(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、
前記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、
前記三次元座標系上に複数Ｎ個の観察領域を設定する観察領域設定段階と、
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Ｎ個の原画像と前記Ｎ個の観察領域とは互いに１対１に対応しており、
前記パターン演算段階において、前記記録面上に多数の演算点を定義し、個々の演算点の位置において、当該演算点に到達する前記Ｎ個の原画像を構成する個々の単位光源からの物体光を合成して合成物体光を求め、この合成物体光と前記参照光との干渉によって得られる干渉波の振幅強度の演算を行い、この演算を行う際に、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のうち、当該原画像に対応する第ｉ番目（ｉ＝１，２，…，Ｎ）の観察領域に到達する光のみを考慮し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、
前記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、
前記三次元座標系上に複数Ｎ個の観察領域を設定する観察領域設定段階と、
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Ｎ個の原画像と前記Ｎ個の観察領域とは互いに１対１に対応しており、
前記パターン演算段階において、前記記録面上に多数の演算点を定義し、個々の演算点の位置において、当該演算点に到達する前記Ｎ個の原画像を構成する個々の単位光源からの物体光を合成して合成物体光を求め、この合成物体光の複素振幅の演算を行い、この演算を行う際に、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のうち、当該原画像に対応する第ｉ番目（ｉ＝１，２，…，Ｎ）の観察領域に到達する光のみを考慮し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、
観察領域設定段階で、複数Ｎ通りの観察領域を、互いに、空間的に排他的領域となるように設定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、
観察領域設定段階で、複数Ｎ通りの観察領域の一部もしくは全部を、他の観察領域と空間的に一部重複する領域となるように設定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、
観察領域設定段階で、複数Ｎ通りの観察領域の一部もしくは全部を、他の観察領域と空間的に完全に一致する領域となるように設定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もしくは点光源の集合体を用い、各点光源から放射状に射出する球面波もしくはその合成波として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１２】
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１３】
請求項１〜１２のいずれかに記載の製造方法において、
観察領域設定段階で、三次元座標系上の平面もしくは曲面、または立体として、個々の観察領域を設定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１〜１３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のうち、第ｉ番目（ｉ＝１，２，…，Ｎ）の観察領域に到達し、かつ、第ｊ番目（ｊ＝１，２，…，Ｍ）の板状空間内のみを通って記録面に到達する光のみを考慮し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１５】
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、
前記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、
前記三次元座標系上に複数の観察領域を定義する観察領域定義段階と、
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、
前記複数の原画像と前記複数の観察領域とは互いに１対１に対応しており、
前記パターン演算段階において、前記記録面上に多数の演算点を定義し、個々の演算点の位置において、当該演算点に到達する前記複数の原画像を構成する個々の単位光源からの物体光を合成して合成物体光を求め、この合成物体光と前記参照光との干渉によって得られる干渉波の振幅強度の演算を行い、この演算を行う際に、各単位光源からの物体光のうち、当該単位光源が所属する原画像に対応して設定された固有の観察領域へ向かう物体光のみを考慮し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、
前記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、
前記三次元座標系上に複数の観察領域を定義する観察領域定義段階と、
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、
前記複数の原画像と前記複数の観察領域とは互いに１対１に対応しており、
前記パターン演算段階において、前記記録面上に多数の演算点を定義し、個々の演算点の位置において、当該演算点に到達する前記複数の原画像を構成する個々の単位光源からの物体光を合成して合成物体光を求め、この合成物体光の複素振幅の演算を行い、この演算を行う際に、各単位光源からの物体光のうち、当該単位光源が所属する原画像に対応して設定された固有の観察領域へ向かう物体光のみを考慮し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】
請求項１〜１６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１８】
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、
前記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、
前記三次元座標系上に複数Ｎ個の観察領域を設定する観察領域設定部と、
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、
前記観察領域設定部は、前記Ｎ個の原画像と前記Ｎ個の観察領域とが互いに１対１に対応するような設定を行い、
前記パターン演算部が、前記記録面上に多数の演算点を定義し、個々の演算点の位置において、当該演算点に到達する前記Ｎ個の原画像を構成する個々の単位光源からの物体光を合成して合成物体光を求め、この合成物体光と前記参照光との干渉によって得られる干渉波の振幅強度の演算を行い、この演算を行う際に、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のうち、当該原画像に対応する第ｉ番目（ｉ＝１，２，…，Ｎ）の観察領域に到達する光のみを考慮し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装置。
【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、
前記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、
前記三次元座標系上に複数Ｎ個の観察領域を設定する観察領域設定部と、
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、
前記観察領域設定部は、前記Ｎ個の原画像と前記Ｎ個の観察領域とが互いに１対１に対応するような設定を行い、
前記パターン演算部が、前記記録面上に多数の演算点を定義し、個々の演算点の位置において、当該演算点に到達する前記Ｎ個の原画像を構成する個々の単位光源からの物体光を合成して合成物体光を求め、この合成物体光の複素振幅の演算を行い、この演算を行う際に、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のうち、当該原画像に対応する第ｉ番目（ｉ＝１，２，…，Ｎ）の観察領域に到達する光のみを考慮し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装置。
【請求項２０】
請求項１８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、記録面設定部、参照光設定部、観察領域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、記録面設定部、観察領域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、
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、
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、
三次元座標系上に複数Ｎ個の観察領域を設定する観察領域設定段階と、
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、
を行い、
Ｎ個の原画像とＮ個の観察領域とは互いに１対１に対応させるようにし、
パターン演算段階において、記録面上に多数の演算点を定義し、個々の演算点の位置において、当該演算点に到達するＮ個の原画像を構成する個々の単位光源からの物体光を合成して合成物体光を求め、この合成物体光と参照光との干渉によって得られる干渉波の振幅強度の演算を行い、この演算を行う際に、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のうち、当該原画像に対応する第ｉ番目（ｉ＝１，２，…，Ｎ）の観察領域に到達する光のみを考慮した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、
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、
三次元座標系上に複数Ｎ個の観察領域を設定する観察領域設定段階と、
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、
を行い、
Ｎ個の原画像とＮ個の観察領域とは互いに１対１に対応させるようにし、
パターン演算段階において、記録面上に多数の演算点を定義し、個々の演算点の位置において、当該演算点に到達するＮ個の原画像を構成する個々の単位光源からの物体光を合成して合成物体光を求め、この合成物体光の複素振幅の演算を行い、この演算を行う際に、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のうち、当該原画像に対応する第ｉ番目（ｉ＝１，２，…，Ｎ）の観察領域に到達する光のみを考慮した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、
観察領域設定段階で、複数Ｎ通りの観察領域を、互いに、空間的に排他的領域となるように設定したものである。
【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、
観察領域設定段階で、複数Ｎ通りの観察領域の一部もしくは全部を、他の観察領域と空間的に一部重複する領域となるように設定したものである。
【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、
観察領域設定段階で、複数Ｎ通りの観察領域の一部もしくは全部を、他の観察領域と空間的に完全に一致する領域となるように設定したものである。
【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もしくは点光源の集合体を用い、各点光源から放射状に射出する球面波もしくはその合成波として物体光を定義す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。
【００２２】
(13)  本発明の第１３の態様は、上述した第１〜第１２の態様に係るホログラム記録媒体の製造方法において、
観察領域設定段階で、三次元座標系上の平面もしくは曲面、または立体として、個々の観察領域を設定したものである。
【００２３】
(14)  本発明の第１４の態様は、上述した第１〜第１３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のうち、第ｉ番目（ｉ＝１，２，…，Ｎ）の観察領域に到達し、かつ、第ｊ番目（ｊ＝１，２，…，Ｍ）の板状空間内のみを通って記録面に到達する光のみを考慮した演算を行うようにしたものである。
【００２４】
(15)  本発明の第１５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、
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、
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、
三次元座標系上に複数の観察領域を定義する観察領域定義段階と、
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、
を行い、
複数の原画像と複数の観察領域とは互いに１対１に対応させるようにし、
パターン演算段階において、記録面上に多数の演算点を定義し、個々の演算点の位置において、当該演算点に到達する複数の原画像を構成する個々の単位光源からの物体光を合成して合成物体光を求め、この合成物体光と参照光との干渉によって得られる干渉波の振幅強度の演算を行い、この演算を行う際に、各単位光源からの物体光のうち、当該単位光源が所属する原画像に対応して設定された固有の観察領域へ向かう物体光のみを考慮した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、
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、
三次元座標系上に複数の観察領域を定義する観察領域定義段階と、
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、
を行い、
複数の原画像と複数の観察領域とは互いに１対１に対応させるようにし、
パターン演算段階において、記録面上に多数の演算点を定義し、個々の演算点の位置において、当該演算点に到達する複数の原画像を構成する個々の単位光源からの物体光を合成して合成物体光を求め、この合成物体光の複素振幅の演算を行い、この演算を行う際に、各単位光源からの物体光のうち、当該単位光源が所属する原画像に対応して設定された固有の観察領域へ向かう物体光のみを考慮し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、上述した第１〜第１６の態様に係るホログラム記録媒体の製造方法によって、ホログラム記録媒体を製造するようにしたものである。
【００２７】
(18)  本発明の第１８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、
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、
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、
三次元座標系上に複数Ｎ個の観察領域を設定する観察領域設定部と、
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、
観察領域設定部は、Ｎ個の原画像とＮ個の観察領域とが互いに１対１に対応するような設定を行い、
パターン演算部が、記録面上に多数の演算点を定義し、個々の演算点の位置において、当該演算点に到達するＮ個の原画像を構成する個々の単位光源からの物体光を合成して合成物体光を求め、この合成物体光と参照光との干渉によって得られる干渉波の振幅強度の演算を行い、この演算を行う際に、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のうち、当該原画像に対応する第ｉ番目（ｉ＝１，２，…，Ｎ）の観察領域に到達する光のみを考慮した演算を行う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、
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、
三次元座標系上に複数Ｎ個の観察領域を設定する観察領域設定部と、
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、
観察領域設定部は、Ｎ個の原画像とＮ個の観察領域とが互いに１対１に対応するような設定を行い、
パターン演算部が、記録面上に多数の演算点を定義し、個々の演算点の位置において、当該演算点に到達するＮ個の原画像を構成する個々の単位光源からの物体光を合成して合成物体光を求め、この合成物体光の複素振幅の演算を行い、この演算を行う際に、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のうち、当該原画像に対応する第ｉ番目（ｉ＝１，２，…，Ｎ）の観察領域に到達する光のみを考慮した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、上述した第１８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、記録面設定部、参照光設定部、観察領域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、記録面設定部、観察領域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】
【００３０】
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】
【００３１】
以下、本発明を図示する実施形態に基づいて説明する。
【００３２】
＜＜＜  §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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
一方、ステップＳ２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Ｓ３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。
【００４２】
ステップＳ４の観察領域設定段階は、ＸＹＺ三次元座標系上に複数Ｎ個の観察領域を設定する段階である。ここで、観察領域とは、ある特定の原画像の観察に適した視点位置の範囲を示す領域というべきものであり、ホログラム記録媒体の作成者が恣意的に設定する領域である。本発明において、この観察領域は非常に重要な役割を果たすことになる。観察領域を複数Ｎ個分設定するのは、ステップＳ１の原画像準備段階において複数Ｎ個の原画像を用意したためである。別言すれば、ステップＳ４では、ステップＳ１で用意した原画像の数に応じた数の観察領域が設定されることになる。以下、この観察領域の実体およびその機能について、具体例を示しながら説明する。
【００４３】
図５は、図３の流れ図における原画像準備段階（ステップＳ１）で用意された原画像Ｉａ，Ｉｂ、記録面設定段階（ステップＳ２）で設定された記録面２０、参照光設定段階（ステップＳ３）で設定された参照光Ｒ、観察領域設定段階（ステップＳ４）で設定された観察領域Ｏａ，Ｏｂの一例を示す上面図であり、図４に示すＸＹＺ三次元座標系をＺ軸方向から見下ろした状態を示すものである。すなわち、図５の紙面は、ＸＹ平面に平行な面ということになる。図５に示されている原画像Ｉａ，Ｉｂは、それぞれ図４(a) ，(b) に示す原画像の上面を示しており、上述したとおり、両原画像は部分的に重なり合っている。記録面２０は、この例では、ＸＹ平面に垂直な平面として設定されており、参照光Ｒは、この記録面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である。
【００４４】
この図５に示す例の場合、２個の原画像Ｉａ，Ｉｂが用意されているので、これに応じて、２個の観察領域Ｏａ，Ｏｂが設定されている。第１の観察領域Ｏａは、図に斜線によるハッチングを施して示した回転楕円体（卵型）の空間領域であり、第２の観察領域Ｏｂは、図にドットによるハッチングを施して示した回転楕円体（卵型）の空間領域である。ここで、第１の観察領域Ｏａは、第１の原画像Ｉａの再生像を観察するのに適した領域として、ホログラム記録媒体の作成者が設定した領域であり、第２の観察領域Ｏｂは、第２の原画像Ｉｂの再生像を観察するのに適した領域として、ホログラム記録媒体の作成者が設定した領域である。
【００４５】
図示の例の場合、記録面２０の手前左側に第１の観察領域Ｏａが設定され、記録面２０の手前右側に第２の観察領域Ｏｂが設定されているので、以下の手順によって作成されたホログラム記録媒体を観察した場合、手前左側から観察すると、第１の原画像Ｉａが観察でき、手前右側から観察すると、第２の原画像Ｉｂが観察できることになる。
【００４６】
図５に示すように、原画像Ｉａ，Ｉｂ、記録面２０、参照光Ｒ、観察領域Ｏａ，Ｏｂの設定が完了すると、ステップＳ５のパターン演算段階が実行される。ここでは、各原画像Ｉａ，Ｉｂ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の演算（干渉縞の生成シミュレーション演算）が行われる。
【００４７】
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Ｓ２において設定された面であり、参照光Ｒは、ステップＳ３において設定された光であり、観察領域Ｏａ，Ｏｂは、ステップＳ４において設定された領域である。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Ｌａ１およびＬａ２の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Ｌｂ１およびＬｂ２の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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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Ｓ４で設定した観察領域を利用して、演算時に考慮する物体光（以下、演算考慮光と呼ぶ）を取捨選択する点にある。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Ｓ４においてＮ通りの観察領域を定義した場合、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のうち、第ｉ番目（ｉ＝１，２，…，Ｎ）の観察領域に到達する光のみを考慮した演算を行うようにすればよい。
【００５１】
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Ｓ４では、図５に示すように２通りの観察領域Ｏａ，Ｏｂが設定されている。したがって、ステップＳ５の演算処理は、次のようにして演算考慮光を取捨選択し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）からの物体光については、第１の観察領域Ｏａに到達する光を演算考慮光として、当該演算考慮光のみを考慮した演算を行うようにする。同様に、第２の原画像Ｉｂに所属する点光源（単位光源）からの物体光については、第２の観察領域Ｏｂに到達する光を演算考慮光として、当該演算考慮光のみを考慮した演算を行うようにする。
【００５２】
図６に一点鎖線で示されている物体光Ｌａ１，Ｌａ２は、第１の原画像Ｉａに所属する点光源Ｐ１１からの物体光であるが、いずれも第１の観察領域Ｏａにぎりぎり到達する光となっているので（観察領域Ｏａの輪郭線を通っているので）、演算考慮光として、ステップＳ５における演算に利用されることになる。しかしながら、点光源Ｐ１１からの物体光であっても、物体光Ｌａ１，Ｌａ２で挟まれた領域の外側（図においてＬａ１よりも左側もしくはＬａ２よりも右側）を通る光は、観察領域Ｏａには到達しないので、演算考慮光にはならず、ステップＳ５における演算では無視されることになる（そのような物体光は、記録面２０には届いていないものとして処理される）。
【００５３】
同様に、図６に一点鎖線で示されている物体光Ｌｂ１，Ｌｂ２は、第２の原画像Ｉｂに所属する点光源Ｐ２１からの物体光であるが、いずれも第２の観察領域Ｏｂにぎりぎり到達する光となっているので（観察領域Ｏｂの輪郭線を通っているので）、演算考慮光として、ステップＳ５における演算に利用されることになる。しかしながら、点光源Ｐ２１からの物体光であっても、物体光Ｌｂ１，Ｌｂ２で挟まれた領域の外側（図においてＬｂ１よりも左側もしくはＬｂ２よりも右側）を通る光は、観察領域Ｏｂには到達しないので、演算考慮光にはならず、ステップＳ５における演算では無視されることになる（そのような物体光は、記録面２０には届いていないものとして処理される）。
【００５４】
このような演算処理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演算点Ｃに向かう物体光と、第２の原画像Ｉｂを構成するすべての点光源から演算点Ｃに向かう物体光とを考慮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。
【００５５】
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Ｓ４で定義した観察領域を参照することにより、当該点光源から射出して演算点Ｃに向かう物体光が、演算考慮光になるか否かの判定作業を行う。たとえば、図６に示す例の場合、点光源Ｐ１１から演算点Ｃに向かう物体光Ｌａ３は演算考慮光にはならない。なぜなら、図に一点鎖線で示されている物体光Ｌａ３の光路を下方に伸ばしても、観察領域Ｏａには到達しないからである（なお、観察領域Ｏｂに到達するか否かは無関係な事項である。）。点光源Ｐ１１は、第１の原画像Ｉａを構成する点光源であるので、点光源Ｐ１１から射出した物体光のうち、第１の観察領域Ｏａに到達しない光は、演算では考慮されないことになる。第２の
観察領域Ｏｂは、点光源Ｐ１１からの物体光についての判定には関与しない。
【００５６】
演算点Ｃについての干渉縞強度を求める際には、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い、更に、第２の原画像Ｉｂを構成するすべての点光源のそれぞれについても行うことになる。ここで重要な点は、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について、演算考慮光になるか否かを判定する際には、当該物体光が第１の観察領域Ｏａに到達するか否かという判定基準が用いられるのに対して、第２の原画像Ｉｂを構成する点光源から射出された物体光について、演算考慮光になるか否かを判定する際には、当該物体光が第２の観察領域Ｏｂに到達するか否かという判定基準が用いられる点である。
【００５７】
このような判定作業により、原画像Ｉａ，Ｉｂを構成するすべての点光源から、ある特定の演算点Ｃに向かうすべての物体光について、演算考慮光か否かの判定が完了したら、当該特定の演算点Ｃの位置における干渉縞強度の演算を行うことができる。すなわち、当該演算点Ｃの位置に向かうすべての物体光のうち、演算考慮光と判定された光のみを考慮した演算を行えばよい。このような演算を、記録面２０上の個々の演算点Ｃについて実行すれば、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。
【００５８】
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７に示すように、点光源Ｐ１４，Ｐ１５，Ｐ１６などの第１の原画像Ｉａからの物体光については、図に斜線のハッチングを施して示すように、第１の観察領域Ｏａに向かう光のみが考慮された演算が行われることになる。また、図８に示すように、点光源Ｐ２４，Ｐ２５，Ｐ２６などの第２の原画像Ｉｂからの物体光については、図にドットのハッチングを施して示すように、第２の観察領域Ｏｂに向かう光のみが考慮された演算が行われることになる。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（第１の観察領域Ｏａ内の位置）から観察すると第１の再生像Ａ（第１の原画像Ｉａの再生像）が観察され、右側の視点Ｅ２（第２の観察領域Ｏｂ内の位置）から観察すると第２の再生像Ｂ（第２の原画像Ｉｂの再生像）が観察されることになる。
【００５９】
なお、理論上は、上述した干渉縞の生成シミュレーションを行う際に、各物体光と各参照光Ｒとを同一の単色光（すなわち、同一の単一波長の光）に設定して記録面２０上に干渉縞パターンを記録した後、当該記録面２０に参照光Ｒと同一波長の再生用照明光を同一方向から照射して観察を行うと、第１の再生像Ａは第１の観察領域Ｏａ内に視点をおいたときにのみ観察され、第２の再生像Ｂは第２の観察領域Ｏｂ内に視点をおいたときにのみ観察されることになる。しかしながら、実際には、金券やクレジットカードに利用されるホログラム記録媒体についての像の再生は、種々の波長成分を含んだ室内照明環境（白色光に近い照明環境）の下で行われるのが一般的であり、再生用照明光の波長や照射方向は、参照光Ｒとは一致しない。
【００６０】
このため、実際には、第１の再生像Ａは第１の観察領域Ｏａ内からのみ観察されるわけではなく、また、第２の再生像Ｂは第２の観察領域Ｏｂ内からのみ観察されるわけではない。しかしながら、第１の観察領域Ｏａの近傍から観察すれば、主として第１の再生像Ａが再生され、第２の観察領域Ｏｂの近傍から観察すれば、主として第２の再生像Ｂが再生される、という関係は維持されるので、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、という目的を達成することができる。
【００６１】
図３の流れ図の最後に示されているステップ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。
【００６２】
＜＜＜  §２．  観察領域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うち、当該単位光源が所属する原画像に応じて設定された固有の観察領域へ向かう物体光のみを考慮した演算を行うことにある。たとえば、図６に示す例の場合、第１の原画像Ｉａに所属する単位光源からの物体光については、全物体光のうち、第１の観察領域Ｏａに向かう物体光のみを考慮した演算が行われることになり、第２の原画像Ｉｂに所属する単位光源からの物体光については、全物体光のうち、第２の観察領域Ｏｂに向かう物体光のみを考慮した演算が行われることになる。本発明で設定する観察領域とは、このように、単位光源からの物体光のうち、演算に考慮すべき演算考慮光を取捨選択するための基準として機能する領域であり、このような機能を果たすことができれば、どのような領域を観察領域に設定してもかまわない。ここでは、この観察領域の設定に関して、いくつかの別な実施形態を述べておく。
【００６３】
(1)   観察領域の形状
図５，図６には、回転楕円体（卵型）の形状をした観察領域Ｏａ，Ｏｂを設定した例が示されているが、ステップＳ４で設定する観察領域の形状は特定の形状に限定されるものではなく、作成者の意図に応じて、任意形状の観察領域を設定することが可能である。また、観察領域の大きさも、任意に設定してかまわない。上述したとおり、観察領域は、各物体光を演算考慮光とするか否かの取捨選択に利用されるための領域であるので、その形状や大きさは任意でかまわない。また、必ずしも三次元立体から構成される領域である必要はなく、平面や曲面からなる領域であってもかまわない。要するに、原画像を構成する各単位光源から射出された光が、到達するか否かの判断ができればよいので、三次元座標系上の平面もしくは曲面、または立体として、様々な観察領域を設定することが可能である。
【００６４】
もっとも、観察領域の形状は、最終的に作成されたホログラム記録媒体の観察態様を左右する事項になるので、実用上は、比較的単純な形状をもった領域にするのが好ましい。
【００６５】
(2)   観察領域の配置
観察領域の配置も、最終的に作成されたホログラム記録媒体の観察態様を左右する重要な事項になる。たとえば、図５，図６には、記録面２０の手前側に、左右に離隔した２つの領域として、観察領域Ｏａ，Ｏｂを設定した例が示されている。２つの観察領域をこのように左右に配置すると、前述したように、概ね左側から観察すると第１の再生像Ａ（原画像Ｉａ）が観察され、概ね右側から観察すると第２の再生像Ｂ（原画像Ｉｂ）が観察される、という特徴をもったホログラム記録媒体を作成することが可能である。これに対して、２つの観察領域を上下に配置すると、上方から観察すると第１の再生像Ａが観察され、下方から観察すると第２の再生像Ｂが観察される、という特徴をもったホログラム記録媒体を作成することができる。
【００６６】
また、図５，図６には、記録面２０に関して、原画像とは逆側に観察領域を設定した例を示したが、原画像と同じ側に観察領域を設定してもかまわない。たとえば、図６に示す例では、原画像Ｉａ，Ｉｂの手前側に記録面２０を配置し、更に、この記録面２０の手前側に観察領域Ｏａ，Ｏｂを設定している。しかしながら、観察領域は、必ずしも記録面２０の手前側に配置する必要はなく、記録面２０の向こう側に配置してもかまわない。図６に破線で示した観察領域Ｏａ′，Ｏｂ′は、記録面２０の向こう側（原画像と同じ側）に配置した例を示すものである。この場合でも、やはり第１の原画像Ｉａを構成する点光源から射出された物体光のうち、観察領域Ｏａ′に到達する光（別言すれば、観察領域Ｏａ′を通って記録面２０へと向かう光）が演算考慮光となり、同様に、第２の原画像Ｉｂを構成する点光源から射出された物体光のうち、観察領域Ｏｂ′に到達する光（別言すれば、観察領域Ｏｂ′を通って記録面２０へと向かう光）が演算考慮光となる。
【００６７】
このような設定を行った場合、観察領域Ｏａ′やＯｂ′は、もはや視点を置くための領域という意味合いを失っていることになり、演算考慮光の判定を行うための基準として機能する領域ということになる。なお、図６では、点Ｐ１１からの物体光の光路を一点鎖線で示してあるため、点Ｐ１１からの物体光に関しては、観察領域Ｏａ′内を通る光は、観察領域Ｏａ内に到達することになる。しかしながら、その他の点からの物体光に関しては、観察領域Ｏａ′内を通った光であっても、必ずしも観察領域Ｏａ内に到達するとは限らない。したがって、観察領域Ｏａ′を設定することと、観察領域Ｏａを設定することとは、等価にはならない。実際、図６に示す例では、観察領域Ｏａ′を設定して記録を行った場合、観察領域Ｏａ内の視点から観察すると、原画像Ｉａの一部が欠けて見えることになるが、そのような観察態様に支障がない用途であれば、観察領域Ｏａの代わりにＯａ′を設定することが可能である。
【００６８】
(3)   複数の観察領域の相互関係
図５，図６に示されている２通りの観察領域Ｏａ，Ｏｂ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。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、観察領域設定段階で複数Ｎ通りの観察領域を設定する際に、互いに、空間的に排他的領域となるように設定することが好ましい。
【００６９】
もっとも、前述したとおり、ホログラム記録媒体の実際の再生環境では、再生用照明光の波長や照射方向は、参照光Ｒとは一致しないので、たとえ図５，図６に示すように、２つの観察領域Ｏａ，Ｏｂを、互いに、空間的に排他的領域となるように設定したとしても、意図しない位置から意図しない再生像が観察される現象が起こり得る。たとえば、観察領域Ｏａ以外の領域内から観察した場合にも第１の再生像Ａ（第１の原画像Ｉａ）が観察され得るし、観察領域Ｏｂ以外の領域内から観察した場合にも第２の再生像Ｂ（第２の原画像Ｉｂ）が観察され得る。
【００７０】
このような点を考慮すると、実用上は、複数Ｎ通りの観察領域を設定する際に、必ずしも、互いに、空間的に排他的領域となるような設定を行う必要はない。実際には、複数Ｎ通りの観察領域の一部もしくは全部を、他の観察領域と空間的に一部重複する領域となるように設定することも可能である。このような一部重複する領域設定を行って作成されたホログラム記録媒体は、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ることを予め想定した記録媒体ということになる。
【００７１】
たとえば、図５，図６に示す例において、第１の観察領域Ｏａの右側部分と第２の観察領域Ｏｂの左側部分とが空間的に重複していたような場合は、たとえ参照光と全く同一の再生用照明光を用いて観察したとしても、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つの観察領域が一部重畳するような設定を行えばよい。
【００７２】
(4)   同一観察領域の設定
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、観察領域設定段階（ステップＳ４）で同じく複数Ｎ通りの観察領域の設定を行い、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のうち、第ｉ番目（ｉ＝１，２，…，Ｎ）の観察領域に到達する光のみを考慮した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通りの観察領域が用意され、第１の原画像からの物体光については、第１の観察領域に到達する光のみを考慮した演算が行われ、第２の原画像からの物体光については、第２の観察領域に到達する光のみを考慮した演算が行われ、第３の原画像からの物体光については、第３の観察領域に到達する光のみを考慮した演算が行われることになる。
【００７３】
このとき、Ｎ通りの観察領域の一部もしくは全部を、他の観察領域と空間的に一部重複する領域となるように設定することが可能である点は、既に上記(3) で述べたとおりであるが、複数Ｎ通りの観察領域の一部もしくは全部を、他の観察領域と空間的に完全に一致する領域となるように設定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通りの観察領域を用意する場合、図５，図６に示す領域Ｏａを第１の観察領域および第２の観察領域とし、領域Ｏｂを第３の観察領域とする設定を行ってもよい。この場合、第１の観察領域と第２の観察領域とは、完全に同一の領域として設定されることになる（もちろん観察領域Ｏａの一部と観察領域Ｏｂの一部とが空間的に重複していてもかまわない）。
【００７４】
このような設定を行うと、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の観察領域と第２の観察領域とを同一の領域に設定したため、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の観察領域は別個の領域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。
【００７５】
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。
【００７６】
＜＜＜  §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。このように、「物体光の広がり角を制限して行う演算」は、結局、「所定の広がり角の内部の光のみを考慮して行う演算」と等価であり、そのような観点から見れば、「物体光のうちの一部のみを考慮した演算」という技術思想は、上記各公報に開示されていることになる。たとえば、図６に示す例では、「点光源Ｐ１１から射出された物体光のうち、観察領域Ｏａに到達する光のみを考慮して演算を行う」という取り扱いがなされることになるが、このような取り扱いは、結局、「点光源Ｐ１１から射出される物体光の広がり角を、図の一点鎖線Ｌａ１，Ｌａ２で挟まれた錐状領域内に制限して演算を行う」ことと等価である。
【００７７】
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、それぞれ固有の観察領域を設定する（物体光の広がり角を設定する）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９は、ＸＹＺ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物体光のうちの演算考慮光となる条件として、１つの板状空間内のみを通って記録面に到達するという加重条件を課す概念を示す断面図である。すなわち、この実施形態の場合、各点光源から射出する物体光が、演算考慮光として選択されるためには、「特定の観察領域に到達する」という条件（これまで述べてきた本発明の特徴となる条件）だけでなく、「少なくとも記録面に到達するまでは、必ず１つの板状空間内のみを通る」という加重条件が課されることになる。これを「物体光の広がり角制限」として捉えれば、「特定の観察領域に到達することが可能な広がり角」と「１つの板状空間内のみを通って記録面まで到達することが可能な広がり角」との双方の条件を満たすような広がり角制限が課される、ということになる。
【００８０】
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。
【００８１】
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）。
【００８２】
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のうち、第１の観察領域（図９には示されていない）に到達する光のみを考慮した演算が行われることになる。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のうち、当該点光源が所属する板状空間内のみを通って記録面２０に到達する光を演算考慮光として取り扱うようにする。別言すれば、第１の観察領域に到達する光であっても、複数の板状空間内を通って記録面２０に到達する光は、演算考慮光にはならない。
【００８３】
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、予め設定された所定の観察領域（第１の原画像Ｉａに対応して定義された観察領域：図９には示されていない）内に到達するという第１条件と、第１番目の板状空間Ｇ１内のみを通って記録面２０に到達するという第２条件と、の双方を満たした場合に限り、演算の対象として考慮されることになる。
【００８４】
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、「予め設定された所定の観察領域内に到達し」かつ「単位記録領域Ｕ１に到達する」という条件を満たす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、ＸＹＺ座標系内の全空間へ射出されるが、ここに示す実施形態の場合、この全空間に射出される物体光のうち、「予め設定された所定の観察領域内に到達しない光」や、「単位記録領域Ｕ１に到達しない光（記録面２０に到達する前に、板状空間Ｇ１外へ出てしまう光）」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。
【００８５】
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内の必ずしもすべての演算点についての干渉縞強度演算に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、「当該演算点に向かう光が、予め設定された所定の観察領域内に到達する」という条件を満たす演算点についてのみ、干渉縞強度演算の利用対象になる。
【００８６】
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のうち、第ｉ番目（ｉ＝１，２，…，Ｎ）の観察領域に到達し、かつ、第ｊ番目（ｊ＝１，２，…，Ｍ）の板状空間内のみを通って記録面に到達する光のみを考慮した演算を行うことにある。
【００８７】
このように、物体光を演算考慮光として選択するための条件として、本発明の特徴となる条件（所定の観察領域に到達するという条件）と、従来から公知の手法に基づく条件（たとえば、上述したように、記録面に到達するまでは１つの板状空間内のみを通るという条件）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。
【００８８】
このように、本発明の本質的な基本概念は、「単位光源からの物体光のうち、特定の観察領域に到達する光のみを考慮した演算を行う」ということであるが、これは「単位光源からの物体光のうち、特定の観察領域に到達する光は、必ず演算時に考慮する」という意味ではない。上述した例のように、物体光を演算考慮光として選択するための条件として加重条件を付加した場合は、当然ながら、「単位光源からの物体光のうち、特定の観察領域に到達する光」であっても、当該加重条件を満たさない限り、演算考慮光にはならない。要するに、本発明において「単位光源からの物体光のうち、特定の観察領域に到達する光のみを考慮した演算を行う」ということは、裏を返せば「単位光源からの物体光のうち、特定の観察領域に到達しない光は、演算時に考慮しない」ということである。
【００８９】
＜＜＜  §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１０(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１０(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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。これに対して、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。
【００９２】
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。このように、線分光源を、点光源の集合体として取り扱うようにすれば、各点光源から放射状に射出する球面波の合成波として物体光を定義することができる。たとえば、図１０(b) に示す線分光源ＰＰの場合、当該線分の下端に位置する点光源〜当該線分の上端に位置する点光源まで、多数の点光源の集合体として捉え、個々の点光源からそれぞれ放射状に射出する球面波の合成波として物体光を定義することができる。
【００９３】
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、Ｚ軸に沿った線光源の場合、その波面はＺ軸を中心軸とした円柱の側面になり、すべての物体光はＺ軸に直交する方向に進み、Ｚ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。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。
【００９４】
たとえば、図１１に示すように、ＸＹＺ三次元座標系の原点位置に下端点Ｑを定義し、この下端点Ｑから距離ｄだけ離れたＺ軸上の位置に上端点Ｑ′を定義し、長さｄをもった線分（下端点Ｑと上端点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、ＸＹ平面に平行な平面に沿って、Ｚ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、図の上端点Ｑ′から射出された物体光は、Ｚ＝ｄなる方程式で示される平面に沿って、上端点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、Ｚ軸に対して直交することになる。別言すれば、この線分光源ＱＱから射出される物体光の波面は、図示のとおり、Ｚ軸を中心軸とした高さｄの円柱の側面ということになる。
【００９５】
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９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。
【００９６】
たとえば、図１２は、図９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１２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、板状空間Ｇ１内のみを通って単位記録領域Ｕ１内にのみ到達することになる。
【００９７】
もちろん、この場合、線分光源ＰＰ１７，ＰＰ１８，ＰＰ１９からの物体光のすべてが、必ずしも単位記録領域Ｕ１内のすべての演算点についての演算考慮光として選択されるわけではない。演算考慮光として選択されるためには、当然ながら、図示されていない特定の観察領域に到達する、という基本条件を満たす必要がある。ただ、図示のような線分光源ＰＰ１７，ＰＰ１８，ＰＰ１９について、線光源に準じた取り扱いを行えば（すなわち、物体光の波面が、図１１に示すような円柱側面となるような取り扱いを行えば）、線分光源ＰＰ１７，ＰＰ１８，ＰＰ１９からの物体光は、必ず板状空間Ｇ１内のみを通って単位記録領域Ｕ１内に到達することになるので、§３で述べた加重条件は必ず満足することになる。
【００９８】
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。
【００９９】
＜＜＜  §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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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「記録面設定段階」およびステップＳ４「観察領域設定段階」については、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Ｓ３「参照光設定段階」は不要になる。
【０１０２】
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、所定の観察領域内に到達する光のみを考慮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。
【０１０３】
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演算考慮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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
＜＜＜  §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１３および図１４のブロック図を参照しながら説明する。図１３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。
【０１０８】
図１３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。
【０１０９】
また、記録面設定部１２０は、ステップＳ２「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１３０は、ステップＳ３「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。一方、観察領域設定部１４０は、ステップＳ４「観察領域設定段階」を実行するための構成要素であり、ＸＹＺ三次元座標系上に複数Ｎ個の観察領域を設定する機能を有している。記録面設定部１２０、参照光設定部１３０、観察領域設定部１４０は、実際には、コンピュータ用の入力機器やデータ格納装置（各種メモリやハードディスク装置など）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。
【０１１０】
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のうち、第ｉ番目（ｉ＝１，２，…，Ｎ）の観察領域に到達する光のみを考慮した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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
これに対して、図１４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，記録面設定部１２０，観察領域設定部１４０は、図１３に示す各構成要素と全く同じものである。ただ、この図１４に示す装置には、参照光設定部１３０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（演算考慮光）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。
【０１１３】
実用上は、図１３に一点鎖線で囲った構成要素（原画像格納部１１０，記録面設定部１２０，参照光設定部１３０，観察領域設定部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１４に一点鎖線で囲った構成要素（原画像格納部１１０，記録面設定部１２０，観察領域設定部１４０，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】
【０１１４】
【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「Ｓ１：原画像準備段階」で用意された原画像Ｉａ，Ｉｂおよび「Ｓ２：記録面設定段階」，「Ｓ３：参照光設定段階」，「Ｓ４：観察領域設定段階」でそれぞれ設定された記録面２０，参照光Ｒ，観察領域Ｏａ，Ｏｂの一例を示す上面図である。
【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】原画像Ｉａを構成する各点光源から射出する光のうちの演算考慮光を示す上面図である。
【図８】原画像Ｉｂを構成する各点光源から射出する光のうちの演算考慮光を示す上面図である。
【図９】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うち、１つの板状空間内のみを通って記録面に到達するという加重条件を課した演算考慮光を用いて、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１０】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１１】線分光源ＱＱについて、円柱側面状の波面をもった物体光を定義した例を示す斜視図である。
【図１２】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方法の一例を示す側面図である。
【図１３】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１４】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】
【０１１５】
１０：ホログラム記録媒体
２０：記録面
１１０：原画像格納部
１２０：記録面設定部
１３０：参照光設定部
１４０：観察領域設定部
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
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
Ｌａ１，Ｌａ２，Ｌａ３：第１の原画像Ｉａからの物体光
Ｌｂ１，Ｌｂ２：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
Ｏａ，Ｏａ′：第１の観察領域
Ｏｂ，Ｏｂ′：第２の観察領域
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：線分光源の下端点
Ｑ′：線分光源の上端点
ＱＱ：線分光源
Ｒ：参照光
Ｓ１〜Ｓ６：流れ図の各ステップ
Ｓ１４〜Ｓ１６：第１の観察領域Ｏａへ到達可能な演算考慮光
Ｓ２４〜Ｓ２６：第２の観察領域Ｏｂへ到達可能な演算考慮光
Ｕ１：単位記録領域
Ｘ，Ｙ，Ｚ：三次元座標系の各座標軸
【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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