JP2011257445A - Holographic stereogram creation device - Google Patents
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本発明はホログラフィックステレオグラム画像又はホログラム画像を記録媒体に記録するホログラム記録装置に関し、特に、ホログラフィックステレオグラム作成装置に関する。 The present invention relates to a hologram recording apparatus that records a holographic stereogram image or a hologram image on a recording medium, and more particularly to a holographic stereogram creation apparatus.
ホログラムは、一般的に、レーザ光(コヒーレント光)を2つに分け、一方を物体の被写体に照射してその拡散反射光(物体光)を感光シートに当てると同時に、他方の光を所定角度で参照光として感光シート全体に直接照射して、この2つの光の干渉による光学干渉縞を感光シートへ記録したものとして知られている。このホログラムに所定角度で記録時の参照光を照明することで、記録時と同一の強度と方向の物体光が再生され、被写体の3次元像が得られる。 In general, a hologram divides laser light (coherent light) into two parts, irradiates one of the objects on the object and irradiates the diffuse reflected light (object light) on the photosensitive sheet, and simultaneously applies the other light at a predetermined angle. In this method, the entire photosensitive sheet is directly irradiated as reference light, and optical interference fringes due to interference between the two lights are recorded on the photosensitive sheet. By illuminating the hologram with reference light during recording at a predetermined angle, object light having the same intensity and direction as during recording is reproduced, and a three-dimensional image of the subject is obtained.
ホログラフィックステレオグラムは、ホログラムにステレオグラム(人間の左右目の視点位置に対応して物体を撮影した1組の平面画像(視差画像)を目視して、立体視を可能とするもの)を適用したものである。ホログラフィックステレオグラムは、多数の視点(観察位置)から撮影した複数の2次元画像をドット状(又は短冊状)の微小なホログラム(要素ホログラム)として敷き詰めるように感光シートへ記録したものである。よって、ホログラフィックステレオグラムでは、多数の視差画像の組が再生されるので、運動視差をも利用可能で、観察者の視点変化や多数の観察者に応じた3次元像が再現できる。 The holographic stereogram applies a stereogram to a hologram (one that enables stereoscopic viewing by viewing a set of planar images (parallax images) obtained by photographing an object corresponding to the viewpoint position of the left and right eyes of a human). It is a thing. The holographic stereogram is obtained by recording a plurality of two-dimensional images taken from a large number of viewpoints (observation positions) on a photosensitive sheet so as to be spread as dot-shaped (or strip-shaped) small holograms (element holograms). Therefore, since a set of many parallax images is reproduced in the holographic stereogram, motion parallax can also be used, and a change in the viewpoint of the observer and a three-dimensional image corresponding to many observers can be reproduced.
ホログラフィックステレオグラムでは、物体を様々な角度から見た視差画像を再生時に感光シート上に合成するので、裸眼で3次元像が観察可能である。実際の露光記録は要素ホログラムを記録媒体上に順次並べて記録するので、小型の光学系でも大きなホログラフィックステレオグラムの記録を行うことができる。 In the holographic stereogram, a parallax image obtained by viewing an object from various angles is synthesized on a photosensitive sheet during reproduction, so that a three-dimensional image can be observed with the naked eye. In actual exposure recording, element holograms are sequentially arranged and recorded on a recording medium, so that a large holographic stereogram can be recorded even with a small optical system.
ホログラフィックステレオグラム又はホログラムの作成に使用される感光シートは、これを挟むベースフィルム及びカバーフィルムで保護された記録媒体として一般に知られている。感光シートを挟むベースフィルム及びカバーフィルム、例えば、PETフィルムは、複屈折を有する。かかる複屈折が、ホログラフィックステレオグラム又はホログラムを作成する際に、記録媒体に照射するレーザ光の干渉に悪影響を与えている。 A photosensitive sheet used for producing a holographic stereogram or a hologram is generally known as a recording medium protected by a base film and a cover film sandwiching the photosensitive sheet. A base film and a cover film, for example, a PET film, sandwiching a photosensitive sheet have birefringence. Such birefringence has an adverse effect on the interference of laser light applied to the recording medium when creating a holographic stereogram or hologram.
そこで、複屈折を有する記録媒体を透過することに起因する物体光と参照光との干渉性の低下を回避して、明るいホログラム画像が再生されるように、逆補正系をホログラム記録装置に適用することが提案されている(特許文献1、参照)。 Therefore, a reverse correction system is applied to the hologram recording device so that a bright hologram image is reproduced while avoiding a decrease in coherence between the object beam and the reference beam due to transmission through a recording medium having birefringence. It has been proposed (see Patent Document 1).
かかる従来のホログラム記録装置の逆補正系では、参照光の偏光面を半波長板によって回転させ、この参照光を記録媒体に入射し、記録媒体の一部領域を透過した参照光のうち、偏光板を透過した参照光の強度をフォトディテクタによって検出して、検出された参照光の強度が最小又は最大となるように半波長板の回転角度を決定している。 In the reverse correction system of such a conventional hologram recording apparatus, the polarization plane of the reference light is rotated by the half-wave plate, the reference light is incident on the recording medium, and the polarized light out of the reference light transmitted through a partial region of the recording medium. The intensity of the reference light transmitted through the plate is detected by a photodetector, and the rotation angle of the half-wave plate is determined so that the detected reference light intensity is minimized or maximized.
かかる従来のホログラム記録装置においては、参照光の偏光面を傾け、記録媒体通過後の偏光状態を検出することで、記録媒体上での偏光状態を適正にしているが、実際に実施するとなると光学系、特に参照光検出用の偏光板やフォトディテクタの配置には困難性がある。すなわち、図1に示すように、従来のホログラム記録装置では、記録媒体送り機構に支持されている記録媒体の物体光の入力側に短冊状の開口部を有するマスクが近接配置され、当該開口部から物体光が記録媒体へ露光されるとともに、参照光がマスク反対側(記録媒体送り機構側)から記録媒体へ露光され、偏光板やフォトディテクタは、マスク及び記録媒体送り機構に挟まれた記録媒体の周縁端から漏れる参照光を検出しなければならず、十分な光量を得られない問題がある。周縁端から参照光を得られたとしても、比較的薄い記録媒体内部で多重反射した参照光であるがゆえに、その検出結果が本来の複屈折の影響を正確に表していない問題がある。 In such a conventional hologram recording apparatus, the polarization plane of the reference light is tilted and the polarization state after passing through the recording medium is detected so as to make the polarization state on the recording medium appropriate. There is difficulty in arranging the system, in particular, a polarizing plate and a photodetector for detecting reference light. That is, as shown in FIG. 1, in the conventional hologram recording apparatus, a mask having a strip-shaped opening is disposed close to the object light input side of the recording medium supported by the recording medium feeding mechanism. Is exposed to the recording medium, the reference light is exposed to the recording medium from the mask opposite side (recording medium feeding mechanism side), and the polarizing plate and the photodetector are sandwiched between the mask and the recording medium feeding mechanism. The reference light leaking from the peripheral edge must be detected, and there is a problem that a sufficient amount of light cannot be obtained. Even if the reference light is obtained from the peripheral edge, there is a problem that the detection result does not accurately represent the influence of the original birefringence because it is the reference light that has been multiple-reflected inside a relatively thin recording medium.
さらに、ホログラム再生時の再生像の視認可能範囲を拡げるために、開口数の大きな対物レンズを使用する状況では、対物レンズが記録媒体と非常に近接して配置されるために、従来のホログラム記録装置のような形式で参照光の光検出系(偏光板やフォトディテクタ)を配置することは現実的ではない。 Furthermore, in the situation where an objective lens with a large numerical aperture is used to expand the visible range of the reproduced image during hologram reproduction, the objective lens is placed very close to the recording medium. It is not realistic to arrange the reference light detection system (polarizing plate or photodetector) in the form of an apparatus.
そこで本発明は、ホログラフィックステレオグラムの作成時に記録媒体の複屈折の影響をより正確に獲得できかつ小型化可能なホログラフィックステレオグラム作成装置を提供することが課題の一例として挙げられる。 Therefore, an object of the present invention is to provide a holographic stereogram creation apparatus that can more accurately acquire the influence of birefringence of a recording medium when creating a holographic stereogram and that can be miniaturized.
本発明によるホログラフィックステレオグラム作成装置は、光源から射出される可干渉性光から参照光を生成する参照光生成部と、当該可干渉性光から記録情報に応じて可干渉性光を変調した物体光を生成する物体光生成部と、参照光及び物体光の光路を互いに空間的に分離して、参照光及び物体光の光路を交差させ干渉させる露光光学系と、参照光及び物体光の光路の交差する記録位置に記録媒体を供給し支持する支持部と、記録媒体を透過した参照光の偏光状態を検出する偏光状態検出部と、参照光の偏光状態に応じて参照光の偏光状態を変化させる偏光状態可変部と、を備え、参照光及び物体光の光学干渉縞を保存するホログラフィックステレオグラムを作成するホログラフィックステレオグラム作成装置であって、物体光生成部は、入射された光を記録情報に応じて空間光位相変調して物体光として反射し生成する反射型空間光位相変調器と、反射型空間光位相変調器からの光の変調成分を分離する少なくとも1つの偏光ビームスプリッタと、を含むこと、偏光状態検出部は、偏光ビームスプリッタと、偏光ビームスプリッタを介して入射された光の光量を検出する光検出部と、を含むこと、露光光学系は、記録媒体を透過した参照光を、物体光の光路に沿って偏光ビームスプリッタを介して光検出部へ導く光路を備えること、を特徴とする。 A holographic stereogram creation device according to the present invention includes a reference light generation unit that generates reference light from coherent light emitted from a light source, and modulates coherent light from the coherent light according to recording information. An object light generating unit that generates object light, an exposure optical system that spatially separates the optical paths of the reference light and the object light, crosses the optical paths of the reference light and the object light, and interferes, and the reference light and the object light. A support unit that supplies and supports the recording medium at a recording position where the optical paths intersect, a polarization state detection unit that detects a polarization state of the reference light transmitted through the recording medium, and a polarization state of the reference light according to the polarization state of the reference light A holographic stereogram creation device that creates a holographic stereogram that preserves the optical interference fringes of the reference light and the object light. A reflection-type spatial light phase modulator that generates a reflected light as object light by performing spatial light phase modulation on the emitted light according to recording information, and at least one that separates a modulation component of light from the reflection-type spatial light phase modulator Two polarization beam splitters, the polarization state detection unit includes a polarization beam splitter and a light detection unit that detects the amount of light incident through the polarization beam splitter, and the exposure optical system includes: An optical path for guiding the reference light transmitted through the recording medium to the light detection unit via the polarization beam splitter along the optical path of the object light is provided.
上記の本発明の構成によれば、反射型空間光位相変調器により位相変調成分及び非位相変調成分を生成し、偏光ビームスプリッタにより変調成分を分離して物体光として記録媒体へ導き、偏光ビームスプリッタを偏光状態の検出用偏光板として兼用するので、ホログラフィックステレオグラムの作成時に記録媒体の複屈折の影響をより正確に獲得できかつ小型化可能なホログラフィックステレオグラム作成装置を提供できる。記録に用いられる感光シートは、PETフィルムのような樹脂製の基材の上に塗られていることが多く、ホログラムの記録に際しては樹脂基材による複屈折が問題となっているが、記録媒体を通過した参照光の偏光状態が物体光の偏光状態と一致するように、偏光状態可変部である参照光の光路中に配置した波長板の角度を調整することで複屈折問題が解決できる。さらに、反射型空間光位相変調器を用い、参照光を物体光の光路に導く構成とすることで、偏光ビームスプリッタが、参照光の偏光状態を検出機能を兼ねることが可能となり、部品点数を削減可能であると共に、現実的な偏光状態検出部の配置が可能となる。 According to the configuration of the present invention described above, the phase modulation component and the non-phase modulation component are generated by the reflective spatial light phase modulator, the modulation component is separated by the polarization beam splitter, and is guided to the recording medium as object light. Since the splitter is also used as a polarizing plate for detecting the polarization state, it is possible to provide a holographic stereogram creation device that can more accurately acquire the influence of birefringence of the recording medium when creating the holographic stereogram and can be miniaturized. The photosensitive sheet used for recording is often coated on a resin base material such as a PET film, and birefringence due to the resin base material is a problem when recording holograms. The birefringence problem can be solved by adjusting the angle of the wave plate disposed in the optical path of the reference light, which is the polarization state variable section, so that the polarization state of the reference light that has passed through the light beam coincides with the polarization state of the object light. In addition, by using a reflective spatial light phase modulator to guide the reference light to the optical path of the object light, the polarization beam splitter can also serve as a function for detecting the polarization state of the reference light. In addition to being able to reduce, it is possible to arrange a realistic polarization state detector.
以下に、記録媒体上に微小な要素ホログラム列を順次記録することにより、ホログラフィックステレオグラムを作成するホログラフィックステレオグラム作成装置の一例を、図面を参照しつつ説明する。 Hereinafter, an example of a holographic stereogram creating apparatus that creates a holographic stereogram by sequentially recording minute element hologram rows on a recording medium will be described with reference to the drawings.
図2は、かかるホログラフィックステレオグラム作成装置の全体構造を示す概略模式図であり、図3は物体光の光路を説明する図であり、図4は参照光の光路を説明する図である。図2〜4に示すように、ホログラフィックステレオグラム作成装置は、可干渉性光を射出するレーザ光光源21、コリメータレンズ22、第1シャッター23、比率設定用1/2波長板24、露光用偏光ビームスプリッタ25、アパーチャ26、縮小光学系27、ミラー28、光量調整用1/2波長板29、光量調整用1/2波長板回転機構29a、光量調整用1/4波長板30、光量調整用1/4波長板回転機構30a、ミラー31、記録媒体33、ステージ35、2軸ステッピングモータ41、メインコントローラ51、第2シャッター61、拡散板62、変調成分分離用偏光ビームスプリッタ63、反射型空間光位相変調器64、リレーレンズ65,66、ナイキストフィルタ67、対物レンズ68及び光検出部71を備え、記録媒体33、ステージ35、2軸ステッピングモータ41を除き、これら要素は、参照光及び物体光の光路を互いに空間的に分離して、参照光及び物体光の光路を交差させ干渉させる露光光学系を構成している。
FIG. 2 is a schematic diagram showing the overall structure of such a holographic stereogram creating apparatus, FIG. 3 is a diagram for explaining the optical path of object light, and FIG. 4 is a diagram for explaining the optical path of reference light. As shown in FIGS. 2 to 4, the holographic stereogram creating apparatus includes a
メインコントローラ51は、第1シャッター23、第2シャッター61、ステージ35を駆動する2軸ステッピングモータ41、光量調整用1/2波長板29を回動駆動する光量調整用1/2波長板回転機構29a、光量調整用1/4波長板30を回動駆動する光量調整用1/4波長板回転機構30a及び光検出部71に接続されている。メインコントローラ51からの信号により、第2シャッター61が閉じられると参照光のみが記録媒体33へ照射され、さらに、第1シャッター23及び第2シャッター61があけられると参照光及び物体光が記録媒体33へ照射される。光検出部71からの検出信号に応じてメインコントローラ51は、光量調整用1/2波長板回転機構29aおよび光量調整用1/4波長板回転機構30aを介して光量調整用1/2波長板29および光量調整用1/4波長板30の回転角度を調節する。
The
露光用偏光ビームスプリッタ25は、光源21の可干渉性光から参照光を生成する参照光生成部に含まれる。
The exposure
露光用偏光ビームスプリッタ25、第2シャッター61、拡散板62、変調成分分離用偏光ビームスプリッタ63及び反射型空間光位相変調器64は、光源21の可干渉性光から記録情報に応じて可干渉性光を変調した物体光を生成する物体光生成部に含まれる。
The exposure
ステージ35及び2軸ステッピングモータ41は、参照光及び物体光の光路の交差する記録位置に記録媒体33を供給し支持する支持部に含まれる。
The
図3を用いて、ホログラフィックステレオグラム作成装置における物体光の光路を説明する。干渉性の良い光源21から出射されたレーザ光はコリメータレンズ22で平行光とされた後、第1シャッター23及び比率設定用1/2波長板24を透過して、露光用偏光ビームスプリッタ25により参照光と物体光用のレーザ光ビームに分けられる。ここで、物体光用のビーム光は図示しないエキスパンダレンズなどにより適切な平行光束径に変換されてもよい。平行光とされた物体光用のレーザ光ビームは、第2シャッター61、拡散板62、変調成分分離用偏光ビームスプリッタ63を経て反射型空間光位相変調器64に入射する。変調成分分離用偏光ビームスプリッタ63及び反射型空間光位相変調器64は空間光変調装置として機能する。
The optical path of the object light in the holographic stereogram creation device will be described with reference to FIG. The laser light emitted from the
反射型空間光位相変調器64は光束径内においてオンの画素電極上とオフの画素電極上で反射される光の位相を変化させる。反射型空間光位相変調器64は、入射光を空間パターンに変調し、電気入力又は光入力に対応する像を反射するデバイスである。反射型空間光位相変調器は、通常、入射光を反射することができるアドレス可能な画素(ピクセル)の領域又は2次元アレイからなる。メインコントローラ51からの画素を制御する画像パターン信号は、まず付随した制御回路によって処理され、次いで画素マトリクスアレイ中に、1フレーム同時にロードされる。なお、ここでの画像パターンは複数の視差画像から合成されるもので、画像パターン信号に基づいてディスプレイに表示しても画像は認識できない。
The reflective spatial
例えば、液晶反射型空間光変調器(LCOS−SLM:Liquid crystal on silicon - spatial light modulator)は反射型空間光位相変調器として知られている。この位相変調器では、液晶層に隣接して反射層が配置されており、入射光が液晶層を透過し反射層で反射され戻る。反射型空間光位相変調器64は、電気アドレス型液晶空間光位相変調器であり、メインコントローラ51から入力される画像パターン信号でアドレス駆動される。
For example, a liquid crystal reflective spatial light modulator (LCOS-SLM) is known as a reflective spatial light phase modulator. In this phase modulator, a reflective layer is disposed adjacent to the liquid crystal layer, and incident light is transmitted through the liquid crystal layer and reflected back by the reflective layer. The reflective spatial
反射型空間光位相変調器64は、例えば、アクティブマトリクス駆動回路が形成されたシリコン基板上に、アクティブマトリクス駆動回路にて駆動される複数の画素電極(画素マトリクスアレイ)、これらを覆う誘電体多層膜からなる反射層、液晶層、透明導電膜、ガラスなどの透明基板を順に積層した基本構成を有しているが、必要な配向層、遮光層なども含まれる。画素マトリクスアレイは、所定の画素数、例えば、VGAタイプ(640×480画素)やXGAタイプ(1024×768画素)の画素配列を有する。
The reflective spatial
アクティブマトリクス駆動回路はメインコントローラ51から入力される画像パターン信号に応じて各画素電極への印加電圧を制御する。アクティブマトリクス駆動回路は、XY軸方向に並んだ各画素行及び画素列の印加電圧を制御するので、メインコントローラ51で指定された画像パターンで画素電極に所定電圧が印加される。
The active matrix drive circuit controls the voltage applied to each pixel electrode in accordance with the image pattern signal input from the
各画素電極を介して液晶層に印加される電圧の変化に応じてその印加部位で液晶分子が回転することにより、液晶層の複屈折率が変化する。複屈折率の変化分布に応じて透明基板側から液晶層に入射した光は、液晶層を伝搬する際、位相変調される。位相変調された光は、反射層にて反射し、液晶層中を再び伝搬して更に位相変調された後、位相変調光として出射する。反射型空間光位相変調器64は、変調成分分離用偏光ビームスプリッタ63から液晶層への入射光を位相変調して、画像パターン信号の位相分布(例えは往復でπ)を有する位相変調光を反射する。
The birefringence of the liquid crystal layer changes due to the rotation of the liquid crystal molecules at the application site in accordance with the change in the voltage applied to the liquid crystal layer via each pixel electrode. The light incident on the liquid crystal layer from the transparent substrate side according to the change distribution of the birefringence is phase-modulated when propagating through the liquid crystal layer. The phase-modulated light is reflected by the reflection layer, propagates again through the liquid crystal layer, is further phase-modulated, and then is emitted as phase-modulated light. The reflective spatial
このため反射型空間光位相変調器64は図5に示すように変調成分分離用偏光ビームスプリッタ63と組み合わせて空間光変調装置として用いられる。変調成分分離用偏光ビームスプリッタ63を透過する方向の直線偏光として入射した光は、オンの画素電極上で反射した部分光のみ、その偏光方向が90度曲げられ変調成分分離用偏光ビームスプリッタ63の偏光膜で反射される。このような動作により入射した光に対して空間的な変調が与えられる。物体光は露光用偏光ビームスプリッタ25を透過した平行光に基づいているので、この透過時点では、紙面に平行な直線偏光(P偏光)となっているが、反射型空間光位相変調器64による変調を受けた後は偏光方向が90度曲げられるので、感光シート面上では紙面に垂直な直線偏光(S偏光)となっている。LCOSタイプの反射型空間光位相変調器64には、ネマティック液晶より2〜3桁も高速に応答する強誘電性液晶が用いられており、非常に高速に表示切り替えを行うことができるものもある。ホログラフィックステレオグラムの記録には非常に多くの要素ホログラムの記録を順次行う必要があり、記録には多くの時間を要するので、高速タイプの反射型空間光位相変調器64を用いることは好適である。変調成分分離用偏光ビームスプリッタ63は反射型空間光位相変調器64と組み合わせて、その射出光から変調成分のみを分離するのである。
Therefore, the reflective spatial
図3に示すように、画像パターンに応じた位相変調を受け変調成分分離用偏光ビームスプリッタ63で反射された物体光は、結像光学系(リレーレンズ65、ナイキストフィルタ67、リレーレンズ66)を経て対物レンズ68に入射する。対物レンズ68は物体光を記録媒体33の所定位置に球面波として集光する。結像光学系は2つのリレーレンズ65,66を用いた4f光学系などが用いられる。また、2つのリレーレンズ65,66の共焦点位置に配置された矩形の開口部を持つナイキストフィルタ67は、反射型空間光位相変調器64による不要な回折光を除去すると共に、記録される要素ホログラムの大きさも制限する。メインコントローラ51からの制御信号により反射型空間光位相変調器64にはあらかじめコンピュータなどにより計算された視差画像合成に基づく画像パターンが表示され、その表示パターンは結像光学系により対物レンズ68の直前に一旦結像した後、記録媒体33の感光シート面上へと集光される。
As shown in FIG. 3, the object light that has undergone phase modulation in accordance with the image pattern and is reflected by the
図6に示すように、記録媒体33は、感光シート33aがガラス基板33bとPET基材33cに挟まれた構造となっている。物体光はガラス基板側から入射し、感光シート33aの界面上に集光する。物体光は反射型空間光位相変調器64に入射する前に拡散板62を通過しているため、感光シート33aの界面上でのビームプロファイルはピーク強度が落ち、横方向に拡がりを持つ形状となる。ピーク強度が落ちることにより、一つの要素ホログラム内で均一な記録が行えると共に、感光シートの感度を有効に利用することが可能となる。また、集光点での横方向の拡がりについてはナイキストフィルタ67により制限され、図7に示すように、所定の大きさを持つ矩形領域のみに物体光が照射されることになる。記録媒体33は、少なくとも感光シートと樹脂基材層を含み、物体光が感光シート側より入射され、参照光が樹脂基材層側より入射される。
As shown in FIG. 6, the
次に、図4を用いて、ホログラフィックステレオグラム作成装置における参照光の光路を説明する。光源21から第1シャッター23及び比率設定用1/2波長板24を透過して、露光用偏光ビームスプリッタ25により物体光用の光から分離されたレーザ平行光の参照光は、適切な大きさを持つ矩形のアパーチャ26や、縮小光学系27などにより、細い矩形光束断面の平行光へと変換された後、ミラー28、光量調整用1/2波長板29、光量調整用1/4波長板30及びミラー31を介して、記録媒体33の感光シート上における物体光の集光点(記録位置)へ、物体光の入射面とは反対面側より照射される。このとき参照光のスポットは感光シート面上での物体光のスポットと同じ大きさとなるようにされる。このように、露光光学系では、参照光の光束から横断面積のより小なる部分参照光光束を生成する縮小光学系を含み、記録媒体33上に微小な要素ホログラム列を順次記録することにより、ホログラフィックステレオグラムを作成するようにしている。これにより、ラスタスキャン記録するのが容易となる。
Next, the optical path of the reference light in the holographic stereogram creation device will be described with reference to FIG. The reference light of the laser parallel light transmitted from the
この実施形態において、露光光学系は、記録媒体を透過した参照光を、物体光の光路に沿って偏光ビームスプリッタを介して光検出部へ導く光路、すなわち、図4に示すように、記録媒体33を透過した参照光を、物体光の光路にて結像光学系(リレーレンズ65、ナイキストフィルタ67、リレーレンズ66)を経て変調成分分離用偏光ビームスプリッタ63を介して光検出部71へ導く構成としてある。そのために、図6に示すように、対物レンズの開口数をNA=sinθとするとき、記録媒体上における対物レンズ光軸に対する参照光の傾きがθ以下とする。すなわち、ミラー31で反射され参照光を透過する参照光は、対物レンズ68の開口数NAの範囲内(開口角θ以内)の角度で集光点(記録位置)へ入射させる。なお、感光シート面を物体光の集光面(フーリエ面)付近に配置することが必要である。このような反射型ホログラムでは像の視認性を良くするために参照光(照明光)を斜め方向から照射することが一般的であるが、その角度範囲は物体光の対物レンズ68の開口数NAにより制約される。なお、図6においては、記録媒体33を透過した参照光を対物レンズ68の開口角で対物レンズへ入射させている。これにより、参照光が再び対物レンズ68に戻って参照光同士で干渉しても、記録された参照光の再生された光は、後の照明光の照射方向に一致して現れるので、観察者の影になり、再生された立体像の観察には影響が少なくなる。
In this embodiment, the exposure optical system has an optical path that guides the reference light transmitted through the recording medium to the light detection unit via the polarization beam splitter along the optical path of the object light, that is, as shown in FIG. The reference light that has passed through 33 is guided to the
図4に示すように、記録媒体33の一方の表面側から対物レンズ68で物体光を記録位置に向け集光し、対物レンズの開口角θ以内で、その他方の表面側から参照光を記録媒体記録位置に照射して、透過した参照光が変調成分分離用偏光ビームスプリッタ63へ入射するように構成してある。換言すれば、記録媒体33を透過した参照光は、物体光の光路に沿って偏光ビームスプリッタ63を介して光検出部71へ導かれている。そして、光検出部71はかかる偏光ビームスプリッタ63を介して入射された光の光量を検出して、メインコントローラ51に出力する。
As shown in FIG. 4, the object light is condensed toward the recording position by the
光検出部71により検出された光量値出力に応じて、メインコントローラ51は、この光量が最小となるように光量調整用1/2波長板29および光量調整用1/4波長板30それぞれ、参照光の光路を回転軸として回転させ、それぞれの回転角度を設定する。適切な角度の計算はメインコントローラ51により行われ、光量調整用1/2波長板29および光量調整用1/4波長板30の回転角度をそれぞれの光量調整用1/2波長板回転機構29aおよび光量調整用1/4波長板回転機構30aに転送する。参照光は露光用偏光ビームスプリッタ25で反射した光であるので、この時点では紙面に垂直な直線偏光(S偏光)となっている。参照光入射側には感光シートの手前に複屈折を有するPET基材が存在するので、感光シート面上での偏光状態がどのように変化するかはわからないが、感光シートとガラス基板には複屈折がないものとすると、記録媒体33を通り抜けた参照光の偏光状態は感光シート上での偏光状態と同じである。つまり記録媒体33を通り抜けた参照光の偏光状態を光検出部71でモニターしながら、記録媒体入射前の参照光の偏光状態をコントロールすることで、感光シート面上において所望の偏光状態とすることが可能である。記録媒体33を通過した参照光が光検出部71に導かれないということは、変調成分分離用偏光ビームスプリッタ63で反射する偏光状態すなわち紙面に垂直な直線偏光(S偏光)ということを意味しており、感光シート面上で物体光と同じ偏光状態であることが保証される。
The
このように本実施形態では、ミラー28,31の間の参照光光路に配置された光量調整用1/2波長板29及び光量調整用1/4波長板30は、参照光の偏光状態に応じて参照光の偏光状態を変化させる偏光状態可変部であり、対物レンズ68、変調成分分離用偏光ビームスプリッタ63及び光検出部71が、記録媒体33を透過した参照光の偏光状態を検出する偏光状態検出部である。また、変調成分分離用偏光ビームスプリッタ63及び反射型空間光位相変調器64からなる空間光変調装置の変調成分分離用偏光ビームスプリッタ63の部分が、記録媒体を通過した参照光の偏光状態を検出する機能を兼務している。
As described above, in the present embodiment, the light amount adjusting half-
次に、ホログラフィックステレオグラム作成装置の動作、記録準備動作について図8に示すフローチャートに基づいて説明する。 Next, the operation of the holographic stereogram creating apparatus and the recording preparation operation will be described based on the flowchart shown in FIG.
記録開始に先立ち記録準備を以下のように行う。まず、図4に示す比率設定用1/2波長板24を適切な回転角度に調整し物体光と参照光の光量比率を設定する(ステップS1)。1/2波長板24をレーザ光の光路を回転軸として回転して、1/2波長板24の光学軸の回転角度を調整する。この光量比率は感光シートの特性、拡散板の透過率、反射型空間光位相変調器64の効率、光学部品の透過率などよりあらかじめ計算されたものである。
Prior to the start of recording, recording preparation is performed as follows. First, the ratio setting half-
記録媒体の感光シートには3次元像の記録を行う通常の領域とは別に透過光の状態から偏光状態の調整を行うための偏光調整領域が設けられており、偏光調整領域を参照光が通過できるように記録媒体の移動を行う(ステップS2)。偏光調整領域は要素ホログラムの記録の邪魔にならない周辺部などに設けられ、その位置はあらかじめメモリーなどに記録されており、図4に示すように、メインコントローラ51から適切な記録媒体の位置を媒体移動機構(ステージ35の2軸ステッピングモータ41)に転送することにより記録媒体の移動が行われる。
The photosensitive sheet of the recording medium is provided with a polarization adjustment region for adjusting the polarization state from the transmitted light state separately from the normal region for recording a three-dimensional image, and the reference light passes through the polarization adjustment region. The recording medium is moved as possible (step S2). The polarization adjustment region is provided in a peripheral portion that does not interfere with the recording of the element hologram, and the position thereof is recorded in advance in a memory or the like. As shown in FIG. The recording medium is moved by transferring it to the moving mechanism (the
次にメインコントローラ51からのコマンドにより、図4に示す第1シャッター23を開け、第2シャッター61を閉じるように、そのシャッター開閉機構(図示せず)に命令が転送され、参照光だけを記録媒体に照射する(ステップS3)。ここでのシャッターの開閉動作は必ずしもメインコントローラ51による制御である必要はなく、手動による開閉を行っても良い。図4に示すように、参照光だけが記録媒体33に照射されるようになると、参照光は記録媒体33、対物レンズ68、変調成分分離用偏光ビームスプリッタ63を経て光検出部71へと入射する。
Next, in response to a command from the
図4に示す光検出部71により検出された光量値出力に応じて、メインコントローラ51によりこの光量が最小となるように光量調整用1/2波長板29および光量調整用1/4波長板30それぞれ、参照光の光路を回転軸として回転させ、それぞれの回転角度が設定される(ステップS4)。光量調整用1/2波長板29および光量調整用1/4波長板30の角度調整はメインコントローラ51により必ずしも自動制御で行われる必要はなく、光検出部71における光量が最小となるように手動で調整しても良い。
In accordance with the light quantity value output detected by the
次に、図4に示す第1シャッター23を閉じ(ステップS5)、記録媒体を最初の要素ホログラム書き込み位置へと移動し(ステップS6)、自動書き込みの準備が完了する。
Next, the
さらに、ホログラフィックステレオグラム作成装置の動作、要素ホログラム書き込み記録動作について図9に示すフローチャートに基づいて説明する。 Further, the operation of the holographic stereogram creating apparatus and the element hologram writing / recording operation will be described based on the flowchart shown in FIG.
まず、1番目に記録する要素ホログラムの画像パターンを図2に示すメインコントローラ51の画像生成部により生成し(ステップS7)、メインコントローラ51からの制御により第1シャッター23および第2シャッター61を開ける(ステップS8)。これは元の3次元画像の視差画像から、対象の要素ホログラム位置に表示すべき微小な視差画像を表し、逐次計算を行うかあらかじめ計算されて記憶装置などに保存して置いたものを使用する。この画像データを反射型空間光位相変調器64のXY軸方向の駆動回路に転送することで反射型空間光位相変調器64に2次元の画像パターンが表示され、すなわち所定時間で露光記録される(ステップS9)。
First, the image pattern of the element hologram to be recorded first is generated by the image generation unit of the
次に、露光時間が規定値か否か判断し(ステップS10)、否であればステップS9に戻り、満たされていれば両シャッターを閉じる(ステップS11)。ここでは露光記録に必要な露光エネルギー量、露光時間及び露光パターンとなるようにメインコントローラ51により適切なシャッターの開閉タイミングをシャッター開閉機構に指示することで露光が行われる。反射型空間光位相変調器64の表示とシャッターの開閉はメインコントローラ51で制御され、両者のタイミングが適切に同期するように処理が行われる。
Next, it is determined whether or not the exposure time is a specified value (step S10). If not, the process returns to step S9, and if satisfied, both shutters are closed (step S11). Here, exposure is performed by instructing an appropriate shutter opening / closing timing to the shutter opening / closing mechanism by the
次に、各要素ホログラムの露光が完了したら、露光回数が規定値か否か判断し(ステップS12)、否であればステップS8に戻り、満たされていれば反射型空間光位相変調器64に2次元の記録パターンが表示を停止する(ステップS13)。
Next, when the exposure of each element hologram is completed, it is determined whether or not the number of exposures is a specified value (step S12). If not, the process returns to step S8, and if satisfied, the reflection type spatial
次に、要素ホログラムが最終記録位置か否か判断し(ステップS14)、否であれば次の記録位置へと記録媒体を移送して(ステップS15)から、ステップS7に戻り繰り返し、満たされていれば終了する。 Next, it is determined whether or not the element hologram is at the final recording position (step S14). If not, the recording medium is transferred to the next recording position (step S15), and then the process returns to step S7 to be satisfied. If it ends, it will end.
ここで、通常、図7に示す要素ホログラムを記録媒体の平面方向に繰り返しラスタスキャン記録するように、要素ホログラムが隙間無く整列するように要素ホログラムの一辺の長さと同じだけXY軸方向に参照光及び物体光の光路の交差する記録位置(参照光及び物体光の光路の交差する領域)を移動するが、要素ホログラム同士がオーバーラップしたり、要素ホログラム間に隙間があるように記録しても良い。記録媒体の移動が完了して記録媒体の振動が収まると、次の要素ホログラムの記録となる。以下、この動作を繰り返すことにより記録媒体上に要素ホログラム列が形成され、ホログラフィックステレオグラムが作成される。すなわち、記録媒体に記録される要素ホログラムは、再生用参照光が照射されることにより3次元画像が再生されるホログラムの一部であり、要素ホログラムを記録媒体の平面方向に繰り返しラスタスキャン記録することにより、全体として一つの3次元画像が再生されるホログラムを記録する。 Here, in general, the element hologram shown in FIG. 7 is repeatedly raster-scanned and recorded in the plane direction of the recording medium so that the element holograms are aligned without gap so that the reference beam is in the XY axis direction as long as one side of the element hologram. And the recording position where the optical path of the object light intersects (the area where the optical path of the reference light and the object light intersect) moves, but even if the element holograms overlap each other or there is a gap between the element holograms good. When the movement of the recording medium is completed and the vibration of the recording medium is settled, the next element hologram is recorded. Thereafter, by repeating this operation, an element hologram row is formed on the recording medium, and a holographic stereogram is created. That is, the element hologram recorded on the recording medium is a part of the hologram on which the three-dimensional image is reproduced by irradiation with the reproduction reference light, and the element hologram is repeatedly raster-scan recorded in the plane direction of the recording medium. Thus, a hologram on which one three-dimensional image is reproduced as a whole is recorded.
図10のように、完成したホログラフィックステレオグラムは参照光と同じ角度から白色光で照明することで、照明した面側に3次元像を観察することができる。 As shown in FIG. 10, the completed holographic stereogram is illuminated with white light from the same angle as the reference light, so that a three-dimensional image can be observed on the illuminated surface side.
反射型空間光位相変調器64に表示される画像パターンは、予め複数の視差画像から合成されメインコントローラに記憶されているので、反射型空間光位相変調器64により変調され得られた物体光は、再生される3次元画像から3次元部分画像を計算して、そこから計算された画像情報を担持していることになる。
Since the image pattern displayed on the reflective spatial
<<他の実施形態>>
図11乃至図15は他の実施形態のホログラフィックステレオグラム作成装置を示す概略図である。図2に示される同じ構成要素については、同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
<< Other Embodiments >>
11 to 15 are schematic views showing a holographic stereogram creating apparatus according to another embodiment. The same components shown in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
他の実施形態においては、図11、図12の実施形態に示すように、反射型空間光位相変調器64で変調された成分を分離するための変調成分分離用の偏光ビームスプリッタ63の他に、1以上の偏光ビームスプリッタ63aを追加しても良い。通常、偏光ビームスプリッタは完全に2つの偏光状態を分離することはできず、ある一定の消光比の範囲内で、別の偏光成分が漏れ込む。物体光の光路中に第2の偏光ビームスプリッタを配置することで、第1の変調成分分離用偏光ビームスプリッタ63により漏れてきた非変調成分を分離することで、記録媒体上での非変調成分をさらに小さくすることが可能となる。この場合、第2、第3の偏光ビームスプリッタも変調成分を分離することができる。参照光の偏光検出もこの第2、第3の変調成分分離用偏光ビームスプリッタにより行うことができる。
In other embodiments, as shown in the embodiments of FIGS. 11 and 12, in addition to the
図11に示すホログラフィックステレオグラム作成装置のように、第1の変調成分分離用偏光ビームスプリッタ63側に参照光の光検出部を設けずに、物体光光路のリレーレンズ66と対物レンズ68の間に偏光面回転用1/2波長板λ/2と第2の変調成分分離用偏光ビームスプリッタ63aを配置して、第1の変調成分分離用偏光ビームスプリッタ63により漏れてきた非変調成分を分離するとともに、第2の変調成分分離用偏光ビームスプリッタ63aに近接して光検出部71を設け、記録媒体33から対物レンズ68を経た参照光を検出する。この例でも光検出部71における光量が最小となるように光量調整用1/2波長板29および光量調整用1/4波長板30により参照光の偏光状態が調整される。
Unlike the holographic stereogram creation device shown in FIG. 11, the reference light detection unit is not provided on the first modulation component separating
図12に示すホログラフィックステレオグラム作成装置のように、第2の偏光ビームスプリッタ63aをミラーとして利用した例であって、物体光光路のリレーレンズ66と対物レンズ68の間に第2の偏光ビームスプリッタ63aをミラーとして配置して、第2の偏光ビームスプリッタ63aに近接して光検出部71を設け、記録媒体33から対物レンズ68を経た参照光を検出する。この例でも光検出部71における光量が最小となるように光量調整用1/2波長板29および光量調整用1/4波長板30により参照光の偏光状態が調整される。
12 is an example in which the second
図13に示す実施形態のホログラフィックステレオグラム作成装置は、物体光と参照光が共に円偏光で記録媒体の感光シート面上で干渉して記録する場合の例である。 The holographic stereogram creating apparatus of the embodiment shown in FIG. 13 is an example in the case where object light and reference light are both circularly polarized and interfered and recorded on the photosensitive sheet surface of the recording medium.
物体光と参照光が共に直線偏光(S偏光)での露光記録の場合の例を述べてきたが、図13に示すように、円偏光で記録することも可能である。この場合、円偏光の回転方向(右回り、左回り)を物体光と参照光とで一致させておく必要がある。円偏光とするには物体光の光路中に1/4波長板λ/4を物体光光路のリレーレンズ66と対物レンズ68の間に追加すればよい。以下の光学配置における偏光状態について説明する。図13のように、反射型空間光位相変調器64で変調され変調成分分離用偏光ビームスプリッタ63で反射した物体光の変調成分は紙面に垂直な直線偏光(S偏光)となっている。1/4波長板λ/4はこの偏光方向に対してその結晶軸方向を45度方向に傾けて配置されており、物体光が通過することで円偏光となる。ここでは右回り円偏光となっているものとする。参照光も記録媒体33の通過後の偏光状態が右回り円偏光となっていればよい。そのとき1/4波長板λ/4を通過した参照光は紙面に平行な直線偏光(P偏光)、すなわち元の物体光とは90度異なる直線偏光となる。これは変調成分分離用偏光ビームスプリッタ63を通過する偏光方向であるので、光検出部71の受光光量が最大となるように元の参照光の偏光状態が調整されることで、感光シート面上での偏光状態が物体光と同じ右回り円偏光となっていることが保証される。なお、参照光の光路には図13に示すように、1/2波長板29と1/4波長板30が1枚ずつ挿入されており、これらの波長板の調整により記録媒体通過後の偏光状態を円偏光とすることは可能である。
Although an example in the case of exposure recording in which both object light and reference light are linearly polarized light (S-polarized light) has been described, it is also possible to record circularly polarized light as shown in FIG. In this case, it is necessary to match the rotation direction (clockwise and counterclockwise) of circularly polarized light between the object light and the reference light. In order to obtain circular polarization, a quarter-wave plate λ / 4 may be added between the
図14は第2の偏光ビームスプリッタ63aをミラーとして利用した例であって、物体光光路のリレーレンズ66と対物レンズ68の間に第2の偏光ビームスプリッタ63a及び1/4波長板λ/4を配置して、第2の偏光ビームスプリッタ63aに近接して1/4波長板λ/4とは反対側に光検出部71を設け、記録媒体33から対物レンズ68を経た参照光を検出する例である。この場合は、最も記録媒体寄りの偏光ビームスプリッタ63aと記録媒体33の間に1/4波長板λ/4を追加してあるので、記録媒体通過後の参照光が物体光と同じ右回り円偏光となるときは、さらに1/4波長板λ/4を通過することで元の物体光と90°異なる直線偏光となるので、光検出部71への受光光量が最大となるように、記録準備が行われる。
FIG. 14 shows an example in which the second
これら円偏光の記録における一つのメリットは、最適な偏光状態の時に参照光が反射型空間光位相変調器64に導かれないことである。直線偏光の記録では記録媒体通過後の参照光が反射型空間光位相変調器64に導かれる状態が最も良い偏光状態となっている。反射型空間光位相変調器64の表面は反射率が高いため、反射型空間光位相変調器64上に導かれた参照光は反射して再び同じ光路をたどり記録媒体に到達する。ここで元の参照光との間で干渉し、参照光同士の干渉によるホログラムを記録媒体に記録してしまい、記録媒体の感度を無駄に消費することになる。円偏光記録では、反射型空間光位相変調器64に光が導かれない状態が最適状態であり、反射型空間光位相変調器64からの反射光が記録媒体に戻ることがない。
One advantage in recording these circularly polarized lights is that the reference light is not guided to the reflective spatial
複数の偏光ビームスプリッタを用いることは物体光の非変調成分をより効果的に除去することが可能となることや、光路折り曲げミラーの変わりに偏光ビームスプリッタを用いることで、かかる偏光ビームスプリッタに非変調成分の除去と参照光の偏光検出の機能を持たせることができる。 The use of a plurality of polarization beam splitters makes it possible to more effectively remove the non-modulated component of the object light, and by using a polarization beam splitter instead of the optical path folding mirror, the polarization beam splitter can The function of removing the modulation component and detecting the polarization of the reference light can be provided.
円偏光の記録をすると参照光が反射型空間光位相変調器64に導かれることが無くなるので、参照光同士の干渉縞を記録するのを避けることができる。
When the circularly polarized light is recorded, the reference light is not guided to the reflective spatial
なお、物体光と参照光が共にS偏光の直線偏光での露光記録の場合の例を述べてきたが、図15のホログラフィックステレオグラム作成装置に示す構成のように、P偏光の直線偏光で物体光と参照光の露光記録も行うこともできる。 In addition, although the example in the case of exposure recording in which the object beam and the reference beam are both S-polarized linearly polarized light has been described, the configuration shown in the holographic stereogram creating apparatus in FIG. Exposure recording of object light and reference light can also be performed.
21光源
22コリメータレンズ
23第1シャッター
24比率設定用1/2波長板
25露光用偏光ビームスプリッタ
26アパーチャ
27縮小光学系
28ミラー
29光量調整用1/2波長板
30光量調整用1/4波長板
31ミラー
35ステージ
33記録媒体
412軸ステッピングモータ
51メインコントローラ
61第2シャッター
62拡散板
63変調成分分離用偏光ビームスプリッタ
64反射型空間光位相変調器
65,66リレーレンズ
67ナイキストフィルタ
68対物レンズ
71光検出部
21
Claims (10)
前記物体光生成部は、入射された光を前記記録情報に応じて空間光位相変調して前記物体光として反射し生成する反射型空間光位相変調器と、前記反射型空間光位相変調器からの光の変調成分を分離する少なくとも1つの偏光ビームスプリッタと、を含むこと、
前記偏光状態検出部は、前記偏光ビームスプリッタと、前記偏光ビームスプリッタを介して入射された光の光量を検出する光検出部と、を含むこと、
前記露光光学系は、前記記録媒体を透過した前記参照光を、前記物体光の光路に沿って前記偏光ビームスプリッタを介して前記光検出部へ導く光路を備えること、
を特徴とするホログラフィックステレオグラム作成装置。 A reference light generation unit that generates reference light from coherent light emitted from a light source, and object light generation that generates object light obtained by modulating the coherent light according to recording information from the coherent light And an exposure optical system that spatially separates the optical paths of the reference light and the object light from each other so as to intersect and interfere with the optical paths of the reference light and the object light, and an intersection of the optical paths of the reference light and the object light A support unit that supplies and supports a recording medium at a recording position to be detected, a polarization state detection unit that detects a polarization state of the reference light transmitted through the recording medium, and polarization of the reference light according to the polarization state of the reference light A holographic stereogram creation device for creating a holographic stereogram for storing optical interference fringes of the reference light and the object light, comprising a polarization state variable unit that changes a state,
The object light generation unit includes a reflection-type spatial light phase modulator that generates and reflects the incident light as spatial light phase-modulated according to the recording information, and the reflection-type spatial light phase modulator. At least one polarizing beam splitter that separates the modulated component of the light of
The polarization state detection unit includes the polarization beam splitter, and a light detection unit that detects the amount of light incident through the polarization beam splitter.
The exposure optical system includes an optical path that guides the reference light transmitted through the recording medium to the light detection unit via the polarization beam splitter along the optical path of the object light;
Holographic stereogram creation device characterized by
前記要素ホログラムを記録媒体の平面方向に繰り返しラスタスキャン記録することにより、全体として一つの3次元画像が再生されるホログラムを記録することを特徴とする請求項7項に記載のホログラフィックステレオグラム作成装置。 The element hologram recorded on the recording medium is a part of a hologram in which a three-dimensional image is reproduced by irradiation with reproduction reference light,
The holographic stereogram creation according to claim 7, wherein a hologram that reproduces one three-dimensional image as a whole is recorded by repeatedly performing raster scan recording of the element hologram in a plane direction of a recording medium. apparatus.
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