3 次元画像コンファレンス 2017 講演論文集, P-10, (2017.7.7, 千葉大学)

フルカラー高解像度体積型 CGH の作成
Creation of Full-Color High-Definition Volume-CGHs
中尾弘希
松島恭治
Hiroki Nakao
Kyoji Matsushima
関西大学 システム理工学部 電気電子情報工学科
Department of Electrical and Electronic Engineering, Kansai University

ABSTRACT
Full-color high-definition CGHs are produced by transferring original high-definition CGHs to volume holograms. In thistechnique, fringe patterns of three original CGHs are calculated using the wavelength corresponding to RGB primarycolors of light and made of metal thin films. These original CGHs are transferred to volume CGHs by contact-copy using
a technique similar to that used for recording Denisyuk-type holograms. Three transferred volume CGHs for RGB colors
are superimposed to create a full-color volume CGH. The optical reconstruction as well as the techniques and principle
used is reported.
Keywords: コンピュータホログラフィ，計算機合成ホログラム，体積ホログラム，転写ホログラム，フルカラー再生
1. はじめにい像を再生するが，像合成光学系が大きくその調整も難

高解像度計算機合成ホログラム(以下，CGH)には，静止しいため，展示会などで手軽に展示するのが困難である．

画であるが古典的な光学ホログラフィに匹敵する再生像カラーフィルタを用いたCGHは展示が容易であるが，本を得られる特徴がある [1]．しかしながら，レーザーリソ

来はRGB3種類ある干渉縞を分割・合成して1枚の干渉縞グラフィで干渉縞を描画したこれらの高解像度CGHは薄としているため，再生像の質が低下する可能性がある点，いホログラムであるため波長選択性が無く，狭帯域照明またフィルタの分光特性がよくないため十分に色収差を光で単色再生のみができる．白色光で再生すると，色収低減できない点が問題となる．

差により位置や大きさが異なる多数の再生像が同時に発生し，色にじみの強い虹色の再生像が生じる．
このような高解像度CGHのフルカラー再生手法として，そこで，前述の3枚の干渉縞を用いる手法と同様に，3枚の原版CGHを作成し，それを3枚の記録材料に体積型ホログラムとして転写して重ね合わせて再生する手法を

RGBの3枚の高解像度CGHの再生像をダイクロイックミ提案している[4]．この手法ではレーザーリソグラフィでラーで重畳してフルカラー再生像を得る手法や[2]，干渉作製する原版CGHが金属膜干渉縞により反射型として再縞をRGBブロックに空間分割し，干渉縞の各ブロックに生できることを利用して，RGBに相当するレーザー光で対応する色のカラーフィルタを貼り合わせ，これに白色記録材料を透過して原版CGHを露光する簡素なデニシュ

光を照射することでフルカラー再生像を得る手法が報告

ク型の手法で転写する．これにより赤，緑，青色で再生されている[3]．3枚の高解像度CGHを用いる手法は美しされる透明な体積型ホログラムを3枚作成する．これらを重ね合わることによりフルカラー体積型CGHが作成で中尾 弘希<nakao@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)

きる．
しかしながら，以前の報告 [4]では，基礎実験を行ったのみで実際にはフルカラー体積型CGHが実現されておらず，その光学再生像も報告していなかった．そこで本報
告では，提案手法実現の詳細を述べ，実際に作製したフ

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ルカラー体積型CGHの光学再生像を示す．

Table 1 Parameters used for creating original CGHs

2. フルカラー体積型CGHの原理
2.1. 金属膜干渉縞CGHのコンタクトコピー
金属干渉縞でできた原版CGHを記録材料に転写する手法をFig.1に示す．本研究の原版CGHでは，ガラス基板上のクロム膜で干渉縞が形成されている．この時，クロム膜干渉縞はホログラムの観察者から見てガラス板の背面

Number of pixels
Pixel pitches
Sizes of CGHs
Design Wavelength (R)Design Wavelength (G)Design Wavelength (B)Center of spherical wave

65,536×65,536
0.8 µm×0.8 µm
52.4 mm×52.4 mm
633 nm532 nm488 nm(30, 30, 350) mmに形成されているため，一般の鏡と同じ構造となっている．そのため，高い反射率を有しており，その反射パターンによって3次元像が再生される．その結果，薄いホログ
ラムであるにもかかわらず，反射型ホログラムとして再生する．

これが記録材料に記録される．
この手法では，物体光波(原版CGHの再生光)と参照光波(原版CGHの照明光)が記録材料に対して互いに反対方向から入射されるため，記録されるホログラムは波長選

原版CGHの干渉縞パターンの発生では，参照光波として球面波を用いて数値合成した物体光波と干渉させる．
したがって，原版CGHの光学再生時に，数値的な参照球面波の中心と同じ位置に実際の点光源を置くと，数値合成した物体光波が正確に再生される．実際には，スペイシャルフィルタで球面波を発生し，そのピンホールの位置を数値的な参照球面波の中心と一致させる．なお，ピンホールの位置に誤差があった場合，記録材料には計算した物体モデル/3Dシーンとは大きさと再生位置が異なる再生像が記録されてしまうことになる．

2.2. 再生像の重ね合わせ光の3原色に相当する3つの設計波長で作成した3枚の原版CGHを，同じ波長のレーザーと上記の手法を用いてそれぞれ記録材料に転写する．これを，Fig.3のように重ね合わせて白色再生光源で再生し，3つの像が正しく重なるように転写ホログラムの重ね合わせ位置を調整する．
転写ホログラムを重ね合わせる順番は，Fig.3のように，観察者側から青，赤，緑色のホログラムとする．これは人間の視覚は緑色に対する感度が最も高く，青色にコンタクトコピーでは，Fig.1に示すとおり，原版CGHのガラス基板の前面側に記録材料を貼り付け，デニシュ
クホログラムと同様に記録材料を透過して原版CGHを照明する．これによって数値合成された物体光波が原版CGHから反射再生される．したがって記録材料中には再生照明光と反射再生光が同時に存在して干渉縞が発生し，

Glass substrate
Recording material

択性を持つ体積型ホログラムとなる．

対する感度が最も低いためである．そのため，再生効率が低下すると予想される最背面に明るく見える緑を配置する．
3. フルカラー体積型CGHの作成
3.1. 原版CGHの作製
RGBの設計波長で3枚の原版CGHを作成した．本研究

GlasssubstrateFringe made ofchromium thin film

Recordingmaterial

Reconstructed light
PinholeReconstructedimage

Objective lensOriginal CGH
Center position of reference
spherical wave used fornumerical interference
Fig.1

Principle of contact copy of a CGH made of metal films.

White light

BRG

Fig.2 Full-color volume CGH by superpositionof individual color CGHs.

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で作成したCGHの3DシーンをFig.3に，そのパラメータをTable 2 Specifications of recording material.

Table 1に示す．物体モデルは平面ポリゴンの表面にFig.4で示したカラーテクスチャ画像を貼り付けたものである．
3波長の参照光と物体光を用いてそれぞれ干渉縞パターンを計算し，レーザーリソグラフィ描画装置で3枚のCGHを作成し，これらの設計波長と同じ波長のレーザー光でModel number
Glass thickness
Average exposure dose

U08M-PAN-0-4x5-G
3 mm
80 µJ / cm2
0.8 (633nm)
1.0 (532nm)
1.0 (457nm)

Relative sensitivity

再生したときの再生像をFig.5に示す．
4.1 原版CGHの転写
3枚の原版CGHをそれぞれ記録材料にコンタクトコピ

Table 3 Parameters used for contact copy.

ーし，3枚の体積型転写CGHの作成を試みた．この実験では銀塩記録材料としてTable 2に示すHolography Laboratory
社製の“Ultimate” ガラス乾板を用いた．この記録材料に3枚の原版CGHをコンタクトコピーして作成した転写

Wavelength

Exposure time

Exposure dose

633nm
532nm
488nm

2s2s1s300 µJ / cm2
200 µJ / cm2
300 µJ / cm2

CGHを白色LEDで光学再生した像をFig.6に示し，それぞれの転写パラメータをTable 3に示す．Fig.6に示すとおり

4.2 フルカラー体積型CGHの作成

白色LEDで再生しても波長選択性が働き，記録時の波長3枚の転写CGHをFig.2に示したとおりに重ね合わせての光のみで再生されていることが分かる．また，Fig.5のフルカラー体積型CGHの作成を試みた．具体的には重ね原版CGHの再生像とほぼ同じ像が再生されていることが合わせた3枚の転写CGHを白色LEDで再生しながら，3つ確認できる．の再生像が正しく重なり合うように転写CGHの位置を調整し固定した．これにより作成したフルカラー体積型
CGHの再生像をFig.7に示す．赤，緑，青色の再生像が重4040Hologram

404050150
Fig.3

Units: mm
Fig.4 Texture image.

The 3D scene of the original CGH.

(a) Red(b) Green
Fig.5 Optical reconstructions of original CGHs [4].

(c) Blue3 次元画像コンファレンス 2017 講演論文集, P-10, (2017.7.7, 千葉大学)
なり合い，フルカラー再生像が得られていることが分か

文部科学省私立大学戦略基板研究形成支援事業(平成25る．また，左右に視点変更しても3つの再生像が重なり合年～平成29年)の助成を受けたものである．っていることが分かる．

参考文献

4. まとめ[1]

K.Matsushima, S.Nakahara: “Extremely high-definition

本研究では，3枚の原版CGHからコンタクトコピーを用

full-parallax computer-generated hologram created by the

いて3枚の体積型CGHを作成し，それらを重ね合わせるこ

polygon-based method”, Appl. Opt. 48, H54-H63(2009)とによりフルカラー体積型CGHを作成した．白色LEDで[2]

T. Miyaoka, K. Matsushima, S. Nakahara: “Optimization

照明することにより，作製したCGHからフルカラー再生of design-wavelength for unobtrusive chromatic aberration像が得られることを示した．

in high-definition color computer holography”, SPIE Proc.

この手法では，ダイクロイックミラーを用いた手法より再生に必要な光学系が小さく，展示が容易である．ま

9386, 93860N (2015).
[3]

Y. Tsuchiyama, K. Matsushima: “Full-color large-scaled

た，体積ホログラムの波長選択性によりカラーフィルタ

computer-generated holograms using RGB color filters,”を用いた手法より鮮明な再生像が得られることが期待さ

Opt. Express 25, 2016-2030 (2017).

れている．

[4]

謝辞

中尾弘希, 松島恭治: “反射型高解像度ＣＧＨのコンタクトコピーによるフルカラー体積型転写ＣＧＨ

本研究は，日本学術振興会の科研費(15K00512)，および(a) Redの作成”, HODIC Circular 36, No. 3, 19-22 (2016).

(b) Green(c) BlueFig.6 Optical reconstructions of transferred CGHs.

LeftCenter
Fig.7 Optical reconstructions of the full-color volume CGH.

Right