JP5653077B2

JP5653077B2 - ホログラフィックステレオグラム作成装置

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Publication number: JP5653077B2
Application number: JP2010129266A
Authority: JP
Inventors: 佐藤　充; 充佐藤
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Publication date: 2015-01-14
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Description

本発明はホログラフィックステレオグラム画像又はホログラム画像を記録媒体に記録するホログラム記録装置に関し、特に、ホログラフィックステレオグラム作成装置に関する。

ホログラムは、一般的に、レーザ光（コヒーレント光）を２つに分け、一方を物体の被写体に照射してその拡散反射光（物体光）を感光シートに当てると同時に、他方の光を所定角度で参照光として感光シート全体に直接照射して、この２つの光の干渉による光学干渉縞を感光シートへ記録したものとして知られている。このホログラムに所定角度で記録時の参照光を照明することで、記録時と同一の強度と方向の物体光が再生され、被写体の３次元像が得られる。

ホログラフィックステレオグラムは、ホログラムにステレオグラム（人間の左右目の視点位置に対応して物体を撮影した１組の平面画像（視差画像）を目視して、立体視を可能とするもの）を適用したものである。ホログラフィックステレオグラムは、多数の視点（観察位置）から撮影した複数の２次元画像をドット状（又は短冊状）の微小なホログラム（要素ホログラム）として敷き詰めるように感光シートへ記録したものである。よって、ホログラフィックステレオグラムでは、多数の視差画像の組が再生されるので、運動視差をも利用可能で、観察者の視点変化や多数の観察者に応じた３次元像が再現できる。

ホログラフィックステレオグラムでは、物体を様々な角度から見た視差画像を再生時に感光シート上に合成するので、裸眼で３次元像が観察可能である。実際の露光記録は要素ホログラムを記録媒体上に順次並べて記録するので、小型の光学系でも大きなホログラフィックステレオ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又はホログラムの作成に使用される感光シートは、これを挟むベースフィルム及びカバーフィルムで保護された記録媒体として一般に知られている。感光シートを挟むベースフィルム及びカバーフィルム、例えば、ＰＥＴフィルムは、複屈折を有する。かかる複屈折が、ホログラフィックステレオグラム又はホログラムを作成する際に、記録媒体に照射するレーザ光の干渉に悪影響を与えている。

そこで、複屈折を有する記録媒体を透過することに起因する物体光と参照光との干渉性の低下を回避して、明るいホログラム画像が再生されるように、逆補正系をホログラム記録装置に適用することが提案されている（特許文献１、参照）。

特開２００３−０１５５０９号公報

かかる従来のホログラム記録装置の逆補正系では、参照光の偏光面を半波長板によって回転させ、この参照光を記録媒体に入射し、記録媒体の一部領域を透過した参照光のうち、偏光板を透過した参照光の強度をフォトディテクタによって検出して、検出された参照光の強度が最小又は最大となるように半波長板の回転角度を決定している。

かかる従来のホログラム記録装置においては、参照光の偏光面を傾け、記録媒体通過後の偏光状態を検出することで、記録媒体上での偏光状態を適正にしているが、実際に実施するとなると光学系、特に参照光検出用の偏光板やフォトディテクタの配置には困難性がある。すなわち、図１に示すように、従来のホログラム記録装置では、記録媒体送り機構に支持されている記録媒体の物体光の入力側に短冊状の開口部を有するマスクが近接配置され、当該開口部から物体光が記録媒体へ露光されるとともに、参照光がマスク反対側（記録媒体送り機構側）から記録媒体へ露光され、偏光板やフォトディテクタは、マスク及び記録媒体送り機構に挟まれた記録媒体の周縁端から漏れる参照光を検出しなければならず、十分な光量を得られない問題がある。周縁端から参照光を得られたとしても、比較的薄い記録媒体内部で多重反射した参照光であるがゆえに、その検出結果が本来の複屈折の影響を正確に表していない問題がある。

さらに、ホログラム再生時の再生像の視認可能範囲を拡げるために、開口数の大きな対物レンズを使用する状況では、対物レンズが記録媒体と非常に近接して配置されるために、従来のホログラム記録装置のような形式で参照光の光検出系（偏光板やフォトディテクタ）を配置することは現実的ではない。

そこで本発明は、ホログラフィックステレオグラムの作成時に記録媒体の複屈折の影響をより正確に獲得できかつ小型化可能な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が課題の一例として挙げられる。

本発明によるホログラフィックステレオグラム作成装置は、光源から射出される可干渉性光から参照光を生成する参照光生成部と、当該可干渉性光から記録情報に応じて可干渉性光を変調した物体光を生成する物体光生成部と、参照光及び物体光の光路を互いに空間的に分離して、参照光及び物体光の光路を交差させ干渉させる露光光学系と、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を供給し支持する支持部と、記録媒体を透過した参照光の偏光状態を検出する偏光状態検出部と、参照光の偏光状態に応じて参照光の偏光状態を変化させる偏光状態可変部と、を備え、参照光及び物体光の光学干渉縞を保存す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であって、物体光生成部は、入射された光を記録情報に応じて空間光位相変調して物体光として反射し生成する反射型空間光位相変調器と、反射型空間光位相変調器からの光の変調成分を分離する少なくとも１つの偏光ビームスプリッタと、を含むこと、偏光状態検出部は、偏光ビームスプリッタと、偏光ビームスプリッタを介して入射された光の光量を検出する光検出部と、を含むこと、露光光学系は、記録媒体を透過した参照光を、物体光の光路に沿って偏光ビームスプリッタを介して光検出部へ導く光路を備えること、を特徴とする。

上記の本発明の構成によれば、反射型空間光位相変調器により位相変調成分及び非位相変調成分を生成し、偏光ビームスプリッタにより変調成分を分離して物体光として記録媒体へ導き、偏光ビームスプリッタを偏光状態の検出用偏光板として兼用するので、ホログラフィックステレオグラムの作成時に記録媒体の複屈折の影響をより正確に獲得できかつ小型化可能なホログラフィックステレオグラム作成装置を提供できる。記録に用いられる感光シートは、ＰＥＴフィルムのような樹脂製の基材の上に塗られていることが多く、ホログラムの記録に際しては樹脂基材による複屈折が問題となっているが、記録媒体を通過した参照光の偏光状態が物体光の偏光状態と一致するように、偏光状態可変部である参照光の光路中に配置した波長板の角度を調整することで複屈折問題が解決できる。さらに、反射型空間光位相変調器を用い、参照光を物体光の光路に導く構成とすることで、偏光ビームスプリッタが、参照光の偏光状態を検出機能を兼ねることが可能となり、部品点数を削減可能であると共に、現実的な偏光状態検出部の配置が可能となる。

従来のホログラム記録装置における物体光と参照光の露光記録の一例を示す模式図である。本発明による実施形態のホログラフィックステレオグラム作成装置の構成を説明するための模式図である。本発明による実施形態のホログラフィックステレオグラム作成装置の構成における物体光の光路を説明するための模式図である。本発明による実施形態のホログラフィックステレオグラム作成装置の構成における参照光の光路を説明するための模式図である。本発明による実施形態のホログラフィックステレオグラム作成装置における変調成分分離用偏光ビームスプリッタ及び反射型空間光位相変調器からなる空間光変調装置を説明するための概略断面図である。本発明による実施形態のホログラフィックステレオグラム作成装置における記録媒体と参照光及び物体光との関係を説明するための概略断面図である。本発明による実施形態のホログラフィックステレオグラム作成装置における記録媒体と参照光及び物体光との関係を説明するための概略斜視図である。本発明による実施形態のホログラフィックステレオグラム作成装置の記録準備動作を説明するためのフローチャートである。本発明による実施形態のホログラフィックステレオグラム作成装置の記録動作を説明するためのフローチャートである。本発明による実施形態のホログラフィックステレオグラム作成装置により得られたホログラフィックステレオグラムを説明するための概略断面図である。本発明による他の実施形態のホログラフィックステレオグラム作成装置の構成を説明するための模式図である。本発明による他の実施形態のホログラフィックステレオグラム作成装置の構成を説明するための模式図である。本発明による他の実施形態のホログラフィックステレオグラム作成装置の構成を説明するための模式図である。本発明による他の実施形態のホログラフィックステレオグラム作成装置の構成を説明するための模式図である。本発明による他の実施形態のホログラフィックステレオグラム作成装置の構成を説明するための模式図である。

以下に、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作成装置の一例を、図面を参照しつつ説明する。

図２は、かかるホログラフィックステレオグラム作成装置の全体構造を示す概略模式図であり、図３は物体光の光路を説明する図であり、図４は参照光の光路を説明する図である。図２〜４に示すように、ホログラフィックステレオグラム作成装置は、可干渉性光を射出するレーザ光光源２１、コリメータレンズ２２、第１シャッター２３、比率設定用１／２波長板２４、露光用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、光量調整用１／２波長板２９、光量調整用１／２波長板回転機構２９ａ、光量調整用１／４波長板３０、光量調整用１／４波長板回転機構３０ａ、ミラー３１、記録媒体３３、ステージ３５、２軸ステッピングモータ４１、メインコントローラ５１、第２シャッター６１、拡散板６２、変調成分分離用偏光ビームスプリッタ６３、反射型空間光位相変調器６４、リレーレンズ６５，６６、ナイキストフィルタ６７、対物レンズ６８及び光検出部７１を備え、記録媒体３３、ステージ３５、２軸ステッピングモータ４１を除き、これら要素は、参照光及び物体光の光路を互いに空間的に分離して、参照光及び物体光の光路を交差させ干渉させる露光光学系を構成している。

メインコントローラ５１は、第１シャッター２３、第２シャッター６１、ステージ３５を駆動する２軸ステッピングモータ４１、光量調整用１／２波長板２９を回動駆動する光量調整用１／２波長板回転機構２９ａ、光量調整用１／４波長板３０を回動駆動する光量調整用１／４波長板回転機構３０ａ及び光検出部７１に接続されている。メインコントローラ５１からの信号により、第２シャッター６１が閉じられると参照光のみが記録媒体３３へ照射され、さらに、第１シャッター２３及び第２シャッター６１があけられると参照光及び物体光が記録媒体３３へ照射される。光検出部７１からの検出信号に応じてメインコントローラ５１は、光量調整用１／２波長板回転機構２９ａおよび光量調整用１／４波長板回転機構３０ａを介して光量調整用１／２波長板２９および光量調整用１／４波長板３０の回転角度を調節する。

露光用偏光ビームスプリッタ２５は、光源２１の可干渉性光から参照光を生成する参照光生成部に含まれる。

露光用偏光ビームスプリッタ２５、第２シャッター６１、拡散板６２、変調成分分離用偏光ビームスプリッタ６３及び反射型空間光位相変調器６４は、光源２１の可干渉性光から記録情報に応じて可干渉性光を変調した物体光を生成する物体光生成部に含まれる。

ステージ３５及び２軸ステッピングモータ４１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を供給し支持する支持部に含まれる。

図３を用いて、ホログラフィックステレオグラム作成装置における物体光の光路を説明する。干渉性の良い光源２１から出射されたレーザ光はコリメータレンズ２２で平行光とされた後、第１シャッター２３及び比率設定用１／２波長板２４を透過して、露光用偏光ビームスプリッタ２５により参照光と物体光用のレーザ光ビームに分けられる。ここで、物体光用のビーム光は図示しないエキスパンダレンズなどにより適切な平行光束径に変換されてもよい。平行光とされた物体光用のレーザ光ビームは、第２シャッター６１、拡散板６２、変調成分分離用偏光ビームスプリッタ６３を経て反射型空間光位相変調器６４に入射する。変調成分分離用偏光ビームスプリッタ６３及び反射型空間光位相変調器６４は空間光変調装置として機能する。

反射型空間光位相変調器６４は光束径内においてオンの画素電極上とオフの画素電極上で反射される光の位相を変化させる。反射型空間光位相変調器６４は、入射光を空間パターンに変調し、電気入力又は光入力に対応する像を反射するデバイスである。反射型空間光位相変調器は、通常、入射光を反射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２次元アレイからなる。メインコントローラ５１からの画素を制御する画像パターン信号は、まず付随した制御回路によって処理され、次いで画素マトリクスアレイ中に、１フレーム同時にロードされる。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ディスプレイに表示しても画像は認識できない。

例えば、液晶反射型空間光変調器（ＬＣＯＳ−ＳＬＭ：Liquid crystal on silicon - spatial light modulator）は反射型空間光位相変調器として知られている。この位相変調器では、液晶層に隣接して反射層が配置されており、入射光が液晶層を透過し反射層で反射され戻る。反射型空間光位相変調器６４は、電気アドレス型液晶空間光位相変調器であり、メインコントローラ５１から入力される画像パターン信号でアドレス駆動される。

反射型空間光位相変調器６４は、例えば、アクティブマトリクス駆動回路が形成されたシリコン基板上に、アクティブマトリクス駆動回路にて駆動される複数の画素電極（画素マトリクスアレイ）、これらを覆う誘電体多層膜からなる反射層、液晶層、透明導電膜、ガラスなどの透明基板を順に積層した基本構成を有しているが、必要な配向層、遮光層なども含まれる。画素マトリクスアレイは、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。

アクティブマトリクス駆動回路はメインコントローラ５１から入力される画像パターン信号に応じて各画素電極への印加電圧を制御する。アクティブマトリクス駆動回路は、ＸＹ軸方向に並んだ各画素行及び画素列の印加電圧を制御するので、メインコントローラ５１で指定された画像パターンで画素電極に所定電圧が印加される。

各画素電極を介して液晶層に印加される電圧の変化に応じてその印加部位で液晶分子が回転することにより、液晶層の複屈折率が変化する。複屈折率の変化分布に応じて透明基板側から液晶層に入射した光は、液晶層を伝搬する際、位相変調される。位相変調された光は、反射層にて反射し、液晶層中を再び伝搬して更に位相変調された後、位相変調光として出射する。反射型空間光位相変調器６４は、変調成分分離用偏光ビームスプリッタ６３から液晶層への入射光を位相変調して、画像パターン信号の位相分布（例えは往復でπ）を有する位相変調光を反射する。

このため反射型空間光位相変調器６４は図５に示すように変調成分分離用偏光ビームスプリッタ６３と組み合わせて空間光変調装置として用いられる。変調成分分離用偏光ビームスプリッタ６３を透過する方向の直線偏光として入射した光は、オンの画素電極上で反射した部分光のみ、その偏光方向が９０度曲げられ変調成分分離用偏光ビームスプリッタ６３の偏光膜で反射される。このような動作により入射した光に対して空間的な変調が与えられる。物体光は露光用偏光ビームスプリッタ２５を透過した平行光に基づいているので、この透過時点では、紙面に平行な直線偏光（Ｐ偏光）となっているが、反射型空間光位相変調器６４による変調を受けた後は偏光方向が９０度曲げられるので、感光シート面上では紙面に垂直な直線偏光（S偏光）となっている。ＬＣＯＳタイプの反射型空間光位相変調器６４には、ネマティック液晶より２〜３桁も高速に応答する強誘電性液晶が用いられており、非常に高速に表示切り替えを行うことができるものもある。ホログラフィックステレオグラムの記録には非常に多くの要素ホログラムの記録を順次行う必要があり、記録には多くの時間を要するので、高速タイプの反射型空間光位相変調器６４を用いることは好適である。変調成分分離用偏光ビームスプリッタ６３は反射型空間光位相変調器６４と組み合わせて、その射出光から変調成分のみを分離するのである。

図３に示すように、画像パターンに応じた位相変調を受け変調成分分離用偏光ビームスプリッタ６３で反射された物体光は、結像光学系（リレーレンズ６５、ナイキストフィルタ６７、リレーレンズ６６）を経て対物レンズ６８に入射する。対物レンズ６８は物体光を記録媒体３３の所定位置に球面波として集光する。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の共焦点位置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、反射型空間光位相変調器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。メインコントローラ５１からの制御信号により反射型空間光位相変調器６４にはあらかじめコンピュータなどにより計算された視差画像合成に基づく画像パターンが表示され、その表示パターンは結像光学系により対物レンズ６８の直前に一旦結像した後、記録媒体３３の感光シート面上へと集光される。

図６に示すように、記録媒体３３は、感光シート３３ａがガラス基板３３ｂとＰＥＴ基材３３ｃ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し、感光シート３３ａの界面上に集光する。物体光は反射型空間光位相変調器６４に入射する前に拡散板６２を通過しているため、感光シート３３ａ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、一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。また、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。記録媒体３３は、少なくとも感光シートと樹脂基材層を含み、物体光が感光シート側より入射され、参照光が樹脂基材層側より入射される。

次に、図４を用いて、ホログラフィックステレオグラム作成装置における参照光の光路を説明する。光源２１から第１シャッター２３及び比率設定用１／２波長板２４を透過して、露光用偏光ビームスプリッタ２５により物体光用の光から分離されたレーザ平行光の参照光は、適切な大きさを持つ矩形のアパーチャ２６や、縮小光学系２７などにより、細い矩形光束断面の平行光へと変換された後、ミラー２８、光量調整用１／２波長板２９、光量調整用１／４波長板３０及びミラー３１を介して、記録媒体３３の感光シート上における物体光の集光点（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。このとき参照光のスポットは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される。このように、露光光学系では、参照光の光束から横断面積のより小なる部分参照光光束を生成する縮小光学系を含み、記録媒体３３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ようにしている。これにより、ラスタスキャン記録するのが容易となる。

この実施形態において、露光光学系は、記録媒体を透過した参照光を、物体光の光路に沿って偏光ビームスプリッタを介して光検出部へ導く光路、すなわち、図４に示すように、記録媒体３３を透過した参照光を、物体光の光路にて結像光学系（リレーレンズ６５、ナイキストフィルタ６７、リレーレンズ６６）を経て変調成分分離用偏光ビームスプリッタ６３を介して光検出部７１へ導く構成としてある。そのために、図６に示すように、対物レンズの開口数をＮＡ＝ｓｉｎθとするとき、記録媒体上における対物レンズ光軸に対する参照光の傾きがθ以下とする。すなわち、ミラー３１で反射され参照光を透過する参照光は、対物レンズ６８の開口数ＮＡの範囲内(開口角θ以内)の角度で集光点（記録位置）へ入射させる。なお、感光シート面を物体光の集光面（フーリエ面）付近に配置することが必要である。このような反射型ホログラムでは像の視認性を良くするために参照光（照明光）を斜め方向から照射することが一般的であるが、その角度範囲は物体光の対物レンズ６８の開口数ＮＡにより制約される。なお、図６においては、記録媒体３３を透過した参照光を対物レンズ６８の開口角で対物レンズへ入射させている。これにより、参照光が再び対物レンズ６８に戻って参照光同士で干渉しても、記録された参照光の再生された光は、後の照明光の照射方向に一致して現れるので、観察者の影になり、再生された立体像の観察には影響が少なくなる。

図４に示すように、記録媒体３３の一方の表面側から対物レンズ６８で物体光を記録位置に向け集光し、対物レンズの開口角θ以内で、その他方の表面側から参照光を記録媒体記録位置に照射して、透過した参照光が変調成分分離用偏光ビームスプリッタ６３へ入射するように構成してある。換言すれば、記録媒体３３を透過した参照光は、物体光の光路に沿って偏光ビームスプリッタ６３を介して光検出部７１へ導かれている。そして、光検出部７１はかかる偏光ビームスプリッタ６３を介して入射された光の光量を検出して、メインコントローラ５１に出力する。

光検出部７１により検出された光量値出力に応じて、メインコントローラ５１は、この光量が最小となるように光量調整用１／２波長板２９および光量調整用１／４波長板３０それぞれ、参照光の光路を回転軸として回転させ、それぞれの回転角度を設定する。適切な角度の計算はメインコントローラ５１により行われ、光量調整用１／２波長板２９および光量調整用１／４波長板３０の回転角度をそれぞれの光量調整用１／２波長板回転機構２９ａおよび光量調整用１／４波長板回転機構３０ａに転送する。参照光は露光用偏光ビームスプリッタ２５で反射した光であるので、この時点では紙面に垂直な直線偏光（S偏光）となっている。参照光入射側には感光シートの手前に複屈折を有するＰＥＴ基材が存在するので、感光シート面上での偏光状態がどのように変化するかはわからないが、感光シートとガラス基板には複屈折がないものとすると、記録媒体３３を通り抜けた参照光の偏光状態は感光シート上での偏光状態と同じである。つまり記録媒体３３を通り抜けた参照光の偏光状態を光検出部７１でモニターしながら、記録媒体入射前の参照光の偏光状態をコントロールすることで、感光シート面上において所望の偏光状態とすることが可能である。記録媒体３３を通過した参照光が光検出部７１に導かれないということは、変調成分分離用偏光ビームスプリッタ６３で反射する偏光状態すなわち紙面に垂直な直線偏光（S偏光）ということを意味しており、感光シート面上で物体光と同じ偏光状態であることが保証される。

このように本実施形態では、ミラー２８，３１の間の参照光光路に配置された光量調整用１／２波長板２９及び光量調整用１／４波長板３０は、参照光の偏光状態に応じて参照光の偏光状態を変化させる偏光状態可変部であり、対物レンズ６８、変調成分分離用偏光ビームスプリッタ６３及び光検出部７１が、記録媒体３３を透過した参照光の偏光状態を検出する偏光状態検出部である。また、変調成分分離用偏光ビームスプリッタ６３及び反射型空間光位相変調器６４からなる空間光変調装置の変調成分分離用偏光ビームスプリッタ６３の部分が、記録媒体を通過した参照光の偏光状態を検出する機能を兼務している。

次に、ホログラフィックステレオグラム作成装置の動作、記録準備動作について図８に示すフローチャートに基づいて説明する。

記録開始に先立ち記録準備を以下のように行う。まず、図４に示す比率設定用１／２波長板２４を適切な回転角度に調整し物体光と参照光の光量比率を設定する（ステップＳ１）。１／２波長板２４をレーザ光の光路を回転軸として回転して、１／２波長板２４の光学軸の回転角度を調整する。この光量比率は感光シートの特性、拡散板の透過率、反射型空間光位相変調器６４の効率、光学部品の透過率などよりあらかじめ計算されたものである。

記録媒体の感光シートには３次元像の記録を行う通常の領域とは別に透過光の状態から偏光状態の調整を行うための偏光調整領域が設けられており、偏光調整領域を参照光が通過できるように記録媒体の移動を行う（ステップＳ２）。偏光調整領域は要素ホログラムの記録の邪魔にならない周辺部などに設けられ、その位置はあらかじめメモリーなどに記録されており、図４に示すように、メインコントローラ５１から適切な記録媒体の位置を媒体移動機構（ステージ３５の２軸ステッピングモータ４１）に転送することにより記録媒体の移動が行われる。

次にメインコントローラ５１からのコマンドにより、図４に示す第１シャッター２３を開け、第２シャッター６１を閉じるように、そのシャッター開閉機構（図示せず）に命令が転送され、参照光だけを記録媒体に照射する（ステップＳ３）。ここでのシャッターの開閉動作は必ずしもメインコントローラ５１による制御である必要はなく、手動による開閉を行っても良い。図４に示すように、参照光だけが記録媒体３３に照射されるようになると、参照光は記録媒体３３、対物レンズ６８、変調成分分離用偏光ビームスプリッタ６３を経て光検出部７１へと入射する。

図４に示す光検出部７１により検出された光量値出力に応じて、メインコントローラ５１によりこの光量が最小となるように光量調整用１／２波長板２９および光量調整用１／４波長板３０それぞれ、参照光の光路を回転軸として回転させ、それぞれの回転角度が設定される（ステップＳ４）。光量調整用１／２波長板２９および光量調整用１／４波長板３０の角度調整はメインコントローラ５１により必ずしも自動制御で行われる必要はなく、光検出部７１における光量が最小となるように手動で調整しても良い。

次に、図４に示す第１シャッター２３を閉じ（ステップＳ５）、記録媒体を最初の要素ホログラム書き込み位置へと移動し（ステップＳ６）、自動書き込みの準備が完了する。

さらに、ホログラフィックステレオグラム作成装置の動作、要素ホログラム書き込み記録動作について図９に示すフローチャートに基づいて説明する。

まず、１番目に記録する要素ホログラムの画像パターンを図２に示すメインコントローラ５１の画像生成部により生成し（ステップＳ７）、メインコントローラ５１からの制御により第１シャッター２３および第２シャッター６１を開ける（ステップＳ８）。これは元の３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、逐次計算を行うかあらかじめ計算されて記憶装置などに保存して置いたものを使用する。この画像データを反射型空間光位相変調器６４のＸＹ軸方向の駆動回路に転送することで反射型空間光位相変調器６４に２次元の画像パターンが表示され、すなわち所定時間で露光記録される（ステップＳ９）。

次に、露光時間が規定値か否か判断し（ステップＳ１０）、否であればステップＳ９に戻り、満たされていれば両シャッターを閉じる（ステップＳ１１）。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により適切なシャッターの開閉タイミングをシャッター開閉機構に指示することで露光が行われる。反射型空間光位相変調器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。

次に、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Ｓ１２）、否であればステップＳ８に戻り、満たされていれば反射型空間光位相変調器６４に２次元の記録パターンが表示を停止する（ステップＳ１３）。

次に、要素ホログラムが最終記録位置か否か判断し（ステップＳ１４）、否であれば次の記録位置へと記録媒体を移送して（ステップＳ１５）から、ステップＳ７に戻り繰り返し、満たされていれば終了する。

ここで、通常、図７に示す要素ホログラムを記録媒体の平面方向に繰り返しラスタスキャン記録するように、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ＸＹ軸方向に参照光及び物体光の光路の交差する記録位置（参照光及び物体光の光路の交差する領域）を移動するが、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作成される。すなわち、記録媒体に記録される要素ホログラムは、再生用参照光が照射されることにより３次元画像が再生されるホログラムの一部であり、要素ホログラムを記録媒体の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、全体として一つの３次元画像が再生されるホログラムを記録する。

図１０のように、完成したホログラフィックステレオグラムは参照光と同じ角度から白色光で照明することで、照明した面側に３次元像を観察することができる。

反射型空間光位相変調器６４に表示される画像パターンは、予め複数の視差画像から合成されメインコントローラに記憶されているので、反射型空間光位相変調器６４により変調され得られた物体光は、再生される３次元画像から３次元部分画像を計算して、そこから計算された画像情報を担持していることになる。

＜＜他の実施形態＞＞
図１１乃至図１５は他の実施形態のホログラフィックステレオグラム作成装置を示す概略図である。図２に示される同じ構成要素については、同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。

他の実施形態においては、図１１、図１２の実施形態に示すように、反射型空間光位相変調器６４で変調された成分を分離するための変調成分分離用の偏光ビームスプリッタ６３の他に、１以上の偏光ビームスプリッタ６３ａを追加しても良い。通常、偏光ビームスプリッタは完全に２つの偏光状態を分離することはできず、ある一定の消光比の範囲内で、別の偏光成分が漏れ込む。物体光の光路中に第２の偏光ビームスプリッタを配置することで、第１の変調成分分離用偏光ビームスプリッタ６３により漏れてきた非変調成分を分離することで、記録媒体上での非変調成分をさらに小さくすることが可能となる。この場合、第２、第３の偏光ビームスプリッタも変調成分を分離することができる。参照光の偏光検出もこの第２、第３の変調成分分離用偏光ビームスプリッタにより行うことができる。

図１１に示すホログラフィックステレオグラム作成装置のように、第１の変調成分分離用偏光ビームスプリッタ６３側に参照光の光検出部を設けずに、物体光光路のリレーレンズ６６と対物レンズ６８の間に偏光面回転用１／２波長板λ／２と第２の変調成分分離用偏光ビームスプリッタ６３ａを配置して、第１の変調成分分離用偏光ビームスプリッタ６３により漏れてきた非変調成分を分離するとともに、第２の変調成分分離用偏光ビームスプリッタ６３ａに近接して光検出部７１を設け、記録媒体３３から対物レンズ６８を経た参照光を検出する。この例でも光検出部７１における光量が最小となるように光量調整用１／２波長板２９および光量調整用１／４波長板３０により参照光の偏光状態が調整される。

図１２に示すホログラフィックステレオグラム作成装置のように、第２の偏光ビームスプリッタ６３ａをミラーとして利用した例であって、物体光光路のリレーレンズ６６と対物レンズ６８の間に第２の偏光ビームスプリッタ６３ａをミラーとして配置して、第２の偏光ビームスプリッタ６３ａに近接して光検出部７１を設け、記録媒体３３から対物レンズ６８を経た参照光を検出する。この例でも光検出部７１における光量が最小となるように光量調整用１／２波長板２９および光量調整用１／４波長板３０により参照光の偏光状態が調整される。

図１３に示す実施形態のホログラフィックステレオグラム作成装置は、物体光と参照光が共に円偏光で記録媒体の感光シート面上で干渉して記録する場合の例である。

物体光と参照光が共に直線偏光（Ｓ偏光）での露光記録の場合の例を述べてきたが、図１３に示すように、円偏光で記録することも可能である。この場合、円偏光の回転方向（右回り、左回り）を物体光と参照光とで一致させておく必要がある。円偏光とするには物体光の光路中に１／４波長板λ／４を物体光光路のリレーレンズ６６と対物レンズ６８の間に追加すればよい。以下の光学配置における偏光状態について説明する。図１３のように、反射型空間光位相変調器６４で変調され変調成分分離用偏光ビームスプリッタ６３で反射した物体光の変調成分は紙面に垂直な直線偏光（S偏光）となっている。１／４波長板λ／４はこの偏光方向に対してその結晶軸方向を４５度方向に傾けて配置されており、物体光が通過することで円偏光となる。ここでは右回り円偏光となっているものとする。参照光も記録媒体３３の通過後の偏光状態が右回り円偏光となっていればよい。そのとき１／４波長板λ／４を通過した参照光は紙面に平行な直線偏光（Ｐ偏光）、すなわち元の物体光とは９０度異なる直線偏光となる。これは変調成分分離用偏光ビームスプリッタ６３を通過する偏光方向であるので、光検出部７１の受光光量が最大となるように元の参照光の偏光状態が調整されることで、感光シート面上での偏光状態が物体光と同じ右回り円偏光となっていることが保証される。なお、参照光の光路には図１３に示すように、１／２波長板２９と１／４波長板３０が１枚ずつ挿入されており、これらの波長板の調整により記録媒体通過後の偏光状態を円偏光とすることは可能である。

図１４は第２の偏光ビームスプリッタ６３ａをミラーとして利用した例であって、物体光光路のリレーレンズ６６と対物レンズ６８の間に第２の偏光ビームスプリッタ６３ａ及び１／４波長板λ／４を配置して、第２の偏光ビームスプリッタ６３ａに近接して１／４波長板λ／４とは反対側に光検出部７１を設け、記録媒体３３から対物レンズ６８を経た参照光を検出する例である。この場合は、最も記録媒体寄りの偏光ビームスプリッタ６３ａと記録媒体３３の間に１／４波長板λ／４を追加してあるので、記録媒体通過後の参照光が物体光と同じ右回り円偏光となるときは、さらに１／４波長板λ／４を通過することで元の物体光と９０°異なる直線偏光となるので、光検出部７１への受光光量が最大となるように、記録準備が行われる。

これら円偏光の記録における一つのメリットは、最適な偏光状態の時に参照光が反射型空間光位相変調器６４に導かれないことである。直線偏光の記録では記録媒体通過後の参照光が反射型空間光位相変調器６４に導かれる状態が最も良い偏光状態となっている。反射型空間光位相変調器６４の表面は反射率が高いため、反射型空間光位相変調器６４上に導かれた参照光は反射して再び同じ光路をたどり記録媒体に到達する。ここで元の参照光との間で干渉し、参照光同士の干渉によるホログラムを記録媒体に記録してしまい、記録媒体の感度を無駄に消費することになる。円偏光記録では、反射型空間光位相変調器６４に光が導かれない状態が最適状態であり、反射型空間光位相変調器６４からの反射光が記録媒体に戻ることがない。

複数の偏光ビームスプリッタを用いることは物体光の非変調成分をより効果的に除去することが可能となることや、光路折り曲げミラーの変わりに偏光ビームスプリッタを用いることで、かかる偏光ビームスプリッタに非変調成分の除去と参照光の偏光検出の機能を持たせることができる。

円偏光の記録をすると参照光が反射型空間光位相変調器６４に導かれることが無くなるので、参照光同士の干渉縞を記録するのを避けることができる。

なお、物体光と参照光が共にＳ偏光の直線偏光での露光記録の場合の例を述べてきたが、図１５のホログラフィックステレオグラム作成装置に示す構成のように、Ｐ偏光の直線偏光で物体光と参照光の露光記録も行うこともできる。

２１光源
２２コリメータレンズ
２３第１シャッター
２４比率設定用１／２波長板
２５露光用偏光ビームスプリッタ
２６アパーチャ
２７縮小光学系
２８ミラー
２９光量調整用１／２波長板
３０光量調整用１／４波長板
３１ミラー
３５ステージ
３３記録媒体
４１２軸ステッピングモータ
５１メインコントローラ
６１第２シャッター
６２拡散板
６３変調成分分離用偏光ビームスプリッタ
６４反射型空間光位相変調器
６５，６６リレーレンズ
６７ナイキストフィルタ
６８対物レンズ
７１光検出部

Claims

光源から射出される可干渉性光から、参照光を生成する参照光生成部と、前記可干渉性光から、記録情報に応じて前記可干渉性光を変調した物体光を生成する物体光生成部と、前記参照光及び前記物体光の光路を互いに空間的に分離して、前記参照光及び前記物体光の光路を交差させ干渉させる露光光学系と、前記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を供給し支持する支持部と、前記記録媒体を透過した前記参照光の偏光状態を検出する偏光状態検出部と、前記参照光の偏光状態に応じて前記参照光の偏光状態を変化させる偏光状態可変部と、を備え、前記参照光及び物体光の光学干渉縞を保存す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であって、
前記物体光生成部は、入射された光を前記記録情報に応じて空間光位相変調して前記物体光として反射し生成する反射型空間光位相変調器と、前記反射型空間光位相変調器からの光の変調成分を分離する少なくとも１つの偏光ビームスプリッタと、を含むこと、
前記偏光状態検出部は、前記偏光ビームスプリッタと、前記偏光ビームスプリッタを介して入射された光の光量を検出する光検出部と、を含むこと、
前記露光光学系は、前記記録媒体を透過した前記参照光を、前記物体光の光路に沿って前記偏光ビームスプリッタを介して前記光検出部へ導く光路を備えること、
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。
前記露光光学系は、前記記録媒体の一方の表面側から前記物体光を前記記録位置に向け集光する対物レンズと、前記記録媒体の他方の表面側から前記参照光を平行光として照射して前記記録媒体を透過した前記参照光を前記対物レンズの開口角以内で前記対物レンズへ入射する参照光光学系と、を含むこと、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。
前記記録媒体を透過した前記参照光を前記対物レンズの開口角で前記対物レンズへ入射することを特徴とする請求項２記載のホログラフィックステレオグラム作成装置。
前記偏光状態可変部は、前記参照光の光路に配置され、前記参照光を透過する１／４波長板と１／２波長板を含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１に記載のホログラフィックステレオグラム作成装置。
前記光検出部からの出力値が最大又は最小となるように、前記１／４波長板と前記１／２波長板をそれぞれ、前記参照光の光路を回転軸として回転させ調整することを特徴とする請求項４記載のホログラフィックステレオグラム作成装置。
前記露光光学系は、前記物体光の光路に配置され、前記物体光を透過する１／４波長板を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１に記載のホログラフィックステレオグラム作成装置。