JP4747703B2 - ホログラフィックステレオグラム作成装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、画像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及び方法に係り、特に奥行き方向のボケの低減に関する。

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。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、被写体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順次記録される。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若干異なるため、それぞれに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、三次元画像として認識される。

ところで、上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、一つは画像表示手段（例えば液晶パネル）により二次元画像変調された投影像（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材料に集光し、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。このとき、反射型のホログラムの場合には、縦方向（非視差方向）での視点の移動に対応するために（非視差方向の視野角を確保するために）、ホログラム記録材料の手前に拡散板（１次元拡散板）を配置することがある（例えば、特許文献１参照）。

図５は上記した従来のホログラフィックステレオグラム作成装置の物体光投影光学系の構成例を示したブロック図である。物体光光学系は、レンズ２１、スリット２２、レンズ２３、レンズ２４により構成され、空間変調器（ＳＬＭ）２５により変調された物体光をホログラム記録材料５０に集光する。その際、スリット２２によりＳＬＭ２５から発生する高次光をカットすることで、要素ホログラム以外の部分がホログラム記録材料５０に露光されていることを防いでいる。

図６は横視差のみを有する従来のホログラフィックステレオグラムの物体光投影光学系の構成例を示したブロック図である。この物体光投影光学系の構成は図５のそれとほぼ同じであるが、対物レンズ２６がシリンドリカルレンズとなっている。そのため、図中上段の非視差方向では物体光は単にシリンドリカルレンズ２６を透過するだけであるが、下段の視差方向では凸レンズとして作用するシリンドリカルレンズ２６によって物体光がホログラム記録材料５０に集光される。その際、スリット２２によりＳＬＭ２５から発生する高次光をカットすることで、要素ホログラム以外の部分がホログラム記録材料５０に露光されていることを防いでいる。

しかしながら、図５に示したような従来のホログラフィックステレオグラムの物体光投影光学系では、ＳＬＭ２５の１点から出た光が、ホログラム上で平行光にならない場合、奥行き方向にボケを生じる。また、図６に示したような従来のＨＰＯ（Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ Ｐａｒａｌｌａｘ Ｏｎｌｙ）ステレオグラムの物体光投影光学系では、視差方向に関しては要素ホログラム上での光線の平行度は意識して設計されていないため、ＳＬＭ２５の１点から出た光がホログラム上で平行光にならない場合、奥行き方向にボケを生じる。そこで、奥行き方向のボケを低減する方法として、図７に示すように、ホログラム記録材料５０に近接して凸レンズ２８を配置する方法がある（例えば特許文献１参照）。
Ｐａｔｅｎｔ Ｎｏ：ＵＳ ６３３００８８Ｂ１ （第１０頁、第９図）

しかしながら、上記のように奥行き方向のボケを低減するために、ホログラム記録材料に５０近接して凸レンズ２８を配置する方法を採ると、凸レンズ２８がホログラム記録材料５０に近接しているため、両者が接触するなどすることがあって、凸レンズ２８やホログラム記録材料５０に傷が付く恐れがあるという問題があった。

本発明は前記事情に鑑み案出されたものであって、本発明の目的は、光学部品やホログラム記録材料を傷付けることなく、ホログラフィックステレオグラムの奥行き方向でのボケを低減させ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及び方法を提供することにある。

本発明のホログラフィックステレオグラム作成装置は、異なる観察点により描画された複数の画像により順次空間変調された物体光と参照光との干渉縞を１枚のホログラム記録材料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して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、空間変調された物体光をホログラム記録材料に照射する物体光投影光学系のホログラム記録材料と共役な位置に配置されて不要光を除去するスリットと、スリットに取り付けられ、物体光をホログラム記録材料上において平行光化するレンズとを備えている。

このように本発明では、物体光投影光学系のホログラム記録材料と共役な位置（要素ホログラムと共役な位置に同じ）に位置する不要光除去スリットに、物体光をホログラム記録材料上において平行光化するレンズを取り付けると、このレンズはホログラム記録材料のところに取り付けてあるのと等価の作用をするため、空間変調器の１点から出た光はホログラム上で平行光になり、ホログラフィックステレオグラムの奥行き方向がボケないシャープな三次元画像を得ることができる。

本発明によれば、空間変調された物体光をホログラム記録材料に照射する物体光投影光学系のホログラム記録材料と共役な位置に配置される不要光除去スリットに、スリット機能を残して凸レンズ機能を付与することにより、ホログラフィックステレオグラムの奥行き方向でのボケを低減させることができる。
また、レンズが取り付けられたスリットはホログラム記録材料から離れているため、レンズやホログラム記録材料を傷付けることなく、上記効果を得ることができる。
更に、ホログラム記録材料に近接する光学部品数を減らせるので、機構上の制約を少なくすることができる。

光学部品やホログラム記録材料を傷付けることなく、ホログラフィックステレオグラムの奥行き方向でのボケを低減させる目的を、空間変調された物体光を前記ホログラム記録材料に照射する物体光投影光学系の前記ホログラム記録材料と共役な位置に配置される不要光除去スリットに、スリット機能を残して凸レンズ機能を付与することによって、光学部品やホログラム記録材料を傷付けることなく、ホログラフィックステレオグラムの奥行き方向でのボケを低減させることができる。

図１は、本発明の第１の実施形態に係るホログラフィックステレオグラム作成装置の構成を示したブロック図である。ホログラフィックステレオグラム作成装置は、レーザ光源１、シャッター２、半波長板（ＨＷＰ）３、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）４、物体光照明光学系５、空間変調器（ＳＬＭ）６、物体光投影光学系７、ホログラム記録材料５０、参照光照明光学系８、参照光スリット９、参照光投影光学系１０を有して構成される。

次に本実施形態の動作について説明する。レーザ光源１から出射されたレーザ光はＨＷＰ３を通って偏光方向を調整された後、ＰＢＳ４に入射されて、物体光１００と参照光２００とに分岐される。物体光１００は物体光照明光学系５を通して空間変調器６に入射され、表示画像により強度変調された後、物体光投影光学系７を通してホログラム記録材料５０に照射される。一方、参照光２００は参照光照明光学系８、参照光スリット９、参照光投影光学系１０を通してホログラム記録材料５０に照射される。これにより、物体光１００と参照光２００の干渉縞がホログラム記録材料５０に記録される。その際、被写体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を空間変調器６に表示することにより、短冊状の要素ホログラムがホログラム記録材料５０に順次記録される。

図２は図１に示した物体光投影光学系７の構成を示したブロック図である。物体光投影光学系７は、レンズ１１、レンズ１２、レンズ１３、及びホログラム記録材料５０と共役な位置に配置され、凸レンズ１４１を有するスリット１４を有している。

本実施形態によれば、ホログラム記録材料５０と共役な位置に配置されたスリット１４のスリット部分に嵌め込まれるような形で凸レンズ１４１を設けることにより、凸レンズ１４１をホログラム記録材料５０に近接して配置した場合と等価になる。これによって、空間変調器６の１点から出た光がホログラム記録材料５０上で平行光になり、ホログラフィックステレオグラムの奥行き方向にボケを生じることを防止することができる。しかも、凸レンズ１４１はホログラム記録材料５０から離れているため、凸レンズ１４１とホログラム記録材料５０が接触することがないため、凸レンズ１４１やホログラム記録材料５０が傷付くことがなくなり、装置の信頼性を高めることができる。

尚、スリット１４に凸レンズ１４１を取り付ける方法としては、図３に示すようにスリット１４の前面に凸レンズ１４１を密着配置すれば、ホログラム記録材料５０の記録面に凸レンズ１４１を密着して配置したのと等価になり、ホログラフィックステレオグラムの奥行き方向をよりシャープにピントが合った三次元画像とすることができる。

図４は、本発明の第２の実施形態に係るホログラフィックステレオグラム作成装置の要部の構成を示したブロック図である。本例はＨＰＯステレオグラムの物体光投影光学系の例であり、その構成は第１の実施形態と同様であるが、ホログラム記録材料５０の対物レンズがシリンドリカルレンズ１５となっている点と、スリット１４のスリット部分にシリンドリカルレンズ１４２が嵌め込まれている点が異なる。したがって、図中上段の非視差方向では物体光は単にシリンドリカルレンズ１４２、シリンドリカルレンズ１５を透過するだけであるが、下段の視差方向ではこれらシリンドリカルレンズは凸レンズとして作用し、空間変調器６の１点から出た光がホログラム記録材料５０上で平行光となってホログラム記録材料５０に照射される。

本実施形態によれば、視差方向では、ホログラム記録材料５０と共役な位置に配置されたスリット１４のスリット部分に取り付けられたシリンドリカルレンズ１４２により、空間変調器６の１点から出た光がホログラム記録材料５０上で平行光になるため、ホログラム記録材料５０に記録されたホログラフィックステレオグラムの奥行き方向のボケをなくすことができる。

尚、本実施形態も図３と同様にスリットにシリンドリカルレンズを取り付けることにより、ホログラフィックステレオグラムの奥行き方向をシャープにピントの合った三次元画像とすることができる。

尚、本発明は上記実施形態に限定されることなく、その要旨を逸脱しない範囲において、具体的な構成、機能、作用、効果において、他の種々の形態によっても実施することができる。

本発明の第１の実施形態に係るホログラフィックステレオグラム作成装置の構成を示したブロック図である。 図１に示した物体光投影光学系の構成を示したブロック図である。 図１に示したスリットに凸レンズを取り付ける他の方法を示した図である。 本発明の第２の実施形態に係るホログラフィックステレオグラム作成装置の要部の構成を示したブロック図である。 従来のホログラフィックステレオグラム作成装置の物体光投影光学系の構成例を示したブロック図である。 横視差のみを有する従来のホログラフィックステレオグラムの物体光投影光学系の構成例を示したブロック図である。 ホログラフィックステレオグラムの奥行き方向のボケを低減する従来の方法を示した図である。

符号の説明

１……レーザ光源、２……シャッター、３……半波長板（ＨＷＰ）、４……偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）、５……物体光照明光学系、６……空間変調器（ＳＬＭ）、７……物体光投影光学系、８……参照光照明光学系、９……参照光スリット、１０……参照光投影光学系、１１、１２、１３……レンズ、１４……スリット、１５、１４２……シリンドリカルレンズ、５０……ホログラム記録材料、１４１……凸レンズ。

Claims (7)

1. 異なる観察点により描画された複数の画像により順次空間変調された物体光と参照光との干渉縞を１枚のホログラム記録材料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して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、
   前記空間変調された物体光を前記ホログラム記録材料に照射する物体光投影光学系の前記ホログラム記録材料と共役な位置に配置されて、不要光を除去するスリットと、
   前記スリットに取り付けられ、前記物体光を前記ホログラム記録材料上において平行光化するレンズと
   を備えたホログラフィックステレオグラム作成装置。
2. 前記ホログラフィックステレオグラムは、横視差のみを有する
   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. 前記複数の画像は、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る
   請求項１または２記載のホログラフィックステレオグラム作成装置。
4. 前記レンズは前記スリットに嵌め込まれている
   請求項１または２記載のホログラフィックステレオグラム作成装置。
5. 前記レンズは、前記スリットの前面にこのスリットを覆うように密着している
   請求項１または２記載のホログラフィックステレオグラム作成装置。
6. 前記レンズは凸レンズ或いはシリンドリカルレンズである
   請求項１乃至５いずれか１項記載のホログラフィックステレオグラム作成装置。
7. 異なる観察点により描画された複数の画像により順次空間変調された物体光と参照光との干渉縞を１枚のホログラム記録材料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して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方法であって、
   前記空間変調された物体光を前記ホログラム記録材料に照射する物体光投影光学系の前記ホログラム記録材料と共役な位置に不要光除去スリットを配置し、このスリットに、前記物体光を前記ホログラム記録材料上において平行光化するレンズを取り付ける
   ホログラフィックステレオグラム作成方法。

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