【００５６】これは干渉縞７４のピッチが干渉する平面
波６８，７０のＹ方向の伝播ベクトル成分であり、像面
のＺ軸方向への偏心及びｙ軸回りの回転によってはＹ方
向の伝播ベクトル成分に変化が生じないため像面７２か
ら像面７６に偏心してもｄ₀＝ｄとなる。このような理
由により図１１に示したようにガルバノミラー６０によ
る走査で記録媒体面６４との距離が変化しても記録媒体
面６４に生成される位相分布に変化は起きず、問題なく
生成したストライプ領域のホログラム干渉縞を記録する
ことができる。

【００５７】また図１０のように、ガルバノミラー６０
による記録面に対する走査機構を設ければ、図８の機械
的な走査に比べ装置構成を簡単にすることができる。［６．計算機ホログラム作成表示装置の実施例］図１３
は本発明による計算機ホログラムの作成表示装置の第１
実施例を示した実施例構成図である。

【００５８】図１３において、レーザ光源３８，シャッ
タ４０，ミラー４２，対物レンズ４４，ピンホール４
６，コリメータレンズ４８，振幅変調器３０，位相変調
器３２，ホログラム板２６までの構成は図８のホログラ
ム作成装置と同じである。このホログラム作成表示装置
にあっては、ホログラム板２６に続いてホログラム作成
領域の全域にホログラム板２６に設けているフーリエ級
数の各項に対応したストライプ状ホログラムからの平面
波光束を照射する偏向手段としてコンピュータ・ジェネ
レーテッド・ホログラム（以下「ＣＧＨ」という）８０
を設けている。

【００５９】ＣＧＨ８０に続くホログラム作成位置には
液晶シャッタ８２，空間光変調素子９２を設けている。
この実施例にあっては、液晶シャッタ８２と空間光変調
素子９２は一体構造としている。まず、液晶シャッタ８
２は透明電極８４，８８の間に液晶８６を挟み込んだ構
造を有する。また、空間光変調素子９２は液晶シャッタ
８２の透明電極８８を兼用し、反対側の透明電極１００
との間に光導電膜９４，誘電体ミラー９６及び液晶９８
を挟み込んでいる。

【００６０】液晶シャッタ８２は駆動電源９０を有し、
コントローラ５８からの制御信号による駆動電圧により
開閉制御される。具体的には、液晶シャッタ８２は図１
のホログラム画面１０に示したストライプ領域１２−０
〜１２−（ｎ−１）に対応する独立に制御可能な複数の
液晶セグメントを配列しており、コントローラ５８から
の制御を受けて順番に液晶セグメントを透過制御して、
いわゆるシャッタ機能を実現する。

【００６１】一方、空間光変調素子９２は液晶シャッタ
８２を介して入射した光を光導電膜９４で受けると、光
強度に応じて光導電膜９４の抵抗値が低下する。光導電
膜９４の抵抗値が低下すると、駆動電源９５による駆動
電圧は一定であるが、光導電膜９４の抵抗値が下がるこ
とで誘電体ミラー９６を介して液晶９８の両端に加わる
電圧が抵抗値が下がった分だけ増加する。

【００６２】液晶９８の両端に加わる駆動電圧が増加す
ると読出光１１０に対する液晶９８の屈折率も変化し、
液晶９８に入射し、誘電体ミラー９６で反射されて戻っ
てくるが位相変調を受ける。このような液晶シャッタ８
２及び空間光変調素子９２による光学的な動作は液晶シ
ャッタ８２の駆動でホログラム形成空間におけるストラ
イプ領域毎に行われるため、液晶９８の屈折率はストラ
イプ領域毎に形成されたホログラム干渉縞に依存した屈
折率の分布として記録されることになる。空間光変調素
子９２の液晶９８に屈折率の変化として記録されたホロ
グラム干渉縞の情報は、レーザ光源１０２，シャッタ１
０４，ミラー１０６，ハーフミラー１０８でなる読出手
段により読み出してホログラムを再生することができ
る。

【００６３】即ち、レーザ光源１０８は半導体レーザな
どによりレーザ光あるいは単色に近い読出光１１０を発
生し、シャッタ１０４，ミラー１０６、更にハーフミラ
ー１０８を介して空間光変調素子９２に入射する。この
読出光１１０の入射を受けて、そのとき液晶９８の各ス
トライプ領域毎にホログラム干渉縞を屈折率の変化とし
て記録しているため、この屈折率の分布に応じた位相分
布をもつ読出光を反射により生成し、ハーフミラー１０
８を介して立体像を表示することができる。

【００６４】尚、液晶９８のリセットは駆動電源９５に
よる駆動電圧の極性を反転させればよく、これが記録し
たホログラム情報の消去動作となる。図１４は本発明に
よるホログラム作成表示装置の第２実施例を示した実施
例構成図であり、この実施例はホログラム板２６に続い
て設けるホログラム作成領域の全域に各ストライプ状ホ
ログラムからの２つの平面波光束を照射してフーリエ級
数の積分加算を行わせる偏向手段としてレンティキュラ
レンズ１１２を用いたことを特徴とする。それ以外の構
成は図１３の実施例と同じである。［７．計算機カラーホログラム作成表示装置の実施例］
図１５は本発明によるカラーホログラム作成表示装置の
第１実施例を示した実施例構成図である。

【００６５】図１５において、レーザ光源３８，シャッ
タ４０，ミラー４２，対物レンズ４４，ピンホール４
６，コリメータレンズ４８，振幅変調器３０，位相変調
器３２及びホログラム板２６は図８のホログラム作成装
置と同じである。また、ホログラム板２６に続いて設け
られたガルバノミラー６０を用いた光学的な走査機構は
図１０の実施例と同じである。ガルバノミラー６０によ
るストライプ状に分けたホログラム作成空間の位置に
は、図１３及び図１４に示したと同じ空間光変調素子９
２が設けられている。尚、図１３及び図１４にあって
は、液晶シャッタ８２を一体に設けていることから、図
１５にあっては液晶シャッタ８２を取り除いている。即
ち、図１３，図１４における液晶シャッタ８２を構成す
る透明電極８４，液晶９８及び駆動電源９０を除いた積
層構造とすれば良い。

【００６６】コントローラ５８は振幅変調器３０，位相
変調器３２及び空間光変調素子９２、更に図示しないガ
ルバノミラー６０の駆動コイルを制御して空間光変調素
子９２にホログラム画面のストライプ領域毎に計算機で
求められたＲＧＢカラーデータ毎のホログラム干渉縞を
記録する。即ち、コントローラ５８は３次元形状データ
から求めたＲＧＢの各データ毎にホログラム作成面のス
トライプ領域毎のＲＧＢについてのホログラム位相分布
を計算し、振幅変調器３０及び位相変調器３２にＲＧＢ
毎にフーリエ級数の各項の振幅及び位相を設定しながら
ホログラム板２６の各ストライプ状ホログラムからのバ
イアス光および２つの平面波光束をガルバノミラー６０
で空間光変調素子９２の特定のストライプ領域に集めて
フーリエ級数の積分加算を行わせて書き込む。

【００６７】一方、空間光変調素子９２に対する再生形
として、Ｒ用のレーザ光源１１４，Ｇ用のレーザ光源１
１６，Ｂ用のレーザ光源１１８が設けられ、それぞれシ
ャッタ１２０，１２２，１２４を介してＲ，Ｇ及びＢの
各波長の読出光を出力する。シャッタ１２０，１２２及
び１２４はコントローラ５８により制御される。シャッ
タ１２０からの波長Ｒの読出光はハーフミラー１２６で
反射され、ミラー１３２，１３４からハーフミラー１０
８を通って空間光変調素子９２に読出光を照射する。シ
ャッタ１２２からのＧの波長をもつ読出光も同様にハー
フミラー１２８で反射され、ハーフミラー１２６を透過
した後、ミラー１３２，１３４を介してハーフミラー１
０８より空間光変調素子９２に照射される。

【００６８】更にシャッタ１２４からのＢ波長の読出光
はミラー１３０で反射され、ハーフミラー１２８，１２
６を透過した後、ミラー１３２，１３４を介してハーフ
ミラー１０８から空間光変調素子９２に照射される。空
間光変調素子９２に照射されたＲ，ＧまたはＢの波長を
もつ読出光は、このとき空間光変調素子９２に書き込ま
れている各ストライプ領域のホログラム干渉縞に従った
光強度分布の反射光を生成し、ハーフミラー１０８で反
射してＲ，ＧまたはＢのホログラム像を順次表示する。

【００６９】図１６は図１５のカラーホログラム作成表
示装置におけるシャッタ１２０，１２２，１２４と空間
光変調素子９２に対するホログラム書込動作を示したタ
イミングチャートである。図１６に示すように、まずコ
ントローラ５８はシャッタ１２０を時刻ｔ１で一定時間
開き、空間光変調素子９２にＲの波長の読出光を照射
し、それまでに空間光変調素子９２に書き込んでいるＲ
データのホログラム干渉縞からＲ成分のホログラム像を
書込み表示する。

【００７０】続いてシャッタ１２０を閉じた状態でコン
トローラ５８はＧデータに基づくストライプ領域のホロ
グラム位相分布を得るため、振幅変調器３０及び位相変
調器３２のストライプ領域毎にフーリエ級数の各項で決
まる振幅及び位相を設定し、ホログラム板２６で各領域
毎にバイアス光及び２つの平面波光束を発生して、同じ
空間光変調素子９２上の領域に積分露光する。このＧ成
分の書き込みが済むと、時刻ｔ２でコントローラ５８は
シャッタ１２２を開き、Ｇ成分の波長をもつ読出光を空
間光変調素子９２に照射し、空間光変調素子９２に書き
込まれているＧ成分のホログラム干渉縞によりＧ成分の
ホログラムを再生表示する。

【００７１】続いてシャッタ１２２を閉じた後に、同様
にＢ成分のホログラム干渉縞の空間光変調素子９２に対
する書込みを行い、時刻ｔ３でシャッタ１２４を開いて
Ｂの波長をもつ読出光を空間光変調素子９２に照射し、
Ｂ成分のホログラムを再生表示する。以下同様に、Ｒ，
Ｇ，Ｂ成分の空間光変調素子９２に対する書込みと読出
しによるＲＧＢホログラムの再生表示を繰り返す。

【００７２】このようなＲＧＢホログラムを再生するた
めの処理を高速切替えにより行えば、残像効果によりカ
ラーホログラムを映像として見ることができる。図１７
はカラーホログラム作成表示装置の第２実施例を示した
実施例構成図であり、図１３に示したホログラム作成表
示装置をカラー化したことを特徴とする。

【００７３】即ち、レーザ光源３８から空間光変調素子
９２までの構成は図１３の実施例と同じであり、これに
加えて空間光変調素子９２に対する読出手段として図１
５に示したレーザ光源１１４，１１６，１１８からハー
フミラー１０８の構成を付加しており、この実施例にあ
っても図１６と同様にカラーホログラム干渉縞の空間光
変調素子９２に対する書込みと読出しが行われる。［８．計算機ホログラムの他の作成方法及び装置の実施
例］図１８は本発明による計算機ホログラムの作成方法
及び装置の他の実施例を示した実施例構成図であり、ホ
ログラム作成のための位相分布から求めた光強度のフー
リエ級数の第２項以降における１次元のストライプ状ホ
ログラムによる干渉縞の形成について、低次のフーリエ
級数項と高次のフーリエ級数項にホログラム作成の光学
系を分けたことを特徴とする。

【００７４】まず、本発明のホログラム作成方法にあっ
ては、図３に示したようにフーリエ級数の低次の項につ
いては、微小な交差角度で２つの平面波光束を交わらせ
てホログラム形成面のストライプ領域１２で干渉縞を形
成している。しかしながら、図４に示すようなストライ
プ状ホログラム１８を使用して微小な交差角度で交わる
ストライプ状の平面波光束群を発生させることは、ホロ
グラム作成面までの距離が制約されるため難しい。

【００７５】即ち、単一の波面即ち平面波からホログラ
ムによって２つの平面波光束を発生させる方法は、空間
周波数が１〜０．０１［１／ｍｍ］というように小さい
場合、即ちフーリエ級数の第２項以降の低次の項の空間
周波数の場合にはホログラムから数十センチの距離では
光の回折効果は顕著に表われず、２つの交差する平面波
光束を発生することができない。

【００７６】そこで図１８の実施例にあっては、ホログ
ラム板２６では回折効果が得られないフーリエ級数の第
２項以降の低次の項を実現するストライプ領域について
は、位相分布を光学的に拡大投射するようにしている。
図１８において、平面波発生手段はレーザ光源３８，シ
ャッタ４０，ミラー４２，対物レンズ４４，ピンホール
４６及びコリメータレンズ４８で構成される。コリメー
タセンズ４８からの平面波２０はビームスプリッタ３６
で平面波２０−１と２０−２に分けられる。

【００７７】平面波２０−２側には図８の第１実施例と
同様、振幅変調器３０，位相変調器３２，ホログラム板
２６−１が配置されている。このホログラム板２６−１
には（１）式のフーリエ級数の第２項以降における高次
のフーリエ級数項で決まる交差角αｉをもって２つの平
面波光束を発生するためのストライプ状ホログラムを複
数並べている。

【００７８】一方、ビームスプリッタ１３６からの平面
波２０−１はミラー１３８で反射され、振幅変調器３０
−１，位相変調器３２−１，シリンドリカルレンズ１４
０及び位相板１４２を介して偏向ホログラム１４４に照
射される。図１９は図１８のフーリエ級数の第２項以降
の低次の項のストライプ領域のホログラム干渉縞を生成
する光学系を取り出して示した説明図である。

【００７９】図１９にあっては、フーリエ級数の第２
項，第３項及び第４項の３つについてストライプ領域の
ホログラム干渉縞を生成する場合を例にとっている。図
１９において、平面波２０−１は液晶セグメント３４−
１，２，３の３つを通り、その透過率の設定により振幅
が決められる。また、位相変調器３２も液晶セグメント
３６−１，２，３を有し、各セグメントを通過する位相
を設定位相となるように制御する。

【００８０】振幅変調器３０及び位相変調器３２を通っ
た平面波光束２０−１はシリンドリカルレンズ１４０で
３つのストライプ領域の平面波を収束する。このシリン
ドリカルレンズ１４０による収束位置には位相板１４２
が設けられている。位相板１４２には３つのストライプ
領域に対応してフーリエ級数の第２項，第３項，第４項
のそれぞれの単一空間周波数に対応した波面を付与する
ための位相付与部１４６−１，２，３を設けている。

【００８１】このため位相板１４２を通った各ストライ
プ領域の平面波光束は光学的に波面が作り出され、偏向
ホログラム１４４を介してホログラム形成空間の１つの
ストライプ領域１２上に複数の単一空間周波数をもつ光
強度分布を加算合成する。図２０は図１９を平面的に示
している。位相板１４２には図２１に拡大して示すよう
に表面に凹凸１４８を設けることにより、発散する側に
おいて波面の位相を周期的に変化させることができる。

【００８２】ここで、位相板１４２に設けた表面凹凸１
４８の屈折率をｎ、表面凹凸１４８の高さをｈ、透過す
る光束の波長をλとすると、（ｎ−１）ｈ＝λ が成立するように表面凹凸１４８の高さｈを決定する。

【００８３】このような位相板１４２に対し図２０に示
したようにシリンドリカルレンズ１４０で平面波光束を
収束して照射すると、入射側で円弧状であった波面１５
０は位相板１４２に設けた図２１に示す表面凹凸１４８
によって周期的に位相が変化する波面１５２に変換する
ことができる。従って、図２１に示す表面凹凸１４８を
フーリエ級数の例えば第２項，第３項及び第４項のそれ
ぞれに対応した凹凸数となるように形成し、これを図１
９の位相板１４２における位相付与部１４６−１，２，
３として並べることによって光学的にフーリエ級数の低
次の位相項の加算を行うことができる。

【００８４】尚、図２１にあっては、位相板１４２に周
期的に位相が変化する波面を得るための表面凹凸１４２
を設けているが、位相板１４２としては、位相分布を屈
折率変調によって記録した光学素子、例えば体積型ホロ
グラムを使用しても良い。また図１８の実施例にあって
は、走査機構５６のステージ５４に設置したホログラム
乾板５２をスリット５０に対しストライプの幅分だけ移
動しながらホログラム干渉縞の露光を行っているが、図
１０に示したガルバノミラー６０による光学的な走査で
あっても良い。

【００８５】更に図１８のホログラム作成装置を用いて
図１３，図１４，図１５、更に図１７によるホログラム
作成表示装置を実現しても良いことは勿論である。更に
また、上記の実施例は媒体にホログラムを固定的に書込
む方法及び構成として説明したが、ホログラムの書き替
えを高速に行うことによって、動画を実現することもで
きる。

【００８６】

【発明の効果】以上説明してきたように本発明によれ
ば、垂直方向に微小な幅をもち水平方向に画面の幅をも
つストライプ状の領域のホログラム位相分布（干渉縞）
を３次元形状データから算出してフーリエ級数に展開
し、フーリエ級数の各項で示される単一空間周波数の位
相分布をストライプ領域毎に個別に発生させて光感度を
有する媒体上で加算合成して記録することで、計算され
たホログラムの位相分布と同一または類似の位相分布を
ストライプ状にもつホログラムを固定的に作成すること
ができる。

【００８７】また、記録したホログラムのストライプ干
渉縞からホログラムを簡単に再生できる。更に、ＲＧＢ
成分についてホログラムを順次作成して読み出すこと
で、ホログラムのカラー記録と再生を行うことができ
る。更にまた、異なる立体像を記録したホログラムを順
次作成して読み出すことでホログラムの動画も実現でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明で作成されるホログラム画面の説明図

【図２】図２のストライプ領域及びそのフーリエ級数展
開による第１〜３項の１次元位相分布及び光強度分布を
示した説明図

【図３】本発明によるフーリエ級数の各項の生成とフー
リエ級数積分を光学的に実現するための概念を示した説
明図

【図４】本発明における２つの平面波光束を発生してフ
ーリエ級数第２項以降の単一空間周波数毎の位相分布を
生成するストライプ状ホログラムの説明図

【図５】本発明においてストライプ領域でなる媒体面に
計算機ホログラムを光強度分布のフーリエ級数展開に基
づいて形成する光学系の基本構成を示した説明図

【図６】ストライプ状の液晶セグメントを複数配列した
図５の振幅変調器の説明図

【図７】ストライプ状の液晶セグメントを複数配列した
図５の位相変調器の説明図

【図８】本発明によるホログラム作成装置の第１実施例
を示した実施例構成図

【図９】本発明によるホログラムの作成処理を示したフ
ローチャート

【図１０】ガルバノミラーを用いた本発明によるホログ
ラム作成装置の第２実施例を示した実施例構成図

【図１１】図１０のガルバノミラーによる湾曲走査を示
した説明図

【図１２】図１１の湾曲走査で像面の干渉縞に影響が出
ない理由を示した説明図

【図１３】本発明によるホログラム作成表示装置の第１
実施例を示した実施例構成図

【図１４】本発明によるホログラム作成表示装置の第２
実施例を示した実施例構成図

【図１５】本発明によるカラーホログラム作成表示装置
の第１実施例を示した実施例構成図

【図１６】図１５のＲＧＢシャッタの制御とＲＧＢホロ
グラムの書込動作を示したタイミングチャート

【図１７】本発明によるカラーホログラム作成表示装置
の第２実施例を示した実施例構成図

【図１８】フーリエ級数の第２項以降を低次と高次の光
学系に分けたのちに合成してホログラムを作成する本発
明のホログラム作成装置の第３実施例を示した実施例構
成図

【図１９】図１８の低次側の光学系を取出して示した説
明図

【図２０】図１８の光学系による単一空間周波数の干渉
縞波面の生成を示した説明図

【図２１】図２０に示した位相板の拡大説明図

【符号の説明】

１０：ホログラム画面１２，１２−０〜１２−（ｎ−１）：ストライプ領域１８，１８−０〜１８−（ｎ−１）：ストライプ状ホロ
グラム２０，２２，２４：平面波２６：ホログラム板２８：媒体面３０：振幅変調器３２：位相変調器３４−０〜３４−（ｎ−１），３６−０〜３６−（ｎ−
１）：液晶セグメント３８：レーザ光源４０：シャッタ４２：ミラー４４：対物レンズ４６：ピンホール４８：コリメータレンズ５０：スリット５２：ホログラム乾板５４：ステージ５６：走査機構５８：コントローラ６０：ガルバノミラー６２：駆動コイル８０：コンピュータ・ジェネレーテッド・ホログラム
（ＣＧＨ）８２：液晶シャッタ８４，８８，１００：透明電極８６：液晶（透過率制御型）９０，９５：駆動電源９２：空間光変調素子９４：光導電膜９６：誘電体ミラー９８：液晶（屈折率制御型）１０２：レーザ光源（読出用）１０４：シャッタ１０６，１３０，１３２，１３４，１３８：ミラー１０８，１２６，１２８：ハーフミラー１１０：読出光１１２：レンティキュラレンズ１１４，１１６，１１８：レーザ光源（ＲＧＢ用）１２０，１２２，１２４：シャッタ（ＲＧＢ用）１３６：ビームスプリッタ１４０：シリンドリカルレンズ１４２：位相板１４４：偏向ホログラム１４６−１〜３：位相付与部１４８：表面凹凸

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ホログラム作成領域（Ｌｘ×Ｌｙ）を、水
平方向に幅（Ｌｘ）をもち且つ垂直方向に微小な幅（Δ
Ｌｙ）をもった複数のストライプ状の領域に分け、任意
の立体像の３次元形状データから前記ストライプ領域毎
に水平方向の視差のみに依存したホログラムの干渉縞で
ある位相分布｛Ｆ（ｘ）｝を計算する第１過程と、該第１過程で計算した各ストライプ領域毎の位相分布と
相関をもつ光強度分布をもつ平面波を順次発生する第２
過程と、該第２過程で各ストライプ領域毎に発生した平面波光束
を前記ホログラム作成領域の１つのストライプ領域上に
照射する第３過程と、該第３過程で照射された光強度分布をホログラム干渉縞
の位相分布として順次ストライプ幅だけ位置をずらしな
がら光感度を有する媒体に記録する第４過程と、を備え
たことを特徴とする計算機ホログラムの作成方法。
【請求項２】請求項１記載の計算機ホログラムの作成方
法において、前記第１過程では、ストライプ領域毎のホログラム干渉
縞である位相分布をフーリエ級数で展開し、前記第２過程にあっては、前記フーリエ級数の第１項に
対応して１つのストライプ領域の全域で一定の光強度分
布となる平面波を発生し、前記フーリエ級数の第２項以
降については、各項の振幅（Ａｎ）及び位相（θｎ）で
決まる一定の光強度分布をもつ２つの平面波光束を、次
数が増加するほど交差角が大きくなる角度で発生して各
項の周期（Ｌｘ／ｎ）をもつ余弦関数の光強度分布でな
る干渉縞をホログラム作成領域にストライプ領域毎に別
けて形成することを特徴とする計算機ホログラムの作成
方法。
【請求項３】ホログラム作成領域（Ｌｘ×Ｌｙ）を、水
平方向に幅（Ｌｘ）をもち且つ垂直方向に微小な幅（Δ
Ｌｙ）をもったストライプ状の領域に分け、任意の立体
像の３次元形状データから前記ストライプ領域毎に水平
方向の視差のみに依存したホログラム干渉縞をフーリエ
級数に展開し、該フーリエ級数の位相分布に従った水平
方向の光強度分布をもつホログラムを記録媒体上にスト
ライプ領域毎に記録する計算機ホログラムの作成装置。
【請求項４】ホログラム作成領域（Ｌｘ×Ｌｙ）を、水
平方向に幅（Ｌｘ）をもち且つ垂直方向に微小な幅（Δ
Ｌｙ）をもったストライプ状の領域に分け、任意の立体
像の３次元形状データから前記ストライプ領域毎に水平
方向の視差のみに依存したホログラム干渉縞をフーリエ
級数に展開し、該フーリエ級数の位相分布に従った水平
方向の光強度分布をもつホログラムを記録媒体上にスト
ライプ領域毎に記録する計算機ホログラムの作成装置に
於いて、コヒーレントな平面波を発生する平面波発生手段と、前記フーリエ級数の第１項に対応して１つのストライプ
領域の全域で一定の光強度分布となる平面波を発生し、
前記フーリエ級数の第２項以降については、各項の振幅
（Ａｎ）及び位相（θｎ）で決まる一定の光強度分布を
もつ２つの平面波を、次数が増加するほど交差角が大き
くなる角度で発生して各項の周期（Ｌｘ／ｘ）をもつ余
弦関数の光強度分布でなる干渉縞を各ストライプ領域毎
にホログラム作成領域で形成する２光束発生手段と、該２光束発生手段で各ストライプ領域毎に発生した２つ
の平面波光束を前記記録媒体上の１つのストライプ領域
に集めて光学的に加算させる偏向手段と、該偏向手段による加算で得られた前記フーリエ級数に依
存した水平方向での光強度分布を、前記記録媒体上のス
トライプ領域毎に順次走査して記録させる走査手段と、
を備えたことを特徴とする計算機ホログラムの作成装
置。
【請求項５】請求項４記載の計算機ホログラムの作成装
置に於いて、前記２光束発生手段は、前記光束発生手段
から入射した面波光束の光強度を前記フーリエ級数の各
項の振幅（Ａｎ）に対応した光強度に変調する振幅変調
手段と、該光束発生手段から入射した平面波光束の位相
を前記フーリエ級数の各項の位相（θｎ）に変調する位
相変調手段と、前記振幅変調手段および位相変調手段を
介して得られた平面波光束を入射しホログラム作成空間
で単一周波数の干渉縞を形成するように前記フーリエ級
数の各項で決まる交差角（α）をつけて２つの平面波光
束を発生する回折手段とを備えたことを特徴とする計算
機ホログラムの作成装置。
【請求項６】請求項５記載の計算機ホログラムの作成装
置に於いて、前記振幅変調手段は、コヒーレントな平面
波光束の透過率を独立して制御可能なストライプ状の領
域を平行に複数配列した液晶ディスプレイ装置であり、
現在ホログラムを作成中のストライプ領域を示すフーリ
エ級数の振幅成分に対応した光強度となるように各領域
の透過率を独立に制御することを特徴とする計算機ホロ
グラムの作成装置。
【請求項７】請求項５記載の計算機ホログラムの作成装
置に於いて、前記位相変調手段は、コヒーレントな平面
波光束の位相を独立して制御可能なストライプ状の領域
を平行に複数配列した液晶ディスプレイ装置であり、現
在ホログラムを作成中のストライプ領域を示すフーリエ
級数の位相成分に対応した位相となるように各領域を独
立に制御することを特徴とする計算機ホログラムの作成
装置。
【請求項８】請求項５記載の計算機ホログラムの作成装
置に於いて、前記回折手段は、入射光束を透過すると同
時に前記フーリエ級数の各項で決まる交差角（α）をつ
けて偏向させることで２つの平面波光束を発生する複数
のストライプ型ホログラムを平行に並べたホログラム板
で構成したことを特徴とする計算機ホログラム作成装
置。
【請求項９】請求項８記載の計算機ホログラムの作成装
置に於いて、前記ホログラム板に対し平面波光束を所定
の入射角（β）で入射させ、干渉縞の生成に必要な２つ
の１次回折光のみをホログラム作成空間に偏向させるこ
とを特徴とする計算機ホログラムの作成装置。
【請求項１０】請求項９記載の計算機ホログラムの作成
装置に於いて、前記ホログラム板に対する平面波光束の
入射角（β）を、透過と偏向で得られる２光束の交差角
度（α）の数十倍に設定したことを特徴とする計算機ホ
ログラムの作成装置。
【請求項１１】請求項４記載の計算機ホログラムの作成
装置に於いて、前記平面波発生手段は、レーザ光源と、
該レーザ光源から発振されたレーザ光を集光する対物レ
ンズと、該対物レンズで集光した光を発散球面波に変換
するピンホールと、該ピンホールからの球面発散波を平
行光に変換するコリメータレンズとを備えたことを特徴
とする計算機ホログラムの作成装置。
【請求項１２】請求項４記載の計算機ホログラムの作成
装置に於いて、前記走査手段は、ストライプ領域に対応
した光束を透過するスリットと、該スリットの背後に配
置された記録媒体をストライプ領域の長手方向に直交す
る方向に移動させる走査機構とを備え、特定のストライ
プ領域の干渉縞の露光記録を終了する毎に前記走査機構
で前記記録媒体をストライプ幅分移動させることを特徴
とする計算機ホログラムの作成装置。
【請求項１３】請求項４記載の計算機ホログラムの作成
装置に於いて、前記走査手段は、前記２光束発生手段か
らの２つの平面波光束を干渉させるホログラム作成空間
に前記記録媒体を固定配置し、該記録媒体の手前に、前
記２光束発生手段からの２つの平面波光束を記録媒体面
上でストライプ領域に直交する方向に偏向走査する偏向
走査手段を設け、ストライプ領域のホログラムの作成に
同期して前記偏向走査手段をストライプ幅分だけ偏向駆
動することを特徴とする計算機ホログラムの作成装置。
【請求項１４】請求項１３記載の計算機ホログラムの作
成装置に於いて、前記偏向走査手段としてガルバノミラ
ーを用いたことを特徴とする計算機ホログラムの作成装
置。
【請求項１５】ホログラム作成領域（Ｌｘ×Ｌｙ）を、
水平方向に幅（Ｌｘ）をもち且つ垂直方向に微小な幅
（ΔＬｙ）をもったストライプ状の領域に分け、任意の
立体像の３次元形状データから前記ストライプ領域毎に
水平方向の視差のみに依存したホログラム干渉縞をフー
リエ級数に展開し、該フーリエ級数の位相分布に従った
水平方向の光強度分布をもつホログラム干渉縞を記録媒
体上にストライプ領域毎に記録すると共に該記録媒体か
らホログラム立体像を再生する計算機ホログラムの作成
表示装置に於いて、コヒーレントな平面波を発生する平面波発生手段と、前記フーリエ級数の第１項に対応して１つのストライプ
領域の全域で一定の光強度分布となる平面波を発生し、
前記フーリエ級数の第２項以降については、各項の振幅
（Ａｎ）及び位相（θｎ）で決まる一定の光強度分布を
もつ２つの平面波を、次数が増加するほど交差角が大き
くなる角度で発生して各項の周期（Ｌｘ／ｎ）をもつ余
弦関数の光強度分布でなる干渉縞を各ストライプ領域毎
にホログラム作成領域で形成する２光束発生手段と、該２光束発生手段で各ストライプ領域毎に発生した２つ
の平面波光束を前記記録媒体上のホログラム形成領域の
全域に照射して光学的に加算させる偏向手段と、該偏向手段による偏向加算で得られた前記フーリエ級数
に依存した水平方向での光強度分布を、ストライプ領域
毎に順次記録するホログラム記録手段と、該ホログラム記録手段に記録されたホログラム干渉縞か
らホログラム立体像を再生して視覚表示させるホログラ
ム読出手段と、を備えたことを特徴とする計算機ホログ
ラムの作成表示装置。装置。
【請求項１６】ホログラム作成領域（Ｌｘ×Ｌｙ）を、
水平方向に幅（Ｌｘ）をもち且つ垂直方向に微小な幅
（ΔＬｙ）をもったストライプ状の領域に分け、任意の
立体像の３次元形状のカラーデータの各々について前記
ストライプ領域毎に水平方向の視差のみに依存した干渉
縞をフーリエ級数に展開し、該フーリエ級数の位相分布
に従った水平方向の光強度分布をもつホログラム干渉縞
を記録媒体上にストライプ領域毎に記録し、該記録媒体
からカラーホログラム立体像を再生する計算機ホログラ
ムの作成表示装置に於いて、コヒーレントな平面波を発生する平面波発生手段と、前記フーリエ級数の第１項に対応して１つのストライプ
領域の全域で一定の光強度分布となる平面波を発生し、
前記フーリエ級数の第２項以降については、各項の振幅
（Ａｎ）及び位相（θｎ）で決まる一定の光強度分布を
もつ２つの平面波を、次数が増加するほど交差角が大き
くなる角度で発生して各項の周期（Ｌｘ／ｎ）をもつ余
弦関数の光強度分布でなる干渉縞を各ストライプ領域毎
にホログラム作成領域で形成する２光束発生手段と、該２光束発生手段で各ストライプ領域毎に発生した２つ
の平面波光束を前記記録媒体上のホログラム形成領域の
全域に照射して光学的に加算させる偏向手段と、該偏向手段による偏向加算で得られた前記フーリエ級数
に依存した水平方向での光強度分布を、ストライプ領域
毎に記録して１画面分のホログラム干渉縞をカラーデー
タ毎に順次生成するホログラム記録手段と、該ホログラム記録手段によるカラーデータのホログラム
干渉縞の記録動作に同期してカラーデータの各光源から
の光を前記ホログラム記録手段に照射し、記録されたホ
ログラム干渉縞からカラーデータ毎のホログラム立体像
を順次再生して視覚表示させるホログラム読出手段と、
を備えたことを特徴とする計算機ホログラムの作成表示
装置。
【請求項１７】請求項４，１５又は１６記載の計算機ホ
ログラムの作成表示装置に於いて、前記ホログラム記録
手段は、記録媒体の前面に複数のストライプ領域に対応
して独立に制御可能な複数のシャッタ領域を備えたシャ
ッタ装置を配置し、ストライプ領域のホログラム作成に
同期して前記シャッタ領域を順次開制御することを特徴
とする計算機ホログラムの作成表示装置。
【請求項１８】請求項４，１５又は１６記載の計算機ホ
ログラムの作成表示装置に於いて、前記ホログラム記録
手段の記録媒体として空間光変調素子を設けたことを特
徴とする計算機ホログラムの作成表示装置。
【請求項１９】請求項１８記載の計算機ホログラムの作
成表示装置に於いて、前記空間変調素子は、入射面側か
ら透明電極、光導電膜、誘電体ミラー、液晶及び透明電
極を順次積層した構造であり、前記誘電体ミラーの抵抗
値を入射光強度に応じて制御して液晶印加電圧の変化に
よる屈折率の変化としてホログラム干渉縞を書込み、該
書込状態で読出用の光束を入射してホログラム立体像を
再生させることを特徴とする計算機ホログラムの作成表
示装置。
【請求項２０】請求項１９記載の計算機ホログラムの作
成表示装置に於いて、前記空間変調素子は入射面側に液
晶シャッタ装置を一体に備え、該液晶シャッタ装置と前
記空間光変調素子の隣接する透明電極を一体に形成した
ことを特徴とする計算機ホログラムの作成表示装置。
【請求項２１】請求項４，１５又は１６記載の計算機ホ
ログラムの作成表示装置に於いて、前記偏向手段とし
て、コントローラからの制御信号により偏向方向を制御
するコンピュータ・ジェネレーテッド・ホログラム素子
を用いたことを特徴とする計算機ホログラムの作成表示
装置。
【請求項２２】請求項４，１５又は１６記載の計算機ホ
ログラムの作成表示装置に於いて、前記偏向手段として
レンティキュラレンズを用いたことを特徴とする計算機
ホログラムの作成表示装置。
【請求項２３】ホログラム作成領域（Ｌｘ×Ｌｙ）を、
水平方向に幅（Ｌｘ）をもち且つ垂直方向に微小な幅
（ΔＬｙ）をもったストライプ状の領域に分け、任意の
立体像の３次元形状データから前記ストライプ領域毎に
水平方向の視差のみに依存したホログラムの干渉縞であ
る位相分布｛Ｆ（ｘ）｝をフーリエ級数に展開する第１
過程と、該第１過程で展開したフーリエ級数の第１項に対応して
１つのストライプ領域の全域で一定の光強度分布となる
平面波光束を発生し、前記フーリエ級数の第２項以降の
低次の位相項については、各項の振幅（Ａｎ）及び位相
（θｎ）を有する平面波光束の波面変換により各項の周
期（Ｌｘ／ｎ）をもつ余弦関数の光強度分布でなる干渉
縞をホログラム作成領域に形成させ、更に前記フーリエ
級数の第２項以降の高次の位相項については、各項の振
幅（Ａｎ）及び位相（θｎ）で決まる一定の光強度分布
をもつ２つの平面波を、次数が増加するほど交差角が大
きくなる角度で発生して各項の周期（Ｌｘ／ｎ）をもつ
余弦関数の光強度分布でなる干渉縞をホログラム作成領
域に形成する第２過程と、前記第２過程で各ストライプ領域毎に発生した２つの平
面波光束を前記ホログラム作成領域の１つのストライプ
領域上に集めて加算する第３過程と、前記第３過程の加算で生成された光強度分布をホログラ
ム干渉縞の位相分布として順次ストライプ幅だけ位置を
ずらしながら光感度を有する媒体に記録する第４過程
と、を備えたことを特徴とする計算機ホログラムの作成
方法。
【請求項２４】ホログラム作成領域（Ｌｘ×Ｌｙ）を、
水平方向に幅（Ｌｘ）をもち且つ垂直方向に微小な幅
（ΔＬｙ）をもったストライプ状の領域に分け、任意の
立体像の３次元形状データから前記ストライプ領域毎に
水平方向の視差のみに依存したホログラム干渉縞をフー
リエ級数に展開し、該フーリエ級数に従った水平方向の
光強度分布をもつホログラム干渉縞を記録媒体上にスト
ライプ領域毎に記録する計算機ホログラムの作成装置に
於いて、コヒーレントな平面波を発生する平面波発生手段と、前記フーリエ級数の第１項に対応して１つのストライプ
領域の全域で一定の光強度分布となる平面波光束を発生
し、前記フーリエ級数の第２項以降の低次の位相項位相
については、各項の振幅（Ａｎ）及び位相（θｎ）を有
する平面波光束の波面変換により各項の周期（Ｌｘ／
ｎ）をもつ余弦関数の光強度分布でなる干渉縞をホログ
ラム作成領域に形成する第１の２光束発生手段と、前記フーリエ級数の第２項以降の高次の位相項位相につ
いて、各項の振幅（Ａｎ）及び位相（θｎ）で決まる一
定の光強度分布をもつ２つの平面波光束を、次数が増加
するほど交差角が大きくなる角度で発生して各項の周期
（Ｌｘ／ｎ）をもつ余弦関数の光強度分布でなる干渉縞
をホログラム作成領域に形成する第２の２光束発生手段
と、前記第１の２光束発生手段で各ストライプ領域毎に発生
した平面波光束を前記記録媒体上の１つのストライプ領
域に集めて光学的に加算する第１の偏向手段と、前記第２の２光束発生手段で各ストライプ領域毎に発生
した干渉する２つの平面波光束を前記記録媒体上のスト
ライプ領域と同じ領域に集めて光学的に加算する第２の
偏向手段と、前記第１及び第２の偏向手段による加算で得られた前記
フーリエ級数に依存した水平方向での光強度分布を、前
記記録媒体上のストライプ領域毎に順次走査して記録さ
せる走査手段と、を備えたことを特徴とする計算機ホロ
グラムの作成装置。
【請求項２５】請求項２４記載の計算機ホログラムの作
成装置に於いて、前記第１の２光束発生手段は、前記光
束発生手段から入射したコヒーレントな平面波光束の光
強度を前記フーリエ級数の各項の振幅（Ａｎ）に対応し
た光強度に変調する振幅変調手段と、該光束発生手段か
ら入射した平面波光束の位相を前記フーリエ級数の各項
の位相（θｎ）となるように変調する位相変調手段と、
前記振幅変調手段および位相変調手段を介して得られた
平面波光束を入射しホログラム作成空間で単一空間周波
数の干渉縞を生成するように波面変換する波面変換手段
と、該波面変換手段の波面変換光をスペクトラム作成空
間のストライプ領域に偏向する偏向手段とを備えたこと
を特徴とする計算機ホログラムの作成装置。
【請求項２６】請求項２５記載の計算機ホログラムの作
成装置に於いて、前記波面変換手段は、平面波光束をス
トライプ状領域の長手方向に圧縮した後に拡大するシリ
ンドリカルレンズと、該シリンドリカルレンズによる光
束の収束位置に配置され、通過光束にフーリエ級数各項
の空間周波数に応じた周期で位相が余弦的に変化する波
面変換を施す位相付与手段とを設けたことを特徴とする
計算機ホログラムの作成装置。
【請求項２７】請求項２６記載の計算機ホログラムの作
成装置に於いて、前記位相付与手段は、位相分布をスト
ライプ状の光束領域の長手方向に表面凹凸分布として記
録した光学素子を用いたことを特徴とする計算機ホログ
ラムの作成装置。
【請求項２８】請求項２６記載の計算機ホログラムの作
成装置に於いて、前記位相付与手段は、位相分布をスト
ライプ状の光束領域の長手方向に屈折率分布として記録
した光学素子を用いたことを特徴とする計算機ホログラ
ムの作成装置。
【請求項２９】請求項２４記載の計算機ホログラムの作
成装置に於いて、前記第２の２光束発生手段は、前記光
束発生手段から入射したコヒーレントな平面波光束の光
強度を前記フーリエ級数の各項の振幅（Ａｎ）に対応し
た光強度に変調する振幅変調手段と、該光束発生手段か
ら入射した平面波光束の位相を前記フーリエ級数の各項
の位相（θｎ）となるように変調する位相変調手段と、
前記振幅変調手段および位相変調手段を介して得られた
平面波光束を入射しホログラム作成空間で単一空間周波
数の干渉縞を生成するように前記フーリエ級数の各項で
決まる交差角αをつけて２つの平面波光束を発生する回
折手段とを備えたことを特徴とする計算機ホログラムの
作成装置。
【請求項３０】請求項２５又は２９記載の計算機ホログ
ラムの作成装置に於いて、前記回折手段は、入射光束を
透過すると同時に前記フーリエ級数の各項で決まる交差
角αをつけて偏向させることにより２のつの平面波光束
を発生する複数のストライプ型ホログラムを平行に並べ
たホログラム板で構成したことを特徴とする計算機ホロ
グラム作成装置。
【請求項３１】請求項２５又は２９記載の計算機ホログ
ラムの作成装置に於いて、前記振幅変調手段は、コヒー
レントな平面波光束の透過率を独立して制御可能なスト
ライプ状の領域を平行に複数配列した液晶ディスプレイ
装置であり、現在ホログラムを作成中のストライプ領域
を示すフーリエ級数の振幅成分に対応した光強度となる
ように各領域の透過率を独立に制御することを特徴とす
る計算機ホログラムの作成装置。
【請求項３２】請求項２５又は２９記載の計算機ホログ
ラムの作成装置に於いて、前記位相変調手段は、コヒー
レントな平面波光束の位相を独立して制御可能なストラ
イプ状の領域を平行に複数配列した液晶ディスプレイ装
置であり、現在ホログラムを作成中のストライプ領域を
示すフーリエ級数の位相成分に対応した光強度となるよ
うに各領域の位相を独立に制御することを特徴とする計
算機ホログラムの作成装置。
【請求項３３】請求項２４記載の計算機ホログラムの作
成装置に於いて、前記平面波発生手段は、レーザ光源
と、該レーザ光源から発振されたレーザ光を集光する対
物レンズと、該対物レンズで集光した光を発散球面波に
変換するピンホールと、該ピンホールからの球面発散波
を平行光に変換するコリメータレンズと、該コリメータ
レンズからの光束を２つの光束に別けて前記第１及び第
２の２光束発生手段のそれそれに入射するビームスプリ
ッタとを備えたことを特徴とする計算機ホログラムの作
成装置。