JP3853871B2 - Method and apparatus for creating computer generated hologram data - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に、再生像を観賞するためのディスプレイ用ホログラムに適用して好適な計算機ホログラムのデータ作成方法及び装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
物体の3次元情報を物体からの反射光である物体光と参照光との干渉現象を利用してフィルム等の物理的媒体に記録し、その記録媒体に参照光と同様の再生光を照射した際の光の回折現象を利用して物体像を再生表示する技術としてホログラフィがある。又、このような光の干渉現象を利用して物体の3次元情報を物理的媒体に記録したものをホログラムという。
【0003】
又、ホログラムには、このように実際に光の干渉現象を利用して作成するもの以外に、計算機上で対象物に相当する3次元の対象物データを基に干渉縞をディジタルデータとして表わした干渉縞データを作成し、それを物理的な媒体に記録して作成する、いわゆる計算機ホログラムも知られている。
【0004】
この計算機ホログラムは、図12に光学ホログラムを模した計算モデルを模式的に示すように、対象物表面からの反射光である物体光を、該表面上の○印で示す点光源(サンプル点)からの光と仮定し、3次元的な拡がりを持つ各点光源(便宜上、2次元的に示してある)からの物体光と、参照光との干渉縞を計算機上で求め、それを物理媒体上の各サンプル点(図には1点での干渉の様子のみを代表して示してある)に記録して計算機ホログラムが作成される。このようにして作成された計算機ホログラムは、図13に示すように再生光を照射すると、ホログラム上の各サンプル点からの光が瞳に入射するため、立体的な物体像として観察できる。
【0005】
上記のように、物体光が対象物上の3次元的な拡がりのある点光源から媒体に入射されるとして、即ち水平方向にも垂直方向にも視差を持った像の再生を意図して計算機ホログラムを作成すると、このホログラムによってはどの方向にも立体的に拡がりのあるホログラム像を観察することができる。ところが、このように3次元的な拡がりのある点光源からの物体光に基づく干渉縞データを計算機上で作成するには、演算量が膨大となる。
【0006】
そこで、計算機ホログラムには、垂直方向のホログラム像の立体的な拡がりを犠牲にし、対象物の水平方向のみに視差を持った像の再生を意図して、図14に計算モデルを模式的に示すように、水平方向のみに相関を有する物体光を計算機上で仮想的に生成し、干渉領域の水平方向1ライン毎に干渉縞データを生成し、それを媒体上に1:1に対応させて1ライン毎に水平方向に記録して計算機ホログラムを作成することが行われている。
【0007】
図15には、このようにして作成された計算機ホログラム(干渉縞形成領域)10と、その一部を拡大して模式的に示したもので、この拡大図には干渉縞の水平方向の形成単位である1ライン分の要素領域と、その上下に位置する他の要素領域の一部が示してある。ここで言う干渉縞は、水平方向に並んだ、要素領域の幅を長さとする多数の短冊で構成される縞模様である。
【0008】
このように作成した計算機ホログラムは、もとより垂直方向の干渉を無視して作成してあるため、図16に示すように、再生光を照射して像を再現した場合、垂直方向には立体的な拡がりのある像は観察されないが、データ量を大幅に削減できるため、ホログラムデータの作成が容易であることから一般に利用されている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記方法により作成された水平方向のみに視差を持った干渉縞データを、物理的媒体に記録した計算機ホログラムは、光が垂直方向に回折する効果が弱いため、再生像を観察できる上下方向の視域角が狭く、観賞し難いという問題があった。
【0010】
本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、水平方向のみの干渉縞を記録する計算機ホログラムに対して、光が垂直方向に回折する効果を高め、該ホログラムによる再生像を上下方向の広い視域にわたって観賞することができる計算機ホログラム、そのデータ作成方法及びその作成装置を提供することを課題とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ホログラム全体の干渉縞データを記述する干渉縞計算領域に、同領域を水平方向に分割してなるデータ上の要素領域を単位として、対応する対象物データを基に計算される水平方向の干渉縞データを記述する計算機ホログラムのデータ作成方法において、要素領域毎に、水平方向の代表ラインについて計算される干渉縞データを、垂直方向に一方向性光学素子を構成する配列に複写し、干渉縞データ列を作成することにより、前記課題を解決したものである。
【0013】
本発明は、更に、ホログラム全体を構成する干渉縞形成領域に、同領域を水平方向に分割してなる要素領域を単位として、干渉縞が形成されている計算機ホログラムを作成する計算機ホログラムの作成装置において、ホログラムとして記録する対象物に相当する対象物データを作成する手段と、対象物データ上の対象物の領域及びホログラム全体の干渉縞データを記述する干渉縞計算領域をそれぞれ初期条件として設定する手段と、干渉縞計算領域を分割して、要素領域を設定する手段と、要素領域毎に、水平方向の代表ラインについて干渉縞データを計算する手段と、要素領域に形成する一方向性光学素子の種類を選択する手段と、要素領域毎に、計算された代表ラインの干渉縞データを、垂直方向に一方向性光学素子を構成する配列に複写して干渉縞データ列を作成する複写手段と、作成された干渉縞データ列を、ホログラム作成装置用のデータに変換する手段と、を備えたことにより、同様に前記課題を解決したものである。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【0015】
図1は、本発明に係る一実施の形態の計算機ホログラムの特徴を模式的に示す、前記図15に相当する図である。
【0016】
この計算機ホログラム10は、前記図15に示した従来のものと同様に、ホログラム全体を構成する物理的媒体上の干渉縞形成領域に、同領域を水平方向に分割して形成される要素領域12を単位として、干渉縞が形成されているものである。しかも、この計算機ホログラム10には、要素領域12毎に、水平方向に同一のパターンを有する干渉縞列14が、垂直方向の一方向性光学素子である回折格子を構成する配列、即ち垂直方向に同一の幅の干渉縞列14が同一の間隔で形成されている。
【0017】
この計算機ホログラム10を具体的に説明すると、上記要素領域12は、その垂直方向の幅Aが、例えば約80μm、水平方向に縞模様を形成するように配列された干渉縞列14の幅Bと、その形成間隔Cは、例えばそれぞれ0.5μmで、又、図中Dで示す縞模様の単位を、例えば0.15μmで形成することができる。
【0018】
このように、水平方向に同一の縞模様からなる干渉縞列14を、上記寸法で形成することにより、各要素領域12に約80本の干渉縞列14からなる回折格子が形成されたホログラム構造にできるため、図2に、その拡大断面図(前記図1のII−II線における断面図に相当する)を模式的に示すように、平行光が入射したとすると、垂直方向へ光を回折させ、拡散させることが可能となる。その結果、上記計算機ホログラム10を観察できる上下方向の視域角を広げることが可能となる。従って、この計算機ホログラム10を用いることにより、観賞し易いディスプレイ用ホログラムを提供することが可能となる。
【0019】
上記要素領域12に形成する一方向性光学素子としては、上記回折格子の他に、フレネルゾーンプレート(フレネル輪帯板)としてもよい。このフレネルゾーンプレートは、平面図を図3(A)に、干渉縞列に斜線を付して、又、断面図を同図(B)に、ぞれぞれ模式的に示すように、中心に近付くほどその幅を広くすることにより構成できる。このような配列で干渉縞列を形成することにより、図3(B)に矢印で示すように、入射光を一方向に拡散させる機能を各要素領域に付与できるので、入射した光を上下方向に拡散させることができる。この場合、干渉縞列14の幅と配置間隔はフレネルゾーン状に限らず、光を上下方向に拡散させる機能を付与できればよいので、例えば等間隔で幅を少しずつ変えるようにしてもよい。又、中心に近付くほどその幅を狭くするようにしてもよい。
【0020】
図4は、上記計算機ホログラムを作成する装置を示したブロック図である。この作成装置は計算機ホログラムのデータを作成するまでの各処理を行う機能(後に詳述する)を有する対象物データ作成部20、初期条件設定部22、要素領域設定部24、干渉縞データ計算部26、光学素子選定部28、干渉縞データ2値化部30及び干渉縞データ複写部32からなる計算機ホログラムデータ作成部を備えている。又、この作成装置は、作成された上記ホログラムデータを描画装置用データに変換するデータ変換部34と、変換後のデータを用いてホログラムを作成する描画装置36と、作成されたホログラムを原版として計算機ホログラムの製品化を行う後加工装置38とを備えている。
【0021】
上記計算機ホログラムデータ作成部では、ホログラム全体の干渉縞データを記述する干渉縞計算領域に、同領域を水平方向に分割してなるデータ上の要素領域を単位として、対応する対象物データを基に計算される水平方向の干渉縞データを記述することにより計算機ホログラムのデータ作成が実行される。
【0022】
これを、対象物データと干渉縞計算領域との関係を模式的に示した図5を用いて説明する。図5(A)に示した対象物データは3次元の座標値で記述された物体データである。この対象物データを基に、同図(B)に示したホログラム全体の干渉縞データを記述する干渉縞計算領域10Aに、計算機ホログラムデータを作成する場合は、同領域10Aを水平方向に分割して形成されるデータ上の要素領域12Aを単位として、これに対応する対象物データ(図中網掛で示した1ライン分に当り、これは従来の計算単位の1ライン分と同じ)を基に水平方向の干渉縞データを計算し、それを同要素領域12Aに記述する。同様の方法で、他の全ての要素領域12Aについて干渉縞データを求め、それを順に記述することにより、上記計算機ホログラムデータが作成される。
【0023】
その際、以下に詳述するように、要素領域12A毎に、水平方向の代表ラインについて計算される干渉縞データを、垂直方向の一方向性光学素子を構成する配列に複写して干渉縞データ列(ホログラムにおける干渉縞列に相当する)を作成する。
【0024】
次に、図6に示すフローチャートに基づいて計算機ホログラムの作成工程を説明する。
【0025】
まず、ステップ1において対象物データ作成部20を用いて、前記図5(A)に示したような対象物データを計算機上で作成する。この対象物データは、干渉縞データを計算する対象物を定義するデータであり、この対象物は任意の標本点数でサンプルされたディジタルデータであればよい。従って、対象物は文字、パターン、画像、平面、立体の如何を問わない。例えば、パーソナルコンピュータのモニタに表示された文字や画像を対象物として定義してもよく、3次元コンピュータ・グラフィックスを作成し、これを対象物と定義してもよい。従って、各サンプル点において値を持ったディジタルデータであればよいので、この作成部20としては市販の画像作成ツールを用いてもよい。
【0026】
次に、ステップ2において、初期条件設定部22を用いて、計算機ホログラムデータ作成の初期条件として、対象物の領域と干渉縞計算領域とを設定する。対象物の領域の設定は、前記図5(A)のデータで干渉縞の計算を行う座標範囲を指定することに、又、干渉縞計算領域の設定は、同図(B)の干渉縞計算領域10Aの大きさを指定することに当たる。
【0027】
次に、ステップ3において、要素領域設定部24を用いて、上で設定した干渉縞計算領域10Aを水平方向に所定の数に分割する。分割数は、作成する計算機ホログラムのサイズ等により変更される。
【0028】
次に、ステップ4において、干渉縞データ計算部26を用いて、上で決定したデータ上の要素領域12A毎に、その代表ライン、例えば中心ラインを干渉縞データ計算ラインとして、そのラインに相当する対象物データに基づいて1ライン分の干渉縞データを計算で求める。
【0029】
この干渉縞データ計算部26で行う計算について、図7に示す計算モデルの断面図を参照しながら説明すると、前記図5(B)に示した干渉縞計算領域10Aのサンプル点(x,y)における干渉縞データI(x,y)は、同サンプル点(x,y)に到達した物体光O(x,y)と参照光R(x,y)により、次の(1)式で計算される。この式による計算は1ライン毎に、即ち、1回の計算の間はyを固定して行われる。
【0030】
I(x,y)=|O(x,y)+R(x,y)|2 …(1)
【0031】
又、上記物体光O(x,y)は、図7に示す対象物データ上のN個の各サンプル点(点光源)からの合成波であるので、次の(2)式のように表わすことができる。
【0032】
【数1】
ここで、Oi :サンプル点iの物体光(点光源)の振幅
ri (x,y):サンプル点iからの距離
k:波数(2π/λ)
φi :サンプル点iの物体光(点光源)の初期位相
【0033】
更に、この実施の形態では、参照光として平行光を用いているため、これを(3)式のように表わすことができる。
【0034】
R(x,y)=Ro exp(jkxsin(θ)+jφr )…(3)
ここで、Ro :振幅
θ:参照光の入射角
φr :初期位相
【0035】
この実施の形態では、前記図5で説明したように、上記図7に示した物体光は、同図のx−z平面においてのみ進行し、y方向には進行しない波として扱っている。従って、y方向の他の断面(x−z平面)との相関はなく、前述した如く、干渉縞はこの各断面毎に独立に、即ちyを固定して計算される。従って、干渉縞計算領域10Aは複数のストライプ状の領域である前記データ上の要素領域12Aに分割される。
【0036】
図8には、干渉縞データを計算する基本単位である、対象物データの水平方向1ラインと、これに対応するデータ上の要素領域12Aとの関係を模式的に示す。図中、手前に位置する小さい正方形は対象物データの単位を示ており、該データ単位は、便宜上ここでは平面的に配列されているが、実際には前記図7に示された対象物データの場合と同様に、z方向に変化している3次元データである。
【0037】
そして、物体光は上記データ単位の中心に○印で示した点光源からの光と仮定して計算する。即ち、水平方向に並ぶ対象物データの単位の各中心に位置する点光源からの光の干渉により、後方に位置する計算機ホログラム10上の1つの要素領域12の中心ライン(代表ライン)上に干渉縞が生成するとして、そのデータが計算される。この計算で得られる1ライン分の干渉縞データを模式的に示したのが図9(A)である。
【0038】
次に、ステップ5において、光学素子選定部28を用いて、干渉縞データを複写する幅と間隔を設定する。即ち、回折格子を選択する場合は、同一幅で等間隔に、フレネルゾーンプレートの場合は、中心ほど幅を広く、又、場合によっては、中心ほど幅を狭くするように寸法を設定する。ここでは回折格子を選定したものとして以下の説明を行う。
【0039】
次のステップ6では、2値化部30を用いて、前記干渉縞計算部26で計算して得られた、上記図9(A)に示したような1ライン分の干渉縞データを、所定の閾値を設定して2値化し、同図(B)に示したようなバイナリデータとする。
【0040】
次に、ステップ7において、データ複写部32を用いて、図10に前記図8と同一の大きさのデータ上の要素領域12Aを後方に、それを拡大した状態を手前にそれぞれ概念的に示したように、要素領域12A毎に2値化された中心1ライン分の干渉縞データを、ホログラムにすると回折機能を発揮するように間欠的に複写する。この図10では、中心1ライン分の干渉縞データを、該中心より上の領域に4本複写した状態が模式的に示してある。その後、同様に下の領域にも4本複写する。この図の場合は、中心部にも同一幅で複写したとすると、合計9本の干渉縞データ列が1つの要素領域12Aに作成される場合が示してある。上記データ複写部32による複写処理により、この実施の形態による計算機ホログラムデータの作成が完了する。
【0041】
次に、ステップ8において、データ変換部34を用いて、上記データ複写部32より作成された計算機ホログラムデータが、計算機上のバイナリデータであるため、これを荷電粒子ビーム描画装置36を制御駆動するための描画装置用フォーマットのデータに変換し、それを描画データとする。図9(C)は、この描画データを模式的に示したものである。
【0042】
次に、ステップ9において、描画装置36を用いて、上記描画データを用いて装置を駆動し、荷電粒子ビームにより物理的媒体を描画し、計算機ホログラムを作成する。その結果、干渉縞列の本数は、前記図10に示した干渉縞データ列の本数とは異なるが、前記図1に示した計算機ホログラムが得られる。
【0043】
この描画装置36としては、例えば日本電子株式会社製の電子ビーム描画装置を用いることができる。この描画装置36を、フォーマット変換した上記描画データで制御しながら駆動し、ガラス基板上に塗布されたレジスト膜(物理的媒体)に電子線ビームで描画して、レジスト膜を所定のパターンに硬化した後、未硬化部分を除去する現像を行うことにより、計算機ホログラムは完成する。このようにして作成された計算機ホログラムには、前述した如く、要素領域12毎に同一パターンの干渉縞列14が間欠的に形成されることになるが、そのパターンの断面は前記図9(C)の描画データに相当する。
【0044】
次に、ステップ10において、後加工装置38を用いて、以上のようにして作成された計算機ホログラムを原版として大量生産する場合の処理が行われる。具体的には、図11(A)に示す、上記描画装置36により描画した後、現像して作成されたレジストからなる計算機ホログラムの表面に、蒸着法や無電解めっき法により導電性金属被膜を形成して同図(B)の状態にした後、該金属被膜を電極としてニッケル等の金属を厚くめっきし、同図(C)に示すような金属スタンパを作成する。その後、レジスト面から剥離した上記金属スタンパを用いて熱可塑性樹脂からなるフィルムを熱プレスするエンボス複製により、計算機ホログラム(エンボスホログラム)を量産する。
【0045】
実際のプレス装置では、多面付けされたスタンパを用いて、フィルム原反(例えば、PET/アクリル樹脂/アルミ蒸着によりなる多層構造のフィルム)に対して、プレスしてホログラムが作成される。
【0046】
このようにして作成された計算機ホログラムに対しては、必要に応じてシール加工が施される。これは、粘着剤(例えば、塩化ビニル/酢酸ビニル共重合体を主成分とするもの)を、上記多層構造の場合はプレス後のアルミ蒸着面に塗布して、剥離紙(例えば、PET)を張り付けることにあたる。
【0047】
以上詳述した如く、この実施の形態によれば、計算機によって作成される干渉縞データに、媒体にホログラムとして記録した際に回折格子又は凸レンズ列等の一方向性光学素子と同様に機能させるデータを混在させることができる。従って、このデータを荷電粒子ビーム描画装置を用いて2値パターンとして物理的媒体に描画することにより、垂直方向に回折効果の高い計算機ホログラムを作成することができる。
【0048】
以上、本発明を具体的に説明したが、本発明は、前記実施の形態に示したものに限られるものでなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
【0049】
例えば、前記実施の形態では、2値化部30がデータ複写部32の前に設けられ、干渉縞データの2値化を複写する前に実行する場合を示したが、逆に、2値化部をデータ複写部32の後方に設置し、干渉縞データをコピーする作業が完了した後に2値化を行うようにしてもよい。但し、前記実施の形態のように先に2値化する方が、処理を短時間で行うことができる。
【0050】
又、前記実施の形態では、要素領域に形成する干渉縞列について、幅と間隔の寸法を具体例を挙げて示したが、この間隔等は回折効果を生じさせるものであれば、任意の寸法でよい。
【0051】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本発明によれば、水平方向のみの干渉縞を記録する計算機ホログラムに対して光が垂直方向に回折する効果を高めることができるため、該ホログラムによる再生像を上下方向の広い視域範囲にわたって観賞することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る一実施の形態の計算機ホログラムを模式的に示す説明図
【図2】要素領域に形成された回折格子による作用を示す線図
【図3】要素領域に形成されたフレネルゾーンプレートとその作用を示す線図
【図4】本発明に係る一実施形態の計算機ホログラム作成装置の概略構成を示すブロック図
【図5】対象物データと干渉縞計算領域及び要素領域の関係を示す説明図
【図6】この実施の形態における計算ホログラムの作成工程を示すフローチャート
【図7】干渉縞データの計算モデルを示す説明図
【図8】干渉縞データを計算する基本単位を示す説明図
【図9】干渉縞データ、バイナリデータ、描画データの関係を示す線図
【図10】干渉縞データ列の作成の仕方を模式的に示す説明図
【図11】計算機ホログラムの量産化までの処理手順を示す説明図
【図12】光学ホログラムを模した計算モデルを示す説明図
【図13】図12の計算モデルと、再生光による像の再生を示す説明図
【図14】水平方向のみ相関を有する物体光を用いた計算モデルを示す説明図
【図15】図14の計算モデルを基に作成された計算機ホログラムを模式的に示す説明図
【図16】図14の計算モデルと、再生光による像の再生を示す説明図
【符号の説明】
10…計算機ホログラム
10A…干渉縞計算領域
12…要素領域
12A…データ上の要素領域
14…干渉縞列
20…対象物データ作成部
22…初期条件設定部
24…要素領域設定部
26…干渉縞データ計算部
28…光学素子選定部
30…干渉縞2値化部
32…干渉縞データ複写部
34…データ変換部
36…描画装置
38…後加工装置[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention particularly relates to a data creation method及BiSo location suitable computer hologram beam applied to a display hologram for viewing a reproduced image.
[0002]
[Prior art]
Three-dimensional information of an object is recorded on a physical medium such as a film using an interference phenomenon between the object light that is reflected light from the object and the reference light, and the reproduction light similar to the reference light is irradiated to the recording medium. There is holography as a technique for reproducing and displaying an object image by utilizing the diffraction phenomenon of light. A hologram obtained by recording the three-dimensional information of an object on a physical medium by utilizing such a light interference phenomenon is called a hologram.
[0003]
In addition to the hologram that is actually created by utilizing the light interference phenomenon, the interference fringes are represented as digital data on the computer based on the three-dimensional object data corresponding to the object. A so-called computer generated hologram that creates interference fringe data and records it on a physical medium is also known.
[0004]
In this computer generated hologram, as schematically shown in FIG. 12, a calculation model simulating an optical hologram, a point light source (sample point) in which object light, which is reflected light from the surface of an object, is indicated by a circle on the surface. Assuming that the light from the object light from each point light source (shown in two dimensions for convenience) having a three-dimensional spread, the interference fringe between the reference light and the reference light is obtained on a computer, and is obtained from the physical medium. A computer generated hologram is created by recording at each of the above sample points (in the figure, only the state of interference at one point is shown as a representative). The computer generated hologram can be observed as a three-dimensional object image because light from each sample point on the hologram is incident on the pupil when irradiated with reproduction light as shown in FIG.
[0005]
As described above, it is assumed that the object light is incident on the medium from the point light source having a three-dimensional spread on the object, that is, the computer intends to reproduce an image having parallax both in the horizontal direction and in the vertical direction. When a hologram is created, a hologram image that is three-dimensionally expanded in any direction can be observed depending on the hologram. However, in order to create interference fringe data based on object light from a point light source having a three-dimensional spread in this way on a computer, the amount of computation becomes enormous.
[0006]
Therefore, in the computer generated hologram, a calculation model is schematically shown in FIG. 14 with the intention of reproducing an image having parallax only in the horizontal direction of the object at the expense of the three-dimensional expansion of the hologram image in the vertical direction. As described above, object light having a correlation only in the horizontal direction is virtually generated on the computer, and interference fringe data is generated for each horizontal line of the interference region, and this is made to correspond to 1: 1 on the medium. A computer generated hologram is created by recording each line in the horizontal direction.
[0007]
FIG. 15 schematically shows a computer generated hologram (interference fringe formation region) 10 created in this manner and a part thereof enlarged, and this enlarged view shows the formation of interference fringes in the horizontal direction. An element area corresponding to one line as a unit and a part of another element area located above and below the element area are shown. The interference fringes referred to here are stripe patterns composed of a number of strips arranged in the horizontal direction and having the width of the element region as a length.
[0008]
Since the computer generated hologram is created by ignoring the interference in the vertical direction, as shown in FIG. 16, when the image is reproduced by irradiating the reproduction light, the vertical direction is three-dimensional. Although a spread image is not observed, the amount of data can be greatly reduced, so that hologram data can be easily created, so that it is generally used.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, the computer generated hologram that records interference fringe data with parallax only in the horizontal direction created by the above method on the physical medium is weak in the effect of light diffracting in the vertical direction, so that the reproduced image can be observed in the vertical direction. There was a problem that the viewing angle of was narrow and difficult to watch.
[0010]
The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and enhances the effect of diffracting light in the vertical direction with respect to a computer generated hologram that records interference fringes only in the horizontal direction. It is an object of the present invention to provide a computer generated hologram that can be viewed over a wide vertical viewing area, a data creation method thereof, and a creation apparatus thereof.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The present invention, in the interference fringe computing region that describes the interference fringe data of the entire holograms, in units of element regions on the data obtained by dividing the same area in the horizontal direction is calculated based on the corresponding object data In the computer hologram data creation method that describes the horizontal interference fringe data, the interference fringe data calculated for the representative horizontal line for each element area is copied to the array that constitutes the unidirectional optical element in the vertical direction. and by creating an interference fringe data sequence is obtained by solving the previous SL problems.
[0013]
The present invention further provides a computer generated hologram for generating a computer generated hologram in which interference fringes are formed in an interference fringe forming region constituting the entire hologram as a unit of an element region obtained by dividing the region in the horizontal direction. , A means for creating object data corresponding to an object to be recorded as a hologram, and an interference fringe calculation region describing the object fringe data on the object data and the interference fringe data of the entire hologram are set as initial conditions, respectively. Means for dividing an interference fringe calculation area and setting element areas; means for calculating interference fringe data for a representative line in the horizontal direction for each element area; and a unidirectional optical element formed in the element area The interference fringe data of the representative line calculated for each element region is duplicated in an array constituting a unidirectional optical element in the vertical direction. The above problem is similarly solved by providing copying means for creating an interference fringe data string and means for converting the created interference fringe data string into data for a hologram creating device. .
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0015]
FIG. 1 is a diagram corresponding to FIG. 15 schematically showing the characteristics of the computer generated hologram according to the embodiment of the present invention.
[0016]
This computer generated
[0017]
The computer generated hologram 10 will be described in detail. The
[0018]
In this way, by forming the
[0019]
The unidirectional optical element formed in the
[0020]
FIG. 4 is a block diagram showing an apparatus for creating the computer generated hologram. This creation apparatus has an object
[0021]
In the above computer generated hologram data creation unit, an interference fringe calculation area describing the interference fringe data of the entire hologram is used as a unit based on the corresponding object data with the element area on the data obtained by dividing the area in the horizontal direction as a unit. Data of a computer generated hologram is created by describing the calculated horizontal interference fringe data.
[0022]
This will be described with reference to FIG. 5 schematically showing the relationship between the object data and the interference fringe calculation area. The object data shown in FIG. 5A is object data described by three-dimensional coordinate values. Based on this object data, when creating computer generated hologram data in the interference fringe calculation area 10A describing the interference fringe data of the entire hologram shown in FIG. 5B, the area 10A is divided in the horizontal direction. Based on the corresponding object data (corresponding to one line indicated by hatching in the figure, which is the same as one line in the conventional calculation unit) Horizontal interference fringe data is calculated and described in the
[0023]
At that time, as will be described in detail below, the interference fringe data calculated by copying the interference fringe data calculated for the representative line in the horizontal direction for each
[0024]
Next, the process of creating a computer generated hologram will be described based on the flowchart shown in FIG.
[0025]
First, in
[0026]
Next, in
[0027]
Next, in
[0028]
Next, in
[0029]
The calculation performed by the interference fringe
[0030]
I (x, y) = | O (x, y) + R (x, y) | 2 (1)
[0031]
The object light O (x, y) is a composite wave from each of N sample points (point light sources) on the object data shown in FIG. 7, and is expressed as the following equation (2). be able to.
[0032]
[Expression 1]
Here, Oi: amplitude of object light (point light source) at sample point i ri (x, y): distance from sample point i k: wave number (2π / λ)
φi: initial phase of object light (point light source) at sample point i
Furthermore, in this embodiment, since parallel light is used as the reference light, this can be expressed as in equation (3).
[0034]
R (x, y) = Ro exp (jkxsin (θ) + jφr) (3)
Here, Ro: amplitude θ: incident angle φr of reference light: initial phase
In this embodiment, as described in FIG. 5, the object light shown in FIG. 7 is treated as a wave that travels only in the xz plane of FIG. Accordingly, there is no correlation with other cross sections (xz plane) in the y direction, and as described above, the interference fringes are calculated independently for each cross section, that is, with y fixed. Accordingly, the interference fringe calculation area 10A is divided into
[0036]
FIG. 8 schematically shows a relationship between one horizontal line of the object data, which is a basic unit for calculating the interference fringe data, and the
[0037]
The object light is calculated on the assumption that it is light from a point light source indicated by a circle at the center of the data unit. That is, due to interference of light from a point light source located at the center of each unit of object data arranged in the horizontal direction, interference occurs on the center line (representative line) of one
[0038]
Next, in
[0039]
In the
[0040]
Next, in
[0041]
Next, in step 8, the computer generated hologram data created by the
[0042]
Next, in step 9, the drawing device 36 is used to drive the device using the drawing data, and a physical medium is drawn by a charged particle beam to create a computer generated hologram. As a result, although the number of interference fringe strings is different from the number of interference fringe data strings shown in FIG. 10, the computer generated hologram shown in FIG. 1 is obtained.
[0043]
As the drawing device 36, for example, an electron beam drawing device manufactured by JEOL Ltd. can be used. The drawing device 36 is driven while being controlled by the above-described drawing data whose format has been converted, and the resist film (physical medium) coated on the glass substrate is drawn with an electron beam to cure the resist film into a predetermined pattern. Then, the computer generated hologram is completed by performing development to remove the uncured portion. In the computer generated hologram as described above, the
[0044]
Next, in
[0045]
In an actual pressing apparatus, a hologram is created by pressing a film original (for example, a film having a multilayer structure formed by PET / acrylic resin / aluminum deposition) using a multi-faced stamper.
[0046]
The computer generated hologram is sealed as necessary. This is done by applying a pressure-sensitive adhesive (for example, a vinyl chloride / vinyl acetate copolymer as a main component) to the aluminum vapor-deposited surface after pressing in the case of the multilayer structure described above, and applying release paper (for example, PET). It corresponds to sticking.
[0047]
As described above in detail, according to this embodiment, the interference fringe data created by the computer is made to function in the same manner as a unidirectional optical element such as a diffraction grating or a convex lens array when recorded as a hologram on a medium. Can be mixed. Therefore, by drawing this data on a physical medium as a binary pattern using a charged particle beam drawing apparatus, a computer generated hologram having a high diffraction effect in the vertical direction can be created.
[0048]
Although the present invention has been specifically described above, the present invention is not limited to that shown in the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention.
[0049]
For example, in the above-described embodiment, the
[0050]
In the above embodiment, the width and interval dimensions of the interference fringe array formed in the element region are shown by way of specific examples. However, these intervals are arbitrary dimensions as long as they cause a diffraction effect. It's okay.
[0051]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to enhance the effect of light diffracting in the vertical direction with respect to a computer generated hologram that records interference fringes only in the horizontal direction. Appreciate over the viewing area.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram schematically showing a computer generated hologram according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a diagram showing the action of a diffraction grating formed in the element region. FIG. 3 is formed in the element region. FIG. 4 is a block diagram showing a schematic configuration of a computer generated hologram according to an embodiment of the present invention. FIG. 5 is a relationship between object data, interference fringe calculation region, and element region. FIG. 6 is a flowchart showing a process of creating a calculated hologram in this embodiment. FIG. 7 is an explanatory diagram showing a calculation model of interference fringe data. FIG. 8 is an explanation showing a basic unit for calculating interference fringe data. FIG. 9 is a diagram showing the relationship between interference fringe data, binary data, and drawing data. FIG. 10 is an explanatory diagram schematically showing how to create an interference fringe data string. FIG. 11 is a mass production of computer generated holograms. FIG. 12 is an explanatory diagram showing a calculation model simulating an optical hologram. FIG. 13 is an explanatory diagram showing a calculation model of FIG. 12 and image reproduction by reproduction light. FIG. FIG. 15 is an explanatory diagram schematically showing a computer generated hologram based on the calculation model of FIG. 14; FIG. 16 is an explanatory diagram showing a calculation model using the object light having only correlation; Explanatory drawing showing image reproduction by reproduction light [Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (3)
要素領域毎に、水平方向の代表ラインについて計算される干渉縞データを、垂直方向に一方向性光学素子を構成する配列に複写し、干渉縞データ列を作成することを特徴とする計算機ホログラムのデータ作成方法。Horizontal interference fringes calculated based on the corresponding object data in the interference fringe calculation area that describes the interference fringe data of the entire hologram, with the element area on the data obtained by dividing the same area in the horizontal direction as a unit In the method of creating computer hologram data describing data,
An interference fringe data calculated for a representative line in the horizontal direction for each element region is copied to an array constituting a unidirectional optical element in a vertical direction to create an interference fringe data string. Data creation method.
ホログラムとして記録する対象物に相当する対象物データを作成する手段と、
対象物データ上の対象物の領域及びホログラム全体の干渉縞データを記述する干渉縞計算領域をそれぞれ初期条件として設定する手段と、
干渉縞計算領域を分割して、要素領域を設定する手段と、
要素領域毎に、水平方向の代表ラインについて干渉縞データを計算する手段と、
要素領域に形成する一方向性光学素子の種類を選択する手段と、
要素領域毎に、計算された代表ラインの干渉縞データを、垂直方向に一方向性光学素子を構成する配列に複写して干渉縞データ列を作成する複写手段と、
作成された干渉縞データ列を、ホログラム作成装置用のデータに変換する手段と、を備えていることを特徴とする計算機ホログラムのデータ作成装置。In a computer generated hologram for creating a computer generated hologram in which interference fringes are formed, with an element region formed by dividing the same region in the horizontal direction in the interference fringe forming region constituting the entire hologram,
Means for creating object data corresponding to an object to be recorded as a hologram;
Means for setting an interference fringe calculation region describing the object fringe data on the object data and the interference fringe data of the entire hologram as initial conditions,
Means for dividing the interference fringe calculation area and setting the element area;
Means for calculating interference fringe data for a representative line in the horizontal direction for each element region;
Means for selecting the type of unidirectional optical element formed in the element region;
Copying means for copying the interference fringe data of the representative line calculated for each element region to an array constituting a unidirectional optical element in the vertical direction to create an interference fringe data string;
And a means for converting the generated interference fringe data string into data for the hologram creating apparatus.
干渉縞データを2値化する手段が、前記複写手段より前に設置されていることを特徴とする計算機ホログラムのデータ作成装置。In claim 2 ,
A computer generated hologram data generating apparatus, wherein means for binarizing interference fringe data is installed before the copying means.
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