(57)【要約】【課題】  光利用効率の向上を図り、無限遠に定位するノイズを解消して高画質なホログラフィックステレオグラムを得る。【解決手段】  レーザ光を出射するレーザ光源３１と、ホログラム記録媒体３０の座標位置に対応して画像を表示する表示装置４１と、ホログラム記録媒体３０に物体光Ｌ４と参照光Ｌ３を入射して要素ホログラムを順次作成する光学系とを備え、表示装置４１の前段に位置して、物体光Ｌ４の光強度を均一化するとともに平行度を制御するロッド型ライトインテグレータ６３と、このライトインテグレータ６３の前段に配置されて物体光の非視差方向の光強度を均一化するレンズ体７０を設ける。【選択図】  図１０
2008287272.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を出射するレーザ光源と、
ホログラム記録媒体の座標位置に対応して画像を表示する表示装置と、
上記レーザ光を分岐し、一方のレーザ光を上記表示装置を透過して画像変調を行って物体光としてホログラム記録媒体に入射するとともに、他方のレーザ光を参照光として上記物体光と同時に上記ホログラム記録媒体に入射することにより、上記ホログラム記録媒体に短冊状又はドット状の要素ホログラムを順次記録する光学系とを備え、
上記物体光の光路中の上記表示装置の前段に位置して、
上記表示装置に入射する上記物体光の光強度を均一化するとともに平行度を制御するロッド型ライトインテグレータと、
上記ライトインテグレータの上記物体光の入射面側に配置され、上記物体光の非視差方向の光強度を均一化するレンズ体と
を設けたホログラフィックステレオグラム作成装置。
【請求項２】
上記レンズ体が、上記物体光を非視差方向にのみ集光するシリンドリカルレンズである請求項１に記載のホログラフィックステレオグラム作成装置。
【請求項３】
上記レンズ体が、非視差方向に屈折力を有するレンチキュラレンズである請求項１に記載のホログラフィックステレオグラム作成装置。
【請求項４】
上記レンズ体が、非視差方向に屈折力を有する第１のレンチキュラレンズと、視差方向に屈折力を有する第２のレンチキュラレンズを組み合わせなるレンチキュラレンズである請求項１に記載のホログラフィックステレオグラム作成装置。
【請求項５】
上記第１のレンチキュラレンズと上記第２のレンチキュラレンズが、屈折力を異にしてなる請求項４に記載のホログラフィックステレオグラム作成装置。
【請求項６】
上記レンズ体が、フライアイレンズである請求項１に記載のホログラフィックステレオグラム作成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、実写画像やコンピュータ生成画像等を三次元認識することができる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作成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ホログラフィックステレオグラムは、被写体を異なる観察点から順次撮影することにより得られた多数の画像を原画として、これらをホログラフィックステレオグラム作成装置により１枚のホログラム記録媒体に短冊状又はドット状の要素ホログラムとして順次記録することにより作成される。
【０００３】
例えば、水平方向のみに視差情報を持つホログラフィックステレオグラムでは、図１４に示すように、被写体１００を水平方向の異なる観察点から順次撮影することにより複数の原画１０１ａ〜１０１ｅを得る。ホログラフィックステレオグラムは、これら原画１０１ａ〜１０１ｅが、作成装置により短冊状の要素ホログラムとしてホログラム記録媒体１０２に順次記録されて作成される。
【０００４】
このホログラフィックステレオグラムは、これをある位置から片方の目で見た場合、各要素ホログラムの一部分の画像情報の集合体である二次元画像が見え、目の位置を水平方向に動かせば、各要素ホログラムの別の部分の画像情報の集合体である二次元画像が見える。したがって、このホログラフィックステレオグラムを観察者が両目で見たときには、左右の目の位置が水平方向で異なるために、これらの目にそれぞれ写る二次元画像は若干異なるものとなる。これにより、観察者は視差を感じ、再生像を三次元画像として認識する。
【０００５】
ところで、ホログラフィックステレオグラム作成装置は、レーザ光源から出射された干渉性の良いレーザ光源をハーフミラーにより分岐する。ホログラフィックステレオグラム作成装置は、一方のレーザ光を例えば液晶パネルのような画像表示手段により二次元画像変調された投影像、すなわち物体光として感光体に入射する。ホログラフィックステレオグラム作成装置は、他方のレーザ光を参照光としてそままま感光体に入射する。ホログラフィックステレオグラム作成装置は、物体光と参照光により感光体の屈折率変化として干渉縞を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（例えば、特許文献１を参照）。
【０００６】
ホログラフィックステレオグラム作成装置においては、高画質のホログラムを得るために、例えば画像表示手段の近傍に拡散板を置くことが有効である事が知られている（非特許文献１や非特許文献２を参照）。
【０００７】
【特許文献１】特開平１０−２０７４７号公報
【非特許文献１】遠藤、山口他、１９９２  第２３回画像光学コンファレンス  ｐ３１７〜
【非特許文献２】Ｍｉｃｈａｅｌ  Ｋｌｕｇ  ｅｔ  ａｌ．  １９９３  Ｐｒｏｃ  ＳＰＩＥ  ＃  １９１４  Ｐｒａｃｔｉｃａｌ  Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｙ  ＶＩＩ
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、ホログラフィックステレオグラム作成装置においては、画像表示手段の近傍に拡散板を配置した対応でも、得られるホログラムに無限遠に定位した不均一なノイズが観察されるといった問題がある。特許文献１に記載のホログラフィックステレオグラム作成装置においては、このノイズ低減のために上記拡散板を移動させてノイズの低減を図っている。しかしながら、かかるホログラフィックステレオグラム作成装置においても、移動機構が多いと対振動性の上で問題が生じ、また拡散板を用いると光利用効率が低下してしまうという問題もあり、さらなる改善を図っている。
【０００９】
本発明は、光利用効率の向上を図り、無限遠に定位するノイズを解消して高画質なホログラフィックステレオグラムを得ることが可能なホログラフィックステレオグラム作成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係るホログラフィックステレオグラム作成装置は、レーザ光を出射するレーザ光源と、ホログラム記録媒体の座標位置に対応して画像を表示する表示装置と、ホログラム記録媒体に物体光と参照光を入射して短冊状又はドット状の要素ホログラムを順次作成する光学系とを備える。ホログラフィックステレオグラム作成装置は、光学系が、レーザ光を分岐し、一方のレーザ光を表示装置を透過して画像変調を行って物体光としてホログラム記録媒体に入射するとともに、他方のレーザ光を参照光として物体光とそのままホログラム記録媒体に入射する。ホログラフィックステレオグラム作成装置は、物体光の光路中の表示装置の前段に位置して、表示装置に入射する物体光の光強度を均一化するとともに平行度を制御するロッド型ライトインテグレータと、このライトインテグレータの物体光の入射面側に配置されて物体光の非視差方向の光強度を均一化するレンズ体を設ける。
【００１１】
本発明に係るホログラフィックステレオグラム作成装置においては、ライトインテグレータが、入射されるレーザ光を内部において多重反射させながら出射面へと導光して表示装置に入射させることで、光強度を均一化すると共に拡散して平行度を制御する。したがって、ホログラフィックステレオグラム作成装置においては、ホログラム記録媒体の要素ホログラム形成部分を均一に照明することができ、均一性が高く、回折効率も高いホログラフィックステレオグラムを得ることができる。ホログラフィックステレオグラム作成装置においては、レンズ体が、ライトインテグレータから出射されるレーザ光を非視差方向についてのみ集光して表示装置に供給する。ホログラフィックステレオグラム作成装置においては、ライトインテグレータ内において多重反射することにより干渉縞特性が生じるレーザ光と表示装置の画素ピッチとに起因するモアレパターンの影響を低減して高画質なホログラフィックステレオグラムを得る。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係るホログラフィックステレオグラム作成装置によれば、表示装置の前段に位置して物体光の非視差方向の光強度を均一化するレンズ体を組み合わせたロッド型ライトインテグレータを配置したことにより、ディフューザ等を用いることなく、物体光の平行度を最適にコントロールすることが可能であり、その結果、スリット等で無駄となる光を最小限にとどめることが可能である。また、ホログラフィックステレオグラム作成装置によれば、対物レンズとピンホールによるビーム拡大も不要なので、この点においても光利用効率が向上する。ホログラフィックステレオグラム作成装置によれば、ロッド型ライトインテグレータ内を透過することにより光強度の均一化と平行度を制御された物体光に生じる干渉縞の影響が、非視差方向の光強度を均一化するレンズ体の作用により低減される。ホログラフィックステレオグラム作成装置によれば、光学系のパラメータに制限されずに高画質なホログラフィックステレオグラムを得ることが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下に挙げる例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜に構成を変更することが可能である。
【００１４】
まず、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作成システム（以下、作成システムと略称する。）の一構成例について説明する。なお、作成システムとしては、短冊状の複数の要素ホログラムを１つのホログラム記録媒体３０のホログラム記録面に記録することにより、水平方向の視差情報を持たせたホログラフィックステレオグラムを作成する作成システムを例に挙げる。なお、本発明は、ドット状の複数の要素ホログラムを１つのホログラム記録媒体上に記録することにより、横方向及び縦方向の視差情報を持たせたホログラフィックステレオグラムを作成する作成システムに対しても適用可能であることは言うまでもない。
【００１５】
以下に説明する作成システムは、物体光と参照光との干渉縞が記録されたホログラム記録媒体をそのままホログラフィックステレオグラムとする、いわゆるワンステップホログラフィックステレオグラムを作成するシステムである。作成システムは、図１に示すように、記録対象の画像データの処理を行うデータ処理部１と、このシステム全体の制御を行う制御用コンピュータ２と、ホログラフィックステレオグラム作成用の光学系を有するホログラフィックステレオグラムプリンタ装置（以下、プリンタ装置と略称する。）３とから構成されている。
【００１６】
作成システムは、データ処理部１に、多眼式カメラや移動式カメラ等を備えた視差画像列撮影装置１３から供給される視差情報を含む複数の画像データＤ１や、画像データ生成用コンピュータ１４によって生成された視差情報を含む複数の画像データＤ２等を供給する。作成システムは、データ処理部１が、これら画像データＤ１、Ｄ２に基づいて、視差画像列データＤ３を生成する。
【００１７】
ここで、視差画像列撮影装置１３から供給される視差情報を含む複数の画像データＤ１は、例えば、多眼式カメラによる同時撮影、又は移動式カメラによる連続撮影等によって、実物体を水平方向の異なる複数の観察点から撮影することにより得られた複数画像分の画像データである。
【００１８】
また、画像データ生成用コンピュータ１４によって生成された視差情報を含む複数の画像データＤ２は、例えば、水平方向に順次視差を与えて作成された複数のＣＡＤ（Computer Aided Design）画像やＣＧ（Computer Graphics）画像等の画像データである。
【００１９】
作成システムは、データ処理部１において、視差画像列データＤ３に対して画像処理用コンピュータ１１によってホログラフィックステレオグラム用の所定の画像処理を施す。作成システムは、所定の画像処理が施された画像データＤ４を、メモリ又はハードディスク等の記憶装置１２に記憶する。
【００２０】
作成システムは、データ処理部１が、後述するホログラム記録媒体３０に要素ホログラム画像を記録する際に、記憶装置１２に記憶された画像データＤ４から１要素ホログラム画像分毎にデータを順番に読み出す処理を行う。作成システムは、データ処理部１が、読み出した画像データＤ５を制御用コンピュータ２に送出する。
【００２１】
作成システムは、制御用コンピュータ２が、要素ホログラム画像の記録動作に基づいてプリンタ装置３を駆動する。作成システムは、制御用コンピュータ２が、データ処理部１から出力された画像データＤ５をプリンタ装置３に出力し、この画像データＤ５に基づく画像をホログラム記録媒体３０に短冊状の要素ホログラムとして順次記録する動作を制御する。
【００２２】
制御用コンピュータ２は、プリンタ装置３に設けられたシャッタ３２、表示装置４１及び記録媒体送り機構等の制御を行う。制御用コンピュータ２は、シャッタ３２に制御信号Ｓ１を送出することにより、このシャッタ３２の開閉動作を制御する。制御用コンピュータ２は、表示装置４１に画像データＤ５を供給することにより、この表示装置４１に当該画像データＤ５に基づく画像を表示させる。制御用コンピュータ２は、記録媒体送り機構に制御信号Ｓ２を送出することにより、この記録媒体送り機構によるホログラム記録媒体３０の送り動作を制御する。
【００２３】
プリンタ装置３について、図２を参照してその光学系について詳細に説明する。なお、図２は、プリンタ装置３の光学系を上方から見た図である。プリンタ装置３は、図２に示すように、所定の波長のレーザ光Ｌ１を出射するレーザ光源３１と、レーザ光源３１から出射されたレーザ光Ｌ１の光軸上に配されたシャッタ３２及びハーフミラー３３とを備えている。プリンタ装置３は、レーザ光源３１として、例えば、波長が５３２ｎｍ、出力４００ｍＷのＹＡＧレーザを用いる。
【００２４】
シャッタ３２は、制御用コンピュータ２によってその開閉動作を制御され、ホログラム記録媒体３０を露光しないときには閉じられてレーザ光Ｌ１を遮断し、ホログラム記録媒体３０を露光するときに開放されてレーザ光Ｌ１を通過させる。ハーフミラー３３は、シャッタ３２を通過してきたレーザ光Ｌ２を、参照光と物体光とに分岐するためのものであり、ハーフミラー３３によって反射されたレーザ光Ｌ３が参照光となり、ハーフミラー３３を透過したレーザ光Ｌ４が物体光となる。
【００２５】
なお、プリンタ装置３は、上述した光学系におけるハーフミラー３３により反射されてホログラム記録媒体３０に入射される参照光Ｌ３の光路長と、ハーフミラー３３を透過してホログラム記録媒体３０に入射される物体光Ｌ４の光路長との差が、レーザ光源３１のコヒーレント長以下とされる。プリンタ装置３は、これにより、参照光Ｌ３と物体光Ｌ４との干渉性が高まり、鮮明な再生像が得られるホログラフィックステレオグラムを作成することが可能となる。
【００２６】
プリンタ装置３は、ハーフミラー３３によって反射された参照光Ｌ３の光軸上に、参照光用の光学系が設けられる。参照光用光学系は、シリンドリカルレンズ３４と、参照光Ｌ３を平行光とするためのコリメータレンズ３５と、コリメータレンズ３５を透過した平行光を反射してホログラム記録媒体３０に導く全反射ミラー３６とをこの順に配置して構成する。
【００２７】
プリンタ装置３には、ハーフミラー３３を透過した物体光Ｌ４の光軸上に、物体光用の光学系が設けられる。物体光用光学系は、大きく分けて画像照明用光学系５０と画像投影用光学系５１とから構成されている。
【００２８】
画像投影用光学系５１については、図３に示す。ここで、図３（Ａ）は画像投影用光学系５１を上から、すなわち視差方向（要素ホログラムの短軸方向）から見た図であり、図３（Ｂ）は画像投影用光学系５１を横から、すなわち非視差方向（要素ホログラムの長軸方向）から見た図である。
【００２９】
画像投影用光学系５１は、図３に示すように表示装置４１とホログラム記録媒体３０の間に物体光Ｌ４の光軸上に位置して配置した投影レンズ４２と、スリット体４３と、投影レンズ４４とシリンドリカルレンズ４５と、一次元拡散板４６とから構成される。画像投影用光学系５１は、図３（Ａ）に示すように、非視差方向について投影レンズ４２，４４によって表示装置４１上の画像をホログラム記録媒体３０のホログラム記録面上に結像する。
【００３０】
また、画像投影用光学系５１は、シリンドリカルレンズ４５が、図３（Ｂ）に示すように視差方向について光束全体をホログラム記録媒体３０のホログラム記録面上に集光されるようにする。画像投影用光学系５１は、所定の開口寸法を有するスリットを形成したスリット体４３が、要素ホログラムから物体光Ｌ４がはみ出して隣の要素ホログラム形成部を露光してしまわないための役割をはたす。画像投影用光学系５１においては、スリット体４３の主面とホログラム記録媒体３０のホログラム記録面が、投影レンズ４４とシリンドリカルレンズ４５によって結像関係になっている。なお、画像投影用光学系５１には、シリンドリカルレンズ４５とホログラム記録媒体３０との間に一次元拡散板４６を配置するが、この一次元拡散板４６の役割等については後で説明する。
【００３１】
画像照明用光学系５０は、本発明において特徴的なものであり、図４に第１の実施の形態を示す。画像照明用光学系５０は、ハーフミラー３３と表示装置４１との間に配置され、同図に示すように集光レンズ６２と、ガラスロッド６３と、偏向板６７と、レンズ６５、６６とから構成される。画像照明用光学系５０は、レーザ光源３１から出射されてハーフミラー３３を透過した入射ビーム６１（物体光Ｌ４）を、後述するように光強度を均一化すると共に平行度をコントロールして表示装置４１へと供給する。
【００３２】
画像照明用光学系５０は、ガラスロッド６３が、ロッド型ライトインテグレータを構成し、集光レンズ６２で集光した入射ビーム６１が入射される。画像照明用光学系５０は、ガラスロッド６３が、入射された入射ビーム６１を内部で多重反射させながら出射面６４へ導光する。画像照明用光学系５０は、ガラスロッド６３が、入射ビーム６１を出射面６４へと導光した状態で様々の方向からの光が足し合わせて光強度が均一化されるようにする。
【００３３】
画像照明用光学系５０は、レンズ６５とレンズ６６が、ガラスロッド６３の出射面６４を表示装置４１上に拡大投影する。このときの投影倍率Ａは、レンズ６５とレンズ６６の焦点距離の比で与えられる。画像照明用光学系５０には、ガラスロッド６３内の多重反射による偏光面の回転を補正するために、ガラスロッド６３の出射面６４に対向して偏光板６７が光路中に配置されている。
【００３４】
画像照明用光学系５０は、上述したガラスロッド６３のようなロッド型ライトインテグレータを設けることにより、入射ビーム６１を広げて光強度を均一化することができるが、さらに以下に述べるように入射ビーム６１の平行度をコントロールすることもできる。画像照明用光学系５０は、ガラスロッド６３のようなロッド型ライトインテグレータが、ホログラフィックステレオグラムの高品質化にとって重要な役割を果たす。
【００３５】
ここで、表示装置４１の照明光に要求される平行度は、図３から分かるように、スリット体４３及びレンズ４２の焦点距離で決まっている。すなわち、レンズ４２の焦点距離をｆ１、スリット体４３のスリット幅をｗ、光平行度をθ２とすると  
２×ｆ１×ｔａｎ（θ２／２）＝ｗ
となる。
【００３６】
また図４から分かるように、  
θ１＝Ａ×θ２  但し、Ａ：投影倍率
である。
【００３７】
レーザ光のようなコヒーレント光を用いる光学系においては、上述したようにライトインテグレータを用いることにより、入射ビーム６１の光強度の均一化と共に平行度をコントロールすることが可能である。ところで、かかる光学系においては、以下に述べる問題点もあり、その解決方法について説明する。
【００３８】
画像照明用光学系５０においては、上述したようにロッド型ライトインテグレータを構成するガラスロッド６３に入射された入射ビーム６１が内部で多重反射を起こしてその出射面６４に導光される。画像照明用光学系５０においては、入射ビーム６１が、図５に示すように出射面６４おいてあたかも多くの点光源から光が来た場合に生じる波面と等価になる。画像照明用光学系５０においては、これにより図６に示すような多重スリットにおける干渉縞と同じような干渉縞を生じ、この結果、光出射口となる出射面６４に、
Ｉ≒｛ｓｉｎ（πＮＷＹ／Ｌλ）／ｓｉｎ（πＷＹ／Ｌλ）｝２
で表される強度分布を持つ干渉縞が生じる。なお、図７に示すように、Ｌはガラスロッド６３の長さ、Ｗはガラスロッド６３の厚みである。また、Ｎはガラスロッド６３の内部における光の反射回数、λはガラスロッド６３に入射するレーザ光の波長、Ｙはガラスロッド６３の端面６４における位置を示している。また、ガラスロッド６３の内部で反射したレーザ光、すなわち仮想点光源Ｓからのレーザ光の光軸と、ガラスロッド６３に入射するレーザ光の光軸とのなす角度θは、十分小さいものと仮定している。
【００３９】
そして、ガラスロッド６３の屈折率を考慮すると、ガラスロッド６３の出射面６４に生じる干渉縞の間隔ｄは、
ｄ＝λ×Ｌ／（ｎ×Ｗ）
となる。ただし、ｎはガラスロッド６３の屈折率であり、通常、１．５程度である。
【００４０】
ガラスロッド６３の出射面６４に生じたこの干渉縞は、図４に示すように、レンズ６５，６６によって表示装置４１に投影される。したがって、例えば表示装置４１として液晶パネルを用いた場合には、ガラスロッド６３によって生じた干渉縞と、液晶パネルに表示される画像を構成する画素との間で、モアレパターンが生じる可能性がある。このモアレパターンは、液晶画素間隔と干渉縞間隔ｄが近いと、より顕著に現れやすい。
【００４１】
画像照明用光学系５０においては、上述したモアレパターンの発生を回避若しくは低減する方法として、干渉縞間隔を十分狭くする方法と、視差方向には光強度の均一化を行わない方法とがある。以下、それぞれの方法について説明する。
【００４２】
まず、モアレパターン対策の第１の方法として、干渉縞間隔を十分狭くする方法について説明する。本発明者が実験を行ったところ、干渉縞間隔が、表示装置４１に表示される画像の画素ピッチに対して１／２程度以下であれば、実用上十分な程度にモアレパターンが目立たなくなり、更には１／３程度以下であれば、モアレパターンが殆ど目立たなくなることが確認された。
【００４３】
したがって、画像照明用光学系５０においては、ガラスロッド６３の端面６４に生じる干渉縞の間隔をｄ、表示装置４１に表示される画像の画素ピッチをＰとし、ガラスロッド６３の端面６４の表示装置４１への投影倍率をＡとすれば、
ｄ×Ａ＜Ｐ／２
の条件を満足するように光学系のパラメータが設定される。
【００４４】
また、画像照明用光学系５０においては、より好ましくは、
ｄ×Ａ＜Ｐ／３
を満足するように光学系のパラメータを設定すればよい。
【００４５】
ここで、干渉縞の間隔ｄは、上述したように、
ｄ＝λ×Ｌ／（ｎ×Ｗ）
で表される。したがって、画像照明用光学系５０においては、干渉縞間隔ｄを十分狭くしてモアレパターンを目立たなくするために、
λ×Ｌ×Ａ／（ｎ×Ｗ）＜Ｐ／２
の条件を満足するようにすればよく、より好ましくは、
λ×Ｌ×Ａ／（ｎ×Ｗ）＜Ｐ／３
の条件を満足するようにすればよい。
【００４６】
画像照明用光学系５０は、例えば、表示装置４１として画素ピッチＰが約３０μｍの液晶パネルを用い、Ｗ＝８．４ｍｍ、Ａ＝２、λ＝５３２ｎｍ、ｎ＝１．５とした場合に、上述した条件から長さＬをおよそ１７ｃｍ以下、より好ましくはおよそ１２ｃｍ以下としたガラスロッド６３を用いればよい。
【００４７】
すなわち、画像照明用光学系５０においては、上記条件において、ガラスロッド６３の長さＬを約１７ｃｍ以下とすれば、表示装置４１に投影される干渉縞の間隔ｄ×Ａが、表示装置４１に表示される画像の画素ピッチの１／２程度以下とすることが可能である。画像照明用光学系５０においては、これにより実用上十分な程度にモアレパターンを目立たなくすることを可能とする。
【００４８】
更に、画像照明用光学系５０においては、上記条件において、ガラスロッド６３の長さＬを約１２ｃｍ以下とすることにより、表示装置４１に投影される干渉縞の間隔ｄ×Ａを、表示装置４１に表示される画像の画素ピッチの１／３程度以下とすることが可能である。画像照明用光学系５０においては、これによりモアレパターンが殆ど目立たなくすることを可能とする。
【００４９】
画像照明用光学系５０においては、上述したようにガラスロッド６３内において多重反射を起こさせて導光することにより生じる干渉縞間隔ｄを十分狭くすることにより、モアレパターンを目立たなくする。したがって、画像照明用光学系５０においては、このモアレパターンの悪影響を受けることなく、高画質のホログラフィックステレオグラムを作成することを可能とする。
【００５０】
ところで、上述した干渉縞間隔ｄを十分狭くする方法も、光学系の条件によっては使えない場合がある。ここで、画像照明用光学系５０と画像投影用光学系５１とをまとめた物体光光学系について図８に示す。なお、図８並びに後掲する図９乃至図１２では、偏光板６７や一次元拡散板４６については図示を省略している。
【００５１】
物体光用光学系においては、図８から分かるように、ガラスロッド６３の前段に配置される集光レンズ６２の焦点と、スリット体４３の主面と、ホログラム記録媒体３０のホログラム記録面とは、全て共役な面である。したがって、物体光用光学系においては、ガラスロッド６３の内部で多重反射して生じた仮想点光源も、スリット体４３の主面及びホログラム記録媒体３０のホログラム記録面上に結像する。このため、物体光用光学系においては、光学系のパラメータによって、仮想像点間隔を十分拡げることができず、上述したように干渉縞間隔を十分狭くしてモアレパターンを目立たなくする方法を適用し得ない場合がある。
【００５２】
物体光用光学系においては、モアレパターン対策の第２の方法として、画像照明用光学系５０においてホログラフィックステレオグラムの視差方向には光強度の均一化を行わないようにすることで、モアレパターンの発生を回避する方法があり、以下この方法について説明する。この第２のモアレパターン対策方法は、光学系のパラメータによることなく適用することが可能である。したがって、物体光用光学系においては、干渉縞間隔ｄを十分狭くしてモアレパターンを目立たなくする方法が適用できないような光学系の場合に、この第２のモアレパターン対策方法を適用するようにすればよい。
【００５３】
図９に示した画像照明用光学系５０は、ホログラフィックステレオグラムの視差方向には光強度の均一化を行わず、非視差方向のみ光強度の均一化を行うことで、モアレパターンの発生を回避する第２の方法を適用した画像照明用光学系の一例である。
【００５４】
上述した第１の方法では、ガラスロッド６３に光を導入する際に、ガラスロッド６３の前段に配置される集光レンズ６２として、通常の回転対称なレンズを用いていた。これに対して、第２の方法では、図９に示すように、ガラスロッド６３の前段に配置される集光レンズ６２として、入射光を非視差方向についてだけ集光するシリンドリカルレンズを用いる。
【００５５】
第２の方法では、上述したようにガラスロッド６３の前段に配置される集光レンズ６２として入射光を非視差方向についてだけ集光するシリンドリカルレンズを用いることにより、非視差方向に関してのみガラスロッド６３の内部で多重反射が起こって光強度の均一化が行われる。第２の方法では、視差方向に関して多重反射が起きず光強度の均一化が行われないことから、ガラスロッド６３の内部での多重反射に起因して干渉縞が生じるようなことはない。したがって、画像照明用光学系５０は、この第２の方法を採用して表示装置４１に物体光Ｌ４を供給することによりモアレパターンの発生を回避することができる。
【００５６】
なお、画像照明用光学系５０においては、この第２の方法を適用してモアレパターンの発生を回避した場合に、視差方向に関して光強度の均一化を行わないことから作成したホログラフィックステレオグラムを視差方向に角度を付けて観察すると若干明るさが変化することもあり得る。しかしながら、ホログラフィックステレオグラムは、通常この方向に関して明るさのムラはさほど気にならないので、均一化を行わないことによる問題は少ない。
【００５７】
つぎに、画像照明用光学系５０の第２の実施の形態について、図１０乃至図１２を参照して説明する。第２の実施の形態として挙げる画像照明用光学系５０では、図１０に示すように、ガラスロッド６３の前段に配置されるレンズとして、図４に示した第１の実施の形態における集光レンズ６２に代えて、レンチキュラレンズ７０を用いる。レンチキュラレンズ７０は、周知のように表面が多数のかまぼこ型凹凸を形成したレンズである。
【００５８】
画像照明用光学系５０は、ガラスロッド６３にレンチキュラレンズ７０を組み合わせてライトインテグレータを構成する。画像照明用光学系５０は、レンチキュラレンズ７０を非視差方向に屈折力を有するように配置することにより、非視差方向の光強度の均一化を図る。画像照明用光学系５０は、このようにガラスロッド６３の前段に配置されるレンズとしてレンチキュラレンズ７０を用いることにより、上記第１の実施の形態で説明したような仮想点光源による干渉縞が目立ち難いという利点がある。
【００５９】
また、画像照明用光学系５０は、ガラスロッド６３の前段に配置されるレンズとしてレンチキュラレンズ７０を用いる場合に、図１１に示すように、一対のレンチキュラレンズ７０ａ，７０ｂを、集光方向が互いに直交するように配置するようにしてもよい。すなわち、画像照明用光学系５０は、図１１（Ａ）に示すように非視差方向に屈折力を有するレンチキュラレンズ７０ｂと、図１１（Ｂ）に示すように視差方向に屈折力を有するレンチキュラレンズ７０ａとを組み合わせて、ガラスロッド６３の前段に配置する。
【００６０】
画像照明用光学系５０は、このようにガラスロッド６３の前段に配置されるレンズとして一対のレンチキュラレンズ７０ａ，７０ｂを用いることにより、非視差方向の光強度の均一化と、視差方向の光強度の均一化との両方を行うことが可能となる。画像照明用光学系５０は、上記第１の実施の形態で説明したような仮想点光源による干渉縞が目立ち難いという利点がある。画像照明用光学系５０においては、一対のレンチキュラレンズ７０ａ，７０ｂを用いて、非視差方向の光強度の均一化と、視差方向の光強度の均一化との両方を行うようにしても、干渉縞は殆ど発生せず、モアレパターンの発生を回避することが可能である。
【００６１】
なお、画像照明用光学系５０は、一対のレンチキュラレンズ７０ａ，７０ｂの屈折力が、光学系によって決まる最適な値となるようにそれぞれ独立に設定することが好ましい。画像照明用光学系５０は、レンチキュラレンズ７０ａの屈折力（視差方向の屈折力、すなわち要素ホログラムの短軸方向の屈折力）と、レンチキュラレンズ７０ｂの屈折力（非視差方向の屈折力、すなわち要素ホログラムの長軸方向の屈折力）とを異なるものとして、それぞれの屈折力を光学系によって決まる最適な値とする。
【００６２】
以上のような画像照明用光学系５０に第２の実施の形態を適用したプリンタ装置の物体光用光学系の具体的な例を図１２に示す。なお、図１２（Ａ）は、物体光用光学系を上から、すなわち視差方向（要素ホログラムの短軸方向）から見た図であり、図１２（Ｂ）は、物体光用光学系を横から、すなわち非視差方向（要素ホログラムの長軸方向）から見た図である。また、図１２では、光学系のパラメータの具体的な数値例も図示している。
【００６３】
このような物体光用光学系では、図１２（Ａ）に示すように、レーザ光がレンチキュラレンズ７０ｂ内を通過することによって、上述したように光束が非視差方向に広がり角を持つこととなる。物体光用光学系においては、レーザ光がレンチキュラレンズ７０ｂを通過することより生じる非視差方向の広がり角が視差方向の広がり角に比べて自由度が大きく、かなり大きな広がり角を持たせてもよい。実際に本発明者が実験を行ったところ、非視差方向に関しては、レンチキュラレンズ７０ｂによる広がり角を２０°以上とした方が、全体として均一性が向上するという結果が得られた。
【００６４】
そこで、物体光用光学系においては、例えばレンチキュラレンズ７０ｂとして、レンズピッチが２００μｍで、広がり角が４０°のものを用いる。物体光用光学系においては、これにより非視差方向について光強度の均一化が達成され、画質に優れたホログラフィックステレオグラムを作成することを可能とする。
【００６５】
また、物体光用光学系においては、図１２（Ｂ）に示すように、レーザ光がレンチキュラレンズ７０ａを通過することによって、光束は視差方向にも広がり角を持つこととなる。物体光用光学系においては、レーザ光がレンチキュラレンズ７０ａを通過することよって生じる視差方向の広がり角が、ホログラム記録媒体３０に形成する要素ホログラムの幅と、この光学系のパラメータとにより決めることができる。
【００６６】
物体光用光学系は、例えばホログラム記録媒体３０に形成する要素ホログラムの幅を０．２ｍｍにすると、投影レンズ４４の焦点距離ｆが８０ｍｍ、シリンドリカルレンズ４５の焦点距離ｆが８．４ｍｍとして、スリット体４３のスリット幅を０．２×８０／８．４≒１．９０５ｍｍとする必要がある。また、物体光用光学系は、投影レンズ４２の焦点距離ｆが８０ｍｍであると、スリット体４３のスリット部分に光を均一に拡散させるためには、表示装置４１に入射する照明光が、ｔａｎ−１（１．９０５／８０）≒１．３６４°の広がり角を持つ必要がある。ここで、ガラスロッド６３の端面６４の表示装置４１への投影倍率Ａ＝１０である。したがって、レンチキュラレンズ７０ａによる視差方向の広がり角は、理論的には約１３．６４°とすることが好ましいこととなる。
【００６７】
物体光用光学系は、上述した算出される理論値よりもレンチキュラレンズ７０ａによる視差方向の広がり角が大きすぎると、スリット体４３でけられる光が増えて光利用効率が悪くなる。物体光用光学系は、逆に理論値よりも広がり角が小さすぎると、要素ホログラムの形成部分に均一に光が当たらないようになってホログラフィックステレオグラムの画質を低下させる。したがって、物体光用光学系は、レンチキュラレンズ７０ａとして、視差方向の広がり角が出来るだけ上記理論値に近いものを用いた方が好ましい。
【００６８】
しかしながら、実際には収差の影響等もあるので、厳密に理論値通りである必要はない。実際に本発明者が、上記条件において、レンチキュラレンズ７０ａとして、レンズピッチが２００μｍ、焦点距離が約１ｍｍのものを使用して、ホログラフィックステレオグラムを作成したところ、十分な光利用効率と、十分な画質とを両立できることが確認できた。
【００６９】
なお、上記の例では、ガラスロッド６３の前段に一対のレンチキュラレンズ７０ａ，７０ｂを配置したが、これらのレンチキュラレンズ７０ａ，７０ｂに代えて、フライアイレンズをガラスロッド６３の前段に配置するようにしてもよい。すなわち、物体光用光学系は、フライアイレンズとガラスロッド６３とを組み合わせてライトインテグレータを構成するようにしてもよい。
【００７０】
物体光用光学系は、フライアイレンズとガラスロッド６３とを組み合わせてライトインテグレータを構成した場合に、一対のレンチキュラレンズ７０ａ，７０ｂを用いた場合と同様に非視差方向の光強度の均一化と、視差方向の光強度の均一化との両方を行うことが可能となる。ただし、物体光用光学系には、フライアイレンズとガラスロッド６３とを組み合わせてライトインテグレータを構成する場合に、所定の屈折力特性を有するフライアイレンズが選択される。物体光用光学系は、フライアイレンズが、要素ホログラムの長軸方向における屈折力と、要素ホログラムの短軸方向における屈折力とを異なるものとして、それぞれの方向における屈折力を、光学系によって決まる最適な値とすることが好ましい。
【００７１】
なお、物体光用光学系においては、レンチキュラレンズ７０とガラスロッド６３を組み合わせてライトインテグレータを構成する場合や、フライアイレンズとガラスロッド６３を組み合わせてライトインテグレータを構成する場合でも、ガラスロッド６３の後段に偏光板を配置した方が好ましい。物体光用光学系においては、ガラスロッド６３の後段に偏光板を配置することにより、ガラスロッド６３の内部での多重反射による偏光面の回転を補正して、光束の偏光面を揃えることができる。
【００７２】
上述した物体光用光学系を構成する画像照明用光学系５０及び画像投影用光学系５１は、本発明において特徴的な光学系である。物体光用光学系は、このような画像照明用光学系５０及び画像投影用光学系５１を通過することにより光強度の面内分布が均一化されたレーザ光をホログラム記録媒体３０に導光して要素ホログラムをホログラム記録面に露光する。このホログラム記録媒体３０の露光について、再び図３を用いて説明する。
【００７３】
反射型のホログラフィックステレオグラムを作成するプリンタ装置においては、ホログラム記録媒体３０の直前に一次元拡散板を配するのが一般的であり、本例でもホログラム記録媒体３０の直前に一次元拡散板４６が配置されている。この一次元拡散板４６は、集光された物体光Ｌ４を短冊状の要素ホログラムの長手方向に一次元的に拡散することにより、垂直方向（縦方向）の視野角を確保するためのものである。
【００７４】
この一次元拡散板４６は、固定状態とすることも可能であるが、ホログラム記録面上に定位するノイズを解消するために、ホログラム記録媒体３０に対して各要素ホログラムの露光毎に移動させるようにしてもよい。プリンタ装置３においては、一次元拡散板４６を移動させる場合に、ホログラフィックステレオグラムの視差方向に生じるスジを解消するために短冊状の要素ホログラムの長軸方向に移動させるのが好ましい。
【００７５】
表示装置４１は、例えば液晶パネルからなる透過型の画像表示装置であり、制御用コンピュータ２によって制御され、制御用コンピュータ２から送られた画像データＤ５に基づく画像を表示する。なお、実際に本発明者がホログラフィックステレオグラムを作成する際には、この表示装置４１として、画素数４８０×１０６８、大きさ１６．８ｍｍ×２９．９ｍｍの白黒液晶パネルを用いた。
【００７６】
プリンタ装置３は、表示装置４１に表示された画像を画像投影用光学系５１によりホログラム記録媒体３０のホログラム記録面上に投影する。プリンタ装置３は、この投影光（すなわち物体光Ｌ４）と参照光Ｌ３とを同時にホログラム記録媒体３０に照射することで、これらレーザ光の干渉縞が短冊状の要素ホログラムとして、ホログラム記録媒体３０に記録されるようにする。
【００７７】
プリンタ装置３は、ホログラム記録媒体３０に対して上述した短冊状の要素ホログラムの記録を、視差画像列データＤ３を構成する各画像について順次行う。プリンタ装置３は、視差画像列データＤ３を構成する各画像に対応した各要素ホログラムが視差方向に並ぶように、１要素ホログラムの露光完了毎にホログラム記録媒体３０を記録媒体送り機構により１要素ホログラム分ずつ移動させていく。プリンタ装置３は、これにより、ホログラム記録媒体３０に要素ホログラムを順次形成されてなるホログラフィックステレオグラムを作成する。
【００７８】
以上、本発明を適用した具体的な実施の形態について説明してきたが、本発明は以上の例に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。
【００７９】
例えば、上述した作成システムにおいては、水平方向の視差のみを持つホログラフィックステレオグラム、すなわち短冊状の要素ホログラムを持つホログラフィックステレオグラムの作成システムについて説明した。本発明は、矩形又は円形のドット状の要素ホログラムを持ち、縦横両方の視差を持つホログラフィックステレオグラムの作成システムについても適用することができる。
【００８０】
また、上述した作成システムにおいては、反射型ホログラフィックステレオグラムを例に説明したが、透過型ホログラフィックステレオグラムやエッジリット型ホログラフィックステレオグラムに対しても、同様に本発明を適用することができる。
【００８１】
また、上述した作成システムにおいては、ガラスロッド６３に対してレーザ光を集光して入射させるためのレンズ体（レンズ６２、レンチキュラレンズ７０、レンチキュラレンズ７０ａ，７０ｂ）を光路上に固定しておくものとして説明した。本発明は、これらレンズ体について一次元拡散板４６と同様に、ホログラム記録媒体３０に対して要素ホログラムを記録するごとに移動させるようにしてもよい。作成システムは、かかる構成を採用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したときに無限遠に定位するノイズを低減させることができる。
【００８２】
また、上述した作成システムにおいては、ライトインテグレータとして、ガラスロッド６３を用いた例を挙げたが、他のライトインテグレータを用いても、同様の効果が得られることは明らかである。他のライトインテグレータとしては、例えば、フライアイレンズを用いたライトインテグレータが挙げられる。
【００８３】
フライアイレンズを用いたライトインテグレータは、例えば半導体露光装置であるステッパーなどの光強度均一化などによく用いられているものであり、図１３に示すように光軸上に対向して配置された一対のフライアイレンズ８１、８２を有する。かかるフライアイ型ライトインテグレータにおいては、入射ビーム８０を、先ずフライアイレンズ８１に入射させ、その後、そのフライアイレンズ８１の像を別のフライアイレンズ８２で結像する。
【００８４】
フライアイ型ライトインテグレータにおいては、フライアイレンズ８１とフライアイレンズ８２との定数を変えておくことで、図１３に示すようにフライアイレンズ８１の複数のレンズの像を被照明物体８３の上に重ねて投影させることができる。フライアイ型ライトインテグレータにおいては、このようにビームを重ね合わせることで、入射ビーム８０の不均一性を解消して光強度の均一化が行えるようにする。
【００８５】
また、上述した作成システムにおいては、１つのレーザ光を用いて単色のホログラフィックステレオグラムを作成する場合について説明を行ったが、３原色のレーザ光を用いてカラーのホログラフィックステレオグラムを作成する場合にも、同様に本発明を適用できる。本発明を適用した場合、光利用効率を高めることができるので、小型のレーザを３本使って現実的なカラーホログラムプリンタを作成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】ホログラフィックステレオグラム作成システムの一構成例を示す図である。
【図２】ホログラフィックステレオグラムプリンタ装置の光学系の一例を示す図である。
【図３】画像投影用光学系の一例を示す図である。
【図４】画像照明用光学系の一例を示す図である。
【図５】ガラスロッド内での多重反射の様子を示す図である。
【図６】多重スリットによる干渉縞発生の原理を示す図である。
【図７】ガラスロッド、並びにガラスロッド内での多重反射によって生じる仮想点光源を示す図である。
【図８】画像照明用光学系及び画像投影用光学系の一例を示す図である。
【図９】非視差方向のみ光強度の均一化を行うことでモアレパターンの発生を回避する場合の画像照明用光学系の一例を示す図である。
【図１０】ガラスロッドの前段に配置されるレンズとしてレンチキュラレンズを用いた画像照明用光学系の一例を示す図である。
【図１１】ガラスロッドの前段に配置されるレンズとして一対のレンチキュラレンズを用いた画像照明用光学系の一例を示す図である。
【図１２】ガラスロッドの前段に配置されるレンズとして一対のレンチキュラレンズを用いた物体光用光学系の具体例を示す図である。
【図１３】フライアイ型ライトインテグレータの構成を示す図である。
【図１４】ホログラフィックステレオグラムの作成方法を示す模式図である。
【符号の説明】
【００８７】
１  データ処理部、２  制御用コンピュータ、３  ホログラフィックステレオグラムプリンタ装置（プリンタ装置）、３０  ホログラム記録媒体、３１  レーザ光源、３２  シャッタ、３３  ハーフミラー、３４  シリンドリカルレンズ、３５  コリメータレンズ、３６  全反射ミラー、４１  表示装置、  ４２  投影レンズ、４３  スリット体、４４  投影レンズ、４５  シリンドリカルレンズ、４６  一次元拡散板、５０  画像照明用光学系、５１  画像投影用光学系、６２  集光レンズ、６３  ガラスロッド（ロッド型ライトインテグレータ）、６４  出射面、６５  レンズ、６６  レンズ、６７  偏向板、７０  レンチキュラレンズ、８１  フライアイレンズ
【図１】
2008287272.tif 000003
【図２】
2008287272.tif 000004
【図３】
2008287272.tif 000005
【図４】
2008287272.tif 000006
【図５】
2008287272.tif 000007
【図６】
2008287272.tif 000008
【図７】
2008287272.tif 000009
【図８】
2008287272.tif 000010
【図９】
2008287272.tif 000011
【図１０】
2008287272.tif 000012
【図１１】
2008287272.tif 000013
【図１２】
2008287272.tif 000014
【図１３】
2008287272.tif 000015
【図１４】
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