JPH02149880A

JPH02149880A - 投射型多重記録方法

Info

Publication number: JPH02149880A
Application number: JP63302262A
Authority: JP
Inventors: Sadakichi Hotta; 定吉堀田; Makoto Kato; 誠加藤; Kenji Kanai; 金井　謙二
Original assignee: Agency of Industrial Science and Technology
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 1988-12-01
Filing date: 1988-12-01
Publication date: 1990-06-08
Also published as: JPH0478977B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、大量の画像情報を高コントラスト且つ高諧調
に直接叉はホログラム等の形態で記録する多重記録装置
および多重記録方法に関し、特に、画像情報とりわけ一
連の映像信号をホログラムに記録し、鮮明な３次元画像
合成を可能にする新規な投射型多重記録装置及び多重記
録方法に関するものである。

従来の技術近年、情報記録再生システムとして各種の電子的、磁気
的、光学的あるいはそれらの複合された媒体を用いたも
のが開発されている。その中で画像情報を高品質かつ高
密度に記録可能なホログラムメモリーは、１９６０年代
以降特に注目を集め、コンピューターメモリーあるいは
ビデオメモリーへの応用等が盛んに研究された。また３
次元表示技術の研究開発は芸術番教育Ｏ医療分野にもお
よぶ広がりを見せている。例えば、３次元物体を各方向
から写真に撮っておき、これを−枚のシート状ホログラ
ムに合成して、視差を存する３次元像として表示可能に
したホログラフィック・ステレオグラムが開発され、レ
ーザーあるいは非レーザー光源（白色光源も可）で再生
して相当の画質を実現している。

以下に、ホログラフィック・ステレオグラムについて述
べる。第５図は従来のホログラフィック・ステレオグラ
ムのホログラム記録光学系を模式的に示す図である。ま
ず第５図（ａ）のように３６０度回転可能な台１上の３
次元物体を微小角ずつ見る方向の異なる一連の２次元画
像として映写機３で写す。次に、同図（ｂ）のように撮
影したフィルム４にレーザービーム５を照射し、レンズ
８、　７．　８を介してスリット開口を宵するスクリー
ン９に投射して、その背面に設けられたフィルム状記録
媒体１０にホログラムを記録する。ここで、上方に位置
する参照光源１１から参照光を入射させる。なお、記録
媒体１０を透過するビームは直線１２の位置に収束する
。第６図は、こうして得られたホログラム列の記録され
た記録媒体１０を円筒状に形成して、像合成する原理を
示す図である。第６図（ａ）は、発散レーザー光１３を
用いてホログラム１４から３次元像を再生する方式で、
直線１５で示される位置で観測者が目視すると、観測者
の両眼１６．１７に入射する再生画像がそれぞれ異なり
、視差の効果に依って３次元像１８が得られる。第６図
（ｂ）は、白色光源１θで同様の３次元像再生を行う方
式を示す。この場合は、目の位置をホログラム１４のや
や後方において色分散を生じた赤色、緑色、青色の回折
像成分２０〜２２の一部、例えば中央の緑色像２１）の
みを見るよう設計したものである。

発明が解決しようとする課題従来のホログラフィック・ステレオグラムにおいては、
実際の３次元物体を一度写真フィルムに撮影する過程が
必要不可欠であり、フィルムの現像処理後、更に写真の
各コマをホログラムに変換する過程が必要であった。さ
らにまた、用いる措置は完全に分離された二つの光学系
から構成されていた。そのため、実時間記録は勿論不可
能であり、ホログラフィック・ステレオグラムの用途も
限定されていた。この他にも、今日、画像処理の多くの
部分が映像情報、特にビデオ信号として処理記録されて
おり、これを直接、空間変調素子（以下ＳＬＭと略す）
を介してホログラムに変換し、且つ再生像を有効に利用
出来る技術が強（望まれている。ところが、入力画像を
ＳＬＭを用いて次々高画質のホログラムに記録変換する
には、高性能のＳＬＭと高コントラスト、高階調など高
画質課題を解決するための手段請求項（１）、　（４）に記載の発明では、上述の課題
を解決するために、ビデオ信号等の外部信号により平面
画像を透過率または反射率の変調された濃淡パターンと
して表示する空間変調素子を用い、画素毎にその信号レ
ベルに応じた時間パルス幅変調を加えて、時間的に異な
る画像情報を適当な時間毎に記録媒体の同一部位に重ね
て記録させることにより、コントラスト・諧調等の面で
優れた画質を有するホログラムを記録する投射型多重記
録装置ならびに多重記録方法を提供するものである。

更に、請求項（２）に記載の発明では、空間変調素子と
してａ−８ｉＴＦＴ等を各画素に形成して成るアクティ
ブマトリックス型の液晶表示装置や強誘電液晶などを使
った液晶表示装置等を用い、レーザー光等の単色光をほ
ぼ平行光にして入射させることにより空間変調素子自体
のコントラスト・階調を得る一方、この様な装置により
得られる複数の画像を適当な時間幅毎に記録媒体の同一
部位に重ねて記録させることにより、空間変調素子自体
のコントラスト・諧調以上の性能を有するホログラムを
記録する投射型多重記録装置を提供するものである。

更に、請求項（６）に記載の発明は、空間変調素子に入
力する外部信号に、空間変調素子により透過または反射
された光により記録媒体上に記録されるホログラムから
得られる画像の補正処理のための変換関数を、フィード
バックさせることによってホログラムを記録するもので
ある。

作用空間変調素子としてコントラストがＣｓ１　Ｎ調がＫｓ
のものを用いた場合で、空間変調素子のある画素の濃淡
に対応して記録媒体上にホログラムを記録する場合を想
定する。記録媒体としては、写真フィルムを用いるとす
ると、入射光の総量を画素毎に時間分割して適当量入射
させることによりホログラムの回折効率が、各絵素の濃
淡に応じてコントロールされ、元の画像の所望の濃淡に
対応した画像が再生される。いま記録・再生される画像
の階調をＫｆとし、空間変調素子の各画素は時間間隔ｔ
ｏ毎に各々所望光量を透過（または反射）させるものと
する。この操作を必要な回数Ｎ繰り返すことによってフ
ィルム上には、時間ＮｔＯの間に蓄積される光量の和と
Ｑて所望の諧調の濃淡情報を記録する。このようにすれ
ば、記録されるフィルム上の画像のコントラストＣｆは
、Ｃｆ二Ｃ８となり、諧調はＮ　　Ｋ　ｆ　＞　ｋ　ｓ
となる。したがって、従来より極めて多階調のコントラ
ストの良好な画像記録、再生か可能となる。

実施例以下、本発明の実施例の投射型多重記録装置及び多重記
録方法について図面を参照しながら説明する。第１図は
、本発明によるホログラフィック拳ステレオグラムのホ
ログラム記録装置の概略構成を示す斜視図である。従来
例を示す第５図と対比して説明すれば理解できるように
、収束レンズ２３が空間変調素子（ＳＬＭ）２４の後方
にあり、ＳＬＭ２４は平行単色光（レーザー光）２５が
照射されている。このように配置することによって結像
レンズ２６の口径を大きくすることなく、均一で大型の
ホログラムを記録できる。なお、第１図において、７か
ら１１は第５図に示した従来例と同様の構成であり、そ
れぞれ、レンズ７．８、スクリーン９、フィルム状記録
媒体１０及び参照光源である。ＳＬＭ２４は、外部電気
信号源２７クス型液晶パネルを用いる。同図において２
８．２９は互いにその先軸をほぼ直交させた偏光板で、
偏光板２９上にはマトリクス状になるように二次元配列
された画素電極の交差部分に非線形素子（スイッチング
素子）３０〜３３および配向膜３４とが一主面上に形成
されたガラス基板３５が設けられている。このガラス基
板３５と、対向電極３θ及び配向膜３７とを具備したガ
ラス基板３８及びシール３９とで狭い空間を形成し、そ
の空間にツイストネマティック（ＴＮ）液晶等の液晶４
０を挟持する。なお、４１．４２は入射、透過するほぼ
平行にコリメイトされたレーザー光であり、直線偏向レ
ーザーを用いる場合には、偏光板２９は不要である。

アクティブマトリックス型液晶表示装置の諸性能は当業
者おいて周知の通り、コントラストΦ階調に関しては、
従来提案されている液晶表示装置の内では現在のところ
最良の特性を示す。平行単色光のもとでは、コントラス
トとして１００以上、階調としては１６以上が得られて
いる。　（参考文献：田中他　ｒａ−３ｉＴＦＴ　　を
用いた３インチカラー液晶ＴＶ」、　　ナショナルテク
ニカルレポート、　　Ｖｏｌ、３３、ＮｏＬ　　１９８
７、ｐｐ６４〜７５等）。

第３図は、前述した透過型アクティブマトリックス型液
晶表示装置の透過率の入力信号Ｖｒｍｓ依存性を模式的
に示す特性図である。Ｔｍａｘは、表示装置の最大の透
過率であり１に規格化して図示している。Ｔｍ　ｉ　ｎ
は、表示装置の最小の透過率を示し、そのときに漏れ出
す時間ｔｏ間の光量はＷＯである。この場合の表示装置
のコントラストは、Ｃｓ　＝Ｔｍａｘ／Ｔｍ　ｉ　ｎ　
で表わされる。この値が１００の場合、表示装置のコン
トラストＣ６は１００であると定義する。この表示装置
の最大の透過率Ｔ　ｗａｘを８等分して各々のｔｏ時間
当りの透過光量をＷとすると、ｎｘＷの光量をｔｏ時間
当り透過させるには、入力信号として　Ｓ１１　Ｓ２〜
Ｓ８の内のＳｎの信号を入力させればよい。なおｎは正
の整数である。ｔｏ時間当りの光量を最小（ＷＯ）にす
る場合は、ＳＯ倍信号入力する。本実施例では、理解を
簡単にするために、入射光量に比例して記録（叉は記録
・再生）される画像の濃淡パターンが変化する場合を考
える。ホログラフィ−においては、搬送波を用いた記録
方式であるので大略そのような近似が許容される。また
、本発明では、画像とは、いろいろな濃淡の画素の集ま
りと考える。

以下は、記録（叉は記録・再生）される画像の一画素に
注目して説明する。

第４図は、本発明の多重記録方法を説明するための図で
あり、表示装置の一画素の透過率を時間的にどのように
制御するかを示している。縦軸Ｂは、表示装置の単位時
間当りの透過光量、言い替えれば記録媒体に入射する単
位時間当りの光量を示す。横軸は、時間を示している。

ｔ：８ＸｔＯの時間で記録媒体を露光するとする。なお
、ｔｏ毎に表示装置に入力する信号を変える。

表示装置の最大透過率によって露光した場合は、同図に
示す様に８×ｔｏの時間で６４×Ｗの総光量が記録媒体
に入射される。表示装置の透過率を最小にした場合が黒
の記録レベルになるが、その場合の総露光量は８×ＷＯ
になる。前述のように表示装置のフントラストは、Ｃ５
＝８拳Ｗ／ＷＯ＝１００であるので、総露光量の最大明
暗比（コントラストＣｆ）は、Ｃｆ＝　（６４−Ｗ）／
（８−ＷＯ）＝８拳Ｗ／ＷＯ＝Ｃｓ＝１００となり、記
録媒体上の記録される画像のコントラストＣｆは、表示
装置のコントラストＣｓと一致する。

一方、記録したい画像の諧調が最大の明度を６４とした
場合のｎである場合、ｎ／８＝ｎ１・・余りｎ２におい
てｎ１ＸｔＯの時間表示装置の透過率を最大の８Ｗにし
て、ｔｏの期間ｎ２ＸＷの透過率とし、残りの期間　（
８−ｎ　１−　Ｌ）ＸｔＯ表示装置の透過率が最小とな
るように入力信号を制御する。このようにした場合の記
録媒体への総露光量は、第４図から明らかなようにｎ・
Ｗ＋α・ＷＯ（α≦８−ｎ１−１）となる。すなわち、
各画素を以上のように外部信号により制御すると、単位
時間当りの透過率が８諧調しか表示しない表示装置を用
いてｔＯ毎に８つの濃淡パターンが表示され、全露光時
間　８・ｔｏの間露光することにより、記録媒体上では
約６４階調の濃淡パターンが記録されることになる。叉
、そのときの記録された画像のコントラストＣｆは、表
示装置のそれＣｓと一致する。

次に本発明の第２の実施例の多重記録方法について説明
する。本実施例も構成的には、第１の実施例と同じであ
る。但し、第１の実施例では、入射光量に比例して記録
（記録・再生）される濃淡が変化させ、そして記録（記
録会再生）画像の濃淡がほぼ記録媒体の濃淡パターンに
比例するような場合について述べた。しかしながら、こ
のように記録再生画像の濃淡とホログラムを形成する記
録媒体の濃淡とが正比例関係を実現するような良好な特
性の記録媒体は容易かつ安価には得られない。実際には
、特殊な写真フィルムを使用する場合が多い。さらに、
ホログラフィック記録・再生の画像も記録媒体の濃淡に
単純比例はしない。従って、このような場合の記録（記
録会再生）画像の濃淡は、単純に入射光量に比例せず、
ある関数ｆに比例して変化する。そこで第２の実施例と
しては、記録（記録・再生）画像の濃淡ｙが、入射光量
Ｘにたいして　ｙ＝ｆ　（ｘ）の関係で変化するものに
ついて説明する。まず、記録に際しての変換関数ｆを前
もって計測する。この計測は、媒体であるフィルムに光
を入射し、その結果得られる濃淡に基づいて関数ｆを求
める。この関数ｆに従って、ｔＯ毎に８つの濃淡パター
ンを、８・１０の期間重ねて露光することにより、再生
画像としては表示装置（ＳＬＭ、）の諧調の８倍近い階
調を実現するものである。すなわち、記録（記録・再生
）されるべき画像濃淡の度合として、明から暗の表示状
態の間を全体で６４等分したうちのｎの明るさを記録す
る場合、露光時間８・ｔＯのうちでｔＯ毎に、以下の説
明のような透過率となるように表示装置の入力信号を制
御する。この場合、表示装置の透過率が最小になるよう
にして８・ｔＯの時間露光されたときの記録（記録・再
生）画像の濃淡はｙｏ＝ｆ（８・ＷＯ）となる。表示装
置としては、８諧調（８・Ｗ）の透過率変化をさせる。

記録（記録・再生）画像の濃淡変化量は７＝ｆ（Ｘ）で
あるから、記録媒体上に入射する総光量ｘ＝ｆ”（ｙ）
になるように表示装置の透過率を時間変調で外部信号に
より制御する。例えば、ｙがＸによってどのように変化
するかを前もって評価する。

５−ｔＯの期間、表示装置の設定された最大の透過率で
露光されると、記録媒体の濃淡がｙｍａｘ＝ｆ−１（６
４Ｗ）となる。よって、ｆ−１（６４Ｗ）が記録媒体の
最大に近い記録濃淡度で有るように設定しておくと、記
録（記録φ再生）される画像のコントラストＣｆは、Ｃ
ｆ＝ｆ−１（６４・Ｗ）／ｆ″′’　（８−Ｗｏ）とな
る。写真フィルムやホログラム記録・再生には、閾値や
ノイズレベルがあり８・ＷＯの露光量では、感光しない
または再生画像の濃淡が変化しないように設定すること
は容易である。コントラストＣｆは、フィルム自身のコ
ントラストまたはホログラム記録会再生そのもののコン
トラストになり、数１００近く可能となる。

従って、　Ｃｆ＝ｆ−１（６４・Ｗ）／ｆ−１（８・Ｗ
Ｏ）＞Ｃ５＝６４ｅＷ／８・ＷＯ＝１００　　が実現出
来る。６４諧調の内のｎ諧調の濃淡を得たい場合は、ｘ
ｎ＝ｌ’（ｎ）を表から読み取り、ｘ・ｎ／８−Ｗ＝ｎ
ｌＸｔＯ余りｎ２ＸＷ　　を計算して、ｎＩＸｔＯの時
間、表示装置の透過率を最大にして、ｔｏの期間、ｎ２
×Ｗの記録濃度骨の透過率とし、残りの期間（８−ｎｌ
−１）ＸｔＯは表示装置の透過率が最小になるように入
力信号を制御する。

このようにしたとき、記録媒体の濃淡は、ｆ（８Ｘｎ　
Ｉ　ＸＷ＋ｎ２ＸＷ＋αＸＷＯ）＝　ｆ　　Ｃｘｎ＋ａ
×ＷＯ）〜ｎとなり、６４諧調のうちのｎ諧調が表現出
来たことになる。すなわち、単位時間当りの透過率が８
階調しか表示しない表示装置を用いて、ｔｏ毎に８つの
同一または異なった表示装置の透過率（または、反射率
）パターンを露光時間８ｔＯの間記録媒体に露光するこ
とにより、記録媒体上の濃淡として約８４１調の画像が
記録される。また、そのときの記録された画像のコント
ラストＣｆは、表示装置のコントラストＣｓより大きく
出来る。

以上、表示装置（ＳＬＭ）としてアクティブマトリック
ス型の比較的階調が取れる透過型液晶表示装置を中心に
、本発明の記録装置及び記録方法について述べたが、本
発明は更に別の表示装置を用いた空間変調素子（ＳＬＭ
）、例えば反射型や、ＢＳ○（ＢｉＳｉＯｘ）系のＳＬ
Ｍ、ＦＲＯＭ−８ＬＭ１　アクティブマトリックス型以
外の液晶表示装置も使用可能である。また、実施例の説
明では、ホログラム記録と限定せず説明したが、入射光
として使用するレーザー光を光学的に分岐した参照光を
同一記録媒体上に照射すればホログラフィックな記録と
なることは言うまでもない。

発明の効果以上のように、本発明によれば、８階調程度の諧調しか
表示出来ない空間変調素子を用いても、時間的に同一ま
たは異なる画像を適当な時間毎に記録媒体の同一部位に
重ねて記録させることにより、コントラスト１１諧調等
の面で、空間変調素子が本来有する諧調のみを利用して
ホログラムを形成するものより優れた画質を有するホロ
グラムを記録出来る。更に、空間変調素子として諧調性
に優れたアクティブマトリックス型液晶表示装置を用い
ることにより、本発明の効果は大きくなる。

更に、液晶表示装置への入射光を平行光に近ずけること
により表示装置のコントラストφ諧調特性は改善され効
果は大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明一実施例の投射型多重記録装置の構成を
示す斜視図、第２図は同投射型多重記録装置の空間変調
素子として用いるアクティブマトリックス型液晶表示装
置の断面図、第３図はアクティブマトリックス型液晶表
示装置の透過率の入力信号依存性を示す特性図、第４図
は本発明の多重記録方法を説明するための時間と露光条
件を示す図、第５図（ａ）、　　（ｂ）は従来のホログ
ラフィックステレオダラムの記録系の概略を示す斜視図
、第６図（ａ）、　　（ｂ）は同じ〈従来のホログラフ
ィックステレオダラム再生系の概略を示す斜視図である
。７．８．２３．２６＃・・レンズ、１０・・Φ記録媒体
、２４・・・ＳＬＭｌ　２５−―・平行単色光、２７Ｉ
Ｉψ・画像信号発生装置。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）外部入力画像信号により時間Ｔに亘って表示する
２次元濃淡パターンを時間ｔｉ毎の複数の透過率叉は反
射率の濃淡パターンとして表示する空間変調手段である
第一の装置と、この第一の装置に光を照射する第二の装
置と、前記第一の装置から透過叉は反射した光を投影す
る第三の装置と、この第三の装置から投影された光を記
録する記録媒体とを備え、前記第一の装置により表示さ
れる時間的に複数の濃淡パターンを前記記録媒体のほぼ
同一部位に重畳させて記録することを特徴とする投射型
多重記録装置。
（２）第一の装置が、液晶表示装置であることを特徴と
する請求項（１）に記載の投射型多重記録装置。
（３）第一の装置が、アクティブマトリックス型の液晶
表示装置であることを特徴とする請求項（１）もしくは
（２）に記載の投射型多重記録装置。
（４）外部信号により２次元濃淡パターンを透過率叉は
反射率の濃淡パターンとして表示する第一の装置と、こ
の第一の装置に光を照射する第二の装置と、前記第一の
装置から透過叉は反射した光を投影する第三の装置と、
前記第三の装置に投影された光を記録する記録媒体とを
備える投射型多重記録装置において、前記第一の装置に
より表示される時間的に複数の濃淡パターンを前記記録
媒体のほぼ同一部位に重畳させて記録することを特徴と
する多重記録方法。
（５）記録媒体に記録する画像または前記記録媒体に記
録された濃淡パターンの再生画像画素ｋの濃淡の度合と
して明から暗の表示状態の間を全体でｍ分割したうちの
ｎの明るさを示すように記録する多重記録方法であって
、第一の装置を設定された最大の透過率叉は反射率で透
過叉は反射し前記記録媒体上に到達する全露光時間にわ
たる光の総量Ｘｍａｘをｍとし、露光時間を時間ｔｉ毎
に分割し、各ｔｉ時間毎に前記画素ｋに対応した前記第
一の装置上の画素ｓが所定の透過率叉は反射率を示すよ
うに前記外部信号を入力し、前記画素ｓを所定の透過率
叉は反射率で透過叉は反射され前記記録媒体上に到達す
る全露光時間での光の総量ｘがｎ／ｍとなるように前記
第一の装置に入力する外部信号を制御し、各外部信号に
応じた濃淡を示す画素ｓの集合として前記第一の装置で
表示される時間的に複数の濃淡パターンを前記記録媒体
のほぼ同一部位に重畳させて記録することを特徴とする
請求項（４）に記載の多重記録方法。
（６）入力光量に対して露光量が特定の関数ｆで示され
る特性をゆうする記録媒体に記録する画素ｋの濃淡の度
合として、明から暗の表示状態の間を全体でｍ等分した
うちのｎの明るさを記録する多重記録方法であって、全
露光時間の内の分割された時間ｔｉ毎に前記画素ｋに対
応した第一の装置上の画素ｓが所定の透過率叉は反射率
を示すように前記外部信号を入力し、全露光時間での前
記画素ｓを前記所定の透過率叉は反射率で透過叉は反射
され前記記録媒体上に到達する光の総量ｘとし、前記第
一の装置の最大の透過率叉は反射率で露光時間透過叉は
反射され前記記録媒体上に到達する光の総量Ｘｍａｘと
したとき、ｆ（ｘ）／ｆ（Ｘｍａｘ）＝ｎ／ｍの関係に
なるように前記第一の装置に入力させる外部信号を制御
し、各外部信号に応じた濃淡を示す画素ｓの集合として
第一の装置で表示される時間的に複数の濃淡パターンを
前記記録媒体のほぼ同一部位に重畳させて記録すること
を特徴とする請求項（４）に記載の多重記録方法。