JP2009116007A - 画像記録方法、画像記録装置および画像記録媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】水平方向視差のみを持たせることができる光学系を使用して水平方向のみならず、垂直方向にも視差を付加したホログラフィックステレオグラムを作成する。
【解決手段】ホログラム記録媒体３０が初期位置とされ、ＳＴ４〜ＳＴ７の一連の処理が実行される毎に、要素ホログラムの１本の処理が終了され、全ての短冊状の要素ホログラムの本数が終了するまで、ＳＴ４〜ＳＴ７が繰り返される。一通り水平方向の視差を有するホログラフィックステレオグラムが記録された後、プリズムシートの屈折角が変更される。水平方向の視差情報と、屈折角に対応する垂直方向の視差とを含む複数の画像が、記録媒体に記録され、水平方向の視差および一の垂直方向の視差を有するホログラフィックステレオグラムが得られる。
【選択図】図１２

Description

この発明は、水平（左右）方向および垂直（上下）方向の両方向に視差を持つホログラフィックステレオグラムを作成する画像記録方法、画像記録装置および画像記録媒体に関する。

異なる視点から見た被写体の２次元画像を原画として、３次元画像を再生するホログラムを合成することが可能である。ホログラフィックステレオグラムは、例えば、被写体を異なる観察点から順次撮影することにより得られた多数の画像を原画として、これらを１枚のホログラム用記録媒体に短冊状またはドット状の要素ホログラムとして順次記録することにより作製される。

例えば、横方向のみに視差情報を持つホログラフィックステレオグラムは、図１４に示すように、被写体１００を横方向の異なる観察点から順次撮影することにより得られた複数の原画１０１ａ〜１０１ｅを画像処理した画像処理後の画像１１０を画像記録装置により、短冊状の要素ホログラムとしてホログラム用記録媒体１０２に順次記録することにより作製される。

このホログラフィックステレオグラムでは、横方向の異なる観察点から順次撮影することにより得られた画像情報が短冊状の要素ホログラムとして横方向に順次記録されているので、このホログラフィックステレオグラムを観察者が両目で見たとき、その左右の目にそれぞれ写る２次元画像は若干異なるものとなる。これにより、観察者は視差を感じることとなり、３次元画像が再生されることとなる。以降、ホログラフィックステレオグラムも含めて、単にホログラムと適宜称する。

上述したように、短冊状の要素ホログラムを順次記録する場合には、水平方向のみに視差を持つＨＰＯ(Horizontal Parallax Only）ホログラフィックステレオグラムが作成さ
れる。ＨＰＯ型は、プリントにかかる時間が短く、高画質記録が実現できる。一方、水平方向のみならず、上下の視差も持たせてより自然な立体感を記録したいという要求は多くあった。また、これまでクレジットカードの偽造防止目的に使われてきたエンボス型という方式は既に簡単に偽造できてしまっており、より高度な体積型（＝リップマン型）記録媒体が取って代わりつつある。体積型記録媒体を使えば、エンボス型では原理的に表現できない上下方向視差も記録できるため、記録方式において上下視差も入れて偽造防止効果をさらに強固なものにすることが望まれていた。

水平方向および垂直方向の両方向に視差を持つＦＰ(Full Parallax)型のホログラフィ
ックステレオグラムとして、例えば下記の特許文献１、特許文献２に記載されているものが提案されている。

特開平６−２６６２７４号公報 特表２００２−５３０６９９号公報

ＦＰ型は、球面レンズの組み合わせで光学系を組むことができるために、安価な構成とすることができ、また、ドット状の要素ホログラムを記録するために、一要素ホログラムの露光領域を小さくできることができ、その結果、低パワーのレーザで短いシャッタースピードで記録できるといった利点を有する。しかしながら、各要素ホログラム面積を小さくするということは、面露光を完成させるために必要な要素ホログラム数が多くなり、全露光時間が長くなってしまう問題、並びに要素ホログラムの境界が見えてしまって滑らかな画質が得られないという問題があった。

したがって、この発明は、ＨＰＯ型の持っている高画質性、高速性を活かしつつ、上下方向の視差も入れることができるようにした画像記録方法、画像記録装置および画像記録媒体を提供することを目的とするものである。

上述した課題を解決するために、この発明は、ホログラフィックステレオグラムを記録する画像記録方法において、
短冊状の要素ホログラムを露光する際に、光偏向素子をホログラム記録媒体に近接させて配し、
光偏向素子を介することによって、物体光および参照光の一方を長手方向に偏向させてホログラム記録媒体を露光し、
光偏向素子の偏向角を異ならせて少なくとも２回以上の多重露光を行うことにより、要素ホログラム長手方向に複数の視差を持たせたことを特徴とする画像記録方法である。

光偏向素子は、好ましくは、長手方向にマイクロ構造を有するプリズムシートであり、
異なる屈折角のプリズムシートを切り替えて、少なくとも２回以上の多重露光を行うことにより、要素ホログラム長手方向に複数の視差を持たせる。

光偏向素子は，物体光側および参照光側の一方に配置される。

好ましくは、光偏向素子と、ホログラム記録媒体との間に、長手方向に対してのみ所定角度拡散させる光学機能素子が挿入される。

この発明においては、ある偏向角の光偏向素子を透過した一要素ホログラムを露光後、ホログラム記録媒体を移動させずに別の偏向角の光偏向素子を配置し、同じ領域を多重露光した後、ホログラムホログラム記録媒体と光学系を相対的に移動させて面露光を完了させる。

この発明における他の制御方法としては、ある偏向角の光偏向素子を配置したまま、要素ホログラム露光毎にホログラム記録媒体と光学系とを相対的に移動させて面露光を完了させた後、別の偏向角の光偏向素子を配置して、面露光を完了するように、面ごとの多重露光を完了させる。

この発明は、ホログラフィックステレオグラムを記録する画像記録装置において、
空間光変調素子、縦横比の異なるアナモルフィック光学系、長手方向に指定角度屈折させる複数の屈折角度をもち記録媒体に平行に可動する光偏向素子を有し、
短冊状の要素ホログラムを露光する際に、ホログラム記録媒体に近接して配され、物体光および参照光の一方を長手方向に偏向させて該ホログラム記録媒体を露光する光偏向素子と、
光偏向素子の偏向角を異ならせて少なくとも２回以上の多重露光を行うことにより、要素ホログラム長手方向に複数の視差を持たせる露光制御部とを備えることを特徴とする画像記録装置である。

この発明は、ホログラフィックステレオグラムが記録された画像記録媒体であって、
ホログラフィックステレオグラムは、
短冊状の要素ホログラムを露光する際に、光偏向素子をホログラム記録媒体に近接させて配し
光偏向素子を介することによって、物体光および参照光の一方を長手方向に偏向させて該ホログラム記録媒体を露光し、
光偏向素子の偏向角が異ならせて少なくとも２回以上の多重露光を行うことにより、要素ホログラム長手方向に複数の視差を持たせたものである画像記録媒体である。

以上の説明から明らかなように、この発明によれば、水平視差を持った要素ホログラムを記録する光学系、機構部、制御部を使用して、上下視差と水平視差と独立の視差数をもつ高画質なフルパララックスのホログラフィックステレオグラムを得ることができる。これにより、ドット状のフルパララックスに比べて、高速で、かつ、要素ホログラム形状が目立たない高画質を達成することができる。

この発明によれば、要素ホログラムの境界などが目立たず、良好な見え方をする。人間の目は左右に並んでいるため、上下より左右の視差に敏感であるため、左右視差数と独立に上下視差数は設定することができる。従来の球面レンズ型フルパララックスの場合には、上下、左右の視差数を独立に選べるという利点もある。したがって、この発明によれば、アスペクト比が異なるホログラフィックステレオグラムを記録することができる。

以下、この発明を適用した具体的ないくつかの実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、この発明は以下の例に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更が可能であることは言うまでもない。

特許請求の範囲の記載の各構成事項と実施の形態における構成事項との対応関係は、下記の通りである。
ホログラフィックステレオグラムは、短冊状の要素ホログラムがホログラム記録媒体３０に記録される。光偏向素子としてプリズムシート４６が使用される。プリズムシート４６を介することによって、物体光Ｌ４および参照光Ｌ３の一方を長手方向に偏向させてホログラム記録媒体を露光する。光偏向素子の偏向角（プリズムシート４６の屈折角）を異ならせて少なくとも２回以上の多重露光を行うことにより、要素ホログラム長手方向に複数の視差を持たせる。プリズムシート４６と、ホログラム記録媒体３０との間に、長手方向に対してのみ所定角度拡散させる光学機能素子としての光学機能板４５が挿入される。この発明においては、図１３のフローチャートに示すように、ある偏向角の光偏向素子を透過した一要素ホログラムを露光後、ホログラム記録媒体を移動させずに別の偏向角の光偏向素子を配置し、同じ領域を多重露光した後、ホログラムホログラム記録媒体と光学系を相対的に移動させて面露光を完了させる。または図１２のフローチャートに示すように、ある偏向角の光偏向素子を配置したまま、要素ホログラム露光毎にホログラム記録媒体と光学系とを相対的に移動させて面露光を完了させた後、別の偏向角の光偏向素子を配置して、面露光を完了するように、面ごとの多重露光を完了させる。

先ず、ホログラフィックステレオグラムを作成するホログラフィックステレオグラム作成システムの一構成例について説明する。まず、ベースとなる光学系として、短冊状の複数の要素ホログラムを１つの記録媒体上に記録することにより、水平方向の視差情報を持たせたホログラフィックステレオグラムを構成するための装置について説明する。

このホログラフィックステレオグラム作成システムは、物体光と参照光との干渉縞が記録されたホログラム記録媒体をそのままホログラフィックステレオグラムとする、いわゆるワンステップホログラフィックステレオグラムを作成するシステムである。図１に示すように、記録対象の画像データの処理を行うデータ処理部１と、このシステム全体の制御を行う制御用コンピュータ２と、ホログラフィックステレオグラム作成用の光学系を有するホログラフィックステレオグラムプリンタ装置３とから構成されている。

データ処理部１は、多眼式カメラや移動式カメラ等を備えた視差画像列撮影装置１３から供給される視差情報を含む複数の画像データＤ１や、画像データ生成用コンピュータ１４によって生成された視差情報を含む複数の画像データＤ２等に基づいて、視差画像列Ｄ３を生成する。

ここで、視差画像列撮影装置１３から供給される視差情報を含む複数の画像データＤ１は、例えば、多眼式カメラによる同時撮影、または移動式カメラによる連続撮影等によって、実物体を水平方向の異なる複数の観察点から撮影することにより得られた複数画像分の画像データである。

また、画像データ生成用コンピュータ１４によって生成された視差情報を含む複数の画像データＤ２は、例えば、水平方向に順次視差を与えて作成された複数のＣＡＤ(Computer Aided Design)画像やＣＧ(Computer Graphics)画像等の画像データである。

そして、データ処理部１は、視差画像列Ｄ３に対して画像処理用コンピュータ１１によってホログラフィックステレオグラム用の所定の画像処理を施す。そして、所定の画像処理が施された画像データＤ４を、メモリまたはハードディスク等の記憶装置１２に記録する。

また、データ処理部１は、ホログラム用記録媒体に画像を記録する際に、記憶装置１２に記録された画像データＤ４から、１画像分毎にデータを順番に読み出し、この画像データＤ５を制御用コンピュータ２に送出する。

一方、制御用コンピュータ２は、ホログラフィックステレオグラムプリンタ装置３を駆動し、データ処理部１から供給された画像データＤ５に基づく画像を、ホログラフィックステレオグラムプリンタ装置３内にセットされたホログラム用記録媒体３０に、短冊状の要素ホログラムとして順次記録する。

このとき、制御用コンピュータ２は、後述するように、ホログラフィックステレオグラムプリンタ装置３に設けられたシャッタ３２、表示装置４１および記録媒体送り機構等の制御を行う。すなわち、制御用コンピュータ２は、シャッタ３２に制御信号Ｓ１を送出してシャッタ３２の開閉を制御し、また、表示装置４１に画像データＤ５を供給して表示装置４１に当該画像データＤ５に基づく画像を表示させ、また、記録媒体送り機構に制御信号Ｓ２を送出して記録媒体送り機構によるホログラム用記録媒体３０の送り動作を制御する。

画像処理は、図２に示すように、視差情報を含む複数の画像データＤ１のそれぞれを視差方向、すなわち、横（幅）方向にスリット状に分割し、分割後のスライスを寄せ集めて処理後の画像Ｄ５を再構成するものである。この画像Ｄ５が表示装置４１に表示される。

上述したホログラフィックステレオグラムプリンタ装置３の光学系について、図３を参照してより詳細に説明する。なお、図３Ａは、ホログラフィックステレオグラムプリンタ装置３全体の光学系を上方から見た図であり、図３Ｂは、ホログラフィックステレオグラムプリンタ装置３全体の光学系を横から見た図である。

ホログラフィックステレオグラムプリンタ装置３は、図３に示すように、所定の波長のレーザ光を出射するレーザ光源３１と、レーザ光源３１からのレーザ光Ｌ１の光軸上に配されたシャッタ３２、ミラー３８およびハーフミラー３３とを備えている。ここで、レーザ光源３１には、例えば、波長が約５３２ｎｍのレーザ光を出射するものを用いる。

ホログラフィックステレオグラムプリンタ装置３は、図３に示すように、所定の波長のレーザ光を出射するレーザ光源３１と、レーザ光源３１からのレーザ光Ｌ１の光軸上に配されたシャッタ３２およびハーフミラー３３とを備えている。本実施の形態では、レーザ光源３１には、波長が５１４．５ｎｍ、出力２００ｍＷのアルゴンレーザを用いた。

シャッタ３２は、制御用コンピュータ２によって制御され、ホログラム記録媒体３０を露光しないときには閉じられ、ホログラム記録媒体３０を露光するときに開放される。また、ハーフミラー３３は、シャッタ３２を通過してきたレーザ光Ｌ２を、参照光と物体光とに分離するためのものであり、ハーフミラー３３によって反射された光Ｌ３が参照光となり、ハーフミラー３３を透過した光Ｌ４が物体光となる。

なお、この光学系において、ハーフミラー３３によって反射され、ホログラム記録媒体３０に入射する参照光の光路長と、ハーフミラー３３を透過しホログラム記録媒体３０に入射する物体光の光路長とは、ほぼ同じ長さとする。これにより、参照光と物体光との干渉性が高まり、より鮮明な再生像が得られるホログラフィックステレオグラムを作成することが可能となる。

ハーフミラー３３によって反射された光Ｌ３の光軸上には、参照光用の光学系として、シリンドリカルレンズ３４と、参照光を平行光とするためのコリメータレンズ３５と、コリメータレンズ３５からの平行光を反射する全反射ミラー３６とがこの順に配置されている。

そして、ハーフミラー３３によって反射された光は、先ず、シリンドリカルレンズ３４によって発散光とされる。次に、コリメータレンズ３５によって平行光とされる。その後、全反射ミラー３６によって反射され、ホログラム記録媒体３０の裏面側に入射する。

一方、ハーフミラー３３を透過した光Ｌ４の光軸上には、物体光用の光学系として、ハーフミラー３３からの透過光を反射する全反射ミラー３８、凸レンズとピンホールを組み合わせたスペーシャルフィルタ３９、物体光を平行光とするためのコリメータレンズ４０、記録対象の画像を表示する表示装置４１、表示装置４１を透過してきた光を要素ホログラムの幅方向に拡散させる一次元拡散板４２、一次元拡散板４２を透過した物体光をホログラム記録媒体３０上に集光するシリンドリカルレンズ４３、光偏向素子例えば長手方向にマイクロ構造を有するプリズムシート４６、一次元拡散機能をもつ光学機能板４５がこの順に配置されている。

シリンドリカルレンズ４３が第１の視差方向（要素ホログラム短手方向または観察時水平方向）に物体光を集光し、プリズムシート４６が第２の視差方向（要素ホログラム長手方向または観察時垂直方向）に物体光を偏向する。後述するように、プリズムシート４６は、垂直方向に異なる屈折角のプリズムシートが連結された構造とされている。図３Ｂにおいては、３枚のプリズムシートが連結されてプリズムシート４６が構成されている。

プリズムシート４６を介することによって、１つの要素ホログラムを記録する場合に、３回の多重露光が行われ、要素ホログラムの短手方向のみならず、長手方向にも複数の視差を持つように、画像を記録することができる。長手方向に視差を持つように多重露光するためには、プリズムシート４６とホログラム記録媒体３０とが長手方向に相対的に移動するようになされる。この一実施の形態では、ホログラム記録媒体３０を固定し、プリズムシート４６を長手方向に移動させるようにしている。なお、プリズムシート４６は、物体光側に配置するのに限らず、参照光側に配置して良い。

光学機能板４５は、集光された物体光を短冊状の要素ホログラムの長手方向に一次元的に拡散するもので、長手方向での視点の移動に対応するためのものである。光学機能板４５は、プリズムシート４６のマイクロ構造に比してより微細な構造体である。例えばピッチが微細なレンチキュラーレンズを光学機能板４５として使用することができる。かかる光学機能板４５は、プリズムシート４６の裏面側に限らず、表面側に配置しても良い。なお、予め空間変調素子としての液晶ディスプレイに表示する画像をずらしてプリズムシート４６の屈折面とホログラム用記録媒体３０との距離による投影像のずれを補償するようにしても良い。

そして、ハーフミラー３３を透過した光Ｌ４は、全反射ミラー３８によって反射された後、スペーシャルフィルタ３９によって点光源からの発散光とされる。次に、コリメータレンズ４０によって平行光とされ、その後、表示装置４１に入射する。ここで、本実施の形態では、スペーシャルフィルタ３９には、２０倍の対物レンズと直径２０μｍのピンホールを用いた。また、コリメータレンズ４０の焦点距離は１００ｍｍとした。

表示装置４１は、例えば液晶ディスプレイからなる投影型の画像表示装置であり、制御用コンピュータ２によって制御され、制御用コンピュータ２から送られた画像データＤ５に基づく画像を表示する。本例では、画素数４８０×１０６８、大きさ１６．８ｍｍ×２９．９ｍｍの白黒液晶パネルを用いた。

そして、表示装置４１を透過した光は、表示装置４１に表示された画像によって変調された光となり、一次元拡散板４２によって拡散される。一次元拡散板４２は、表示装置４１の近傍に配置すればよく、表示装置４１の直前、あるいは直後に配置される。本例では、表示装置４１の直後に配置した。

ここで、一次元拡散板４２は、表示装置４１からの透過光を要素ホログラム幅方向に若干拡散させることにより、要素ホログラム内に光を分散させることで、作成されるホログラフィックステレオグラムの画質の向上に寄与する。

このとき、拡散板４２には、拡散板移動手段（図示は省略する）を設け、各要素ホログラムを形成する毎にこれをランダムに移動し、その位置を要素ホログラム毎に変えるようにする。これにより、ホログラムを観察したときに無限遠に定位するノイズを低減することができる。

拡散板４２の移動のための拡散板移動手段としては、ステッピングモータ等の機械的手法によって拡散板４２を一定量ずつ移動する移動機構等が採用でき、これによる拡散板４２の移動方向は、要素ホログラムの幅方向（図３Ｂ中、矢印Ｘ方向）であってもよいし、これとは直交する方向（図３Ａ中、矢印Ｙ方向）であってもよい。さらには、これらを組み合わせてもよいし、全くのランダムに移動してもよい。往復動とすることも可能である。

このように、拡散板４２を配置することで、要素ホログラムの幅内が一様に露光されるため、得られるホログラムの画質が向上するが、一様な露光を実現しようとすると、拡散板４２の拡散をある程度強くする必要があり、拡散板４２により拡散された物体光は、ホログラム記録媒体３０上で広がりを持ち、本来の要素ホログラムの幅よりも広い範囲を露光してしまうことになる。

そこで、光路中に、図４に示すように、マスク４４を配置し、その像を記録材料上に投影することにより、各要素ホログラムが適正な幅で露光されるようにする。すなわち、拡散板４２による拡散と、マスク４４による不要光の遮蔽によって、一様で適正な露光幅が得られるようにする。マスクの位置は、図４Ａおよび図４Ｂに示すように、拡散板４２とシリンドリカルレンズ４３との間に設けても良いし、ホログラム記録媒体３０に近接させても良い。

すなわち、表示装置４１からの透過光は、拡散板４２を透過して要素ホログラムの幅方向に拡散された後、シリンドリカルレンズ４３によりホログラム記録媒体３０上に集束される。このとき、拡散板４２の影響により、物体光は１点には集光せず、ある範囲に広がる。

図４に示すように、この広がった集束光のうち、中心部の所定範囲だけをマスク４４の開口部４４ａを透過させ、物体光としてホログラム記録媒体３０に入射する。物体光の形状は短冊状である。

上述したように、光学機能板４５が第２の拡散板として配置されており、物体光は、短冊状の要素ホログラムの長手方向に一次元的に拡散され、ホログラム記録媒体３０に照射される。これにより、反射型ホログラムの縦方向（垂直方向）の視野角を広げることができる。

通常の水平方向のみに視差を持つホログラフィックステレオグラムでは、この光学機能板４５は、最終ホログラフィックステレオグラムの上下方向視野角とほぼ同等の光学機能角を持たせるが、この発明においては、この一次元拡散角を敢えて狭くし、一次元拡散板の近傍にプリズムシート４６を配置する。

ホログラフィックステレオグラムプリンタ装置３は、制御用コンピュータ２の制御のもとに、ホログラム記録媒体３０を１要素ホログラム分だけ間欠送りし得る記録媒体送り機構５０を備えている。この記録媒体送り機構５０は、後述するように、制御用コンピュータ２からの制御信号に基づいて、フィルム状のホログラム記録媒体を間欠送りし得るようになっている。そして、このホログラフィックステレオグラムプリンタ装置３でホログラフィックステレオグラムを作成する際は、記録媒体送り機構５０に所定の状態でセットされたホログラム記録媒体３０に対して、視差画像列の各画像データに基づく画像を短冊状の要素ホログラムとして順次記録する。

ここで、上述したホログラフィックステレオグラム作成システムにおいて使用されるホログラム記録媒体３０について、詳細に説明する。このホログラム記録媒体３０は、図５に示すように、テープ状に形成されたフィルムベース材３０ａ上に光重合型フォトポリマからなるフォトポリマ層３０ｂが形成されるとともに、当該フォトポリマ層３０ｂ上にカバーシート３０ｃが被着されることにより形成された、いわゆるフィルム塗布タイプの記録媒体である。

光重合型フォトポリマは、初期状態では、図６Ａに示すように、モノマＭがマトリクスポリマに均一に分散している。これに対して、図６Ｂに示すように、１０〜４００ｍＪ／ｃｍ2 程度のパワーの光ＬＡを照射すると、露光部においてモノマＭが重合する。そして、ポリマ化するにつれて周囲からモノマＭが移動してモノマＭの濃度が場所によって変化し、これにより、屈折率変調が生じる。この後、図６Ｃに示すように、１０００ｍＪ／ｃｍ2 程度のパワーの紫外線または可視光ＬＢを全面に照射することにより、モノマＭの重合が完了する。このように、光重合型フォトポリマは、入射された光に応じて屈折率が変化するので、参照光と物体光との干渉によって生じる干渉縞を、屈折率の変化として記録することができる。

このような光重合型フォトポリマを用いたホログラム記録媒体３０は、露光後に特別な現像処理を施す必要が無い。したがって、光重合型フォトポリマを感光部に用いたホログラム記録媒体３０を使用する本実施の形態に係るホログラフィックステレオグラムプリンタ装置３は、構成を簡略化することができる。

次に、記録媒体送り機構５０について、詳細に説明する。図７は、ホログラフィックステレオグラムプリンタ装置３の記録媒体送り機構５０の部分を拡大した図である。

図７に示すように、記録媒体送り機構５０は、ローラ５１と、間欠送り用ローラ５２とを備えており、ホログラム記録媒体３０は、ローラ５１に巻き付けられた状態でフィルムカートリッジ５３内に収納されている。そして、この記録媒体送り機構５０は、所定位置に装填されたフィルムカートリッジ５３内のローラ５１を所定のトルクをもって回転自在に軸支するとともに、当該フィルムカートリッジ５３から引き出されたホログラム記録媒体３０を、ローラ５１と間欠送り用ローラ５２とで保持し得るようになされている。このとき、記録媒体送り機構５０は、ホログラム用記録媒体３０の主面が、ローラ５１と間欠送り用ローラ５２と間において物体光に対してほぼ垂直となるように、ホログラム記録媒体３０を保持する。また、ローラ５１および間欠送り用ローラ５２は、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おり、これにより、ローラ５１と間欠送り用ローラ５２との間に掛け渡されるようにローディングされたホログラム用記録媒体３０に対して、所定のテンションが付与される。

記録媒体送り機構５０の間欠送り用ローラ５２は、図示しないステッピングモータに接続されており、当該ステッピングモータからの回転力に基づいて、図中矢印Ａ１で示す方向に自在に回転し得るようになされている。このステッピングモータは、制御用コンピュータ２から供給される制御信号Ｓ２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、間欠送り用ローラ５２を順次回転させる。これにより、ホログラム記録媒体３０は、１画像分の露光毎に１要素ホログラム分だけ送られることとなる。

また、ホログラム記録媒体３０の進路のうち間欠送り用ローラ５２の後段には、当該進路に沿って紫外線ランプ５４が配設されている。この紫外線ランプ５４は、露光されたホログラム記録媒体３０のモノマＭの重合を完了させるためのものであり、間欠送り用ローラ５２によって送られてきたホログラム記録媒体３０に対して、所定パワーの紫外線ＵＶを照射し得るようになされている。

さらに、ホログラム記録媒体３０の進路のうち紫外線ランプ５４の後段には、回転自在に軸支されたヒートローラ５５と、一対の排出用送りローラ５６，５７と、カッター５８とが順次配設されている。

ここで、排出用送りローラ５６，５７は、ホログラム記録媒体３０のカバーシート３０ｃ側がヒートローラ５５の周側面に約半周にわたって密着した状態に巻きつくように、ホログラム記録媒体３０を送るようになされている。この排出用送りローラ５６，５７は、図示しないステッピングモータに接続されており、当該ステッピングモータからの回転力に基づいて回転し得るようになされている。このステッピングモータは、制御用コンピュータ２から供給される制御信号Ｓ２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、間欠送り用ローラ５２の回転と同期して、排出用送りローラ５６，５７を順次回転させる。これにより、ホログラム記録媒体３０は、間欠送り用ローラ５２と排出用送りローラ５６，５７と間において弛むことなく、確実にヒートローラ５５の周側面に密着した状態で送られることとなる。

ヒートローラ５５は、内部にヒータ等の発熱手段を備えており、この発熱手段により、その周側面が約１２０℃程度の温度を保ち得るようになされている。そして、このヒートローラ５５は、送られてきたホログラム記録媒体３０のフォトポリマ層３０ｂをカバーシート３０ｃを介して加熱することにより、フォトポリマ層３０ｂの屈折率変調度を増加させ、ホログラム記録媒体３０に記録画像を定着させる。このため、ヒートローラ５５は、その周側面にホログラム記録媒体３０が当接し始めてから離れるまでに記録画像が定着し得る程度の時間がかかるようにその外径が選定されている。

また、カッター５８は、図示しないカッター駆動機構を備えており、このカッター駆動機構を駆動することにより、送られてきたホログラム記録媒体３０を切断し得るようになされている。このカッター駆動機構は、制御用コンピュータ２から供給される制御信号Ｓ２に基づいて、ホログラム記録媒体３０に視差画像列の各画像データに基づく各画像が全て記録された後、当該ホログラム記録媒体３０の画像が記録された全ての部分がカッター５８よりも外部に排出された段階で、カッター５８を駆動させる。これにより、画像データが記録された部分が他の部分から切り離され、１枚のホログラフィックステレオグラムとして外部に排出される。

プリズムシート４６は、例えば図８に示すように、プリンタ内上下方向、すなわち、観察時は連続視差を感じる水平方向（要素ホログラムの短手方向）に５個の部分プリズムＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅを有する。各部分プリズムは、互いに異なる屈折角を持つ、マイクロ構造のものである。プリズムシート４６に対して異なる位置に入射した物体光が異なる方向に拡散される。一例として、部分プリズムＣの屈折角が０°であり、部分プリズムＢの屈折角が＋１５°であり、部分プリズムＤの屈折角が−１５°であり、部分プリズムＡの屈折角が＋３０°であり、部分プリズムＥの屈折角が−３０°である。シリンドリカルレンズ４３によって収束された物体光Ｌｘが部分プリズムＡ〜Ｅの何れかを介してホログラム記録媒体３０上に投射される。図８の例では、部分プリズムＣを介して物体光がホログラム記録媒体３０上に投射される状態が示されている。プリズムシート４６が図示しない駆動機構によってプリンタ内上下方向にスライド可能とされ、使用する部分プリズム（屈折角）が設定される。

図９は、プリズムシート４６をより詳細に示す。図９Ａに示すように、部分プリズムＡ，Ｂ，Ｄ，Ｅは、長手方向に対してマイクロ構造を持ち、図９Ｂに示すように、各部分プリズムＡ〜Ｅのマイクロ構造の例えば入射面が傾斜面とされ、図１０に示すように、入射光を観察時上下方向で所望の角度で屈折させて出射する構成とされている。実際のマイクロ構造のピッチは、図９に示すものより細かいものであるが、簡単のため、比較的大きなピッチのマイクロ構造が示されている。この発明では、異なる屈折角の部分プリズムを介して少なくとも２回以上の多重露光がなされる。その結果、要素ホログラム長手方向に複数の視差を持たせることができる。図９に示すプリズムシート４６の場合では、観察時上下方向に５個の視差を持たせることができる。但し、５個より少ない数の視差を持たせても良い。また、より多くの視差を持たせても良い。原理的には、１００以上の視差を入れることも可能である。なお、プリズムシートにより多くの視差を持たせた場合、観察時上下方向視野角を確保する一次元拡散板は不要となる。

図９のプリズムシート４６の例では、図１１Ａに示すように、入射面が傾斜面とされている。これに対して、図１１Ｂに示すように、出射面が傾斜面とされたプリズムシートを使用しても良い。入射面が傾斜面とされたプリズムシート４６（図１１Ａ）は、収差が少なく、全反射が起こりにくいので、出射面が傾斜面とされたプリズムシート（図１１Ｂ）に比して収差、偏向方向のずれに関して有利である。一方、出射面が傾斜面とされたプリズムシートは、傾斜面とホログラム記録媒体３０の面とを近接させることができるので、観察時上下の記録位置ずれが少なくなるという利点がある。

なお、収差の観点からプリズムシートの厚みは薄い方がよいことは言うまでもない。

観察時の上下視差数が奇数の場合、中央の部分プリズムＣは、屈折角を持たせる必要はなく、機能上は、部分プリズムを挿入しなくても良い。しかしながら、他の屈折角の場合に挿入される部分プリズムの光路長と合わせるべく、図８のＣの部分のように、他の部分プリズムと同じ材質、同じ屈折率、ほぼ同じ厚さの平板が挿入される。

以上のような構成を有するホログラフィックステレオグラム作成システムにおいて制御用コンピュータ２の制御の下でホログラフィックステレオグラムを作成する際の動作について図１２のフローチャートを参照して説明する。

図１２のステップＳＴ１において、プリズムシート４６の位置が設定される。上述したプリズムシート４６の例では、部分プリズムＣを物体光が通過するように設定される。ステップＳＴ１は、ループの開始端のステップであり、ステップＳＴ９がループの終了端のステップである。ステップＳＴ２〜ステップＳＴ８の一連の処理が実行される毎に、プリズムシート４６の位置がスライドされ、部分プリズムがＣ→Ｂ→Ｄ→Ａ→Ｅと切り替えられる。部分プリズムの切り替えの順序は、この順序以外も可能である。例えばプリズムシート４６の一端からプリンタ内上または下方向に異なる屈折角位置に変化させることも可能である。

ステップＳＴ２では、ホログラム記録媒体３０が初期位置とされる。ステップＳＴ３がループの開始端のステップであり、ステップＳＴ８がループの終了端のステップである。ステップＳＴ４〜ステップＳＴ７の一連の処理が実行される毎に、要素ホログラムの１本の処理が終了され、全ての要素ホログラムの本数（ｎ）が終了するまで、ＳＴ４〜ＳＴ７が繰り返される。

ステップＳＴ４において、制御用コンピュータ２は、データ処理部１から供給された画像データＤ５に基づいて表示装置４１を駆動して、表示装置４１に画像を表示させる。ステップＳＴ５において、制御用コンピュータ２は、シャッタ３２に制御信号Ｓ１を送出して所定時間だけシャッタ３２を開放させ、ホログラム記録媒体３０を露光する。このとき、レーザ光源３１から出射されシャッタ３２を透過したレーザ光Ｌ２のうち、ハーフミラー３３によって反射された光Ｌ３が、参照光として、ホログラム記録媒体３０に入射する。同時に、ハーフミラー３３を透過した光Ｌ４が、表示装置４１に表示された画像が投影された投影光となり、当該投影光が物体光としてホログラム記録媒体３０に入射する。これにより、表示装置４１に表示された１画像が、ホログラム記録媒体３０に短冊状の要素ホログラムとして記録される。

そして、ホログラム記録媒体３０への１画像の記録が終了すると、次いで、ステップＳＴ６において、制御用コンピュータ２は、間欠送り用ローラ５２に接続されたステッピングモータと、排出用送りローラ５６，５７に接続されたステッピングモータとに制御信号Ｓ２を送出してこれらを駆動し、これにより、ホログラム記録媒体３０を１要素ホログラム分だけ送らせる。ホログラム記録媒体３０を送った後は、振動が減衰するのを待つ時間が設けられる（ステップＳＴ７）。

次いで、ステップＳＴ４に処理が戻り、制御用コンピュータ２がデータ処理部１から供給される次の画像データＤ５に基づいて表示装置４１を駆動して、次の画像を表示装置４１に表示させる。この後、上述と同様の動作（ＳＴ５，ＳＴ６，ＳＴ７）を順次繰り返すことにより、データ処理部１から供給される各画像データＤ５に基づく各画像が、ホログラム記録媒体３０に短冊状の要素ホログラムとして順次記録される。

すなわち、このホログラフィックステレオグラム作成システムでは、プリズムシート位置が例えば部分プリズムＣを物体光が通過するように設定され、記憶装置１２に記録された画像データに基づく画像が表示装置４１に順次表示されるとともに、各画像毎にシャッタ３２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記録媒体３０に順次記録される。このとき、ホログラム記録媒体３０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、観察時の水平方向（横方向）に連続して並ぶこととなる。これにより、水平方向の視差情報と、部分プリズムＣに対応する垂直方向の視差と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用記録媒体３０に記録され、水平方向の視差および一の垂直方向の視差を有するホログラフィックステレオグラムが得られる。

このように、一通り水平方向の視差を有するホログラフィックステレオグラムが記録された後、ホログラム記録媒体３０は初期位置まで戻されると同時に、プリズムシート４６が、図示しないステッピングモータにより移動され、部分プリズムＣとは異なる角度で屈折する部分例えば部分プリズムＢの位置で停止する。この後、再度、水平方向の視差を有するホログラフィックステレオグラムを記録するプロセス（ステップＳＴ３およびＳＴ８で挟まれた処理ＳＴ４〜ＳＴ７）が実行される。このとき異なる画像を記録すると、１回目に露光した画像と異なる画像が上下方向の視差となって観察されるホログラムを露光することができる。

ホログラム記録媒体３０を初期位置まで戻すためには、ステッピングモータなどで既知の駆動距離を反転させて戻すほか、マーキングをセンサーにて読み取り、位置決めする方法もある。このマーキングは、予め記録媒体に印刷されたものなどを使うほか、マーキング画像を要素ホログラム露光光学系を使って露光し、その再生像を読み取ることも可能である。

上述のように、１回目と２回目を多重露光した後、さらにホログラム記録媒体３０を初期位置まで戻し、プリズムシートの第３番目の屈折角の部分プリズムＤによって３回目のを行う。以下、部分プリズムＡ、Ｅを介して露光を行う。このように繰り返し露光をすると、例えば上下方向に５視差を持ったホログラムを記録することができる。

なお、上述した例では、プリズムシート４６を体光側に配置しているが、参照光側に配置するようにしても良い。

多重露光をする場合、必ずしも同じ露光条件、露光時間で記録する必要はない。露光順序、感光材料の特性にもよるが、実験では、カチオン系光重合フォトポリマーを使った場合、二重露光の場合、１回目：２回目の露光時間の比を１：４にするとバランスの取れた露光ができた。同様に、三重露光の場合、１回目：２回目：３回目の露光時間の比を１：４：１２にすると３多重の場合、バランスの取れた露光ができた。

プリズムシートは、物体光側に挿入した。この場合は、ホログラム記録媒体から近い方から、一次元拡散板、プリズムシートの順に配置した。原理的には逆でもかまわない。また、これら一次元拡散板とプリズムシートとを光学接着剤や光学両面テープを使って接着するなどして、空気が入らないような一体型にしても良い。こうすることにより、余計な散乱面を減らすことができる。

また、プリズムシートの表面、または裏面に、屈折のためのマイクロ構造に平行かつ、同マイクロ構造よりも微細な構造体をもつ一次元拡散板機能を持たせても良い。

プリズムシートの屈折面から、ホログラム記録媒体面まで、離れてしまう場合、その距離を予め液晶を使用した空間光変調器(SLM:Spatial Light Modulator)に表示する画像で
ずらしておくことをした。こうすることにより、観察時、上下の視差の画像ずれをなくすことが可能である。

また、プリズムシートは、物体光側に挿入する代わりに、参照光側に挿入しても良い。即ち、ホログラム記録媒体３０に接して、プリズムシートを押し当て、その反対側の面から斜めに参照光を入射する。プリズム面をホログラム記録媒体側にもってくることも可能であるし、逆側にもってくることも可能である。逆側の場合は、ホログラム記録媒体側の面とプリズムシートの面とが平行に近い形で近接し、余計な干渉縞を形成する恐れがある。この場合は、屈折率を合わせた材料を介して接触させ、空気との界面を減らすことにより、余計な干渉縞を減らすことが可能である。

以上、露光過程までを説明したが、その後、必要に応じて後処理（ステップＳＴ１０）が行われ、プリント工程が完了する。紫外線照射、および、加熱が必要なフォトポリマーの場合、図７に示すような装置構成とすることができる。すなわち、紫外線ランプ５４から紫外線ＵＶが照射される。これにより、モノマＭの重合が完了する。次いで、ホログラム記録媒体３０は、ヒートローラ５５により加熱され、これにより、記録画像の定着がなされる。

そして、画像が記録された部分が全て外部に送り出されると、制御用コンピュータ２は、カッター駆動機構に制御信号Ｓ２を供給して、カッター駆動機構を駆動する。これにより、ホログラム記録媒体３０のうち、画像が記録された部分がカッター５８によってから切り離され、１枚のホログラフィックステレオグラムとして外部に排出される。

以上の工程により、水平方向の視差を有するホログラフィックステレオグラムが完成する。

上述した例では、まず一つの屈折角で一面の露光を終えてから、異なる屈折角で一面の露光を終える、という順で、プリズムシートの異なる屈折角部への移動と、ホログラム記録媒体の移動とが制御されている。しかしながら、図１３のフローチャートに示すように、一つの要素ホログラム毎に多重露光を行う処理も可能である。

図１３においては、ホログラム記録媒体３０を初期位置に位置させるステップＳＴ２１の後に、要素ホログラムの１本毎になされる処理の開始端（ステップＳＴ２２）が配置され、その後に、プリズムシート４６の各部分プリズムの位置毎になされる処理の開始端（ステップＳＴ２３）が配置される。プリズムシート４６の各置毎になされる処理の終了端（ステップＳＴ２６との間で、視差画像表示（ステップＳＴ２４）およびシャッター制御（ステップＳＴ２５）の処理がなされる。

要素ホログラムの１本毎になされる処理の開始端（ステップＳＴ２２）とその終了端（ステップＳＴ２９）との間には、ステップＳＴ２３〜ＳＴ２６に加えて、ホログラム記録媒体３０の移動処理（ステップＳＴ２７）および振動減衰待ちの処理（ステップＳＴ２８）がなされる。さらに、後処理（ステップＳＴ３０）がなされる。

以上、この発明を適用した具体的な実施形態について説明してきたが、この発明がこれに限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば上述した説明では、プリズムシートを使用したが、ホログラフィック回折素子、マイクロミラーデバイス、音響光学素子などのように、記録幅に対して十分小さい厚さの偏向素子であれば、プリズムシート以外の光偏向素子を使用しても良い。また、反射型ホログラムを例に説明したが、透過型ホログラムやエッジリット型ホログラムに対しても、同様にこの発明を適用することができる。

この発明を適用できるホログラフィックステレオグラム作成システムの一構成例を示す略線図である。 ホログラフィックステレオグラム作成時の画像処理の一例の説明に用いる略線図である。 ホログラフィックステレオグラムプリンタ装置の光学系の一例を示す略線図である。 ホログラフィックステレオグラムプリンタ装置の光学系の他の例を示す略線図である。 ホログラム用記録媒体の一例を示す断面図である。 光重合型フォトポリマの感光プロセスを示す略線図である。 記録媒体送り機構の一構成例を示す略線図である。 プリズムシートの説明に用いる略線図である。 プリズムシートの説明に用いる略線図である。 プリズムシートの説明に用いる略線図である。 プリズムシートの説明に用いる略線図である。 露光処理の一例のフローチャートである。 露光処理の他の例のフローチャートである。 ホログラフィックステレオグラムの作成方法を示す略線図である。

符号の説明

３０・・・ホログラム記録媒体
３１・・・レーザ光源
４１・・・表示装置
４２・・・拡散板
４４・・・マスク
４５・・・光学機能板
４６・・・プリズムシート
Ｌ３・・・参照光
Ｌ４・・・物体光

Claims (15)

1. ホログラフィックステレオグラムを記録する画像記録方法において、
   短冊状の要素ホログラムを露光する際に、光偏向素子をホログラム記録媒体に近接させて配し、
   上記光偏向素子を介することによって、物体光および参照光の一方を長手方向に偏向させて上記ホログラム記録媒体を露光し、
   上記光偏向素子の偏向角を異ならせて少なくとも２回以上の多重露光を行うことにより、上記要素ホログラム長手方向に複数の視差を持たせたことを特徴とする画像記録方法。
2. 請求項１において、
   上記光偏向素子が長手方向にマイクロ構造を有するプリズムシートであり、
   異なる屈折角の上記プリズムシートを切り替えて、少なくとも２回以上の多重露光を行うことにより、上記要素ホログラム長手方向に複数の視差を持たせたことを特徴とする画像記録方法。
3. 請求項２において、
   上記プリズムシートを物体光側に配置し、且つ、上記マイクロ構造を有する面側から物体光を入射させることを特徴とする画像記録方法。
4. 請求項１において、
   上記光偏向素子を物体光側に配置することを特徴とする画像記録方法。
5. 請求項４において、
   上記光偏向素子と、上記ホログラム記録媒体との間に、長手方向に対してのみ所定角度拡散させる光学機能素子を挿入することを特徴とする画像記録方法。
6. 請求項５において、
   上記光偏向素と上記光学機能素子との距離による投影像のずれを補償するように、予め空間光変調素子によって表示する画像をずらしておくことを特徴とする画像記録方法。
7. 請求項２において、
   上記プリズムシートの表面、または裏面には、屈折のためのマイクロ構造に平行かつ、同マイクロ構造よりも微細な構造体をもつ一次元拡散機能を持たせた光機能板を用いることを特徴とする画像記録方法。
8. 請求項１において、
   上記光偏向素子を参照光側に配置することを特徴とする画像記録方法。
9. 請求項１において、
   ある偏向角の光偏向素子を透過した一要素ホログラムを露光後、上記ホログラム記録媒体を移動させずに別の偏向角の光偏向素子を配置し、同じ領域を多重露光した後、上記ホログラムホログラム記録媒体と光学系を相対的に移動させて面露光を完了させることを特徴とする画像記録方法。
10. 請求項１において、
    ある偏向角の光偏向素子を配置したまま、要素ホログラム露光毎に上記ホログラム記録媒体と光学系とを相対的に移動させて面露光を完了させた後、別の偏向角の光偏向素子を配置して、面露光を完了するように、面ごとの多重露光を完了させることを特徴とする画像記録方法。
11. 請求項１において、
    要素ホログラム長手方向に配置する異なる視差に対して同一対象物の自然な立体感を表現するように、画像処理を施すことを特徴とする画像記録方法。
12. ホログラフィックステレオグラムを記録する画像記録装置において、
    空間光変調素子、縦横比の異なるアナモルフィック光学系、長手方向に指定角度屈折させる複数の屈折角度をもち記録媒体に平行に可動する光偏向素子を有し、
    短冊状の要素ホログラムを露光する際に、ホログラム記録媒体に近接して配され、物体光および参照光の一方を長手方向に偏向させて該ホログラム記録媒体を露光する光偏向素子と、
    上記光偏向素子の偏向角を異ならせて少なくとも２回以上の多重露光を行うことにより、上記要素ホログラム長手方向に複数の視差を持たせる露光制御部とを備えることを特徴とする画像記録装置。
13. 請求項１２において、
    上記露光制御部によって、ある偏向角の光偏向素子を透過した一要素ホログラムを露光後、上記ホログラム記録媒体を移動させずに別の偏向角の光偏向素子を配置し、同じ領域を多重露光した後、上記ホログラムホログラム記録媒体と光学系を相対的に移動させて面露光を完了させることを特徴とする画像記録装置。
14. 請求項１２において、
    上記露光制御部によって、ある偏向角の光偏向素子を配置したまま、要素ホログラム露光毎に上記ホログラム記録媒体と光学系とを相対的に移動させて面露光を完了させた後、別の偏向角の光偏向素子を配置して、面露光を完了するように、面ごとの多重露光を完了させることを特徴とする画像記録装置。
15. ホログラフィックステレオグラムが記録された画像記録媒体であって、
    上記ホログラフィックステレオグラムは、
    短冊状の要素ホログラムを露光する際に、光偏向素子をホログラム記録媒体に近接させて配し
    上記光偏向素子を介することによって、物体光および参照光の一方を長手方向に偏向させて該ホログラム記録媒体を露光し、
    上記光偏向素子の偏向角が異ならせて少なくとも２回以上の多重露光を行うことにより、上記要素ホログラム長手方向に複数の視差を持たせたものである画像記録媒体。

Images