JP3324328B2 - ホログラフィック立体ハ−ドコピ−の作成方法および作成装置 - Google Patents

ホログラフィック立体ハ−ドコピ−の作成方法および作成装置

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JP3324328B2 JP08693195A JP8693195A JP3324328B2 JP 3324328 B2 JP3324328 B2 JP 3324328B2 JP 08693195 A JP08693195 A JP 08693195A JP 8693195 A JP8693195 A JP 8693195A JP 3324328 B2 JP3324328 B2 JP 3324328B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ホログラムを利用した
ホログラフィック立体ハ−ドコピ−の作成方法および作
成装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】今日、3次元画像処理技術は幅広く用い
られてきており、例えば医療の分野では、X線CT(Com
puted Tomography),MRI(Magnetic Resonannce Imagi
ng) 等によって、人体の3次元情報を収集し、診断や手
術の計画等に役立てている。また、建築、製品の設計等
には、3次元CADシステムが使われている。
【0003】現在、これらの3次元画像処理システムの
出力であるハ−ドコピ−としては、2次元の断層像、投
影像等の写真が用いられている。しかしながら、より効
率よく、わかり易いものとして、平面的なもので立体を
表現するハ−ドコピ−が望まれている。
【0004】コンピュ−タで処理、生成した3次元物体
を立体的に表示できるハ−ドコピ−としては、ホログラ
フィック・ステレオグラム(以下、HSと称する)が最
も優れている。このHSは、物体を様々な角度からみた
平面画像を1枚のホログラムに合成するものであり、架
空の物体の立体的な記録、表示に適している。
【0005】しかしながら、3次元物体のハ−ドコピ−
としての条件を満たすHSの方法は、現在まで報告され
ていない。このため、従来の方法では、上下方向の視差
を記録することができず、観察位置によって、再生像に
歪みを生じてしまう。また、2ステップで合成する方法
では、自動的にホログラムを記録することができない。
【0006】一方、自動的に合成する方法としては、マ
ルチプレックス・ホログラム、Alcove Hologram 等が提
案されているが、これらは、上下方向の視差情報を記録
することができないだけでなく、円筒型、半円筒型で、
観察に際して再生装置を必要とするため、一般的なハ−
ドコピ−には向かない。
【0007】そこで、最近では、例えば“特開平3−2
49686号公報”等による方法が、本出願人により提
案されてきている。すなわち、この方法は、図12に光
学系を示すように、計算機で作成した画像パタ−ンを液
晶パネル10のような空間変調要素に表示し、その透過
光をレンズ12を介してホログラム面(ホログラム乾
板)14に物体光(収束する球面波)として集光し、さ
らにこの集光部(同一点)16に反対方向から参照光
(平面波)を入射させ、参照光との干渉縞パタ−ンをド
ット状の要素ホログラムとして、ホログラム面14に記
録する。そして、ホログラムフィルムを縦、横方向に僅
かずつ移動させて順次露光を行ない、ホログラム全面に
ドット状のホログラム要素を露光することにより、ホロ
グラフィック立体ハ−ドコピ−を作成する方法である。
【0008】この方法により作成されたホログラフィッ
ク立体ハ−ドコピ−は、平面型で、1ステップで合成で
き、上下方向の視差情報も記録されるため、正確に立体
像を記録、表示することができる。また、この方法で
は、基材表面にドット状のホログラム要素を順次記録し
ていくため、従来のドットプリンタと似たような方式で
記録することができる。従って、3次元デ−タのハ−ド
コピ−機としての、3−Dプリンタを実現するには最適
である。
【0009】すなわち、一つの光学系で立体的なハ−ド
コピ−を作成することができ、ホログラフィック立体ハ
−ドコピ−を自動的に作成することができる。しかしな
がら、このような方法を実現するための光学系では、一
つの光を物体光と参照光とに一度分岐した上、これらを
再度一点に集光する必要がある。そのため、光学系が大
型になるばかりでなく、光を分岐してからの距離が長い
ため、振動に弱いという問題がある。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
ホログラフィック立体ハ−ドコピ−を作成する方法にお
いては、光学系が大型になるばかりでなく、振動に弱い
という問題があった。本発明は、光学系を小型化するこ
とができ、しかも振動にも極めて強いホログラフィック
立体ハ−ドコピ−とその作成方法および作成装置を提供
することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、まず、請求項1に対応する発明では、基材表面上
にドット状の複数の要素ホログラムを形成して3次元像
を表示するハードコピーを作成する方法において、感光
材料の座標位置に対応する原画を作成するステップと、
球面波を入射することによって平面波を再生する光学的
手段と、感光材料とを組み合わせるステップと、原画を
所望の表示位置に表示するステップと、感光材料の座標
位置に光学系を用いて、表示された原画を透過して集光
された球面波を感光材料に入射し、当該感光材料を透過
して光学的手段で再生された平面波を球面波と干渉させ
ることにより、原画に対応したドット状の要素ホログラ
ムを形成するステップと、感光材料の座標位置を順次移
動して、表示するステップおよび要素ホログラムを形成
するステップを繰り返してドット状の複数の要素ホログ
ラムを感光材料に形成するステップとから成る。
【0012】また、請求項2に対応する発明では、基材
表面上にドット状の複数の要素ホログラムを形成して3
次元像を表示するハードコピーを作成する装置におい
て、球面波を平面波に再生する光学的手段と、感光材料
を所望の位置に移動させる移動手段と、3次元画像デー
タから感光材料の各点に対応する原画パターンを求める
原画作成手段と、原画パターンを表示する表示手段と、
表示手段に表示された原画パターンに対応したドット状
の要素ホログラムを感光材料に形成する光学系と、要素
ホログラムが形成された感光材料を現像する現像手段
と、移動手段、原画作成手段、および現像手段を制御し
て、ホログラフィック立体ハードコピーを作成する制御
手段とを備えて成る。
【0013】ここで、上記球面波を平面波に再生する光
学的手段としては、反射型ホログラムを用いることが好
ましい。また、上記表示手段としては、液晶パネルを用
いることが好ましい。
【0014】
【作用】従って、請求項1および請求項2に対応する発
明のホログラフィック立体ハ−ドコピ−の作成方法およ
び作成装置においては、球面波を平面波に再生する光学
的手段と感光材料とを重ね、液晶パネルのような空間変
調要素を透過した光を集光し、感光材料面から露光を行
なうと、感光材料を透過した光は、光学的手段にて再生
され、ビーム状の光が再生される。これにより、感光材
料には、集光された物体光と光学的手段によって再生さ
れたビーム状の光を参照光とした体積型のホログラムが
記録されることになる。
【0015】すなわち、このような光学系では、参照光
のために光を分岐する必要がないため、光学系を小型化
することができ、さらに振動にも極めて強いものとな
る。さらに、球面波を平面波に再生する光学的手段とし
て、反射型ホログラムを用いることにより、光学的手段
と感光材料とを密着できるため、光を分岐してからの距
離が限りなく零に近くなり、より一層振動の影響を受け
ないで済むと共に、コストも安くて済むことになる。
【0016】
【実施例】まず、図1乃至図3を用いて、本発明の原理
について説明する。本発明は、感光材料と光学的手段
(例えば、反射型ホログラム)とを組み合わせることに
より、反射型ホログラムからの再生光を参照光として利
用することによって、レーザ光を分岐する必要がなくな
るため、光学系を小型化することができ、また振動に極
めて強い装置を実現するものである。
【0017】この場合、反射型ホログラムに用いるホロ
グラムとしては、例えば図2に示すような光学系で作成
する。すなわち、レンズ1によって集光した球面波の参
照光と、ビーム状の物体光との干渉縞を、体積型のホロ
グラムとして感光材料2上に記録する。
【0018】また、図3に示すように、このような反射
型ホログラム3に、球面波の照明光で照明を行なうと、
物体光と同じ角度でビーム状の再生光が再生される。そ
して、図1に示すように、このような反射型ホログラム
3と感光材料4とを重ねて、液晶パネル5のような空間
変調要素を透過した光をレンズ6によって集光し、感光
材料4面から露光を行なうことにより、感光材料4を透
過した光は、反射型ホログラム3上の要素ホログラムに
て再生され、ビーム状の光が再生される。これにより、
感光材料4には、レンズ6によって集光された物体光
と、反射型ホログラム3によって再生されたビーム状の
光を参照光とした体積型のホログラムが記録されること
になる。
【0019】すなわち、このような光学系では、参照光
のためにビーム状の光を分岐する必要がないため、光学
系を小型化することができ、さらに振動にも極めて強く
できることになる。
【0020】以下、上記のような原理に基づく本発明の
一実施例について、図面を参照して詳細に説明する。ま
ず、感光材料の座標位置に対応する原画を作成する。
【0021】この場合、原画の作成方法としては、図4
および図5に示すような方法により作成する。すなわ
ち、図4に示すように、液晶パネル10に表示する原画
パタ−ンは、パ−スペクティブな投影変換によって作成
する。投影の中心点は、そのパタ−ン10を露光するホ
ログラム面14上の点であり、前記図12に示す光学系
におけるレンズ12の口径と焦点距離により計算する光
線の範囲が決まる。一般のコンピュ−タ・グラフィック
スの手法と異なるのは、投影の中心点と視点が異なるた
め、隠面消去の処理は、図4において、右側を手前にし
て行う。これは、物体からの反射光線のうち、ホログラ
ム面14上のある一点を通過する光線の方向と強度を計
算するものである。
【0022】HSの記録においては、原画パタ−ン計算
の際と同じ向きに光線が集光され、リップマンホログラ
ムとして記録される。ホログラムフィルムは縦、横方向
に移動され、図4に示すようにホログラム14全面を塗
りつぶすように露光する。
【0023】一方、このように記録したHSを再生する
と、図5に示すように、ホログラム面14上の各点から
の光線が正しく再生され、立体像を観察することができ
る。これは言換えると、ホログラム14を窓として、そ
の窓を透過する全ての光線の方向と強度を正しく記録
し、再生するものである。従って、本方法では、全く歪
みのない立体像を再生することができる。
【0024】次に、前述した図2に示すように光学系を
用いて、光学的手段である球面波と平面波の反射型ホロ
グラム3を撮影する。次に、図6に示すような光学系
(1ステップ・リップマンHSによる立体像作成システ
ム)を用いて、3次元像の撮影を行なう。
【0025】すなわち、図6に示すように、ヘリウム・
ネオンレ−ザ20からのレ−ザビ−ムは、レンズ24を
介して平行光となり、液晶パネル10を照明し、液晶パ
ネル10により変調される。この変調された光は、レン
ズ26、スリット28、さらにレンズ30、ミラ−32
を介して、パワ−の大きい球面レンズ34に導かれ、こ
のレンズ34により物体光として、感光材料(ホログラ
ム乾板)14上に集光される。
【0026】また、この物体光のうち、感光材料14を
透過して、感光材料14と重ね合わせた反射型ホログラ
ム3で再生された参照光である平面波は、上記感光材料
14上に集光した物体光である球面波と干渉させること
により、前記原画に対応したドット状の要素ホログラム
を形成する。
【0027】ここで、レンズ26、ピンホール28、さ
らにレンズ30は、液晶パネル10のマトリックス構造
を取り除くための空間フィルタリング系を構成してい
る。一方、感光材料14は、反射型ホログラム3と重ね
合わせた状態でXYパルスステ−ジ36に固定され、
縦、横方向に移動可能である。そして、液晶パネル10
の表示情報を変えると共に、XYパルスステ−ジ36を
移動して、感光材料14全面にドット状の要素ホログラ
ムを形成する。全体のシステムは、パ−ソナル・コンピ
ュ−タによりコントロ−ルする。
【0028】なお、物体光を集光するレンズ34の集点
距離は、反射型ホログラム3の参照光の光を集光したレ
ンズと同じ焦点距離のレンズを用いることが好ましい。
また、感光材料14としては、例えば、銀塩感材を用い
ることが好ましい。
【0029】本発明によるHSには、以下のような特長
がある。 (a)水平、垂直方向の視差をつけることが可能で、正
確に立体像を表示できる。
【0030】(b)リップマンタイプのホログラムを用
いれば、基本的にリアル・カラ−化が可能である。 (c)シリンドリカルレンズ等の特殊な光学部品を用い
ずに、小型の装置で合成できる。
【0031】(d)大型のホログラムを作成する時も、
まったく同じ光学系を用い、露光点数を多くするのみで
よい。 (e)光線を集光して用いるので、光源のパワ−を有効
に使用でき、高度な光学系の安定性は要求されない。
【0032】(f)1ステップで合成できるので、自動
的なシステムに用いることができる。 次に、図7および図8を参照して、本発明に係るホログ
ラフィック立体ハ−ドコピ−の作成装置(プリンタ)の
実施例について説明する。
【0033】本発明のHSを用いると、架空の3次元物
体のハ−ドコピ−を出力する、実用的なホログラフィッ
ク・プリンタを実現することができる。図7は、そのシ
ステムを示している。このプリンタは、ビデオ・プリン
タの3次元版のようなイメ−ジで用いるものである。オ
ペレ−タは、モニタ上で3次元物体を色々な角度から観
察し、出力させる方向を設定すると、その3次元物体の
立体的なハ−ドコピ−を得ることができる。
【0034】図8のステップAにおいて、3次元画像デ
−タをホストコンピュ−タ40に入力する。次に、ステ
ップBにおいて、感光材料14、およびこれと重ね合わ
せた反射型ホログラム3を、フィルム移動コントロ−ラ
46により移動して、感光材料14および反射型ホログ
ラム3を所望の位置に設定する。
【0035】次に、ステップCにおいて、グラフィック
・プロセッサ42により、オリジナルの3次元デ−タか
らホログラムの各点に露光する原画パタ−ンを計算し、
フレ−ムメモリ44に蓄積する。
【0036】次に、ステップDにおいて、液晶パネル1
0に原画パタ−ンを表示する。ステップEにおいて、光
学系48のシャッタを開き、液晶パネル10を露光す
る。レ−ザ装置20より取り出されたレ−ザ光は、液晶
パネル10の原画パタ−ンにより変調され、物体光とし
て感光材料14に集光される。
【0037】また、この物体光のうち、感光材料14を
透過して、感光材料14と重ね合わせた反射型ホログラ
ム3で再生された参照光である平面波は、上記感光材料
14上に集光した物体光である球面波と干渉させること
により、上記原画に対応したドット状の一つの要素ホロ
グラムを形成する。
【0038】次に、ステップFにおいて、フィルム移動
コントロ−ラ46により、感光材料14および反射型ホ
ログラム3が順次移動され、ステップGを介して感光材
料14一面を塗りつぶすように露光される。
【0039】その後、ステップHにおいて、要素ホログ
ラムを形成した感光材料14の現像処理が現像機50に
より行なわれ、ホログラム(ホログラフィック立体ハ−
ドコピ−)が自動的に作成される。
【0040】なお、グラッフィク・プロセッサ42、フ
ィルム移動コントロ−ラ46、および現像機50は、C
PUにより制御される。このようなホログラフィック・
3次元プリンタシステムを用いることにより、立体的な
ハ−ドコピ−を完全に自動的に作成することが可能であ
り、ホログラムを3次元物体のハ−ドコピ−として、広
く使用することができる。
【0041】上述したように、本実施例では、反射型ホ
ログラム3と感光材料14とを重ねて、液晶パネル10
のような空間変調要素を透過した光をレンズ34によっ
て集光し、感光材料4面から露光を行なうことにより、
感光材料4を透過した光は、反射型ホログラム3上の要
素ホログラムにて再生され、ビーム状の光が再生され
る。これにより、感光材料4には、レンズ34によって
集光された物体光と、反射型ホログラム3によって再生
されたビーム状の光を参照光とした体積型のホログラム
が記録されることになる。
【0042】従って、光学系では、前述した従来のよう
に、参照光のためにビーム状の光を分岐する必要がない
ため、光学系を小型化することが可能となり、さらに振
動にも極めて強くすることが可能となる。
【0043】また、本実施例のホログラフィック立体ハ
−ドコピ−の作成方法によると、一つの光学系で立体的
なハ−ドコピ−を自動的に作成することができ、ハ−ド
コピ−の自動システムを実現することが可能となる。
【0044】さらに、球面波を平面波に再生する光学的
手段として、反射型ホログラム3を用いているので、反
射型ホログラム3と感光材料14とを密着できるため、
光を分岐してからの距離が限りなく零に近くなり、より
一層振動の影響を受けないで済むと共に、コストも安く
て済むことになる。
【0045】尚、本発明は上記実施例に限定されるもの
ではなく、次のようにしても同様に実施できるものであ
る。 (a)上記実施例では、球面波を平面波に再生する光学
的手段として、反射型ホログラムを用いる場合について
説明したが、これに限らず、球面波を平面波に再生する
光学的手段として、例えば図9に示すように、球面鏡
(凹面鏡)7を用いたり、または図10に示すように、
球面鏡(凸面鏡)8を用いたり、あるいは図10に示す
ように、レンズ9aとミラー9bを組み合わせたりする
ようにしてもよい。
【0046】(b)上記実施例では、レ−ザ光を原画パ
タ−ンによって変調するために用いる空間光変調要素と
して、液晶パネル10を用いる場合について説明した
が、このシステムに用いるためには、画素数が256×
256以上で、8ビットの階調を表現でき、コヒ−レン
ト光照明においても低ノイズで画像を表示できるような
空間変調要素が好ましい。
【0047】(c)上記実施例では、感光材料14とし
て銀塩感材を使用する場合について説明したが、これに
限らず、リップマンホログラムを高画質で記録するた
め、高分子感光材料を使用することもできる。
【0048】
【発明の効果】以上説明したように、まず、請求項1に
対応する発明によれば、基材表面上にドット状の複数の
要素ホログラムを形成して3次元像を表示するハードコ
ピーを作成する方法において、感光材料の座標位置に対
応する原画を作成するステップと、球面波を入射するこ
とによって平面波を再生する光学的手段と、感光材料と
を組み合わせるステップと、原画を所望の表示位置に表
示するステップと、感光材料の座標位置に光学系を用い
て、表示された原画を透過して集光された球面波を感光
材料に入射し、当該感光材料を透過して光学的手段で再
生された平面波を球面波と干渉させることにより、原画
に対応したドット状の要素ホログラムを形成するステッ
プと、感光材料の座標位置を順次移動して、表示するス
テップおよび要素ホログラムを形成するステップを繰り
返してドット状の複数の要素ホログラムを感光材料に形
成するステップとから成っているので、光学系を小型化
することができ、しかも振動にも極めて強いホログラフ
ィック立体ハ−ドコピ−の作成方法が提供できる。
【0049】また、請求項2乃至請求項4に対応する発
明によれば、基材表面上にドット状の複数の要素ホログ
ラムを形成して3次元像を表示するハードコピーを作成
する装置において、球面波を平面波に再生する光学的手
段と、感光材料を所望の位置に移動させる移動手段と、
3次元画像データから感光材料の各点に対応する原画パ
ターンを求める原画作成手段と、原画パターンを表示す
る表示手段と、表示手段に表示された原画パターンに対
応したドット状の要素ホログラムを感光材料に形成する
光学系と、要素ホログラムが形成された感光材料を現像
する現像手段と、移動手段、原画作成手段、および現像
手段を制御して、ホログラフィック立体ハードコピーを
作成する制御手段とを備えるようにしたので、光学系を
小型化することができ、しかも振動にも極めて強いホロ
グラフィック立体ハ−ドコピ−の作成装置が提供でき
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のホログラフィック立体ハ−ドコピ−の
作成原理の一実施例を説明するための図。
【図2】本発明に適用する反射型ホログラムの作成方法
を説明するための図。
【図3】図2の反射型ホログラムの再生原理を説明する
ための図。
【図4】本発明に使用される原画パタ−ンの作成方法を
説明するための図。
【図5】本発明のホログラムの再生方法を説明するため
の図。
【図6】本発明のリップマンHS合成のための詳細な光
学系を示す図。
【図7】本発明のホログラフィックプリンタシステムの
構成を示す図。
【図8】図7のホログラフィックプリンタシステムのフ
ロ−チャ−ト。
【図9】本発明のホログラフィック立体ハ−ドコピ−の
作成原理の他の実施例を説明するための図。
【図10】本発明のホログラフィック立体ハ−ドコピ−
の作成原理の他の実施例を説明するための図。
【図11】本発明のホログラフィック立体ハ−ドコピ−
の作成原理の他の実施例を説明するための図。
【図12】1ステップ・リップマンHSの光学系を示す
図。
【符号の説明】
1…レンズ、 2…感光材料、 3…反射型ホログラム、 4…感光材料、 5…液晶パネル、 6…レンズ、 10…液晶パネル、 12,24,26,30,34…レンズ、 14…感光材料(ホログラム乾板)、 16…集光部、 20…レ−ザ、 22…ビ−ムスプリッタ、 28…ピンホール、 32…ミラ−、 36…XYステ−ジ、 40…ホストコンピュ−タ、 42…グラフィック・プロセッサ、 44…フレ−ムメモリ、 46…フィルム移動コントロ−ラ、 48…光学系、 50…現像機。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G03H 1/00 - 1/30

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基材表面上にドット状の複数の要素ホロ
    グラムを形成して3次元像を表示するハードコピーを作
    成する方法において、 感光材料の座標位置に対応する原画を作成するステップ
    と、 球面波を入射することによって平面波を再生する光学的
    手段と、前記感光材料とを組み合わせるステップと、 前記原画を所望の表示位置に表示するステップと、 前記感光材料の座標位置に光学系を用いて、前記表示さ
    れた原画を透過して集光された球面波を前記感光材料に
    入射し、当該感光材料を透過して前記光学的手段で再生
    された平面波を前記球面波と干渉させることにより、前
    記原画に対応したドット状の要素ホログラムを形成する
    ステップと、 前記感光材料の座標位置を順次移動して、前記表示する
    ステップおよび要素ホログラムを形成するステップを繰
    り返してドット状の複数の要素ホログラムを前記感光材
    料に形成するステップと、 から成ることを特徴とするホログラフィック立体ハード
    コピーの作成方法。
  2. 【請求項2】 基材表面上にドット状の複数の要素ホロ
    グラムを形成して3次元像を表示するハードコピーを作
    成する装置において、 球面波を平面波に再生する光学的手段と、 感光材料を所望の位置に移動させる移動手段と、 3次元画像データから前記感光材料の各点に対応する原
    画パターンを求める原画作成手段と、 前記原画パターンを表示する表示手段と、 前記表示手段に表示された原画パターンに対応したドッ
    ト状の要素ホログラムを前記感光材料に形成する光学系
    と、 前記要素ホログラムが形成された感光材料を現像する現
    像手段と、 前記移動手段、前記原画作成手段、および前記現像手段
    を制御して、ホログラフィック立体ハードコピーを作成
    する制御手段と、 を備えて成ることを特徴とするホログラフィック立体ハ
    ードコピーの作成装置。
  3. 【請求項3】 前記球面波を平面波に再生する光学的手
    段としては、反射型ホログラムを用いるようにしたこと
    を特徴とする請求項2に記載のホログラフィック立体ハ
    ードコピー装置。
  4. 【請求項4】 前記表示手段としては、液晶パネルを用
    いるようにしたことを特徴とする請求項2に記載のホロ
    グラフィック立体ハ−ドコピ−の作成装置。
JP08693195A 1995-04-12 1995-04-12 ホログラフィック立体ハ−ドコピ−の作成方法および作成装置 Expired - Fee Related JP3324328B2 (ja)

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