JP2013195802A - ホログラフィックステレオグラム記録装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
物体光を参照光として利用した場合でも参照光光量を略一定に保って要素ホログラムの記録を行うことができるホログラフィックステレオグラム記録装置を提供する。
【解決手段】
ホログラフィックステレオグラム記録装置は、光を空間光変調して物体光を生成する空間光変調部と、物体光を記録媒体に集光する物体光光学系と、物体光と干渉する参照光を記録媒体における物体光の集光箇所に照射する参照光光学系と、を含み、参照光と物体光が交差した集光箇所に要素ホログラムを記録する。参照光光学系は記録媒体を通過した物体光を集光箇所へと向かう平面波へ変換して参照光として照射する変換光学系を含む。空間光変調部は、物体光光学系の光軸上に配置され且つ画像情報に応じた信号光を生成する信号光領域と信号光領域の外側に配置され且つ画像情報を含まない補助光を生成する調光領域とを有する空間光変調器を含む。
【選択図】図３

Description

本発明は、ホログラフィックステレオグラムを記録媒体に記録するホログラフィックステレオグラム記録装置及び方法に関する。

ホログラフィックステレオグラムは、例えば人間の左右の目の視点位置に対応して物体を撮影した視差画像などの物体の一部を様々な角度から見た微小平面画像の集まりである多視点要素画像を記録媒体上にて合成することにより、裸眼で観察可能な三次元像を記録する技術として知られている。ホログラフィックステレオグラム記録媒体は、多数の視点（観察位置）から撮影した複数の二次元画像をドット状又は短冊状の微小な要素ホログラムとして敷き詰めるように感光性記録材料の感光シートへ記録したものである。実際のホログラフィックステレオグラム記録は物体光光学系及び参照光光学系を用いて複数の要素ホログラムを記録媒体上に順次並べて記録することによって行われる（特許文献１、２、参照）。

記録されたホログラフィックステレオグラムは、照明光を照射することで再生像が得られるが、照明光の照射面と同じ側に像が再生されるものを反射型ホログラム、反対側に再生されるものを透過型ホログラムと呼ぶ。反射型ホログラムは物体光と参照光を記録媒体の互いに反対面側より照射することにより記録される。

ホログラフィックステレオグラムの反射型ホログラムの場合、光源から出射したレーザ光がビームスプリッタにより物体光と参照光に分割され、物体光か参照光のどちらか一方は媒体を避けて媒体の裏面側に引き回され、両者は再度記録媒体中の一点に集光される必要がある。媒体のサイズが小さいときはこの方法で特に問題がないが、媒体のサイズが大きくなるにつれて引き回しの距離も長くなり、装置が肥大化するばかりでなく、光路長が伸びるほど振動など影響を受けやすくなるため、記録安定性の低下、記録時間の増大を招来する。つまり、参照光又は物体光の光路長の長さは、ホログラフィックステレオグラム装置の大型化や、記録に影響を及ぼし易いという問題がある。

かかる問題を解消するために、特許文献１は、記録媒体の裏面に反射型ホログラムを密着配置することにより、記録媒体を通過した物体光を平面波の参照光に変換し反射して干渉させるホログラフィック立体ハードコピー作成装置を提案している。特許文献２も、記録媒体の片側からその内部の一点へ球面波の物体光と平面波の参照光を同時に照射して、記録媒体を通過した参照光のみを、記録媒体背後に設けたミラーにより反射させて記録媒体へ戻す構成のホログラフィックステレオグラム作成装置を提案している。

一方、ホログラムメモリシステムとして安定的に記録媒体の記録又は再生を行うことを可能にするホログラム装置が開発されている（特許文献３、参照）。かかるホログラム装置は、参照光を記録媒体の片側から入射せしめ、記録媒体を挟んで参照光光学系の反対側に同軸に配置された空間光変調装置により、記録媒体を透過した参照光を変調して物体光として記録媒体へ戻す構成を有するものである。

特許3324328号公報 特開2001-075465号公報 国際公開WO2006/095882号公報

ホログラムメモリや要素ホログラムの記録において、参照光は常に一定の光量で照射するのが望ましいとされる。しかし、物体光を参照光とする従来技術の場合、物体光は記録する物体に応じて空間光変調器上の表示パターンが決められているため、表示パターンに応じて物体光光量が変化し、同時に参照光の光量も変化してしまう。よって、要素ホログラムごとに参照光光量がばらついた状態では高品質なホログラムを作成することができないという問題がある。

そこで本発明は、物体光を参照光として利用した場合でも参照光光量を略一定に保って要素ホログラムの記録を行うことができるホログラフィックステレオグラム記録装置及び方法を提供することが課題の一例として挙げられる。

本発明によるホログラフィックステレオグラム記録装置は、画像情報に応じてコヒーレント光を空間光変調して物体光を生成する空間光変調部と、前記物体光を記録媒体に集光する物体光光学系と、前記物体光と干渉する参照光を前記記録媒体における前記物体光の集光箇所に照射する参照光光学系と、を含み、前記参照光と前記物体光が交差した前記集光箇所に要素ホログラムを記録するホログラフィックステレオグラム記録装置であって、
前記参照光光学系は、前記記録媒体を通過した前記物体光を前記集光箇所へと向かう平面波へ変換して前記参照光として照射する変換光学系を含み、
前記空間光変調部は、前記物体光光学系の光軸上に配置され且つ前記画像情報に応じた信号光を生成する信号光領域と前記信号光領域の外側に配置され且つ前記画像情報を含まない補助光を生成する調光領域とを有する空間光変調器を含むことを特徴とする。

さらに、本発明によるホログラフィックステレオグラム記録方法は、画像情報に応じてコヒーレント光を空間光変調して物体光を生成する空間光変調器と、前記物体光を記録媒体に集光する物体光光学系と、前記物体光と干渉する参照光を前記記録媒体における前記物体光の集光箇所に照射する参照光光学系と、を用いて前記参照光と前記物体光が交差した前記集光箇所に要素ホログラムを記録するホログラフィックステレオグラム記録方法であって、
前記記録媒体を通過した前記物体光を前記集光箇所へと向かう平面波へ変換して前記参照光として照射するステップと、
前記空間光変調器の前記物体光光学系の光軸上に、前記画像情報に応じた信号光を生成する信号光領域を形成するステップと、
前記空間光変調器の前記信号光領域の外側に、前記画像情報を含まない補助光を生成する調光領域を形成するステップと、含むことを特徴とする。

上記の本発明の構成によれば、物体光を媒体の表面側より球面波で入力し透過した光を平面波に変換して媒体の裏面側より参照光として入力するので、記録装置を小型化できると共に、参照光の光量を物体光の変調パターンによらず常に一定として要素ホログラムの記録を行うことができる。

本発明の実施形態のホログラフィックステレオグラム記録装置の構成を示す模式図である。 本発明の実施形態のホログラフィックステレオグラム記録装置における光の光路を示す模式図である。 本発明の実施形態のホログラフィックステレオグラム記録装置における空間光変調器、対物レンズ、記録媒体、参照光及び物体光の関係を示す概略斜視図である。 本発明の実施形態のホログラフィックステレオグラム記録を示す模式図である。 本発明の実施形態のホログラフィックステレオグラム再生を示す模式図である。 本発明の実施形態のホログラフィックステレオグラム記録装置の記録動作を説明するためのフローチャートである。 本発明の実施形態のホログラフィックステレオグラム記録装置における空間光変調器に表示される信号光領域の表示パターンの画像情報を示す正面図である。 本発明の実施形態のホログラフィックステレオグラム記録装置における空間光変調器に表示される画像情報とは無関係の調光領域の表示パターンを示す正面図である。 本発明の更なる実施形態のホログラフィックステレオグラム記録装置における空間光変調器に表示される画像情報とは無関係の調光領域の表示パターンを示す正面図である。 本発明の他の実施形態のホログラフィックステレオグラム記録装置における空間光変調器、対物レンズ、記録媒体、参照光及び物体光の関係を示す概略斜視図である。 本発明の更なる他の実施形態のホログラフィックステレオグラム記録装置における空間光変調器、対物レンズ、記録媒体、参照光及び物体光の関係を示す概略斜視図である。 本発明の更なる他の実施形態のホログラフィックステレオグラム記録装置における参照光光学系の構成を示す模式図である。 本発明の更なる他の実施形態のホログラフィックステレオグラム記録装置における参照光光学系の構成を示す模式図である。

以下に、ホログラフィックステレオグラム記録装置の一例として、記録媒体上に微小な要素ホログラム列を順次記録することにより、ホログラフィックステレオグラムを作成するホログラフィックステレオグラム記録装置を、図面を参照しつつ説明する。ホログラフィックステレオグラム記録装置の一例を示すが、本発明はこの例に限るものではない。

図１は、本発明の実施形態のホログラフィックステレオグラム記録装置の全体構造を示す概略模式図である。図２は該ホログラフィックステレオグラム記録装置における光の光路（破線矢印）を示す模式図である。図３は該ホログラフィックステレオグラム記録装置における記録媒体と参照光及び物体光との関係を示す概略斜視図である。

図１に示すように、ホログラフィックステレオグラム記録装置は、レーザ光光源２１、コリメータレンズ２２、シャッター２３、記録媒体３３、媒体移動機構３５、媒***置制御部３６、メインコントローラ５１、露光制御部５２、シャッター開閉機構５３、画像生成部ＩＳ、調光領域生成部ＤＲＳ、表示器ドライバＤＤ、ミラー６１、ビーム拡散板６２、空間光変調器６４、リレーレンズ６５，６６、ナイキストフィルタ６７、対物レンズ６８、１／４波長板６９、第２対物レンズ７１、第２の１／４波長板７２、第２ビーム拡散板７３、偏光ビームスプリッタ７４、１／２波長板７５、ミラー７６、集光レンズ７７、ミラー７８を有する。

メインコントローラ５１は、シャッター２３を駆動する露光制御部５２、媒体移動機構３５を駆動する媒***置制御部３６、空間光変調器６４を駆動する画像生成部ＩＳ、を駆動するためにこれらに接続されている。

光源２１からのコヒーレント光を画像情報に応じて変調して物体光を生成する物体光光学系は、ミラー６１、ビーム拡散板６２、空間光変調器６４、リレーレンズ６５，６６、ナイキストフィルタ６７、対物レンズ６８及び１／４波長板６９を含む。

参照光光学系は、第２対物レンズ７１、第２の１／４波長板７２、第２ビーム拡散板７３、偏光ビームスプリッタ７４、１／２波長板７５、ミラー７６、集光レンズ７７及びミラー７８を含む。参照光光学系は、記録媒体３３を通過した物体光を、記録媒体３３中の物体光集光箇所へと向かう平面波へ変換して参照光として照射する変換光学系として機能する。

物体光光学系及び参照光光学系の各部品は、記録媒体３３を間隙を置いて挟んで物体光及び参照光の光路が同軸となるように配置されている。

媒体移動機構３５は、参照光及び物体光の光路の交差する記録位置に記録媒体３３の所定位置を一致させ支持する支持部に含まれる。

次に、図１及び図２に基づいて、物体光光学系の物体光の光路を説明する。光源２１から発せられたレーザ光がコリメータレンズ２２で平行光とされてシャッター２３の開口を透過する。このレーザ光ビームを、ミラー６１は、ビーム拡散板６２へ供給する。ここで、図示しないエキスパンダレンズを用いて、物体光用のビーム光を適切な平行ビーム径に変換してもよい。ミラー６１は、平行光とされたレーザ光ビームを、ビーム拡散板６２を介して空間光変調器６４へそれら主面の法線方向から入射させる。

通常、要素ホログラムは一辺の長さが数百ミクロン程度の正方形の形状であり、この要素ホログラムの内部を均一に露光するのが好ましいとされる。ところが対物レンズにより集光されるビームスポットの大きさはこの要素ホログラムサイズよりもずっと小さなものとなる。例えば、レーザ光の波長を０．５３２ミクロン、対物レンズ６８のＮＡを０．５とすると、集光点でのビームスポットの直径は１．３ミクロン程度となる。微小な集光点のみにパワーが集中するのを避けるために空間光変調器６４表示面上にビーム拡散板６２が配置される。

空間光変調器６４は、通常、入射光を選択的に透過することができるアドレス可能な画素（ピクセル）の領域又は二次元アレイからなる。空間光変調器６４はメインコントローラ５１により制御される。メインコントローラ５１の制御に応じて、画像生成部ＩＳ、調光領域生成部ＤＲＳ及び表示器ドライバＤＤは、予め計算された視差画像合成に基づく画像パターンを空間光変調器６４に表示させる。メインコントローラ５１、画像生成部ＩＳ、調光領域生成部ＤＲＳ及び表示器ドライバＤＤは、空間光変調部に含まれる。なお、ここでの画像パターンは複数の視差画像から合成されるもので、画像パターン信号に基づいて空間光変調器の表示部に表示しても画像は認識できない。空間光変調器６４は、例えば、アクティブマトリクス駆動回路が形成され透過型液晶デバイスを含むが、例えば、所定の画素数、例えば、ＶＧＡタイプ（６４０×４８０画素）やＸＧＡタイプ（１０２４×７６８画素）の画素配列を有する。

図１に示すように、空間光変調器６４は、表示された画像パターンに応じて透過光を空間光変調して物体光を生成し、物体光をリレーレンズ６５、ナイキストフィルタ６７及びリレーレンズ６６の結像光学系を介して対物レンズ６８へ入射させる。対物レンズ６８は物体光を記録媒体３３の主面上の所定位置に球面波として集光する。

結像光学系は２つのリレーレンズ６５，６６を用いた４ｆ光学系などが用いられる。また、２つのリレーレンズ６５，６６の間に配置された矩形の開口部を持つナイキストフィルタ６７は、空間光変調器６４による不要な回折光を除去すると共に、記録される要素ホログラムの大きさも制限する。すなわち、集光点におけるビームスポットの形状を横方向に拡がりのあるものとすると共に、ビームの横方向に拡がり過ぎることを制限するために、記録媒体３３面と共役の関係にある位置にナイキストフィルタ６７が配置される。空間光変調器６４表示面の近傍物体光による記録媒体３３の面上でスポットの大きさ（面積）は、リレーレンズ６６と対物レンズ６８の焦点距離比で決まる光学倍率にナイキストフィルタ６７のサイズを乗じた大きさとなるので、適切な要素ホログラムサイズとなるようにナイキストフィルタ６７の大きさが決定される。このビーム拡散板６２とナイキストフィルタ６７の働きにより、物体光は記録媒体３３の面上で正確に要素ホログラムの大きさとなり、均一な強度分布を持つビームスポットとすることが可能になる。なお、ビーム拡散板６２は空間光変調器６４表示面上又はその結像面上（ＰＬ１面）に配置されることが望ましいとされるが、物体光の光路中の他の場所に配置されていても構わない。

空間光変調器６４の表示パターンは結像光学系により対物レンズ６８の直前の結像面ＰＬ１に一旦結像される。結像面ＰＬ１の位置が対物レンズ６８の焦点距離ｆｏに等しくなるように対物レンズ６８は配置される。反対側の対物レンズ６８の焦点距離ｆｏに等しくなる位置に記録媒体３３は配置される。

記録媒体３３の集光点において物体光が円偏光となるようにリレーレンズ６６と対物レンズ６８の間には１／４波長板６９が配置されている。

記録媒体３３は例えば、図示しないが感光材からなる感光シートがガラス基板とＰＥＴフィルムに挟まれた構造となっている。物体光はガラス基板側から入射され、感光シートの界面近傍に集光する。参照光はＰＥＴフィルム側より入射される。レーザ光は空間光変調器６４に入射する前にビーム拡散板６２を通過しているため、感光シートの界面上でのビームプロファイルはピーク強度が落ち、横方向に拡がりを持つ形状となる。ピーク強度が落ちることにより、１つの要素ホログラム内で均一な記録が行えると共に、感光シートの感度を有効に利用することが可能となる。

次に、図１にて、参照光光学系における参照光の光路を説明する。参照光光学系では記録媒体３３の所定位置に球面波として収束した物体光を参照光に変換して利用する。つまり、記録媒体３３を通過した発散する物体光は参照光光学系によりビーム径が要素ホログラムと同程度で物体光の焦点位置へと向かう平行光に変換され、物体光に対して記録媒体３３の反対面側より参照光として照射され、ホログラムを形成する。

記録媒体３３の裏面側には対物レンズ６８と同一スペックの第２対物レンズ７１が、対物レンズ６８と同軸で、その後側主点と記録媒体３３の面の距離が対物レンズの焦点距離ｆｏに等しくなるように配置されている。記録媒体３３を通り抜けた物体光はこの第２対物レンズ７１により再び平行光とされる。かかる平行光は、その後、１／４波長板６９と同じ主軸の向きで配置された第２の１／４波長板７２により紙面に垂直な直線偏光とされ、偏光ビームスプリッタ７４で反射した後、１／２波長板７５により紙面に平行な直線偏光とされる。

かかる直線偏光光はミラー７６により反射され集光レンズ７７へ供給される。集光レンズ７７は、かかる直線偏光光を、ミラー７８と偏光ビームスプリッタ７４と第２の１／４波長板７２を介して第２対物レンズ７１の焦点面ＰＬ２上の点Ａへ球面波として集光する。ミラー７８は、この収束光（参照光）の光軸が対物レンズ６８および第２対物レンズ７１の光軸に平行であり且つ集光点Ａが光軸（対物レンズ６８と第２対物レンズ７１の同軸）から第２対物レンズ７１の有効半径内の所定量だけずれた位置となるように予め調整されている。点Ａを通過した光は第２の１／４波長板７２により直線偏光から円偏光に変換された後、第２対物レンズ７１により、物体光の集光位置に向かう平行光とされ参照光として記録媒体３３を照射する。参照光のビーム径は、集光レンズ７７に入射するビーム径に、集光レンズ７７と第２対物レンズ７１の焦点距離比で決まる光学倍率を乗じた値となるので、参照光のビーム径が要素ホログラムサイズと等しくなるように集光レンズ７７の焦点距離と位置が決定される。この参照光は変調された物体光から生成されたものであるので、参照光光学系中、例えば焦点面ＰＬ２に第２ビーム拡散板７３を配置して、強度分布を平滑化することが望ましい。

記録媒体３３の集光点での横方向の拡がりについては物体光がナイキストフィルタ６７（図１）により制限され、図３に示すように、所定の大きさを持つ矩形領域のみに物体光が照射されることになる。参照光光学系の作用により、記録媒体３３上に物体光が照射されると同時に参照光も同一箇所へと照射され、それらの光路の交差する記録媒体領域に要素ホログラムが記録される。

参照光光学系の中で偏光ビームスプリッタ７４による分離と合成を行うと偏光ビームスプリッタ７４の入射前と出射後の偏光方向が変化する。そのため記録媒体３３上の物体光の偏光を直線偏光とした場合には、参照光の偏光はそれと直交した直線偏光となり干渉しない。対物レンズ６８と第２対物レンズ７１の前に１／４波長板６９と第２の１／４波長板７２を配置することで物体光、参照光とも回転方向が同じ円偏光で統一されるため、ホログラムの記録が可能になる。

図３に示すように、複数の要素ホログラムは、記録媒体の平面方向に繰り返しラスタスキャンして記録される。複数の要素ホログラムを隙間無く整列させるために、記録媒体３３における参照光及び物体光の光路の交差する記録位置を、ＸＹ軸方向に要素ホログラムの一辺の長さと同じだけ相対的に移動させて記録する。記録媒体の移動が完了して記録媒体の振動が収まると、次の要素ホログラムの記録となる。そして、この動作を繰り返すことにより記録媒体に要素ホログラム行列が形成される。要素ホログラム同士がオーバーラップしたり、要素ホログラム間に隙間があるように記録しても良い。このように、複数の要素ホログラムを記録媒体のＸＹ平面方向に繰り返しラスタスキャン記録することにより、全体として１つの三次元画像が再生されるホログラフィックステレオグラムが得られる。

参照光の光量は全ての要素ホログラムの記録において同一であることが望ましいが、本実施例では、物体光の光量と参照光の光量が略等しくなるため、空間光変調器６４の表示パターンに応じて参照光の光量も変化してしまい、要素ホログラム間で記録品質にバラツキが出てしまう。そこで、本実施例のホログラフィックステレオグラム記録方法では、物体光光学系において、表示画像に応じた空間光変調を施された信号光と、その外周側にあり、表示画像とは無関係な空間光変調を施された補助光の両方を物体光として使用する。

例えば、ホログラフィックステレオグラム記録装置において、図３に示すように、空間光変調器６４は、物体光光学系の光軸上に配置され且つ画像情報を表示して該画像情報に応じた信号光を生成する信号光領域ＩＲと該信号光領域の外側に配置され且つ画像情報を含まない補助光を生成する調光領域ＤＲとを有するように、構成される。本実施例では、図３に示すように、空間光変調器６４上の信号光領域ＩＲの外側に調光領域ＤＲを設け、信号光領域ＩＲにより変調された信号光と調光領域ＤＲにより変調された補助光の両方を物体光として使用する。

図４に示すように、物体光光学系の空間光変調器６４により変調された物体光（信号光と補助光）が対物レンズ６８により記録媒体３３上に集光され、同時に、その集光点の同じ位置に参照光光学系により参照光が照射され、同点に要素ホログラムが形成される。ここで空間光変調器６４の調光領域ＤＲに表示されたパターンは対物レンズ６８により記録媒体３３に対して斜め上下方向及び左右方向から照射されることになる。中央の信号光領域ＩＲに表示された画像パターンは光軸を含む位置の記録媒体３３に照射される。

この場合、図５に示すように、記録された記録媒体に対して参照光と同じ波長成分を含む照明を施すと、記録された要素ホログラムから記録媒体３３の斜め上下方向及び左右方向には調光領域ＤＲに表示したパターン光（補助光）が、光軸だった水平方向には空間光変調器中央の信号光領域ＩＲに表示された画像パターン光（信号光）が再生される。このとき、図５に示すように、観測者の視域の中では信号光領域ＩＲに記録された像のみが観察され、調光領域ＤＲに表示したパターンを確認することはできない。逆に視域の外（非視域）からは調光領域ＤＲに表示したパターンのみが観察され、信号光領域のパターン像は確認できない。視域の範囲内で像を見る場合に限って言えば、調光領域ＤＲに表示されたパターンは再生される像に何らの影響も与えない。

本実施例における信号光と補助光（信号光領域ＩＲ及び調光領域ＤＲ）を利用して、例えば、補助光の光量と信号光の光量の総和が略一定になるように制御すれば、表示される画像には影響を与えることなく、補助光の存在により信号光の光量を補うので、参照光の光量を物体光の変調パターンによらず常に一定として要素ホログラムの記録を行うことができる。

次に、ホログラフィックステレオグラム記録装置の動作、要素ホログラム書き込み記録動作について図６に示すフローチャートに基づいて説明する。

まず、記録媒体を所定の位置例えば最初の要素ホログラム書き込み位置へと移動し、図１に示すメインコントローラ５１の指令に応じて所定の順番例えば１番目に記録する要素ホログラムの画像パターンを画像生成部ＩＳが生成する（ステップＳ１）。画像パターン生成は元の三次元画像の視差画像から、対象の要素ホログラム位置に表示すべき微小な視差画像を表し、逐次計算を行うか、又は予め計算されメインコントローラ５１の記憶部などに保存した画像データを使用して行われる。そして、画像生成部ＩＳの指令に応じて調光領域生成部ＤＲＳは、この表示パターンに応じた調光領域用のパターンの生成を行う。画像生成部ＩＳ及び調光領域生成部ＤＲＳは、これらの表示パターンデータ及び調光領域用パターンデータを表示器ドライバＤＤに転送することで空間光変調器６４に二次元パターン（信号光領域ＩＲ及び調光領域ＤＲ）が表示される（ステップＳ２）。

次に、図１に示すメインコントローラ５１から指令に応じて露光制御部５２により要素ホログラムの書き込み操作を行う。空間光変調器６４の表示とシャッターの開閉はメインコントローラ５１で制御され、両者のタイミングが適切に同期するように処理が行われる。ここでは露光記録に必要な露光エネルギー量、露光時間及び露光パターンとなるようにメインコントローラ５１が適切なシャッター２３の開閉タイミングをシャッター開閉機構５３に指示することにより所定時間で露光が行われる。ここで、シャッター２３を開ける（ステップＳ３）ことにより、信号光を生成する信号光領域ＩＲを形成する信号光領域形成ステップと信号光領域ＩＲの外側に画像情報を含まない補助光を生成する調光領域ＤＲを形成する調光領域形成ステップとが同時に実行される。露光制御部５２はシャッター２３がノ−マルクローズシャッターであれば電圧を印可し続ける指令を送る。

次に、メインコントローラ５１は露光時間が規定値か否か判断し（ステップＳ４）、否であればステップＳ３に戻り、満たされていればシャッターを閉じる（ステップＳ５）。

次に、メインコントローラ５１は各要素ホログラムの露光が完了したら、露光回数が規定値か否か判断し（ステップＳ６）、否であればステップＳ２に戻り、満たされていれば空間光変調器６４の記録パターン表示を停止する（ステップＳ７）。

次に、メインコントローラ５１は１つの要素ホログラムの露光が完了したら、次の記録位置へと記録媒体を移動させる指令を送る。通常は要素ホログラムが隙間無く整列するように、要素ホログラムの一辺の長さと同じだけ移動させるが、要素ホログラム同士がオーバーラップしたり、要素ホログラム間に隙間があるように記録しても良い。記録媒体の移動が完了して記録媒体の振動が収まると、次の要素ホログラムの記録となる。以下、この要素ホログラムの露光動作を繰り返すことにより記録媒体上に要素ホログラム列が形成され、ホログラフィックステレオグラムができあがる。

次に、メインコントローラ５１は要素ホログラムが最終記録位置か否か判断し（ステップＳ８）、否であれば次の記録位置へと記録媒体を移送させる指令を送り（ステップＳ９）、ステップＳ１に戻り、指令に応じて次の２番目に記録する要素ホログラムの画像パターンを画像生成部ＩＳに生成させる。メインコントローラ５１はステップＳ１〜Ｓ８を繰り返し実行して、最終記録位置に達したことが満たされていれば動作を終了する。

本実施例における信号光と補助光（信号光領域ＩＲ及び調光領域ＤＲ）の利用によれば、表示される画像には影響を与えることなく、参照光の光量を物体光の変調パターンによらず常に一定として要素ホログラムの記録を行うことができる。具体的な信号光領域ＩＲ及び調光領域ＤＲの設定例について説明する。例えば図７に示す３種類の信号光領域ＩＲの表示パターン（画像情報）が空間光変調器に表示される場合ついて考える。ここで１２×１２ピクセルの空間光変調器を想定し、中央の信号光領域ＩＲには８×８ピクセルを用い、外側の調光領域ＤＲには２ピクセル幅の環状形状を与える。そしてピクセルの光透過状態（単に白という）を白色でピクセルの遮光状態（単に黒という）を黒色で示す。また、総ピクセル数に対する光透過状態ピクセル数の百分率を白比率という。なお、空間光変調器のピクセル数は１２×１２ピクセルに限るものではない。図７（ａ）は極端に白の多いパターン、図７（ｂ）は白と黒が概ね半々のパターン、図７（ｃ）は極端に黒の多いパターンである。これら画像情報のパターンを物体光として、本発明のように物体光を参照光として利用する構成によりホログラムの記録を行う場合、参照光の光量も（ａ）＞（ｂ）＞（ｃ）となり、要素ホログラムごとに参照光の光量が大きくばらつくことになる。これにより全ての要素ホログラムに渡って一定の条件での記録が行うことが出来ず、ホログラムの品質を損なうことになる。

そこで信号光領域ＩＲの図７（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）の画像情報のパターンそれぞれの外側に、図８（ａ’）、（ｂ’）及び（ｃ’）に示す調光領域ＤＲをそれぞれ付加する。図７（ａ）には黒が多い図８（ａ’）のパターンを、図７（ｂ）には白と黒が略同数の図８（ｂ’）のパターンを、図７（ｃ）には白の多い図８（ｃ’）のパターンをそれぞれ用いる。図７の画像情報に光量について相補的な図８のパターンを付加することにより、信号光と補助光の総光量（物体光）は集光点にて概ね均一となり、どのパターンに対しても一定の参照光光量での記録が達成できる。

調光領域ＤＲのパターンの組み合わせはいろいろな方法が考えられる。以下に３つの例を挙げる。

第１組み合わせ例は、信号光領域ＩＲと調光領域ＤＲの白の数が同じになるようにする方法である。例えば信号光領域ＩＲの白の数が２０個ならば調光領域ＤＲの白の数を８０個に、信号光領域ＩＲの白の数が５０個ならば調光領域ＤＲの白の数を５０個に、信号光領域ＩＲの白の数が９０個ならば調光領域ＤＲの白の数を１０個に、という具合に、信号光領域ＩＲと調光領域ＤＲの白の数の総和が一定数（この例の場合１００個）となるように調光領域ＤＲのパターンを決める。

第２組み合わせ例は、信号光領域ＩＲの白比率が所定の範囲内にあるときに、対応する白比率の調光領域ＤＲを用いる方法である。例えば、範囲を３分割して、信号光領域ＩＲの白比率が０〜２５％のときは、白比率が８０％であるパターンを調光領域ＤＲとして用い、信号光領域ＩＲの白比率が２５〜７５％のときは、白比率が５０％であるパターンを調光領域ＤＲとして用い、信号光領域ＩＲの白比率が７５〜１００％のときは、白比率が２０％であるパターンを調光領域ＤＲとして用いる。なお、信号光領域ＩＲの白比率範囲の分割数は３分割に限るものではない。

第３組み合わせ例は、信号光領域ＩＲの白比率が所定の範囲内にあるときに、対応する調光領域ＤＲパターンを用いる方法である。例えば信号光領域ＩＲの白比率が０〜２５％のときは、図８（ａ’）に示すパターンを調光領域ＤＲとして用い、信号光領域ＩＲの白比率が２５〜７５％のときは、図８（ｂ’）に示すパターンを調光領域ＤＲとして用い、信号光領域ＩＲの白比率が７５〜１００％のときは、図８（ｃ’）に示すパターンを調光領域ＤＲとして用いる。なお、信号光領域ＩＲの白比率範囲の分割数は３分割に限るものではない。

上記の実施例では、信号光の光量に応じて補助光の光量を変化させるようにしたが、更なる実施例では、信号光の光量によらず、補助光の光量が略均一になるようにしても良い。

例えば、信号光領域ＩＲの図７（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）の画像情報のパターンに対して、図９（ａ’’）、（ｂ’’）及び（ｃ’’）に示すように、常に白比率（６７／８０＝８４％）が略均一なパターンを調光領域ＤＲに使うことで実現できる。また全ての調光領域ＤＲを完全に同じパターン（例えば全白）とすることでも同様の効果が得られる。

想定しうる様々な露光条件の中で最も懸念されるのは物体光が光量０（又は限りなく零に近い状態）となることである。このとき参照光の光量も０（又は限りなく零に近い状態）となり、ホログラムの記録自体がなされないことになる。更なる実施例ではこの物体光と参照光が共に光量０となる事態を避けることが可能であり、一定の効果が期待できる。

また図８までの実施例では信号光の光量に応じて調光領域ＤＲのパターンを計算する必要があったが、図９に示す更なる実施例では信号光の光量とは関係なく特定のパターン（一定の光量）を付加すれば良く、計算処理の負荷を低減できる効果もある。

また、他の実施形態においては、図１０に示すように空間光変調器６４とは別部材、レーザ光を通す透明樹脂やガラスなど透光材料で補助光生成用の調光領域ＤＲ２を形成することもできる。この調光領域ＤＲ２は空間光変調器と一体として形成されるが、調光領域ＤＲ２は空間光変調器６４周囲に設けても良い。図１０に示す実施例でも信号光の光量とは関係なく調光領域ＤＲ２の面積（一定の光量）を設定すれば良く、計算処理の負荷を低減できる効果もある。

さらに、上記の実施形態では、補助光生成用の調光領域を、信号光領域ＩＲの周縁に沿ってこれを囲む環状として形成したが、これには限定されず、更なる他の実施形態においては、図１１に示すように空間光変調器６４の信号光領域ＩＲを水平方向（Ｙ方向）にわたって設け、補助光生成用の調光領域ＤＲ３が信号光領域ＩＲを挟むように設けることもできる。この調光領域ＤＲ３の設定により観察者の左右の目に調光領域ＤＲ３によるパターンが到達することを減少させることができる。

上記の実施例では、凸レンズ、プリズム、ミラーを組み合わせた参照光光学系の例を示したが、この構成に限るものではなく、参照光光学系は記録媒体を通過した物体光を集光箇所へと向かう平面波へ変換して参照光として照射する変換光学系を含むものであればよい。例えば、更なる他の実施形態において図１２及び図１３のように変換光学系として記録媒体３３の裏面に曲面ミラー８１（図１２）や回折光学素子８２（図１３）を配置するだけのシンプルな参照光光学系の構成を採用しても良い。なお、図１２及び図１３では、記録媒体３３を通過した物体光をその集光箇所へと向かう平面波へ変換して参照光として照射する曲面ミラー８１及び回折光学素子８２と記録媒体３３と物体光光学系の対物レンズ６８以外の構成要素は上記の実施例と同一なので省略してある。

上記の実施例では、信号光領域ＩＲ及び調光領域ＤＲ共に矩形の領域としているが、もちろん円形など他の形状でも構わない。また信号光領域ＩＲのすぐ外側に調光領域ＤＲを設ける必要はなく、信号光領域ＩＲの外側に何も表示しないバッファ領域を設け、さらにその外側に調光領域ＤＲを設けるようにしても良い。

上記の実施例では、空間光変調器は液晶のように透過した光に対して空間光変調を施す透過型空間光変調器を使用しているが、もちろんＤＭＤ（Digital Mirror Device）やＬＣＯＳ（Liquid Crystal on Silicon）のように反射した光に対して空間光変調を施す反射型空間光変調器を用いても良い。

本実施例のように、ホログラフィックステレオグラムの光学系において、物体光を参照光として利用する場合の参照光光量のばらつきに言及した従来例は無かった。ホログラムの記録において参照光の光量を一定に保つことは必須であり、要素ホログラムごとに参照光光量がばらついた状況では正しい記録が行えないという事も従来より知られている事実である。しかしながらホログラフィックメモリシステムにおいてはこの点は特に問題とはならない。なぜならホログラフィックメモリからのホログラムの再生では、再生光をデコードすることにより記録した情報を再現するからである。つまりどんな情報の記録であれ適切な変調方式を用いることで、物体光の光量をある範囲内に制限することは容易であり、適切な露光条件から外れることはなかったのである。一方でホログラフィックステレオグラムは再生光を直接目で見る事が記録の目的である。露光条件を確保するためとはいえ、むやみに物体光に対して情報を付加することはできない。つまり物体光を参照光として利用するホログラム記録光学系において、参照光光量を一定に保ちながら任意の情報を記録できるようにするという課題は、ホログラフィックステレオグラム特有の課題と言える。

本実施例では信号光領域における物体の表示とは無関係の調光領域を設けてあり、調光領域を通過又は反射する補助光も物体光として利用する。本実施例の調光領域に適切な表示を行うことにより物体光の光量をほぼ一定とすることが可能となり、要素ホログラムごとの参照光光量のばらつきを避けることができる。これにより正しいホログラムの記録が達成できる。

２１ 光源
２２ コリメータレンズ
２３ シャッター
３３ 記録媒体
３５ 媒体移動機構
３６ 媒***置制御部
５１ メインコントローラ
６２ ビーム拡散板
６４ 空間光変調器
６５，６６ リレーレンズ
６７ ナイキストフィルタ
６８ 対物レンズ
６９ １／４波長板
７１ 第２対物レンズ
７２ 第２の１／４波長板
７３ 第２ビーム拡散板
７４ 偏光ビームスプリッタ
７５ １／２波長板
７６，７８，６１ ミラー
７７ 集光レンズ

Claims (11)

1. 画像情報に応じてコヒーレント光を空間光変調して物体光を生成する空間光変調部と、前記物体光を記録媒体に集光する物体光光学系と、前記物体光と干渉する参照光を前記記録媒体における前記物体光の集光箇所に照射する参照光光学系と、を含み、前記参照光と前記物体光が交差した前記集光箇所に要素ホログラムを記録するホログラフィックステレオグラム記録装置であって、
   前記参照光光学系は、前記記録媒体を通過した前記物体光を前記集光箇所へと向かう平面波へ変換して前記参照光として照射する変換光学系を含み、
   前記空間光変調部は、前記物体光光学系の光軸上に配置され且つ前記画像情報に応じた信号光を生成する信号光領域と前記信号光領域の外側に配置され且つ前記画像情報を含まない補助光を生成する調光領域とを有する空間光変調器を含むことを特徴とするホログラフィックステレオグラム記録装置。
2. 前記調光領域が前記信号光領域の周縁に沿って配置されていることを特徴とする請求項１記載のホログラフィックステレオグラム記録装置。
3. 前記調光領域が前記信号光領域を囲む環状に配置されていることを特徴とする請求項２記載のホログラフィックステレオグラム記録装置。
4. 前記空間光変調部は、前記補助光の光量と前記信号光の光量の総和が略一定となるように前記空間光変調器を制御する調光領域生成部を含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１に記載のホログラフィックステレオグラム記録装置。
5. 前記空間光変調部は、前記補助光の光量を前記信号光の光量とは関係なく一定の光量となるように制御する調光領域生成部を含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１に記載のホログラフィックステレオグラム記録装置。
6. 前記空間光変調器において、前記補助光の光量を前記信号光の光量とは関係なく一定の光量となるように前記調光領域が透光材料で形成されたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１に記載のホログラフィックステレオグラム記録装置。
7. 画像情報に応じてコヒーレント光を空間光変調して物体光を生成する空間光変調器と、前記物体光を記録媒体に集光する物体光光学系と、前記物体光と干渉する参照光を前記記録媒体における前記物体光の集光箇所に照射する参照光光学系と、を用いて前記参照光と前記物体光が交差した前記集光箇所に要素ホログラムを記録するホログラフィックステレオグラム記録方法であって、
   前記記録媒体を通過した前記物体光を前記集光箇所へと向かう平面波へ変換して前記参照光として照射するステップと、
   前記空間光変調器の前記物体光光学系の光軸上に、前記画像情報に応じた信号光を生成する信号光領域を形成するステップと、
   前記空間光変調器の前記信号光領域の外側に、前記画像情報を含まない補助光を生成する調光領域を形成するステップと、含むことを特徴とするホログラフィックステレオグラム記録方法。
8. 前記調光領域が前記信号光領域の周縁に沿って配置されていることを特徴とする請求項７記載のホログラフィックステレオグラム記録方法。
9. 前記調光領域が前記信号光領域を囲む環状に配置されていることを特徴とする請求項８記載のホログラフィックステレオグラム記録方法。
10. 前記補助光の光量を前記信号光の光量と前記信号光の光量の総和が略一定となるように前記空間光変調器を制御することを特徴とする請求項７乃至９のいずれか１に記載のホログラフィックステレオグラム記録方法。
11. 前記補助光の光量を前記信号光の光量とは関係なく一定の光量となるように前記空間光変調器を制御することを特徴とする請求項７乃至９のいずれか１に記載のホログラフィックステレオグラム記録方法。

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