(57)【要約】      （修正有）【課題】事前に計算機合成ホログラムの品質を確認することで、計算機合成ホログラムの品質に関わる修正に必要となるコストと時間を低減する計算機合成ホログラムの再生シミュレーション方法を提供する。【解決手段】物体光と参照光が所定の記録面上で形成する干渉波の強度分布を計算機により演算することで得られる強度分布を示す画像データを小領域に分割するステップと、前記画像データを小領域毎に２次元フーリエ変換した２次元フーリエ変換画像の集合体を生成するステップと、前記２次元フーリエ変換画像の集合体すべての画素に対し、対象画素と、前記対象画素の周辺の参照領域を、順に設定し、各対象画素の画素値を周辺の参照領域の画素値を基に平均化する平滑化処理を行うステップと、前記平滑化処理を行った前記２次元フーリエ変換画像の集合体から前記計算機合成ホログラムのシミュレーション画像を得るステップと、を有することを特徴とする。【選択図】図３
2010002557.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３次元ＣＧモデルからなる仮想物体からの物体光と参照光が所定の記録面上で形成する干渉波の強度分布を計算機により演算することで得られる強度分布を示す画像データを基に作製される計算機合成ホログラムの再生像を、前記画像データを基に計算機によりシミュレーションする計算機合成ホログラムの再生シミュレーション方法において、
計算機により演算された前記画像データを小領域に分割するステップと、
前記画像データを小領域毎に２次元フーリエ変換した２次元フーリエ変換画像の集合体を生成するステップと、
前記２次元フーリエ変換画像の集合体すべての画素に対し、対象画素と、前記対象画素の周辺の参照領域を、順に設定し、各対象画素の画素値を周辺の参照領域の画素値を基に平均化する平滑化処理を行うステップと、
前記平滑化処理を行った前記２次元フーリエ変換画像の集合体から前記計算機合成ホログラムのシミュレーション画像を得るステップと、
を有することを特徴とする計算機合成ホログラムの再生シミュレーション方法。
【請求項２】
３次元ＣＧモデルを作成するステップと、
作成した前記３次元ＣＧモデルを所望の計算機合成ホログラムとするためのパラメータを決定するステップと、
計算機合成ホログラムのパラメータを基に記録面上に形成される干渉波の強度分布を計算機により演算するステップと、
計算機合成ホログラムの再生シミュレーション方法を実行するステップと、
前記計算機合成ホログラムの再生シミュレーション画像を確認した後に干渉波の強度分布を示す画像データからホログラムを描画するステップと、
を有する計算機合成ホログラムの作製方法であり、
前記計算機合成ホログラムの再生シミュレーション方法は、請求項１に記載された計算機合成ホログラムの再生シミュレーション方法である
計算機合成ホログラムの再生シミュレーション方法を用いた計算機合成ホログラム作製方法。
【請求項３】
請求項２に記載の計算機合成ホログラムの再生シミュレーション方法を用いた計算機合成ホログラム作製方法により作製された計算機合成ホログラム。
【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の再生シミュレーション方法、その再生シミュレーション方法を用いた計算機合成ホログラム作製方法及びその計算機合成ホログラム作製方法を用いて作製された計算機合成ホログラムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、偽造防止のためホログラムを金券やクレジットカード等に貼り付け又は一体に形成するものがある。このホログラムとして、計算機を用いた演算により所定の記録面上に干渉縞を記録させて作製する計算機合成ホログラムがある（特許文献１及び特許文献２）。
【特許文献１】特許第３７０８３４９号公報
【特許文献２】特許第３８９２６１９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
【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】「ホログラムの白色光再生シミュレーション」、藤田治良・山口健・吉川浩、映像情報メディア学会誌、Vol.10,PP.1481〜1485（２００７年１０月発行）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、これまでに提案されている上記従来の計算機合成ホログラムは、電子線（ＥＢ：Electron Beam）描画装置によるＥＢ描画を行うまで、計算機合成ホログラムの品質を確認することができなかった。
【０００４】
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、ＥＢ描画前に計算機合成ホログラムの品質を確認することで、計算機合成ホログラムの品質に関わる修正に必要なコストと時間を低減する計算機合成ホログラムの再生シミュレーション方法、その再生シミュレーション方法を用いた計算機合成ホログラム作製方法及びその計算機合成ホログラム作製方法を用いて作製された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】
【０００５】
［１］本発明の計算機合成ホログラムの再生シミュレーション方法は、上記課題を解決するものであって、３次元ＣＧ（Computer Graphics）モデルからなる仮想物体からの物体光と参照光が所定の記録面上で形成する干渉波の強度分布を計算機により演算することで得られる強度分布を示す画像データを基に作製される計算機合成ホログラムの再生像を、前記画像データを基に計算機によりシミュレーションする計算機合成ホログラムの再生シミュレーション方法において、計算機により演算された前記画像データを小領域に分割するステップと、前記画像データを小領域毎に２次元フーリエ変換した２次元フーリエ変換画像の集合体を生成するステップと、前記２次元フーリエ変換画像の集合体すべての画素に対し、対象画素と、前記対象画素の周辺の参照領域を、順に設定し、各対象画素の画素値を周辺の参照領域の画素値を基に平均化する平滑化処理を行うステップと、前記平滑化処理を行った前記２次元フーリエ変換画像の集合体から前記計算機合成ホログラムのシミュレーション画像を得るステップと、を有することを特徴とする。
【０００６】
［２］また、本発明の計算機合成ホログラム作製方法は、３次元ＣＧモデルを作成するステップと、作成した前記３次元ＣＧモデルを所望の計算機合成ホログラム計算機合成ホログラムとするためのパラメータを決定するステップと、計算機合成ホログラム決定した計算機合成ホログラムのパラメータを基に記録面上に形成される干渉波の強度分布を計算機により演算するステップと、計算機合成ホログラムの再生シミュレーション方法を実行するステップと、前記計算機合成ホログラムの再生シミュレーション画像を確認した後に干渉波の強度分布を示す画像データから計算機合成ホログラムを描画するステップと、を有する計算機合成ホログラムの作製方法であり、前記計算機合成ホログラムの再生シミュレーション方法は、［１］に記載された計算機合成ホログラムの再生シミュレーション方法である。
【０００７】
［３］さらに、本発明により作製された計算機合成ホログラムは、［２］に記載の計算機合成ホログラム作製方法を用いたものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ＥＢ描画前に計算機合成ホログラムの品質を確認することで、計算機合成ホログラムの品質に関わる修正に必要なコストと時間を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面を参照して、計算機合成ホログラムの再生シミュレーション方法、その再生シミュレーション方法を用いた計算機合成ホログラム作製方法の実施形態について説明する。まず、計算機合成ホログラム１を作製する原理について説明する。
【００１０】
本実施形態では、図１に示すように、原画像１０を記録面２０上に干渉縞として記録する方法を用いる。ここでは、説明の便宜上、図示のとおりＸＹＺ三次元座標系を定義し、記録面２０がＸＹ平面上に置かれているものとする。光学的な手法を採る場合、記録対象となる物体が原画像１０として用意されることになる。この原画像１０上の任意の点Ｐから発せられた物体光Ｏは、記録面２０の全面に向けて進行する。一方、記録面２０には、参照光Ｒが照射されており、物体光Ｏと参照光Ｒとの干渉縞が記録面２０上に記録されることになる。
【００１１】
記録面２０の位置に計算機合成ホログラムを作製するには、原画像１０、記録面２０、参照光Ｒを、コンピュータ上にデータとしてそれぞれ定義し、記録面２０上の各位置における干渉波強度を演算すればよい。具体的には、図２に示すように、原画像１０をＮ個の点光源Ｐ1，Ｐ2，Ｐ3，…，Ｐi，…，ＰNの集合として取り扱い、各点光源からの物体光Ｏ1，Ｏ2，Ｏ3，…，Ｏi，…，ＯNが、それぞれ演算点Ｑ（ｘ，ｙ）へと進行するとともに、参照光Ｒが演算点Ｑ（ｘ，ｙ）に向けて照射されたものとし、これらＮ本の物体光Ｏ1〜ＯNと参照光Ｒとの干渉によって生じる干渉波の演算点Ｑ（ｘ，ｙ）の位置における振幅強度を求める演算を行えばよい。物体光および参照光は、通常、単色光として演算が行われる。記録面２０上には、必要な解像度に応じた多数の演算点を定義するようにし、これら各演算点のそれぞれについて、振幅強度を求める演算を行えば、記録面２０上には干渉波の強度分布が得られることになる。
【００１２】
このような強度分布を示す画像データに基づいて、実際の媒体上に物理的な濃淡パターンやエンボスパターンを形成すれば、原画像１０を干渉縞として記録した計算機合成ホログラムが作製できるが、本実施形態では、作製前にシミュレーションを行い、計算機合成ホログラムの品質を確認する。
【００１３】
次に、計算機合成ホログラムの再生シミュレーション方法について説明する。図３は、第１実施形態の計算機合成ホログラムの再生シミュレーションのフローチャートを示す図である。なお、再生シミュレーションの公知技術は、非特許文献２に詳しく説明されている。
【００１４】
まず、ステップ１で、出力されるシミュレーション画像の大きさと視差情報分解能を決定する画像データの2次元フーリエ変換用分割サイズ等のパラメータを決定する（ＳＴ１）。フーリエ変換の演算方法には離散フーリエ変換（DFT：discrete Fourier transform）や高速フーリエ変換（ＦＦＴ：fast Fourier transform）など種々の方法が適用できるが、以降の実施例では高速処理が特徴のFFTを用いた方法を説明する。続いて、ステップ２で、画像データを読み込む（ＳＴ２）。
【００１５】
次に、ステップ３で、画像データの２次元ＦＦＴを行う（ＳＴ３）。２次元ＦＦＴを行う際には、ステップ１で決定した分割サイズに従って、図４（ａ）に示すように画像データを小領域に分割する。図４（ｂ）に示した分割サイズに分割された小領域ごとに２次元ＦＦＴを行う。次に、ステップ４で、図５に示すような小領域ごとの２次元ＦＦＴ画像からなる２次元ＦＦＴ画像の集合体を出力する（ＳＴ４）。
【００１６】
小領域の２次元ＦＦＴ画像は、小領域に分割された画像データに含まれる格子の空間周波数ごとの強度を表しており、すべての小領域から観察者の視点に回折される光の波長ごとの強度を求めることで、再生シミュレーション画像が得られるが、このシミュレーション画像は、実物の計算機合成ホログラムの再生像と比べ、ノイズが多く、再生像のぼけが少ない。ノイズに関しては、画像データの２次元ＦＦＴ画像における、隣接画素同士の画素値の差が大きいことに起因する。また、再生像のぼけに関しては、照明光が有限の大きさと距離を有する場合、計算機合成ホログラムに対し多数の角度から照明光が入射することで左右方向の複数視差が同時に再生され、再生像の位置が記録面から離れるほどぼけた再生像が観察されるのに対し、シミュレーションの照明光は完全な平行光、もしくは点光源であるため、記録面から離れた再生像であっても鮮明なシミュレーション画像が得られることに起因する。
【００１７】
そこで、再生シミュレーション画像をより実物の計算機合成ホログラムの見た目に近づけるため、２次元ＦＦＴ画像の集合体すべての画素に対し、対象画素と、その周辺の参照領域を設定し、対象画素の画素値を周辺の参照領域の画素値を基に平均化する平滑化処理を加えることが好ましい。（例えば、図６に示すような対象画素を中心に縦３画素、横３画素の大きさを持つ参照領域において、対象画素の画素値を０とし、参照領域において対象画素以外の画素値が２５５とすると、平滑化処理により、対象画素の画素値は２２６となる。）
【００１８】
そこで、ステップ５において、平滑化処理が必要か否かを判断する（ＳＴ５）。ステップ５において、平滑化処理が必要と判断された場合、ステップ６で、平滑化処理を行う（ＳＴ６）。ステップ５において、平滑化処理が必要でないと判断された場合、ステップ６の平滑化処理を実行せず、ステップ７に進む。
【００１９】
ここで、平滑化処理について説明する。まず、記録面上の干渉波の強度分布から画素値を設定する。画素値は、干渉波の強度分布を数値化したものにより設定される。次に、対象画素に対する参照領域を設定する。例えば、本実施形態では、図７に示すように、対象画素をＣ２、参照領域を対象画素を中心とした周辺の３×５の画素に設定した。図７（ａ）は平滑化前の画素値、図７（ｂ）は平滑化後の画素値を示す。
【００２０】
この場合、対象画素Ｃ２＝１０２を平滑化したＣ’２は、以下の式（１）により求められる。
C'2=(A1+A2+A3+B1+B2+B3+C1+C2+C3+D1+D2+D3+E1+E2+E3)/15
・・・（１）
【００２１】
式（１）を計算すると、Ｃ’２＝１１０となり、元の対象画素の画素値と異なり、参照領域の画素値を基に平均化された値となる。この結果、図８（ａ）に示すような隣接画素の画素値が離散的な２次元ＦＦＴ画像が、図８（ｂ）に示すように平滑化される。また、図９は、図５に示したある小領域の２次元ＦＦＴ画像を平滑化した図である。
【００２２】
なお、参照領域に画素がない場合は、プログラム上の手法は複数あるが、例えば、参照領域を存在する画素に限定してもよい。また、参照領域の範囲は自由に設定してもよく、その際に、一部の領域の画素値に対し重み付け等を設定してもよい。
【００２３】
ステップ７では、干渉縞画素ピッチや参照光角度等の計算機合成ホログラムのパラメータを入力する（ＳＴ７）。続いて、ステップ８で、計算機合成ホログラムを観察する視点を設定し、分割されたすべての小領域から視点方向へ回折される回折光の波長ごとの強度を演算する（ＳＴ８）。次に、ステップ９で、シミュレーション画像を表示し（ＳＴ９）、終了する。
【００２４】
図１０は、平滑化処理を行わないシミュレーション画像と平滑化処理を行ったシミュレーション画像を示す図である。図１０（ａ）が平滑化処理を行わないシミュレーション画像、図１０（ｂ）が平滑化処理を行ったシミュレーション画像である。
【００２５】
このように、平滑化処理を行うことにより、２次元フーリエ変換画像の集合体に複数の視差情報が合成され、蛍光灯下のような有限面積を持つ照明光で照明された実物の計算機合成ホログラムの見た目と似たシミュレーション画像が得られる。
【００２６】
また、平滑化処理の参照領域を光源形状に合わせて設定することで、シミュレーション画像に光源形状を反映させることができる。例えば、図１１に示すような水平方向に広がりを持つ蛍光灯等の光源を照明光とした場合の計算機合成ホログラムの再生像は、再生像の位置がホログラム面から離れるほど、ぼけた像が再生されるが、２次元ＦＦＴ画像の集合体をｘ軸方向に広がる参照領域で平滑化することで、ぼけたシミュレーション画像が出力される。図１２に示すような光源配置において、計算機合成ホログラムの再生波長を555nm、干渉波のｘ軸方向演算間隔を0.5μm、分割された小領域の画素が縦64画素×横64画素とした場合、参照領域の大きさは、図１３に示すような対象画素を中心に幅21画素とすればよい。
【００２７】
さらに、図１４に示すような奥行き方向に広がりを持つ蛍光灯等の光源を照明光とした場合の計算機合成ホログラムの再生像は、計算機合成ホログラムの上下方向の色分散が平均化され、彩度が低下した像が再生されるが、２次元ＦＦＴ画像の集合体をｙ軸方向広がる参照領域で平滑化することで、彩度が低下したシミュレーション画像が出力される。図１５に示すような光源配置において、計算機合成ホログラムの再生波長を555nm、干渉波のｙ軸方向演算間隔を0.2μm、分割された小領域の画素が縦64画素×横64画素とした場合、参照領域の大きさは、図１６に示すような対象画素を中心に幅5画素とすればよい。
【００２８】
次に、再生シミュレーション方法を用いたホログラム作製方法について説明する。図１７は、第２実施形態の計算機合成ホログラムの再生シミュレーション方法を用いた計算機合成ホログラム作製方法のフローチャートを示す図である。
【００２９】
まず、ステップ１１で、図１８に示すような３次元ＣＧモデルを作成する（ＳＴ１１）。続いて、ステップ１２で、計算機合成ホログラムパラメータを入力する（ＳＴ１２）。ここでの計算機合成ホログラムパラメータは、干渉縞の演算間隔、参照光波長、物体光広がり角、干渉縞パターンの１周期高さ、干渉縞パターン繰り返し周期及び計算機合成ホログラムサイズ等である。
【００３０】
次に、ステップ１３で、物体光を演算し（ＳＴ１３）、ステップ１４で、干渉縞を演算する（ＳＴ１４）。続いて、ステップ１５で、シミュレーションが必要か否かを判断する（ＳＴ１５）。
【００３１】
ステップ１５において、シミュレーションが必要でないと判断した場合、ステップ２５に進む。ステップ１５において、シミュレーションが必要であると判断した場合、計算機合成ホログラムの再生シミュレーションを実行する。計算機合成ホログラムの再生シミュレーションについて第１実施形態と同様な部分に関しては、詳細な説明を省略する。
【００３２】
ステップ１６で、出力されるシミュレーション画像の大きさと視差情報分解能を決定する画像データの２次元ＦＦＴ用分割サイズ等のパラメータを決定する（ＳＴ１６）。続いて、ステップ１７で、画像データを読み込み、画像データの２次元ＦＦＴを行う（ＳＴ１７）。２次元ＦＦＴを行う際には、画像データは、図４に示すように、ステップ１６において入力した小領域の分割サイズに分割され、小領域ごとに２次元ＦＦＴを行う。次に、ステップ１８で、図５に示すような小領域ごとの２次元ＦＦＴ画像からなる２次元ＦＦＴ画像の集合体を出力する（ＳＴ１８）。
【００３３】
次に、ステップ１９で、平滑化処理が必要か否かを判断する（ＳＴ１９）。ステップ１９において、平滑化処理が必要と判断された場合、ステップ２０で、平滑化処理を行う（ＳＴ２０）。ステップ１９において、平滑化処理が必要でないと判断された場合、ステップ２０の平滑化処理を実行せず、ステップ２１に進む。
【００３４】
平滑化処理については、第１実施形態と同様なので説明は省略する。
【００３５】
ステップ２１では、干渉縞の演算間隔や参照光角度等の計算機合成ホログラムのパラメータを入力する（ＳＴ２１）。続いて、ステップ２２で、計算機合成ホログラムを観察する視点を設定し、視点に回折される光の波長ごとの強度を演算する（ＳＴ２２）。次に、ステップ２３で、シミュレーション画像を表示する（ＳＴ２３）。
【００３６】
続いて、ステップ２４で、計算機合成ホログラムの品質をシミュレーション画像で確認し、電子線描画装置によるＥＢ描画を行うか否かを判断する（ＳＴ２４）。ステップ２４において、画像を確認し、確認した画像でＥＢ描画を行わないと判断した場合、ステップ１に戻り、原画像となる３次元ＣＧモデルや計算機合成ホログラムのパラメータなどの修正を行う。ステップ２４において、計算機合成ホログラムの品質をシミュレーション画像で確認し、ＥＢ描画を行うと判断した場合、ステップ２５で、干渉波の強度分布を示す画像データをＥＢ描画用データに変換を行い（ＳＴ２５）、ステップ２６で、ＥＢ描画を行い（ＳＴ２６）、計算機合成ホログラムを作製する。
【００３７】
ここで、ＥＢ描画用データ変換から計算機合成ホログラム作製までの例について説明する。
【００３８】
強度分布を示す画像データをＥＢ描画用データに変換し、実際の媒体上に物理的な濃淡パターンやエンボスパターンを形成すれば、原画像１０を干渉縞として記録したホログラムが作製できる。
【００３９】
媒体上に高解像度の干渉縞を形成する手法としては、電子線描画装置を用いたＥＢ描画が適している。電子線描画装置は、半導体集積回路のマスクパターンを描画する用途などに広く利用されており、電子線を高精度で走査する機能を有している。そこで、演算によって求めた干渉波の強度分布を示す画像データを電子線描画装置に与えて電子線を走査すれば、この強度分布に応じた干渉縞パターンを描画することができる。
【００４０】
ただ、一般的な電子線描画装置は、描画／非描画を制御することにより二値画像を描画する機能しか有していない。そこで、演算によって求めた強度分布を二値化して二値画像を作製し、この二値画像データを電子線描画装置に与えるようにすればよい。
【００４１】
図１９は、このような二値化処理を用いて干渉縞パターンを記録する一般的な方法の概念図である。上述した演算により、記録面２０上の各演算点Ｑ（ｘ，ｙ）には、所定の干渉波強度値、すなわち干渉波の振幅強度値が定義されることになる。たとえば、図１９(a) に示す演算点Ｑ（ｘ，ｙ）にも、所定の振幅強度値が定義される。そこで、この振幅強度値に対して所定のしきい値（たとえば、記録面２０上に分布する全振幅強度値の平均値）を設定し、このしきい値以上の強度値をもつ演算点には画素値「１」を与え、このしきい値未満の強度値をもつ演算点には画素値「０」を与えるようにする。したがって、図１９(a) に示す演算点Ｑ（ｘ，ｙ）には、「１」か「０」のいずれかの画素値が定義されることになる。
【００４２】
そこで、図１９ (b) に示すように、この演算点Ｑ（ｘ，ｙ）の位置に単位領域Ｕ（ｘ，ｙ）を定義し、この単位領域Ｕ（ｘ，ｙ）を「１」か「０」のいずれかの画素値をもった画素として取り扱うようにすれば、所定の二値画像を得ることができる。この二値画像のデータを電子線描画装置に与えて描画を行えば、物理的な二値画像として干渉縞を描画することができる。実際には、この物理的に描画された干渉縞に基づいて、たとえばエンボス版を作製し、このエンボス版を用いたエンボス加工を行うことにより、表面に干渉縞が凹凸構造として形成されたホログラムを量産することができる。
【００４３】
図２０には、記録面２０上に二次元配列された単位領域Ｕ１〜Ｕ２４が示されている。この例では、いずれの単位領域も、一辺が２μｍの正方形となっているが、これは、記録面２０上に定義された演算点Ｑ１〜Ｑ２４が縦横に２μｍピッチで配置されているためである。記録面２０上に定義される演算点は、いわば干渉波強度のサンプル点としての機能を果たすことになるので、原画像１０上に定義された点光源のピッチ、原画像１０と記録面２０との距離、参照光Ｒの方向、波長などの光学的な条件設定を考慮して、干渉縞を記録するのに最適なピッチで配置すればよい。図１４に示す例では、演算点Ｑのピッチは縦横ともに２μｍとしているが、縦横のピッチを変えるようにしてもよい（この場合、各単位領域は長方形となる）。また、図２０に示す例では、正方形状の単位領域の中心点が各演算点上に重なるように、個々の単位領域を個々の演算点上に配置しているが、単位領域と演算点との位置関係は、必ずしもこのとおりにする必要はない。たとえば、各単位領域の左上隅点を基準点として定め、この左上隅点の基準点が演算点上に重なるように、個々の単位領域を配置してもかまわない。
【００４４】
上述したように、この図２０に示す各演算点Ｑ１〜Ｑ２４には、それぞれ所定の干渉波強度値が演算される。そして、従来の一般的な手法では、各強度値は、所定のしきい値に基づいて二値化され、「１」または「０」の画素値に変換される。そこで、たとえば、画素値「１」が定義された演算点Ｑを含む単位領域Ｕを白画素、画素値「０」が定義された演算点Ｑを含む単位領域Ｕを黒画素として取り扱えば、白黒の二値画像が得られることになる。この二値画像に基づいて、白画素の部分を凹部、黒画素の部分を凸部（あるいはその逆）とする物理的な凹凸構造を形成すれば、ホログラム媒体が得られることになる。
【００４５】
しかしながら、このような一般的な計算機合成ホログラムの作製方法では、各単位領域に割り付けられるのは、白画素か黒画素かのいずれかに限定されることになるため、演算により求められた干渉波強度の階調値は失われてしまう。
【００４６】
そこで、本実施形態では、単位領域を第１の画素値をもった第１の領域と第２の画素値をもった第２の領域とに分割することにより定義される二値パターンを、「単位領域に対する第１の領域の占有率」を変えることにより複数通り用意しておき、各演算点の位置に、それぞれ各演算点についての干渉波強度に対応した占有率（「単位領域に対する第１の領域の占有率」）を有する二値パターンを割り付けるようにしたのである。
【００４７】
まず、図２１に示すように、干渉波強度の値に応じて特定の階調値を画素に割り付ける。本実施形態では、図２２に示すように、５種類の二値パターンＤ０〜Ｄ４を予め用意しておく。いずれの二値パターンも、一辺が２μｍの正方形からなる単位領域内のパターンであり、第１の画素値「１」をもった第１の領域（図では白い部分）と、第２の画素値「０」をもった第２の領域（図ではハッチングが施された部分）とによって構成されている。もっとも、二値パターンＤ０には第２の領域のみしか含まれておらず、二値パターンＤ４には第１の領域のみしか含まれていないが、これは便宜上、他方の領域の面積が０である特別な場合と考えることにする。ここで、「単位領域（正方形全体）に対する第１の領域（白い部分）の占有率」に着目すると、二値パターンＤ０，Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４についての当該占有率は、それぞれ０％，２５％，５０％，７５％，１００％となる。
【００４８】
いずれの二値パターンにおいても、図示のとおり、第１の領域（白い部分）は、単位領域（正方形全体）の縦幅に等しい縦幅を有し、所定の占有率に応じた横幅を有する矩形から構成されており、しかもこの第１の領域を構成する矩形は、単位領域の横幅に関する中心位置に配置されている。そして、単位領域内の第１の領域が配置された残りの部分が第２の領域（ハッチングが施された部分）となっている。なお、二値パターンは、図２２に示したものに限らず、図２３に示すような様々なパターン又はそれ以外のパターンでもよい。また、それぞれの二値パターンにそれぞれ異なる屈折率を対応させることで階調を表現してもよい。
【００４９】
さて、こうして用意された５種類の二値パターンＤ０〜Ｄ４を、記録面上の各演算点位置に選択的に割り付けることにより、各演算点における干渉波強度を５段階の階調によって表現することが可能になる。図２１に示す例では、各演算点における干渉波強度は、０〜４の５段階の強度値として与えられている。この５段階の強度値に、５種類の二値パターンＤ０〜Ｄ４を割り当てるためには、たとえば、強度値０については二値パターンＤ０、強度値１については二値パターンＤ１、強度値２については二値パターンＤ２、強度値３については二値パターンＤ３、強度値４については二値パターンＤ４といった対応関係を予め定義しておけばよい。図２３は、上述の対応関係に基づいて、図２１に示す各強度値に対応する二値パターンを割り付けて得られる二値画像の一例を示す図である。一般的な方法により得られる二値画像と比較すると、いずれも二値画像であることに変わりはないものの、各演算点における干渉波強度値が階調情報をもったまま表現されている。
【００５０】
この図２４に示すような二値画像が得られたら、この二値画像に基づいて、媒体上に物理的な干渉縞を形成すれば、品質の高い階調画像を再現することが可能な計算機合成ホログラム媒体が得られる。具体的には、図２４における黒い部分を凸部、白い部分を凹部（またはその逆）とするエンボス構造を媒体上に形成すればよい。実際には、このような二値画像の形成は、電子線描画装置を用いた電子ビーム走査によって行うのが好ましい。現在、一般的に利用されている電子線描画装置における電子ビームのスポット径は０．０５μｍ程度、その走査精度は０．０１μｍ程度であり、図２２に示すような寸法構成をもった二値パターンであれば十分に描画可能である。もちろん、図２４に示すような二値画像を得るまでの工程は、所定のプログラムを組み込んだコンピュータによって行われ、このコンピュータによって作製された二値画像データを電子線描画装置に与えることにより、実際の物理的な描画処理が行われることになる。
【００５１】
図２５は、作製した計算機合成ホログラムの再生像である。このように、図１０（ｂ）に示した平滑化処理を施したシミュレーション画像が、作製した計算機合成ホログラムの再生像に近い画像であることがわかる。
【００５２】
したがって、平滑化処理を行うことにより、2次元FFT画像の集合体に複数の視差情報が合成され、蛍光灯下のような有限面積を持つ照明光で照明された実物の計算機合成ホログラムの見た目と似たシミュレーション画像が得られる。また、ＥＢ描画を行う前に、あらかじめシミュレーションを行い、シミュレーション結果を確認してからＥＢ描画で計算機合成ホログラムを作製するので、計算機合成ホログラムの修正に必要なコストと時間を低減することができる。
【００５３】
また、本実施形態では、計算機合成ホログラム１の作製に干渉波の強度分布を使用したが、参照光と干渉させずに複素振幅分布を適用してもよい。
【００５４】
例えば、特許文献３、４に記載されているように一面に溝を持った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。
【００５５】
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。
【００５６】
また、本実施形態は計算機合成ホログラムの作製に、EB描画装置を使用したが、レーザ描画装置や切削加工を使用するようにしてもよい。
【００５７】
また、本実施形態では、原画像１０を点光源の集合として取り扱っているが、特許文献２に記載されている原画像を線光源の集合として取り扱う方法を使用してもよい。
【００５８】
このように、再生シミュレーション方法を用いた計算機合成ホログラム作製方法により、ＥＢ描画前に計算機合成ホログラムの品質を確認することで、計算機合成ホログラムの品質に関わる修正に必要なコストと時間の損失を低減できるので、作製された計算機合成ホログラムは、低コストで品質の高い計算機合成ホログラムとなる。
【００５９】
以上、本発明の計算機合成ホログラムの再生シミュレーション方法、その再生シミュレーション方法を用いた計算機合成ホログラム作製方法及びその計算機合成ホログラム作製方法を用いて作製された計算機合成ホログラムを実施形態に基づいて説明してきたが、本発明はこれら実施形態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】
【００６０】
【図１】計算機合成ホログラムの記録方法の概念を示す斜視図である。
【図２】図１の演算処理の概念に基づく具体例を示す図である。
【図３】第１実施形態の計算機合成ホログラムの再生シミュレーションのフローチャートを示す図である。
【図４】小領域に分割された干渉波の強度分布を示す画像データを示す図である。
【図５】小領域の２次元ＦＦＴ画像を示す図である。
【図６】平滑化処理の概念を示す図である。
【図７】本実施形態の平滑化処理を行う前後の２次元ＦＦＴ画像の一部画素値を示す図である。
【図８】本実施形態の平滑化処理を行う前後の２次元ＦＦＴ画像の一部拡大図を示す図である。
【図９】図５に示した小領域の２次元ＦＦＴ画像を平滑化した図である。
【図１０】平滑化処理を行わないシミュレーション画像と平滑化処理を行ったシミュレーション画像を示す図である。
【図１１】水平方向に広がりを持つ光源による照明の概念を示す斜視図である。
【図１２】図１０の概念に基づく具体例を示す図である。
【図１３】図１１における本実施形態の平滑化処理の参照領域を示す図である。
【図１４】奥行き方向に広がりを持つ光源による照明の概念を示す斜視図である。
【図１５】図１３の概念に基づく具体例を示す図である。
【図１６】図１４における本実施形態の平滑化処理の参照領域を示す図である。
【図１７】第２実施形態の計算機合成ホログラムの再生シミュレーション方法を用いたホログラム作製方法のフローチャートを示す図である。
【図１８】作成した３次元ＣＧモデルを示す図である。
【図１９】干渉波強度分布から二値画像を得る概念を示す図である。
【図２０】記録面状に格子状に配列された領域を示す図である。
【図２１】各領域の５値化された干渉縞強度を示す図である。
【図２２】二値パターンの構成を示す図である。
【図２３】他の二値パターンの構成を示す図である。
【図２４】本実施形態により得られる二値画像を示す図である。
【図２５】作製した計算機合成ホログラムの再生像である。
【符号の説明】
【００６１】
１０…原画像
２０…記録面
【図１】
2010002557.tif 000003
【図２】
2010002557.tif 000004
【図３】
2010002557.tif 000005
【図６】
2010002557.tif 000006
【図７】
2010002557.tif 000007
【図１１】
2010002557.tif 000008
【図１２】
2010002557.tif 000009
【図１３】
2010002557.tif 000010
【図１４】
2010002557.tif 000011
【図１５】
2010002557.tif 000012
【図１６】
2010002557.tif 000013
【図１７】
2010002557.tif 000014
【図１９】
2010002557.tif 000015
【図２０】
2010002557.tif 000016
【図２１】
2010002557.tif 000017
【図２２】
2010002557.tif 000018
【図２３】
2010002557.tif 000019
【図２４】
2010002557.tif 000020
【図４】
2010002557.tif 000021
【図５】
2010002557.tif 000022
【図８】
2010002557.tif 000023
【図９】
2010002557.tif 000024
【図１０】
2010002557.tif 000025
【図１８】
2010002557.tif 000026
【図２５】
2010002557.tif 000027