JP2004045628A - Solid image recorder - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、立体画像を再生するための干渉型ホログラムを製造する立体画像記録装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
ホログラフィとは、立体画像を再生するための光波の振幅と位相の情報を媒体に記録し、再生する技術である。レーザ光のようにコヒーレントな光を物体に照射し、物体からの反射光(物体光)を記録媒体に照射する際に、もう1本のコヒーレントな光(参照光)を同時に記録媒体に照射すると、記録媒体上に干渉縞が形成される。
【0003】
この干渉による光強度分布を屈折率または吸収率の変化として媒体中に記録したものがホログラムである。そして、ホログラムが記録された記録媒体に参照光のみを照射すると、ホログラムが回折格子として働き、物体光が再生される。被写体に3次元構造の物体を用いた場合には、再生像は自然な立体感を備えた立体画像となる。このため、立体静止画像を表示する手法としてホログラフィが広く使用されている。
【0004】
しかしながら、ホログラフィは撮影工程が煩雑であり、一般人が所望の三次元画像を簡単に手にすることができないという問題がある。このため、個人的に撮影した映像や個人的に作成した平面画像を立体画像として提供する仕組みが必要とされていた。また、ホログラフィには、高画質で違和感の無いフルカラー画像を得ることが難しいという問題がある。
【0005】
例えば、フレネル型のホログラムでは、物体光と参照光を感光材料に同一方向から入射させ、干渉縞を記録する光学系を作り、干渉縞を記録現像処理したホログラムを、撮影した参照光と同じ光で照明すると、撮影物体の置かれていた位置に再生像(虚像)が現れるが、ホログラムを製作した参照光と同じ光で照明しないと再生像を得ることができない。
【0006】
ところで、通常のホログラフィで再生される画像は単色であるが、例えば、辻内順平著「ホログラフィー」裳華房(1997)に紹介されているように、カラー画像を記録、再生することができるカラーホログラムも種々検討されており、レーザ光再生ホログラム、白色光再生ホログラム、ホログラフィックステレオグラムに大きく分類することができる。
【0007】
最初にカラーホログラムを提案したLeith等の方法は、レーザ再生ホログラムと呼ばれ、まず、物体をRGB3色のレーザ光で照明して、各色のレーザ光について3枚のホログラムを撮影する。次に、撮影に使用したものと同じ色のレーザ光を用いて3枚のホログラムの各々を照明すると、RGB3色の再生像が同じ位置に重なって現れカラー画像が再生されるというものである。
【0008】
しかしながら、再生時には各色のレーザ光が3枚のホログラムの各々により回折するために、いわゆるゴースト像が現れるという欠点がある。このため、撮影の際に、参照光学系にフーコー格子を置いて3枚のホログラムが重ならないように記録することにより、ゴースト像の無い再生像を得ることができるが、再生には撮影時の参照光学系と全く同じ光学系が必要になり煩雑である。
【0009】
また、レーザ光以外に太陽光、電灯光などのいわゆる白色光を使って撮影、再生ができる白色光再生ホログラムもあり、イメージホログラムとレインボウホログラムとリップマンホログラムの3種類に大別される。
【0010】
イメージホログラムは、再生される物体の像をできるだけホログラムから離れないようにする方法であり、物体をホログラムのすぐ近くに置いて撮影するか、或いは物体とホログラムの間にレンズなどの結像系を置いて物体の像をホログラムの上に作り、再生のときに分散の影響を少なくする方法であり、簡単な方法で白色光再生ホログラムが得られるという特徴があるが、結像に使ったレンズの口径が小さいと視域が著しく狭くなり、物体がある程度大きくなると全体を見ることができなくなるという欠点がある。
【0011】
また、レインボウ・ホログラムは、ホログラムの空間搬送波が水平方向となるように撮影したものであり、RGBそれぞれの波長で3枚のレインボウ・ホログラムを撮影し、それらを貼り合わせて白色光を照明することで、3枚のホログラムからの再生像が同じ位置に重なって現れ、カラー画像が再生される。しかしながら、レインボウ・ホログラムでは、カラーバランスの正しい像が見える位置が決まっており、そこから目を動かすと色再現が悪くなるという欠点を有している。
【0012】
また、リップマン・ホログラムは、ハロゲン化銀感光材料のように厚みのある感光材料のRGB3色に対応して設けられた感光層の各々に干渉縞を書き込んだカラーホログラムであり、この場合得られる干渉縞の形は、いわゆるリップマンのカラー写真と同様に記録面に略平行であり、また、再生時にはブラッグ回折によって三次元像が観察され、感光層からの再生像が同じ位置に重なって現れ、カラー画像が再生される。
【0013】
このような干渉縞は、一定の入射角の照明光に対して波長選択性を有するので、リップマンホログラムには太陽光のような白色光でカラー像を再生できる長所があるが、現像時に感光層が収縮するために、撮影時と異なる像が再生されるという欠点がある。
【0014】
なお、ステレオグラムを用いてもカラーホログラムを作製することができるが、ステレオグラムは複数の二次元写真画像を用いて様々な角度から見える強度画像を書き込むものであり、光の位相制御までは行なっていない。
【0015】
一方、普通に撮影されたホログラムと異なり、コンピュータで合成されたホログラムを計算機ホログラム(Computer Generated Hologram;CGH)といい、コンピュータを用いてホログラム自身の構造(物体光の振幅と位相の分布)を計算し、作成するホログラムのことである。ここで、多数の普通写真から合成されたホログラムは、ホログラフフィック・ステレオグラムと呼ばれている。
【0016】
最近では、コンピュータに蓄積された画像データからホログラフフィック・ステレオグラムを合成するホログラム・プリンタと呼ばれる小型装置も開発されている(M.Yamaguchi, N.Ohyama, T.Honda, ”Holographic three−dimensional printer:new method,” Applied Optics 31,pp.217−222(1992)、木原信宏、白倉明、馬場茂幸、“高速ホログラムポートレイトプリントシステム,”3D Image Conference ’98, pp.257−262(1998))。
【0017】
しかしながら、このホログラム・プリンタには、光の干渉を用いた露光のために複雑な光学系が必要であり、書き込み時に高い精度が要求されるという欠点がある。すなわち、画質、視野角を向上させるために画素の大きさが波長同等である必要があり、通常のレーザ光ではそのような微小スポットを書き込むことが困難である。これに対して、電子ビームによって立体画像を表示する方法もあるが、露光装置が大型化し、また、階調の制御が困難であるという問題がある。
【0018】
また、コンピュータに蓄積された画像データから二次元の空間光変調器を用いて立体画像を表示する方法もある。例えば、液晶空間変調器を用いて、細かいセル毎に吸収率と屈折率とを変えることにより透過光の振幅・位相を制御して、立体画像を再生する方法である。
【0019】
この方法によれば位相共役像が出現せず、干渉縞による回折により再生像を得る場合と比較し、光の三原色であるRGBを空間的に分離することで他波長によるゴースト像を防ぐことができると共に、高い回折効率を得ることができる(明るい像を再生できる)という利点を有する。
【0020】
しかしながら、現在の技術では空間変調器の液晶ピクセルが100μm程度と大きく、また大面積化が難しいために、観賞に耐え得る立体画像を表示することは難しい。また、静止画像を楽しむという用途ではコストが高いことも欠点である。
【0021】
ところで、ホログラムを再生するとき、平行光線束又は離れた位置にある点光源から出る光をホログラムに当てるため、ホログラムの前又は後ろにかなり広い空間が必要となり、さらにその照明装置と光源との位置関係を正しく保つ必要がある。
【0022】
このため、ディスプレイ用としてホログラムを用いるときには、コンパクトな再生照明装置を用い、ホログラムの端面から照明するようにして(いわゆるエッジリットホログラムと呼ばれる)コンパクト化を目指しているが、90°近い大きな入射角をもつ参照光及び再生照明光を使った場合、再生像の分解能は通常のホログラムよりも低下してしまうという欠点がある。
【0023】
一方、写真フィルムは、露光量に応じて濃度が変化すると共に、膨張・収縮によるレリーフ形成、屈折率変化が起きることが知られており、これを利用して、計算機で算出した物体光の振幅分布や位相分布を写真フィルムに記録する手法がある。
【0024】
この手法は、キノフォームと呼ばれ、例えば、リバーサルカラーフィルムを用いて、赤色感光層に振幅分布を記録し、青色感光層及び緑色感光層に位相分布を記録する。記録後のリバーサルカラーフィルムを赤色レーザ(HeNeレーザ)で再生することで、視差のある文字画像を再生することができる(D.C.Chu, J.R.Fienup, J.W.Goodman, ”Multiemulsion on−axis computer generated hologram,” Applied Optics 12,pp.1386−1388(1973))。しかしながら、リバーサルカラーフィルムを用いても、得られる画像は単色画像である。
【0025】
また、従来のホログラフィ用感光材料は感度が低く、例えば、デュポン社のOmnidexホログラフィ用感光材料では〜30mJ/cm2、銀塩ホログラフィ用感光材料であっても〜30μJ/cm2であり、通常の写真用感光材料よりも低い。この感度の低さを補うため、光源であるレーザの光強度は高い方が良いが、これまでのハイパワーレーザと言えば、大型な気体レーザや増幅器を備えた固体レーザであり、これらは装置が大型化し、コストも高く、また、大量の熱が発生するため、ファンを回して発生した熱を下げる構造が多い。しかし、ホログラムの露光中に微小振動が発生すると、ホログラムの回折効率が落ちるという欠点があり、ファンによる振動は大きな問題となる。
【0026】
以上の通り、従来のホログラフィの手法では、高画質のカラー画像が再生される立体画像を得ることはできなかった。
【0027】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記事実を考慮し、高画質の立体画像プリントが製造可能な立体画像記録装置を得ることを目的とする。
【0028】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の発明では、干渉縞を記録するために、ひとつ以上の記録光源の波長に対応して設けられた少なくとも一つの感光層を備えた立体画像記録フィルムに、立体画像データの小領域毎の振幅情報及び位相情報を記録して干渉型ホログラムを製造する立体画像記録装置であって、複数の半導体レーザから出射されたレーザ光を一本のファイバーから出射するファイバ光源を備えたレーザ装置と、多数の画素部が基板上に2次元状に配列され、前記レーザ装置から照射されたレーザ光を変調する空間光変調素子と、前記画素部毎の光変調状態を、前記立体画像データの小領域毎の振幅情報及び位相情報に応じて制御し、レーザ光を前記立体画像記録フィルムに照射させる制御手段と、を有することを特徴としている。
【0029】
請求項1に記載の発明では、レーザ装置に、複数の半導体レーザから出射されたレーザ光を一本のファイバーから出射するファイバ光源を備えている。これにより、ハイパワーで高輝度なレーザ光が得られるため、感度の低い立体画像記録フィルムであっても、高画質の干渉型ホログラムが得られる。
【0030】
また、半導体レーザを用いることで、気体レーザや固体レーザを用いる場合と比較して立体画像記録装置を小型化することができる。さらに、気体レーザ及び固体レーザと比較して、低コストな半導体レーザを使用することができるため、コストダウンを図ることができる。
【0031】
また、半導体レーザを用いることで、気体レーザ及び固体レーザと比較して、レーザ装置の温度上昇率を抑えることができる。レーザ装置の温度上昇率が大きい場合、レーザ装置冷却用のファンを配設し、発生した熱を下げる必要が生じてしまうが、ホログラムの露光中に微小振動が発生すると、ホログラムの回折効率が落ちるという欠点があり、ファンによる振動は大きな問題となる。このため、レーザ装置の温度上昇率を抑えることで、レーザ装置冷却用のファンを設ける必要がなくなる。従って、ホログラムの回折効率が落ちることはない。
【0032】
請求項2に記載の発明では、ファイバ光源を複数備え、該複数のファイバ光源の出射端における発光点の各々をアレイ状、又はバンドル状に配列している。これにより、ハイパワーで高輝度なレーザ光がライン状に得られるため、露光時間を短くすることができ、画像形成の高速化を図ることができる。
【0033】
請求項3に記載の発明では、干渉型ホログラムを、リップマン型、フレネル型、イメージ型、レリーフ型、ホログラフィックステレオグラム型の何れかとしている。
【0034】
【発明の実施の形態】
次に、本形態に係る立体画像記録装置について説明する。
【0035】
この立体画像記録装置(以下、「立体画像プリンタ」という)では、ホログラフィックステレオグラム型を用い、横方向視差のみ(Horizontal Parallax Only:HPO)のワンステップホログラフィックステレオグラムを採用すると共に、視差画像撮影装置を組み合わせている。
【0036】
HPO型ワンステップホログラフィックステレオグラムは、複数の2次元画像から3次元画像が得られるようにしたものであり、多数のスリット状のホログラム(要素ホログラム)によって構成されており、各要素ホログラムには、液晶パネルに表示された画像が、非視差方向(上下方向)では投影され、視差方向(左右方向)では集光されて記録される。このような要素ホログラム露光を全面に渡って行なう。
【0037】
この結果、各要素ホログラムに記録された画像は2次元の画像であるにも拘わらず、各要素ホログラムに露光する画像を適当な視野情報を持つものにすることで、全体として横方向の視差を有する立体画像を得ることができる。
【0038】
次に、立体画像プリンタの構成を図1に示すブロック図に従って説明する。この立体画像プリンタ10は、大きく分けて視差画像撮影用カメラ部12と、画像処理部14と、ホログラムプリンター部16と、で構成されており、それぞれDOS/Vパソコン18によって制御されている。
【0039】
視差画像撮影用カメラ部12は、被写体を撮像してNTSC方式で視差画像を取り込むCCDカメラ20を有しており、ホログラムプリンター部16に設けられた液晶パネル22に表示する画像は、コンピュータグラフィック若しくは実写画像から得られた視差原画像を基に画像処理により生成される。
【0040】
ここで、視差原画像として実写画像を用いており、この実写の視差原画像は、CCDカメラ20を被写体の回りを移動させることで得ることができる。この画像処理はSlice and Diceと呼ばれる方法であり、視差原画像を視差方向にスリット状に分割し、異なる視差原画像間で再構成するものである。
【0041】
これにより、横視差のみのホログラフィックステレオグラム特有のひずみを補正すると共に、被写体の立体像をホログラム上に持ってくることでぼけを低減させる効果がある。
【0042】
具体的には、図2に示すように、被写体24に対して平行となるようにレール(図示省略)を配設して、このレールにCCDカメラ20をセットし、CCD22(又はカメラのフィルム)と被写体24とが平行になるようにしている。また、レールには図示しないステッピングモータが配設されており、このステッピングモータの駆動によってCCDカメラ20がレールに沿って移動する。
【0043】
また、CCDカメラ20内に配設されたCCD28はステッピングモータ(図示省略)によってCCDカメラ20内を矢印方向に移動可能となっている。撮影用レンズ30はCCDカメラ20に固定されているため、CCD28をCCDカメラ20に対して移動可能とすることによって、撮影される領域が移動する。
【0044】
また、CCDカメラ20を移動させるステッピングモータとCCD28を移動させるステッピングモータを同期させて、CCDカメラ20が移動してもCCD28の中心には常に被写体24の中心がくるようにしている。
【0045】
このように、CCD22(又はカメラのフィルム)と被写体24を平行に配置させることによって、Slice and Dice画像処理を行なう際、いわゆるキーストーンひずみの補正を行なう必要がないため、画像処理パワーを節約することができる。
【0046】
例えば、被写体を中心にカメラのフィルム又はCCD面を円弧状に配置して被写体とカメラのフィルム又はCCD面との離間距離が一定となるようにした場合、キーストーンひずみが生じ、補正のため非視差方向に関して拡大縮小を行なう必要があり、別途画像処理パワーが必要となる。
【0047】
一方、図1に示すように、DOS/Vパソコン18のハードウエアーは、256Mバイトのメモリを持っており、RAM15を介してCCDカメラ20によって撮影された視差原画像をリアルタイムで記録可能としている。
【0048】
また、画像処理部14にはルックアップテーブル(LUT)32が配設されており、DOS/Vパソコン18に記録された視差原画像をダウンロードし、Slice and Dice画像処理を行なった後、ホログラムプリンター部16に設けられた液晶パネル22へ画像が送信される。
【0049】
ここで、ホログラムプリンター部16について説明する。
【0050】
ホログラムプリンター部16にはホログラムプリンタ34が備えられており、このホログラムプリンタ34は、撮影からホログラムのプリントアウトまでを全自動で行うことができ、一般のオフィス環境での使用に耐えることができることを特徴としており、さらに、ホログラムフィルム38(図3(A)参照)をカートリッジ化している。
【0051】
また、ホログラムプリンタ34内には小型のエアー定盤(図示省略)が配設されており、このエアー定盤の上には露光処理部36(図3(A)参照)の光学系が配置されている。この露光処理部36は完全遮光のカバーで覆ってあり、外光からホログラムフィルム38を保護している。これらの対策により、ホログラムプリンタ34は通常のオフィス環境でも問題なく作動させることが出来る。
【0052】
次に、ホログラムプリンタ34に配設された露光処理部36の光学系について説明する。
【0053】
図3(A)、(B)には露光処理部36の光学系が示されており、図3(A)は光学系の平面図を示し、図3(B)は光学系の側面図を示しており、図3(A)において、ホログラムフィルム38は図面の奥から手前側へ送られる。
【0054】
図3(A)に示すように、露光処理部36は、所定の波長のレーザ光を出射する光源部40(後述する)が備えられており、光源部40からのレーザ光L1の光軸上には、シャッタ42が配設されている。
【0055】
このシャッタ42は、DOS/Vパソコン18(図1参照)によって制御されており、ホログラムフィルム38を露光しないときは閉じられ、ホログラムフィルム38を露光するときに開放される。
【0056】
なお、ここでは、シャッタ42を用いてレーザ光のオンオフを切り換えるようにしているが、半導体レーザの場合、電流に変調を加えてパルス駆動させることにより、シャッタ42の代わりとしても良い。
【0057】
一方、シャッタ42を通過したレーザ光は、ビームスプリッタ44によって物体光L3と参照光L2に分けられ、物体光L3は液晶パネル22により変調される。この液晶パネル22は51万画素TFT白黒液晶パネルを使用しており、液晶パネル22を通過した物体光L3は、視差方向にはホログラムフィルム38上で集光され、非視差方向には投影される。
【0058】
この点について以下、詳しく説明する。まず、図3(A)に示すように、非視差方向の光学系についての説明を行う。非視差方向すなわち観察するときの上下方向の視野角を確保するため、ホログラムフィルム38に近接して非視差方向のみへ物体光L3を拡散させる1次元拡散板46(図4(A)参照)を配置している。
【0059】
この1次元拡散板46は、ホログラフィックステレオグラムに上下方向の視野角を持たせるためのものである。すなわち、この1次元拡散板46によって、物体光L3が上下方向、すなわち作成される要素ホログラムの長軸方向に拡散され、これにより、作成されるホログラフィックステレオグラムは縦方向の視野角を有することとなる。
【0060】
このため、非視差方向に関しては、液晶画像を投影しないと上下方向にぼけた画像になってしまう。そこで、球面レンズ48、50を用いて1次元拡散板46上に拡大投影を行っている。
【0061】
次に、図3(B)に示されている視差方向の光学系についての説明を行う。視差方向に関しては、側面図に示したように液晶画像をシリンドリカルレンズ52によってホログラムフィルム38の一方の面上に集光することで角度方向の情報を持たせている。
【0062】
この集光用シリンドリカルレンズ52の集光角度は57°としており、ホログラムフィルム38上での光量分布を均一化して回折効率を向上させるため液晶パネル22上に視差方向への1次元拡散素子を配置している。
【0063】
これにより、ホログラムフィルム38上での集光点は広がりを持つことになるが、要素ホログラム外に集光点が広がってしまうと、隣接する要素ホログラムとのクロストークにより、回折効率の低下などを発生するため、球面レンズ48による集光点にスリット54を配置することで、要素ホログラム外に漏れる光をカットしている。ここで、スリット幅は要素ホログラム幅とシリンドリカルレンズ52と球面レンズ50の焦点距離から決めることが出来る。
【0064】
一方、図3(A)に示すように、ビームスプリッタ44によって分岐されたレーザ光は、参照光L2として、非視差方向にのみ広げられた後、コリメート用シリンドリカルレンズ56によって平行ビームとされ、全反射ミラー58によって反射させてホログラムフィルム38の一方の面上に投影される。
【0065】
この結果、参照光L2と物体光L3とがホログラムフィルム38において干渉し、この干渉によって生じる干渉縞がホログラムフィルム38上に、屈折率の変化として記録される。
【0066】
ここで、露光処理部36の光学系を構成する光源部40について説明する。
【0067】
図5(A)に示すように、光源部40はファイバアレイ光源66によって構成されており、複数(例えば、6個)のレーザモジュール64を備え、各レーザモジュール64には、マルチモード光ファイバ80の一端が結合されている。
【0068】
マルチモード光ファイバ80の他端には、コア径がマルチモード光ファイバ80と同一で且つクラッド径がマルチモード光ファイバ80より小さい光ファイバ81が結合され、図5(C)に示すように、光ファイバ81の出射端部(発光点)が副走査方向と直交する主走査方向に沿って1列に配列(いわゆるアレイ状)されてレーザ出射部82が構成されている。なお、図5(D)に示すように、発光点を主走査方向に沿って2列に配列(いわゆるバンドル状)することもできる。
【0069】
光ファイバ81の出射端部は、図5(B)に示すように、表面が平坦な2枚の支持板65に挟み込まれて固定されている。また、光ファイバ81の光出射側には、光ファイバ81の端面を保護するために、ガラス等の透明な保護板63が配置されている。
【0070】
この保護板63は、光ファイバ81の端面と密着させて配置してもよく、光ファイバ81の端面が密封されるように配置してもよい。光ファイバ81の出射端部は、光密度が高く集塵し易く劣化し易いが、保護板63を配置することにより端面への塵埃の付着を防止することができると共に劣化を遅らせることができる。
【0071】
この例では、クラッド径が小さい光ファイバ81の出射端を隙間無く1列に配列するために、クラッド径が大きい部分で隣接する2本のマルチモード光ファイバ80の間にマルチモード光ファイバ80を積み重ね、積み重ねられたマルチモード光ファイバ80に結合された光ファイバ81の出射端が、クラッド径が大きい部分で隣接する2本のマルチモード光ファイバ80に結合された光ファイバ81の2つの出射端の間に挟まれるように配列されている。
【0072】
このような光ファイバは、例えば、図6に示すように、クラッド径が大きいマルチモード光ファイバ80のレーザ光出射側の先端部分に、長さ1〜30cmのクラッド径が小さい光ファイバ81を同軸的に結合することにより得ることができる。
【0073】
この2本の光ファイバ80、81は、光ファイバ81の入射端面が、マルチモード光ファイバ80の出射端面に、両光ファイバの中心軸が一致するように融着されて結合されている。ここで、光ファイバ81のコア81aの径は、マルチモード光ファイバ80のコア80aの径と同じ大きさである。
【0074】
また、長さが短くクラッド径が大きい光ファイバにクラッド径が小さい光ファイバを融着させた短尺光ファイバを、フェルールや光コネクタ等を介してマルチモード光ファイバ80の出射端に結合してもよい。
【0075】
コネクタ等を用いて着脱可能に結合することで、クラッド径が小さい光ファイバが破損した場合等に先端部分の交換が容易になり、露光ヘッドのメンテナンスに要するコストを低減できる。なお、以下では、光ファイバ81を、マルチモード光ファイバ80の出射端部と称する場合がある。
【0076】
マルチモード光ファイバ80及び光ファイバ81としては、ステップインデックス型光ファイバ、グレーテッドインデックス型光ファイバ、及び複合型光ファイバの何れでもよい。例えば、三菱電線工業株式会社製のステップインデックス型光ファイバを用いることができる。
【0077】
本実施の形態では、マルチモード光ファイバ80及び光ファイバ81は、ステップインデックス型光ファイバであり、マルチモード光ファイバ80は、クラッド径=125μm、コア径=25μm、NA=0.2、入射端面コートの透過率=99.5%以上であり、光ファイバ81は、クラッド径=60μm、コア径=25μm、NA=0.2である。
【0078】
ここで、赤外領域のレーザ光では、光ファイバのクラッド径を小さくすると伝搬損失が増加する。このため、レーザ光の波長帯域に応じて好適なクラッド径が決定されている。
【0079】
しかしながら、波長が短いほど伝搬損失は少なくなり、GaN系半導体レーザから出射された波長405nmのレーザ光では、クラッドの厚み{(クラッド径−コア径)/2}を800nmの波長帯域の赤外光を伝搬させる場合の1/2程度、通信用の1.5μmの波長帯域の赤外光を伝搬させる場合の約1/4にしても、伝搬損失は殆ど増加しない。従って、クラッド径を60μmと小さくすることができる。
【0080】
但し、光ファイバ81のクラッド径は60μmには限定されない。従来のファイバ光源に使用されている光ファイバのクラッド径は125μmであるが、クラッド径が小さくなるほど焦点深度がより深くなるので、マルチモード光ファイバのクラッド径は80μm以下が好ましく、60μm以下がより好ましく、40μm以下が更に好ましい。一方、コア径は少なくとも3〜4μm必要であることから、光ファイバ81のクラッド径は10μm以上が好ましい。
【0081】
一方、レーザモジュール64は、図7に示す合波レーザ光源(ファイバ光源)によって構成されている。この合波レーザ光源は、ヒートブロック84上に配列固定された複数(例えば、7個)のチップ状の横マルチモード又はシングルモードのGaN系半導体レーザLD1,LD2,LD3,LD4,LD5,LD6,及びLD7と、GaN系半導体レーザLD1〜LD7の各々に対応して設けられたコリメータレンズ85,86,87,88,89,90,及び91と、1つの集光レンズ92と、1本のマルチモード光ファイバ80と、から構成されている。
【0082】
なお、半導体レーザの個数は7個には限定されない。例えば、クラッド径=60μm、コア径=50μm、NA=0.2のマルチモード光ファイバには、20個もの半導体レーザ光を入射することが可能であり、露光ヘッドの必要光量を実現して、且つ光ファイバ本数をより減らすことができる。
【0083】
GaN系半導体レーザLD1〜LD7は、発振波長が総て共通(例えば、405nm)であり、最大出力も総て共通(例えば、マルチモードレーザでは100mW、シングルモードレーザでは30mW)である。なお、GaN系半導体レーザLD1〜LD7としては、350nm〜450nmの波長範囲で、上記の405nm以外の発振波長を備えるレーザを用いてもよい。
【0084】
上記の合波レーザ光源は、図8及び図9に示すように、他の光学要素と共に、上方が開口した箱状のパッケージ94内に収納されている。パッケージ94は、その開口を閉じるように作成されたパッケージ蓋95を備えており、脱気処理後に封止ガスを導入し、パッケージ94の開口をパッケージ蓋95で閉じることにより、パッケージ94とパッケージ蓋95とにより形成される閉空間(封止空間)内に上記合波レーザ光源が気密封止されている。
【0085】
パッケージ94の底面にはベース板96が固定されており、このベース板96の上面には、前記ヒートブロック84と、集光レンズ92を保持する集光レンズホルダー45と、マルチモード光ファイバ80の入射端部を保持するファイバホルダー98とが取り付けられている。マルチモード光ファイバ80の出射端部は、パッケージ94の壁面に形成された開口からパッケージ94外に引き出されている。
【0086】
また、ヒートブロック84の側面にはコリメータレンズホルダー44が取り付けられており、コリメータレンズ85〜91が保持されている。パッケージ94の横壁面には開口が形成され、この開口を通してGaN系半導体レーザLD1〜LD7に駆動電流を供給する配線47がパッケージ94外に引き出されている。
【0087】
なお、図9においては、図の煩雑化を避けるために、複数のGaN系半導体レーザのうちGaN系半導体レーザLD7にのみ番号を付し、複数のコリメータレンズのうちコリメータレンズ91にのみ番号を付している。
【0088】
図10は、上記コリメータレンズ85〜91の取り付け部分の正面形状を示すものである。コリメータレンズ85〜91の各々は、非球面を備えた円形レンズの光軸を含む領域を平行な平面で細長く切り取った形状に形成されている。この細長形状のコリメータレンズは、例えば、樹脂又は光学ガラスをモールド成形することによって形成することができる。コリメータレンズ85〜91は、長さ方向がGaN系半導体レーザLD1〜LD7の発光点の配列方向(図10の左右方向)と直交するように、上記発光点の配列方向に密接配置されている。
【0089】
一方、GaN系半導体レーザLD1〜LD7としては、発光幅が2μmの活性層を備え、活性層と平行な方向、直角な方向の拡がり角が各々例えば10°、30°の状態で各々レーザ光B1〜B7(図7参照)を発するレーザが用いられている。これらGaN系半導体レーザLD1〜LD7は、活性層と平行な方向に発光点が1列に並ぶように配設されている。
【0090】
従って、各発光点から発せられたレーザ光B1〜B7は、上述のように細長形状の各コリメータレンズ85〜91に対して、拡がり角度が大きい方向が長さ方向と一致し、拡がり角度が小さい方向が幅方向(長さ方向と直交する方向)と一致する状態で入射することになる。
【0091】
つまり、各コリメータレンズ85〜91の幅が1.1mm、長さが4.6mmであり、それらに入射するレーザ光B1〜B7の水平方向、垂直方向のビーム径は各々0.9mm、2.6mmである。また、コリメータレンズ85〜91の各々は、焦点距離f1=3mm、NA=0.6、レンズ配置ピッチ=1.25mmである。
【0092】
一方、図8に示すように、集光レンズ92は、非球面を備えた円形レンズの光軸を含む領域を平行な平面で細長く切り取って、コリメータレンズ85〜91の配列方向、つまり水平方向に長く、それと直角な方向に短い形状に形成されている。この集光レンズ92は、焦点距離f2=23mm、NA=0.2である。この集光レンズ92も、例えば、樹脂又は光学ガラスをモールド成形することにより形成される。
【0093】
上記の実施の形態では、合波レーザ光源を複数備えたファイバアレイ光源を用いた例について説明したが、レーザ光源は、合波レーザ光源をアレイ化したファイバアレイ光源には限定されない。例えば、1個の発光点を有する単一の半導体レーザから入射されたレーザ光を出射する1本の光ファイバを備えたファイバ光源をアレイ化したファイバアレイ光源を用いることができる。
【0094】
また、複数の発光点を備えた光源としては、例えば、図11に示すように、ヒートブロック100上に、複数(例えば、7個)のチップ状の半導体レーザLD1〜LD7を配列したレーザアレイを用いることができる。また、図12(A)に示す、複数(例えば、5個)の発光点110aが所定方向に配列されたチップ状のマルチキャビティレーザ110が知られている。
【0095】
このマルチキャビティレーザ110は、チップ状の半導体レーザを配列する場合と比べ、発光点を位置精度良く配列できるので、各発光点から出射されるレーザ光を合波し易い。但し、発光点が多くなるとレーザ製造時にマルチキャビティレーザ110に撓みが発生し易くなるため、発光点110aの個数は5個以下とするのが好ましい。
【0096】
本発明の立体画像プリンタの露光処理部の光学系を構成する光源部40では、このマルチキャビティレーザ110や、図12(B)に示すように、ヒートブロック100上に、複数のマルチキャビティレーザ110が各チップの発光点110aの配列方向と同じ方向に配列されたマルチキャビティレーザアレイを、光源として用いることができる。
【0097】
また、合波レーザ光源は、複数のチップ状の半導体レーザから出射されたレーザ光を合波するものには限定されない。例えば、図13に示すように、複数(例えば、3個)の発光点110aを有するチップ状のマルチキャビティレーザ110を備えた合波レーザ光源を用いることができる。
【0098】
この合波レーザ光源は、マルチキャビティレーザ110と、1本のマルチモード光ファイバ130と、集光レンズ120と、を備えて構成されている。マルチキャビティレーザ110は、例えば、発振波長が405nmのGaN系レーザダイオードで構成することができる。
【0099】
上記の構成では、マルチキャビティレーザ110の複数の発光点110aの各々から出射したレーザ光Bの各々は、集光レンズ120によって集光され、マルチモード光ファイバ130のコア130aに入射する。コア130aに入射したレーザ光は、光ファイバ内を伝搬し、1本に合波されて出射する。
【0100】
マルチキャビティレーザ110の複数の発光点110aを、上記マルチモード光ファイバ130のコア径と略等しい幅内に並設すると共に、集光レンズ120として、マルチモード光ファイバ130のコア径と略等しい焦点距離の凸レンズや、マルチキャビティレーザ110からの出射ビームをその活性層に垂直な面内のみでコリメートするロッドレンズを用いることにより、レーザ光Bのマルチモード光ファイバ130への結合効率を上げることができる。
【0101】
また、図14に示すように、複数(例えば、3個)の発光点を備えたマルチキャビティレーザ110を用い、ヒートブロック111上に複数(例えば、9個)のマルチキャビティレーザ110が互いに等間隔で配列されたレーザアレイ140を備えた合波レーザ光源を用いることができる。複数のマルチキャビティレーザ110は、各チップの発光点110aの配列方向と同じ方向に配列されて固定されている。
【0102】
この合波レーザ光源は、レーザアレイ140と、各マルチキヤピティレーザ110に対応させて配置した複数のレンズアレイ114と、レーザアレイ140と複数のレンズアレイ114との間に配置された1本のロッドレンズ113と、1本のマルチモード光ファイバ130と、集光レンズ120と、を備えて構成されている。レンズアレイ114は、マルチキヤピティレーザ110の発光点に対応した複数のマイクロレンズを備えている。
【0103】
上記の構成では、複数のマルチキャビティレーザ110の複数の発光点110aの各々から出射したレーザ光Bの各々は、ロッドレンズ113により所定方向に集光された後、レンズアレイ114の各マイクロレンズにより平行光化される。平行光化されたレーザ光Lは、集光レンズ120によって集光され、マルチモード光ファイバ130のコア130aに入射する。コア130aに入射したレーザ光は、光ファイバ内を伝搬し、1本に合波されて出射する。
【0104】
更に他の合波レーザ光源の例を示す。この合波レーザ光源は、図15(A)及び(B)に示すように、略矩形状のヒートブロック180上に光軸方向の断面がL字状のヒートブロック182が搭載され、2つのヒートブロック間に収納空間が形成されている。
【0105】
このL字状のヒートブロック182の上面には、複数の発光点(例えば、5個)がアレイ状に配列された複数(例えば、2個)のマルチキャビティレーザ110が、各チップの発光点110aの配列方向と同じ方向に等間隔で配列されて固定されている。
【0106】
略矩形状のヒートブロック180には凹部が形成されており、ヒートブロック180の空間側上面には、複数の発光点(例えば、5個)がアレイ状に配列された複数(例えば、2個)のマルチキャビティレーザ110が、その発光点がヒートブロック182の上面に配置されたレーザチップの発光点と同じ鉛直面上に位置するように配置されている。
【0107】
マルチキャビティレーザ110のレーザ光出射側には、各チップの発光点110aに対応してコリメートレンズが配列されたコリメートレンズアレイ184が配置されている。このコリメートレンズアレイ184は、各コリメートレンズの長さ方向とレーザ光の拡がり角が大きい方向(速軸方向)とが一致し、各コリメートレンズの幅方向が拡がり角が小さい方向(遅軸方向)と一致するように配置されている。
【0108】
このように、コリメートレンズをアレイ化して一体化することで、レーザ光の空間利用効率が向上し合波レーザ光源の高出力化が図られると共に、部品点数が減少し低コスト化することができる。
【0109】
また、コリメートレンズアレイ184のレーザ光出射側には、1本のマルチモード光ファイバ130と、このマルチモード光ファイバ130の入射端にレーザ光を集光して結合する集光レンズ120と、が配置されている。
【0110】
上記の構成では、ヒートブロック180、182上に配置された複数のマルチキャビティレーザ110の複数の発光点110aの各々から出射したレーザ光Bの各々は、コリメートレンズアレイ184により平行光化され、集光レンズ120によって集光されて、マルチモード光ファイバ130のコア130aに入射する。コア130aに入射したレーザ光は、光ファイバ内を伝搬し、1本に合波されて出射する。
【0111】
なお、上記の各合波レーザ光源をケーシング内に収納し、マルチモード光ファイバ130の出射端部をそのケーシングから引き出したレーザモジュールを構成することができる。
【0112】
また、上記の実施の形態では、合波レーザ光源のマルチモード光ファイバの出射端に、コア径がマルチモード光ファイバと同一で且つクラッド径がマルチモード光ファイバより小さい他の光ファイバを結合してファイバアレイ光源の高輝度化を図る例について説明したが、例えば、クラッド径が125μm、80μm、60μm等のマルチモード光ファイバを、出射端に他の光ファイバを結合せずに使用してもよい。
【0113】
ここで、本発明に用いることができる光源をまとめると次のようなものを挙げることができる。
【0114】
(1)複数の半導体レーザ(例えばGaN系半導体レーザ)がアレイ状に配列されたレーザアレイ。
【0115】
(2)1つのチップに複数の発光点を備えたマルチキャビティレーザ(例えばGaN系マルチキャビティレーザ)。
【0116】
(3)複数の半導体レーザ(例えばGaN系半導体レーザ)と、1本の光ファイバーと、前記複数の半導体レーザの各々から出射されたレーザ光を集光し、集光ビームを前記光ファイバーの入射端に結合させる集光光学系と、を備えた合波レーザ光源。
【0117】
(4)複数のマルチキャビティレーザ(例えばGaN系マルチキャビティレーザ)と、1本の光ファイバーと、前記複数のマルチキャビティレーザの複数の発光点の各々から出射されたレーザ光を集光し、集光ビームを前記光ファイバーの入射端に結合させる集光光学系と、を備えた合波レーザ光源。
【0118】
(5)複数の発光点を備えたマルチキャビティレーザ(例えばGaN系マルチキャビティレーザ)と、1本の光ファイバーと、前記複数の発光点の各々から出射されたレーザ光を集光し、集光ビームを前記光ファイバーの入射端に結合させる集光光学系と、を備えた合波レーザ光源。
【0119】
(6)前記合波レーザ光源を複数備え、該複数の合波レーザ光源の光ファイバーの出射端における発光点の各々がアレイ状に配列されたファイバアレイ光源、又は、バンドル状に配列されたファイババンドル光源。
【0120】
(7)単一の半導体レーザ(例えば、GaN系半導体レーザ)と、1本の光ファイバと、前記単一の半導体レーザから出射されたレーザ光を集光し、集光ビームを前記光ファイバーの入射端に結合させる集光光学系と、を備えたファイバ光源を複数備え、該複数のファイバ光源の光ファイバの出射端における発光点の各々がアレイ状に配列されたファイバアレイ光源、又はバンドル状に配列されたファイババンドル光源。
【0121】
次に、本発明の実施の形態に係る画像立体プリンタの作用について説明する。
【0122】
図3(A)、(B)に示す露光処理部36の光源部40に合波レーザ光源を用いることで、マルチキャビティレーザの多段配置とコリメートレンズのアレイ化とにより、特に高出力化を図ることができる。また、合波レーザ光源を用いることにより、より高輝度なファイバアレイ光源やバンドルファイバ光源を構成することができるので、ホログラムフィルム38のように感度の低いフィルムを露光するには特に好適である。
【0123】
このように、ハイパワーで高輝度なレーザ光がライン状に得られるため、感度の低いホログラムフィルム38であっても、高画質の干渉型ホログラムが得られる。また、ハイパワーで高輝度なライン状のレーザ光を用いることによって、露光時間を短くすることができ、画像形成の高速化を図ることができる。
【0124】
さらに、合波レーザ光源を用いることで、レーザ光の空間コヒーレンスが良い。すなわち、点光源に近くなるため、拡大光学系を用いた際の波面歪みが少ない。また、レーザ光の出射端が点光源に近いため、長焦点化でき、露光ヘッド70(図4(B)参照)のトレランスが大きくとれる。
【0125】
また、光源部40に半導体レーザを用いることで、気体レーザや固体レーザを用いる場合と比較して立体画像プリンタ10を小型化することができる。さらに、気体レーザ及び固体レーザと比較して、低コストな半導体レーザを使用することができるため、コストダウンを図ることができる。
【0126】
さらに、図5(A)に示すように、レーザ出射部82を光ファイバ81の出射端とすることで、レーザモジュール64毎のビーム出射位置のバラツキを少なくすることができると共に、光源部40(図3(A)参照)の故障時に交換が容易である。
【0127】
また、図5(A)〜(D)に示すように、複数のマルチモード光ファイバ80の出射端における発光点81の各々をアレイ状、又はバンドル状に配列して、ハイパワーで高輝度なレーザ光を得ることで、一つの光源でハイパワーで高輝度なレーザ光を得る場合と比較して、光源部40の温度上昇率を抑えることができる。
【0128】
光源部40の温度上昇率が大きい場合、冷却用のファンを配設し、発生した熱を下げる必要が生じてしまうが、ホログラムの露光中に微小振動が発生すると、ホログラムの回折効率が落ちるという欠点があり、ファンによる振動は大きな問題となる。このため、光源部40の温度上昇率を抑えることで、冷却用のファンを用いる必要がなくなる。従って、ホログラムの回折効率が落ちることはない。
【0129】
次に、露光処理部に備えられた露光ヘッドについて説明する。
【0130】
従来のホログラフィックステレオグラム露光では、振動の影響を避けるために、通常、図4(A)に示すように、ガラスプレート200(又はホログラム乾板)上に貼り付けたフォトポリマー等のホログラムフィルム202をパルスステージ204上に固定し、ホログラム記録していた。
【0131】
しかし、この方法ではパルスステージ204やガラスプレート200等の慣性が大きく、その結果パルスステージ204を移動した後の振動減衰時間を比較的長い時間取る必要があった。また、ガラスプレート200上にホログラムフィルム202を貼り付ける必要があることは自動化の上で不利である。
【0132】
そこで、図4(B)に示すように、ホログラムフィルム38のまま露光できる露光ヘッド70を用いた。この露光ヘッド70はDOS/Vパソコン18(図1参照)の制御のもとに、ホログラムフィルム38を間欠送りすることができるようになっており、露光ヘッド70に所定の状態でセットされたホログラムフィルム38に、1つの画像が1つの要素ホログラムとして記録される毎に、DOS/Vパソコン18からの制御信号に基づいて、ホログラムフィルム38を1要素ホログラム分だけ間欠送りする。
【0133】
これにより、画像処理部14(図1参照)で処理された画像データに基づく画像が、要素ホログラムとして、ホログラムフィルム38に横方向に連続するように順次記録されることとなる。
【0134】
この露光ヘッド70には、ホログラムフィルム38が装填されるフィルムカートリッジ72が着脱可能に設けられており、フィルムカートリッジ72に装填されたホログラムフィルム38は、所定の距離を置いて配設された送り用ローラ73、74によって搬送される。
【0135】
送り用ローラ73、74には、それぞれ対向してピンチローラ73A、74Aが配置されており、ホログラムフィルム38は送り用ローラ73、74とピンチローラ73A、74Aとによって挟持され、送り用ローラ73と送り用ローラ74との間において、物体光の光軸に対してほぼ垂直となるように保持される。
【0136】
また、送り用ローラ73と送り用ローラ74は、図示しないトーションコイルばねにより、互いに離反する方向に付勢されている。これにより、送り用ローラ73と送り用ローラ74との間に掛け渡されたホログラムフィルム38に対して、所定のテンションが付与され、この結果、ホログラムフィルム38の位置が安定し、ホログラムフィルム38に生じる振動が抑制される。なお、このようなテンションは、ピンチローラ方式やスプロケット送り方式等によって付与するようにしてもよい。
【0137】
さらに、送り用ローラ73、74は、図示しないステッピングモータによって自在に回転し得るようになされており、ホログラフィックステレオグラムの作成時には、DOS/Vパソコン18(図1参照)から供給される制御信号に基づいて、1画像分の露光終了毎に1要素ホログラムに対応した所定角度だけ回転する。これにより、ホログラムフィルム38は、1画像分の露光終了毎に1要素ホログラム分だけ、送り用ローラ73の側から送り用ローラ74の側へと送られることとなる。
【0138】
また、送り用ローラ73と送り用ローラ74との間には、1次元拡散板46とルーバーフィルム60を湾曲させた状態で一体に貼り合わせた光学部品61が、物体光の入射位置に対応するように配置されている。この光学部品61は、図示しない光学部品駆動機構により、ホログラムフィルム38に対して接離移動可能に保持されている。
【0139】
ここで、ルーバーフィルム60は、微細な簾状の格子を有する光学部品であり、ホログラムフィルム38を透過した参照光が1次元拡散板46によって反射されて、再びホログラムフィルム38に入射するのを防ぐためのものである。
【0140】
一方、光学部品61を移動させる光学部品駆動機構は、露光動作開始前にDOS/Vパソコン18から供給される制御信号に基づいて駆動し、光学部品61をホログラムフィルム38に当接するように移動させる。
【0141】
これにより、光学部品61は、送り用ローラ73と送り用ローラ74との間にローディングされたホログラムフィルム38に押しつけられる。このように、光学部品61がホログラムフィルム38に押しつけられることにより、ホログラムフィルム38の微小振動を抑えられ、その結果、回折効率に優れ、明るい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。
【0142】
ところで、この露光ヘッド70は、フィルムカートリッジ72から引き出したホログラムフィルム38を2つのピンチローラー73A、74Aを介してバネによる張力を発生させ、ホログラムフィルム38をルーバーフィルム60に押し付けることで耐振動性を高めている。
【0143】
この結果、この露光ヘッド70では従来の露光ヘッド206(図4(A)参照)と比較して、ホログラムフィルム38の走行時の振動振幅が1/20となり、また、振動減衰時間は0.15秒と、従来の1/10となった。
【0144】
これにより、1要素ホログラムあたりの記録サイクルは、0.5秒まで減少させることが出来た。具体的には、フィルム走行とそれに伴なう振動減衰待ち時間があわせて約0.25秒以下であり、その間に画像処理部14でSlice and Dice画像処理を平行して行っておく。
【0145】
また、ホログラム露光時間が約0.25秒であり、全要素ホログラム295個を露光するのにはトータル147秒かかり、7.5秒の撮影とあわせても3分以内で全行程が終了することとなる。
【0146】
次に、本発明の実施の形態に係る立体画像プリンタによるホログラフィックステレオグラムの作成方法について説明する。
【0147】
図1に示すように、先ず、CCDカメラ20によって撮影された視差原画像は、Data Converter17によってデジタル変換された画像データとしてリアルタイムでRAM15によって一時保存される。
【0148】
一方、図1及び図4に示すように、ホログラムフィルム38を送り用ローラ73と送り用ローラ74との間にローディングさせた状態で、DOS/Vパソコン18からホログラムプリンタ34の露光ヘッド70の光学部品駆動機構に制御信号を送出して、光学部品駆動機構を駆動させ、光学部品61をホログラムフィルム38に所定圧力で押しつける。
【0149】
そして、DOS/Vパソコン18によって、RAM15に一時保存された視差原画像が、VGAによって露光用画像として、ホログラムプリンター部16に設けられた液晶パネル22送信される。
【0150】
これにより、該画像データに基づく露光用画像を液晶パネル22に表示させるとともに、DOS/Vパソコン18から図3(A)に示すシャッタ42に制御信号を送出して、所定時間だけシャッタ42を開放させ、ホログラムフィルム38を露光する。
【0151】
このとき、光源部40から出射されたシャッタ42を透過したレーザ光L1のうち、ハーフミラー33によって反射された光L2が、参照光としてホログラムフィルム38に入射する。
【0152】
一方、ハーフミラー33を透過した光L3は、液晶パネル22に表示された画像が投影された投影光となり、該投影光が物体光としてホログラムフィルム38に入射される。これにより、液晶パネル22に表示された露光用画像が、ホログラムフィルム38に短冊状の要素ホログラムとして記録される。
【0153】
そして、ホログラムフィルム38への1画像の記録が終了したら、次いで、DOS/Vパソコン18から露光ヘッド70(図4参照)に制御信号を送出し、ホログラムフィルム38を1要素ホログラム分だけ送らせる。
【0154】
以上の動作を、液晶パネル22に表示させる露光用画像を視差画像列順に順次変えて繰り返す。これにより、画像処理部14によって処理された画像データに基づく露光用画像が、ホログラムフィルム38に短冊状の要素ホログラムとして順次記録される。
【0155】
このように、この立体画像プリンタ10では、画像処理部14によって処理された画像データに基づく複数の露光用画像が液晶パネル22に順次表示されるとともに、各画像毎にシャッタ42が開放され、各画像がそれぞれ短冊状の要素ホログラムとしてホログラムフィルム38に順次記録される。
【0156】
このとき、ホログラムフィルム38は、1画像毎に1要素ホログラム分だけ送られるので、各要素ホログラムは、横方向に連続して並ぶこととなる。これにより、横方向の視差情報を含む複数の画像が、横方向に連続した複数の要素ホログラムとしてホログラムフィルム38に記録される。
【0157】
一方、ホログラムフィルム38の走行方向に沿った、送り用ローラ74の下流側には、図示はしないが紫外線ランプが配設されており、送り用ローラ74によって送られてくるホログラムフィルム38に対して紫外線を照射する。これにより、ホログラムフィルム38のホログラム記録層のモノマMの重合が完了する。
【0158】
このように、ホログラムフィルム38のホログラム記録層のモノマMの重合が完了したホログラムフィルム38は、紫外線ランプの下流側に配置されたヒートローラ(図示省略)によって加熱され、ホログラムフィルム38の屈折率変調度を増加させて、ホログラムフィルム38に記録画像を定着させる。
【0159】
そして、記録画像を定着されたホログラムフィルム38は、カッター(図示省略)によって切り離され、これにより、独立した1枚のホログラフィックステレオグラムとされる。
【0160】
なお、上述の実施の形態においては、短冊状の複数の要素ホログラムを1つのホログラムフィルム38に記録することによって横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例に挙げて説明したが、本発明は、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や、ドット状の複数の要素ホログラムを1つのホログラムフィルム等の記録媒体に記録することによって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に対しても適用可能であることは言うまでもない。
【0161】
また、上述の実施の形態においては、単色のホログラフィックステレオグラムを例に挙げて説明したが、カラーのホログラフィックステレオグラムに対しても本発明は全く同様に適用することが可能である。カラーのホログラフィックステレオグラムを作成するときは、例えば、記録用の光として光の3原色となる3つの光を使用するようにすればよい。
【0162】
さらに、光変調器として液晶パネルを用いて説明したが、これに限るものではなく、例えば、デジタル・マイクロミラー・デバイス(いわゆるDMD)を用いても良い。
【0163】
また、立体画像プリントは、3次元画像の表示以外に、光情報通信における光変調器として使用することができる外、位相変調層のみを用いて光の位相波面歪み補償フィルムとして使用することもできる。
【0164】
さらに、本形態と同様のファイバ合波光源、DMDを使用して、キノフォームやHOE(Holographic Optical Element),ホログラフィックメモリといった、従来からの単色のCGH(Computer Generated Hologram)を記録することができる。また、光ファイバからの2光速を干渉させて、従来のホログラム画像(リップマン型、フレネル型、イメージ型、レリーフ型、ホログラフィックステレオグラム)を記録することもできる。
【0165】
【発明の効果】
本発明は、上記構成としたので、ハイパワーで高輝度なレーザ光が得られるため、感度の低い立体画像記録フィルムであっても、高画質の干渉型ホログラムが得られる。また、ハイパワーで高輝度なライン状のレーザ光を用いることによって、露光時間を短くすることができ、画像形成の高速化を図ることができる。
【0166】
また、半導体レーザを用いることで、気体レーザや固体レーザを用いる場合と比較して立体画像記録装置を小型化することができる。さらに、気体レーザ及び固体レーザと比較して、低コストな半導体レーザを使用することができるため、コストダウンを図ることができる。また、半導体レーザを用いることで、気体レーザ及び固体レーザと比較して、レーザ装置の温度上昇率を抑えることができるため、レーザ装置冷却用のファンを設ける必要がない。従って、ホログラムの回折効率が落ちることはない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係る立体画像プリンタの構成を示すブロック図である。
【図2】本発明の実施形態に係る立体画像プリンタを構成する視差画像撮影の方法を示す説明図である。
【図3】本発明の実施形態に係る立体画像プリンタの光学系を示す(A)は平面図であり、(B)は側面図である。
【図4】(A)は立体画像プリンタの露光ヘッドの従来例を示す側面図であり、(B)は本発明の実施形態に係る立体画像プリンタの露光ヘッドの側面図を示している。
【図5】本発明の実施形態に係る立体画像プリンタに備えられた露光ヘッドを構成するファイバアレイ光源を示す図であり、(A)はファイバアレイ光源の構成を示す斜視図、(B)は(A)の部分拡大図、(C)及び(D)はレーザ出射部における発光点の配列を示す平面図である。
【図6】ファイバアレイ光源に備えられたマルチモード光ファイバの構成を示す図である。
【図7】合波レーザ光源の構成を示す平面図である。
【図8】レーザモジュールの構成を示す平面図である。
【図9】図8に示すレーザモジュールの構成を示す正面図である。
【図10】図8に示すレーザモジュールの構成を示す部分側面図である。
【図11】レーザアレイの構成を示す斜視図である。
【図12】(A)はマルチキャビティレーザの構成を示す斜視図であり、(B)は(A)に示すマルチキャビティレーザをアレイ状に配列したマルチキャビティレーザアレイの斜視図である。
【図13】合波レーザ光源の他の構成を示す平面図である。
【図14】合波レーザ光源の他の構成を示す平面図である。
【図15】(A)は合波レーザ光源の他の構成を示す平面図であり、(B)は(A)の光軸に沿った断面図である。
【符号の説明】
10 立体画像プリンタ(立体画像記録装置)
18 DOS/Vパソコン(制御手段)
22 液晶パネル(空間光変調素子)
40 光源部(レーザ装置)
66 ファイバアレイ光源(レーザ装置)
84 ヒートブロック(レーザ装置)
100 ヒートブロック(レーザ装置)
110 マルチキャビティレーザ(レーザ装置)
140 レーザアレイ(レーザ装置)
180 ヒートブロック(レーザ装置)
182 ヒートブロック(レーザ装置)[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a stereoscopic image recording apparatus that manufactures an interference hologram for reproducing a stereoscopic image.
[0002]
[Prior art]
Holography is a technique for recording and reproducing information on the amplitude and phase of light waves for reproducing a stereoscopic image on a medium. When the object is irradiated with coherent light such as laser light and the recording medium is irradiated with the reflected light (object light) from the object, the recording medium is simultaneously irradiated with another coherent light (reference light). Interference fringes are formed on the recording medium.
[0003]
A hologram is a light intensity distribution resulting from this interference recorded in a medium as a change in refractive index or absorptance. When the recording medium on which the hologram is recorded is irradiated with only the reference light, the hologram functions as a diffraction grating and the object light is reproduced. When an object having a three-dimensional structure is used as a subject, the reproduced image is a stereoscopic image with a natural stereoscopic effect. For this reason, holography is widely used as a technique for displaying a stereoscopic still image.
[0004]
However, holography has a problem that the photographing process is complicated, and a general person cannot easily obtain a desired three-dimensional image. For this reason, there has been a need for a mechanism for providing personally photographed images and personally created planar images as stereoscopic images. In addition, holography has a problem that it is difficult to obtain a full color image with high image quality and no sense of incongruity.
[0005]
For example, in the case of a Fresnel type hologram, an optical system for recording interference fringes is created by making object light and reference light incident on the photosensitive material from the same direction, and the hologram with the interference fringes recorded and developed is the same light as the captured reference light. When the illumination is performed, the reconstructed image (virtual image) appears at the position where the photographic object was placed. However, the reconstructed image cannot be obtained unless it is illuminated with the same light as the reference light that produced the hologram.
[0006]
By the way, an image reproduced by normal holography is a single color. For example, a color hologram capable of recording and reproducing a color image, as introduced in “Holography” written by Junpei Tsujiuchi (1997). Various studies have also been made and can be broadly classified into laser light reproduction holograms, white light reproduction holograms, and holographic stereograms.
[0007]
The method of Leith et al., Which first proposed a color hologram, is called a laser reproduction hologram. First, an object is illuminated with three colors of RGB laser light, and three holograms are photographed for each color of laser light. Next, when each of the three holograms is illuminated using the same color laser light as that used for photographing, the reproduced images of the three RGB colors appear at the same position and the color image is reproduced.
[0008]
However, there is a drawback that a so-called ghost image appears because each color laser beam is diffracted by each of the three holograms during reproduction. For this reason, a reconstructed image without a ghost image can be obtained by placing a Foucault grating in the reference optical system and recording so that the three holograms do not overlap at the time of photographing. The same optical system as the reference optical system is required, which is complicated.
[0009]
There are also white light reproduction holograms that can be photographed and reproduced using so-called white light such as sunlight and electric light in addition to laser light, and are roughly classified into three types: image holograms, rainbow holograms, and Lippmann holograms.
[0010]
Image hologram is a method that keeps the image of the object to be reproduced as far as possible from the hologram. Take an image with the object placed in the immediate vicinity of the hologram, or place an imaging system such as a lens between the object and the hologram. This is a method of placing an image of an object on the hologram and reducing the influence of dispersion during reproduction, and a white light reproduction hologram can be obtained by a simple method. If the aperture is small, the viewing zone is remarkably narrow, and if the object becomes large to some extent, the whole cannot be seen.
[0011]
Rainbow holograms are taken so that the spatial carrier of the hologram is in the horizontal direction. Three rainbow holograms are taken at the respective RGB wavelengths, and they are bonded to illuminate white light. Thus, the reproduced images from the three holograms appear overlapping at the same position, and the color image is reproduced. However, in the rainbow hologram, the position where an image with a correct color balance can be seen is determined, and there is a drawback that the color reproduction becomes worse if the eyes are moved from there.
[0012]
The Lippmann hologram is a color hologram in which interference fringes are written in each of the photosensitive layers provided corresponding to the three RGB colors of a photosensitive material having a thickness such as a silver halide photosensitive material. The fringe shape is almost parallel to the recording surface as in the so-called Lippmann color photograph. In addition, a three-dimensional image is observed by Bragg diffraction during reproduction, and the reproduced image from the photosensitive layer overlaps at the same position. The image is played back.
[0013]
Since such interference fringes have wavelength selectivity with respect to illumination light having a constant incident angle, the Lippmann hologram has an advantage that a color image can be reproduced with white light such as sunlight. Has a drawback that an image different from that at the time of photographing is reproduced.
[0014]
A color hologram can also be created using a stereogram, but a stereogram uses multiple two-dimensional photographic images to write intensity images that can be seen from various angles, up to the light phase control. Not.
[0015]
On the other hand, unlike ordinary holograms, a computer-generated hologram (Computer Generated Hologram: CGH) is used to calculate the structure of the hologram itself (the amplitude and phase distribution of the object light) using a computer. The hologram to be created. Here, a hologram synthesized from many ordinary photographs is called a holographic stereogram.
[0016]
Recently, a small device called a hologram printer that synthesizes a holographic stereogram from image data stored in a computer has been developed (M. Yamaguchi, N. Ohyama, T. Honda, “Holographic three-dimensional printer”). : New method, "Applied Optics 31, pp. 217-222 (1992), Nobuhiro Kihara, Akira Shirakura, Shigeyuki Baba," High-Speed Hologram Portrait Print System, "3D Image Conference '98, pp. 257-262 (1998) ).
[0017]
However, this hologram printer requires a complicated optical system for exposure using light interference, and has a drawback that high accuracy is required at the time of writing. That is, in order to improve the image quality and the viewing angle, the size of the pixel needs to be equivalent to the wavelength, and it is difficult to write such a minute spot with ordinary laser light. On the other hand, there is a method of displaying a stereoscopic image with an electron beam, but there are problems that the exposure apparatus becomes large and the gradation control is difficult.
[0018]
There is also a method of displaying a stereoscopic image from image data stored in a computer using a two-dimensional spatial light modulator. For example, there is a method of reproducing a stereoscopic image by controlling the amplitude and phase of transmitted light by changing the absorptance and refractive index for each fine cell using a liquid crystal spatial modulator.
[0019]
According to this method, a phase conjugate image does not appear, and ghost images due to other wavelengths can be prevented by spatially separating RGB, which is the three primary colors of light, compared to the case where a reproduced image is obtained by diffraction by interference fringes. In addition, it has an advantage that high diffraction efficiency can be obtained (a bright image can be reproduced).
[0020]
However, with the current technology, the liquid crystal pixels of the spatial modulator are as large as about 100 μm and it is difficult to increase the area, so that it is difficult to display a stereoscopic image that can withstand viewing. Another disadvantage is that the cost is high for the purpose of enjoying still images.
[0021]
By the way, when reproducing a hologram, in order to apply light emitted from a parallel light beam or a point light source at a distant position to the hologram, a considerably wide space is required in front of or behind the hologram, and further, the position of the illumination device and the light source It is necessary to keep the relationship correct.
[0022]
For this reason, when using a hologram for a display, a compact reproduction illumination device is used to illuminate from the end face of the hologram (so-called edge-lit hologram), but a large incident angle close to 90 °. In the case of using reference light and reproduction illumination light having the above, there is a drawback that the resolution of the reproduction image is lower than that of a normal hologram.
[0023]
On the other hand, it is known that the density of the photographic film changes depending on the exposure amount, as well as relief formation and refractive index change due to expansion / contraction. Using this, the amplitude of the object light calculated by the computer is known. There is a method of recording the distribution and phase distribution on a photographic film.
[0024]
This technique is called kinoform, and records the amplitude distribution on the red photosensitive layer and the phase distribution on the blue photosensitive layer and the green photosensitive layer using, for example, a reversal color film. By reproducing the reversal color film after recording with a red laser (HeNe laser), it is possible to reproduce a parallax character image (DC Chu, JR Fienup, JW Goodman, “ Multiemulsion on-axis computer generated hologram, "Applied Optics 12, pp. 1386-1388 (1973)). However, even if a reversal color film is used, the obtained image is a monochromatic image.
[0025]
Further, the conventional holographic photosensitive material has low sensitivity, for example, about 30 mJ / cm for the DuPont Omnidex holographic photosensitive material. 2 Even a photosensitive material for silver salt holography is up to 30 μJ / cm 2 It is lower than ordinary photographic light-sensitive materials. In order to compensate for this low sensitivity, it is better that the light intensity of the laser as the light source is high, but speaking of high power lasers so far, it is a solid-state laser equipped with a large gas laser or amplifier, which is a device Since the size of the device is large, the cost is high, and a large amount of heat is generated. However, if micro-vibration occurs during the exposure of the hologram, there is a drawback that the diffraction efficiency of the hologram is lowered, and vibration due to the fan becomes a big problem.
[0026]
As described above, the conventional holographic method cannot obtain a stereoscopic image in which a high-quality color image is reproduced.
[0027]
[Problems to be solved by the invention]
In consideration of the above facts, an object of the present invention is to obtain a stereoscopic image recording apparatus capable of producing a high-quality stereoscopic image print.
[0028]
[Means for Solving the Problems]
According to the first aspect of the present invention, in order to record interference fringes, a small amount of stereoscopic image data is recorded on a stereoscopic image recording film having at least one photosensitive layer provided corresponding to the wavelength of one or more recording light sources. A three-dimensional image recording apparatus for producing an interference hologram by recording amplitude information and phase information for each region, and a laser including a fiber light source that emits laser light emitted from a plurality of semiconductor lasers from a single fiber The apparatus, a plurality of pixel portions arranged two-dimensionally on a substrate, a spatial light modulation element that modulates laser light emitted from the laser device, and a light modulation state for each pixel portion, the stereoscopic image data And control means for irradiating the stereoscopic image recording film with laser light, which is controlled according to amplitude information and phase information for each small area.
[0029]
According to the first aspect of the present invention, the laser device includes a fiber light source that emits laser light emitted from a plurality of semiconductor lasers from a single fiber. As a result, high-power and high-intensity laser light can be obtained, so that a high-quality interference hologram can be obtained even with a low-sensitivity stereoscopic image recording film.
[0030]
In addition, by using a semiconductor laser, the stereoscopic image recording apparatus can be downsized as compared with the case of using a gas laser or a solid-state laser. Furthermore, since a low-cost semiconductor laser can be used as compared with a gas laser and a solid-state laser, the cost can be reduced.
[0031]
In addition, by using a semiconductor laser, the temperature increase rate of the laser device can be suppressed as compared with a gas laser and a solid-state laser. If the temperature rise rate of the laser device is large, a fan for cooling the laser device needs to be installed and the generated heat needs to be reduced. However, if a minute vibration occurs during the exposure of the hologram, the diffraction efficiency of the hologram decreases. The vibration caused by the fan becomes a big problem. For this reason, it is not necessary to provide a fan for cooling the laser device by suppressing the temperature rise rate of the laser device. Therefore, the diffraction efficiency of the hologram does not fall.
[0032]
In the second aspect of the present invention, a plurality of fiber light sources are provided, and the light emitting points at the emission ends of the plurality of fiber light sources are arranged in an array or a bundle. As a result, high-power and high-intensity laser light can be obtained in a line shape, so that the exposure time can be shortened and the image formation speed can be increased.
[0033]
In the invention described in claim 3, the interference hologram is any of a Lippmann type, a Fresnel type, an image type, a relief type, and a holographic stereogram type.
[0034]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, the stereoscopic image recording apparatus according to this embodiment will be described.
[0035]
In this stereoscopic image recording apparatus (hereinafter referred to as “stereoscopic image printer”), a holographic stereogram type is used, and a one-step holographic stereogram with only horizontal parallax (HPO) is adopted, and a parallax image is also obtained. Combined with a shooting device.
[0036]
The HPO type one-step holographic stereogram is designed to obtain a three-dimensional image from a plurality of two-dimensional images, and is composed of a number of slit-shaped holograms (element holograms). The image displayed on the liquid crystal panel is projected in the non-parallax direction (up and down direction) and condensed and recorded in the parallax direction (left and right direction). Such element hologram exposure is performed over the entire surface.
[0037]
As a result, although the image recorded on each element hologram is a two-dimensional image, the image exposed to each element hologram has appropriate visual field information, so that the overall lateral parallax can be reduced. A stereoscopic image can be obtained.
[0038]
Next, the configuration of the stereoscopic image printer will be described with reference to the block diagram shown in FIG. The
[0039]
The parallax image capturing camera unit 12 includes a
[0040]
Here, a real image is used as the original parallax image, and this real parallax original image can be obtained by moving the
[0041]
Accordingly, there is an effect of correcting the distortion peculiar to the holographic stereogram having only the lateral parallax and reducing blur by bringing a stereoscopic image of the subject onto the hologram.
[0042]
Specifically, as shown in FIG. 2, a rail (not shown) is provided so as to be parallel to the subject 24, the
[0043]
The
[0044]
The stepping motor for moving the
[0045]
In this manner, by arranging the CCD 22 (or camera film) and the subject 24 in parallel, it is not necessary to correct so-called keystone distortion when performing slice and dice image processing, thereby saving image processing power. be able to.
[0046]
For example, if the camera film or CCD surface is arranged in an arc shape around the subject so that the distance between the subject and the camera film or CCD surface is constant, keystone distortion will occur and non-correction will occur. It is necessary to perform enlargement / reduction with respect to the parallax direction, and additional image processing power is required.
[0047]
On the other hand, as shown in FIG. 1, the hardware of the DOS / V
[0048]
The image processing unit 14 is provided with a look-up table (LUT) 32, which downloads the parallax original image recorded in the DOS / V
[0049]
Here, the hologram printer unit 16 will be described.
[0050]
The hologram printer unit 16 is provided with a
[0051]
Further, a small air surface plate (not shown) is disposed in the
[0052]
Next, the optical system of the
[0053]
3A and 3B show an optical system of the
[0054]
As shown in FIG. 3A, the
[0055]
The
[0056]
Here, the on / off state of the laser beam is switched using the
[0057]
On the other hand, the laser beam that has passed through the
[0058]
This point will be described in detail below. First, as shown in FIG. 3A, an optical system in the non-parallax direction will be described. In order to ensure a non-parallax direction, that is, a viewing angle in the vertical direction when observing, the object light L is close to the
[0059]
The one-
[0060]
For this reason, with respect to the non-parallax direction, if the liquid crystal image is not projected, the image is blurred in the vertical direction. Therefore, enlargement projection is performed on the one-
[0061]
Next, the optical system in the parallax direction shown in FIG. 3B will be described. With respect to the parallax direction, the liquid crystal image is condensed on one surface of the
[0062]
The condensing angle of the condensing
[0063]
As a result, the condensing point on the
[0064]
On the other hand, as shown in FIG. 3A, the laser beam branched by the
[0065]
As a result, the reference light L 2 And object light L 3 And the interference fringes generated by this interference are recorded on the
[0066]
Here, the
[0067]
As shown in FIG. 5A, the
[0068]
An
[0069]
As shown in FIG. 5B, the emission end of the
[0070]
The protective plate 63 may be disposed in close contact with the end surface of the
[0071]
In this example, in order to arrange the emission ends of the
[0072]
For example, as shown in FIG. 6, an
[0073]
The two
[0074]
Also, a short optical fiber in which an optical fiber having a short cladding diameter and a large cladding diameter is fused with an optical fiber having a small cladding diameter may be coupled to the output end of the multimode
[0075]
By detachably coupling using a connector or the like, the tip portion can be easily replaced when an optical fiber having a small cladding diameter is broken, and the cost required for exposure head maintenance can be reduced. Hereinafter, the
[0076]
The multimode
[0077]
In the present embodiment, the multimode
[0078]
Here, with laser light in the infrared region, propagation loss increases as the cladding diameter of the optical fiber is reduced. For this reason, a suitable cladding diameter is determined according to the wavelength band of the laser beam.
[0079]
However, the shorter the wavelength, the smaller the propagation loss. In the case of laser light having a wavelength of 405 nm emitted from a GaN-based semiconductor laser, the cladding thickness {(cladding diameter−core diameter) / 2} is set to infrared light in the wavelength band of 800 nm. The propagation loss hardly increases even if it is about ½ of the case of propagating infrared light and about ¼ of the case of propagating infrared light in the 1.5 μm wavelength band for communication. Therefore, the cladding diameter can be reduced to 60 μm.
[0080]
However, the cladding diameter of the
[0081]
On the other hand, the
[0082]
The number of semiconductor lasers is not limited to seven. For example, as many as 20 semiconductor laser beams can be incident on a multimode optical fiber having a cladding diameter = 60 μm, a core diameter = 50 μm, and NA = 0.2. In addition, the number of optical fibers can be further reduced.
[0083]
The GaN-based semiconductor lasers LD1 to LD7 all have the same oscillation wavelength (for example, 405 nm), and the maximum output is also all the same (for example, 100 mW for the multimode laser and 30 mW for the single mode laser). As the GaN-based semiconductor lasers LD1 to LD7, lasers having an oscillation wavelength other than the above 405 nm in a wavelength range of 350 nm to 450 nm may be used.
[0084]
As shown in FIGS. 8 and 9, the above combined laser light source is housed in a box-shaped
[0085]
A
[0086]
A
[0087]
In FIG. 9, in order to avoid complication of the figure, only the GaN semiconductor laser LD7 is numbered among the plurality of GaN semiconductor lasers, and only the
[0088]
FIG. 10 shows the front shape of the attachment part of the collimator lenses 85-91. Each of the
[0089]
On the other hand, each of the GaN-based semiconductor lasers LD1 to LD7 includes an active layer having a light emission width of 2 μm, and each of the laser beams B1 in a state in which the divergence angles in a direction parallel to and perpendicular to the active layer are, for example A laser emitting ~ B7 (see FIG. 7) is used. These GaN-based semiconductor lasers LD1 to LD7 are arranged so that the light emitting points are arranged in a line in a direction parallel to the active layer.
[0090]
Therefore, in the laser beams B1 to B7 emitted from the respective light emitting points, the direction in which the divergence angle is large coincides with the length direction and the divergence angle is small with respect to the
[0091]
That is, the
[0092]
On the other hand, as shown in FIG. 8, the condensing
[0093]
In the above embodiment, an example using a fiber array light source including a plurality of combined laser light sources has been described, but the laser light source is not limited to a fiber array light source in which the combined laser light sources are arrayed. For example, a fiber array light source obtained by arraying fiber light sources including one optical fiber that emits laser light incident from a single semiconductor laser having one light emitting point can be used.
[0094]
As a light source having a plurality of light emitting points, for example, as shown in FIG. 11, a laser array in which a plurality of (for example, seven) chip-shaped semiconductor lasers LD1 to LD7 are arranged on a
[0095]
Since this
[0096]
In the
[0097]
The combined laser light source is not limited to one that combines laser beams emitted from a plurality of chip-shaped semiconductor lasers. For example, as shown in FIG. 13, a combined laser light source including a chip-shaped
[0098]
This combined laser light source is configured to include a
[0099]
In the above configuration, each of the laser beams B emitted from each of the plurality of light emitting
[0100]
A plurality of light emitting
[0101]
Further, as shown in FIG. 14, a
[0102]
This combined laser light source includes a
[0103]
In the above configuration, each of the laser beams B emitted from each of the plurality of light emitting
[0104]
Still another example of the combined laser light source will be described. In this combined laser light source, as shown in FIGS. 15A and 15B, a
[0105]
On the upper surface of the L-shaped
[0106]
A concave portion is formed in the substantially
[0107]
On the laser beam emission side of the
[0108]
Thus, by collimating and integrating the collimating lenses, the space utilization efficiency of the laser light can be improved, the output of the combined laser light source can be increased, and the number of parts can be reduced and the cost can be reduced. .
[0109]
Further, on the laser light emitting side of the
[0110]
In the above configuration, each of the laser beams B emitted from each of the plurality of light emitting
[0111]
It should be noted that a laser module in which each of the above combined laser light sources is housed in a casing and the emission end portion of the multimode
[0112]
In the above embodiment, another optical fiber having the same core diameter as the multimode optical fiber and a cladding diameter smaller than the multimode optical fiber is coupled to the output end of the multimode optical fiber of the combined laser light source. However, for example, a multimode optical fiber having a cladding diameter of 125 μm, 80 μm, 60 μm, or the like can be used without coupling another optical fiber to the output end. Good.
[0113]
Here, the light sources that can be used in the present invention can be summarized as follows.
[0114]
(1) A laser array in which a plurality of semiconductor lasers (for example, GaN-based semiconductor lasers) are arranged in an array.
[0115]
(2) A multi-cavity laser (for example, a GaN-based multi-cavity laser) having a plurality of light emitting points on one chip.
[0116]
(3) A plurality of semiconductor lasers (for example, a GaN-based semiconductor laser), one optical fiber, and laser light emitted from each of the plurality of semiconductor lasers are condensed, and the condensed beam is applied to the incident end of the optical fiber. And a condensing optical system to be coupled.
[0117]
(4) A plurality of multi-cavity lasers (for example, a GaN-based multi-cavity laser), one optical fiber, and laser light emitted from each of a plurality of light emitting points of the plurality of multi-cavity lasers are condensed and condensed. And a condensing optical system for coupling a beam to an incident end of the optical fiber.
[0118]
(5) A multicavity laser (for example, a GaN-based multicavity laser) having a plurality of light emission points, a single optical fiber, and laser light emitted from each of the plurality of light emission points is condensed, and a condensed beam And a condensing optical system that couples the optical fiber to the incident end of the optical fiber.
[0119]
(6) A fiber array light source that includes a plurality of the combined laser light sources, and each of the light emitting points at the output ends of the optical fibers of the combined laser light sources is arranged in an array, or a fiber bundle that is arranged in a bundle light source.
[0120]
(7) A single semiconductor laser (for example, a GaN-based semiconductor laser), one optical fiber, and laser light emitted from the single semiconductor laser are condensed, and a condensed beam is incident on the optical fiber. A fiber array light source including a plurality of fiber light sources each having a condensing optical system coupled to an end, and a fiber array light source in which each of light emitting points at an output end of the optical fiber of the plurality of fiber light sources is arranged in an array, or a bundle Arrayed fiber bundle light source.
[0121]
Next, the operation of the image stereoscopic printer according to the embodiment of the present invention will be described.
[0122]
By using a combined laser light source for the
[0123]
In this way, since high-power and high-luminance laser light is obtained in a line shape, a high-quality interference hologram can be obtained even with the
[0124]
Furthermore, the spatial coherence of the laser light is good by using the combined laser light source. That is, since it is close to a point light source, there is little wavefront distortion when using the magnifying optical system. Further, since the laser light emission end is close to a point light source, the focal length can be increased, and the tolerance of the exposure head 70 (see FIG. 4B) can be increased.
[0125]
Further, by using a semiconductor laser for the
[0126]
Furthermore, as shown in FIG. 5A, by using the
[0127]
Further, as shown in FIGS. 5A to 5D, each of the
[0128]
When the temperature rise rate of the
[0129]
Next, the exposure head provided in the exposure processing unit will be described.
[0130]
In conventional holographic stereogram exposure, in order to avoid the influence of vibration, a
[0131]
However, in this method, the inertia of the
[0132]
Therefore, as shown in FIG. 4B, an
[0133]
As a result, an image based on the image data processed by the image processing unit 14 (see FIG. 1) is sequentially recorded as an element hologram on the
[0134]
The
[0135]
[0136]
Further, the feeding
[0137]
Further, the feeding
[0138]
Further, between the feeding
[0139]
Here, the
[0140]
On the other hand, the optical component driving mechanism that moves the
[0141]
As a result, the
[0142]
By the way, the
[0143]
As a result, in this
[0144]
As a result, the recording cycle per element hologram could be reduced to 0.5 seconds. Specifically, the film running and the accompanying vibration attenuation waiting time are about 0.25 seconds or less, and during that time, the image processing unit 14 performs Slice and Dice image processing in parallel.
[0145]
Also, the hologram exposure time is about 0.25 seconds, and it takes 147 seconds in total to expose 295 all element holograms, and the entire process can be completed within 3 minutes even when shooting for 7.5 seconds. It becomes.
[0146]
Next, a method for creating a holographic stereogram by the stereoscopic image printer according to the embodiment of the present invention will be described.
[0147]
As shown in FIG. 1, first, an original parallax image captured by the
[0148]
On the other hand, as shown in FIGS. 1 and 4, the optical film of the
[0149]
Then, the parallax original image temporarily stored in the
[0150]
As a result, an exposure image based on the image data is displayed on the
[0151]
At this time, the laser light L that has passed through the
[0152]
On the other hand, the light L transmitted through the half mirror 33 3 Becomes projection light on which an image displayed on the
[0153]
When the recording of one image on the
[0154]
The above operation is repeated by sequentially changing the exposure image displayed on the
[0155]
As described above, in the
[0156]
At this time, since the
[0157]
On the other hand, an ultraviolet lamp (not shown) is arranged on the downstream side of the feeding
[0158]
As described above, the
[0159]
Then, the
[0160]
In the above-described embodiment, the holographic stereogram having the parallax information in the lateral direction by recording a plurality of strip-shaped element holograms on one
[0161]
In the above-described embodiment, a monochromatic holographic stereogram has been described as an example. However, the present invention can be applied to a color holographic stereogram in exactly the same manner. When a color holographic stereogram is created, for example, three lights that are the three primary colors of light may be used as recording light.
[0162]
Furthermore, although the liquid crystal panel has been described as the optical modulator, the present invention is not limited to this, and for example, a digital micromirror device (so-called DMD) may be used.
[0163]
In addition to displaying a three-dimensional image, the three-dimensional image print can be used as an optical modulator in optical information communication, and can also be used as a phase wavefront distortion compensation film for light using only a phase modulation layer. .
[0164]
Furthermore, conventional monochromatic CGH (Computer Generated Hologram) such as kinoform, HOE (Holographic Optical Element), and holographic memory can be recorded using the same fiber combined light source and DMD as in this embodiment. . Also, conventional hologram images (Lippmann type, Fresnel type, image type, relief type, holographic stereogram) can be recorded by causing the two light velocities from the optical fiber to interfere.
[0165]
【The invention's effect】
Since the present invention has the above-described configuration, a high-power and high-brightness laser beam can be obtained, and thus a high-quality interference hologram can be obtained even with a low-sensitivity stereoscopic image recording film. Further, by using a high-power and high-brightness line-shaped laser beam, the exposure time can be shortened, and the speed of image formation can be increased.
[0166]
In addition, by using a semiconductor laser, the stereoscopic image recording apparatus can be downsized as compared with the case of using a gas laser or a solid-state laser. Furthermore, since a low-cost semiconductor laser can be used as compared with a gas laser and a solid-state laser, the cost can be reduced. In addition, since the temperature increase rate of the laser device can be suppressed by using the semiconductor laser as compared with the gas laser and the solid-state laser, it is not necessary to provide a fan for cooling the laser device. Therefore, the diffraction efficiency of the hologram does not fall.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a stereoscopic image printer according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating a parallax image capturing method that constitutes the stereoscopic image printer according to the embodiment of the present invention.
3A is a plan view and FIG. 3B is a side view showing an optical system of a stereoscopic image printer according to an embodiment of the present invention.
4A is a side view showing a conventional example of an exposure head of a stereoscopic image printer, and FIG. 4B is a side view of the exposure head of the stereoscopic image printer according to the embodiment of the present invention.
FIGS. 5A and 5B are diagrams showing a fiber array light source that constitutes an exposure head provided in the stereoscopic image printer according to the embodiment of the present invention, FIG. 5A is a perspective view showing the configuration of the fiber array light source, and FIG. (A) The elements on larger scale, (C) And (D) is the top view which shows the arrangement of the luminous point in the laser emission section.
FIG. 6 is a diagram showing a configuration of a multimode optical fiber provided in a fiber array light source.
FIG. 7 is a plan view showing a configuration of a combined laser light source.
FIG. 8 is a plan view showing a configuration of a laser module.
9 is a front view showing the configuration of the laser module shown in FIG. 8. FIG.
10 is a partial side view showing the configuration of the laser module shown in FIG. 8. FIG.
FIG. 11 is a perspective view showing a configuration of a laser array.
12A is a perspective view showing a configuration of a multi-cavity laser, and FIG. 12B is a perspective view of a multi-cavity laser array in which the multi-cavity lasers shown in FIG.
FIG. 13 is a plan view showing another configuration of the combined laser light source.
FIG. 14 is a plan view showing another configuration of the combined laser light source.
15A is a plan view showing another configuration of the combined laser light source, and FIG. 15B is a cross-sectional view taken along the optical axis of FIG.
[Explanation of symbols]
10 Stereoscopic image printer (stereoscopic image recording device)
18 DOS / V PC (control means)
22 Liquid crystal panel (spatial light modulator)
40 Light source (laser device)
66 Fiber array light source (laser device)
84 Heat block (laser device)
100 Heat block (Laser device)
110 Multicavity laser (laser device)
140 Laser array (laser device)
180 Heat block (laser device)
182 Heat block (laser device)
Claims (3)
複数の半導体レーザから出射されたレーザ光を一本のファイバーから出射するファイバ光源を備えたレーザ装置と、
多数の画素部が基板上に2次元状に配列され、前記レーザ装置から照射されたレーザ光を変調する空間光変調素子と、
前記画素部毎の光変調状態を、前記立体画像データの小領域毎の振幅情報及び位相情報に応じて制御し、レーザ光を前記立体画像記録フィルムに照射させる制御手段と、
を有することを特徴とする立体画像記録装置。In order to record interference fringes, amplitude information and phase information for each small area of stereoscopic image data are recorded on a stereoscopic image recording film having at least one photosensitive layer provided corresponding to the wavelength of one or more recording light sources. A stereoscopic image recording apparatus for recording and manufacturing an interference hologram,
A laser device including a fiber light source that emits laser light emitted from a plurality of semiconductor lasers from a single fiber;
A spatial light modulation element in which a large number of pixel portions are two-dimensionally arranged on a substrate and modulates laser light emitted from the laser device;
Control means for controlling the light modulation state for each pixel unit according to amplitude information and phase information for each small region of the stereoscopic image data, and irradiating the stereoscopic image recording film with laser light;
A stereoscopic image recording apparatus comprising:
Priority Applications (1)
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- 2002-07-10 JP JP2002201457A patent/JP2004045628A/en active Pending
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