JP2718794B2 - ホログラム表示送信装置 - Google Patents

ホログラム表示送信装置

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JP2718794B2 JP1500957A JP50095789A JP2718794B2 JP 2718794 B2 JP2718794 B2 JP 2718794B2 JP 1500957 A JP1500957 A JP 1500957A JP 50095789 A JP50095789 A JP 50095789A JP 2718794 B2 JP2718794 B2 JP 2718794B2
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    • G03H2226/11—Electro-optic recording means, e.g. CCD, pyroelectric sensors

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 1.発明の分野 本発明は静止または動的な３次元像を変換して伝送
し、光学的波長再構成技術を用いて表示のために再構成
する方法に関し、特にその目的に対するホログラムの使
用に関する。
2.従来技術 光学的波長再構成方法を一般にホログラフィと呼ぶ。
ホログラムを発生するための技術はいろいろあるが、要
するに次のようにして第１図に示すものが得られる。通
常レーザー１であるコヒーレントな光のソースビームを
ビームスプリッタ２により２つのビームすなわち目的ビ
ーム７と基準ビーム８にする。レンズ３と４により夫々
のコヒーレントレーザ光ビームを発散させて光の波面を
形成する。目的ビーム７の波面はミラー５に向けられ、
このミラーが波面を目的物６に反射する。同時に受け入
れられた記録装置すなわちフィルム10が目的物６から反
射した目的ビーム７と基準ビーム８とを受けて写真フィ
ルム上にパターンとしてこの像を記録する。
目的物からの反射光は拡大球波面の形をとりコヒーレ
ント波面と目的物のすべての点との間の相互作用により
とり出されるものであって、目的物についての或る種の
情報を含む不規則な波面をつくり出す。基準ビーム８は
目的物による反射を受けずに記憶装置に入り、これら２
本のビームがフィルム上に干渉パターンを形成する。こ
の干渉パターンはフィルム上での目的ビームと基準ビー
ムの波面の加算的および減算的干渉により形成される。
第２図に示すようにこの干渉パターンは２つの波面の位
相と情報において大きな変化をもつ。要約すると、コヒ
ーレント光の目的ビームと基準ビームの干渉パターンの
記録とそれに続く再照明がホログラムである。
ホログラムは２つの点で従来の写真とは異なってい
る。従来の写真はフィルムにレンズによって像を結ばせ
ることにより反射非コヒーレント可視光像を記録する。
現像されるとこの像が任意の標準的な非コヒーレント光
源を用いて裸眼に対して可視となる。標準的なホログラ
ム記録は像の形成に焦点づけ装置を用いず、コヒーレン
ト光の干渉パターンを記録する。現像されるとホログラ
ムが、非コヒーレント光によって裸眼できない像をつく
る。ホログラムはしかしながらコヒーレント光源（基準
波面を用いる）により照明されると干渉パターンをつく
り、そこで元の干渉パターンが再構成され、あたかも元
の目的物が空間に懸架されているような虚像を与える。
「プロシーディングス・オブ・ザ・ロイヤル・ソサィエ
ティ（ロンドン）A197,454（1949）のデー・ガボール16
1,777（1948）はこの形の光学的再構成を述べており、
そしてこの技術により発生される像は元の目的物の３次
元特性のすべてを備えているとしている。
発明の要約 本発明の目的は実時間ホログラムを発生するための光
学的波長再構成技術の使用である。
本発明の他の目的は変換装置と高速コンピュータによ
り実時間ホログラムをディジタルコンピュータ信号に変
換しうるようにすることである。
本発明の他の目的は定実時間内に元の目的物と同一の
３次元特性をもつように見えるホログラムを発生するた
めにこのコンピュータ信号を再構成しうる手段を提供す
ることである。
本発明の更に他の目的は電磁輻射によりディジタルコ
ンピュータ信号を送受信しうる手段を提供することであ
る。
本発明の他の目的はこの実時間ホログラムを記憶し、
任意の時点で再構成しうるようにする手段を提供するこ
とである。
本発明の他の目的は演劇、スポーツあるいはコンサー
トのような大きなイベントの３次元像を伝送し再構成す
るための手段を提供することである。
本発明の原理を用い、これら目的は光学的波長再構成
を用いる特殊な３次元伝送および再構方式により達成さ
れる。この方式は光ファイバ束の一端を含み、連続的に
変化しうるホログラム干渉パターンを受けるための手段
と、この受信手段上に連続的にホログラム干渉パターン
をつくるための手段と、受けたホログラム干渉パターン
を伝送可能な信号に変換する手段と、この信号を受ける
手段と、この信号を連続的にホログラム干渉パターンに
変換してもどす手段と、この変換手段上のホログラム干
渉パターンを照明するコヒーレント光源と、からなり、
３次元目的物の像が再構成される。
図面の簡単な説明 本発明の上述の原理および目的は同一の参照数字が同
じ要素を示す以下の図面を参照することにより、より明
らかとなる。
第１図は従来のホログラムの発生プロセスを示す図で
ある。
第２図は可視コヒーレント光でのホログラムの干渉パ
ターンを拡大して示す図である。
第3A図および第3B図は実時間ホログラムを伝送可能な
信号に変換する変換プロセスを示す図である。
第４図はその最も簡単な形でこのプロセスを示してお
り、干渉パターンがファイバガラスの束の一方の側に入
り、それを通じて伝送されたコヒーレント光で照明され
る様を示す図である。
第５図は２つの部分に分割されたファイバガラス束を
示す図である。
第６図は変換装置にケーブルにより次々に接続される
ファイバガラス束を示しており、その出力がコンピュー
タに向けられ、コンピュータの出力が変換装置に向けら
れ、そしてファイバガラス束にもどされ、その出力がコ
ヒーレント光で照明されてホログラム像を形成する様を
示す図である。
第７図は使用可能な変換装置の他の例を示す図であ
る。
第８図は本方式の他の実施例を示す図である。
第９図は本発明の方式を示す他の実施例の図である。
発明の詳細な説明 第１図で説明したように、レーザ１、ビームスプリッ
タ２、レンズ3,4、ミラー５、および目的物６を用いて
光波の干渉パターン９がつくられる。この干渉パターン
９がフィルム10に記録されて非コヒーレント光により照
明されると、第２図のようになる（使用される目的物に
よってはこのパターンはそれに固有のものとなる）。
第１図に示す干渉パターン９を記録（ある時間にわた
り）するためにフィルム10を用いる代りに、本発明はそ
れを光ファイバケーブル13の開放端15で置き代えてい
る。例えば、上記の例でのホログラムが12×12インチの
フィルムに記録されるとすると、このフィルムは第3A,3
B図に示すように数千の光ファイバケーブル15の12イン
チ束13で置き代えられる。
第２図に示すように、露光されたホログラムフィルム
には高さマップの「輪郭」パターンを構成する。これを
拡大すると、この「輪郭」パターンは白または黒の小さ
いドットからなる。束として使用されるべき光学ファイ
バの寸法と量は輪郭パターン内の夫々の黒または白ドッ
トについて１本のファイバとなるようにセットされるべ
きである。
このプロセスは写真の印画のそれと同様である。印画
プロセスにおいては拡大した画像は多数の小ドットから
なり、これを適正な角度でみると一つの画像となる。同
様に、テレビジョン画像は蛍光スクリーン上での小ドッ
ト発光によりつくられる。これらプロセス、すなわち印
画およびテレビジョンにおいて、像の確認能力は小ドッ
トによりきまり、その量およびそれらからの距離がその
画像の解像度を決定する。
これと同じ原理が、このプロセスに適用される。使用
される光ファイバのスケール（量と寸法）は光の干渉パ
ターンによりつくられる夫々のドットをとらえるに充分
なものでなくてはならない。
このプロセスにおいて、光ファイバケーブル（束）13
の長さは標準」的なホログラムプロセスで用いられるフ
ィルム片10に置き代わる。第４図はこのプロセスの最も
単純な形を示している。
第3A,3B図は、光ファイバ束13の一方の側15から明ま
たは暗（白または黒）の小ドットの形で入り、その反対
側16から同一のパターンとして出る干渉パターンを示し
ている。このパターンはコヒーレントレーザ光17の基準
ビーム19で照明されると、目的物20を元のそれの３次元
特性のすべてをもつものとして再現させる。
フィルム10を用いるホログラフィプロセスではこの干
渉パターンはフィルム10に累積させるに時間がかかり、
そしてフィルムが現像されその後に再び照明されてホロ
グラムを再生する。本発明ではこの累積時間がなく、干
渉パターンは光ファイバ束13の一方の側15に直接入り、
反対側16から出、その時点で第４図に示すように再び照
明される。遅れ時間はなく、それ故、実時間ホログラム
像が発生される。
このプロセスの第１の変更例を第５図に示す。ここで
は光ファイバ束13は束13′と13″に分割されて側21と22
を与え、そして付加されるプロセスが下記のように用い
られる。
第６図において、光ファイバ束13′の内部、すなわち
側21がケーブル23により、光波パルスをディジタル電気
パルスに変換しうる変換器24に接続される。この変換器
は例えば電気的に発生された電話の音声パルスを通話の
伝送用のファイバケーブルに用いる光波に変換し、標準
的な電話に用いるための電気パルスに再変換するために
電話会社で通常使用されており、一般にホトダイオード
またはホトトランジスタのような光検出器からなる。
点25におけるこれら変換されたパルスは次に光ファイ
バ束内の夫々のケーブルから入る情報のすべてを非常な
高速で認識して記録することのできるコンピュータ26に
入力される。そのようなコンピュータはビデオ像の処理
用の従来技術に存在しそして周知の変更のみを必要とす
る。コンピュータ26の出力27は変換器28に向けられ、そ
れがそれを側22における光パルスに変換する。変換器28
は電気信号を光に変換できる、発光ダイオードのような
任意の装置でよい。これらパルスは側15にあるときと全
く同様に側16に生じ、そして、コヒーレント光17で再照
明されると３次元ホログラム像を生じる。
更に、アナログ−ディジタル変換およびディジタル−
アナログ変換が従来の、変換機能を行うアルゴリズムを
有する周知のソフトウェアを用いる汎用ディジタルコン
ピュータまたはマイクロプロセッサを利用して行なわれ
うることは明らかである。
使用される変換器の形の考えられる変更例は、限定的
ではないが次のものを含んでいる。第７図において、光
ファイバ束の側21の出力はホトダイオードアレイ30（テ
レビジョンカメラに用いられるものと同様）に向けられ
る。これらアレイは光ファイバ束23の出力を受けてそれ
を、コンピュータ26が認識し利用しうる出力ディジタル
パルス25に変換するに適したスケールと寸法を有する。
また、コンピュータ26の出力27は発光ダイオード（LE
D）31に向けられる。これらはコンピュータ26の出力27
を光ファイバ束13″で使用可能な光信号に変換するに適
したスケールと寸法を有する。
このプロセスの他の変更例を第８図に示す。ここでは
ディジタルコンピュータの信号出力27は伝送媒体36を介
して種々の形式の受信装置35に対し送るための送信器34
に向けられる。これらは限定的ではないが、衛星、多点
分布方式あるいはマイクロ波方式である。
他の変更例は、光ファイバ束の側21の出力が伝送と他
端での再生のため電話用光ファイバケーブルに直接に入
力されるときである。
本発明に対する更に他の変更例は第８図に示す光ファ
イバ束13″の側16において可能である。前述のプロセス
において、側16に生じる光信号はコヒーレントレーザ光
17で再照明されて目的物を表示する。この例では側16に
生じる光信号は第８図に仮想線で示す面またはスクリー
ン40に向けられる。スクリーン40は回折器としての機能
をもつものであればプラスチック、紙等のような不透明
または透明な材料からつくられる。レーザ光17はスクリ
ーン40に向けられ、そして光ファイバ束13″に対し回折
格子として作用するがホログラム像を形成するようにそ
の光波を曲げ、反射する。スクリーン40のこの機能は光
信号の累積または記録ではなく、光ファイバケーブル16
から出る光信号の再方向づけ用の回折格子を形成する。
第９図には本発明の他の実施例が示されている。この
実施例では光ファイバ束の機能と共にアナログ−ディジ
タルおよびディジタル−アナログ変換機能を組み込むと
よい。このため、光ファイバ束は完全に除去され、レー
ザによりつくられた干渉パターンがアナログ−ディジタ
ル変換器30′の一方の表面に直接入る。この変換器30′
は前述のようにホトダイオードアレイでもよく、あるい
は信号変換のためビデオ画像について利用しうる電荷結
合装置（CCD）のような他の装置でもよい。コンピュー
タ26の出力はディジタル−アナログ変換器31′に入り、
そしてこの変換器が、前述のような不透明または透明な
回折スクリーンに関連して用いうる発光ダイオードアレ
イまたは液晶装置（LCD）そして好適には回折形LCDのよ
うな他の装置でよい。
ディジタル−アナログ変換器31′用いると、再生され
た干渉パターンはその一方の表面につくられ、そしてレ
ーザ光がこの干渉パターンに向けられて３次元像を再生
する。
本発明のこのプロセスは多レーザ、多色レーザとカラ
ーフィルタおよび乗算装置を用いる多色のそして動く目
的物の使用にも適用しうる。例えば、このプロセスの他
の部分が色の差を認識するように調整されているかぎり
異なる多色レーザから光ファイバケーブルに入力される
光の小ドットは、異なった色と強度とすることができ
る。上記の方式はレーザからのコヒーレント光の使用す
るものとして述べたが、白色光ホログラフィで用いられ
るような技術を用いる非コヒーレント光を用いてもよ
い。
更に、このプロセスは実時間で生じるから、ホログラ
ム像をつくるために用いられる目的物は人間およびその
すべての動きを含み、任意のものでよい。これは、任意
の動きが干渉パターンを直ちに変化させ、それが実時間
でこの方式により直ちに処理されて像をつくるのである
から可能である。これはホログラムテレビジョン、電
話、舞台、スポーツ、会合等における使用を容易にす
る。
また、このプロセスは光波の、コンピュータにより処
理しうるディジタル電気信号の変換を含むから、大型の
コンピュータの記憶装置によりこれら信号を後の使用の
ために記録することもできる。これは、任意の時点でこ
れら記録された信号をコンピュータから変換器に出力で
きそして静止的または動く像に再構成しうることを意味
する。
この情報を記録し記憶する能力はコンピュータの記憶
装置内の情報にもとづき合成ホログラムの形成をも容易
にする。この情報の組合せおよび操作は可能であり、記
憶されている情報にもとづく無限のホログラム像の発生
を可能にする。
ここに示し説明した本発明の形とプロセスは本発明の
好適な設計および使用を構成するものではあるが、その
等価な形または変更例のすべてを例示しようとするもの
ではないことは明らかである。本発明の精神または範囲
を離れることなく変更が可能であり、その点の精神およ
び範囲に入る、ここでは詳述しない変化のすべてを本発
明はカバーするものであることは明らかである。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭55−32006（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−80604（ＪＰ，Ａ) 米国特許4376950（ＵＳ，Ａ)

Claims (20)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】光ファイバ束の一端を含み、連続的に変化
    しうるホログラム干渉パターンを受ける手段と、 前記受ける手段上の３次元像を表わす変化しうるホログ
    ラム干渉パターンを連続的に発生する手段と、 受信したホログラム干渉パターンを伝送する手段と、 前記伝送されたホログラム干渉パターンから前記連続的
    に変化しうるホログラム干渉パターンを連続的に再生す
    る手段と、 前記再生された変化しうるホログラム干渉パターンを前
    記再生する手段上に照射する光源と、 を備え、これにより検出された３次元像を再成すること
    を特徴とする３次元像の連続的検出、伝送および再成の
    ためのホログラム装置。
  2. 【請求項２】前記伝送する手段は光ファイバケーブルを
    含んでいることを特徴とする請求項１記載のホログラム
    装置。
  3. 【請求項３】前記再生する手段は光ファイバ束の他端を
    含んでいることを特徴とする請求項２記載のホログラム
    装置。
  4. 【請求項４】前記伝送する手段は感光素子アレイを含ん
    でおり、これら感光素子は前記光ファイバ束内のファイ
    バの数に対応し、前記感光素子アレイは前記変化しうる
    ホログラム干渉パターンを複数の電気信号に変換するよ
    うになっており、前記再生する手段は発光素子アレイを
    含み、これら発光素子は前記複数の電気信号を受けてそ
    れらを光信号に変換し、これら発光素子の数は前記光フ
    ァイバ束のファイバの数に対応することを特徴とする請
    求項３記載のホログラム装置。
  5. 【請求項５】前記伝送する手段は更に、前記感光素子ア
    レイからの電気信号を受信して電磁信号に変換するため
    の電磁周波数送信器と、この電磁信号を受けてそれらを
    前記発光素子に加えられる電気信号に変換するための受
    信手段とを含むことを特徴とする請求項４記載のホログ
    ラム装置。
  6. 【請求項６】前記伝送する手段は更に、前記感光素子ア
    レイからの電気信号を伝送されるべきディジタル信号に
    変換するアナルグ−ディジタル変換器と、前記受信手段
    からのディジタル出力信号を前記発光素子アレイ用の電
    気信号に変換するためのディジタル−アナログ変換器と
    を含むことを特徴とする請求項５記載のホログラム装
    置。
  7. 【請求項７】前記感光素子アレイはホトダイオードアレ
    イであり、前記発光素子アレイは発光ダイオードアレイ
    であることを特徴とする請求項６記載のホログラム装
    置。
  8. 【請求項８】前記アナログ−ディジタル変換器からのデ
    ィジタル信号を記憶する手段を更に含むことを特徴とす
    る請求項７記載のホログラム装置。
  9. 【請求項９】前記アナログ−ディジタル変換器および前
    記ディジタル−アナログ変換器はコンピュータを含むこ
    とを特徴とする請求項８記載のホログラム装置。
  10. 【請求項１０】前記光ファイバ束の他端と前記コヒーレ
    ント光源との間にスクリーンを設けたことを特徴とする
    請求項３記載のホログラム装置。
  11. 【請求項１１】前記スクリーンは回折スクリーンである
    ことを特徴とする請求項10記載のホログラム装置。
  12. 【請求項１２】光ファイバ束の一端を含み、３次元像を
    表わす連続的に変化しうるホログラム干渉パターンを受
    ける手段と、 アナログ−ディジタル変換器を含み、受けたホログラム
    干渉パターンを記憶可能な信号に変換する手段と、 この記憶可能な信号を記憶する手段とを備えていること
    を特徴とする３次元像を連続的に検出し記憶するための
    ホログラム装置。
  13. 【請求項１３】前記変換する手段は前記ホログラム干渉
    パターンをアナログ電気信号に変換するための感光素子
    アレイと、これらアナログ電気信号をディジタル信号に
    変換するためのアナログ−ディジタル変換器とを有して
    いることを特徴とする請求項12記載のホログラム装置。
  14. 【請求項１４】前記記憶する手段はコンピュータを含ん
    でいることを特徴とする請求項13記載のホログラム装
    置。
  15. 【請求項１５】前記感光素子アレイはホトダイオードア
    レイであることを特徴とする請求項14記載のホログラム
    装置。
  16. 【請求項１６】光ファイバ束の一端を含み、連続的に変
    化しうるホログラム干渉パターンをディジタル電気信号
    に変換するための電子的受信手段を含み、前記連続的に
    変化しうるホログラム干渉パターンを受ける手段と、 前記受ける手段上に、３次元像を表わす変化しうるホロ
    グラム干渉パターンを連続的に発生する手段と、 受けたホログラム干渉パターンを伝送する手段と、 前記伝送されたホログラム干渉パターンから前記連続的
    に変化しうるホログラム干渉パターンを連続的に再生す
    る手段と、 前記再生する手段上に前記再生された変化しうるホログ
    ラム干渉パターンを照射する光源と、 を備え、これにより検出された３次元像を再生すること
    を特徴とする３次元像の連続的検出、伝送および再生す
    るためのホログラム装置。
  17. 【請求項１７】前記電子的受信手段は電荷結合装置であ
    ることを特徴とする請求項16記載のホログラム装置。
  18. 【請求項１８】前記再生する手段は前記ディジタル電子
    信号を前記連続的に変化しうるホログラム干渉パターン
    に変換する電子的変換手段であることを特徴とする請求
    項16記載のホログラム装置。
  19. 【請求項１９】前記電子的変換手段はLCDであることを
    特徴とする請求項18記載のホログラム装置。
  20. 【請求項２０】前記電子的変換手段はLCDアレイと回折
    スクリーンからなることを特徴とする請求項18記載のホ
    ログラム装置。
JP1500957A 1987-09-23 1988-09-21 ホログラム表示送信装置 Expired - Fee Related JP2718794B2 (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
US07/102,780 US5184232A (en) 1985-10-17 1987-09-23 Holographic display imaging process
US102,780 1987-09-23
PCT/US1988/003264 WO1989003067A1 (en) 1987-09-23 1988-09-21 Holographic display transmitting device

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JPH02501511A JPH02501511A (ja) 1990-05-24
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