(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
任意の波面を再生するためのホログラムを作製する方法において、
まず、コンピュータにより、所望の再生波面を形成するためのホログラム面上での位相および／または振幅の分布を計算し、
次に、空間光変調素子により、前記コンピュータで計算された位相および／または振幅の分布をレーザー光に与え、
しかる後に、光学系により、前記レーザー光の位相および／または振幅分布における前記レーザー光の入射方向と直交する方向の倍率を縮小して物体光としてホログラム記録用の感光材料に入射させ、当該感光材料に前記物体光と可干渉性のある参照光を入射して両者の干渉により所望のホログラムを作製し、
前記感光材料を、感光材料面内で移動させるようにしたことを特徴とするホログラムの作製方法。
【請求項２】
前記レーザー光の位相および／または振幅分布を縮小する光学系としては、テレセントリック系を用いるようにしたことを特徴とする請求項１に記載のホログラムの作製方法。
【請求項３】
前記テレセントリック系としては、前記空間光変調素子と感光材料との間に配置された２つのレンズで構成し、前記空間光変調素子側に配置されたレンズの像焦点位置に空間フィルターを配置するようにしたことを特徴とする請求項２に記載のホログラムの作製方法。
【請求項４】
前記テレセントリック系としては、前記空間光変調素子と感光材料との間に配置された２つのレンズで構成し、前記参照光を、前記感光材料側に配置されたレンズを介して前記感光材料に入射させるようにしたことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のホログラムの作製方法。
【請求項５】
前記空間光変調素子としては、液晶表示デバイスを用いるようにしたことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のホログラムの作製方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、任意の波面を再生するためのホログラムを作製する方法に係り、特にコンピュータ上での計算量を少なくして、短時間に高精度なホログラムを簡便に作製できるようにしたホログラムの作製方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ホログラムは、任意の波面を再生する目的には優れた媒体である。しかしながら、通常のレーザー光の干渉を用いて撮影して得られるホログラムは、実際に被写体等を必要とするため、被写体や得られたホログラムには、自ら限定／限界がある。
【０００３】
一方、ＣＧＨ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ｇｅｎｅｒａｔｅｄ  Ｈｏｌｏｇｒａｍ  ）は、実際にレーザー光等で干渉的に作製することが不可能なホログラムも作製することができる技術である。すなわち、コンピュータにより、所望の波面を再生するためのホログラム面上での複素振幅分布を計算し、これを物理的に実現するようなものを作製すれば、ＣＧＨが完成する。
【０００４】
ところで、このようなＣＧＨを作製するための方法としては、従来から、計算されたパターンをＸ−Ｙプロッター等により描画し、写真縮小等して適切な大きさにする方法、あるいは高解像度を有する装置を用いて、パターンを直接描画する方法等がある。
【０００５】
しかしながら、これらの方法では、いずれもコンピュータでの計算量が膨大であり、したがって長時間の処理を要し、取り扱うデータ量も膨大でとなる。また、作製する際にも、膨大なデータを描画等しなければならないため、これにも長時間の処理が必要であり、特に比較的大きいサイズのＣＧＨを作製することは不可能である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、従来の任意の波面を再生するためのホログラムの作製方法においては、コンピュータ上での計算量が非常に膨大であり、また作製に長時間を要することから、ホログラムを短時間で作製することが困難であるという問題があった。
【０００７】
本発明の目的は、コンピュータ上での計算量を少なくし、短時間に高精度な任意の波面を再生するためのホログラムを簡便に作製することが可能なホログラムの作製方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために本発明では、任意の波面を再生するためのホログラムを作製するに際して、まず、コンピュータにより、所望の再生波面を形成するためのホログラム面上での位相および／または振幅の分布を計算し、次に、空間光変調素子により、コンピュータで計算された位相および／または振幅の分布をレーザー光に与え、しかる後に、光学系により、レーザー光の位相および／または振幅分布におけるレーザー光の入射方向と直交する方向の倍率を縮小して物体光としてホログラム記録用の感光材料に入射させ、当該感光材料に物体光と可干渉性のある参照光を入射して両者の干渉により所望のホログラムを作製するようにしている。
【０００９】
ここで、特に上記レーザー光の位相および／または振幅分布を縮小する光学系としては、テレセントリック系を用いるようにしている。
また、上記テレセントリック系としては、空間光変調素子と感光材料との間に配置された２つのレンズで構成し、空間光変調素子側に配置されたレンズの像焦点位置に、例えばピンホールのような空間フィルターを配置するようにしている。
【００１０】
さらに、上記テレセントリック系としては、空間光変調素子と感光材料との間に配置された２つのレンズで構成し、参照光を、感光材料側に配置されたレンズを介して感光材料に入射させるようにしている。
【００１１】
また、上記感光材料を、感光材料面内で移動させるようにしている。
さらに、上記空間光変調素子としては、液晶表示デバイスを用いるようにしている。
【００１２】
【作用】
従って、本発明のホログラムの作製方法においては、空間光変調素子によって位相および／または振幅が変調されたレーザー光を、テレセントリック系等の光学系（レンズ系）により縮小して感光材料上に入射し、また同時に、斜めから入射する参照レーザー光と干渉させることによって干渉縞を形成することにより、コンピュータ上での計算において搬送波を除外できるため、サンプル点数が少なくてよく計算量が極めて少なく、短時間に計算を行なうことが可能で、かつデータ量も少なくすることができる。
【００１３】
また、レーザー光による露光プロセスにおいて、粗い解像度の空間光変調素子を用いても十分細かいホログラムが作製可能であり、かつデータ量が少なく、１回の露光である程度の大きさのホログラムが作製できるため、短時間に高精度なホログラムを簡便に作製することができる。
【００１４】
この場合、搬送波は、作製されたホログラムによって再生される再生波面と、再生するために入射した照明光との分離のために必要である。そして、一般的に、搬送波は、再生波面を形成する位相および／または振幅分布よりも高空間周波数であり、したがって搬送波は、ホログラムにおいて膨大なデータ量と高解像度を必要とする。レーザー光による干渉を用いる本発明において、搬送波は、参照光の入射角度に依存する、感光材料上での位相分布に置き換えられる。
【００１５】
よって、本発明では、比較的粗い解像度で済む再生波面だけの位相および／または振幅分布だけ処理すればよいため、データ量が少なく、計算も短時間であり、しかも比較的粗い解像度の空間変調素子を用いても、十分に細かい干渉縞から成るホログラムを作製することができる。
【００１６】
一方、空間光変調素子と感光材料との間に配置された２つのレンズのうちの空間光変調素子側に配置されたレンズの像焦点位置に、例えばピンホールのような空間フィルターを配置して、空間光変調素子に液晶表示デバイス等を用いた際の、空間光変調素子のセル構造や、散乱特性等に起因する不必要な光の成分をしゃ断することにより、ノイズの少ない、すなわちＳＮ比が高い、高精度で、高回折効率のホログラムを作製することができる。
【００１７】
また、空間光変調素子と感光材料との間に配置された２つのレンズのうちの感光材料側に配置されたレンズを通して参照光を入射することにより、焦点距離の短いレンズも使用可能となる等、装置のレンズ系等に対する選択の範囲が増え、装置の小型化にも対応することができる。
【００１８】
さらに、感光材料をＸ−Ｙステージ等のステージ上に載置し、このステージを制御して感光材料面内で移動させることにより、感光材料上の露光位置を適宜変えながら露光することが可能となるため、比較的大きいサイズのホログラムを作製することも容易となる。
【００１９】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を参照して詳細に説明する。
（第１の実施例）
図１は、本発明の第１の実施例によるホログラムの作製方法を実現するためのＣＧＨ作成装置の構成例を示す概要図である。
【００２０】
本実施例では、以下のような方法によってホログラムを作製する。
すなわち、図１に示すように、まず、図示しないコンピュータにより、所望の再生波面を形成するためのホログラム面上での位相および／または振幅の分布を計算する。
【００２１】
次に、図示しないレーザー光源から発したレーザー光を２つに分け、そのうちの一方のレーザー光１Ａを、参照光としてホログラム記録用の感光材料２に入射させる。
【００２２】
また、もう一方のレーザー光１Ｂを液晶表示デバイス等の空間光変調素子３に入射させ、この空間光変調素子３により、レーザー光１Ｂに対して位相および／または振幅の変調を行なう。
【００２３】
この時、空間光変調素子３では、コンピュータによって計算された所望の再生波面を形成するための位相および／または振幅の変調を行なうようにし、この再生波面には搬送波に関する考慮は全く含まない。
【００２４】
しかる後に、光学系４により、レーザー光１Ｂの位相および／または振幅分布におけるレーザー光１Ｂの入射方向と直交する方向の倍率を縮小して、物体光として上記感光材料２上のレーザー光１Ａと同じ位置に入射させる。
【００２５】
ここで、レーザー光１Ｂの位相および／または振幅分布を縮小する光学系４としては、例えばテレセントリック系を用いることができ、このテレセントリック系としては、空間光変調素子３と感光材料２との間に配置された２つのレンズ４１，４２で構成している。
【００２６】
これにより、感光材料２に、物体光（レーザー光１Ｂ）と可干渉性のある参照光（レーザー光１Ａ）を入射して、両者の干渉によって所望のホログラムを作製、すなわち所望の再生波面（レーザー光１Ｂ）と参照光（レーザー光１Ａ）によって付与される搬送波との干渉縞を、感光材料２上にホログラムとして記録する。
【００２７】
そして、このようにして記録されたホログラムは、必要に応じて、現像等の処理を行なった後に、適切な照明光を入射させることによって、所望の再生波面を得ることができる。
【００２８】
本実施例における再生波面としては、任意の波面を適用することができ、例えば実在しない、もしくは実在しても通常の方法では得ることのできない３次元物体の表示や、光学素子等の実現が容易に可能となる。
【００２９】
なお、図１では、物体光（レーザー光１Ｂ）、参照光（レーザー光１Ａ）の光線束のふるまいを実線で、空間光変調素子面のレンズ系による結像関係を点線で、光の波面を破線でそれぞれ示している。
【００３０】
次に、以上のような本実施例によるホログラムの作製方法においては、空間光変調素子３によって位相および／または振幅が変調されたレーザー光１Ｂを、テレセントリック系等の光学系（レンズ系）４により縮小して感光材料２上に入射し、また同時に、斜めから入射する参照レーザー光１Ａと干渉させることによって干渉縞を形成することにより、コンピュータ上での計算において搬送波を除外できるため、サンプル点数が少なくてよく計算量が極めて少なく、短時間に計算を行なうことが可能で、かつデータ量も少なくすることができる。
【００３１】
この場合、搬送波は、作製されたホログラムによって再生される再生波面と、再生するために入射した照明光との分離のために必要である。そして、一般的に、搬送波は、再生波面を形成する位相および／または振幅分布よりも高空間周波数であり、したがって搬送波は、ホログラムにおいて膨大なデータ量と高解像度を必要とする。レーザー光による干渉を用いる本実施例において、搬送波は、参照光の入射角度に依存する、感光材料上での位相分布に置き換えられる。
【００３２】
例えば、参照光の感光材料２面への入射角をθｒとすると、搬送波のピッチ（＝周波数の逆数）ｄは、次のような式で表わされる。
ｄ＝（ｓｉｎ  θｒ）−１・λ
ここで、λはホログラム記録時のレーザー光の波長である。
【００３３】
一方、レーザー光による露光プロセスにおいて、粗い解像度の空間光変調素子３を用いても十分細かい干渉縞から成るホログラムが作製可能であり、かつデータ量が少なく、１回の露光である程度の大きさのホログラムが作製できるため、短時間に高精度なホログラムを簡便に作製することができる。
【００３４】
以上により、本実施例では、比較的粗い解像度で済む再生波面だけの位相および／または振幅分布だけ処理すればよいため、データ量が少なく、計算も短時間であり、しかも比較的粗い解像度の空間変調素子を用いても、十分に細かい干渉縞から成るホログラムを作製することができる。
【００３５】
なお、図２は、本実施例により作成されたホログラムの再生の様子を示す概要図である。
上述したように、本実施例では、ホログラムを作製するに際して、まず、コンピュータにより、所望の再生波面を形成するためのホログラム面上での位相および／または振幅の分布を計算し、次に、空間光変調素子３により、コンピュータで計算された位相および／または振幅の分布を物体光となるレーザー光１Ｂに与え、しかる後に、空間光変調素子３と感光材料２との間に配置された２つのレンズ４１，４２で構成される光学系であるテレセントリック系により、レーザー光１Ｂの位相および／または振幅分布におけるレーザー光１Ｂの入射方向と直交する方向の倍率を縮小して物体光としてホログラム記録用の感光材料２に入射させ、この感光材料２に物体光（レーザー光１Ｂ）と可干渉性のある参照光（レーザー光１Ａ）を入射して両者の干渉により所望のホログラムを作製するようにしたものである。
【００３６】
従って、コンピュータ上での計算において搬送波を除外できるため、サンプル点数が少なくてよく計算量が極めて少なく、短時間に計算を行なうことができ、かつデータ量も少なくすることが可能となる。
【００３７】
また、レーザー光による露光プロセスにおいて、粗い解像度の空間光変調素子３を用いても十分細かい干渉縞から成るホログラムが作製可能であり、かつデータ量が少なく、１回の露光である程度の大きさのホログラムが作製できるため、短時間に高精度なホログラムを簡便に作製することが可能となる。
【００３８】
以上により、比較的粗い解像度で済む再生波面だけの位相および／または振幅分布だけ処理すればよいため、データ量が少なく、計算も短時間であり、しかも比較的粗い解像度の空間変調素子３を用いても、十分に細かいホログラムを作製することができる。
【００３９】
（第２の実施例）
図３は、本発明の第２の実施例によるホログラムの作製方法を実現するためのＣＧＨ作成装置の構成例を示す概要図であり、図１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【００４０】
すなわち、本実施例では、図３に示すように、図１におけるテレセントリック系を構成する、空間光変調素子３と感光材料２との間に配置された２つのレンズ４１，４２のうち、空間光変調素子３側に配置されたレンズ４１の像焦点位置に空間フィルター５を配置して、ホログラムを作製するようにしている。
【００４１】
以上のような本実施例によるホログラムの作製方法においては、レンズ４１の像焦点位置に空間フィルター５を配置することによって、空間光変調素子３に液晶表示デバイス等を用いた際の、空間光変調素子３のセル構造や、散乱特性等に起因する不必要な光の成分をしゃ断することにより、ノイズの少ない、すなわちＳＮ比が高い、高精度で、高回折効率のホログラムを作製することができる。
【００４２】
上述したように、本実施例によるホログラムの作製方法においては、前述した第１の実施例の場合と同様の効果が得られることは勿論のこと、これに加えて、不必要な光の成分をしゃ断することができるため、ノイズの少ない、すなわちＳＮ比が高い、高精度で、高回折効率のホログラムを作製することが可能となる。
【００４３】
（第３の実施例）
図４は、本発明の第３の実施例によるホログラムの作製方法を実現するためのＣＧＨ作成装置の構成例を示す概要図であり、図１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【００４４】
すなわち、本実施例では、図４に示すように、図１におけるテレセントリック系を構成する、空間光変調素子３と感光材料２との間に配置された２つのレンズ４１，４２のうち、感光材料２側に配置されたレンズ４２を介して、参照光（レーザー光１Ａ）を感光材料２に入射して、ホログラムを作製するようにしている。
【００４５】
以上のような本実施例によるホログラムの作製方法においては、レンズ系と感光材料２との距離を近接させることも可能となる等、配置の自由度が増し、装置のレンズ系等に対する選択の範囲が増え、装置の小型化にも対応することができる。
【００４６】
上述したように、本実施例によるホログラムの作製方法においては、前述した第１の実施例の場合と同様の効果が得られることは勿論のこと、これに加えて、空間光変調素子３と感光材料２との間に配置された２つのレンズ４１，４２のうち、感光材料２側に配置されたレンズ４２を通して、参照光（レーザー光１Ａ）を感光材料２に入射しているので、装置のレンズ系等に対する選択の範囲が増え、装置の小型化にも対応することが可能となる。
【００４７】
また、感光材料２側に配置されたレンズ４２の焦点距離が短い場合でも、参照光（レーザー光１Ａ）を感光材料２に所望の角度で入射させることが可能となる。
【００４８】
これにより、縮小倍率が高い場合にも、容易に対応することが可能となる。また、光学系４の自由度を高めることが可能となる。
尚、本発明は上記各実施例に限定されるものではなく、次のようにしても同様に実施できるものである。
【００４９】
上記各実施例において、感光材料２をＸ−Ｙステージ等のステージ上に載置し、このステージを制御して感光材料２面内で移動させることにより、感光材料２上の露光位置を適宜変えながら露光することができるため、比較的大きいサイズのホログラムを作製することも極めて容易になる。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、任意の波面を再生するためのホログラムを作製するに際して、まず、コンピュータにより、所望の再生波面を形成するためのホログラム面上での位相および／または振幅の分布を計算し、次に、空間光変調素子により、コンピュータで計算された位相および／または振幅の分布をレーザー光に与え、しかる後に、光学系により、レーザー光の位相および／または振幅分布におけるレーザー光の入射方向と直交する方向の倍率を縮小して物体光としてホログラム記録用の感光材料に入射させ、当該感光材料に物体光と可干渉性のある参照光を入射して両者の干渉により所望のホログラムを作製するようにしたので、コンピュータ上での計算量を少なくし、短時間に高精度な任意の波面を再生するためのホログラムを簡便に作製することが可能なホログラムの作製方法が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例によるホログラムの作製方法を実現するためのＣＧＨ作成装置の構成例を示す概要図。
【図２】同実施例により作成されたホログラムの再生の様子を示す概要図。
【図３】本発明の第２の実施例によるホログラムの作製方法を実現するためのＣＧＨ作成装置の構成例を示す概要図。
【図４】本発明の第３の実施例によるホログラムの作製方法を実現するためのＣＧＨ作成装置の構成例を示す概要図。
【符号の説明】
１Ａ…レーザー光（参照光）、１Ｂ…レーザー光（物体光）、２…ホログラム記録用の感光材料、３…空間光変調素子、４…光学系、４１，４２…レンズ、５…空間フィルター。
【図１】
0003593359.tif 000002
【図２】
0003593359.tif 000003
【図３】
0003593359.tif 000004
【図４】
0003593359.tif 000005