3 次元画像コンファレンス 2015 講演論文集, 3-4, (2015.7.9, 海洋研究開発機構横浜研究所)

カラーフィルタ方式によるフルカラー高解像度計算機合成ホログラムの作成
Creation of Full-Color High-Definition CGH using a Color Filter
土山泰裕 1

松島恭治 1

中原住雄 2

坂本雄児 3

Yasuhiro Tsuchiyama1

Kyoji Matsushima1

Sumio Nakahara2

Yuji Sakamoto3

1

関西大学 システム理工学部 電気電子情報工学科

1

Department of Electrical and Electronic Engineering, Kansai University
2

関西大学 システム理工学部 機械工学科

2

Department of Mechanical Engineering, Kansai University
3

北海道大学大学院情報科学研究科

3

Graduate School of Information Science and Technology, Hokkaido University

ABSTRACT
Complex optical system is required for full-color reconstruction of CGHs. This optical system is commonly large andheavy, and has problems such as difficulty in adjusting alignment. Thus, the full-color CGHs are hard to display on
museums and exhibitions. In this paper, the technique using a color filter is proposed for creating high-definition fullcolor CGHs that are intended to be on display at exhibition galleries. To realize this, we mainly present methods to closelycontact the color filter with synthetic fringe and increase error tolerance for positioning the filter and fringe. Opticalreconstruction of a full-color CGH created by using the proposed methods is also presented for verifying the technique.
Keywords:

computer holography, computer-generated hologram, full-color reconstruction, color filter

1. はじめに像度の電子ホログラフィでは時分割方式や[3]，物体

近年我々は，従来の光学ホログラフィに匹敵するモデルを分割し参照光位置を工夫し，各色の像を重高品質な像を再生する数 10～数 100 億ピクセル規模ねあわせることでフルカラー再生を行う手法も報告の計算機合成ホログラム(CGH)が作成可能なコンピされている[4]．

ュータホログラフィを報告している[1]．しかしこの

しかし，これらの手法ではいずれも光学系が大型技術で作成された高解像度 CGH では単色再生しか化することや，その調整が難しいなどの問題のため，できなかった．そこで，RGB3 枚の CGH を再生し，大規模なフルカラーCGH を手軽に展示することは光学系を用いて各色の再生像を重ねあわせる手法にできなかった．また，複雑な光学系を必要としないよるフルカラー再生を報告している[2]．また，低解フルカラーCGH として特定の波長帯域のみ反射し，残りの波長を透過する誘電多層膜に干渉縞を形成することで，フルカラー再生を行う手法も報告されて土山泰裕<tsuchiyama@laser.ee.kansai-u.ac.jp>
関西大学システム理工学部電気電子情報工学科〒564-8680 大阪府吹田市山手町3-3-35
TEL 06-6368-1121(内線 5722)

いる[5]．しかし，膜構造干渉縞の作成が難しく，この手法で高解像度 CGH を製作することは容易ではない．
そこで本論文では，手軽に展示可能なフルカラーCGH として，カラーフィルタ方式による単板の高解3 次元画像コンファレンス 2015 講演論文集, 3-4, (2015.7.9, 海洋研究開発機構横浜研究所)
像度フルカラーCGH の作成を試みた結果について渉縞のブロックごとにカラーフィルタを適用する．

報告する．

また，レーザリソグラフィ技術で作成される従来

2. カラーフィルタ方式の原理の単色 CGH は Fig.3(a)のように，ガラス基板側の高本研究で作成するカラーフィルタ方式のフルカラ反射 Cr 膜を利用する反射型の CGH であった．このーCGH の概要を Fig.1 に示す．この方式では，干渉構造の CGH にカラーフィルタを貼り付けるには(b)縞を空間的に RGB ブロックに分割して各色に対応のようにガラス基板上に装着する必要があるが，こする波長で干渉縞を発生し，ブロックに対応した色れではカラーフィルタと反射膜が密着しない問題がのカラーフィルタを貼り合わせる．これに照明光とあった．そのため，従来使用しなかったガラス基板して白色光を照射すると，カラーフィルタを透過し面の反対側の Cr 膜面にカラーフィルタを装着する

た各色の再生照明光が対応したブロックをそれぞれ(c)の構造で作成を試みた．

照明することで各色の像が再生される．ホログラム

3. 干渉縞の構造は干渉縞の一部からでも再生できる特性をもつため，原理上は Cr 膜面上にカラーフィルタを装着する

各色の再生像が重畳されてフルカラー再生される．

だけでフルカラー再生が可能である．しかし実際にここで，カラーフィルタを干渉縞に装着する際，は，CGH とカラーフィルタの貼り合わせで誤差が生

干渉縞 1 ピクセルに対して 1 色のカラーフィルタをじ，本来の波長とは異なる波長で干渉縞が部分的に適用することはできない．これは干渉縞のピクセル照明されて色収差が生じ，再生像が劣化する．

ピッチが 0.8～1.0 μm と非常に微細であるのに対し，そこで，誤差の生じ難いパターンとして，Fig.4(a)カラーフィルタはミクロンオーダのパターンを作成のようなストライプ状に RGB のブロックを分割しできないためである．従って，Fig.2 に示すように干た．これにより，(b)のような分割方法では水平・垂Fringe pattern

Fringe pattern

Pixel of fringe patternColor filter

Full-colorreconstruction

White light
Fig.1 The principle of full-color reconstruction ofhigh-definition CGHs using a color filter.

High reflecting coating
Glass substrate

Color filter
Fig.2 Blockwise color-filtering of the fringe pattern.

High reflecting coating
Color filter

High reflectingcoating

Reconstruction
light

Monochromaticlight
Fringe pattern
Low-reflection protective coating

White light

Fringe pattern
Glass substrate
(a)
(c)
(b)
Fig.3 The layered structure of (a) monochromatic and (c) full-color high-definition CGHs.

RGB Fringe pattern
Low-reflection protective coating3 次元画像コンファレンス 2015 講演論文集, 3-4, (2015.7.9, 海洋研究開発機構横浜研究所)
直方向共に誤差を考慮する必要があるのに対し、(a)格出力 2W のマルチチップ型フルカラーLED を使用

では一方向のみの誤差を考慮すれば良く，誤差が生した．カラーフィルタ透過後の各色のスペクトル特じ難くなる．また，ホログラムは水平方向の視差が性を Fig.9 に示す．

重要であるため，縦に干渉縞が分断されると水平方作成したフルカラーCGH の光学再生像を Fig.10向の再生光波の劣化を引き起こすことになる．水平に示す．ピクセルピッチが 0.8 μm であるので視域角方向ストライプではその様な問題を生じることなくが約 34 度となり，視差のあるフルカラー再生像が確再生できると考えた．
更に，Fig.5 に示すように RGB 各色の干渉縞の境界にガードギャップ(Guard-gap)と呼ぶ隙間を設け，誤差に対する許容度を増加した．しかし，ガードギャップの幅が大きくなるとそれ自体によって再生像が劣化するため，適切なギャップ幅を選択する必要がある．本研究では，ストライプ幅とガードギャッ
プ幅を変えて，シミュレーションと光学再生を何度(a)(b)

Fig. 4 Types of blockwise RGB color filtering.

も試行錯誤することで，最適値を求めた．

4.

ホログラムの描画
レーザリソグラフィを用いた干渉縞の描画方法をGuard-gap

Fig.6 に示す．この描画では，(a)レーザライタで干渉縞パターン形状にレジストを感光させ，(b)感光した部分のレジストを溶解，(c)露出した Cr 膜をエッチングし，(d)残りのレジストを除去するといったプロセスを行う．(c)の段階でも干渉縞は形成できているので，再生像を確認できるが，レジストの薄膜干渉

Fig.5 The structure of the guard-gap made on thefringe pattern.
Laserにより Fig.7(a)のような特定のスペクトルのみ明るくなった再生像となってしまう．レジストを除去す

ResistHigh reflecting Cr coating

Grass substrate

ることで(b)に示すように薄膜干渉の影響がなくなっていることが確認できる．

(a)

(b)
Fringe pattern

本 研 究 で 用 い た 描 画 材 料 は ， Clean Surface
Technology 社の CBC4006Du-AZP である．また，レー ザ ラ イ タ と し て Heidelberg Instruments 社 のDWL66+を用いた．

5.

カラーフィルタの作成

(c)

(d)

Fig.6 Print of the synthesized fringe pattern using
laser lithography.

本研究では，富士フィルムのリバーサルフィルム
RDP-III に，Gretag Imaging 社のディジタル銀塩プリンタである Lightjet2080 を用いて 2032dpi の解像度で描画し，カラーフィルタを作成した．

6.

フルカラーCGH の作成と再生以上の手法を用いて，フルカラーCGH を作成した．

作成した CGH のシーンとパラメータを Fig.8 とTable 1 に示す．再生照明光源として RGB 各色の定(a)(b)
Fig.7 Optical full-color reconstruction of highdefinition CGH (a) without and (b) withremoving the resist.

3 次元画像コンファレンス 2015 講演論文集, 3-4, (2015.7.9, 海洋研究開発機構横浜研究所)
認できる．
Table 1 Parameters used for creating the full-color
CGH.

7. まとめ本研究では，カラーフィルタを用いた CGH の作

Number of pixels

65,536 × 65,536成を試みた．この時，カラーフィルタと CGH の貼り

Pixel pitches

0.8 μm × 0.8 μm

あわせ誤差が生じ難い干渉縞の構造として，水平方

Sizes of CGHs

52.4 mm × 52.4 mm

向のストライプパターンを用い，誤差に対する許容

Wavelength

630, 520, 460 nm

度を増加するためのガードギャップを設けた．これ

RGB stripe width

100 μmらの手法を用いてフルカラーCGH を作成し，実際にGuard-gap width50 μm

フルカラー再生が可能であることを示した．

8. 謝辞
本研究は，日本学術振興会の科研費(15K00512)，および文部科学省私立大学戦略基盤研究形成支援事
業(平成 25 年～平成 29 年)の助成を受けたものである．

参考文献

LeftCenter

Units : mmFig. 8 3D scene of the full-color high-definition
CGH.
1BGR

0.8

Intensity [a.u.][1] K. Matsushima, and S. Nakahara: “Extremely HighDefinition
Full-Parallax
Computer-Generated
Hologram Created by the Polygon-Based Method”
Appl. Opt. 48, H54-H63 (2009)[2] T. Miyaoka, K. Matsushima, S. Nakahara:“Optimization of design-wavelength for unobtrusive
chromatic aberration in high-definition colorcomputer holography”, SPIE Proc. 9386,93860N(2015).
[3] T. Senoh, K. Wakunami, Y. Ichihashi, H. Sasaki, R.
Oi, K. Yamamoto: “Viewing-zone-angle expansionof tiled color electronic holography reconstruction
system” SPIE Proc. 9006, 90060Z(2014)[4] T. Ito, K. Okano: “Color electroholography by threecolored reference lights simultaneously incident
upon one hologram panel” Opt. Express 12, 43204325 (2004).
[5] T. Kampfe, E. Kley, A. Tunnermann, P. Dannberg:“Design and fabrication of stacked CGH for
multicolor image generation” Appl. Opt. 46, 54825488(2007).

0.6
0.4
0.2
0400

450500550600650700

Wavelength [nm]Fig. 9 Spectra of RGB illumination light transmitted
through color filters. The intensities arenormalize to unity.

RightFig. 10 Optical reconstruction of the full-color high-definition CGH. Pictures are taken from different viewpoints.