(57)【要約】【課題】同時に複数方向からの参照光を照射してホログラムを記録するホログラム記録装置を提供する。【解決手段】入射面を有し、当該入射面に入射した参照光を、複数の方向からホログラム記録媒体４０に入射する参照光に変換して、ホログラム記録媒体４０上に一括して照射する光学素子５０と、入射角度の異なる複数の隣り合う参照光に対応するよう同一の視差画像を複数並べた物体光をホログラム記録媒体４０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
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射面を有し、当該入射面に入射した参照光を、複数の方向から記録媒体に入射する参照光に変換して、前記記録媒体上に一括して照射する参照光照射手段と、
入射角度の異なる複数の隣り合う参照光に対応するよう同一の視差画像を複数並べた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。
【請求項２】
前記参照光照射手段は、入射面に入射した参照光を、複数の方向から前記記録媒体に入射する参照光に変換する光学素子を備え、前記記録媒体への前記参照光の入射方向を周期的に変化させ、
前記参照光は、前記記録媒体において前記物体光が照射される領域全体に照射され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。
【請求項３】
前記同一の視差画像の幅の合計が憧径以下であ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。
【請求項４】
前記参照光照射手段は、異なる二方向において、前記記録媒体への前記参照光の入射方向を変化させることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載のホログラム記録装置。
【請求項５】
前記参照光照射手段は、前記異なる二方向においてそれぞれ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４に記載のホログラム記録装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ホログラム記録装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−３５０３９５号公報
【特許文献２】特開２００２−１２３１５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、同時に複数方向からの参照光を照射してホログラムを記録するホログラム記録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】
【０００９】
請求項１に記載のホログラム記録装置は、入射面を有し、当該入射面に入射した参照光を、複数の方向から記録媒体に入射する参照光に変換して、前記記録媒体上に一括して照射する参照光照射手段と、入射角度の異なる複数の隣り合う参照光に対応するよう同一の視差画像を複数並べた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。
【００１０】
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、前記参照光照射手段は、入射面に入射した参照光を、複数の方向から前記記録媒体に入射する参照光に変換する光学素子を備え、前記記録媒体への前記参照光の入射方向を周期的に変化させ、前記参照光は、前記記録媒体において前記物体光が照射される領域全体に照射されることを特徴とする。
【００１１】
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、前記同一の視差画像の幅の合計が憧径以下であることを特徴とする。
【００１２】
請求項４に記載のホログラム記録装置は、請求項１から３のいずれか１項に記載にホログラム記録装置において、前記参照光照射手段は、異なる二方向において、前記記録媒体への前記参照光の入射方向を変化させることを特徴とする。
【００１３】
請求項５に記載のホログラム記録装置は、請求項４に記載のホログラム記録装置において、前記参照光照射手段は、前記異なる二方向においてそれぞれ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。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１に記載のホログラム記録装置によれば、同時に複数方向からの参照光を照射してホログラムが作成される。
【００１５】
請求項２に記載のホログラム記録装置によれば、物体光が有する情報を逃さずにホログラムが作成される。
【００１６】
請求項３に記載のホログラム記録装置によれば、本構成を有しない場合に比べて、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。
【００１７】
請求項４に記載のホログラム記録装置によれば、本構成を有しない場合に比べて、再生像の強度むらが抑制される。
【００１８】
請求項５に記載のホログラム記録装置によれば、本構成を有しない場合に比べて、異なる二方向において、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。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】第２の実施形態に係るホログラム記録装置の構成の概要を示す上面図である。
【図４】第３の実施形態に係るホログラム記録装置において用いられる光学素子アレイの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
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］
【００２１】
第１の実施形態では、図１（Ａ）に示す画像をホログラムとして記録するものとする。第１の実施形態では、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。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。なお、本明細書では、視差画像が並ぶ方向を「視差方向」と記載するものとする。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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、光学素子５０を備える。光学素子５０は、参照光照射手段の一例である。光学素子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。
【００２６】
光学素子５０は、参照光の入射位置に応じて、光学素子５０の出射面から出射される参照光の出射角度を変更し、ホログラム記録媒体４０に照射する。具体的には、光学素子５０は、入射した参照光を、光軸がそれぞれ異なる複数の光束からなる参照光に変換して、ホログラム記録媒体４０に照射する。これにより、ホログラム記録媒体４０には、複数の方向から一括して参照光が照射される。
【００２７】
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、複数の方向からホログラム記録媒体４０へ照射さ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、参照光の入射方向別に一括してホログラム記録媒体４０上に記録される。
【００２８】
図２（Ｂ）は、図１（Ｂ）に示した視差画像列に含まれる視差画像［３］の要素ホログラムをホログラム記録媒体４０に記録する概要を表した斜視図である。図２（Ｂ）に示すように、光学素子５０に入射した参照光は、光学素子によってａ方向、ｂ方向、及びｃ方向からホログラム記録媒体４０に一括して照射される参照光に変換される。そして、視差画像［３］は、参照光の入射方向別に一括してホログラム記録媒体４０上に記録される。具体的には、図３（Ｂ）に示すように、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］（要素ホログラム３ａと記載する）、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］（要素ホログラム３ｂと記載する）、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］（要素ホログラム３ｃ）が一括してホログラム記録媒体４０上に記録される。３ａ、３ｂ、３ｃは同一の視差画像を保持している。
【００２９】
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。また、複数の方向から一括して参照光を照射できないため、各方向から入射する参照光に対して、要素ホログラムを１枚ずつ記録しなければならない。
【００３０】
一方、実施形態に係るホログラム記録装置では、光学素子５０が、光学素子５０に入射した参照光を、視差方向に対して複数の方向から前記記録媒体に入射する参照光に変換して、ホログラム記録媒体４０に照射する。したがって、同時に複数方向からの参照光を照射してホログラムが作成される。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上に記録されるため、ホログラムに、各視差画像を記録した参照光のいずれかと同様の照明光が当たれば、立体像が再生される。例えば、図２に示すようにしてホログラムを作成した場合、ホログラムにａ方向、ｂ方向、及びｃ方向の少なくとも１つの方向から照射した参照光と同様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。
【００３１】
また、参照光が複数の方向から一括してホログラム記録媒体に照射されるので、参照光の入射方向別の視差画像が一括してホログラム記録媒体上に記録される。具体的には、例えば、視差画像［３］の要素ホログラム３ａ〜３ｃが、一括してホログラム記録媒体４０上に記録される。これにより、ホログラムの作成時間が短縮される。
【００３２】
したがって、第１の実施形態によれば、ホログラムの作成時間が短縮されるとともに、ホログラムを再生するときの照明光の条件を緩和するホログラムが作成される。
【００３３】
なお、上述の実施形態において、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。具体的には、要素ホログラム３ａ〜３ｃの幅の合計が、憧径以下であるとよい。つまり、１つの入射方向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要素画像の幅は瞳径の３分の１（約１ｍｍ）以下であるとよい。参照光の入射方向別に記録された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。なお、同一の視差画像の幅の合計を瞳径以下（約３ｍｍ以下）にするには、光学素子５０の視差方向の幅を瞳径以下にすればよい。
【００３４】
なお、図２（Ａ）に示される光学素子５０の代わりに、図２（Ｃ）に示すように、空間光変調器５２及びシリンドリカルレンズ５１を組み合わせて、参照光照射手段としてもよい。図２（Ｃ）において、不図示のレーザ光源から発振されたレーザ光は参照光として、空間光変調器５２に入射する。空間光変調器５２は、複数の開口から参照光を透過させる。空間光変調器５２を透過したレーザ光は、シリンドリカルレンズ５１にそれぞれ異なる位置から入射する。シリンドリカルレンズ５１から出射される出射光の出射角度は、入射光がシリンドリカルレンズ５１へ入射する位置によって異なる。したがって、図２（Ｃ）のように、空間光変調器５２が開口位置を調整し、レーザ光のシリンドリカルレンズ５１への入射位置を変更することによって、ホログラム記録媒体４０に複数の方向から参照光が照射される。
［第２の実施形態］
【００３５】
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、光学素子５０を視差方向に並列した光学素子アレイ７０を参照光照射手段として用いる。
【００３６】
図３は、第２の実施形態に係るホログラム記録装置の構成の概要を示す上面図である。第２の実施形態では、照明光を物体に照射し、物体により反射された反射光を物体光としてホログラム記録媒体４０に記録する。
【００３７】
第２の実施形態では、照明光が物体２００に照射される。物体２００によって反射された光は、レンズ８０を経て、ホログラム記録媒体４０上に照射される。なお、物体２００の代わりに、ホログラフィックステレオグラムのマスターホログラムを用いてもよい。
【００３８】
一方、ホログラム記録媒体４０を挟んで物体光と対向する側には、参照光照射手段として機能する光学素子アレイ７０が配置されている。光学素子アレイ７０は、光学素子５０を視差方向に並列して構成されている。光学素子アレイ７０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。
【００３９】
光学素子アレイ７０を構成する光学素子５０は、第１の実施形態で述べたように、入射した参照光を、光軸がそれぞれ異なる複数の光束からなる参照光に変換して、ホログラム記録媒体４０に照射する。光学素子アレイ７０は、光学素子５０が視差方向に並列されて構成されているため、光学素子アレイ７０を経た参照光のホログラム記録媒体４０への入射方向は周期的に変化する。つまり、光学素子アレイ７０は、ホログラム記録媒体４０への入射方向が周期的に変化する参照光を一括して記録媒体に照射する。
【００４０】
レンズ８０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、複数の方向からホログラム記録媒体４０へ一括して照射される参照光と干渉し、干渉縞がホログラム記録媒体４０に記録される。
【００４１】
図３（Ｂ）は、光学素子アレイ７０を用いてホログラムをホログラム記録媒体４０に記録する概要を表した斜視図である。図３（Ｂ）に示すように、光学素子アレイ７０に入射した参照光は、周期的にホログラム記録媒体への入射方向を変化させながら一括してホログラム記録媒体４０に照射される参照光に変換される。そして、複数の方向から照射される参照光と物体光が干渉して、複数の視差画像が一括してホログラム記録媒体４０上に記録される。図３（Ａ）及び（Ｂ）では、物体２００に反射された物体光によってホログラム記録媒体４０上に記録される画像を、視差画像［１］〜［４］とし、参照光の入射方向別に記録された視差画像［１］〜［４］を、要素ホログラム１ａ〜４ｃとしている。第２の実施形態では、要素ホログラム１ａ〜４ｃが一括してホログラム記録媒体上に記録される。
【００４２】
第２の実施形態によれば、視差画像［１］〜［４］が一括してホログラム記録媒体４０に記録されるとともに、各視差画像は、入射方向の異なる参照光を用いて記録される。これにより、物体光が有する情報を逃さずにホログラムが作成される。また、ホログラムの作成時間がさらに短縮されるとともに、ホログラムを再生するときの照明光の条件を緩和するホログラムが作成される。
［第３の実施形態］
【００４３】
次に、第３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３の実施形態では、参照光照射手段として、複数の光学素子５０を、視差方向と垂直な方向に位置をずらして配列した光学素子アレイ７０´を用いる。
【００４４】
図４（Ａ）は、第３の実施形態において用いられる光学素子アレイ７０´の一例である。参照光照射手段として機能する光学素子アレイ７０´は、図４（Ａ）に示すように、光学素子５０の垂直方向の幅を変え、光学素子５０を視差方向と垂直な方向に位置をずらして配列した構成を有する。光学素子５０を視差方向と垂直な方向に位置をずらして配列することによって、参照光のホログラム記録媒体４０への入射方向が、視差方向と垂直な方向にも周期的に変化する。
【００４５】
図４（Ｂ）は、図４（Ａ）に示す光学素子アレイ７０´を用いてホログラムを記録した場合に、ホログラム記録媒体上に記録される画像の一例を表している。図４（Ｂ）に示すように、視差方向及び視差方向と垂直な方向において入射方向が周期的に変化する参照光を用いて視差画像がホログラム記録媒体４０上に記録される。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。そのため、再生像の強度むらが抑制される。なお、図４（Ｂ）において、“３ａ”とは、ａ方向から入射した参照光によってホログラム記録媒体４０上に記録された視差画像［３］を表し、“３ｂ”とは、ｂ方向から入射した参照光によってホログラム記録媒体４０上に記録された視差画像［３］を表す。さらに、“３ｃ”とは、ｃ方向から入射した参照光によってホログラム記録媒体４０上に記録された視差画像［３］を表す。
【００４６】
なお、第３の実施形態において、１周期の幅は瞳径以下であることが望ましい。すなわち、視差方向及び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は憧径（約３ｍｍ）以下であることが望ましい。これは、光学素子アレイ７０´を構成する光学素子５０において、視差方向と垂直な方向の幅を調整することにより実現される。具体的には、各光学素子５０において、視差方向と垂直な方向の幅を、（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、３方向であれば、[憧径（約３ｍｍ）／３]から求められる約１ｍｍを、光学素子５０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。
【００４７】
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。実施形態１は１ステップ方式、実施形態２は２ステップ方式への適用が望ましい。
【００４８】
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。
【符号の説明】
【００４９】
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…光学素子
５１…シリンドリカルレンズ
５２…空間光変調器
７０…光学素子アレイ
７０´…光学素子アレイ
【図１】
2012150375.tif 000003
【図２】
2012150375.tif 000004
【図３】
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【図４】
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