JP4288728B2 - ホログラフィックステレオグラム作成装置 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、実写画像やコンピュータ生成画像等を三次元認識することができ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に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ホログラフィックステレオグラムは、被写体を異なる観察点から順次撮影することにより得られた多数の画像を原画として、これらを１枚のホログラム記録媒体に短冊状又はドット状の要素ホログラムとして順次記録することにより作成される。
【０００３】
例えば、水平方向のみに視差情報を持つホログラフィックステレオグラムでは、図１４に示すように、被写体１００を水平方向の異なる観察点から順次撮影することにより得られた複数の原画１０１ａ〜１０１ｅが、短冊状の要素ホログラムとしてホログラム記録媒体１０２に順次記録される。
【０００４】
このホログラフィックステレオグラムは、これをある位置から片方の目で見た場合、各要素ホログラムの一部分の画像情報の集合体である二次元画像が見え、目の位置を水平方向に動かせば、各要素ホログラムの別の部分の画像情報の集合体である二次元画像が見える。したがって、このホログラフィックステレオグラムを観察者が両目で見たときには、左右の目の位置が水平方向で異なるために、これらの目にそれぞれ写る二次元画像は若干異なるものとなる。これにより、観察者は視差を感じ、再生像が三次元画像として認識される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記ホログラフィックステレオグラムを作成する際に、それぞれの要素ホログラムは、干渉性の良いレーザ光源を分岐し、一つは例えば液晶パネルのような画像表示手段により二次元画像変調された投影像、すなわち物体光として、一つは参照光として、感光材料を記録材料とするホログラム記録媒体に集光し、前記感光材料の屈折率変化として干渉縞を記録することにより形成される。
【０００６】
このとき、高画質のホログラムを得るためには、画像表示手段の近傍に拡散板を置くことが有効である事が知られている。ここで、参考文献としては、“遠藤、山口他、１９９２ 第２３回画像光学コンファレンス ｐ３１７〜”及び“Michael Klug et al. 1993 Proc SPIE # 1914 Practical Holography VII”が挙げられる。
【０００７】
しかしながら、画像表示手段の近傍に拡散板を配置しても、得られるホログラムには、無限遠に定位した不均一なノイズが観察される。このノイズ低減のために前記拡散板を移動させてノイズを低減する試みが、特願平８−１７２３８２号明細書中に提案されている。しかし、移動機構が多いと対振動性の上で問題が生じる。また、拡散板を用いると光利用効率が低下してしまうという問題も生じる。
【０００８】
本発明は、このような従来の実情に鑑みて提案されたものであって、無限遠に定位するノイズを解消することができ、高画質なホログラフィックステレオグラムを得ることが可能であって、しかも、光利用効率が高く、安価な低出力レーザを利用することができる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を目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るホログラフィックステレオグラム作成装置は、レーザ光を出射するレーザ光源と、ホログラム記録媒体の座標位置に対応して画像を表示する表示手段と、ホログラム記録媒体に短冊状又はドット状の要素ホログラムを順次記録する光学系とを備える。そして、この光学系は、前記表示手段を透過する前記レーザ光源からのレーザ光を物体光としてホログラム記録媒体の前記座標位置に集光すると共に、前記表示手段を透過する前のレーザ光の一部を参照光としてホログラム記録媒体に同時に照射し、前記ホログラム記録媒体に短冊状又はドット状の要素ホログラムを順次作成する光学系であって、前記表示手段の前段に位置する前記物体光の光路中に、前記表示手段に供給するレーザ光の強度を均一化するロッド型ライトインテグレータを配置する。光学系は、前記ライトインテグレータが、厚みをＷ、長さをＬ、屈折率をｎとし、レーザ光の波長をλとし、前記表示手段に表示される画像の画素ピッチをＰとし、出射面から前記表示手段への投影倍率をＡとしたとき、λ×Ｌ×Ａ／（ｎ×Ｗ）＜Ｐ／２の条件を満足する。
【００１０】
本発明に係るホログラフィックステレオグラム作成装置おいては、レーザ光が、ライトインテグレータを介して表示手段に入射される際に、ライトインテグレータにより光強度が均一化されると共に拡散されることで、若干の広がり角を持つこととなる。したがって、本発明に係るホログラフィックステレオグラム作成装置においては、ホログラム記録媒体の要素ホログラム形成部分を均一に照明することができ、その結果、均一性が高く、回折効率も高いホログラフィックステレオグラムを得ることができる。本発明に係るホログラフィックステレオグラム作成装置おいては、ライトインテグレータに入射されたレーザ光が内部で多重反射して出射面で生じる干渉縞の間隔を表示装置に表示される画像の画素ピッチの１／２以下とする上述した条件のロッド型ライトインテグレータを用いることにより、発生するモアレパターンの影響を低減して高画質なホログラフィックステレオグラムを得ることが可能となる。
【００１１】
なお、前記ロッド型ライトインテグレータには、例えばレンチキュラレンズ或いはフライアイレンズを組み合わせるようにしてもよい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は以下に挙げる例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に構成を変更することが可能である。
【００１３】
まず、ホログラフィックステレオグラムを作成するホログラフィックステレオグラム作成システムの一構成例について説明する。なお、ここでは、短冊状の複数の要素ホログラムを１つの記録媒体上に記録することにより、水平方向の視差情報を持たせたホログラフィックステレオグラムを作成するホログラフィックステレオグラム作成システムを例に挙げる。ただし、本発明は、ドット状の複数の要素ホログラムを１つの記録媒体上に記録することにより、横方向及び縦方向の視差情報を持たせたホログラフィックステレオグラムを作成するホログラフィックステレオグラム作成システムに対しても適用可能であることは言うまでもない。
【００１４】
以下に説明するホログラフィックステレオグラム作成システムは、物体光と参照光との干渉縞が記録されたホログラム記録媒体をそのままホログラフィックステレオグラムとする、いわゆるワンステップホログラフィックステレオグラムを作成するシステムであり、図１に示すように、記録対象の画像データの処理を行うデータ処理部１と、このシステム全体の制御を行う制御用コンピュータ２と、ホログラフィックステレオグラム作成用の光学系を有するホログラフィックステレオグラムプリンタ装置３とから構成されている。
【００１５】
データ処理部１は、多眼式カメラや移動式カメラ等を備えた視差画像列撮影装置１３から供給される視差情報を含む複数の画像データＤ１や、画像データ生成用コンピュータ１４によって生成された視差情報を含む複数の画像データＤ２等に基づいて、視差画像列データＤ３を生成する。
【００１６】
ここで、視差画像列撮影装置１３から供給される視差情報を含む複数の画像データＤ１は、例えば、多眼式カメラによる同時撮影、又は移動式カメラによる連続撮影等によって、実物体を水平方向の異なる複数の観察点から撮影することにより得られた複数画像分の画像データである。
【００１７】
また、画像データ生成用コンピュータ１４によって生成された視差情報を含む複数の画像データＤ２は、例えば、水平方向に順次視差を与えて作成された複数のＣＡＤ（Computer Aided Design）画像やＣＧ（Computer Graphics）画像等の画像データである。
【００１８】
そして、データ処理部１は、視差画像列データＤ３に対して画像処理用コンピュータ１１によってホログラフィックステレオグラム用の所定の画像処理を施す。そして、所定の画像処理が施された画像データＤ４を、メモリ又はハードディスク等の記憶装置１２に記録する。
【００１９】
また、データ処理部１は、ホログラム記録媒体に画像を記録する際に、記憶装置１２に記録された画像データＤ４から、１画像分毎の画像データＤ５を順番に読み出し、この画像データＤ５を制御用コンピュータ２に送出する。
【００２０】
一方、制御用コンピュータ２は、ホログラフィックステレオグラムプリンタ装置３を駆動し、データ処理部１から供給された画像データＤ５に基づく画像を、ホログラフィックステレオグラムプリンタ装置３内にセットされたホログラム記録媒体３０に、短冊状の要素ホログラムとして順次記録する。
【００２１】
このとき、制御用コンピュータ２は、ホログラフィックステレオグラムプリンタ装置３に設けられたシャッタ３２、表示装置４１及び記録媒体送り機構等の制御を行う。すなわち、制御用コンピュータ２は、シャッタ３２に制御信号Ｓ１を送出してシャッタ３２の開閉を制御し、また、表示装置４１に画像データＤ５を供給して表示装置４１に当該画像データＤ５に基づく画像を表示させ、また、記録媒体送り機構に制御信号Ｓ２を送出して記録媒体送り機構によるホログラム記録媒体３０の送り動作を制御する。
【００２２】
前記ホログラフィックステレオグラムプリンタ装置３について、図２を参照して詳細に説明する。なお、図２は、ホログラフィックステレオグラムプリンタ装置３全体の光学系を上方から見た図である。
【００２３】
ホログラフィックステレオグラムプリンタ装置３は、図２に示すように、所定の波長のレーザ光Ｌ１を出射するレーザ光源３１と、レーザ光源３１から出射されたレーザ光Ｌ１の光軸上に配されたシャッタ３２及びハーフミラー３３とを備えている。ここで、レーザ光源３１には、例えば、波長が５３２ｎｍ、出力４００ｍＷのＹＡＧレーザを用いる。
【００２４】
前記シャッタ３２は、制御用コンピュータ２によって制御され、ホログラム記録媒体３０を露光しないときには閉じられ、ホログラム記録媒体３０を露光するときに開放される。また、ハーフミラー３３は、シャッタ３２を通過してきたレーザ光Ｌ２を、参照光と物体光とに分岐するためのものであり、ハーフミラー３３によって反射されたレーザ光Ｌ３が参照光となり、ハーフミラー３３を透過したレーザ光Ｌ４が物体光となる。
【００２５】
なお、前記光学系において、ハーフミラー３３によって反射されホログラム記録媒体３０に入射する参照光Ｌ３の光路長と、ハーフミラー３３を透過しホログラム記録媒体３０に入射する物体光Ｌ４の光路長との差は、レーザ光源３１のコヒーレント長以下とする。これにより、参照光Ｌ３と物体光Ｌ４との干渉性が高まり、鮮明な再生像が得られるホログラフィックステレオグラムを作成することが可能となる。
【００２６】
ハーフミラー３３によって反射された参照光Ｌ３の光軸上には、参照光用の光学系として、シリンドリカルレンズ３４と、参照光Ｌ３を平行光とするためのコリメータレンズ３５と、コリメータレンズ３５からの平行光を反射する全反射ミラー３６とがこの順に配置されている。
【００２７】
一方、ハーフミラー３３を透過した物体光Ｌ４の光軸上には、物体光用の光学系が配設されている。この物体光用光学系は大きく分けて画像照明用光学系５０と画像投影用光学系５１とから構成されている。
【００２８】
画像投影用光学系５１については、図３に示す。ここで、図３（Ａ）は光学系を上から、すなわち視差方向（要素ホログラムの短軸方向）から見た図であり、図３（Ｂ）は光学系を横から、すなわち非視差方向（要素ホログラムの長軸方向）から見た図である。
【００２９】
図３（Ａ）に示すように、非視差方向には投影レンズ４２，４４によって表示装置４１の画像がホログラム記録媒体３０の面上に結像される。また、図３（Ｂ）に示すように、視差方向にはシリンドリカルレンズ４５によって光束全体がホログラム記録媒体３０上に集光される。ここで、光路中に配置されているスリット体４３は、要素ホログラムから物体光Ｌ４がはみ出して隣の要素ホログラム形成部を露光してしまわないための役割をしており、スリット体４３の主面とホログラム記録媒体３０のホログラム面は、投影レンズ４４とシリンドリカルレンズ４５によって結像関係になっている。なお、シリンドリカルレンズ４５とホログラム記録媒体３０との間には、一次元拡散板４６が配されるが、この一次元拡散板４６の役割等については後で説明する。
【００３０】
画像照明用光学系５０は本発明において特徴的なものである。この画像照明用光学系５０の第１の実施の形態を図４に示す。レーザ光源３１から出射されてハーフミラー３３を透過した入射ビーム６１（物体光Ｌ４）は、集光レンズ６２で集光され、ロッド型ライトインテグレータを構成するガラスロッド６３に入射する。その後、この入射ビーム６１は、ガラスロッド６３の内部で多重反射し、ガラスロッド６３の出射面６４に到達するときには、様々の方向からの光が足し合わされて、光強度が均一化される。次に、ガラスロッド６３の出射面６４をレンズ６５とレンズ６６で表示装置４１上に拡大投影する。このときの投影倍率Ａは、レンズ６５とレンズ６６の焦点距離の比で与えられる。
【００３１】
また、画像照明用光学系５０には、ガラスロッド６３内の多重反射による偏光面の回転を補正するために、偏光板６７が光路中に配置されている。
【００３２】
このガラスロッド６３のようなロッド型ライトインテグレータは、入射ビーム６１を広げて光強度を均一化することができるが、さらに以下に述べるように入射ビーム６１の平行度をコントロールすることもできるので、ホログラフィックステレオグラムの高品質化にとって重要な役割を果たす。
【００３３】
ここで、表示装置４１の照明光に要求される平行度は、図３から分かるように、スリット体４３及びレンズ４２の焦点距離で決まっている。すなわち、レンズ４２の焦点距離をｆ1、スリット体４３のスリット幅をｗ、光平行度をθ2とすると
２×ｆ1×ｔａｎ（θ2／２）＝ｗ
となる。
【００３４】
また、図４から分かるように、
θ1＝Ａ×θ2 但し、Ａ：投影倍率
である。
【００３５】
レーザ光のようなコヒーレント光を用いる光学系においては、上述したようにライトインテグレータを用いることにより入射ビーム６１の光強度を均一化すると共に平行度をコントロールすることが可能である。ところで、かかる光学系においては、以下に述べる問題点もあり、その問題の解決方法について説明する。
【００３６】
画像照明用光学系５０においては、図４に示したように、ロッド型ライトインテグレータを構成するガラスロッド６３にレーザ光を入射して内部で多重反射を起こすことにより、光出射口となる出射面６４に到達するレーザ光が、図５に示すように、あたかも多くの点光源からの入射光が来た場合に生じる波面と等価になる。画像照明用光学系５０においては、これにより図６に示すような多重スリットにおける干渉縞と同じような干渉縞を生じ、この結果、光出射口となる出射面６４に、
Ｉ≒｛ｓｉｎ（πＮＷＹ／Ｌλ）／ｓｉｎ（πＷＹ／Ｌλ）｝2
で表される強度分布を持つ干渉縞が生じる。なお、図７に示すように、Ｌはガラスロッド６３の長さ、Ｗはガラスロッド６３の厚みである。また、Ｎはガラスロッド６３の内部における光の反射回数、λはガラスロッド６３に入射するレーザ光の波長、Ｙはガラスロッド６３の出射面６４における位置を示している。また、ここでは、ガラスロッド６３の内部で反射したレーザ光、すなわち仮想点光源Ｓからのレーザ光の光軸と、ガラスロッド６３に入射するレーザ光の光軸とのなす角度θは、十分小さいものと仮定している。
【００３７】
そして、ガラスロッド６３の屈折率を考慮すると、ガラスロッド６３の出射面６４に生じる干渉縞の間隔ｄは、
ｄ＝λ×Ｌ／（ｎ×Ｗ）
となる。ただし、ｎはガラスロッド６３の屈折率であり、通常、１．５程度である。
【００３８】
ガラスロッド６３の出射面６４に生じたこの干渉縞は、図４に示すように、レンズ６５，６６によって表示装置４１に投影される。したがって、例えば表示装置４１として液晶パネルを用いた場合に、ロッド型ライトインテグレータを構成するガラスロッド６３によって生じた上記干渉縞と、液晶パネルに表示される画像を構成する画素との間で、モアレパターンが生じる可能性がある。このモアレパターンは、液晶画素間隔と干渉縞間隔ｄが近いと、より顕著に現れやすい。
【００３９】
このようなモアレパターンの発生を回避する方法には、干渉縞間隔ｄを十分狭くする方法と、視差方向には光強度の均一化を行わない方法とがある。以下、それぞれの方法について説明する。
【００４０】
まず、モアレパターン対策の第１の方法として、干渉縞間隔ｄを十分狭くする方法について説明する。
【００４１】
本発明者が実験を行ったところ、干渉縞間隔ｄが、表示装置４１に表示される画像の画素ピッチに対して１／２程度以下であれば、実用上十分な程度にモアレパターンが目立たなくなり、更には１／３程度以下であれば、モアレパターンが殆ど目立たなくなることが確認された。
【００４２】
したがって、ガラスロッド６３の出射面６４に生じる干渉縞の間隔をｄ、表示装置４１に表示される画像の画素ピッチをＰとし、ガラスロッド６３の出射面６４の表示装置４１への投影倍率をＡとすれば、
ｄ×Ａ＜Ｐ／２
を満足するようにすればよく、より好ましくは、
ｄ×Ａ＜Ｐ／３
を満足するようにすればよい。
【００４３】
ここで、干渉縞の間隔ｄは、上述したように、
ｄ＝λ×Ｌ／（ｎ×Ｗ）
で表される。したがって、干渉縞間隔ｄを十分狭くして、モアレパターンを目立たなくするには、
λ×Ｌ×Ａ／（ｎ×Ｗ）＜Ｐ／２
の条件を満足するようにすればよく、より好ましくは、
λ×Ｌ×Ａ／（ｎ×Ｗ）＜Ｐ／３
を満足するようにすればよい。
【００４４】
例えば、表示装置４１として画素ピッチＰが約３０μｍの液晶パネルを用いる場合、Ｗ＝８．４ｍｍ、Ａ＝２、λ＝５３２ｎｍ、ｎ＝１．５であるとすると、ガラスロッド６３の長さＬをおよそ１７ｃｍ以下、より好ましくはおよそ１２ｃｍ以下とすればよい。
【００４５】
すなわち、上記条件において、ガラスロッド６３の長さＬを約１７ｃｍ以下とすれば、表示装置４１に投影される干渉縞の間隔ｄ×Ａが、表示装置４１に表示される画像の画素ピッチの１／２程度以下となり、実用上十分な程度にモアレパターンが目立たなくなる。
【００４６】
更に、上記条件において、ガラスロッド６３の長さＬを約１２ｃｍ以下とすれば、表示装置４１に投影される干渉縞の間隔ｄ×Ａが、表示装置４１に表示される画像の画素ピッチの１／３程度以下となり、モアレパターンが殆ど目立たなくなる。
【００４７】
以上のように、画像照明用光学系５０においては、ガラスロッド６３によって生じる干渉縞間隔ｄを十分狭くすることで、モアレパターンを目立たなくすることができ、モアレパターンの悪影響を受けることなく、高画質のホログラフィックステレオグラムを作成することが可能となる。
【００４８】
しかしながら、上述した干渉縞間隔ｄを十分狭くする方法は、光学系によっては使えない場合がある。ここで、画像照明用光学系５０と画像投影用光学系５１とをまとめて図８に示す。なお、図８並びに後掲する図９乃至図１２では、偏光板６７や一次元拡散板４６については図示を省略している。
【００４９】
光学系は、図８から分かるように、ガラスロッド６３の前段に配置される集光レンズ６２の焦点と、スリット体４３の主面と、ホログラム面とは、全て共役な面である。したがって、光学系においては、ガラスロッド６３の内部で多重反射して生じた仮想点光源も、スリット面及びホログラム面上に結像する。このため、光学系においては、光学系のパラメータによっては、仮想像点間隔を十分拡げることができず、上述したように干渉縞間隔を十分狭くしてモアレパターンを目立たなくする方法が使えない場合がある。
【００５０】
モアレパターン対策の第２の方法は、ホログラフィックステレオグラムの視差方向には光強度の均一化を行わないことで、モアレパターンの発生を回避する方法である。この第２の方法は、光学系のパラメータによることなく適用可能である。したがって、干渉縞間隔を十分狭くしてモアレパターンを目立たなくする方法が適用できないような光学系の場合には、この第２の方法を適用するようにすれば良い。
【００５１】
ホログラフィックステレオグラムの視差方向には光強度の均一化を行わず、非視差方向のみ光強度の均一化を行うことで、モアレパターンの発生を回避する場合の画像照明用光学系５０の一例を図９に示す。
【００５２】
上述した第１の方法では、ガラスロッド６３に光を導入する際に、ガラスロッド６３の前段に配置される集光レンズ６２として、通常の回転対称なレンズを用いていた。これに対して、第２の方法では、図９に示すように、ガラスロッド６３の前段に配置される集光レンズ６２として、入射光を非視差方向についてだけ集光するシリンドリカルレンズを用いる。
【００５３】
画像照明用光学系５０は、このように、ガラスロッド６３の前段に配置される集光レンズ６２として入射光を非視差方向についてだけ集光するシリンドリカルレンズを用いることにより、非視差方向に関してはガラスロッド６３の内部で多重反射が起こり光強度の均一化が行われるが、視差方向に関しては多重反射が起きず光強度の均一化が行われない。画像照明用光学系５０においては、このような構成とすることにより視差方向に関しては多重反射が起きないので、ガラスロッド６３の内部での多重反射に起因して干渉縞が生じるようなことはない。したがって、画像照明用光学系５０においては、モアレパターンの発生を回避することが可能となる。
【００５４】
なお、本方法を適用してモアレパターンの発生を回避した場合、視差方向に関しては光強度の均一化を行わないので、作成したホログラフィックステレオグラムを視差方向に角度を付けて観察すると若干明るさが変化する場合があり得る。しかしながら、通常、この方向に関しては、明るさのムラはさほど気にならないので、均一化を行わないことによる問題は少ない。
【００５５】
つぎに、画像照明用光学系５０の第２の実施の形態について、図１０乃至図１２を参照して説明する。
【００５６】
第２の実施の形態として挙げる画像照明用光学系５０では、図１０に示すように、ガラスロッド６３の前段に配置されるレンズとして、図４に示した第１の実施の形態における集光レンズ６２に代えて、レンチキュラレンズ７０を用いる。すなわち、画像照明用光学系５０においては、ガラスロッド６３とレンチキュラレンズ７０とを組み合わせて、ライトインテグレータを構成する。このとき、レンチキュラレンズ７０は、非視差方向に屈折力を有するように配置する。画像照明用光学系５０においては、これにより、非視差方向の光強度の均一化が達成される。
【００５７】
このように、ガラスロッド６３の前段に配置されるレンズとしてレンチキュラレンズ７０を用いた場合には、上記第１の実施の形態で説明したような仮想点光源による干渉縞が目立ち難いという利点がある。
【００５８】
また、ガラスロッド６３の前段に配置されるレンズとしてレンチキュラレンズを用いる場合には、図１１に示すように、一対のレンチキュラレンズ７０ａ，７０ｂを、光軸上において集光方向が互いに直交するように配置するようにしてもよい。すなわち、画像照明用光学系５０は、図１１（Ａ）に示すように非視差方向に屈折力を有するレンチキュラレンズ７０ｂと、図１１（Ｂ）に示すように視差方向に屈折力を有するレンチキュラレンズ７０ａとを組み合わせて、ガラスロッド６３の前段に配置するようにしてもよい。
【００５９】
画像照明用光学系５０においては、このように一対のレンチキュラレンズ７０ａ，７０ｂを用いることで、非視差方向の光強度の均一化と、視差方向の光強度の均一化との両方を行うことが可能となる。しかも、画像照明用光学系５０においては、ガラスロッド６３の前段に配置されるレンズとしてレンチキュラレンズを用いることにより、上記第１の実施の形態で説明したような仮想点光源による干渉縞が目立ち難いという利点があるので、一対のレンチキュラレンズ７０ａ，７０ｂを用いて、非視差方向の光強度の均一化と、視差方向の光強度の均一化との両方を行うようにしても、干渉縞は殆ど発生せず、モアレパターンの発生を回避できる。
【００６０】
なお、図１１に示したように、一対のレンチキュラレンズ７０ａ，７０ｂを用いる場合、各レンチキュラレンズの屈折力は、光学系によって決まる最適な値となるように、それぞれ独立に設定することが好ましい。すなわち、画像照明用光学系５０においては、レンチキュラレンズ７０ａの屈折力（視差方向の屈折力、すなわち要素ホログラムの短軸方向の屈折力）と、レンチキュラレンズ７０ｂの屈折力（非視差方向の屈折力、すなわち要素ホログラムの長軸方向の屈折力）とを異なるものとして、それぞれの屈折力を光学系によって決まる最適な値とすることが好ましい。
【００６１】
以上のような画像照明用光学系５０の第２の実施の形態を適用したホログラフィックステレオグラムプリンタ装置の物体光部分の光学系の具体的な例を図１２に示す。なお、図１２（Ａ）は、物体光用の光学系を上から、すなわち視差方向（要素ホログラムの短軸方向）から見た図であり、図１２（Ｂ）は、物体光用の光学系を横から、すなわち非視差方向（要素ホログラムの長軸方向）から見た図である。また、図１２では、光学系のパラメータの具体的な数値例も図示している。
【００６２】
このような光学系では、図１２（Ａ）に示すように、レーザ光がレンチキュラレンズ７０ｂを通過することによって、光束は非視差方向に広がり角を持つこととなる。
【００６３】
レーザ光がレンチキュラレンズ７０ｂを通過することよって生じる、非視差方向の広がり角は、視差方向の広がり角に比べて自由度が大きく、かなり大きな広がり角を持たせてもよい。実際に本発明者が実験を行ったところ、非視差方向に関しては、レンチキュラレンズ７０ｂによる広がり角を２０°以上とした方が、全体として均一性が向上するという結果が得られた。
【００６４】
そこで、例えば、このレンチキュラレンズ７０ｂとして、レンズピッチが２００μｍで、広がり角が４０°のものを用いる。これにより、非視差方向について光強度の均一化が達成され、画質に優れたホログラフィックステレオグラムを作成することができる。
【００６５】
また、図１２（Ｂ）に示すように、レーザ光がレンチキュラレンズ７０ａを通過することによって、光束は視差方向にも広がり角を持つこととなる。
【００６６】
レーザ光がレンチキュラレンズ７０ａを通過することよって生じる、視差方向の広がり角は、ホログラム記録媒体３０に形成する要素ホログラムの幅と、この光学系のパラメータとにより決めることができる。
【００６７】
例えば、ホログラム記録媒体３０に形成する要素ホログラムの幅を０．２ｍｍとする。このとき、投影レンズ４４の焦点距離ｆが８０ｍｍ、シリンドリカルレンズ４５の焦点距離ｆが８．４ｍｍであるとすると、スリット体４３のスリット幅は、０．２×８０／８．４≒１．９０５ｍｍとする必要がある。
【００６８】
そして、投影レンズ４２の焦点距離ｆが８０ｍｍであるとすると、スリット体４３のスリット部分に光を均一に拡散させるためには、表示装置４１に入射する照明光が、tan-1(1.905/80)≒1.364°の広がり角を持つ必要がある。ここで、ガラスロッド６３の出射面６４の表示装置４１への投影倍率Ａ＝１０である。したがって、レンチキュラレンズ７０ａによる視差方向の広がり角は、理論的には約１３．６４°とすることが好ましいこととなる。
【００６９】
このように算出される理論値よりも、レンチキュラレンズ７０ａによる視差方向の広がり角が大きすぎると、スリット体４３でけられる照明光が増え、光利用効率が悪くなる。逆に、理論値よりも広がり角が小さすぎると、要素ホログラムの形成部分に均一に照明光が当たらないようになってしまうので、ホログラフィックステレオグラムの画質が低下してしまう。したがって、レンチキュラレンズ７０ａには、視差方向の広がり角が出来るだけ上記理論値に近いものを用いた方が好ましい。
【００７０】
しかしながら、実際には収差の影響等もあるので、厳密に理論値通りである必要はない。実際に本発明者が、上記条件において、レンチキュラレンズ７０ａとして、レンズピッチが２００μｍ、焦点距離が約１ｍｍのものを使用して、ホログラフィックステレオグラムを作成したところ、十分な光利用効率と、十分な画質とを両立できることが確認できた。
【００７１】
なお、上記の例では、ガラスロッド６３の前段に一対のレンチキュラレンズ７０ａ，７０ｂを配置したが、これらのレンチキュラレンズ７０ａ，７０ｂに代えて、フライアイレンズをガラスロッド６３の前段に配置するようにしてもよい。すなわち、フライアイレンズとガラスロッド６３とを組み合わせてライトインテグレータを構成するようにしてもよい。
【００７２】
フライアイレンズとガラスロッド６３とを組み合わせてライトインテグレータを構成した場合も、一対のレンチキュラレンズ７０ａ，７０ｂを用いた場合と同様、非視差方向の光強度の均一化と、視差方向の光強度の均一化との両方を行うことが可能となる。
【００７３】
ただし、フライアイレンズとガラスロッド６３とを組み合わせてライトインテグレータを構成する場合にも、フライアイレンズは、要素ホログラムの長軸方向における屈折力と、要素ホログラムの短軸方向における屈折力とを異なるものとして、それぞれの方向における屈折力を、光学系によって決まる最適な値とすることが好ましい。
【００７４】
なお、レンチキュラレンズとガラスロッドを組み合わせてライトインテグレータを構成する場合や、フライアイレンズとガラスロッドを組み合わせてライトインテグレータを構成する場合にも、ガラスロッドの後段には偏光板を配置した方が好ましい。レンチキュラレンズやフライアイレンズを用いる場合にも、ガラスロッドの後段に偏光板を配置することにより、ガラスロッドの内部での多重反射による偏光面の回転を補正して、光束の偏光面を揃えることができる。
【００７５】
以上のような画像照明用光学系５０及び画像投影用光学系５１は、本発明において特徴的な光学系であり、このような画像照明用光学系５０及び画像投影用光学系５１を通過することにより光強度の面内分布が均一化された照明光（物体光Ｌ４）は、その後、ホログラム記録媒体３０に到達し、ホログラム記録媒体３０を露光する。このホログラム記録媒体３０の露光について、再び図３を用いて説明する。
【００７６】
反射型のホログラフィックステレオグラムを作成する場合には、ホログラム記録媒体３０の直前に一次元拡散板を配するのが一般的であり、本例でもホログラム記録媒体３０の直前に一次元拡散板４６が配置されている。この一次元拡散板４６は、集光された物体光Ｌ４を短冊状の要素ホログラムの長手方向に一次元的に拡散するもので、垂直方向（縦方向）の視野角を確保するためのものである。
【００７７】
この一次元拡散板４６は、固定状態とすることも可能であるが、ホログラム面上に定位するノイズを解消するために、各要素ホログラムの露光毎に移動させるようにしてもよい。一次元拡散板４６を移動させる場合には、ホログラフィックステレオグラムの視差方向に生じるスジを解消するために、短冊状の要素ホログラムの長軸方向に移動させるのが好ましい。
【００７８】
表示装置４１は、例えば液晶パネルからなる透過型の画像表示装置であり、制御用コンピュータ２によって制御され、制御用コンピュータ２から送られた画像データＤ５に基づく画像を表示する。なお、実際に本発明者がホログラフィックステレオグラムを作成する際には、この表示装置４１として、画素数４８０×１０６８、大きさ１６．８ｍｍ×２９．９ｍｍの白黒液晶パネルを用いた。
【００７９】
そして、この表示装置４１に表示された画像が、画像投影用光学系５１により、ホログラム記録媒体３０上に投影される。そして、この投影光（すなわち物体光Ｌ４）と参照光Ｌ３とが同時にホログラム記録媒体３０に照射されることで、これら物体光Ｌ４と参照光Ｌ３の干渉縞が短冊状の要素ホログラムとして、ホログラム記録媒体に記録される。
【００８０】
そして、このような短冊状の要素ホログラムの記録を、視差画像列を構成する各画像について順次行う。このとき、視差画像列を構成する各画像に対応した各要素ホログラムが視差方向に並ぶように、１要素ホログラムの露光完了毎に、ホログラム記録媒体３０を記録媒体送り機構により１要素ホログラム分ずつ移動させていく。これにより、ホログラム記録媒体３０に要素ホログラムを順次形成されてなるホログラフィックステレオグラムが作成される。
【００８１】
以上、本発明を適用した具体的な実施の形態について説明してきたが、本発明は以上の例に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。
【００８２】
例えば、以上の説明では、水平方向の視差のみを持つホログラフィックステレオグラム、すなわち短冊状の要素ホログラムを持つホログラフィックステレオグラムについて説明してきたが、矩形又は円形のドット状の要素ホログラムを持ち、縦横両方の視差を持つホログラフィックステレオグラムについても、本発明を適用することができる。
【００８３】
また、以上の説明では、反射型ホログラフィックステレオグラムを例に説明してきたが、透過型ホログラフィックステレオグラムやエッジリット型ホログラフィックステレオグラムに対しても、同様に本発明を適用することができる。
【００８４】
また、以上の説明ではガラスロッド６３に物体光Ｌ４を集光するためのレンズ（レンズ６２、レンチキュラレンズ７０、レンチキュラレンズ７０ａ，７０ｂ）は、固定しておくものとして説明を行ってきたが、一次元拡散板４６と同様に、要素ホログラム露光ごとに移動させるようにしてもよい。ガラスロッド６３にビームを集光するためのレンズを要素ホログラム露光ごとに移動させることで、ホログラフィックステレオグラムを作成したときに無限遠に定位するノイズを低減させることができる。
【００８５】
また、以上の説明では、ライトインテグレータとして、ガラスロッドを用いた例を挙げたが、他のライトインテグレータを用いても、同様の効果が得られることは明らかである。
【００８６】
他のライトインテグレータとしては、例えば、フライアイレンズを用いたライトインテグレータが挙げられる。フライアイレンズを用いたライトインテグレータは、半導体露光装置であるステッパーなどの光強度均一化などによく用いられているものであり、例えば図１３のような構成を持つ。すなわち、入射ビーム８０を、先ず、フライアイレンズ８１に入射させ、その後、そのフライアイレンズ８１の像を別のフライアイレンズ８２で結像する。その際、フライアイレンズ８１とフライアイレンズ８２との定数を変えておくことで、図１３に示すようにフライアイレンズ８１の複数のレンズの像を被照明物体８３の上に重ねて投影させることができる。このようにビームを重ね合わせることで、入射ビーム８０の不均一性を解消でき、光強度の均一化が行える。このフライアイ型ライトインテグレータも、ロッド型ライトインテグレータと同様に本発明に適用することができる。
【００８７】
また、以上の説明では、レーザを１つのみ使い、単色のホログラフィックステレオグラムを作成する場合について説明を行ったが、３原色のレーザを用いてカラーのホログラフィックステレオグラムを作成する場合にも、同様に本発明を適用できる。本発明を適用した場合、光利用効率を高めることができるので、小型のレーザを３本使って現実的なカラーホログラムプリンタを作成することができる。
【００８８】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明に係るホログラフィックステレオグラム作成装置では、表示手段の前段に位置してロッド型ライトインテグレータを配置して表示手段に入射する物体光の強度を均一化することにより、ディフューザ等を用いることなく物体光の平行度を最適にコントロールすることが可能であり、その結果、スリット等で無駄となる物体光を最小限にとどめることが可能である。また、本発明に係るホログラフィックステレオグラムの作成装置では、従来用いられてきた、対物レンズとピンホールによるビーム拡大も不要なので、この点においても光利用効率が向上する。
【００８９】
また、本発明に係るホログラフィックステレオグラムの作成装置では、ロッド型ライトインテグレータとして、入射されたレーザ光が内部で多重反射して出射面で生じる干渉縞の間隔を表示装置に表示される画像の画素ピッチの１／２以下とする条件のロッド型ライトインテグレータを用いることにより、干渉縞に起因して発生するモアレパターンの影響を低減して高画質なホログラフィックステレオグラムを得ることが可能となる。
【００９０】
さらに、本発明に係るホログラフィック作成装置は、画像表示手段を均一に照明することが可能であり、また、拡散板を用いないので画像中のノイズが大幅に低減される。
【００９１】
したがって、本発明に係るホログラフィックの作成装置では、安価な低出力レーザを用いても、高品質のホログラッフィックステレオグラムを得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ホログラフィックステレオグラム作成システムの一構成例を示す図である。
【図２】 ホログラフィックステレオグラムプリンタ装置の光学系の一例を示す図である。
【図３】 画像投影用光学系の一例を示す図である。
【図４】 画像照明用光学系の一例を示す図である。
【図５】 ガラスロッド内での多重反射の様子を示す図である。
【図６】 多重スリットによる干渉縞発生の原理を示す図である。
【図７】 ガラスロッド、並びにガラスロッド内での多重反射によって生じる仮想点光源を示す図である。
【図８】 画像照明用光学系及び画像投影用光学系の一例を示す図である。
【図９】 非視差方向のみ光強度の均一化を行うことでモアレパターンの発生を回避する場合の画像照明用光学系の一例を示す図である。
【図１０】 ガラスロッドの前段に配置されるレンズとしてレンチキュラレンズを用いた画像照明用光学系の一例を示す図である。
【図１１】 ガラスロッドの前段に配置されるレンズとして一対のレンチキュラレンズを用いた画像照明用光学系の一例を示す図である。
【図１２】 ガラスロッドの前段に配置されるレンズとして一対のレンチキュラレンズを用いた物体光用光学系の具体例を示す図である。
【図１３】 フライアイ型ライトインテグレータの構成を示す図である。
【図１４】 ホログラフィックステレオグラムの作成方法を示す模式図である。
【符号の説明】
１ データ処理部、 ２ 制御用コンピュータ、 ３ ホログラフィックステレオグラムプリンタ装置、 ３０ ホログラム記録媒体、 ３１ レーザ光源、 ４１ 表示装置、 ４３ スリット体、６３ ガラスロッド（ロッド型ライトインテグレータ）

Claims (4)

  1. レーザ光を出射するレーザ光源と、
    ホログラム記録媒体の座標位置に対応して画像を表示する表示手段と、
    前記表示手段を透過する前記レーザ光源からのレーザ光を物体光としてホログラム記録媒体の前記座標位置に集光すると共に、前記表示手段を透過する前のレーザ光の一部を参照光としてホログラム記録媒体に同時に照射し、前記ホログラム記録媒体に短冊状又はドット状の要素ホログラムを順次記録する光学系とを備え、
    前記表示手段の前段に位置する前記物体光の光路中に、前記表示手段に供給するレーザ光の強度を均一化するロッド型ライトインテグレータを配置し、
    前記ライトインテグレータが、厚みをＷ、長さをＬ、屈折率をｎとし、レーザ光の波長をλとし、前記表示手段に表示される画像の画素ピッチをＰとし、出射面から前記表示手段への投影倍率をＡとしたとき、
    これらの関係が下記式（１）を満足していること
    λ×Ｌ×Ａ／（ｎ×Ｗ）＜Ｐ／２ ・・・（１）
    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。
  2. 前記ライトインテグレータには、光路中の前段側に配置されてレンチキュラレンズが組み合わされること
    を特徴とする請求項１記載のホログラフィックステレオグラム作成装置。
  3. 前記ライトインテグレータには、光路中の前段側に配置されてフライアイレンズが組み合わされること
    を特徴とする請求項１記載のホログラフィックステレオグラム作成装置。
  4. 前記光学系は、前記ホログラム記録媒体に短冊状の要素ホログラムを作成する光学系であり、
    前記ライトインテグレータは、入射された光を集光又は発散させる光学素子を備えており、当該光学素子は、前記要素ホログラムの長軸方向における屈折力と、前記要素ホログラムの短軸方向における屈折力とが異なること
    を特徴とする請求項１記載のホログラフィックステレオグラム作成装置。
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