(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
異なる位置から観察したときに、異なる原画像が再生される構成をもったホログラム記録媒体を製造する方法であって、
複数Ｎ個の原画像を、それぞれＸＹＺ三次元座標系上に配置された単位光源の集合として用意する原画像準備段階と、
αβγ三次元座標系について、その原点に配置された基準単位光源の位置を基準として、この基準単位光源から射出した光の伝播が可能な伝播空間を複数Ｎ通り定義する伝播空間定義段階と、
前記ＸＹＺ三次元座標系上に所定の記録面を設定する記録面設定段階と、
前記ＸＹＺ三次元座標系上に所定の参照光を設定する参照光設定段階と、
前記各原画像を構成する個々の単位光源から射出された物体光と前記参照光とに基づいて、前記記録面上に形成される干渉縞パターンを演算するパターン演算段階と、
前記干渉縞パターンを物理的な媒体上に形成するパターン形成段階と、
を有し、
前記パターン演算段階において、前記ＸＹＺ三次元座標系上に配置された各単位光源の位置に、前記αβγ三次元座標系の原点を置き、Ｘ軸とα軸、Ｙ軸とβ軸、Ｚ軸とγ軸とを対応させ、対応する各座標軸が平行になるように両座標系を重ね、第ｉ番目（ｉ＝１，２，…，Ｎ）の原画像に所属する単位光源からの物体光が、当該単位光源の位置に置かれたαβγ三次元座標系について定義された第ｉ番目（ｉ＝１，２，…，Ｎ）の伝播空間内にのみ伝播するものとして演算を行うことを特徴とするホログラム記録媒体の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の製造方法において、
パターン演算段階で、各原画像を構成する個々の単位光源から射出された物体光を合成することにより合成物体光を求め、この合成物体光と参照光との干渉によって記録面上に得られる干渉縞パターンを演算することを特徴とするホログラム記録媒体の製造方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の製造方法において、
パターン形成段階で、パターン演算段階によって得られた干渉縞パターンを二値画像パターンに変換し、物理的な媒体上に二値画像パターンを形成することを特徴とするホログラム記録媒体の製造方法。
【請求項４】
異なる位置から観察したときに、異なる原画像が再生される構成をもったホログラム記録媒体を製造する方法であって、
複数Ｎ個の原画像を、それぞれＸＹＺ三次元座標系上に配置された単位光源の集合として用意する原画像準備段階と、
αβγ三次元座標系について、その原点に配置された基準単位光源の位置を基準として、この基準単位光源から射出した光の伝播が可能な伝播空間を複数Ｎ通り定義する伝播空間定義段階と、
前記ＸＹＺ三次元座標系上に所定の記録面を設定する記録面設定段階と、
前記各原画像を構成する個々の単位光源から射出された物体光を合成することにより前記記録面上に形成される複素振幅パターンを演算するパターン演算段階と、
前記複素振幅パターンを物理的な媒体上に形成するパターン形成段階と、
を有し、
前記パターン演算段階において、前記ＸＹＺ三次元座標系上に配置された各単位光源の位置に、前記αβγ三次元座標系の原点を置き、Ｘ軸とα軸、Ｙ軸とβ軸、Ｚ軸とγ軸とを対応させ、対応する各座標軸が平行になるように両座標系を重ね、第ｉ番目（ｉ＝１，２，…，Ｎ）の原画像に所属する単位光源からの物体光が、当該単位光源の位置に置かれたαβγ三次元座標系について定義された第ｉ番目（ｉ＝１，２，…，Ｎ）の伝播空間内にのみ伝播するものとして演算を行うことを特徴とするホログラム記録媒体の製造方法。
【請求項５】
請求項４に記載の製造方法において、
パターン演算段階で、記録面上に多数の演算点を離散的に定義し、前記各演算点位置における所定サンプル時点での合成物体光の振幅および位相を求め、振幅および位相の離散的な分布として複素振幅パターンを求めることを特徴とするホログラム記録媒体の製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載の製造方法において、
パターン形成段階で、個々の演算点位置のそれぞれに三次元構造体からなるセルを配置し、かつ、個々のセルの三次元構造に、当該セルに対応する演算点位置についての振幅および位相の情報が記録されるようにすることを特徴とするホログラム記録媒体の製造方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の製造方法において、
原画像準備段階で、空間的に一部重複する配置をもった複数の原画像を用意することを特徴とするホログラム記録媒体の製造方法。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載の製造方法において、
伝播空間定義段階で、複数Ｎ通りの伝播空間を、互いに、空間的に排他的領域となるように定義することを特徴とするホログラム記録媒体の製造方法。
【請求項９】
請求項１〜７のいずれかに記載の製造方法において、
伝播空間定義段階で、複数Ｎ通りの伝播空間の一部もしくは全部を、他の伝播空間と空間的に一部重複する領域となるように定義することを特徴とするホログラム記録媒体の製造方法。
【請求項１０】
請求項１〜７のいずれかに記載の製造方法において、
伝播空間定義段階で、複数Ｎ通りの伝播空間の一部もしくは全部を、他の伝播空間と空間的に完全に一致する領域となるように定義することを特徴とするホログラム記録媒体の製造方法。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれかに記載の製造方法において、
単位光源として点光源を用いることを特徴とするホログラム記録媒体の製造方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の製造方法において、
原画像準備段階で、ＸＹＺ三次元座標系上に定義された点光源の集合として原画像を準備し、
伝播空間定義段階で、αβγ三次元座標系上の原点を頂点とした錐形の伝播空間を定義し、
パターン演算段階で、前記ＸＹＺ三次元座標系上に定義された点光源の位置に、前記αβγ三次元座標系の原点を置き、対応する各座標軸が平行になるように両座標系を重ね、前記点光源からの物体光が、前記錐形の伝播空間内にのみ広がるものとして演算を行うことを特徴とするホログラム記録媒体の製造方法。
【請求項１３】
請求項１〜１０のいずれかに記載の製造方法において、
単位光源として、多数の点光源を所定長の線分上に並べることにより構成された線分光源を用い、伝播空間定義段階で、前記線分光源を構成する個々の点光源の位置を頂点とした個々の錐形の幾何学的論理和からなる伝播空間を定義することを特徴とするホログラム記録媒体の製造方法。
【請求項１４】
請求項１〜１０のいずれかに記載の製造方法において、
単位光源として線分光源を用い、各線分光源を中心軸とした円柱側面からなる波面を有し、前記中心軸に対して垂直方向に進行する物体光を定義することを特徴とするホログラム記録媒体の製造方法。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれかに記載の製造方法において、
パターン演算段階で、互いに平行な複数の平面でスライスすることにより、三次元空間を複数Ｍ個の板状空間に分割し、第ｉ番目（ｉ＝１，２，…，Ｎ）の原画像に所属する第ｊ番目（ｊ＝１，２，…，Ｍ）の板状空間内の単位光源からの物体光が、第ｉ番目（ｉ＝１，２，…，Ｎ）の伝播空間内、かつ、第ｊ番目（ｊ＝１，２，…，Ｍ）の板状空間内にのみ伝播するものとして演算を行うことを特徴とするホログラム記録媒体の製造方法。
【請求項１６】
異なる位置から観察したときに、異なる原画像が再生される構成をもったホログラム記録媒体を製造する方法であって、
複数の原画像を、それぞれＸＹＺ三次元座標系上に配置された単位光源の集合として用意する原画像準備段階と、
αβγ三次元座標系について、その原点に配置された基準単位光源の位置を基準として、この基準単位光源から射出した光の伝播が可能な伝播空間を、前記複数の原画像のそれぞれに対応させて定義する伝播空間定義段階と、
前記ＸＹＺ三次元座標系上に所定の記録面を設定する記録面設定段階と、
前記ＸＹＺ三次元座標系上に所定の参照光を設定する参照光設定段階と、
前記各原画像を構成する個々の単位光源から射出された物体光と前記参照光とに基づいて前記記録面上に形成される干渉縞パターンを演算するパターン演算段階と、
前記干渉縞パターンを物理的な媒体上に形成するパターン形成段階と、
を有し、
前記パターン演算段階において、前記ＸＹＺ三次元座標系上に配置された各単位光源の位置に、前記αβγ三次元座標系の原点を置き、Ｘ軸とα軸、Ｙ軸とβ軸、Ｚ軸とγ軸とを対応させ、対応する各座標軸が平行になるように両座標系を重ね、各単位光源からの物体光の広がりに対して、当該単位光源が所属する原画像に対応した伝播空間に基づく制限を加えた演算を行うことを特徴とするホログラム記録媒体の製造方法。
【請求項１７】
異なる位置から観察したときに、異なる原画像が再生される構成をもったホログラム記録媒体を製造する方法であって、
複数の原画像を、それぞれＸＹＺ三次元座標系上に配置された単位光源の集合として用意する原画像準備段階と、
αβγ三次元座標系について、その原点に配置された基準単位光源の位置を基準として、この基準単位光源から射出した光の伝播が可能な伝播空間を、前記複数の原画像のそれぞれに対応させて定義する伝播空間定義段階と、
前記ＸＹＺ三次元座標系上に所定の記録面を設定する記録面設定段階と、
前記各原画像を構成する個々の単位光源から射出された物体光を合成することにより前記記録面上に形成される複素振幅パターンを演算するパターン演算段階と、
前記複素振幅パターンを物理的な媒体上に形成するパターン形成段階と、
を有し、
前記パターン演算段階において、前記ＸＹＺ三次元座標系上に配置された各単位光源の位置に、前記αβγ三次元座標系の原点を置き、Ｘ軸とα軸、Ｙ軸とβ軸、Ｚ軸とγ軸とを対応させ、対応する各座標軸が平行になるように両座標系を重ね、各単位光源からの物体光の広がりに対して、当該単位光源が所属する原画像に対応した伝播空間に基づく制限を加えた演算を行うことを特徴とするホログラム記録媒体の製造方法。
【請求項１８】
請求項１〜１７のいずれかに記載の製造方法により製造されたホログラム記録媒体。
【請求項１９】
異なる位置から観察したときに、異なる原画像が再生される構成をもったホログラム記録媒体を製造する装置であって、
複数Ｎ個の原画像を、それぞれＸＹＺ三次元座標系上に配置された単位光源の集合を示すデータとして格納する原画像格納部と、
αβγ三次元座標系について、その原点に配置された基準単位光源の位置を基準として示したデータとして、この基準単位光源から射出した光の伝播が可能な伝播空間を複数Ｎ通り格納する伝播空間格納部と、
前記ＸＹＺ三次元座標系上に所定の記録面を設定する記録面設定部と、
前記ＸＹＺ三次元座標系上に所定の参照光を設定する参照光設定部と、
前記各原画像を構成する個々の単位光源から射出された物体光と前記参照光とに基づいて、前記記録面上に形成される干渉縞パターンを演算するパターン演算部と、
前記干渉縞パターンを物理的な媒体上に形成するパターン形成部と、
を備え、
前記パターン演算部が、前記ＸＹＺ三次元座標系上に配置された各単位光源の位置に、前記αβγ三次元座標系の原点を置き、Ｘ軸とα軸、Ｙ軸とβ軸、Ｚ軸とγ軸とを対応させ、対応する各座標軸が平行になるように両座標系を重ね、第ｉ番目（ｉ＝１，２，…，Ｎ）の原画像に所属する単位光源からの物体光が、当該単位光源の位置に置かれたαβγ三次元座標系について定義された第ｉ番目（ｉ＝１，２，…，Ｎ）の伝播空間内にのみ伝播するものとして演算を行うことを特徴とするホログラム記録媒体の製造装置。
【請求項２０】
異なる位置から観察したときに、異なる原画像が再生される構成をもったホログラム記録媒体を製造する装置であって、
複数Ｎ個の原画像を、それぞれＸＹＺ三次元座標系上に配置された単位光源の集合を示すデータとして格納する原画像格納部と、
αβγ三次元座標系について、その原点に配置された基準単位光源の位置を基準として示したデータとして、この基準単位光源から射出した光の伝播が可能な伝播空間を複数Ｎ通り格納する伝播空間格納部と、
前記ＸＹＺ三次元座標系上に所定の記録面を設定する記録面設定部と、
前記各原画像を構成する個々の単位光源から射出された物体光を合成することにより前記記録面上に形成される複素振幅パターンを演算するパターン演算部と、
前記複素振幅パターンを物理的な媒体上に形成するパターン形成部と、
を備え、
前記パターン演算部が、前記ＸＹＺ三次元座標系上に配置された各単位光源の位置に、前記αβγ三次元座標系の原点を置き、Ｘ軸とα軸、Ｙ軸とβ軸、Ｚ軸とγ軸とを対応させ、対応する各座標軸が平行になるように両座標系を重ね、第ｉ番目（ｉ＝１，２，…，Ｎ）の原画像に所属する単位光源からの物体光が、当該単位光源の位置に置かれたαβγ三次元座標系について定義された第ｉ番目（ｉ＝１，２，…，Ｎ）の伝播空間内にのみ伝播するものとして演算を行うことを特徴とするホログラム記録媒体の製造装置。
【請求項２１】
請求項１９に記載されたホログラム記録媒体の製造装置における原画像格納部、伝播空間格納部、記録面設定部、参照光設定部およびパターン演算部としてコンピュータを機能させるプログラム、または、請求項２０に記載されたホログラム記録媒体の製造装置における原画像格納部、伝播空間格納部、記録面設定部およびパターン演算部としてコンピュータを機能させるプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ホログラム記録媒体の製造方法および製造装置に関し、特に、異なる位置から観察したときに、異なる原画像が再生される構成をもったホログラム記録媒体を製造する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
金券やクレジットカードについての偽造防止の用途として、ホログラムが広く利用されるに至っている。通常は、偽造防止対策を施す対象となる媒体上の一部に、ホログラムを記録する領域を設け、この領域内に立体像などをホログラムの形で記録することが行われている。
【０００３】
現在、商業的に利用されているホログラムの多くは、光学的な手法により、原画像を媒体上に干渉縞として記録したものである。すなわち、原画像を構成する物体を用意し、この物体からの光と参照光とを、レンズなどの光学系を用いて感光剤が塗布された記録面上に導き、この記録面上に干渉縞を形成させるという手法を採っている。この光学的な手法は、鮮明な画像を得るためにかなり精度の高い光学系を必要とするが、ホログラムを得るための最も直接的な手法であり、産業上では最も広く普及している手法である。
【０００４】
これに対して、最近では、計算機を用いた演算により記録面上に干渉縞を形成させ、ホログラムを製造する手法も知られており、このような手法で製造されたホログラムは、一般に「計算機合成ホログラム（ＣＧＨ：Computer Generated Hologram ）」、あるいは単に「計算機ホログラム」と呼ばれている。この計算機ホログラムは、いわば光学的な干渉縞の生成プロセスをコンピュータ上でシミュレーションすることにより得られるものであり、干渉縞パターンを生成する過程は、すべてコンピュータ上の演算として行われる。このような演算によって干渉縞パターンの画像データが得られたら、この画像データに基いて、実際の媒体上に物理的な干渉縞が形成される。具体的には、たとえば、コンピュータによって作成された干渉縞パターンの画像データを電子線描画装置に与え、媒体上で電子線を走査することにより物理的な干渉縞を形成する方法が実用化されている。
【０００５】
ホログラム記録媒体では、原画像を立体的に記録することが可能であり、視点位置を変えることにより、原画像を異なった角度から観察することができる。このように、平面上に立体画像を記録することができる点が、ホログラム記録媒体の大きな特徴である。また、最近では、異なった角度から観察すると、全く別の原画像が再生されるという、更なる特徴をもったホログラム記録媒体も商業的に利用されている。たとえば、下記の特許文献１には、計算機ホログラムの手法を用いて、視点位置を変えることにより異なる原画像を再生させることができるホログラム記録媒体の製造方法が開示されている。
【特許文献１】特開２００１−１０９３６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したとおり、異なる位置から観察したときに異なる原画像の再生が可能なホログラム記録媒体を製造する方法は、既に従来技術として知られている。しかしながら、この従来の方法の基本原理は、ホログラムの記録面上に複数の領域を設定し、個々の領域ごとにそれぞれ異なる原画像を記録する、というものであるため、再生像の解像度が低下するという問題がある。
【０００７】
たとえば、上述した特許文献１には、ホログラム記録面を複数の帯状領域に分割し、各帯状領域にそれぞれ複数の原画像のうちのいずれか１つを対応づけ、１つの帯状領域には、当該帯状領域に対応づけられた１つの原画像のみを記録する、という方法が開示されている。具体的には、３つの原画像を記録する場合であれば、第１の原画像を、第１，４，７，１０，......番目の帯状領域に記録し、第２の原画像を、第２，５，８，１１，......番目の帯状領域に記録し、第３の原画像を、第３，６，９，１２，......番目の帯状領域に記録する、というような記録方法を採るようにすればよい。このとき、３つの原画像は、それぞれ干渉縞として記録されることになるが、この時に用いる参照光の向きを原画像ごとに異ならせるようにすれば、それぞれ特定の位置から観察したときに特定の原画像が再生されることになる。
【０００８】
しかしながら、上述の例の場合、たとえば、第１の原画像は、第１，４，７，１０，......番目の帯状領域にしか記録されておらず、第２，３，５，６，８，９，１１，１２，......番目の帯状領域には、第１の原画像に関する情報が脱落してしまうため、結局、再生像の解像度は本来の１／３に低下してしまうことになる。このように、個々の領域ごとにそれぞれ異なる原画像を記録する、という原理を採る以上、再生像の解像度が低下するという問題が生じることになる。
【０００９】
そこで本発明は、異なる位置から観察したときに異なる原画像の再生が行われ、しかも高い解像度をもった再生像が得られるホログラム記録媒体の製造方法および製造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
(1)   本発明の第１の態様は、異なる位置から観察したときに、異なる原画像が再生される構成をもったホログラム記録媒体を製造するホログラム記録媒体の製造方法において、
複数Ｎ個の原画像を、それぞれＸＹＺ三次元座標系上に配置された単位光源の集合として用意する原画像準備段階と、
αβγ三次元座標系について、その原点に配置された基準単位光源の位置を基準として、この基準単位光源から射出した光の伝播が可能な伝播空間を複数Ｎ通り定義する伝播空間定義段階と、
ＸＹＺ三次元座標系上に所定の記録面を設定する記録面設定段階と、
ＸＹＺ三次元座標系上に所定の参照光を設定する参照光設定段階と、
各原画像を構成する個々の単位光源から射出された物体光と参照光とに基づいて、記録面上に形成される干渉縞パターンを演算するパターン演算段階と、
干渉縞パターンを物理的な媒体上に形成するパターン形成段階と、
を行うようにし、
パターン演算段階において、ＸＹＺ三次元座標系上に配置された各単位光源の位置に、αβγ三次元座標系の原点を置き、Ｘ軸とα軸、Ｙ軸とβ軸、Ｚ軸とγ軸とを対応させ、対応する各座標軸が平行になるように両座標系を重ね、第ｉ番目（ｉ＝１，２，…，Ｎ）の原画像に所属する単位光源からの物体光が、当該単位光源の位置に置かれたαβγ三次元座標系について定義された第ｉ番目（ｉ＝１，２，…，Ｎ）の伝播空間内にのみ伝播するものとして演算を行うようにしたものである。
【００１１】
(2)   本発明の第２の態様は、上述した第１の態様に係るホログラム記録媒体の製造方法において、
パターン演算段階で、各原画像を構成する個々の単位光源から射出された物体光を合成することにより合成物体光を求め、この合成物体光と参照光との干渉によって記録面上に得られる干渉縞パターンを演算するようにしたものである。
【００１２】
(3)   本発明の第３の態様は、上述した第１または第２の態様に係るホログラム記録媒体の製造方法において、
パターン形成段階で、パターン演算段階によって得られた干渉縞パターンを二値画像パターンに変換し、物理的な媒体上に二値画像パターンを形成するようにしたものである。
【００１３】
(4)   本発明の第４の態様は、異なる位置から観察したときに、異なる原画像が再生される構成をもったホログラム記録媒体を製造するホログラム記録媒体の製造方法において、
複数Ｎ個の原画像を、それぞれＸＹＺ三次元座標系上に配置された単位光源の集合として用意する原画像準備段階と、
αβγ三次元座標系について、その原点に配置された基準単位光源の位置を基準として、この基準単位光源から射出した光の伝播が可能な伝播空間を複数Ｎ通り定義する伝播空間定義段階と、
ＸＹＺ三次元座標系上に所定の記録面を設定する記録面設定段階と、
各原画像を構成する個々の単位光源から射出された物体光を合成することにより記録面上に形成される複素振幅パターンを演算するパターン演算段階と、
複素振幅パターンを物理的な媒体上に形成するパターン形成段階と、
を行うようにし、
パターン演算段階において、ＸＹＺ三次元座標系上に配置された各単位光源の位置に、αβγ三次元座標系の原点を置き、Ｘ軸とα軸、Ｙ軸とβ軸、Ｚ軸とγ軸とを対応させ、対応する各座標軸が平行になるように両座標系を重ね、第ｉ番目（ｉ＝１，２，…，Ｎ）の原画像に所属する単位光源からの物体光が、当該単位光源の位置に置かれたαβγ三次元座標系について定義された第ｉ番目（ｉ＝１，２，…，Ｎ）の伝播空間内にのみ伝播するものとして演算を行うようにしたものである。
【００１４】
(5)   本発明の第５の態様は、上述した第４の態様に係るホログラム記録媒体の製造方法において、
パターン演算段階で、記録面上に多数の演算点を離散的に定義し、各演算点位置における所定サンプル時点での合成物体光の振幅および位相を求め、振幅および位相の離散的な分布として複素振幅パターンを求めるようにしたものである。
【００１５】
(6)   本発明の第６の態様は、上述した第５の態様に係るホログラム記録媒体の製造方法において、
パターン形成段階で、個々の演算点位置のそれぞれに三次元構造体からなるセルを配置し、かつ、個々のセルの三次元構造に、当該セルに対応する演算点位置についての振幅および位相の情報が記録されるようにしたものである。
【００１６】
(7)   本発明の第７の態様は、上述した第１〜第６の態様に係るホログラム記録媒体の製造方法において、
原画像準備段階で、空間的に一部重複する配置をもった複数の原画像を用意するようにしたものである。
【００１７】
(8)   本発明の第８の態様は、上述した第１〜第７の態様に係るホログラム記録媒体の製造方法において、
伝播空間定義段階で、複数Ｎ通りの伝播空間を、互いに、空間的に排他的領域となるように定義するようにしたものである。
【００１８】
(9)   本発明の第９の態様は、上述した第１〜第７の態様に係るホログラム記録媒体の製造方法において、
伝播空間定義段階で、複数Ｎ通りの伝播空間の一部もしくは全部を、他の伝播空間と空間的に一部重複する領域となるように定義するようにしたものである。
【００１９】
(10)  本発明の第１０の態様は、上述した第１〜第７の態様に係るホログラム記録媒体の製造方法において、
伝播空間定義段階で、複数Ｎ通りの伝播空間の一部もしくは全部を、他の伝播空間と空間的に完全に一致する領域となるように定義したものである。
【００２０】
(11)  本発明の第１１の態様は、上述した第１〜第１０の態様に係るホログラム記録媒体の製造方法において、
単位光源として点光源を用いるようにしたものである。
【００２１】
(12)  本発明の第１２の態様は、上述した第１〜第１１の態様に係るホログラム記録媒体の製造方法において、
原画像準備段階で、ＸＹＺ三次元座標系上に定義された点光源の集合として原画像を準備し、
伝播空間定義段階で、αβγ三次元座標系上の原点を頂点とした錐形の伝播空間を定義し、
パターン演算段階で、ＸＹＺ三次元座標系上に定義された点光源の位置に、αβγ三次元座標系の原点を置き、対応する各座標軸が平行になるように両座標系を重ね、点光源からの物体光が、錐形の伝播空間内にのみ広がるものとして演算を行うようにしたものである。
【００２２】
(13)  本発明の第１３の態様は、上述した第１〜第１０の態様に係るホログラム記録媒体の製造方法において、
単位光源として、多数の点光源を所定長の線分上に並べることにより構成された線分光源を用い、伝播空間定義段階で、線分光源を構成する個々の点光源の位置を頂点とした個々の錐形の幾何学的論理和からなる伝播空間を定義するようにしたものである。
【００２３】
(14)  本発明の第１４の態様は、上述した第１〜第１０の態様に係るホログラム記録媒体の製造方法において、
単位光源として線分光源を用い、各線分光源を中心軸とした円柱側面からなる波面を有し、中心軸に対して垂直方向に進行する物体光を定義するようにしたものである。
【００２４】
(15)  本発明の第１５の態様は、上述した第１〜第１４の態様に係るホログラム記録媒体の製造方法において、
パターン演算段階で、互いに平行な複数の平面でスライスすることにより、三次元空間を複数Ｍ個の板状空間に分割し、第ｉ番目（ｉ＝１，２，…，Ｎ）の原画像に所属する第ｊ番目（ｊ＝１，２，…，Ｍ）の板状空間内の単位光源からの物体光が、第ｉ番目（ｉ＝１，２，…，Ｎ）の伝播空間内、かつ、第ｊ番目（ｊ＝１，２，…，Ｍ）の板状空間内にのみ伝播するものとして演算を行うようにしたものである。
【００２５】
(16)  本発明の第１６の態様は、異なる位置から観察したときに、異なる原画像が再生される構成をもったホログラム記録媒体を製造するホログラム記録媒体の製造方法において、
複数の原画像を、それぞれＸＹＺ三次元座標系上に配置された単位光源の集合として用意する原画像準備段階と、
αβγ三次元座標系について、その原点に配置された基準単位光源の位置を基準として、この基準単位光源から射出した光の伝播が可能な伝播空間を、複数の原画像のそれぞれに対応させて定義する伝播空間定義段階と、
ＸＹＺ三次元座標系上に所定の記録面を設定する記録面設定段階と、
ＸＹＺ三次元座標系上に所定の参照光を設定する参照光設定段階と、
各原画像を構成する個々の単位光源から射出された物体光と参照光とに基づいて記録面上に形成される干渉縞パターンを演算するパターン演算段階と、
干渉縞パターンを物理的な媒体上に形成するパターン形成段階と、
を行うようにし、
パターン演算段階において、ＸＹＺ三次元座標系上に配置された各単位光源の位置に、αβγ三次元座標系の原点を置き、Ｘ軸とα軸、Ｙ軸とβ軸、Ｚ軸とγ軸とを対応させ、対応する各座標軸が平行になるように両座標系を重ね、各単位光源からの物体光の広がりに対して、当該単位光源が所属する原画像に対応した伝播空間に基づく制限を加えた演算を行うようにしたものである。
【００２６】
(17)  本発明の第１７の態様は、異なる位置から観察したときに、異なる原画像が再生される構成をもったホログラム記録媒体を製造するホログラム記録媒体の製造方法において、
複数の原画像を、それぞれＸＹＺ三次元座標系上に配置された単位光源の集合として用意する原画像準備段階と、
αβγ三次元座標系について、その原点に配置された基準単位光源の位置を基準として、この基準単位光源から射出した光の伝播が可能な伝播空間を、複数の原画像のそれぞれに対応させて定義する伝播空間定義段階と、
ＸＹＺ三次元座標系上に所定の記録面を設定する記録面設定段階と、
各原画像を構成する個々の単位光源から射出された物体光を合成することにより記録面上に形成される複素振幅パターンを演算するパターン演算段階と、
複素振幅パターンを物理的な媒体上に形成するパターン形成段階と、
を行うようにし、
パターン演算段階において、ＸＹＺ三次元座標系上に配置された各単位光源の位置に、αβγ三次元座標系の原点を置き、Ｘ軸とα軸、Ｙ軸とβ軸、Ｚ軸とγ軸とを対応させ、対応する各座標軸が平行になるように両座標系を重ね、各単位光源からの物体光の広がりに対して、当該単位光源が所属する原画像に対応した伝播空間に基づく制限を加えた演算を行うようにしたものである。
【００２７】
(18)  本発明の第１８の態様は、上述した第１〜第１７の態様に係る製造方法によって、ホログラム記録媒体を製造するようにしたものである。
【００２８】
(19)  本発明の第１９の態様は、異なる位置から観察したときに、異なる原画像が再生される構成をもったホログラム記録媒体を製造するホログラム記録媒体の製造装置において、
複数Ｎ個の原画像を、それぞれＸＹＺ三次元座標系上に配置された単位光源の集合を示すデータとして格納する原画像格納部と、
αβγ三次元座標系について、その原点に配置された基準単位光源の位置を基準として示したデータとして、この基準単位光源から射出した光の伝播が可能な伝播空間を複数Ｎ通り格納する伝播空間格納部と、
ＸＹＺ三次元座標系上に所定の記録面を設定する記録面設定部と、
ＸＹＺ三次元座標系上に所定の参照光を設定する参照光設定部と、
各原画像を構成する個々の単位光源から射出された物体光と参照光とに基づいて、記録面上に形成される干渉縞パターンを演算するパターン演算部と、
干渉縞パターンを物理的な媒体上に形成するパターン形成部と、
を設け、
パターン演算部が、ＸＹＺ三次元座標系上に配置された各単位光源の位置に、αβγ三次元座標系の原点を置き、Ｘ軸とα軸、Ｙ軸とβ軸、Ｚ軸とγ軸とを対応させ、対応する各座標軸が平行になるように両座標系を重ね、第ｉ番目（ｉ＝１，２，…，Ｎ）の原画像に所属する単位光源からの物体光が、当該単位光源の位置に置かれたαβγ三次元座標系について定義された第ｉ番目（ｉ＝１，２，…，Ｎ）の伝播空間内にのみ伝播するものとして演算を行うようにしたものである。
【００２９】
(20)  本発明の第２０の態様は、異なる位置から観察したときに、異なる原画像が再生される構成をもったホログラム記録媒体を製造するホログラム記録媒体の製造装置において、
複数Ｎ個の原画像を、それぞれＸＹＺ三次元座標系上に配置された単位光源の集合を示すデータとして格納する原画像格納部と、
αβγ三次元座標系について、その原点に配置された基準単位光源の位置を基準として示したデータとして、この基準単位光源から射出した光の伝播が可能な伝播空間を複数Ｎ通り格納する伝播空間格納部と、
ＸＹＺ三次元座標系上に所定の記録面を設定する記録面設定部と、
各原画像を構成する個々の単位光源から射出された物体光を合成することにより記録面上に形成される複素振幅パターンを演算するパターン演算部と、
複素振幅パターンを物理的な媒体上に形成するパターン形成部と、
を設け、
パターン演算部が、ＸＹＺ三次元座標系上に配置された各単位光源の位置に、αβγ三次元座標系の原点を置き、Ｘ軸とα軸、Ｙ軸とβ軸、Ｚ軸とγ軸とを対応させ、対応する各座標軸が平行になるように両座標系を重ね、第ｉ番目（ｉ＝１，２，…，Ｎ）の原画像に所属する単位光源からの物体光が、当該単位光源の位置に置かれたαβγ三次元座標系について定義された第ｉ番目（ｉ＝１，２，…，Ｎ）の伝播空間内にのみ伝播するものとして演算を行うようにしたものである。
【００３０】
(21)  本発明の第２１の態様は、上述した第１９の態様に係るホログラム記録媒体の製造装置における原画像格納部、伝播空間格納部、記録面設定部、参照光設定部およびパターン演算部を、コンピュータプログラムにより実現し、上述した第２０の態様に係るホログラム記録媒体の製造装置における原画像格納部、伝播空間格納部、記録面設定部およびパターン演算部を、コンピュータプログラムにより実現したものである。
【発明の効果】
【００３１】
本発明に係るホログラム記録媒体の製造方法および製造装置によれば、異なる位置から観察したときに異なる原画像の再生が行われ、しかも高い解像度をもった再生像が得られるホログラム記録媒体を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明を図示する実施形態に基づいて説明する。
【００３３】
＜＜＜  §１．  本発明の基本的実施形態  ＞＞＞
はじめに、本発明に係るホログラム記録媒体の製造方法を基本的実施形態に基づいて説明する。図１は、本発明に係る方法で製造されたホログラム記録媒体１０の観察態様を示す斜視図である。ここに例示するホログラム記録媒体１０は、反射型の記録媒体であり、図示のとおり、手前側から再生用照明光Ｌｒを照射した状態で手前側から観察すると再生像が得られる。このとき、視点Ｅ１から観察した場合と、視点Ｅ２から観察した場合とでは、それぞれ異なる再生像が観察されるという特徴をもっている。もちろん、本発明に係る方法は、反射型の記録媒体の製造に限定されるものではなく、向こう側から再生用照明光Ｌｒを照射した状態で手前側から観察する透過型の記録媒体を作成することも可能である。
【００３４】
ここに例示する具体例では、視点Ｅ１から観察すると、図２(a) に示されているとおり、第１の再生像Ａ（この例では、円柱の像）が得られるが、視点Ｅ２から観察すると、図２(b) に示されているとおり、第２の再生像Ｂ（この例では、星型柱の像）が得られる。すなわち、この記録媒体１０には、２つの異なる原画像が重ねて記録されており、観察位置に応じて、それぞれ異なる原画像が再生されることになる。もちろん、視点Ｅ１および視点Ｅ２以外の位置から記録媒体１０を観察することも可能であり、その場合は、第１の再生像Ａのみが観察されたり、第２の再生像Ｂのみが観察されたり、両再生像が所定の割合でブレンドされた状態で観察されたりと、位置に応じてその観察態様は様々である。
【００３５】
このように、異なる位置から観察したときに異なる原画像が再生されるという特徴を有するホログラム記録媒体を作成する手法は、たとえば、前述した特許文献１に開示されているとおり公知である。しかしながら、上述したとおり、従来の方法の基本原理は、ホログラムの記録面上に複数の領域を設定し、個々の領域ごとにそれぞれ異なる原画像を記録する、というものであるため、再生像の解像度が低下するという問題があり、本発明は、このような問題を解決する新たな手法を提案するものである。
【００３６】
図３は、本発明に係るホログラム記録媒体の製造方法の基本手順を示す流れ図である。以下、この基本手順に従って、本発明の基本的実施形態を説明する。なお、この図３に示す流れ図は、「計算機合成ホログラム（ＣＧＨ：Computer Generated Hologram ）」の手法によりホログラム記録媒体を製造するプロセスを示しており、ステップＳ１〜Ｓ５までの手順は、いずれもコンピュータによって実行される手順である。物理的なホログラム記録媒体は、最終的に、ステップＳ６のパターン形成段階において形成される。
【００３７】
まず、ステップＳ１の原画像準備段階では、複数Ｎ個の原画像が、それぞれ三次元座標系上に配置された単位光源の集合として用意される。図２に示す例のように、２つの再生像ＡおよびＢの再生が可能な記録媒体を作成するには、ステップＳ１において、２個の原画像を用意すればよい。そこで、以下の説明では、便宜上、Ｎ＝２の場合、すなわち、２個の原画像を用意して、図２に示すようなホログラム記録媒体１０を製造するプロセスを例として述べることにするが、もちろん、本発明は、Ｎ＝３以上の場合にも適用可能である。
【００３８】
一般的な計算機合成ホログラムの手法では、光学的な干渉縞の生成プロセスをコンピュータ上でシミュレートすることになる。そこで、ここでは、この光学シミュレーションを行う三次元座標系として、ＸＹＺ直交座標系を定義する。図４は、このＸＹＺ座標系上に定義された２組の原画像の一例を示す斜視図である。図４(a) は、第１の原画像Ｉａを示しており、図４(b) は、第２の原画像Ｉｂを示している。ここで、図４(a) に示す円柱状の第１の原画像Ｉａは、図２(a) に示す第１の再生像Ａのもとになる画像であり、図４(b) に示す星型柱状の第２の原画像Ｉｂは、図２(b) に示す第２の再生像Ｂのもとになる画像である。
【００３９】
図４に示すとおり、各原画像Ｉａ，Ｉｂは、ＸＹＺ座標系上に配置された多数の単位光源の集合によって構成されている。ここでは、各単位光源が点光源によって構成されているものとする。これらの各点光源は、図４において黒いドット（たとえば、Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ１３，Ｐ２１，Ｐ２２，Ｐ２３）で示されている。なお、図では、説明の便宜上、点光源がまばらに配置されている例が示されているが、実際には、より高い解像度をもった原画像を用意するために、各点光源は、より高い密度で定義される。
【００４０】
図では、第１の原画像Ｉａを図４(a) に示し、第２の原画像Ｉｂを図４(b) に示し、両者を別々に描いているが、２つの原画像Ｉａ，Ｉｂは、同じＸＹＺ座標系上に定義された三次元画像であり、この例の場合、両者は空間的に一部重複するように配置されている。図２の観察態様に示されているとおり、ホログラム記録媒体１０からは、観察する視点位置に応じて、それぞれ異なる原画像が再生されることになるので、原画像準備段階Ｓ１において用意する複数の原画像は、空間的に一部重複する配置をとっていても何ら支障はない。
【００４１】
もちろん、各原画像Ｉａ，Ｉｂは、コンピュータ上で定義される画像であり、その実体は、デジタル画像データになる。したがって、ステップＳ１の原画像準備段階は、実際には、コンピュータの記憶装置内に、デジタル画像データからなる原画像Ｉａ，Ｉｂを用意するプロセスになる。なお、図示の例では、各原画像Ｉａ，Ｉｂはいずれも立体的な形状をもった画像であるが、本発明において用意する原画像は、必ずしも立体画像である必要はなく、平面画像（たとえば、二次元平面上に配置された文字列など）を原画像として用いてもかまわない。
【００４２】
続いて、ステップＳ２の伝播空間定義段階では、基準単位光源から射出した光の伝播が可能な伝播空間を、この基準単位光源の位置を基準として複数Ｎ通り定義する処理が行われる。ここで、基準単位光源とは、ステップＳ１で用意した原画像を構成する単位光源と同等の光源であり、ここで述べる実施形態の場合、基準単位光源は「点光源」ということになる。ステップＳ２で定義される「伝播空間」とは、「基準単位光源から射出した光が本来伝播してゆくべき空間よりもより狭い制限された空間」を意味するものであり、ホログラム記録媒体の作成者が恣意的に設定する空間である。
【００４３】
図５は、基準単位光源Ｑ（点光源）について定義された２組の伝播空間Ｓａ，Ｓｂを示す斜視図である。伝播空間Ｓａは、図に斜線によるハッチングを施して示した円錐状の空間であり、伝播空間Ｓｂは、図にドットによるハッチングを施して示した円錐状の空間である。いずれの伝播空間も、基準単位光源Ｑを頂点とする円錐形をしているが、伝播空間Ｓａが図の左方向に広がる空間であるのに対して、伝播空間Ｓｂは図の右方向に広がる空間となっている。
【００４４】
この実施形態では、基準単位光源Ｑの位置にαβγ直交座標系の原点を定め、２組の伝播空間Ｓａ，Ｓｂを、αβγ座標系上で定義している。なお、図では便宜上、有限長の高さをもった円錐として各伝播空間Ｓａ，Ｓｂを描いてあるが、実際には、各伝播空間Ｓａ，Ｓｂは、無限長の高さを有する円錐として定義される。別言すれば、円錐状の伝播空間は、頂点Ｑを基準とした方向性をもった立体角として定義することができ、原点Ｑに位置する点光源から射出した光が広がってゆく空間を示すことになる。
【００４５】
本来、点光源とは、ある１点から球面波として広がる光を射出する光源であり、図５に示すαβγ座標系の原点Ｑの位置に点光源が置かれていた場合、当該点光源から射出した光は、原点Ｑの周囲のすべての方向へと伝播してゆき、αβγ座標系内のすべての空間に広がってゆくべきものである。実際、銀河系というマクロ的な視野で考えれば、太陽はほぼ点光源として把握することが可能であり、太陽から射出した光は銀河系全体へと伝播してゆくことになる。ステップＳ２で定義される「伝播空間」とは、このような光源からの光の本来の射出方向を制限することにより設定される空間であり、本来の物理法則とは別個に人為的に光の射出方向に関する法則を定義することにより設定される空間である。
【００４６】
図５に示す例の場合、第１の伝播空間Ｓａを選択すると、原点Ｑに位置する点光源からの光は、斜線によるハッチングが施された空間内だけに伝播し、それ以外の空間には伝播しないことになる。同様に、第２の伝播空間Ｓｂを選択すると、原点Ｑに位置する点光源からの光は、ドットによるハッチングが施された空間内だけに伝播し、それ以外の空間には伝播しないことになる。このように特定の伝播空間を選択することは、原点Ｑから射出される光を、方向性をもった特定の立体角内に制限することと同等である。これは、物理的には、特定の伝播空間以外の空間を、吸光性をもった不透明な物質で満たした状態と考えることができる。
【００４７】
ここで述べる実施形態の基本原理は、次のようなものである。まず、図４(a) ，(b) に示すように、ＸＹＺ座標系上に、２つの原画像Ｉａ，Ｉｂをそれぞれ点光源の集合として定義する（ステップＳ１）。続いて、図５に示すように、αβγ座標系上の原点Ｑから射出した光の伝播が可能な２通りの伝播空間Ｓａ，Ｓｂを定義する（ステップＳ２）。そして、原画像Ｉａに所属する点光源（たとえば、Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ１３）からの光は、当該点光源位置にαβγ座標系の原点Ｑを重ねたときの伝播空間Ｓａ内にのみ広がり、原画像Ｉｂに所属する点光源（たとえば、Ｐ２１，Ｐ２２，Ｐ２３）からの光は、当該点光源位置にαβγ座標系の原点Ｑを重ねたときの伝播空間Ｓｂ内にのみ広がるものとして、光学的な干渉縞の生成プロセスをコンピュータ上でシミュレートするのである（後述するステップＳ３〜Ｓ５）。
【００４８】
このような方法で干渉縞の生成シミュレーションを行うと、図４(a) に示す点光源Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ１３などの第１の原画像Ｉａからの光は、図５に示す伝播空間Ｓａに示されるとおり、図の左方向へのみ射出されることになる。一方、図４(b) に示す点光源Ｐ２１，Ｐ２２，Ｐ２３などの第２の原画像Ｉｂからの光は、図５に示す伝播空間Ｓｂに示されるとおり、図の右方向へのみ射出されることになる。結局、ホログラム記録媒体１０上には、第１の原画像Ｉａについては、図の左方向へと向かう光のみが記録され、第２の原画像Ｉｂについては、図の右方向へと向かう光のみが記録されることになる。その結果、図２に示す観察態様のように、ホログラム記録媒体１０を、左側の視点Ｅ１から観察すると第１の再生像Ａが観察され、右側の視点Ｅ２から観察すると第２の再生像Ｂが観察されることになる。この場合、正面から観察すると、右半分は第１の再生像Ａ（円柱）、左半分は第２の再生像Ｂ（星型柱）という合成像が観察されることになる。
【００４９】
ステップＳ３〜Ｓ６の手順は、上述した基本原理に基づいて、ホログラム記録媒体１０を実際に製造するプロセスである。まず、ステップＳ３の記録面設定段階では、ＸＹＺ三次元座標系上に所定の記録面２０が設定され、続くステップＳ４の参照光設定段階では、ＸＹＺ三次元座標系上に所定の参照光Ｒが設定される。記録面２０は、最終製品となるホログラム記録媒体１０の記録面に対応する面であり、通常、矩形からなる平面として設定される。一方、参照光Ｒは、原画像からの物体光と干渉させることにより、記録面２０上に干渉縞を生成させるために用いられる光であり、通常、記録面２０に対して所定の入射角をもって入射する所定波長の平面波として設定される。こうして、ステップＳ５のパターン演算段階では、各原画像を構成する個々の単位光源から射出された物体光と、ステップＳ４で設定された参照光Ｒとに基づいて、ステップＳ３で設定された記録面２０上に形成される干渉縞パターンの演算（干渉縞の生成シミュレーション演算）が行われる。
【００５０】
図６は、ステップＳ５のパターン演算段階で行われる演算処理の概念を示す斜視図である。図示されているＸＹＺ三次元座標系において、第１の原画像Ｉａおよび第２の原画像Ｉｂは、ステップＳ１において準備された原画像であり（前述したとおり、両原画像は部分的に重なり合っている）、記録面２０は、ステップＳ３において設定された面であり、参照光Ｒは、ステップＳ４において設定された光である。ステップＳ５のパターン演算段階では、第１の原画像Ｉａを構成する個々の点光源からの物体光（図６では、点光源Ｐ１１からの物体光Ｌａの一光路のみが一点鎖線で例示されている）および第２の原画像Ｉｂを構成する個々の点光源からの物体光（図６では、点光源Ｐ２１からの物体光Ｌｂの一光路のみが一点鎖線で例示されている）と、参照光Ｒと、に基づいて、記録面２０上に形成される干渉縞パターンが演算により求められる。
【００５１】
実際には、記録面２０上に所定ピッチで縦横に配列された多数の演算点を定義し、個々の演算点の位置において、光の振幅強度を求める演算が行われる。たとえば、図示の演算点Ｃの位置に関する演算は、次のようにして行われる。まず、当該演算点Ｃに到達する第１の原画像Ｉａを構成する個々の点光源からの物体光および第２の原画像Ｉｂを構成する個々の点光源からの物体光を合成して、合成物体光を求める。そして、この合成物体光と参照光Ｒとの干渉によって演算点Ｃに得られる干渉波の振幅強度を、当該演算点Ｃにおける干渉縞パターンの濃度値とすればよい。記録面２０上に定義された多数の演算点のそれぞれについて、このような濃度値が得られれば、当該濃度値の分布が、ステップＳ５で求めるべき干渉縞パターンということになる。
【００５２】
このステップＳ５の演算処理を、一般論として定義すれば、各原画像を構成する個々の単位光源から射出された物体光を合成することにより合成物体光を求め、この合成物体光と参照光との干渉によって記録面２０上に得られる干渉縞パターンを演算によって求める処理ということができる。より具体的には、原画像を構成する個々の点光源から射出された物体光を、Ａ・ｅｘｐ（−ｉωｔ＋ｉφ）なる複素数を用いた式（Ａは振幅、ωは振動数、ｔは時間、φは位相、ｉは虚数単位）で表現した場合、特定の演算点Ｃの位置について、当該位置に到達するすべての物体光について上記式の総和を求めれば合成物体光が得られるので、この合成物体光と参照光Ｒとの演算点Ｃの位置における干渉波強度を求める演算を行えばよい。このような演算処理自体は、「計算機合成ホログラム」の一般的な手法として公知であるので、ここでは詳しい説明は省略する。
【００５３】
本発明の特徴は、このステップＳ５のパターン演算段階において、ステップＳ２で定義した伝播空間を用いて物体光の伝播に制限を加える点にある。すなわち、一般論として説明すれば、ステップＳ１においてＮ個の原画像を用意し、ステップＳ２においてＮ通りの伝播空間を定義した場合、ステップＳ５のパターン演算段階では、第ｉ番目（ｉ＝１，２，…，Ｎ）の原画像に所属する単位光源からの物体光が、当該単位光源の位置を基準単位光源の位置としたときの第ｉ番目（ｉ＝１，２，…，Ｎ）の伝播空間内にのみ伝播するものとして演算を行うようにすればよい。
【００５４】
これまで述べてきた実施形態は、Ｎ＝２の場合であり、ステップＳ１では、図４(a) ，(b) に示すように２組の原画像Ｉａ，Ｉｂが用意され、ステップＳ２では、図５に示すように２通りの伝播空間Ｓａ，Ｓｂが定義されている。したがって、ステップＳ５の演算処理は、次のような制限を加えた状態で行われることになる。すなわち、第１の原画像Ｉａに所属する点光源（単位光源）からの物体光は、当該点光源の位置を基準単位光源Ｑの位置としたときの第１の伝播空間Ｓａ内にのみ伝播するものとし、第２の原画像Ｉｂに所属する点光源（単位光源）からの物体光は、当該点光源の位置を基準単位光源Ｑの位置としたときの第２の伝播空間Ｓｂ内にのみ伝播するものとする制限が加えられる。
【００５５】
これをもう少し具体的に説明してみよう。たとえば、図６に示す例において、記録面２０上に定義された特定の演算点Ｃについての干渉縞パターンの濃度値を求める場合を考える。この場合、本来であれば（つまり、従来の方法であれば）、第１の原画像Ｉａを構成するすべての点光源からの物体光と、第２の原画像Ｉｂを構成するすべての点光源からの物体光とが、演算点Ｃまで到達するものとして、干渉縞強度を求める演算を行うことになる。これは、「点光源から射出された光は、その周囲の全空間に伝播する」という基本的な物理法則に基づく演算手法である。
【００５６】
これに対して、本発明では、まず、個々の点光源について、ステップＳ２で定義した伝播空間を参照することにより、当該点光源から射出した光が演算点Ｃに到達するか否かの判定作業を行う。たとえば、図６に示す点光源Ｐ１１から射出した物体光が演算点Ｃに到達するか否かは、次のようにして判定することができる。はじめに、図５に示すαβγ座標系（ローカル座標系）の原点Ｑ（基準単位光源Ｑ）を、図６に示すＸＹＺ座標系（グローバル座標系）上に定義された点光源Ｐ１１の位置に置き、対応する各座標軸（たとえば、Ｘ軸とα軸、Ｙ軸とβ軸、Ｚ軸とγ軸）が平行になるように両座標系を重ねる。そして、点光源Ｐ１１からの物体光が、円錐形をした第１の伝播空間Ｓａ内にのみ広がるものとして、当該物体光が演算点Ｃに到達するか否かを判定すればよい。別言すれば、上述したように両座標系を重ねたときに、演算点Ｃが、伝播空間Ｓａ内に含まれる場合には、点光源Ｐ１１から射出した光が演算点Ｃに到達すると判断することができる。
【００５７】
同様の判定処理を、第１の原画像Ｉａを構成するすべての点光源のそれぞれについて行うようにする。たとえば、図４(a) の点光源Ｐ１２についての判定を行う場合には、点光源Ｐ１２の位置にαβγ座標系の原点Ｑを重ねたときに、演算点Ｃが第１の伝播空間Ｓａ内に含まれるか否かが判定され、点光源Ｐ１３についての判定を行う場合には、点光源Ｐ１３の位置にαβγ座標系の原点Ｑを重ねたときに、演算点Ｃが伝播空間Ｓａ内に含まれるか否かが判定されることになる。一方、図４(b) の点光源Ｐ２１についての判定を行う場合には、点光源Ｐ２１の位置にαβγ座標系の原点Ｑを重ねたときに、演算点Ｃが第２の伝播空間Ｓｂ内に含まれるか否かが判定される。同様に、図４(b) の点光源Ｐ２２，Ｐ２３についての判定を行う場合も、各点光源の位置にαβγ座標系の原点Ｑを重ねたときに、演算点Ｃが第２の伝播空間Ｓｂ内に含まれるか否かが判定されることになる。
【００５８】
こうして、各伝播空間を考慮することより、ある特定の演算点Ｃに関して、ある特定の点光源から射出した光が到達するか否かの判断を行うことができる。そこで、ある特定の演算点Ｃの位置における干渉縞強度を演算する際には、当該演算点Ｃの位置に光が到達すると判断された点光源からの光のみを物体光として取り扱うようにし、それ以外の点光源は無視する取り扱いを行えばよい。以上のような演算により、個々の演算点Ｃについての干渉縞の強度値を演算すれば、記録面２０上における干渉縞強度値の分布が干渉縞パターンとして得られることになる。
【００５９】
図３に示す流れ図におけるステップＳ６のパターン形成段階は、ステップＳ５において求められた干渉縞パターンを物理的な媒体上に形成する段階である。この段階は、干渉縞の濃淡パターンを何らかの方法で物理的な媒体上に形成することができれば、どのような方法を用いてもかまわない。このような方法としては、既に種々の方法が公知であるので、ここでは詳しい説明は省略するが、一般的には、ステップＳ５のパターン演算段階によって得られた干渉縞パターンを二値画像パターンに変換し、物理的な媒体上に二値画像パターンを形成する方法が広く用いられている。たとえば、白と黒の２色からなる平面状媒体や、凹部と凸部の２つの部分からなる立体構造媒体などが一般的に利用されている。なお、干渉縞パターンは、光学的な干渉が生じる非常に微細なパターンであるため、実用上は、形成すべき微細パターンを電子線描画装置に与え、媒体上で電子線を走査することにより物理的な干渉縞を形成する方法が採られることが多い。
【００６０】
＜＜＜  §２．  伝播空間に関する別な実施形態  ＞＞＞
以上、§１において、本発明の基本的な実施形態を述べた。結局、本発明の基本思想は、パターン演算段階において、各単位光源からの物体光の広がりに対して、当該単位光源が所属する原画像に応じた制限を加えた演算を行うことにある。たとえば、図５に示す例の場合、第１の原画像に所属する単位光源からの物体光については、その広がりを伝播領域Ｓａ内に制限した上で干渉縞パターンの演算が行われることになり、第２の原画像に所属する単位光源からの物体光については、その広がりを伝播領域Ｓｂ内に制限した上で干渉縞パターンの演算が行われることになる。本発明で定義する伝播空間とは、このように、単位光源からの物体光の広がりを制限する機能をもった空間であり、このような機能を果たすことができれば、どのような空間を伝播空間として定義してもかまわない。ここでは、この伝播空間の定義に関して、いくつかの別な実施形態を述べておく。
【００６１】
(1)   伝播空間の形状および配置
図５では、円錐状の伝播空間Ｓａ，Ｓｂを定義した例が示されているが、ステップＳ２で定義する伝播空間の形状は必ずしも円錐状に限定されるものではなく、作成者の意図に応じて、任意形状の伝播空間を設定することが可能である。「計算機合成ホログラム」の手法では、ホログラム記録面上に形成される干渉縞は、あくまでもコンピュータ上で行われる光学現象のシミュレーション演算によって求められるので、どのような伝播空間を定義したとしても、何らかの干渉縞を求めることが可能である。ただ、点光源の場合は、本来、光源位置から光が放射状に広がるべきものであるので、原画像を構成する単位光源として点光源を用いた場合は、当該点光源の位置を頂点とした錐形（円錐や角錐）の伝播空間を定義するのが好ましい。
【００６２】
また、図５では、第１の伝播空間Ｓａを左向きの円錐空間とし、第２の伝播空間Ｓｂを右向きの円錐空間としているが、個々の伝播空間の配置（向き）も、作成者の意図に応じて任意に設定すればよい。ただ、上述したとおり、個々の伝播空間の配置（向き）は、再生像の観察方向に関連したファクターになるので、最終的に製造されるべきホログラム記録媒体の観察態様を考慮して、個々の伝播空間の配置（向き）を設定する必要がある。たとえば、第１の伝播空間Ｓａを上向きの円錐空間とし、第２の伝播空間Ｓｂを下向きの円錐空間とした場合、最終的に製造されるホログラム記録媒体は、上方から観察すると第１の再生像Ａが再生され、下方から観察すると第２の再生像Ｂが再生される、という観察態様を有するものになる。
【００６３】
図７は、２通りの伝播空間を定義する場合のより実用的な実施形態の一例を示す上面図である。この図は、αβγ座標系をγ軸方向から見下ろした図であり、γ軸は、原点Ｑの位置に紙面に対して垂直に立った軸になる。図示のとおり、ここには、２通りの伝播空間ＳＳａ（斜線によるハッチング部分）およびＳＳｂ（ドットによるハッチング部分）が定義されている。これらの伝播空間ＳＳａ，ＳＳｂは、原点Ｑに位置する基準単位光源（点光源）からのαβ二次元平面に関する制限を示すものである。図示のとおり、伝播空間ＳＳａは、αγ平面（紙面に垂直な平面）に対して角度θａをなす境界面Ｆａ（紙面に垂直な平面）を定義したときに、両平面によって挟まれたくさび型の空間であり、伝播空間ＳＳｂは、αγ平面（紙面に垂直な平面）に対して角度θｂをなす境界面Ｆｂ（紙面に垂直な平面）を定義したときに、両平面によって挟まれたくさび型の空間である。
【００６４】
もっとも、基準単位光源Ｑが点光源である場合、この点光源から射出される光は、放射状に広がることになるので、くさび型の伝播空間ＳＳａ，ＳＳｂを定義したとしても、実質的には、角錐型の伝播空間を定義したのと等価になる。別言すれば、ステップＳ５のパターン演算段階では、有限の面積をもった所定の記録面２０上に到達する物体光しか考慮する必要はないので、記録面２０に到達しないような光は、そもそも演算の考慮外ということになる。たとえば、伝播空間ＳＳａを、αγ平面と境界面Ｆａとの間に挟まれたくさび型の空間と定義した場合、γ軸自身も当該空間内に含まれることになるが、基準単位光源Ｑが点光源である場合、γ軸方向に伝播する光は、図６のような設定では、記録面２０には到達することはない。
【００６５】
このように、本発明にいう「伝播空間」とは、「ステップＳ５のパターン演算段階において、当該空間内に伝播する物体光が必ず考慮されるべき空間」を意味するわけではなく、「ステップＳ５のパターン演算段階において、当該空間外に伝播する物体光は演算時に考慮しない空間」というべきものであり、演算時において、光源からの光の伝播を制限するために定義される空間ということになる。したがって、ステップＳ５のパターン演算段階では、伝播領域外の空間に伝播する物体光は無視されることになるが、たとえ伝播領域内を伝播する物体光であっても、記録面に到達しない物体光は、演算には何ら寄与しないことになる。このような理由から、演算処理上の観点からは、くさび型の伝播空間ＳＳａ，ＳＳｂを定義したとしても、実質的には、角錐型の伝播空間を定義したのと等価になり、実務上は、くさび型伝播空間でも角錐型伝播空間でも、いずれを用いてもかまわない。
【００６６】
図８は、原画像Ｉａを構成する各点光源から射出する光が、図７に示す伝播空間ＳＳａに応じて広がる様子を示す上面図であり、図９は、原画像Ｉｂを構成する各点光源から射出する光が、図７に示す伝播空間ＳＳｂに応じて広がる様子を示す上面図である。これらの上面図は、いずれもＸＹＺ座標系をＺ軸方向から見下ろした図であり、Ｚ軸は、紙面に対して垂直に立った軸になる。図８に示すように、記録面２０上に形成される干渉縞の演算を行う上では、たとえば、第１の原画像Ｉａを構成する点光源Ｐ１４，Ｐ１５，Ｐ１６からの光は、それぞれ図に斜線によるハッチングを施した伝播空間Ｓ１４，Ｓ１５，Ｓ１６（ＸＹＺグローバル座標系上での伝播空間）内のみを伝播するものとする取り扱いがなされる。
【００６７】
ここで、たとえば、伝播空間Ｓ１４は、点光源Ｐ１４の位置に、図７に示すαβγローカル座標系の原点Ｑを重ねたときの伝播空間ＳＳａ（ローカル座標系上での伝播空間）に対応し、点光源Ｐ１４から射出された物体光は、伝播空間Ｓ１４内のみを球面波として伝播するものとして取り扱われることになる。別言すれば、点光源Ｐ１４から射出した物体光を考慮した演算は、記録面２０上における伝播空間Ｓ１４と重なり合った領域内の演算点においてのみ実行されることになる。
【００６８】
これに対して、図９に示すように、第２の原画像Ｉｂを構成する点光源Ｐ２４，Ｐ２５，Ｐ２６からの光は、それぞれ図にドットによるハッチングを施した伝播空間Ｓ２４，Ｓ２５，Ｓ２６内のみを伝播するものとする取り扱いがなされる。ここで、たとえば、伝播空間Ｓ２４は、点光源Ｐ２４の位置に、図７に示すαβγローカル座標系の原点Ｑを重ねたときの伝播空間ＳＳｂに対応し、点光源Ｐ２４から射出された物体光は、伝播空間Ｓ２４内のみを球面波として伝播するものとして取り扱われることになる。
【００６９】
(2)   複数の伝播空間の相互関係
図５に示されている２通りの伝播空間Ｓａ，Ｓｂは、互いに、空間的に排他的領域となっており、両者間に空間的な重なりは生じていない。同様に、図７に示されている２通りの伝播空間ＳＳａ，ＳＳｂは、αγ平面を境界面として相互に接触しているものの、やはり空間的に排他的領域となっており、両者間に空間的な重なりは生じていない。本発明に係るホログラム記録媒体の基本機能は、異なる位置から観察したときに、異なる原画像が再生される、という機能であり、このような機能を実現する上では、伝播空間定義段階で複数Ｎ通りの伝播空間を定義する際に、互いに、空間的に排他的領域となるように定義することが好ましい。
【００７０】
しかしながら、複数Ｎ通りの伝播空間を定義する際に、必ずしも、互いに、空間的に排他的領域となるような定義を行う必要はない。実際には、複数Ｎ通りの伝播空間の一部もしくは全部を、他の伝播空間と空間的に一部重複する領域となるように定義することも可能である。このような一部重複する領域定義を行って作成されたホログラム記録媒体では、ある特定の位置から観察すると、複数の原画像が同時に観察される現象が起こり得る。
【００７１】
たとえば、図５に示す例において、第１の伝播空間Ｓａの右側部分と第２の伝播空間Ｓｂの左側部分とが空間的に重複していたような場合、図２(a) に示す視点Ｅ１と図２(b) に示す視点Ｅ２との中間位置には、再生像ＡとＢとの双方が重なって観察される地点が現れることになる。このため、視点を左側から徐々に右側へと移動させてゆくと、観察される再生像は、第１の再生像Ａから徐々に第２の再生像Ｂへと変わってゆくことになる。このような観察態様を実現したい場合には、２つの伝播空間が一部重畳するような定義を行えばよい。
【００７２】
もっとも、実用上は、互いに排他的な伝播空間を定義したとしても、必ずしも排他的な観察態様が実現されるとは限らない。たとえば、§１では、図５に示すような排他的な伝播空間Ｓａ，Ｓｂを定義すると、図２に示すように、視点Ｅ１から観察すると第１の再生像Ａが観察され、視点Ｅ２から観察すると第２の再生像Ｂが観察される、と説明した。しかしながら、このような観察態様が得られるのは、記録時に用いた参照光と同一波長（単色光）の再生照明光を参照光と同一方向から照射した理想的な照明環境を前提とした場合である。実際には、このような理想的な照明環境下での観察はむしろ希であり、また、両眼で観察した場合、視点は１点ではなくなるため、たとえ排他的伝播空間を定義したとしても、複数の原画像が同時観察される現象は起こりうる。もちろん、観察位置を変えることにより、各再生像の明るさはそれぞれ変化し、部分的に像が欠けたりすることになる。
【００７３】
(3)   同一伝播空間の定義
本発明の基本原理では、原画像準備段階（ステップＳ１）で複数Ｎ通りの原画像を用意したら、伝播空間定義段階（ステップＳ２）で同じく複数Ｎ通りの伝播空間の定義を行い、パターン演算段階（ステップＳ５）では、第ｉ番目（ｉ＝１，２，…，Ｎ）の原画像に所属する単位光源からの物体光が、当該単位光源の位置を基準単位光源の位置としたときの第ｉ番目（ｉ＝１，２，…，Ｎ）の伝播空間内にのみ伝播するものとして演算を行うことになる。たとえば、Ｎ＝３の場合、３通りの原画像と３通りの伝播空間が用意され、第１の原画像からの物体光は第１の伝播空間内のみに伝播し、第２の原画像からの物体光は第２の伝播空間内のみに伝播し、第３の原画像からの物体光は第３の伝播空間内のみに伝播する、という取り扱いがなされることになる。
【００７４】
このとき、Ｎ通りの伝播空間の一部もしくは全部を、他の伝播空間と空間的に一部重複する領域となるように定義することが可能である点は、既に上記(2) で述べたとおりであるが、複数Ｎ通りの伝播空間の一部もしくは全部を、他の伝播空間と空間的に完全に一致する領域となるように定義することも可能である。たとえば、上述したように、３通りの原画像と３通りの伝播空間を用意する場合、図５に示す空間Ｓａを第１の伝播空間および第２の伝播空間とし、空間Ｓｂを第３の伝播空間と定義してもよい。この場合、第１の伝播空間と第２の伝播空間とは、完全に同一の領域として定義されることになる（もちろん伝播空間Ｓａの一部と伝播空間Ｓｂの一部とが空間的に重複していてもかまわない）。
【００７５】
このような定義を行うと、第１の視点Ｅ１から観察すると、第１の再生像および第２の再生像が観察でき、第２の視点Ｅ２から観察すると、第３の再生像が観察できるホログラム記録媒体を作成することができる。このようなホログラム記録媒体では、第１の伝播空間と第２の伝播空間とを同一の空間に設定したため、第１の原画像と第２の原画像は同一の条件で記録されることになり、その結果、第１の再生像と第２の再生像の観察態様は同一になる。すなわち、ある視点から観察したときに、第１の再生像が観察できれば、第２の再生像も同時に観察できることになる。しかしながら、第３の伝播空間は別個の空間として設定されているため、第３の原画像は別な条件で記録されることになり、第３の再生像の観察態様は別個のものになる。
【００７６】
このように、本発明において「異なる位置から観察したときに、異なる原画像が再生される」という意味は、「複数Ｎ通りの原画像について、ある特定の位置から観察すると、いずれか１つの原画像のみが観察できる」という意味ではなく、「観察位置を変えると、複数Ｎ通りの原画像のうちの観察可能な原画像の組合わせが変わる」ということを意味するものである。
【００７７】
＜＜＜  §３．  板状空間による制限を行う実施形態  ＞＞＞
計算機合成ホログラムを作成する際に、原画像を構成する単位光源からの物体光の広がりに対して、何らかの制限を加えて演算を行う手法自体は既に知られている。たとえば、特開平１１−２４５３９号公報や特開平１１−２０２７４１号公報には、点光源からの物体光の広がりを、所定の広がり角で規定される空間内に制限した上で、干渉縞強度の演算を行う手法が開示されている。もっとも、これらの公報に開示されている手法における「物体光の広がり角制限」の目的は、輝度むらを抑制したり、演算負担を軽減したりするためであり、本発明のように、異なる位置から観察したときに異なる原画像の再生が行われるようにするためではない。もちろん、個々の原画像ごとに、それぞれ伝播空間を定義する（物体光の広がり角を定義する）という本発明の重要な特徴は、これらの公報には何ら開示はない。
【００７８】
このように、本発明における「物体光の広がり角制限」の作用効果と、上述した公知例における「物体光の広がり角制限」の作用効果とは、原理的に全く異なるものであるが、干渉縞強度の演算を行う際に、物体光の広がり角を何らかの形で制限する、という点においては共通しているので、両者を組み合わせて用いることは可能である。別言すれば、本発明を実施する際に、上述した公知例における「物体光の広がり角制限」を重複して適用することも可能である。以下、このような実施形態の一例を述べる。
【００７９】
図１０は、ＸＹＺグローバル座標系からなる三次元空間を複数の板状空間に分割し、各点光源から射出する光の広がりを１つの板状空間内のみに制限して干渉縞パターンの演算を行う概念を示す断面図（ＸＺ平面で切断した図）である。図示の例では、破線で示す７つのスライス平面Ｈ１〜Ｈ７によって、三次元空間が複数の板状空間Ｇ１〜Ｇ７に分割されている。ここで、各スライス平面Ｈ１〜Ｈ７は、いずれもＸＹ平面に平行な平面である。そして、たとえば、板状空間Ｇ１は、スライス平面Ｈ１とＨ２との間に挟まれた空間であり、板状空間Ｇ２は、スライス平面Ｈ２とＨ３との間に挟まれた空間であり、板状空間Ｇ７は、スライス平面Ｈ７とＸＹ平面との間に挟まれた空間である。
【００８０】
図においてＩａは、円柱状の第１の原画像であり、Ｐ１７，Ｐ１８，Ｐ１９は、この第１の原画像Ｉａを構成する点光源の一例である。また、図の右方の２０は、ＸＹＺ座標系上に定義された記録面であり、この記録面２０上に配置された多数の演算点について、それぞれ干渉縞強度が演算されることになる（参照光Ｒの図示は省略されている）。
【００８１】
既に述べたとおり、本発明では、この第１の原画像Ｉａを構成する点光源から射出された物体光は、当該点光源を基準として、所定の伝播空間内にのみ伝播するものとして取り扱われる。このとき、ここで述べる実施形態の場合、更に加重条件として、ある特定の点光源から射出される物体光は、当該点光源が所属する板状空間内にのみ伝播するものとして取り扱うようにする。たとえば、図示されている点光源Ｐ１７，Ｐ１８，Ｐ１９は、第１番目の板状空間Ｇ１内に位置する点光源であるから、これら点光源Ｐ１７，Ｐ１８，Ｐ１９からの物体光は、所定の伝播空間（第１の原画像Ｉａに対応して定義された伝播空間）内、かつ、第１番目の板状空間Ｇ１内にのみ伝播するものとして取り扱われることになる。
【００８２】
ここで、記録面２０のうち、スライス平面Ｈ１とＨ２との間に挟まれた領域を、図示のとおり、単位記録領域Ｕ１と呼ぶことにすれば、結局、板状空間Ｇ１内に位置する点光源Ｐ１７，Ｐ１８，Ｐ１９からの物体光のうち、記録面２０上に生じる干渉縞パターンの演算に考慮される物体光は、「予め定義された所定の伝播空間内」かつ「板状空間Ｇ１内」を伝播する光のみに限定されることになる。すなわち、点光源Ｐ１７，Ｐ１８，Ｐ１９からの物体光は、本来であれば、ＸＹＺ座標系内の全空間に伝播してゆくことになるが、ここに示す実施形態の場合、この全空間に伝播してゆく物体光のうち、板状空間Ｇ１外へ伝播してゆく物体光は、干渉縞パターンの演算には全く考慮されないことになる。
【００８３】
別言すれば、点光源Ｐ１７，Ｐ１８，Ｐ１９からの物体光は、図示の単位記録領域Ｕ１（紙面垂直方向に伸びた短冊状の領域）内に配置された演算点についての干渉縞強度演算のみに利用され、それ以外の位置に配置された演算点についての演算には、何ら関与しないことになる。もちろん、点光源Ｐ１７，Ｐ１８，Ｐ１９からの物体光は、単位記録領域Ｕ１内のすべての演算点についての干渉縞強度演算に必ずしも利用されるわけではなく、「単位記録領域Ｕ１内の演算点」であり、かつ「各点光源を基準とした所定の伝播空間内の演算点」についてのみ、干渉縞強度演算の利用対象になる。
【００８４】
結局、一般論として述べれば、ここで述べた実施形態の特徴は、パターン演算段階で、互いに平行な複数の平面でスライスすることにより、三次元空間を複数Ｍ個の板状空間に分割し、第ｉ番目（ｉ＝１，２，…，Ｎ）の原画像に所属する第ｊ番目（ｊ＝１，２，…，Ｍ）の板状空間内の単位光源からの物体光が、第ｉ番目（ｉ＝１，２，…，Ｎ）の伝播空間内、かつ、第ｊ番目（ｊ＝１，２，…，Ｍ）の板状空間内にのみ伝播するものとして演算を行うことにある。
【００８５】
このように、本発明の特徴となる物体光の広がり角の制限と、従来から公知の手法に基づく広がり角の制限とを、ＡＮＤ条件として適用し、干渉縞強度演算を行うようにすれば、本発明に固有の作用効果（異なる位置から観察したときに異なる原画像の再生が行われるようにする）と、従来の公知手法に固有の作用効果（輝度むらを抑制したり、演算負担を軽減したりする）との相乗効果を得ることが可能になる。
【００８６】
＜＜＜  §４．  線分光源を用いた実施形態  ＞＞＞
これまでの実施形態では、原画像を構成する単位光源として、点光源を用いた例を述べた。しかしながら、本発明を実施する上で、原画像を構成する個々の単位光源は、必ずしも点光源にする必要はない。たとえば、図１１(a) に示す点光源Ｐを、Ｚ軸に沿って上下にそれぞれｄ／２だけ移動させた軌跡として、線分光源なるものを定義すれば、図１１(b) に示すように、長さｄをもった線分光源ＰＰを定義することができる。本発明のステップＳ１で用意する原画像は、このような線分光源ＰＰの集合体によって構成してもかまわない。
【００８７】
たとえば、図４(a) に示す原画像Ｉａや図４(b) に示す原画像Ｉｂは、いずれも点光源の集合体から構成されているが、これら個々の点光源を、それぞれＺ軸に沿って上下にそれぞれｄ／２だけ移動させた軌跡として、線分光源なるものを定義すれば、各原画像Ｉａ，Ｉｂを長さｄの線分光源の集合体として取り扱うことが可能である。
【００８８】
一般に、点光源は、球面波からなる物体光を射出する光源であり、点光源からの物体光は当該点光源の位置を中心として放射状に広がることになる。したがって、点光源について、広がり角を制限することにより定義した伝播空間の典型例は、たとえば、図１２に示す円錐形の伝播空間Ｓｃのようなものになる（原点Ｑに点光源が位置する場合の伝播空間の例）。一方、線分光源からの光は、球面波にはならないため、点光源の場合と比べて、若干、取り扱い方を変える必要がある。
【００８９】
線分光源の取り扱い方のひとつは、多数の点光源を所定長の線分上に並べることにより構成された光源、別言すれば、点光源の集合からなる光源として取り扱うようにする方法である。たとえば、図１２に示すように、原点Ｑから距離ｄだけ離れたγ軸上の位置に変位点Ｑ′を定義し、長さｄをもった線分（原点Ｑと変位点Ｑ′とを結ぶ線分）からなる線分光源ＱＱなるものを考えてみる。この線分光源ＱＱを、点光源の集合体として捉えるのであれば、そこから射出される物体光の波面は、原点Ｑを中心とした図示のような球体を、γ軸に沿って上方に距離ｄだけ移動させたときの各球体の集合体の表面のようになるであろう。
【００９０】
したがって、このような線分光源ＱＱについて、広がり角を制限することにより定義した伝播空間の典型例は、たとえば、図１２に示す円錐形の伝播空間Ｓｃを、γ軸に沿って上方に距離ｄだけ移動させたときの占有空間として定義することができる。別言すれば、単位光源として、多数の点光源を所定長の線分上に並べることにより構成された線分光源ＱＱを用いた場合、伝播空間定義段階では、この線分光源ＱＱを構成する個々の点光源の位置を頂点とした個々の錐形の幾何学的論理和からなる伝播空間を定義するようにすればよい。
【００９１】
線分光源のもう一つの取り扱い方は、線光源に準じた取り扱いである。理論的な線光源（長さが無限大の線状光源）から射出された物体光の波面は、当該線光源の位置を中心軸とした円柱の側面になる。たとえば、γ軸に沿った線光源の場合、その波面はγ軸を中心軸とした円柱の側面になり、すべての物体光はγ軸に直交する方向に進み、γ軸に沿った方向に進む物体光は存在しない。線分光源は、実際には有限長の光源ではあるが、線光源に準じた取り扱いを行うことも可能である。その場合、線分光源から射出された物体光の波面は、当該線分光源の位置を中心軸とした円柱の側面になり、当該線分光源に沿った方向に進む物体光は存在しないことになる。
【００９２】
たとえば、図１３に示すような線分光源ＱＱについて、線光源に準じた取り扱いを行うと、線分光源ＱＱ上の任意の位置から射出される物体光は、当該任意の位置を通り、αβ平面に平行な平面に沿って、γ軸を中心として放射状に広がる光になる。具体例で説明すれば、図の変位点Ｑ′から射出された物体光は、γ＝ｄなる方程式で示される平面に沿って、変位点Ｑ′から遠ざかるように放射状に進む光ということになり、すべての物体光の進行方向は、γ軸に対して直交することになる。線分光源についてのこのような取り扱いを行う例は、たとえば、特開２００１−０１３８５８号公報に開示されている。
【００９３】
線分光源ＱＱについて、このような線光源に準じた取り扱いを行う場合には、図１３にドットによるハッチングを施して示した空間Ｓｄ（厚みｄをもった円盤状のピザパイを一人前分だけ切り分けたような形状）として、伝播空間の定義を行うことが可能である。このような伝播空間Ｓｄは、高さｄと切り分け角θｄとその配置（向き）によって定義することができる（ピザパイの半径は無限大に設定すればよい）。線分光源ＱＱについて、線光源に準じた取り扱いを行う場合、本来であれば、線分光源ＱＱから射出された物体光は、図１３に示す円盤状のピザパイ内のすべての空間に伝播してゆくことになるが、ドットによるハッチングを施して示した伝播空間Ｓｄを定義することにより、物体光の広がる範囲を特定の範囲内に制限することができる。
【００９４】
このように、線分光源ＱＱについて、線光源に準じた取り扱いを行うと、結果的には、§３．で述べた「板状空間による制限を行う実施形態」に近似した効果が得られる。たとえば、図１０には、ＸＹＺ座標系からなる三次元空間をスライス平面Ｈ１〜Ｈ７によって分割し、複数の板状空間Ｇ１〜Ｇ７を形成した例が示されているが、このとき、各スライス平面Ｈ１〜Ｈ７の間隔をｄに設定し、個々の点光源を、それぞれ所属する板状空間内に収まる長さｄの線分光源に置き換えてみる。
【００９５】
たとえば、図１４は、図１０に示す点光源Ｐ１７，Ｐ１８，Ｐ１９を、それぞれ線分光源ＰＰ１７，ＰＰ１８，ＰＰ１９に置き換えた例を示す。線分光源ＰＰ１７，ＰＰ１８，ＰＰ１９は、いずれも長さｄを有し、板状空間Ｇ１内にぴったり収まっている。各線分光源を、線光源に準じて取り扱えば、物体光は、図１４における水平方向（ＸＹ平面に平行な方向）にのみ伝播することになるので、線分光源ＰＰ１７，ＰＰ１８，ＰＰ１９からの物体光は、単位記録領域Ｕ１内にのみ到達することになる。もちろん、線分光源ＰＰ１７，ＰＰ１８，ＰＰ１９からの物体光は、単位記録領域Ｕ１内のすべての演算点に必ずしも到達するわけではない。たとえば、図１３に示すような伝播空間Ｓｄが定義されていた場合、線分光源ＰＰ１７からの物体光は、図１３に示す線分光源ＱＱ（αβγローカル座標系上の基準単位光源）を、図１４に示す線分光源ＰＰ１７（ＸＹＺグローバル座標系上の原画像を構成する１つの単位光源）の上に重ねたときの伝播空間Ｓｄの内部のみに伝播するものとして、記録面２０上での干渉縞強度演算が行われることになる。
【００９６】
以上、原画像を構成する単位光源として、点光源の代わりに線分光源を用いた例を述べたが、単位光源としては、この他、面光源を用いることも可能である。たとえば、ポリゴンの集合体として定義された原画像を用いる場合、個々のポリゴンを面光源として取り扱うことが可能である。もちろん、この場合、伝播空間の定義も、面光源を基準として、射出される物体光の伝播が可能な空間の定義を行う必要がある。
【００９７】
＜＜＜  §５．  参照光を設定しない実施形態  ＞＞＞
これまで述べた実施形態の場合、パターン演算段階において、原画像を構成する個々の単位光源から射出された物体光と参照光とに基づいて、記録面２０上に形成される干渉縞パターンの演算を行っていた。しかしながら、「計算機合成ホログラム」の手法を利用して、記録面２０上に原画像の情報をホログラムとして記録する場合、必ずしも干渉縞パターンとして記録する必要はない。別言すれば、参照光の設定は、必ずしも必要ではない。
【００９８】
一般に、銀塩フィルムを用いた光学的なホログラム記録方法では、記録面となる銀塩フィルム上に干渉縞パターンとして原画像の記録を行う必要があるため、物体光の他に参照光を用意し、両者を干渉させる必要がある。しかしながら、理論的には、記録面上には、原画像から到達したすべての物体光を合成して得られる合成波の振幅と位相（複素振幅）の情報が記録されていれば、当該原画像を再生することが可能である。「計算機合成ホログラム」の手法を利用すれば、参照光の設定を行わずに、物体光から到達する光の振幅と位相に基づく演算を行うことにより、記録面２０上に形成される複素振幅パターンを求めることができるので、この複素振幅パターンを、何らかの形で物理的な媒体上に形成することにより、ホログラム記録媒体を作成することが可能になる。
【００９９】
すなわち、この§５で述べる実施形態では、図３の流れ図におけるステップＳ１「原画像準備段階」、ステップＳ２「伝播空間定義段階」、ステップＳ３「記録面設定段階」までは、これまで述べた実施形態と同じ手順を行うことになるが、ステップＳ４「参照光設定段階」は不要になる。
【０１００】
また、ステップＳ５「パターン演算段階」では、干渉縞パターンを演算するのではなく、各原画像を構成する個々の単位光源から射出された物体光を合成することにより記録面２０上に形成される複素振幅パターンを演算することになる。もちろん、各単位光源からの物体光の取り扱いを行う際に、所定の伝播空間内にのみ伝播するものとして演算を行う点は、これまで述べてきた実施形態と全く同様である。
【０１０１】
複素振幅パターンの演算は、具体的には、次のようにして行えばよい。すなわち、原画像を構成する個々の点光源から射出された物体光を、Ａ・ｅｘｐ（−ｉωｔ＋ｉφ）なる複素数を用いた式（Ａは振幅、ωは振動数、ｔは時間、φは位相、ｉは虚数単位）で表現し、特定の演算点Ｃの位置について、当該位置に到達するすべての物体光について上記式の総和を求めるようにすればよい。この総和を示す式も、やはり「Ａ・ｅｘｐ（−ｉωｔ＋ｉφ）」なる複素数を用いた式で表現され、複素振幅情報（振幅の情報と位相の情報）を示すものになる。したがって、記録面２０上に、複素振幅パターン（振幅の値と位相の値の分布パターン）を得ることができる。
【０１０２】
もっとも、「Ａ・ｅｘｐ（−ｉωｔ＋ｉφ）」なる式は、時間ｔをパラメータとして含んでおり、振幅や位相は、時間によって変化する量である。したがって、実際には、ある特定のサンプリング時点を設定し（ｔに任意の値（たとえば０）を入れればよい）、当該サンプリング時点における記録面２０上での複素振幅パターンを求めればよい。具体的には、記録面２０上に多数の演算点を離散的に定義し、各演算点位置における所定サンプル時点での合成物体光の振幅および位相を求め、振幅および位相の離散的な分布として複素振幅パターンを求める処理を行えばよい。
【０１０３】
一方、ステップＳ６「パターン形成段階」では、干渉縞パターン（濃淡パターン）の代わりに、複素振幅パターンを物理的な媒体上に形成する必要がある。上述したように、複素振幅パターンは、振幅と位相との双方の情報をもったパターンであるので、物理的な媒体上の所定位置には、振幅のみならず位相も併せて記録する必要がある。しかも、この媒体に再生照明光を照射したときに、正しいホログラム再生像が得られるようにするためには、媒体に入射した再生照明光に対して、個々の位置に記録されていた振幅と位相に応じた光学的変調が行われるようにする必要がある。
【０１０４】
このように、複素振幅パターンを物理的な媒体上に形成する一方法として、本願発明者は、三次元構造をもった多数のセルを用いる方法を提案している。この方法では、要するに、記録面２０上の個々の演算点位置のそれぞれに三次元構造体からなるセルを配置し、かつ、個々のセルの三次元構造に、当該セルに対応する演算点位置についての振幅および位相の情報が記録されるようにすればよい。個々のセルの具体的な三次元構造に関しては、たとえば、特開平２００２−７２８３７号公報（米国特許第６６１８１９０号・同第６９３４０７４号）などに開示されているので、ここでは詳しい説明は省略する。
【０１０５】
＜＜＜  §６．  本発明に係る製造装置  ＞＞＞
最後に、本発明に係るホログラム記録媒体の製造装置の基本構成を図１５および図１６のブロック図を参照しながら説明する。図１５に示す製造装置は、図３の流れ図に示すステップＳ１〜Ｓ６を実行するための装置であり、異なる位置から観察したときに、異なる原画像が再生される構成をもったホログラム記録媒体を製造する機能を有している。
【０１０６】
図１５において、原画像格納部１１０は、ステップＳ１「原画像準備段階」で用意された原画像の情報を格納するための構成要素であり、複数Ｎ個の原画像を、それぞれＸＹＺ三次元グローバル座標系上に配置された単位光源の集合を示すデータとして格納する機能を有している。また、伝播空間格納部１２０は、ステップＳ２「伝播空間定義段階」で定義された伝播空間の情報を格納するための構成要素であり、基準単位光源から射出した光の伝播が可能な伝播空間を、基準単位光源の位置を基準として示したデータ（αβγ三次元ローカル座標系上での立体を示すデータ）として、複数Ｎ通り格納する機能を有している。原画像格納部１１０も伝播空間格納部１２０も、実際には、コンピュータ用のデータ格納装置（各種メモリやハードディスク装置など）によって構成される。
【０１０７】
一方、記録面設定部１３０は、ステップＳ３「記録面設定段階」を実行するための構成要素であり、ＸＹＺ三次元座標系上に所定の記録面２０を設定する処理を行う機能を有している。また、参照光設定部１４０は、ステップＳ４「参照光設定段階」を実行するための構成要素であり、ＸＹＺ三次元座標系上に所定の参照光Ｒを設定する処理を行う機能を有している。記録面設定部１３０も参照光設定部１４０も、実際には、コンピュータ用の入力機器と、設定処理用の専用プログラムによって実現することができる。
【０１０８】
パターン演算部１５０は、ステップＳ５「パターン演算段階」を実行するための構成要素であり、各原画像を構成する個々の単位光源から射出された物体光と参照光Ｒとに基づいて、記録面２０上に形成される干渉縞パターンを演算する処理を行う。このとき、第ｉ番目（ｉ＝１，２，…，Ｎ）の原画像に所属する単位光源からの物体光が、当該単位光源の位置を基準単位光源の位置としたときの第ｉ番目（ｉ＝１，２，…，Ｎ）の伝播空間内にのみ伝播するものとして演算を行うようにする点は、既に述べたとおりである。このパターン演算部１５０は、実際には、コンピュータに組み込まれた専用プログラムによって実現することができる。
【０１０９】
更に、パターン形成部１６０は、パターン演算部１５０によって求められた干渉縞パターンを、物理的な媒体上に形成する機能をもった構成要素である。具体的には、たとえば、電子線描画装置およびこれを制御するコンピュータによって、パターン形成部１６０を形成することができる。
【０１１０】
これに対して、図１６に示す製造装置は、§５で述べた参照光を設定しない実施形態を行うための製造装置である。原画像格納部１１０，伝播空間格納部１２０，記録面設定部１３０は、図１５に示す各構成要素と全く同じものである。ただ、この図１６に示す装置には、参照光設定部１４０は存在しない。パターン演算部１５５は、§５で述べたとおり、各原画像を構成する個々の単位光源から射出された物体光を合成することにより記録面２０上に形成される複素振幅パターン（振幅と位相の分布パターン）を演算する処理を行う。また、パターン形成部１６５は、§５で述べたとおり、パターン演算部１５５によって求められた複素振幅パターンを物理的な媒体上に形成する処理を行う。
【０１１１】
実用上は、図１５に一点鎖線で囲った構成要素（原画像格納部１１０，伝播空間格納部１２０，記録面設定部１３０，参照光設定部１４０，パターン演算部１５０）は、１台もしくは複数台の汎用コンピュータ１７０に専用の処理プログラムを組み込むことによって実現することができる。同様に、図１６に一点鎖線で囲った構成要素（原画像格納部１１０，伝播空間格納部１２０，記録面設定部１３０，パターン演算部１５５）も、１台もしくは複数台の汎用コンピュータ１７５に専用の処理プログラムを組み込むことによって実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１２】
【図１】本発明に係る方法で製造されたホログラム記録媒体の観察態様を示す斜視図である。
【図２】図１に示すホログラム記録媒体の２通りの観察態様を示す平面図である。
【図３】本発明に係るホログラム記録媒体の製造方法の基本手順を示す流れ図である。
【図４】図３の流れ図における「Ｓ１：原画像準備段階」で準備された２組の原画像の一例を示す斜視図である。
【図５】図３の流れ図における「Ｓ２：伝播空間定義段階」で定義された２組の伝播空間の一例を示す斜視図である。
【図６】図３の流れ図における「Ｓ５：パターン演算段階」で行われる演算処理の概念を示す斜視図である。
【図７】図３の流れ図における「Ｓ２：伝播空間定義段階」で定義された２組の伝播空間の別な一例を示す上面図である。
【図８】原画像Ｉａを構成する各点光源から射出する光が、図７に示す伝播空間ＳＳａに応じて広がる様子を示す上面図である。
【図９】原画像Ｉｂを構成する各点光源から射出する光が、図７に示す伝播空間ＳＳｂに応じて広がる様子を示す上面図である。
【図１０】三次元空間を複数の板状空間に分割し、各点光源から射出する光の広がりを１つの板状空間内のみに制限して干渉縞パターンの演算を行う概念を示す断面図である。
【図１１】点光源Ｐに基づいて線分光源ＰＰを作成する概念を示す図である。
【図１２】点光源Ｑについて定義した伝播空間の一例を示す斜視図である。
【図１３】線分光源ＱＱについて定義した伝播空間の一例を示す斜視図である。
【図１４】線分光源から構成される原画像についての干渉縞パターンの演算を行う概念を示す側面図である。
【図１５】本発明に係るホログラム記録媒体の製造装置の基本構成を示すブロック図である。
【図１６】本発明に係るホログラム記録媒体の製造装置の別な基本構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【０１１３】
１０：ホログラム記録媒体
２０：記録面
１１０：原画像格納部
１２０：伝播空間格納部
１３０：記録面設定部
１４０：参照光設定部
１５０，１５５：パターン演算部
１６０，１６５：パターン形成部
１７０，１７５：コンピュータ
Ａ：第１の再生像
Ｂ：第２の再生像
Ｃ：演算点
ｄ：線分長
Ｅ１，Ｅ２：視点
Ｆａ：第１の伝播空間の境界面
Ｆｂ：第２の伝播空間の境界面
Ｇ１〜Ｇ７：板状空間
Ｈ１〜Ｈ７：スライス平面
Ｉａ：第１の原画像
Ｉｂ：第２の原画像
Ｌａ：第１の原画像Ｉａからの物体光
Ｌｂ：第２の原画像Ｉｂからの物体光
Ｌｒ：再生用照明光
Ｏ：ＸＹＺ座標系の原点
Ｐ：点光源
Ｐ１１〜Ｐ１９：第１の原画像Ｉａを構成する点光源
Ｐ２１〜Ｐ２６：第２の原画像Ｉｂを構成する点光源
ＰＰ：線分光源
ＰＰ１７〜ＰＰ１９：線分光源
Ｑ：基準単位光源／αβγ座標系の原点
Ｑ′：変位点
ＱＱ：基準単位光源（線分光源）
Ｒ：参照光
Ｓ１〜Ｓ６：流れ図の各ステップ
Ｓ１４〜Ｓ１６：グローバル座標系上の伝播空間
Ｓ２４〜Ｓ２６：グローバル座標系上の伝播空間
Ｓａ，Ｓｂ，Ｓｃ，Ｓｄ：ローカル座標系上の伝播空間
ＳＳａ，ＳＳｂ：ローカル座標系上の伝播空間
Ｕ１：単位記録領域
Ｘ，Ｙ，Ｚ：グローバル座標系の各座標軸
α，β，γ：ローカル座標系の各座標軸
θａ，θｂ，θｄ：伝播空間を規定する角度
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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