JP2012150374A - ホログラム記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】入射方向変更手段に入射する参照光の入射位置を変えることで記録媒体への参照光の入射角度を変更させて、ホログラムを作成することを目的とする。
【解決手段】参照光の入射位置に応じて、参照光が記録媒体へ入射する方向を変更するシリンドリカルレンズ６０と、シリンドリカルレンズ６０に入射する参照光の入射位置を順次変更する空間光変調器５０と、入射方向の異なる複数の隣り合う参照光に対して同一の視差画像を有する物体光を前記記録媒体に照射するシリンドリカルレンズ３０と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、ホログラム記録装置に関する。

表示したい被写体を直接レーザ光で照明する必要がないこと、可視光画像に限定されないこと、架空物体の立体像表示が可能なことなどの特長をもつ、ホログラフィックステレオグラム技術についての研究が行われている。

ホログラフィックステレオグラムでは、作成対象となる画像を構成する複数の視差画像を１枚ずつ記録媒体上に記録する。このとき、各視差画像は、短冊形状の要素ホログラムとして記録媒体上に記録され、この短冊形状の要素ホログラムを記録媒体に並列して記録することで、３次元画像が形成される。

ホログラムの再生時には、記録時の参照光と同様の照明光を用いることにより、３次元画像が再生される。

特許文献１には、参照光を複数方向とし、画像情報を参照光の方向別に記憶させるホログラフィックステレオグラムが記載されている。

特許文献２には、ホログラフィックステレオグラムに所定方向の拡散角を持たせるための拡散レンズとしてのレンティキュラーレンズと、入射光を特定方向にのみ拡散することが可能なプリズムを複数個並列して構成されたプリズム板とを湾曲させた状態で一体に張り合わせて構成された光学記録部によって、物体光を拡散させるホログラム作成方法が記載されている。

特開２００１−３５０３９５号公報 特開２００２−１２３１５６号公報

本発明は、入射方向変更手段に入射する参照光の入射位置を変えることで記録媒体への参照光の入射角度を変更させて、ホログラムを作成するホログラム記録装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載のホログラム記録装置は、参照光の入射位置に応じて、参照光が記録媒体へ入射する角度を変更する入射方向変更手段と、前記入射方向変更手段に入射する参照光の入射位置を順次変更する入射位置変更手段と、入射角度の異なる複数の隣り合う参照光に対して同一の視差画像を有する物体光を前記記録媒体に照射する物体光照射手段と、を備えることを特徴とする。

請求項２に記載のホログラム記録装置は、請求項１に記載のホログラム記録装置において、前記同一の視差画像の幅の合計は、瞳径以下であることを特徴とする。

請求項３に記載のホログラム記録装置は、請求項１又は２に記載のホログラム記録装置において、前記入射位置変更手段は、視差画像が並ぶ方向と垂直な方向において、前記入射方向変更手段に入射する参照光の位置を変更し、前記入射方向変更手段は、前記視差画像が並ぶ方向と垂直な方向に、前記参照光の記録媒体への入射方向を変更することを特徴とする。

請求項４に記載のホログラム記録装置は、請求項３に記載にホログラム記録装置において、前記視差画像が並ぶ方向と垂直な方向に、前記参照光の記録媒体への入射方向を周期的に変更し、１周期の幅は憧径以下であることを特徴とする。

請求項１に記載のホログラム記録装置によれば、入射方向変更手段に入射する参照光の入射位置を変えることで記録媒体への参照光の入射角度を変更させて、ホログラムが作成される。

請求項２に記載のホログラム記録装置によれば、本構成を用いない場合に比べて、再生された立体像の強度ムラが抑制される。

請求項３に記載のホログラム記録装置によれば、本構成を用いない場合に比べて、再生された立体像が、視差画像が並ぶ方向において、観察者に不連続感を与えることが抑制される。

請求項４に記載のホログラム記録装置によれば、本構成を用いない場合に比べて、再生された立体像が、視差画像が並ぶ方向と垂直な方向において、観察者に不連続感を与えることが抑制される。

ホログラムを作製する対象となる画像の一例を示す図である。 第１の実施形態に係るホログラム記録装置の構成の一例を示す上面図である。 第１の実施形態におけるホログラムの記録について説明するための概要図である。 第２の実施形態におけるホログラムの記録について説明するための図である。 ホログラム記録装置の別構成例を示す上面図である。

以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
［第１の実施形態］

第１の実施形態では、図１（Ａ）に示す画像のホログラムを作成するものとする。第１の実施形態では、図１（Ａ）に示す画像の視差画像列を構成する視差画像［１］〜［１０］が、図１（Ｂ）に示すように、視差方向に並列にホログラム記録媒体上に記録される。なお、本明細書では、視差方向とは、視差画像が並ぶ方向をいうものとする。これにより、図１（Ａ）に示す画像の３次元画像が形成される。

図２は、第１の実施形態に係るホログラム記録装置の構成の一例を示す上面図である。ホログラム記録装置１００は、空間光変調器１０を備える。空間光変調器１０は、例えば液晶パネルにより構成され、表示する視差画像（通常は多値画像）の階調に応じて、空間光変調器１０に入射した光を強度変調する。このように空間光変調器１０が強度変調して生成した光が物体光となる。

空間光変調器１０が生成した物体光は、レンズ２１で集光され、フィルタ２２で空間光変調器１０の画素ピッチに起因する高次回折成分が除去された後、レンズ２３により平行光となり、シリンドリカルレンズ３０に入射する。

シリンドリカルレンズ３０に入射した物体光は、シリンドリカルレンズ３０によってホログラム記録媒体４０上に集光される。なお、シリンドリカルレンズ３０は物体光照射手段の一例である。

また、ホログラム記録装置１００は、ホログラム記録媒体４０を挟んで物体光と対向する側に、空間光変調器５０を備える。空間光変調器５０は、入射位置変更手段の一例である。空間光変調器５０には、不図示のレーザ光源から発振されたレーザ光が参照光として入射する。空間光変調器５０は、開口により空間光変調器５０に入射した参照光の一部を透過する。空間光変調器５０は、順次開口の位置を変更し、後述するシリンドリカルレンズ６０に参照光が入射する位置を変更する。なお、空間光変調器５０のかわりに、開口位置が変えられるスリット等を用いてもよい。

空間光変調器５０を透過した参照光は、シリンドリカルレンズ６０に入射する。シリンドリカルレンズ６０は、入射方向変更手段の一例である。シリンドリカルレンズ６０は、参照光の入射位置に応じて、参照光がホログラム記録媒体４０へ入射する方向（入射方向）を変更する。

シリンドリカルレンズ３０によってホログラム記録媒体４０上に集光された物体光は、シリンドリカルレンズ６０によってホログラム記録媒体４０への入射方向を変えられた参照光と干渉し、干渉縞がホログラム記録媒体４０に記録される。これにより、物体光が表す視差画像がホログラム記録媒体４０上に記録される。

次に、図３を用いて、第１の実施形態に係るホログラム記録装置において、ホログラムを記録する処理の概要について説明する。

ここでは、図１（Ｂ）に示した視差画像列に含まれる視差画像［３］をホログラム記録媒体４０に記録するものとする。図３（Ａ）に示すように、空間光変調器５０は、まず、ａの位置を開口し、参照光をシリンドリカルレンズ６０に入射させる。ａの位置からシリンドリカルレンズ６０に入射した参照光は、シリンドリカルレンズ６０の出射面から予め定められた角度をもって出射される。すなわち、シリンドリカルレンズ６０によって、参照光のホログラム記録媒体４０への入射方向が変更される。ａの位置からシリンドリカルレンズ６０に入射し、ホログラム記録媒体４０上に照射される参照光が、ホログラム記録媒体４０に入射する方向をａ方向と記載するものとする。

参照光と対向する側からは、視差画像［３］を表す物体光がホログラム記録媒体４０上に照射される。これにより、視差画像［３］が、ａ方向から照射された参照光を用いてホログラム記録媒体４０上に記録される。ａ方向から照射された参照光を用いて記録した視差画像［３］を、要素ホログラム３ａと記載する。

次に、空間光変調器５０は、図３（Ｂ）に示すように、ｂの位置を開口し、参照光をシリンドリカルレンズ６０に入射させる。参照光がｂの位置からシリンドリカルレンズ６０に入射する場合、シリンドリカルレンズ６０は参照光を透過させる。ｂの位置からシリンドリカルレンズ６０に入射し、ホログラム記録媒体４０上に照射される参照光が、ホログラム記録媒体４０に入射する方向をｂ方向と記載するものとする。

参照光と対向する側からは、視差画像［３］を表す物体光がホログラム記録媒体４０上に照射される。これにより、視差画像［３］が、ｂ方向から照射された参照光を用いてホログラム記録媒体４０上に記録される。ｂ方向から照射された参照光を用いて記録した視差画像［３］を、要素ホログラム３ｂと記載する。

次に、空間光変調器５０は、図３（Ｃ）に示すように、ｃの位置を開口し、参照光をシリンドリカルレンズ６０に入射させる。ｃの位置から入射した参照光は、シリンドリカルレンズ６０の出射面から予め定められた角度をもって出射される。そして、参照光は、上述のａ方向及びｂ方向とは異なる方向から、ホログラム記録媒体４０に照射される。ｃの位置からシリンドリカルレンズ６０に入射し、ホログラム記録媒体４０上に照射される参照光が、ホログラム記録媒体４０に入射する方向をｃ方向と記載するものとする。

参照光と対向する側からは、視差画像［３］を表す物体光がホログラム記録媒体４０上に照射される。これにより、視差画像［３］が、ｃ方向から照射された参照光を用いてホログラム記録媒体４０上に記録される。ｃ方向から照射された参照光を用いて記録した視差画像［３］を、要素ホログラム３ｃと記載する。３ａ、３ｂ、３ｃは同一の視差画像を保持している。

上述のようにして、各視差画像は、参照光の入射方向別にそれぞれホログラム記録媒体４０上に記録される。したがって、ホログラムの再生時には、ａ方向、ｂ方向、及びｃ方向の少なくとも１つの方向と同方向の照明光が当たれば、立体像が再生される。したがって、第１の実施形態に係るホログラム記録装置で作成したホログラムでは、ホログラムを再生するときの照明光の条件が緩和される。

複数の方向からホログラム記録媒体に参照光を照射したい場合、参照光を生成する光学系自体を移動させることによって、ホログラム記録媒体に照射される参照光の入射方向を変更する方法が考えられる（例えば、特許文献１）。しかしながら、この方法では、参照光を生成する光学系自体を移動させるため、大掛かりな装置となってしまう。

一方、第１の実施形態に係るホログラム記録装置では、空間光変調器５０によって、シリンドリカルレンズ６０に入射する参照光の入射位置を変更すれば、参照光のホログラム記録媒体４０への入射方向が変更される。したがって、入射方向変更手段に入射する参照光の入射位置を変えることで記録媒体への参照光の入射角度を変更させて、ホログラムが作成される。

なお、上述の実施形態において、ある入射方向をもつ参照光で記録した視差画像と、それと同じ入射方向をもつ参照光で記録した別の視差画像までの距離、言い換えれば、同一の視差画像の幅の合計は、瞳径以下（約３ｍｍ以下）であるとよい。つまり、ある入射方向をもつ参照光に対して記録される視差画像の幅は、（憧径／各視差画像の記録に用いられた参照光の入射方向の数）以下であるとよい。本実施形態では、参照光の入射方向の数は３であるため、１つの入射方向に対して記録される視差画像の幅は瞳径の３分の１（約１ｍｍ）以下であるとよい。図３の例でいえば、要素ホログラム３ａ、３ｂ及び３ｃの幅の合計が瞳径以下であり、各入射方向に対して記録される視差画像（例えば、要素ホログラム３ａ）の幅は、瞳径の３分の１以下となる。同一の視差画像の幅の合計を瞳径以下にすることによって、再生された立体像が、観察者に不連続感を与えることが抑制される。

入射方向が異なる複数の隣り合う参照光に対して記録された各視差画像の幅の合計を瞳径以下にするために、図２において、シリンドリカルレンズ６０とホログラム記録媒体４０との間に、スリットを配置し、ホログラム記録媒体４０に照射される参照光の幅を規制してもよい。スリットを配置することによって、不要な回折パターンがホログラム記録媒体上に記録されることが抑制される。また、空間光変調器５０の開口、シリンドリカルレンズ６０とホログラム記録媒体４０との距離を調整することで、ホログラム記録媒体４０に照射される参照光の幅を規制してもよい。
［第２の実施形態］

次に、第２の実施形態に係るホログラム記録装置について説明する。第２の実施形態では、シリンドリカルレンズを視差方向と垂直な方向に交互に配列した光学素子を入射方向変更手段として用いる。

図４は、第２の実施形態において、光学素子７０、空間光変調器５０から入射される参照光と、ホログラム記録媒体４０に記録される視差画像との関係を表す概要図である。第２の実施形態では、光学素子７０が入射方向変更手段として機能する。

第２の実施形態において、入射方向変更手段として機能する光学素子７０は、図４（Ｂ）に示すように、視差方向と垂直な方向に、複数のシリンドリカルレンズの位置をずらして配列した構成を有する。

空間光変調器５０は、開口位置を変えることによって、視差方向と垂直な方向において、参照光が光学素子７０に入射する位置を周期的に変更する。例えば、図４（Ａ）に示すように、空間光変調器５０は、開口位置を周期的に変更することによって、参照光が光学素子７０に入射する位置を周期的に変更する。

光学素子７０に入射した参照光は、光学素子７０が備える各シリンドリカルレンズによって出射角度を変更され、それぞれ異なる方向からホログラム記録媒体４０に照射される。つまり、光学素子７０からホログラム記録媒体４０に照射される参照光の入射方向が、視差方向と垂直な方向に周期的に変化する。

これによって、図４（Ａ）に示すように、ｂ方向から照射された参照光によって記録した視差画像［１］（図中、「１ｂ」と記載）、ａ方向から照射された参照光によって記録した視差画像［１］（図中、「１ａ」と記載）およびｃ方向から照射された参照光によって記録した視差画像［１］（図中、「１ｃ」と記載）が、周期的にホログラム記録媒体４０上に記録される。

図４（Ｂ）は、第２の実施形態に係るホログラム記録装置によって、ホログラム記録媒体４０上に記録される視差画像の一例を表す。図４（Ｂ）に示すように、第２の実施形態によれば、視差画像は、視差方向及び視差方向と垂直の方向に、参照光の入射方向を変えて記録される。そのため、室内などホログラムを照射する光源が複数ある場合や、ホログラムへの照明方向が頻繁に変わる場合（振動する車内や歩行中など）でも再生条件を満たしやすく、しかも、その再生条件を満たすホログラムの位置は（視差方向及びその垂直方向の）画像全体にほぼ一様にわたる。これにより、再生像の強度むらが抑制される。

なお、第２の実施形態において、視差方向と垂直な方向における１周期に含まれる参照光によって記録される画像の幅（１周期の幅）は憧径（約３ｍｍ）以下であることが望ましい。これは、光学素子７０を構成するシリンドリカルレンズの垂直方向の幅を調整することにより実現される。具体的には、各シリンドリカルレンズの垂直方向の幅を、（憧径／１周期に含まれる参照光の入射方向の数）以下にすればよい。例えば、１周期に含まれる参照光の入射方向が、ａ方向、ｂ方向及びｃ方向の３方向であれば、［瞳径（約３ｍｍ）／３］から求められる約１ｍｍを、シリンドリカルレンズの垂直方向の幅とすればよい。これにより、視差方向と垂直な方向において、再生された立体像が、観察者に不連続感を与えることが抑制される。

なお、第１の実施形態及び第２の実施形態において用いたシリンドリカルレンズは、例えば、図５に示すような光学素子８０であってもよい。また、シリンドリカルレンズの代わりに球面レンズを用い、水平方向だけでなく垂直方向にも視差をもつホログラフィックステレオグラムを作成してもよい。

ホログラフィックステレオグラムの作成方法として、1ステップ方式と２ステップ方式が知られている（例えば、康徳寛，本田捷夫：光技術コンタクトVol.28 No.8 459-465(1990)）。１ステップ方式ではマスターホログラムを必要としないが、２ステップ方式ではそれを必要とする。本発明の実施形態ではどちらも適用可能であるが、１ステップ方式の方が簡便であるため望ましい。

しかしながら、上述した実施の形態は、本発明の実施形態の一部である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。

１０…空間光変調器
２１…レンズ
２２…フィルタ
２３…レンズ
３０…シリンドリカルレンズ
４０…ホログラム記録媒体
５０…空間光変調器
６０…シリンドリカルレンズ
７０…光学素子
８０…光学素子

Claims (4)

1. 参照光の入射位置に応じて、参照光が記録媒体へ入射する方向を変更する入射方向変更手段と、
   前記入射方向変更手段に入射する参照光の入射位置を順次変更する入射位置変更手段と、
   入射方向の異なる複数の隣り合う参照光に対して同一の視差画像を有する物体光を前記記録媒体に照射する物体光照射手段と、
   を備えることを特徴とするホログラム記録装置。
2. 前記同一の視差画像の幅の合計は、瞳径以下であることを特徴とする請求項１に記載のホログラム記録装置。
3. 前記入射位置変更手段は、視差画像が並ぶ方向と垂直な方向において、前記入射方向変更手段に入射する参照光の位置を変更し、
   前記入射方向変更手段は、前記視差画像が並ぶ方向と垂直な方向に、前記参照光の記録媒体への入射方向を変更することを特徴とする請求項１又は２に記載のホログラム記録装置。
4. 前記視差画像が並ぶ方向と垂直な方向に、前記参照光の記録媒体への入射方向を周期的に変更し、１周期の幅は憧径以下であることを特徴とする請求項３に記載のホログラム記録装置。

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