JP2013195801A - Holographic stereogram recording device and method - 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を記録媒体に記録するホログラフィックステレオグラム記録装置及び方法に関する。 The present invention relates to a holographic stereogram recording apparatus and method for recording a holographic stereogram on a recording medium.
ホログラフィックステレオグラムは、例えば人間の左右の目の視点位置に対応して物体を撮影した視差画像などの物体の一部を様々な角度から見た微小平面画像の集まりである多視点要素画像を記録媒体上にて合成することにより、裸眼で観察可能な三次元像を記録する技術として知られている。ホログラフィックステレオグラム記録媒体は、多数の視点(観察位置)から撮影した複数の二次元画像をドット状又は短冊状の微小な要素ホログラムとして敷き詰めるように感光性記録材料の感光シートへ記録したものである。実際のホログラフィックステレオグラム記録は物体光光学系及び参照光光学系を用いて複数の要素ホログラムを記録媒体上に順次並べて記録することによって行われる(特許文献1、参照)。 A holographic stereogram is a multi-viewpoint element image that is a collection of small planar images of a part of an object, such as a parallax image obtained by photographing the object corresponding to the viewpoint position of the left and right eyes of a human, for example. It is known as a technique for recording a three-dimensional image that can be observed with the naked eye by synthesizing on a recording medium. A holographic stereogram recording medium is a recording medium in which a plurality of two-dimensional images taken from a large number of viewpoints (observation positions) are recorded on a photosensitive sheet of a photosensitive recording material so as to be laid out as minute element holograms in the form of dots or strips. is there. Actual holographic stereogram recording is performed by sequentially arranging and recording a plurality of element holograms on a recording medium using an object light optical system and a reference light optical system (see Patent Document 1).
ホログラフィックステレオグラムの記録は、図1に示すように、物体光光学系の空間光変調器により変調された物体光が対物レンズにより記録媒体上に集光され、その集光点の同じ位置に参照光光学系により参照光が照射されることにより、記録媒体の一点に要素ホログラムが形成されて、行われる。ここで空間光変調器上のAの位置に表示されたパターンは対物レンズにより記録媒体に対して斜め上方向から照射されることになる。同様にBの位置に表示されたパターンは水平方向より、Cの位置に表示されたパターンは斜め下方向より記録媒体に照射される。 In holographic stereogram recording, as shown in FIG. 1, object light modulated by a spatial light modulator of an object light optical system is condensed on a recording medium by an objective lens, and is placed at the same position of the condensing point. When the reference light is irradiated by the reference light optical system, an element hologram is formed at one point of the recording medium. Here, the pattern displayed at the position A on the spatial light modulator is irradiated onto the recording medium obliquely from above by the objective lens. Similarly, the pattern displayed at the position B is irradiated on the recording medium from the horizontal direction, and the pattern displayed at the position C is irradiated obliquely downward.
記録された記録媒体に対して参照光と同じ波長成分を含む照明を施すと、図2に示すように、記録された要素ホログラムから記録媒体の斜め下方向にはAのパターン光が、水平方向にはBのパターン光が、斜め上方向にはCのパターン光が再生される。このとき、予め空間光変調器上のAの位置には物体のある部分を斜め下θの角度から見た画像を、Bの位置には正面から見た画像を、Cの位置には斜め上θの角度から見た画像を表示しておけば、見る角度に応じてあたかも実際の物体をその角度から見たかのような画像を観察することができる。 When the recorded recording medium is illuminated with the same wavelength component as the reference light, as shown in FIG. 2, the pattern light A in the horizontal direction extends from the recorded element hologram diagonally downward of the recording medium. B pattern light is reproduced, and C pattern light is reproduced obliquely upward. At this time, an image obtained by viewing a certain portion of the object from a diagonally downward θ angle at an A position on the spatial light modulator, an image viewed from the front at a B position, and an obliquely upward image at a C position. If an image viewed from the angle θ is displayed, an image as if an actual object was viewed from that angle can be observed according to the viewing angle.
記録された要素ホログラムは物体の一部分の情報を表すもので、要素ホログラムを記録媒体上に順次並べることにより、物体全体のホログラフィックステレオグラムが完成し、記録媒体上に1つの物体像が合成される。上述の通り、全ての要素ホログラムは見る角度に応じた画像を表示するものであるので、図3に示すように、両眼で観察した場合には右目と左目には視点の異なる画像が提供され、立体像として認識されることになる。 The recorded element hologram represents information on a part of the object. By sequentially arranging the element holograms on the recording medium, a holographic stereogram of the entire object is completed, and one object image is synthesized on the recording medium. The As described above, since all element holograms display images according to viewing angles, as shown in FIG. 3, when viewed with both eyes, images with different viewpoints are provided for the right eye and the left eye. It will be recognized as a stereoscopic image.
以上が、理想的なホログラムが記録されていることを前提としたホログラフィックステレオグラムの記録再生方法である。特許文献1に記載されているように、ホログラムの記録そのものが正しく行われなければ、記録時の物体光を再生できないため正しい像を再現することはできない。ホログラムを正しく記録するためには参照光と物体光の記録媒体への露光量を適切に設定することが必要である。トータルの露光量だけでなく、参照光と物体光の光量比率も重要なパラメータの1つである。つまりホログラムの記録という観点だけから見れば全ての要素ホログラムの記録において、参照光と物体光の光量が等しくなるのが理想的である。参照光は常に一定量の露光量とすることが可能であるが、物体光は記録する物体に応じて空間光変調器上の表示パターンが決められているため、物体光の光量をコントロールすることは不可能である。特に光量が問題となるのが暗い物体光で記録する場合である。例えば黒っぽい背景の手前に置かれた物体の記録を行う場合、背景部分の要素ホログラムの記録などでは如何なる方向から見ても黒い画像、すなわち暗い画像となる場合が考えられる。この暗い部分の記録では空間光変調器の表示領域の大半が非表示(黒)の状態となるため、物体光の光量が極端に少ない状態となってしまう。このままでは正しい要素ホログラムの記録を行うことができない問題がある。実際に、特許文献1では暗い部分の要素ホログラムの記録については触れられていない。
The above is a method for recording and reproducing a holographic stereogram on the premise that an ideal hologram is recorded. As described in
そこで本発明は、表示すべき像の暗さに左右されない露光条件での要素ホログラムの記録を行うことができるホログラフィックステレオグラム記録装置及び方法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 recording apparatus and method capable of recording an element hologram under an exposure condition that does not depend on the darkness of an image to be displayed.
本発明によるホログラフィックステレオグラム記録装置は、画像情報に応じてコヒーレント光を空間光変調して物体光を生成する空間光変調部と、前記物体光を記録媒体に集光する物体光光学系と、前記物体光と干渉する参照光を前記記録媒体における前記物体光の集光箇所に照射する参照光光学系と、を含み、前記参照光と前記物体光が交差した前記集光箇所に要素ホログラムを記録するホログラフィックステレオグラム記録装置であって、
前記空間光変調部は、前記物体光光学系の光軸上に配置され且つ前記画像情報に応じた信号光を生成する信号光領域と前記信号光領域の外側に配置され且つ前記画像情報を含まない補助光を生成する調光領域とを有する空間光変調器を含むことを特徴とする。
A holographic stereogram recording apparatus according to the present invention includes a spatial light modulator that spatially modulates coherent light according to image information to generate object light, and an object light optical system that focuses the object light on a recording medium. A reference light optical system for irradiating the condensing portion of the object light on the recording medium with reference light that interferes with the object light, and an element hologram at the condensing portion where the reference light and the object light intersect A holographic stereogram recording device for recording
The spatial light modulation unit is disposed on the optical axis of the object light optical system and generates a signal light according to the image information, and is disposed outside the signal light region and includes the image information. And a spatial light modulator having a dimming region for generating no auxiliary light.
さらに、本発明によるホログラフィックステレオグラム記録方法は、画像情報に応じてコヒーレント光を空間光変調して物体光を生成する空間光変調器と、前記物体光を記録媒体に集光する物体光光学系と、前記物体光と干渉する参照光を前記記録媒体における前記物体光の集光箇所に照射する参照光光学系と、を用いて前記参照光と前記物体光が交差した前記集光箇所に要素ホログラムを記録するホログラフィックステレオグラム記録方法であって、
前記空間光変調器の前記物体光光学系の光軸上に、前記画像情報に応じた信号光を生成する信号光領域を形成するステップと、
前記空間光変調器の前記信号光領域の外側に、前記画像情報を含まない補助光を生成する調光領域を形成するステップと、含むことを特徴とする。
Further, the holographic stereogram recording method according to the present invention includes a spatial light modulator that spatially modulates coherent light according to image information to generate object light, and object light optics that focuses the object light on a recording medium. System and a reference light optical system that irradiates the object light condensing portion of the recording medium with reference light that interferes with the object light, at the condensing portion where the reference light and the object light intersect A holographic stereogram recording method for recording an element hologram,
Forming a signal light region for generating signal light according to the image information on the optical axis of the object light optical system of the spatial light modulator;
Forming a dimming region for generating auxiliary light not including the image information outside the signal light region of the spatial light modulator.
上記の本発明の構成によれば、表示すべき像の暗さに左右されない露光条件での要素ホログラムの記録を行うことができる。 According to the configuration of the present invention described above, element holograms can be recorded under exposure conditions that are not affected by the darkness of the image to be displayed.
以下に、ホログラフィックステレオグラム記録装置の一例として、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記録装置を、図面を参照しつつ説明する。 Hereinafter, as an example of a holographic stereogram recording apparatus, a holographic stereogram recording apparatus that creates a holographic stereogram by sequentially recording minute element hologram sequences on a recording medium will be described with reference to the drawings. To do.
図4は、本発明の実施形態のホログラフィックステレオグラム記録装置の全体構造を示す概略模式図であり、図5は参照光の光路を説明する模式図であり、図6は物体光の光路を説明する模式図である。図7はかかるホログラフィックステレオグラム記録装置における記録媒体と参照光及び物体光との関係を示す概略斜視図である。 FIG. 4 is a schematic diagram illustrating the overall structure of the holographic stereogram recording apparatus according to the embodiment of the present invention. FIG. 5 is a schematic diagram illustrating the optical path of the reference light. FIG. 6 illustrates the optical path of the object light. It is a schematic diagram to explain. FIG. 7 is a schematic perspective view showing the relationship between a recording medium, reference light, and object light in such a holographic stereogram recording apparatus.
図4に示すように、ホログラフィックステレオグラム記録装置は、レーザ光光源21、コリメータレンズ22、シャッター23、1/2波長板24、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、ミラー29、記録媒体33、媒体移動機構35、媒体位置制御部36、メインコントローラ51、露光制御部52、シャッター開閉機構53、画像生成部IS、調光領域生成部DRS、表示器ドライバDD、ミラー61、ビーム拡散板62、空間光変調器64、リレーレンズ65,66、ナイキストフィルタ67及び対物レンズ68を有する。
As shown in FIG. 4, the holographic stereogram recording apparatus includes a
メインコントローラ51は、シャッター23を駆動する露光制御部52、媒体移動機構35を駆動する媒体位置制御部36、空間光変調器64を駆動する画像生成部IS、を駆動するためにこれらに接続されている。
The
光源21のコヒーレント光から参照光を生成する参照光光学系は、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及びミラー29を含む。光源21のコヒーレント光から画像情報に応じてコヒーレント光を変調した物体光を生成する物体光光学系は、偏光ビームスプリッタ25、ミラー61、ビーム拡散板62、空間光変調器64、リレーレンズ65,66、ナイキストフィルタ67及び対物レンズ68を含む。
The reference light optical system that generates reference light from the coherent light of the
媒体移動機構35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の所定位置を一致させ支持する支持部に含まれる。
The medium moving
次に、図5に示すように、偏光ビームスプリッタ25及びミラー61の間に遮光板をおいてレーザ光を遮断して、ホログラフィックステレオグラム記録装置における参照光の光路を説明する。光源21から発せられたレーザ光がコリメータレンズ22で平行光とされてシャッター23の開口及び1/2波長板24を透過する。偏光ビームスプリッタ25は、透過したレーザ光ビームを参照光用の光ビームに分岐する。参照光用の光ビームは、適切な大きさを持つ矩形のアパーチャ26を介して、縮小光学系27に供給される。縮小光学系27は細い矩形ビーム断面の平行光(参照光)へと変換する。その後、参照光は、ミラー28及びミラー29を介して、記録媒体33の物体光の集光点(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。アパーチャにより参照光のスポットは記録媒体33の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なされる。
Next, as shown in FIG. 5, the light path of the reference light in the holographic stereogram recording apparatus will be described by blocking the laser light by placing a light shielding plate between the
次に、図6に示すように、偏光ビームスプリッタ25及びアパーチャ26の間に遮光板をおいてレーザ光を遮断して、ホログラフィックステレオグラム記録装置における物体光の光路を説明する。偏光ビームスプリッタ25は、光源21からから出射されコリメータレンズ22で平行光とされてシャッター23の開口及び1/2波長板24を透過したレーザ光を、物体光用の光ビームに分ける。ここで、図示しないエキスパンダレンズを用いて、物体光用のビーム光を適切な平行ビーム径に変換してもよい。ミラー61は、平行光とされた物体光ビームを、ビーム拡散板62を介して空間光変調器64へそれら主面の法線方向から入射させる。
Next, as shown in FIG. 6, the light path of the object light in the holographic stereogram recording apparatus will be described by blocking the laser light by placing a light shielding plate between the
通常、要素ホログラムは一辺の長さが数百ミクロン程度の正方形の形状であり、この要素ホログラムの内部を均一に露光するのが好ましいとされる。ところが対物レンズにより集光されるビームスポットの大きさはこの要素ホログラムサイズよりもずっと小さなものとなる。例えば、レーザ光の波長を0.532ミクロン、対物レンズ68のNAを0.5とすると、集光点でのビームスポットの直径は1.3ミクロン程度となる。微小な集光点のみにパワーが集中するのを避けるために空間光変調器64表示面上にビーム拡散板62が配置される。
Usually, the element hologram has a square shape with a side length of about several hundred microns, and it is preferable to uniformly expose the inside of the element hologram. However, the size of the beam spot collected by the objective lens is much smaller than the element hologram size. For example, if the wavelength of the laser beam is 0.532 microns and the NA of the
空間光変調器64は、通常、入射光を選択的に透過することができるアドレス可能な画素(ピクセル)の領域又は二次元アレイからなる。空間光変調器64はメインコントローラ51により制御される。メインコントローラ51の制御に応じて、画像生成部IS、調光領域生成部DRS及び表示器ドライバDDは、予め計算された視差画像合成に基づく画像パターンを空間光変調器64に表示させる。メインコントローラ51、画像生成部IS、調光領域生成部DRS及び表示器ドライバDDは、空間光変調部に含まれる。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空間光変調器の表示部に表示しても画像は認識できない。空間光変調器64は、例えば、アクティブマトリクス駆動回路が形成され透過型液晶デバイスを含むが、例えば、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 spatial
図6に示すように、空間光変調器64は、表示された画像パターンに応じて透過光を空間光変調して物体光を生成し、物体光をリレーレンズ65、ナイキストフィルタ67及びリレーレンズ66の結像光学系を介して対物レンズ68へ入射させる。対物レンズ68は物体光を記録媒体33の主面上の所定位置に球面波として集光する。
As shown in FIG. 6, the spatial
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の間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、空間光変調器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。すなわち、集光点におけるビームスポットの形状を横方向に拡がりのあるものとすると共に、ビームの横方向に拡がり過ぎることを制限するために、記録媒体33面と共役の関係にある位置にナイキストフィルタ67が配置される。空間光変調器64表示面の近傍物体光による記録媒体33の面上でスポットの大きさ(面積)は、リレーレンズ66と対物レンズ68の焦点距離比で決まる光学倍率にナイキストフィルタ67のサイズを乗じた大きさとなるので、適切な要素ホログラムサイズとなるようにナイキストフィルタ67の大きさが決定される。このビーム拡散板62とナイキストフィルタ67の働きにより、物体光は記録媒体33の面上で正確に要素ホログラムの大きさとなり、均一な強度分布を持つビームスポットとすることが可能になる。なお、ビーム拡散板62は空間光変調器64表示面上又はその結像面上(PL1面)に配置されることが望ましいとされるが、物体光の光路中の他の場所に配置されていても構わない。
As the imaging optical system, a 4f optical system using two
空間光変調器64の表示パターンは結像光学系により対物レンズ68の直前の結像面PL1に一旦結像される。結像面PL1の位置が対物レンズ68の焦点距離foに等しくなるように対物レンズ68は配置される。反対側の対物レンズ68の焦点距離foに等しくなる位置に記録媒体33は配置される。
The display pattern of the spatial
記録媒体33は例えば、図示しないが感光材からなる感光シートがガラス基板とPETフィルム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され、感光シートの界面近傍に集光する。参照光はPETフィルム側より入射される。レーザ光は空間光変調器64に入射する前にビーム拡散板62を通過しているため、感光シート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、1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。
For example, the
記録媒体33の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(図4)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。参照光及び物体光の光路の交差する記録媒体領域に要素ホログラムが記録される。
The lateral spread at the condensing point of the
図7に示すように、複数の要素ホログラムは、記録媒体の平面方向に繰り返しラスタスキャンして記録される。複数の要素ホログラムを隙間無く整列させるために、記録媒体33における参照光及び物体光の光路の交差する記録位置を、XY軸方向に要素ホログラムの一辺の長さと同じだけ相対的に移動させて記録する。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。そして、この動作を繰り返すことにより記録媒体に要素ホログラム行列が形成される。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。このように、複数の要素ホログラムを記録媒体のXY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1つの三次元画像が再生されるホログラフィックステレオグラムが得られる。
As shown in FIG. 7, a plurality of element holograms are recorded by repeated raster scanning in the plane direction of the recording medium. In order to align a plurality of element holograms without gaps, recording is performed by moving the recording position at which the optical paths of the reference beam and the object beam intersect on the
全ての要素ホログラムの記録において、参照光と物体光の光量が等しくなることが理想的である。先に分岐された参照光は常に一定量の露光量とすることが可能であるが、物体光は記録する物体に応じて空間光変調器上の表示パターンが決められているため、物体光の光量をコントロールすることは不可能である。そこで、本実施例のホログラフィックステレオグラム記録方法では、物体光光学系において、表示画像に応じた空間光変調を施された信号光と、その外周側にあり、表示画像とは無関係な空間光変調を施された補助光の両方を物体光として使用する。 Ideally, the light amounts of the reference light and object light are equal in recording of all element holograms. The reference light branched first can always have a constant exposure amount, but the object light has a display pattern on the spatial light modulator determined according to the object to be recorded. It is impossible to control the amount of light. Therefore, in the holographic stereogram recording method of the present embodiment, in the object light optical system, the signal light that has been subjected to spatial light modulation according to the display image, and the spatial light that is on the outer peripheral side and is not related to the display image. Both modulated auxiliary lights are used as object lights.
例えば、ホログラフィックステレオグラム記録装置において、図7に示すように、空間光変調器64は、物体光光学系の光軸上に配置され且つ画像情報を表示して該画像情報に応じた信号光を生成する信号光領域IRと該信号光領域の外側に配置され且つ画像情報を含まない補助光を生成する調光領域DRとを有するように、構成される。本実施例では、図7に示すように、空間光変調器64上の信号光領域IRの外側に調光領域DRを設け、信号光領域IRにより変調された信号光と調光領域DRにより変調された補助光の両方を物体光として使用する。
For example, in the holographic stereogram recording apparatus, as shown in FIG. 7, the spatial
図8に示すように、物体光光学系の空間光変調器64により変調された物体光(信号光と補助光)が対物レンズ68により記録媒体33上に集光され、同時に、その集光点の同じ位置に参照光光学系により参照光が照射され、同点に要素ホログラムが形成される。ここで空間光変調器64の調光領域DRに表示されたパターンは対物レンズ68により記録媒体33に対して斜め上下方向及び左右方向から照射されることになる。中央の信号光領域IRに表示された画像パターンは光軸を含む位置の記録媒体33に照射される。
As shown in FIG. 8, the object light (signal light and auxiliary light) modulated by the spatial
この場合、図9に示すように、記録された記録媒体に対して参照光と同じ波長成分を含む照明を施すと、記録された要素ホログラムから記録媒体33の斜め上下方向及び左右方向には調光領域DRに表示したパターン光(補助光)が、光軸だった水平方向には空間光変調器中央の信号光領域IRに表示された画像パターン光(信号光)が再生される。このとき、図9に示すように、観測者の視域の中では信号光領域IRに記録された像のみが観察され、調光領域DRに表示したパターンを確認することはできない。逆に視域の外(非視域)からは調光領域DRに表示したパターンのみが観察され、信号光領域のパターン像は確認できない。視域の範囲内で像を見る場合に限って言えば、調光領域DRに表示されたパターンは再生される像に何らの影響も与えない。
In this case, as shown in FIG. 9, when the recorded recording medium is illuminated with the same wavelength component as the reference light, the recorded element hologram is adjusted in the diagonally up and down direction and the left and right direction of the
本実施例における信号光と補助光(信号光領域IR及び調光領域DR)を利用して、例えば、補助光の光量と信号光の光量の総和が略一定になるように制御すれば、表示される画像には影響を与えることなく、補助光の存在により信号光の光量を補うので、表示すべき像の暗さに左右されない露光条件での要素ホログラムの記録を行うことができる。 By using the signal light and the auxiliary light (signal light region IR and dimming region DR) in this embodiment, for example, if the sum of the light amount of the auxiliary light and the light amount of the signal light is controlled to be substantially constant, the display Since the amount of the signal light is compensated by the presence of the auxiliary light without affecting the image to be displayed, the element hologram can be recorded under the exposure condition that is not affected by the darkness of the image to be displayed.
次に、ホログラフィックステレオグラム記録装置の動作、要素ホログラム書き込み記録動作について図10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 recording apparatus and the element hologram writing / recording operation will be described based on the flowchart shown in FIG.
まず、記録開始に先立ち図4に示す1/2波長板24を適切な角度に調整し物体光と参照光の光量比率を設定する。この光量比率は感光シートの特性、ビーム拡散板の透過率、空間光変調器の効率、光学部品の透過率などより予め計算されたものである。
First, prior to the start of recording, the half-
記録媒体を所定の位置例えば最初の要素ホログラム書き込み位置へと移動し、図4に示すメインコントローラ51の指令に応じて所定の順番例えば1番目に記録する要素ホログラムの画像パターンを画像生成部ISが生成する(ステップS1)。画像パターン生成は元の三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、又は予め計算されメインコントローラ51の記憶部などに保存した画像データを使用して行われる。そして、画像生成部ISの指令に応じて調光領域生成部DRSは、この表示パターンに応じた調光領域用のパターンの生成を行う。画像生成部IS及び調光領域生成部DRSは、これらの表示パターンデータ及び調光領域用パターンデータを表示器ドライバDDに転送することで空間光変調器64に二次元パターン(信号光領域IR及び調光領域DR)が表示される(ステップS2)。
The image generation unit IS moves the recording medium to a predetermined position, for example, the first element hologram writing position, and the image generation unit IS records an element hologram image pattern to be recorded first in a predetermined order, for example, in accordance with a command from the
次に、図4に示すメインコントローラ51から指令に応じて露光制御部52により要素ホログラムの書き込み操作を行う。空間光変調器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。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が適切なシャッター23の開閉タイミングをシャッター開閉機構53に指示することにより所定時間で露光が行われる。ここで、シャッター23を開ける(ステップS3)ことにより、信号光を生成する信号光領域IRを形成する信号光領域形成ステップと信号光領域IRの外側に画像情報を含まない補助光を生成する調光領域DRを形成する調光領域形成ステップとが同時に実行される。露光制御部52はシャッター23がノ−マルクローズシャッターであれば電圧を印可し続ける指令を送る。
Next, an element hologram writing operation is performed by the
次に、メインコントローラ51は露光時間が規定値か否か判断し(ステップS4)、否であればステップS3に戻り、満たされていればシャッターを閉じる(ステップS5)。
Next, the
次に、メインコントローラ51は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S6)、否であればステップS2に戻り、満たされていれば空間光変調器64の記録パターン表示を停止する(ステップS7)。
Next, when the exposure of each element hologram is completed, the
次に、メインコントローラ51は1つの要素ホログラムの露光が完了したら、次の記録位置へと記録媒体を移動させる指令を送る。通常は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移動させるが、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、この要素ホログラムの露光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できあがる。
Next, when the exposure of one element hologram is completed, the
次に、メインコントローラ51は要素ホログラムが最終記録位置か否か判断し(ステップS8)、否であれば次の記録位置へと記録媒体を移送させる指令を送り(ステップS9)、ステップS1に戻り、指令に応じて次の2番目に記録する要素ホログラムの画像パターンを画像生成部ISに生成させる。メインコントローラ51はステップS1〜S8を繰り返し実行して、最終記録位置に達したことが満たされていれば動作を終了する。
Next, the
本実施例における信号光と補助光(信号光領域IR及び調光領域DR)の利用によれば、表示される画像には影響を与えることなく、表示すべき像の暗さに左右されない露光条件での要素ホログラムの記録を行うことができる。具体的な信号光領域IR及び調光領域DRの設定例について説明する。例えば図11に示す3種類の信号光領域IRの表示パターン(画像情報)が空間光変調器に表示される場合ついて考える。ここで12×12ピクセルの空間光変調器を想定し、中央の信号光領域IRには8×8ピクセルを用い、外側の調光領域DRには2ピクセル幅の環状形状を与える。そしてピクセルの光透過状態(単に白という)を白色でピクセルの遮光状態(単に黒という)を黒色で示す。また、総ピクセル数に対する光透過状態ピクセル数の百分率を白比率という。なお、空間光変調器のピクセル数は12×12ピクセルに限るものではない。図11(a)は極端に白の多いパターン、図11(b)は白と黒が概ね半々のパターン、図11(c)は極端に黒の多いパターンである。これら画像情報のパターンを物体光としてホログラムの記録を行う場合、図11(c)のパターンの記録がうまく行えないことが懸念される。また記録媒体の特性によっては図11(a)又は(b)のどちらかは最適な記録とならないケースも考えられる。これらの現象は一定光量の参照光に対して物体光の光量が大きく変化していることに起因している。 According to the use of the signal light and the auxiliary light (the signal light region IR and the light control region DR) in this embodiment, the exposure condition is not affected by the darkness of the image to be displayed without affecting the displayed image. Element holograms can be recorded at A specific setting example of the signal light region IR and the light control region DR will be described. For example, consider the case where the display patterns (image information) of the three types of signal light regions IR shown in FIG. 11 are displayed on the spatial light modulator. Here, a spatial light modulator of 12 × 12 pixels is assumed, 8 × 8 pixels are used for the central signal light region IR, and an annular shape having a width of 2 pixels is given to the outer light control region DR. The light transmission state of the pixel (simply referred to as white) is shown in white, and the light blocking state of the pixel (simply referred to as black) is shown in black. Further, the percentage of the number of light transmission state pixels with respect to the total number of pixels is called a white ratio. Note that the number of pixels of the spatial light modulator is not limited to 12 × 12 pixels. FIG. 11A shows an extremely white pattern, FIG. 11B shows a pattern in which white and black are almost half, and FIG. 11C shows an extremely black pattern. When hologram recording is performed using these image information patterns as object light, there is a concern that the pattern recording of FIG. Further, depending on the characteristics of the recording medium, there may be a case where either FIG. 11A or FIG. These phenomena are caused by the fact that the amount of object light is greatly changed with respect to a constant amount of reference light.
そこで信号光領域IRの図11(a)、(b)及び(c)の画像情報のパターンそれぞれの外側に、図12(a’)、(b’)及び(c’)に示す調光領域DRをそれぞれ付加する。図11(a)には黒が多い図12(a’)のパターンを、図11(b)には白と黒が略同数の図12(b’)のパターンを、図11(c)には白の多い図12(c’)のパターンをそれぞれ用いる。図11の画像情報に光量について相補的な図12のパターンを付加することにより、信号光と補助光の総光量(物体光)は集光点にて概ね均一となり、どのパターンに対しても均一な記録条件が達成できる。 Therefore, the dimming areas shown in FIGS. 12 (a ′), (b ′) and (c ′) are provided outside the image information patterns in FIGS. 11 (a), (b) and (c) of the signal light area IR. Each DR is added. FIG. 11 (a) shows the pattern of FIG. 12 (a ′) with a lot of black, FIG. 11 (b) shows the pattern of FIG. 12 (b ′) with the same number of white and black, and FIG. 11 (c). Uses the pattern shown in FIG. By adding the pattern of FIG. 12 complementary to the light amount to the image information of FIG. 11, the total light amount (object light) of the signal light and the auxiliary light becomes substantially uniform at the focal point, and is uniform for any pattern. Recording conditions can be achieved.
調光領域DRのパターンの組み合わせはいろいろな方法が考えられる。以下に3つの例を挙げる。 There are various methods for combining the patterns of the light control region DR. Three examples are given below.
第1組み合わせ例は、信号光領域IRと調光領域DRの白の数が同じになるようにする方法である。例えば信号光領域IRの白の数が20個ならば調光領域DRの白の数を80個に、信号光領域IRの白の数が50個ならば調光領域DRの白の数を50個に、信号光領域IRの白の数が90個ならば調光領域DRの白の数を10個に、という具合に、信号光領域IRと調光領域DRの白の数の総和が一定数(この例の場合100個)となるように調光領域DRのパターンを決める。 The first combination example is a method in which the number of whites in the signal light region IR and the dimming region DR is the same. For example, if the number of whites in the signal light region IR is 20, the number of whites in the light control region DR is 80. If the number of whites in the signal light region IR is 50, the number of whites in the light control region DR is 50. If the number of whites in the signal light region IR is 90, the total number of whites in the signal light region IR and the light control region DR is constant, for example, the number of whites in the light control region DR is ten. The pattern of the light control region DR is determined so as to be a number (100 in this example).
第2組み合わせ例は、信号光領域IRの白比率が所定の範囲内にあるときに、対応する白比率の調光領域DRを用いる方法である。例えば、範囲を3分割して、信号光領域IRの白比率が0〜25%のときは、白比率が80%であるパターンを調光領域DRとして用い、信号光領域IRの白比率が25〜75%のときは、白比率が50%であるパターンを調光領域DRとして用い、信号光領域IRの白比率が75〜100%のときは、白比率が20%であるパターンを調光領域DRとして用いる。なお、信号光領域IRの白比率範囲の分割数は3分割に限るものではない。 The second combination example is a method of using the dimming region DR having a corresponding white ratio when the white ratio of the signal light region IR is within a predetermined range. For example, when the range is divided into three and the white ratio of the signal light region IR is 0 to 25%, a pattern having a white ratio of 80% is used as the dimming region DR, and the white ratio of the signal light region IR is 25. When the white ratio is ˜75%, a pattern with a white ratio of 50% is used as the light control region DR. Used as region DR. Note that the number of divisions of the white ratio range of the signal light region IR is not limited to three.
第3組み合わせ例は、信号光領域IRの白比率が所定の範囲内にあるときに、対応する調光領域DRパターンを用いる方法である。例えば信号光領域IRの白比率が0〜25%のときは、図12(a’)に示すパターンを調光領域DRとして用い、信号光領域IRの白比率が25〜75%のときは、図12(b’)に示すパターンを調光領域DRとして用い、信号光領域IRの白比率が75〜100%のときは、図12(c’)に示すパターンを調光領域DRとして用いる。なお、信号光領域IRの白比率範囲の分割数は3分割に限るものではない。 The third combination example is a method of using a corresponding dimming region DR pattern when the white ratio of the signal light region IR is within a predetermined range. For example, when the white ratio of the signal light region IR is 0 to 25%, the pattern shown in FIG. 12 (a ′) is used as the dimming region DR, and when the white ratio of the signal light region IR is 25 to 75%, The pattern shown in FIG. 12B ′ is used as the light control region DR, and when the white ratio of the signal light region IR is 75 to 100%, the pattern shown in FIG. 12C ′ is used as the light control region DR. Note that the number of divisions of the white ratio range of the signal light region IR is not limited to three.
上記の実施例では、信号光の光量に応じて補助光の光量を変化させるようにしたが、更なる実施例では、信号光の光量によらず、補助光の光量が略均一になるようにしても良い。 In the above embodiment, the light amount of the auxiliary light is changed according to the light amount of the signal light. However, in a further embodiment, the light amount of the auxiliary light is made substantially uniform regardless of the light amount of the signal light. May be.
例えば、信号光領域IRの図11(a)、(b)及び(c)の画像情報のパターンに対して、図13(a’’)、(b’’)及び(c’’)に示すように、常に白比率(67/80=84%)が略均一なパターンを調光領域DRに使うことで実現できる。また全ての調光領域DRを完全に同じパターン(例えば全白)とすることでも同様の効果が得られる。 For example, the image information patterns shown in FIGS. 11A, 11B, and 11C in the signal light region IR are shown in FIGS. 13A ″, 13B ″, and 13C ″. As described above, this can be realized by always using a pattern with a substantially uniform white ratio (67/80 = 84%) for the light control region DR. The same effect can be obtained by making all the light control regions DR have the same pattern (for example, all white).
想定しうる様々な露光条件の中で最も懸念されるのは物体光が光量0(又は限りなく零に近い状態)となることである。ホログラムの記録は物体光と参照光の干渉させることで行うものであり、物体光が光量0となるのは避けなければならない事態である。更なる実施例ではこの物体光が光量0となる事態を避けることが可能であり、一定の効果が期待できる。 Of the various exposure conditions that can be assumed, the greatest concern is that the amount of object light becomes zero (or a state close to zero). Hologram recording is performed by causing the object light and the reference light to interfere with each other, and it is a situation that the light quantity of the object light must be avoided. In a further embodiment, it is possible to avoid a situation in which the object light becomes 0 light quantity, and a certain effect can be expected.
また図12までの実施例では信号光の光量に応じて調光領域DRのパターンを計算する必要があったが、図13に示す更なる実施例では信号光の光量とは関係なく特定のパターン(一定の光量)を付加すれば良く、計算処理の負荷を低減できる効果もある。 In the embodiment up to FIG. 12, it is necessary to calculate the pattern of the light control region DR according to the light amount of the signal light. However, in the further embodiment shown in FIG. 13, a specific pattern is used regardless of the light amount of the signal light. (Constant amount of light) may be added, and the load of calculation processing can be reduced.
また、他の実施形態においては、図14に示すように空間光変調器64とは別部材、レーザ光を通す透明樹脂やガラスなど透光材料で補助光生成用の調光領域DR2を形成することもできる。この調光領域DR2は空間光変調器と一体として形成されるが、調光領域DR2は空間光変調器64周囲に設けても良い。図14に示す実施例でも信号光の光量とは関係なく調光領域DR2の面積(一定の光量)を設定すれば良く、計算処理の負荷を低減できる効果もある。
In another embodiment, as shown in FIG. 14, the dimming region DR2 for generating auxiliary light is formed of a member different from the spatial
さらに、上記の実施形態では、補助光生成用の調光領域を、信号光領域IRの周縁に沿ってこれを囲む環状として形成したが、これには限定されず、更なる他の実施形態においては、図15に示すように空間光変調器64の信号光領域IRを水平方向(Y方向)にわたって設け、補助光生成用の調光領域DR3が信号光領域IRを挟むように設けることもできる。この調光領域DR3の設定により観察者の左右の目に調光領域DR3によるパターンが到達することを減少させることができる。
Further, in the above embodiment, the dimming region for generating auxiliary light is formed as an annular shape surrounding the signal light region IR along the periphery thereof, but is not limited to this, and in still other embodiments. As shown in FIG. 15, the signal light region IR of the spatial
上記の実施例では、信号光領域IR及び調光領域DR共に矩形の領域としているが、もちろん円形など他の形状でも構わない。また信号光領域IRのすぐ外側に調光領域DRを設ける必要はなく、信号光領域IRの外側に何も表示しないバッファ領域を設け、さらにその外側に調光領域DRを設けるようにしても良い。 In the above embodiment, the signal light region IR and the light control region DR are both rectangular regions, but of course other shapes such as a circle may be used. Further, it is not necessary to provide the light control region DR just outside the signal light region IR, a buffer region that displays nothing may be provided outside the signal light region IR, and the light control region DR may be provided outside the buffer region. .
上記の実施例では、空間光変調器は液晶のように透過した光に対して空間光変調を施す透過型空間光変調器を使用しているが、もちろんDMD(Digital Mirror Device)やLCOS(Liquid Crystal on Silicon)のように反射した光に対して空間光変調を施す反射型空間光変調器を用いても良い。 In the above embodiment, the spatial light modulator uses a transmissive spatial light modulator that performs spatial light modulation on the transmitted light like liquid crystal, but of course, DMD (Digital Mirror Device) or LCOS (Liquid A reflective spatial light modulator that performs spatial light modulation on the reflected light, such as Crystal on Silicon, may be used.
上記の実施例では、図4〜7に示すように物体光の入射する記録媒体の主面とは反対面側より参照光を照射しているが、図16に示すように物体光の入射する記録媒体33の主面と同一面側より参照光を照射させるように図4に示す参照光光学系のミラー28,29の配置を変更しても良い。図4に示すように参照光と物体光を記録媒体に対して対向させて記録したホログラムは反射型ホログラムと呼ばれ、図16に示すように参照光と物体光を同一面側より照射して記録されたホログラムは透過型ホログラムと呼ばれる。いずれの場合においても参照光は感光シート面上での信号光と同じ大きさとなるようにされる。このように物体光と参照光が同一の微小領域に同時に照射されることにより、記録媒体面上に要素ホログラムの記録がされる。
In the above embodiment, the reference light is irradiated from the side opposite to the main surface of the recording medium on which the object light is incident as shown in FIGS. 4 to 7, but the object light is incident as shown in FIG. The arrangement of the
本実施例のように、ホログラフィックステレオグラムの光学系において、物体光の空間光変調器上に調光領域の類を設けた従来例は無かった。ホログラムの記録において物体光と参照光の比率を適切な範囲内に制御することは必須であり、物体光が極端に小さくなる状況では正しい記録が行えないという事も従来より知られている事実である。しかしながらホログラフィックメモリーにおいてはこの点は特に問題とはならない。なぜならホログラフィックメモリーにおけるホログラムの再生では、再生光をデコードすることにより記録した情報を再現するからである。つまりどんな情報の記録であれ適切な変調方式を用いることで、物体光の光量をある範囲内に制限することは容易であり、適切な露光条件から外れることはなかったのである。一方でホログラフィックステレオグラムは再生光を直接目で見る事が記録の目的である。露光条件を確保するためとはいえ、むやみに物体光に対して情報を付加することはできない。つまり露光条件を確保しながら任意の情報を記録できるようにするという課題は、ホログラフィックステレオグラム特有の課題と言える。 As in the present embodiment, in the optical system of the holographic stereogram, there is no conventional example in which a kind of dimming region is provided on the spatial light modulator of object light. In hologram recording, it is indispensable to control the ratio of object light and reference light within an appropriate range, and it is a well-known fact that correct recording cannot be performed when the object light is extremely small. is there. However, this is not a problem in holographic memory. This is because in the reproduction of a hologram in the holographic memory, the recorded information is reproduced by decoding the reproduction light. In other words, by using an appropriate modulation method for recording any information, it is easy to limit the amount of object light within a certain range and never deviate from appropriate exposure conditions. On the other hand, holographic stereograms are recorded for the purpose of viewing the reproduced light directly. Although the exposure conditions are ensured, information cannot be added to the object light. That is, the problem of enabling arbitrary information to be recorded while ensuring the exposure conditions can be said to be a problem unique to the holographic stereogram.
本実施例では信号光領域における物体の表示とは無関係の調光領域を設けてあり、調光領域を通過又は反射する補助光も物体光として利用する。本実施例の調光領域に適切な表示を行うことにより物体光の光量を適切な範囲に制御することが可能となる。さらに、本実施例によれば、多視点要素画像は記録する画像によっては極端に暗い画像、あるいは完全な全黒画像となることがあるが、それを物体光の一部としてホログラム記録を行うので、正しいホログラムの記録が達成できる。 In this embodiment, a dimming area irrelevant to the display of the object in the signal light area is provided, and auxiliary light that passes through or reflects the dimming area is also used as the object light. It is possible to control the light amount of the object light within an appropriate range by performing appropriate display in the light control region of the present embodiment. Furthermore, according to the present embodiment, the multi-viewpoint element image may be an extremely dark image or a complete all-black image depending on the image to be recorded. Correct hologram recording can be achieved.
21 光源
22 コリメータレンズ
23 シャッター
24 1/2波長板
25 偏光ビームスプリッタ
26 アパーチャ
27 縮小光学系
33 記録媒体
35 媒体移動機構
36 媒体位置制御部
51 メインコントローラ
62 ビーム拡散板
64 空間光変調器
65,66 リレーレンズ
67 ナイキストフィルタ
68 対物レンズ
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記空間光変調部は、前記物体光光学系の光軸上に配置され且つ前記画像情報に応じた信号光を生成する信号光領域と前記信号光領域の外側に配置され且つ前記画像情報を含まない補助光を生成する調光領域とを有する空間光変調器を含むことを特徴とするホログラフィックステレオグラム記録装置。 A spatial light modulator that spatially modulates coherent light according to image information to generate object light; an object light optical system that focuses the object light on a recording medium; and reference light that interferes with the object light. A holographic stereogram recording apparatus for recording an element hologram at the light converging portion where the reference light and the object light intersect with each other. And
The spatial light modulation unit is disposed on the optical axis of the object light optical system and generates a signal light according to the image information, and is disposed outside the signal light region and includes the image information. A holographic stereogram recording device comprising a spatial light modulator having a dimming region for generating no auxiliary light.
前記空間光変調器の前記物体光光学系の光軸上に、前記画像情報に応じた信号光を生成する信号光領域を形成するステップと、
前記空間光変調器の前記信号光領域の外側に、前記画像情報を含まない補助光を生成する調光領域を形成するステップと、含むことを特徴とするホログラフィックステレオグラム記録方法。 A spatial light modulator that spatially modulates coherent light in accordance with image information to generate object light, an object light optical system that focuses the object light on a recording medium, and reference light that interferes with the object light. A holographic stereogram recording method for recording an element hologram at a condensing portion where the reference light and the object light intersect using a reference light optical system that irradiates the condensing portion of the object light on a recording medium. And
Forming a signal light region for generating signal light according to the image information on the optical axis of the object light optical system of the spatial light modulator;
A holographic stereogram recording method comprising: forming a dimming area for generating auxiliary light not including the image information outside the signal light area of the spatial light modulator.
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CN109803097A (en) * | 2019-01-18 | 2019-05-24 | 中国人民解放军陆军装甲兵学院 | A kind of chimeric method and system of effective multi-view image slice based on central camera |
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