JPS6053842B2 - 擬似ランダム拡散板 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は主して、二次元画像情報のホログラム記録を
行なう場合、密度、再生像質の点から必要とされる情報
拡散板手段として、新しい拡散板を提供し、高品質の再
生像が得られる高密度記録ホログラムを実現することに
ある。

従来、高い記録密度で、二次元画像情報をホログラム
に記録する方法として、第１図に示す構成からなるホロ
グラム記録系が知られている。

よく知られているように、画像情報２はコヒーレントな
平行光束１で照明され、その透過光のフーリエ変換パタ
ーンを、フーリエ変換レンズ３によつて、レンズ３の後
側焦点面に得、この面で光束１とコヒーレントな参照光
４を重して干渉縞を得、これを前記焦点面上の感光材料
５に記録する。この時、高品質、高密度なホログラムを
得るため、画像情報２の透過情報光を拡散する目的で、
拡散板１００を画像情報２に重ねる。 拡散板１００の
従来例を第２図から第４図に示す。

第２図は、位相分布０とπをランダムに配列してなるラ
ンダム位相系列に基く０●πランダム拡散板の構成を示
す。イはその平面図を、口はＡ−Ａ″断面図を示す。斜
線部７は０、白色部８はπの領域を示し、前者と後者の
厚みの差ｄは、光束の波長をλ、透明基板１０１の屈折
率をｎとすれば、ｄ＝λ／２（ｎ−１）となる。このよ
うに構成されたＯ・πランダム拡散板は前記情報光を第
１図の６に示すごとくほぼ一様に拡散し、冗長性のある
比較的高い密度のホログラムを得るのにある程度の効果
を示した。しかし、前記ランダム拡散板には、０とπの
境界が、ランダムに分布するため、位相段差πの干渉効
果によるコヒーレント・ノイズが、ホログラムから再生
像中に現われ、像質が著しく損われるためにホログラム
の実用化が阻まれていた。

第３図は、０，ｗ１２，π，２１３πの４の位相値を隣
接する位相値間の差が、等しい確率でπ′２あるいは一
π１２となるごとく配列した擬似ランダム位相系列に基
く４レベル擬似ランダム拡散板の構成を示す。イはその
平面図を、口はＢ−Ｂ″断面図を示す。この４レベル擬
似ランダム拡散板は前記０，ｗランダム拡散板と同様に
、前記情報光を第１図の６に示すように一様に拡散する
が、前記０・πランダム拡散板と異なつて、拡散板内の
隣接する位相値間の差の絶対値が全てπ１２であるため
、ホログラムからの再生像にそれほど顕著なコヒーレン
ト●ノイズを発生しない。このようにして、一応高品質
，高密度なホログラムが実現されるようになつたが、さ
らに高密度化を計りたいという要望に対しては何らの解
答も与えない。単にーホログラム開口を制限するだけで
は、一応抑圧されていたコヒーレント・ノイズが顕著に
なる。このような問題に対して、第４図に示す６レベル
複合型擬似ランダム拡散板が考案された。イはその平面
図で、叫まＣ−Ｃ″断面図である。この．拡散板は、０
，２１３π，４１３πの３つの位相値を両隣との位相差
の絶対値が常に２１３Ｔとなるごとくランダム配列した
系列に、さらに各位相値間に両隣の位相値のベクトル的
平均値（以下単に平均値と称し、たとえば、（４１３・
π，０）の平均値は−（４１３・π，２π）の平均値に
等しく５１３・πとする。）を挿入して構成した一次元
の位相系列φ（ｍ），φ（ｎ）の２つを用意し、これか
らφ（Ｍ，ｎ）＝φ（ｍ）＋φ（ｎ）（ＭＯｄ，２π）
なる操作を構成した二次元６レベル複合型擬似ランダム
位相系列に基いており、前記情報光を第１図の７に示す
ように非常に帯域制限された状態に拡散する。ここで、
ａ＝ｂ（ＭＯｄ．ｍ）はａ＜５ｂの差がｍの整数倍であ
ることを示すガウス記号である。したがつて、前二者の
拡散板よりさらに高密度化が可能となり、ホログラムの
再生像中のコヒーレント・ノイズも連続した位相系列に
よつて抑圧された。しかしながら、今一つの問題が有す
ｌる。これを第５図を参考にしながら述べる。前記６レ
ベルの拡散板を画像情報そのものとして記録したホログ
ラム１０を、強度分布に傾き９のある再生光束８で照明
し、フーリエ変換レンズ１１を介してレンズ１１の後側
焦点面に再生像を結像する。この場合の正規化した像１
２と元物体としての透過率が一様な前記６レベル拡散板
の位相系列１３が位置的に対応して示されている。再生
光の強度分布の傾斜が逆になれば、再生像のゆらぎのパ
ターンは、平担な部分とゆらいでいる部分が逆転する。
このような形態のノイズが、二次元の再生像に格子状の
ノイズとして現われる。これは、前記６レベルの拡散板
の位相系列の各行が、それぞれ一定位相がシフトしてい
るだけで本質的には全て同じ系列であり、また、各列に
ついても同様であることに起因している。第５図に示し
た形態のノイズは、前記４レベルの拡散板でも一次元の
場合には、同様に生じるのであるが、２次元の場合、前
記４レベルの位相系列の各行及び各列がそれぞれ全てが
同じ系列ではないため、格子状のノイズとしては現われ
ない。前記６レベルの位相系列については、前記４レベ
ルの位相系列のごとく、各行及び各列がそれぞれ異なる
系列になるように構成することは困難である。本発明は
、高品質，高密度ホログラムを達成し得る前記６レベル
位相系列の特徴を生かしなおかつ、再生光の強度分布の
傾きに強い新規擬似ランダム位相系列を用いて、像用の
コヒーレント●ノイズの抑圧及び再生系の安定性に大き
な効果を得られる情報拡散板を提供するにある。

以下本発明の詳細な説明て一実施例を示す第６図に示す
。

イは２次元位相系列の番地を示し、口は本発明の拡散板
の一部を示し、ハは口のＣ−Ｃ″断面図を示す。イに示
された記録系列φ（Ｍ，ｎ），ｍ＝１，２，・・，Ｍ，
ｎ＝１，２，・・，Ｎ（Ｍ，Ｎは奇数）は６個の位相値
０，π１３，２１３π，π，４１３π，５１３πから構
成されている。

さて、その構成の仕方を順を追つて説明する。まずイに
注目する。（１）Ｍ，ｎの両方共が奇数のφ（Ｍ，ｎ）
を０，２１３π，４１３？ｒあるいはπ１３，π，５１
３πのどちらかのグループの位相値で構成するが、いま
前者のグループで構成することにする。

φ（１，１）に３個の位相値の中から任意に１つを割り
当てて、一般にφ（１，２ｎ″＋１）はφ（１，Ｎ−１
頷″−１）（ただしｎ″＝１，２・・・・・・，了）に
、等確率で選択された＋２１３πか−２′３πを加えた
位相値とし、第１行の奇数番地の系列を作成する。

ただし、０−２１３π＝４１３π，４１３π＋２１３π
＝０とする。（１１）次に３行目に移つて、φ（３，１
）はφ（１，１）に前記条件の＋２′３ｔｒか−２′３
πを加えた値とし、一般にφ（３，２ｒ１″＋１）はφ
（１，２ｎ″＋１）との差及びφ（３，２ｎ″−１）と
の差の両方共その絶対値が２１３ｗとなる値にする。

ここでφ（１，２ｒ１″＋１）とφ（３，加″−１）が
等しい場合は、前記条件の２１３πをφ（１，２ｎ″＋
１）に加え、また、異なる場合は、０，２１３π，４１
３πの内の残つた値とする。このようにして第３行の奇
数番地を作成する。順次同様にして、Ｍ，ｎ奇数のφ（
Ｍ，ｎ）の値を決める。（Ｊｉ）さて、ｍが奇数でｎが
偶数のφ（Ｍ，ｎ）とｍが偶数でｎが奇数のφ（Ｍ，ｎ
）についてであるが、前者は各番地の両隣の位相値の平
均値、後者は上下の位相値の平均値とする。

ただし、０と４′３πの平均値は５１３πとする。（Ｉ
ｖ）最後にＭ，ｎ共偶数のφ（Ｍ，ｎ）であるが、φ（
Ｍ，ｎ−１）とφ（Ｍ，ｎ＋１）の値が等しい場合は、
φ（Ｍ，ｎ−１）に等確率で選ばれたπ′３あるいは−
ＷＩ３を加えた値、異なる場合には、それらの平均値と
する。ただし、π１３と５１３ｊの平均値は０とする。
以上のようにして構成した位相系列を配した拡散板の一
部が、口である。

この拡散板の各奇数行及び各奇数列は前記一次元の６レ
ベル複合型擬似ランダム位相系列であり、それぞれが異
なる系列である。また本実施例のごとく各偶数行及び各
偶数列は隣接する位相値間の差が等確率で選ばれた＋π
１３あるいは一π１３であるような６レベルの擬似ラン
ダム系列であり、全位相系列中で考えても番地の位相値
の両隣の位相値との差は絶対値でπ１３となる構成とな
つている。次に本発明の他の実施例として、特願昭５０
一８８７３＠明細書で開示されているような位相領域幅
を偶数，奇数の行列で異なる構成としたものを第７図に
示す。

ホログラム寸法を極小値で設計したい場合、幅変調した
複合擬似ランダム拡散板を用いると、再生像のＳ／Ｎを
極大にしうる。本発明の位相系列をもとにした拡散板に
ついても幅変調によるＳ／Ｎ改善効果は同様である。第
７図は、本発明の二次元位相系列で奇数番目の行および
列の巾Ｌを、偶数番目の幅１より大きくした拡散板を示
す。即ちＭ，ｎ共奇数のφ（Ｍ，ｎ）の割り当てられる
領域の大きさをＬＸＬ，ｍ，ｎ共偶数のφ（Ｍ，ｎ）に
ついては１Ｘ１，ｍが寄数でｎが偶数のφ（Ｍ，ｎ）は
ＬＸｌｌさらにｍが偶数でｎが奇数のφ（Ｍ，ｎ）は１
ＸＬとしてＳ／Ｎを改善している。第８図は、第６図の
拡散板の位相領域の境界を不透明なサンプリング・マス
クで覆つた態様のもとに構成されている。

第６図に示す本発明の位相系列は、各奇数行および各奇
数列に、前記６レベル複合型擬似ランダム系列の特徴を
持ち、また、各偶数行及び各偶数列に隣接する位相値間
の差の絶対値がπ１３であるという、前記４レベル擬似
ランダム位相系列に近い特徴を持つ。

また、各行および各列はそれぞれ異つた系列であるため
、ホログラムの開口を回折限界まで小さくすることが可
能となり、しかも再生像のコヒーレント・ノイズも抑圧
され、さらに、再生時の系の安定性も増す。また、第７
図に示す拡散板においては拡散板のフーリエ変換パタ
２入ｆ−ンの主要部の大きさの
一辺は？となるが、 Ｌ＋ＺＬ＋
１ ．一方、同じピッチ（］ｒ）で位相領域が配列されてい
る第６図に示す拡散板については、主要部の
４λｆ大きさの一辺は？となる。

したがつて、前 洩Ｌ＋り 者の大きさと後者との比は１．５〉且〉１
憔＋ｌ）＋２１となつて、前者の方が大き
いことがわかる。

このように幅変調すると、ホログラム記録の高密度化に
不都合のように思われるが、再生像のＳ／Ｎと回折効率
の観点からは逆に改善された結果となつている。すなわ
ち、第６図に示す拡散板を使つた場合、ホログラム開口
は再生像のＳ／Ｎとの関係から、フーリエ変換パターン
の主要部の２倍ぐらいにする必要がある（これで回折限
界であつて、しかも、前記０・πランダム拡散板や前記
４レベル擬似ランダム位相板の場合より小さい）が、今
述べている拡散板の場合には、ホログラム開口をフーリ
エ変換パターンの主要部の大きさにしても十分Ｓ／Ｎの
良い再生像が得られる。すなわち、回折効率の良い高密
度・高品質ホログラムを実現できる。なお、第８図の拡
散板は、位相領域の境界に不透明なマスクがあるため、
再生像中で、各位相領域の像の重なりによる干渉効果が
かなり抑圧され、さらに高品質のホログラムが実現でき
る。以上のごとく本発明は、６レベル複合擬似ランダム
拡散板の２次元位相配列構成を一部変更することによつ
て、高密度のホログラム記録に用いた場合に安定で良質
な像再生を可能ならしめるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、二次元画像情報をフーリエ変換型ホログラム
として記録する光学系の構成図、第２図は従来例のＯ−
πランダム拡散板の構成図、第３図は、従来例の４レベ
ル擬似ランダム拡散板の構成図、第４図は、従来例の６
レベル複合型擬似ランダム拡散板の構成図、第５図はフ
ーリエ変換型ホログラムの再生系及び、強度の分布が傾
斜した再生光で再生した場合の像形構成を示す図、第６
図から第８図は本発明の擬似ランダム拡散板の異なる実
施例を示す構成図である。 ８・・・・・・再生光束、９・・・・・・傾斜、１０・
・・・・・ホログラム、１１・・・・・・フーリエ変換
レンズ、１２・・・・・・正規化像、１３・・・・・位
相系列。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 碁板の目のように分割されたＭ行Ｎ列（Ｍ、Ｎは奇
   数）の領域からなる位相板を特定波長の光束が通過する
   とき、同一領域内の透過光束の位相変移は等しいが、そ
   れぞれ異なる領域を透過した光束が受ける相対的な位相
   変移は、前記位相板の各領域の空間配列に対応する２次
   元位相系列｛φ（ｍ、ｎ）｝、ｍ＝１、２、３・・・Ｍ
   、ｎ＝１、２、３、・・・・・・、でＮに対応しており
   、前記位相系列は６個の位相値０、π／３、２／３π、
   π、４／３π、５／３πを構成要素とし、ｍ、ｈ共に奇
   数のφ（ｍ、ｎ）で構成される部分位相系列には、０、
   ２／３π、４／３πのグループ、あるいはπ／３、π、
   ５／３πの何れかのグループが配列をなし、その部分位
   相系列中で任意の番地の位相値とその番地に最近接（上
   下左右）する４つの各番地の位相値との差が＋２／３π
   か−２／３π（ただし正、負の符号は等確率で現われる
   ）となり、各行あるいは各列がお互いに同じ位相系列に
   ならないように割り当てられ、ｍあるいはｎの一方のみ
   が奇数のφ（ｍ、ｎ）には、全系列中で考えたその番地
   の両隣あるいは上下の位相値のベクトル的平均値が割り
   当てられ、さらに、ｍ、ｎ共に偶数のφ（ｍ、ｎ）には
   、全系列中で考えたその番地の両隣の位相値とは、絶対
   値でπ／３異なる位相値が割り当てられてなり、前記位
   相系列全体として、前記６個の位相値それぞれの総和が
   、ほぼ等しくなる形態の位相系列によつて特徴付けられ
   るごとく、前記特定波長の光束を拡散する擬似ランダム
   拡散板。 ２ 特許請求の範囲第１項において奇数行の幅は偶数行
   より、また奇数列の幅は偶数列より大きい態様で構成さ
   れたことを特徴とする擬似ランダム拡散板。