CN106557005B - 图像记录装置 - Google Patents

Abstract

图像记录装置。一种图像记录装置包括：激光束源，其发射激光束；分离单元，其将从所述激光束源发射的所述激光束分成两个激光束；显示装置，其在被划分为多个区段的显示区域上显示图像；显示控制器，其控制所述显示装置的显示，使得用于形成全息立体图的多个图像被显示在所述显示区域的所述区段上，并且使得由所述分离单元分离的所述激光束中的一个通过在所述显示装置上显示的所述多个图像来调制，以变为多个物体光束；光学系统，其使所述多个物体光束以所述物体光束一个叠加在另一个上的方式在全息图记录介质上成像；以及照射单元，除了所述多个物体光束以外，其还利用由所述分离单元分离的另一激光束作为参考光束来照射所述全息图记录介质。

Description

图像记录装置

技术领域

本发明涉及一种图像记录装置。

背景技术

日本未审查专利申请第2004-333880号公报公开了以下全息立体图形成装置。所述全息立体图形成装置包括：激光束源，其发射激光束；光分离单元，其将从所述激光束源发射的每个激光束分成参考光束和物体光束(object beam)；参考光束照射单元，其利用由光分离单元分离的参考光束照射全息图记录介质；空间光调制器，其显示图像并且调制由光分离单元分离的物体光束；线性扩散板，其沿线性方向扩散由空间光调制器调制的物体光束；以及物体投影光学系统，其设置在空间光调制器与线性扩散板之间。物体投影光学系统沿线性扩散板的线性方向在线性扩散板上由空间光调制器调制的物体光束形成与在空间光调制器上显示的图像相同的图像。物体透射光学系统还沿与线性方向基本垂直的方向将物体光束会聚在全息图记录介质上。

日本未审查专利申请第2009-116007号公报公开了用于记录全息立体图的以下图像记录方法。当条状要素(component)全息图将被曝光时，使用设置在全息图记录介质附近的光偏转器，以物体光束或参考光束沿纵向方向偏转的方式使全息图记录介质曝光，多次(至少两次)执行曝光，同时改变光偏转器的偏转角度，使得要素全息图沿纵向方向具有多种类型的视差。

日本未审查专利申请第2001-350395号公报公开了将三维图像信息曝光在全息图记录介质上的全息立体图曝光装置。全息立体图曝光装置包括物体光束光学系统，所述物体光束光学系统叠加并且投影已经透射通过在沿视差方向划分的区段中显示的多个图像的光束，会聚所述光束，并且然后将与多个区段对应的多个图像投影到全息图记录介质上。

发明内容

本发明旨在提供一种图像记录装置，所述图像记录装置以要素全息图在全息图记录介质的相同区域上一个叠加在另一个上的方式记录多个要素全息图，以形成全息立体图。

根据本发明的第一方面，一种图像记录装置包括：激光束源，所述激光束源发射激光束；分离单元，所述分离单元将从所述激光束源发射的所述激光束分成两个激光束；显示装置，所述显示装置在被划分为多个区段的显示区域上显示图像；显示控制器，所述显示控制器控制所述显示装置的显示，使得用于形成全息立体图的多个图像被显示在所述显示区域的区段上，并且使得由所述分离单元分离的所述激光束中的一个激光束通过在所述显示装置上显示的所述多个图像被调制，以变为物体光束；光学系统，所述光学系统使所述物体光束以所述物体光束一个叠加在另一个上的方式在全息图记录介质上成像；以及照射单元，除了所述物体光束以外，所述照射单元利用由所述分离单元分离的另一激光束作为参考光束来照射所述全息图记录介质。

根据本发明的第二方面，所述多个物体光束的光轴具有不同角度。

根据本发明的第三方面，所述多个图像是相同图像。

根据本发明的第四方面，所述多个图像具有水平视差信息或垂直视差信息。

根据本发明的第五方面，所述多个图像具有水平视差信息和垂直视差信息。

根据本发明的第六方面，所述光学系统沿所述全息立体图具有视差信息的方向会聚所述物体光束。

根据本发明的第七方面，所述光学系统包括透镜阵列和成像透镜，所述透镜阵列包括被设置为与所述显示装置的所述显示区域的所述区段对应的多个透镜，所述成像透镜使已经透射通过所述多个透镜的多个物体光束以所述物体光束一个叠加在另一个上的方式在所述全息记录介质上成像。

根据本发明的第八方面，所述多个透镜是凹透镜。

根据本发明的第九方面，所述显示控制器使所述显示装置以所述图像沿垂直方向布置的方式来显示具有垂直视差信息的多个图像，以形成具有水平视差信息的全息立体图。

根据本发明的第十方面，所述光学系统包括透镜阵列和柱面透镜，所述透镜阵列包括沿垂直方向布置的多个柱面透镜，所述柱面透镜使已经透射通过所述多个柱面透镜的多个物体光束以所述物体光束一个叠加在另一个上的方式在所述全息图记录介质上成像。

根据本发明的第十一方面，所述显示控制器使所述显示装置以所述图像沿水平方向和垂直方向布置的方式来显示具有水平视差信息和垂直视差信息的多个图像，以形成具有水平视差信息和垂直视差信息的全息立体图。

根据本发明的第十二方面，所述光学系统包括透镜阵列和凸透镜，所述透镜阵列包括沿水平方向和垂直方向布置的多个凸透镜，所述凸透镜使已经透射通过所述多个凸透镜的多个物体光束以所述物体光束一个叠加在另一个上的方式在所述全息图记录介质上成像。

根据本发明的第一方面，当将形成全息立体图时，多个要素全息图以在全息图记录介质的相同区域上一个叠加在另一个上的方式被一次记录。

根据本发明的第二方面，从每个要素全息图记录不同角度信息。

根据本发明的第三方面，与显示单个图像的情况相比，视角沿布置多个图像的方向被扩展。

根据本发明的第四方面，向每个图像提供水平视差或垂直视差。

根据本发明的第五方面，向每个图像提供水平视差和垂直视差。

根据本发明的第六方面，沿全息立体图具有视差信息的方向会聚物体光束。

根据本发明的第七方面，与多个图像对应的多个物体光束在一个叠加在另一个上的同时被成像。

根据本发明的第八方面，与多个透镜是凸透镜的情况相比，进一步减小了光学系统的尺寸。

根据本发明的第九方面，当将形成具有水平视差信息的全息立体图时，还向每个图像提供垂直视差。

根据本发明的第十方面，在该方面中使用的柱面透镜容易排列。

根据本发明的第十一方面，形成具有水平视差信息和垂直视差信息的全息立体图的速度高于在顺序地记录点线(dotted)要素全息图的现有装置的情况下的速度。

根据本发明的第十二方面，与沿水平方向和垂直方向布置的多个图像对应的多个物体光束一个叠加在另一个上。

附图说明

将基于以下附图来详细地描述本发明的示例性实施方式，在附图中：

图1是原始图像的示例的示意图；

图2是示出全息立体图的原理的示意图；

图3是根据第一示例性实施方式的图像记录装置的结构的示例的结构图；

图4是图像记录装置的电气结构的示例的框图；

图5是根据第一示例性实施方式的光学系统的成像功能的示意图；

图6A至图6C是根据第一示例性实施方式的在显示装置上显示的多个图像的示例的示意图；

图7A至图7C是根据第二示例性实施方式的在显示装置上显示的多个图像的示例的示意图；

图8是根据第三示例性实施方式的图像记录装置的结构的示例的结构图；

图9是根据第四示例性实施方式的图像记录装置的结构的示例的结构图；

图10是根据第四示例性实施方式的光学系统的修改示例的结构图；

图11是根据第五示例性实施方式的图像记录装置的结构的示例的结构图；

图12是根据第六示例性实施方式的在显示装置上显示的多个图像的示例的示意图；

图13是根据第六示例性实施方式的图像记录装置的结构的示例的结构图；以及

图14是根据第五示例性实施方式的在显示装置上显示的多个图像的示例的示意图。

具体实施方式

现在参照附图，在下面详细地描述本发明的示例性实施方式。

全息立体图的原理

现在，首先描述全息立体图的原理。

显示三维图像的一种方式是全息立体图。全息立体图通过以下步骤形成：获取从彼此稍微偏移的不同视点拍摄的物体的二维图像作为原始图像；对所获取的多个原始图像进行重构，以生成显示在显示装置上的多个显示图像；并且将所生成的多个显示图像顺序地记录在一个全息图记录介质上作为多个要素全息图。在下面的描述中，原始图像和显示图像被共同称为“视差图像”。

图1是原始图像的示例的示意图。在这些示例中，将四角锥用作物体OB，并且从彼此稍微偏移的不同视点拍摄物体OB。从正面拍摄的物体OB的图像是原始图像F。沿水平方向从斜左侧拍摄的物体OB的图像是原始图像E，并且从原始图像E被拍摄的位置进一步向左旋转的位置拍摄的物体OB的图像是原始图像D。沿水平方向从斜右侧拍摄的物体OB的图像是原始图像G，并且从原始图像G被拍摄的位置进一步向右旋转的位置拍摄的物体OB的图像是原始图像H。

从正面斜上方拍摄的物体OB的图像是原始图像B，并且从正面斜下方拍摄的物体OB的图像是原始图像J。从斜左侧且斜上方拍摄的物体OB的图像是原始图像A，并且从斜左侧且斜下方拍摄的物体OB的图像是原始图像I。从斜右侧且斜上方拍摄的物体OB的图像是原始图像C，并且从斜右侧且斜下方拍摄的物体OB的图像是原始图像K。

图2是示出全息立体图的原理的示意图。例如，为了形成具有水平视差信息的全息立体图，如图2所示，从沿水平方向彼此稍微偏移的不同视点顺序地拍摄物体OB。这里，假设作为拍摄物体OB的结果，获取原始图像D、E、F、G和H。

随后，将这些原始图像D至H进行重构以生成显示图像1、2、3、4和5。在该示例中，将每个原始图像沿水平方向划分为五个区段，然后将通过按照该顺序从左侧布置原始图像D至H的第n个(n是1至5的整数)像素列获取的图像用作显示图像n。然后，将显示图像1至5顺序地记录在全息图记录介质上，作为条状要素全息图H1、H2、H3、H4和H5。

原始图像D至H的图像表面对应于由要素全息图H1至H5构成的全息图记录介质的表面。显示图像1至5的会聚角度对应于观察者观察全息图记录介质的观察角度。特别地，记录显示图像的每个像素列的角度依存信息。因此，通过再生要素全息图H1至H5，再生整个全息图(即，原始图像D至H)，从而使观察者识别物体OB的三维图像。

具有水平视差信息的全息立体图不具有垂直视差信息，并因此沿垂直方向具有窄视野。作为用于向具有水平视差信息的全息立体图提供垂直视差信息的现有方法，已经开发了以下方法：为了记录要素全息图，将设置在全息图记录介质前面的光偏转器设置为各种不同偏转角度，以使全息图记录介质曝光至以不同角度入射的多个物体光束。然而，曝光至多个物体光束要求很长时间来形成全息立体图。此外，由于仅全息图记录介质的正前方(immediate front)的角度被改变，因此投影在全息图记录介质上的要素全息图的尺寸被改变，并且要求用于校正尺寸改变的复杂图像处理。

根据示例性实施方式的图像记录装置将多个图像显示在显示装置的显示区域的各个区段上。多个图像可以是沿相同方向具有视差的图像，或者可以是沿不同方向具有视差的图像。已经透射过所显示的多个图像的多个物体光束在一个叠加在另一个上的同时通过光学系统在全息图记录介质上被成像。以此方式，当形成全息立体图时，在全息图记录介质的相同区域上以一个叠加在另一个上的方式一次记录多个要素全息图。此外，根据示例性实施方式的光学系统(在下文中也称作“叠加成像光学系统”)免除在叠加时所要求的复杂图像处理，以防止显示图像的尺寸根据光束被入射在全息图记录介质上的角度改变。下面描述图像记录装置的特定结构和显示图像。

第一示例性实施方式

图像记录装置

下面描述通过顺序地记录要素全息图来形成全息立体图的图像记录装置。图3是根据第一示例性实施方式的图像记录装置的结构的示例的结构图。在该示例性实施方式中，描述了形成具有水平视差信息的全息立体图的图像记录装置。图3是图像记录装置的俯视图。

如图3所示，图像记录装置包括激光束源10。激光束源10通过发射激光来发射相干激光束。在该示例性实施方式中，将发射532nm波长的激光束并且具有1W光输出的绿色固态激光器用作激光束源10的示例。

用于阻挡激光束的快门12以从光路可伸缩的方式设置在激光束源10的光发射侧。在快门12的光透射侧上，空间滤波器14、透镜16和镜子18沿光路从快门12开始以该顺序设置。空间滤波器14和透镜16使沿着快门12缩回的光路透射通过它们的光平行，并且使用平行光照射镜子18。镜子18将平行光的光路改变为朝向偏振光束分离器22。

在镜子18的光反射侧上，半波板20和偏振光束分离器22沿着光路从镜子18开始以该顺序设置。半波板20通过使输入光偏振的偏振方向旋转，来调整信号光束的强度和参考光束的强度之间的比率。已经透射通过半波板20的光入射到偏振光束分离器22。

偏振光束分离器22包括透射p偏振光束并且反射s偏振光束的反射面22a。偏振光束分离器22将激光束分离为两种类型的光，即，用于物体光束的光和用于参考光束的光。已经透射通过偏振光束分离器22的光变为用于物体光束的光(p偏振光束)，并且由偏振光束分离器22反射的光变为用于参考光束的光(s偏振光束)。

首先描述生成物体光束的光学系统。镜子24被设置在偏振光束分离器22的光透射侧。镜子24将透射光的光路改变为朝向全息图记录介质34。透射型显示装置26、透镜阵列28、透镜30、以及透镜32沿着光路从镜子24开始以该顺序设置在镜子24与全息图记录介质34之间。

显示装置26包括多个像素。显示装置26通过每像素调制入射光的幅值、相位、以及偏振方向中的至少一个，根据图像信息显示图像。优选可用作显示装置26的示例包括使用电信号驱动并控制每个像素的空间光调制器。在该示例性实施方式中，透射型液晶空间光调制器被用于在其显示区域上显示图像。在用于物体光束的光被显示装置26调制之后，生成用于全息图记录的物体光束。这里，只要由物体光束和参考光束构成的干涉条纹可记录在全息图记录介质上，就可以改变物体光束的偏振方向和参考光束的偏振方向。偏振方向的其它组合也是可以的。

在该示例性实施方式中，显示装置26的显示区域沿垂直方向被划分为多个区段以显示多个图像。在图3中所示的示例中，显示装置26的显示区域沿垂直方向被划分为三个区段。在显示区域的三个区段中的每个区段上显示一个图像，使得沿垂直方向并排布置的三个图像被显示在显示装置26的显示区域上。下面描述显示图像(见图6)。

这里，与图3的平面垂直的方向对应于“水平方向”，而与图3的平面平行的方向对应于“垂直方向”。条状要素全息图以它们的纵向方向对应于“垂直方向”并且它们的横向方向对应于“水平方向”的方式被记录。全息图记录介质34通过保持构件(未示出)来保持。每一次根据在显示装置26上一次显示的图像的显示完成一个要素全息图的记录之后，通过移动装置(未示出)沿水平方向移动全息图记录介质34。

透镜阵列28包括多个柱面凸透镜。多个柱面凸透镜中的每个被设置为使得其凸面面向显示装置26并且其纵向方向与水平方向一致。多个柱面凸透镜沿垂直方向并排布置，以与显示装置26的显示区域的各个区段对应。

透镜30是柱面透镜。透镜30被设置为使得其凸面面向透镜32并且其纵向方向与水平方向一致。透镜30用作成像透镜，所述成像透镜使已经透射通过透镜阵列28的物体光束以物体光束一个叠加在另一个上的方式在全息图记录介质34上成像。

透镜32也是柱面透镜。透镜32被设置为使得其凸面面向透镜30并且其纵向方向与垂直方向一致。透镜32用作会聚透镜，所述会聚透镜沿水平方向会聚已经透射通过透镜阵列28和透镜30的物体光束。在所附侧视图中示出了物体光束沿水平方向被会聚的状态。

图5是根据第一示例性实施方式的光学系统的成像功能的示意图。透镜30的焦距f1和透镜阵列28的每个柱面凸透镜的焦距f2被确定为使得当显示装置26位于透镜阵列28的每个柱面凸透镜的焦点处时，全息图记录介质34的表面用作成像面，在成像面上形成有在显示装置26上显示的图像。透镜32的焦距f3被确定为使得全息图记录介质34的表面用作会聚表面。

显示装置26在沿垂直方向被划分为多个区段的显示区域上显示多个图像。已经透射通过多个图像的多个物体光束透射通过透镜阵列28的相应柱面凸透镜。已经透射通过透镜阵列28的多个物体光束在沿垂直方向一个叠加在另一个上的同时，通过透镜30在全息图记录介质34上成像。特别地，成像后的多个物体光束的光轴沿垂直方向具有彼此不同的角度。已经透射过透镜30的多个物体光束通过透镜32沿水平方向会聚。将由此成像且会聚的物体光束施加到全息图记录介质34。

现在，描述生成参考光束的光学系统。镜子36被设置在偏振光束分离器22的光反射侧。镜子36将用于参考光束的光(在下文中，光被称作“参考光束”)的光路改变为朝向全息图记录介质34。狭缝(slit)38被设置在镜子36与全息图记录介质34之间。

狭缝38使参考光束成形为矩形，并且将成形的参考光束施加到全息图记录介质34。在该示例性实施方式中，将参考光束从与施加每个物体光束的一侧不同的一侧施加到全息图记录介质34。此外，以参考光束的光轴和每个物体光束的光轴在全息图记录介质34内彼此交叉的方式施加参考光束。

上述光学系统是一个示例，并且可以根据设计来省略或添加诸如透镜或镜子的组件。例如，可以在光路上设置使每个物体光束成形为矩形的狭缝或者沿水平方向和垂直方向中的至少一个方向扩散每个物体光束的扩散板。

随后，描述图像记录装置的电气结构。图4是图像记录装置的电气结构的示例的框图。图像记录装置包括控制整个装置的控制装置40。控制装置40由计算机形成并且包括中央处理单元(CPU)、存储各种程序的只读存储器(ROM)、在执行程序时用作工作区的随机存取存储器(RAM)、以及存储各种类型的信息的非易失性存储器。

激光束源10通过置于激光束源10与控制装置40之间的驱动装置42连接到控制装置40。驱动装置42响应于来自控制装置40的命令开启激光束源10。快门12也通过置于快门12与控制装置40之间的驱动装置44连接到控制装置40。驱动装置44响应于来自控制装置40的命令使快门12打开和关闭。

显示装置26也通过置于显示装置26与控制装置40之间的图案发生器46连接到控制装置40。图案发生器46根据从控制装置40提供的图像信息生成图案。显示装置26的多个像素根据该图案调制入射光，使得与图像信息对应的图像被显示。特别地，由控制装置40利用置于控制装置40与显示装置26之间的图案发生器46来控制显示装置26的显示。响应于来自控制装置40的命令，半波板20的旋转、移动装置(未示出)的驱动、以及其它组件的其它操作也通过驱动装置(未示出)来执行。

多个要素全息图的共同(Collective)记录

随后，描述全息图记录处理。

驱动装置42首先被驱动以使快门12从光路缩回，从而允许激光束穿过光路。从激光束源10发射激光束。同时，将图像信息从控制装置40提供给图案发生器46，并且在预定定时在显示装置26上显示多个图像。从而，对全息图记录介质34执行全息图记录处理。

这里，描述在显示装置26上显示的多个图像。

图6A至图6C是根据第一示例性实施方式的在显示装置26上显示的多个图像的示例的示意图。如图6A所示，从沿水平方向彼此稍微偏移的不同视点顺序地拍摄物体OB以获得三个原始图像E、F和G。随后，如图6B所示，重构三个原始图像E、F和G以生成显示图像1、2和3。按照与以上使用图2描述的方式相同的方式，通过将原始图像沿水平方向划分为三个区段并且以图像E、图像F和图像G的顺序从左侧开始布置图像E、F和G的第n个像素列获取的图像被限定为显示图像n。

例如，由EH1、EH2和EH3表示从原始图像E获取的像素列，由FH1、FH2和FH3表示从原始图像F获取的像素列，并且由GH1、GH2和GH3表示从原始图像G获取的像素列。像素列EH1、FH1和GH1布置在显示图像1中，像素列EH2、FH2和GH2布置在显示图像2中，并且像素列EH3、FH3和GH3布置在显示图像3中。

在第一示例性实施方式中，在显示装置26上显示的多个图像是相同显示图像。显示装置26的显示区域沿垂直方向被划分为多个区段并且在每个区段中显示相同显示图像。特别地，多个相同显示图像被显示为沿垂直方向布置。一次显示多个初始显示图像并且在全息图记录介质34上一次记录与多个显示图像对应的要素全息图。随后，移动全息图记录介质34，并且然后显示随后的多个显示图像，并且在全息图记录介质34上一次记录与多个显示图像对应的要素全息图。

如图6C所示，例如，显示区域沿垂直方向被划分为三个区段，并且三个显示图像1被显示并且被一次记录在全息图记录介质34上。随后，移动全息图记录介质34，并且三个显示图像2被显示并且被一次记录在全息图记录介质34上。然后，移动全息图记录介质34，三个显示图像3被显示并且被一次记录在全息图记录介质34上。以此方式，重复进行对全息图记录介质34的记录和移动。

在此返回到对全息图记录处理的描述。通过空间滤波器14和透镜16使从激光束源10发射的激光束平行，平行光束被镜子18反射，并且反射的光束入射在半波板20上。其偏振方向在半波板20处旋转的激光束入射在偏振光束分离器22上并且被分为用于物体光束的光束(p偏振光束)和用于参考光束的光束(s偏振光束)。

已经透射通过偏振光束分离器22的p偏振光束被镜子24反射并且根据图像信息由显示装置26调制以变为物体光束。在该示例性实施方式中，多个相同显示图像被显示在显示装置26上以沿垂直方向布置。已经透射通过多个显示图像的多个物体光束透射通过透镜阵列28的相应柱面凸透镜，在一个叠加在另一上的同时通过透镜30在全息图记录介质34上成像，沿水平方向通过透镜32被会聚，并且被施加到全息图记录介质34。

另一方面，由偏振光束分离器22反射的s偏振光束(参考光束)被镜子36反射，通过狭缝38成形为矩形，并且然后从与施加物体光束的一侧不同的一侧被施加到全息图记录介质34。

在该示例性实施方式中，多个相同显示图像被显示在显示装置26上以沿垂直方向布置。已经透射通过沿垂直方向布置的多个显示图像的光束变为多个物体光束，所述多个物体光束具有其角度根据显示图像的显示位置沿垂直方向改变的光轴。参考光束和与多个显示图像对应的多个物体光束被同时施加到全息图记录介质34，使得使用多个物体光束与参考光束之间的干涉一次记录与多个图像对应的要素全息图。

在全息图记录介质34的相同区域上以一个叠加在另一个上的方式记录与多个图像对应的要素全息图。以从全息图记录介质34扩展的方式再生与已被叠加记录的多个图像对应的要素全息图。因此，当形成具有水平视差信息的全息立体图时，扩大了沿垂直方向的视野。

此外，作为使用参考光束从与使用物体光束照射全息图记录介质34的一侧不同的一侧照射全息图记录介质34的结果，记录反射全息图。在该示例性实施方式中，将以一个叠加在另一个上的方式记录的多个要素全息图呈条状。通过沿水平方向移动全息图记录介质34并且将在显示装置26上显示的图像从一个切换到另一个，将以一个叠加在另一个上的方式记录的条状要素全息图被顺序地记录在全息图记录介质34上以沿水平方向布置。因此，当包括与用于记录的激光束的波长相同的波长的分量的光束从与参考光束的方向相同的方向或者从与参考光束的方向相反的方向被施加到所有所记录的要素全息图时，允许根据不同观察方向再生不同原始图像。

第二示例性实施方式

在第二示例性实施方式中，在显示装置26上显示的多个图像被称为沿垂直方向以不同角度获取的多个显示图像。这些显示图像通过重新布置具有水平视差信息的多个原始图像被获取。多个显示图像被显示为沿垂直方向布置。除了在显示装置26上显示的图像被改变以外，第二示例性实施方式具有与第一示例性实施方式的那些组件相同的组件。因此，仅描述区别点而不描述相同组件。

图7A至图7C是根据第二示例性实施方式的在显示装置26上显示的多个图像的示例的示意图。如图7A所示，以与在第一示例性实施方式的情况下相同的方式(重新布置沿垂直方向以相同角度获取的三个原始图像E、F和G以生成显示图像1、2和3)，重新布置沿垂直方向以相同角度获取的三个原始图像A、B和C以生成显示图像4、5和6，并且重新布置沿垂直方向以相同角度获取的三个原始图像I、J和K以生成显示图像7、8和9。

在该示例中，如图7C所示，显示装置26的显示区域沿垂直方向被划分为三个区段，并且沿垂直方向以不同角度获取的多个显示图像4、1和7被显示为沿垂直方向布置。如上所述，多个显示图像4、1和7中的每个是通过重新布置具有水平视差信息的多个原始图像获取的视差图像。这里，使从相应显示图像入射到全息图记录介质34上的每个物体光束的光轴的角度与获取原始图像的沿垂直方向的角度一致。

例如，如图7B所示，通过从沿水平方向的斜左侧且斜上方拍摄物体OB获取的图像为原始图像A，通过从沿水平方向的斜左侧拍摄物体OB获取的图像为原始图像E，并且通过从沿水平方向的斜左侧且斜下方拍摄物体OB获取的图像为原始图像I。沿垂直方向以不同角度获取原始图像A、E和I。

已经透射通过显示图像4的物体光束的光轴的角度对应于获取原始图像A的沿垂直方向的角度。已经透射通过显示图像1的物体光束的光轴的角度对应于获取原始图像E的沿垂直方向的角度。已经透射通过显示图像7的物体光束的光轴的角度对应于获取原始图像I的沿垂直方向的角度。

在第二示例性实施方式中，沿垂直方向以不同角度获取的多个显示图像在显示装置26上被显示为沿垂直方向布置。已经透射通过沿垂直方向布置的多个显示图像的光束变为多个物体光束，所述多个物体光束具有其角度沿垂直方向对应于视差的方向改变光轴。参考光束和这些多个物体光束被同时施加到全息图记录介质34，并且多个物体光束和参考光束之间的干涉允许对应于多个图像的要素全息图被一次记录在全息图记录介质34上。

与多个图像对应的要素全息图以叠加的方式被记录在全息图记录介质34的相同区域上。从这样以一个叠加在另一上的方式记录的对应于多个图像的要素全息图，以不同观察角度再生沿不同方向具有视差的图像。换句话说，给具有水平视差信息的全息立体图提供垂直视差信息。也就是说，形成具有水平视差信息和垂直视差信息二者的全息立体图。

在现有图像记录装置中，为了形成具有水平视差信息和垂直视差信息二者的全息立体图，通过沿水平方向和垂直方向会聚光，逐个像素地记录细微要素全息图。相比之下，在根据第二示例性实施方式的图像记录装置中，通过叠加成像光学系统给全息立体图提供垂直视差，并且一次记录用于沿与条状要素全息图的纵向方向对应的方向的多个图像的视差的信息。因此，记录要素全息图的速度明显高于现有图像记录装置的情况下的速度。

假设例如条状要素全息图沿纵向方向具有用于100个像素的图像信息，执行对全息立体图的记录的速度是执行逐个像素记录的现有图像记录装置的情况下的速度的100倍。

第三示例性实施方式

除了使用一个凸透镜代替两个柱面透镜(如在图3中示出的透镜30和透镜32)以外，第三示例性实施方式具有与第一示例性实施方式的那些组件相同的组件。因此，仅描述区别点而不描述相同组件。

图8是根据第三示例性实施方式的图像记录装置的结构的示例的结构图。如图8所示，在第三示例性实施方式中，透射型显示装置26、透镜阵列28和透镜52沿光路从镜子24开始以该顺序设置在镜子24与全息图记录介质34之间。

透镜52是凸透镜。透镜52用作成像透镜，所述成像透镜使已经透射通过透镜阵列28的物体光束以物体光束一个叠加在另一个上的方式在全息图记录介质34上成像。透镜52还用作会聚透镜，所述会聚透镜沿水平方向会聚已经透射通过透镜阵列28的物体光束。在所附侧视图中示出了物体光束沿水平方向如何被会聚的方式。

透镜52的焦距f1和透镜阵列28的每个柱面凸透镜的焦距f2被确定为，使得当显示装置26被设置在透镜阵列28的每个柱面凸透镜的焦点处时，全息图记录介质34的表面用作成像面，在成像面上形成有在显示装置26上显示的图像。此外，透镜52的焦距f1被确定为使得全息图记录介质34的表面用作会聚表面。

显示装置26在沿垂直方向被划分为多个区段的显示区域上显示多个图像。已经透射通过相应多个图像的多个物体光束透射通过透镜阵列28的相应柱面凸透镜。已经透射通过透镜阵列28的多个物体光束通过透镜52被成像并且被会聚，并且被施加到全息图记录介质34。与第一示例性实施方式的情况相比，通过用一个凸透镜代替两个柱面透镜，进一步简化了光学系统。

第四示例性实施方式

除了用包括多个柱面凹透镜的透镜阵列代替包括多个柱面凸透镜的透镜阵列(如在图3中示出的透镜阵列28)以外，第四示例性实施方式具有与在第一示例性实施方式的情况下的那些组件相同的组件。因此，仅描述区别点而不描述相同组件。

图9是根据第四示例性实施方式的图像记录装置的结构的示例的结构图。如图9所示，在第四示例性实施方式中，透射型显示装置26、透镜阵列54、透镜30、以及透镜32沿光路从镜子24开始以该顺序设置在镜子24与全息图记录介质34之间。

透镜阵列54包括多个柱面凹透镜。多个柱面凹透镜中的每个被设置为使得其凹面面向显示装置26并且使得其纵向方向与水平方向一致。多个柱面凹透镜沿垂直方向布置以对应于显示装置26的显示区域的各个区段。

透镜30的焦距f1和透镜阵列54的每个柱面凹透镜的焦距f2被确定为，使得当显示装置26被设置在透镜30的焦点处时，全息图记录介质34的表面用作成像面，在该成像面上形成有在显示装置26上显示的每个图像。透镜32的焦距f3被确定为使得全息图记录介质34的表面用作会聚表面。

显示装置26在沿垂直方向被划分为多个区段的显示区域上显示多个图像。已经透射通过相应多个图像的多个物体光束透射通过透镜阵列54的相应柱面凹透镜。已经透射通过透镜阵列54的多个物体光束通过透镜30和透镜32被成像并且被会聚，并且被施加到全息图记录介质34。

通过用在图9中示出的包括多个柱面凹透镜的透镜阵列54代替在图3中示出的包括多个柱面凸透镜的透镜阵列28，允许显示装置26设置在透镜30的焦点处。因此，与第一示例性实施方式的情况相比，进一步减小了光学系统的尺寸。

图10是根据第四示例性实施方式的光学系统的修改示例的结构图。如图10所示，如在第三示例性实施方式的情况下那样，可以用一个凸透镜56代替两个柱面透镜(如在图9中所示的透镜30和透镜32)，以简化光学系统。

第五示例性实施方式

在第五示例性实施方式中，显示装置26在不仅沿垂直方向而且沿水平方向被划分为多个区段的显示区域上显示多个图像。将要根据被显示为沿垂直方向布置的多个显示图像以一个叠加在另一个上的方式记录的多个条状要素全息图被一次记录在全息图记录介质34上以沿水平方向布置。

图11是根据第五示例性实施方式的图像记录装置的结构的示例的结构图。除了光学系统被改变以外，第五示例性实施方式具有与第一示例性实施方式的那些组件相同的组件。因此，仅描述区别点而不描述相同组件。如图11所示，透射型显示装置26、透镜阵列28、透镜阵列58、透镜60、透镜30、以及透镜32沿光路从镜子24开始以该顺序设置在镜子24与全息图记录介质34之间。

透镜阵列28包括多个柱面凸透镜。多个柱面凸透镜中的每个以其凸面面向显示装置26并且其纵向方向与水平方向一致的方式设置。多个柱面凸透镜沿垂直方向布置，以对应于显示装置26的显示区域沿垂直方向被划分成的各个区段。

透镜阵列58包括多个柱面凹透镜。多个柱面凹透镜中的每个以其凹面面向透镜阵列28并且其纵向方向与垂直方向一致的方式设置。多个柱面凹透镜沿水平方向布置，以对应于显示装置26的显示区域沿水平方向被划分成的各个区段。

透镜60是柱面透镜。透镜60以其凸面面向透镜30并且其纵向方向与垂直方向一致的方式设置。透镜60用作成像透镜，所述成像透镜使透射通过透镜阵列28和透镜阵列58的物体光束以物体光束在透镜32前面沿水平方向一个叠加在另一个上的方式成像。

透镜30的焦距f1和透镜阵列28的每个柱面凸透镜的焦距f2被确定为使得当显示装置26被设置在透镜阵列28的每个柱面凸透镜的焦点处时，全息图记录介质34的表面用作成像面，在该成像面上形成有在显示装置26上显示的每个图像。

透镜60的焦距f4和透镜阵列58的每个柱面凹透镜的焦距f5被确定为使得当显示装置26被设置在透镜60的焦点处时，已经透射通过透镜60的多个物体光束在透镜32前面沿水平方向叠加的同时被成像。透镜32的焦距f3被确定为使得全息图记录介质34的表面用作傅里叶变换表面，在该傅里叶变换表面处，在透镜32前面沿水平方向叠加的同时被成像的图像经受傅里叶变换。

现在，描述在显示装置26上显示的多个图像。

图7A是根据第五示例性实施方式的在显示装置26上显示的多个图像的示例的示意图。从沿水平方向和垂直方向彼此稍微偏移的不同视点顺序地拍摄物体OB，以获取九个原始图像A、E、I、B、F、J、C、G和K。重新布置沿垂直方向以相同角度获取的三个原始图像E、F和G以生成显示图像1、2和3。重新布置沿垂直方向以相同角度获取的三个原始图像A、B和C以生成显示图像4、5和6。重新布置沿垂直方向以相同角度获取的三个原始图像I、J和K以生成显示图像7、8和9。所生成的多个显示图像1至9在根据视差的方向沿水平方向和垂直方向布置的同时被显示。

在第五示例性实施方式中，显示装置26的显示区域沿水平方向被划分为三个区段并且沿垂直方向被划分为三个区段以获得九个区段。显示图像1至9被分配给各个区段以被显示在所述区段上。在沿水平方向划分的三个图像列中，三个显示图像4、1和7被显示在第一列中以沿垂直方向布置，三个显示图像5、2和8被显示在第二列中以沿垂直方向布置，并且三个显示图像6、3和9被显示在第三列中以沿垂直方向布置。

在相同图像行中显示的多个显示图像沿垂直方向以相同角度被获取并且具有水平视差信息。布置在第一行中的三个显示图像4、5和6沿垂直方向以相同角度被获取并且具有水平视差信息。布置在第二行中的三个显示图像1、2和3沿垂直方向以相同角度被获取并且具有水平视差信息。布置在第三行中的三个显示图像7、8和9沿垂直方向以相同角度被获取并且具有水平视差信息。

已经透射通过在显示装置26上显示的对应多个显示图像的多个物体光束透射通过透镜阵列28的相应柱面凸透镜，并且然后透射通过透镜阵列58的相应柱面凹透镜。已经透射通过透镜阵列28和透镜阵列58的多个物体光束在沿垂直方向一个叠加在另一个上的同时通过透镜30在全息图记录介质34上成像。特别地，成像后的多个物体光束的光轴沿垂直方向具有不同角度。

已经透射通过透镜阵列28和透镜阵列58的多个物体光束通过在透镜32前面沿水平方向由透镜60叠加被成像。特别地，成像后的多个物体光束的光轴沿水平方向具有不同角度。此外，通过沿水平方向叠加被成像的多个物体光束沿水平方向通过透镜32被会聚。此时，多个物体光束的光轴沿水平方向具有不同角度。因此，多个物体光束通过透镜32被会聚在沿水平方向的不同点处，所述不同点根据成像列而不同。以此方式，将成像且会聚后的物体光束施加到全息图记录介质34。

在第五示例性实施方式中，多个不同显示图像在显示装置26上被显示为沿水平方向和垂直方向布置。多个显示图像沿垂直方向以不同角度被获取并且具有水平视差信息。已经透射通过在显示装置26上显示的多个显示图像的光束变为沿水平方向彼此邻近的多个物体光束，其中，多个物体光束的光轴根据视差的方向沿垂直方向具有不同角度。当这些多个物体光束和参考光束被同时施加到全息图记录介质34时，由于多个物体光束与参考光束之间的干涉使得与多个图像对应的要素全息图被一次记录。

在全息图记录介质34的相同区域上以一个叠加在另一个上的方式记录对应于在显示装置26的显示区域的相同列上显示的多个图像的要素全息图。将被叠加记录的多个要素全息图中的每个呈条状。将被叠加记录的多个要素全息图被记录为使得不同图像列的全息图被记录在全息图记录介质34沿水平方向的不同部分上。

将被叠加记录的多个要素全息图呈条状，条状的纵向方向与垂直方向对准，并且以多个条沿水平方向布置的方式被记录。通过沿水平方向移动全息图记录介质34并且将在显示装置26上显示的图像从一个切换到另一个，在全息图记录介质34上顺序地记录多个不同条(将被叠加记录的多个要素全息图)。在该示例性实施方式中，每次记录三个条。

从对应于在全息图记录介质34上记录的多个图像的要素全息图，根据观察角度再生沿不同方向具有视差的图像。特别地，形成具有水平视差信息和垂直视差信息二者的全息立体图。此外，一次记录用于多个图像的视差信息。因此，记录要素全息图的速度明显高于在执行逐个像素记录的现有图像记录装置的情况下的速度。

图7A示出了用于每次的显示图像的示例。为了获取用于多次的显示图像，例如，从沿水平方向和垂直方向彼此稍微偏移的不同视点顺序地拍摄物体OB，以获取3×(2n+1)个原始图像。这里，n指大于或等于2的整数。遍及均具有(2n+1)列的三行原始图像集合，图像沿垂直方向具有相同角度。通过根据水平视差重新布置第一行的原始图像集合来获取显示图像集合1。通过根据水平视差重新布置第二行的原始图像集合来获取显示图像集合2。通过根据水平视差重新布置第三行的原始图像集合来获取显示图像集合3。

下面描述从(2n+1)个原始图像的三个集合获取(2n+1)个显示图像的三个集合的情况。如图14所示，显示装置26的显示区域沿水平方向被划分为三个区段并且沿垂直方向被划分为三个区段以形成九个区段。显示图像集合1至3被分配给通过沿垂直方向将显示区域划分为三个区段获取的各个图像行。在通过沿水平方向将显示区域划分为三个区段获取的图像列中的每列上，显示第(3k+1)列、第(3k+2)列、或者第(3k+3)列的相应显示图像。这里，k是大于或等于0的整数并且从0开始顺序地递增。这里，(3k+3)≤(2n+1)。

例如，第一次，显示第一列、第二列和第三列的显示图像。第二次，显示第四列、第五列和第六列的显示图像。第k次，显示第(3k+1)列、第(3k+2)列和第(3k+3)列的显示图像。这里，可以形成其数量大于多个原始图像的数量的多个显示图像。

第六示例性实施方式

在第六示例性实施方式中，显示装置26在沿水平方向和垂直方向被划分为多个区段的显示区域上显示多个原始图像。在全息图记录介质34上一次记录根据所显示的多个原始图像将被叠加记录的矩形要素全息图。

图13是根据第六示例性实施方式的图像记录装置的结构的示例的结构图。除了光学系统被改变以外，第六示例性实施方式具有与第一示例性实施方式的那些组件相同的组件。因此，仅描述区别点而不描述相同组件。如图13所示，透射型显示装置26、透镜阵列62和透镜64沿光路从镜子24开始以该顺序设置在镜子24与全息图记录介质34之间。

透镜阵列62包括多个凸透镜。多个凸透镜中的每个以其凸面面向显示装置26的方式设置。以与在显示装置26的显示区域的区段(显示区域沿水平方向和垂直方向被划分成多个区段)上显示的多个图像对应的方式设置多个凸透镜。

透镜64是凸透镜。透镜64以其凸面面向全息图记录介质34的方式设置。透镜64用作成像透镜，所述成像透镜使已经透射通过透镜阵列62的多个物体光束以物体光束一个叠加在另一个上的方式在全息图记录介质34上成像。

透镜64的焦距f1和透镜阵列62的每个凸透镜的焦距f2被确定为使得当显示装置26被设置在透镜阵列62的每个凸透镜的焦点处时，全息图记录介质34的表面用作成像面，在该成像面上形成有在显示装置26上显示的每个图像。

在该示例性实施方式中，如图12所示，多个不同原始图像在显示装置26的显示区域上被显示为沿水平方向和垂直方向布置。例如，显示装置26的显示区域沿水平方向被划分为三个区段并且沿垂直方向被划分为三个区段以形成九个区段。上述九个原始图像A、E、I、B、F、J、C、G和K被显示在各个区段上。所获取的多个原始图像A至K被显示为根据视差的方向沿水平方向和垂直方向布置，例如，原始图像A、E和I布置在第一列中，原始图像B、F和J布置在第二列中，并且原始图像C、G和K布置在第三列中。

已经透射通过在显示装置26上显示的对应多个原始图像的多个物体光束透射通过透镜阵列62的相应透镜。已经透射通过透镜阵列62的多个物体光束在一个叠加在另一个上的同时通过透镜64在全息图记录介质34上成像。特别地，成像后的多个物体光束的光轴根据视差的方向沿水平方向和垂直方向具有不同角度。

当参考光束和与不同原始图像对应的多个物体光束被同时施加到全息图记录介质34时，由于多个物体光束和参考光束之间的干涉使得与多个图像对应的要素全息图被一次记录。与在显示装置26的显示区域上显示的多个图像对应的要素全息图被叠加记录在全息图记录介质34的相同区域上。

在第六示例性实施方式中，多个不同原始图像在显示装置26上被显示为沿水平方向和垂直方向布置。所显示的多个原始图像具有水平视差和垂直视差。已经透射通过所显示的多个原始图像的光束变为多个物体光束，所述多个物体光束的光轴根据视差的方向沿水平方向和垂直方向具有不同角度。由于多个物体光束与参考光束之间的干涉使得与多个图像对应的要素全息图被一次记录。

与多个图像对应的要素全息图在全息图记录介质34的相同区域上以一个叠加在另一个上的方式被记录。从被叠加记录的多个要素全息图，根据不同观察角度再生不同原始图像。特别地，形成具有水平视差信息和垂直视差信息二者的全息立体图。在该示例性实施方式中，与多个原始图像对应的多个要素全息图以一个叠加在另一个上的方式被记录，使得形成具有水平视差信息和垂直视差信息二者的全息立体图。因此，该结构免除了对重新布置原始图像以生成显示图像的需求，从而简化了图像处理。

由于被叠加记录的多个要素全息图中的每个不沿水平方向被会聚，因此每个要素全息图是矩形的。通过沿水平方向移动全息图记录介质34并且将在显示装置26上显示的图像从一个切换到另一个，将以一个叠加在另一个上的方式记录的矩形要素全息图被顺序地记录在全息图记录介质34上以沿水平方向布置。

此外，一次记录用于多个图像的视差信息。因此，记录要素全息图的速度明显高于在逐个像素记录要素全息图的现有图像记录装置的情况下的速度。例如，当矩形要素全息图具有100×100个像素时，执行对全息立体图的记录的速度提高10000倍。

如在第五示例性实施方式中的情况下，在图12中示出的示例示出了一次显示的显示图像。为了获取用于多次的显示图像，从沿水平方向和垂直方向彼此稍微偏移的不同视点顺序地拍摄物体OB以获取3×(2n+1)个原始图像。这里，n指大于或等于2的整数。在通过将显示区域沿水平方向划分为三个区段获取的三个图像列中的每列中，显示第(3k+1)列、第(3k+2)列或第(3k+3)列的显示图像。这里，k是大于或等于0的整数并且从0开始顺序地递增。这里，(3k+3)≤(2n+1)。

根据每个示例性实施方式的图像记录装置的上述结构仅是示例。在不脱离本发明的主旨的范围内，必然允许改变所述结构。

例如，每个示例性实施方式描述使用透射型显示装置的情况。然而，作为代替，可以使用反射型显示装置。每个示例性实施方式描述使用波长为532nm的激光束来记录单色绿色全息图的情况。然而，可以通过使用具有不同波长的三种颜色的激光束来执行连续记录或同时记录来形成全色全息立体图。

在每个示例性实施方式中，在沿水平方向移动全息图记录介质34的同时执行记录。然而，在全息图记录介质34沿水平方向和垂直方向移动的同时，将以一个叠加在另一个上记录的要素全息图可以被顺序地记录在全息图记录介质34上以沿水平方向和垂直方向布置。

为了说明和描述的目的，提供了本发明的示例性实施方式的以上描述。其不旨在是排他性的或者将本发明限制到所公开的精确形式。明显地，很多修改和改变对于本领域技术人员来说是显而易见的。选择并且描述示例性实施方式以最好地解释本发明的原理及其实际应用，从而使本领域技术人员能够理解本发明，多种实施方式和多种修改适于预期的特定使用。本发明的范围旨在由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (12)

1.一种一次记录多个图像的图像记录装置，所述图像记录装置包括：

激光束源，所述激光束源发射激光束；

分离单元，所述分离单元将从所述激光束源发射的所述激光束分成两个激光束；

显示装置，所述显示装置在被划分为多个区段的显示区域上显示图像；

显示控制器，所述显示控制器控制所述显示装置的显示，使得用于形成全息立体图的多个图像被显示在所述显示区域的所述区段上，并且使得由所述分离单元分离的所述激光束中的一个激光束通过在所述显示装置上显示的所述多个图像来调制，以变为多个物体光束；

光学系统，所述光学系统使所述多个物体光束以所述物体光束一个叠加在另一个上的方式在全息图记录介质上成像；以及

照射单元，除了所述多个物体光束以外，所述照射单元利用由所述分离单元分离的另一激光束作为参考光束来照射所述全息图记录介质。

2.根据权利要求1所述的图像记录装置，其中，所述多个物体光束的光轴具有不同角度。

3.根据权利要求1或2所述的图像记录装置，其中，所述多个图像是相同图像。

4.根据权利要求1或2所述的图像记录装置，其中，所述多个图像具有水平视差信息或垂直视差信息。

5.根据权利要求1或2所述的图像记录装置，其中，所述多个图像具有水平视差信息和垂直视差信息。

6.根据权利要求1所述的图像记录装置，其中，所述光学系统沿所述全息立体图具有视差信息的方向会聚所述物体光束。

7.根据权利要求1所述的图像记录装置，其中，所述光学系统包括透镜阵列和成像透镜，所述透镜阵列包括被设置为与所述显示装置的所述显示区域的所述区段对应的多个透镜，所述成像透镜使已经透射通过所述多个透镜的多个物体光束以所述物体光束一个叠加在另一个上的方式在所述全息图记录介质上成像。

8.根据权利要求7所述的图像记录装置，其中，所述多个透镜是凹透镜。

9.根据权利要求1所述的图像记录装置，其中，所述显示控制器使所述显示装置以所述图像沿垂直方向布置的方式来显示具有垂直视差信息的多个图像，以形成具有水平视差信息的全息立体图。

10.根据权利要求9所述的图像记录装置，其中，所述光学系统包括透镜阵列和柱面透镜，所述透镜阵列包括沿垂直方向布置的多个柱面透镜，所述柱面透镜使已经透射通过所述多个柱面透镜的多个物体光束以所述物体光束一个叠加在另一个上的方式在所述全息图记录介质上成像。

11.根据权利要求1所述的图像记录装置，其中，所述显示控制器使所述显示装置以所述图像沿水平方向和垂直方向布置的方式来显示具有水平视差信息和垂直视差信息的多个图像，以形成具有水平视差信息和垂直视差信息的全息立体图。

12.根据权利要求11所述的图像记录装置，其中，所述光学系统包括透镜阵列和凸透镜，所述透镜阵列包括沿水平方向和垂直方向布置的多个凸透镜，所述凸透镜使已经透射通过所述多个凸透镜的多个物体光束以所述物体光束一个叠加在另一个上的方式在所述全息图记录介质上成像。