JPH0511675A - ホログラム作製方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】ホログラム作製装置の小型化，精度向上を図
る。 【構成】レーザー１から発光したレーザー光はハーフミ
ラー２により透過光と反射光に分光され、透過光は変調
素子３によってマイクロコンピュータ４から入力したホ
ログラム記録媒体８への照射方向と光量の画像情報によ
り強度変調されつつポリゴンミラー５で走査され、凹面
鏡６で反射して記録媒体８上の一点に物体光として照射
される。一方、前記反射光はミラー７で反射して参照光
として前記記録媒体８の同一点に照射される。記録媒体
８はアクチュエータ10により物体光が照射されるべき位
置に移動される。これにより、ビームの拡大が不要で任
意の画像情報量に対応できる高精度なホログラムを作製
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、再生光の照射により立
体感のある像が得られるホログラムを作製する装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】現在、３次元画像処理技術は幅広く用い
られているが、コンピュータで処理、生成した３次元物
体画像を立体的に表示できるハードコピーとして、ホロ
グラフィック・ステレオグラム (ＨＳ) は極めて優れた
ものである。ＨＳは、物体を様々な角度からみた平面画
像を一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。

【０００３】ＨＳには種々の方式のものが提案されてい
るが、例えば、マルチプレックス・ホログラム方式で
は、上下方向の視差情報を記録することができず、か
つ、円筒型，半円筒型で、観察に際して再生装置を必要
とする等の難点がある。このため、最近、上下方向の視
差情報を含み、かつ、平面型のホログラムを、１ステッ
プで合成することのできるリップマンタイプのＨＳが開
発された。

【０００４】かかるＨＳについて図３ (Ａ) 〜 (Ｃ) を
参照して説明すると、後述する原理で作成された３次元
情報を有する画像パターンを、液晶パネル11に表示し、
その透過光をレンズ12によりホログラム面に集光して反
対方向からの参照光との干渉縞パターンを記録する。そ
して、ホログラムフィルム13を縦、横方向に僅かずつ移
動させて順次露光を行い、ホログラムフィルム13の全面
を露光する。

【０００５】液晶パネル11に表示する原画パターンは、
図３ (Ｂ) に示すように、遠近法的な投影変換によって
作成する。投影の中心点は、そのパターンに露光するホ
ログラムの面上の点であり、図３ (Ａ) 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。一般のコンピュータ・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３(Ｂ) において右側を手前として
行う。これは、物体14から反射する光線の中、ホログラ
ム面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。

【０００６】ＨＳの記録においては、原画パターン計算
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。このようにして記録されたＨＳを
再生すると、図３ (Ｃ) に示すようにホログラム面上の
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。換言すると、ホログラムを窓として、その
窓を透過する全て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、本手法により歪みのない立体像
を再生することができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ように種々の利点を有した新開発のＨＳにおいても、ま
だ、次のような問題が残されている。即ち、変調素子と
して液晶パネルを用いるため、ある程度以上の大きさの
画面を持つ液晶パネルが必要となり、装置を小型化する
のが難しい。また、現状では液晶パネル自体の性能が不
十分で、階調画像を表示することが難しいため、記録画
像の精度を上げることが難しい。しかも、画像情報数が
液晶パネルの画素数に制約され、大型のホログラムを作
成するには画素数の多い液晶パネルとの交換が必要とな
り、その他の光学系のレイアウト等も変更する必要があ
る場合を生じる。

【０００８】本発明は、このような従来の問題点に鑑み
なされたもので、水平，垂直両方向の視差情報を含ませ
たり、平面型のホログラムを、１ステップで自動的に合
成することのできることは勿論、液晶パネル等の二次元
変調素子を必要とせず小型化を促進でき、かつ、任意の
画像情報数に対して光学系を変更することなく高精度な
ホログラムの作製が行えるようにしたホログラム作製装
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】このため本発明に係るホ
ログラム作製方法及び装置は、マイクロコンピュータ
(光量データ演算手段) 等により物体を相対位置を変化
させつつ撮影して得られる複数の画像データに基づいて
物体の立体像が記録されるホログラム記録媒体の記録面
上の各点に対して各方向から照射する物体光の光量を演
算する一方、レーザー (干渉性光発光手段)等から発光
した光をハーフミラー (分光手段) 等により２方向に分
光し、該分光された一方の光をＡＯＭ (変調手段) 等に
より前記演算された光量データによって強度変調し、該
強度変調された物体光をポリゴンミラー (走査手段) 等
により変調毎に方向変換して走査し、該走査された物体
光を凹面鏡 (集光手段) 等により前記光量データに対応
する照射方向から前記ホログラム記録媒体の記録面上の
一点に集光し、前記分光された他方の光をミラー (参照
光照射手段) 等により参照光として前記物体光が照射さ
れる点と同一点に照射しつつ、前記ホログラム記録媒体
をアクチュエータ (移動制御手段) によって前記光量デ
ータに対応する位置に物体光が照射されるように移動制
御することによりホログラムを作製するものである。

【００１０】

【作用】光量データ演算手段により演算されるホログラ
ム記録媒体の記録面上の各点に対して各方向から照射す
る物体光の光量データは、該点に向かって物体を見たと
きに見る方向によってどのような明るさで見えるかを示
す値となる。レーザー等の干渉性光発光手段から発光さ
れた干渉性光は、分光手段によって２方向に分光され、
一方の光は変調手段によって光量データ演算手段から入
力される光量データによって強度変調されて物体光とな
る。

【００１１】該物体光は光量データによって変調される
毎に走査手段により方向変換されて走査され、該走査さ
れた物体光は集光手段により、該物体光がホログラム記
録媒体の記録面上の一点に光量データに対応する照射方
向から集光される。一方、前記分光手段により分光され
た他方の光は、参照光照射手段により参照光として前記
記録面の物体光が照射される点と同一点上に照射され
る。ホログラム記録媒体には、前記各方向から照射され
た物体光の光量に応じて露光されると共に、該物体光と
参照光とが干渉して形成される干渉縞が記録媒体に記録
される。

【００１２】また、ホログラム記録媒体は、移動制御手
段により光量データに対応した点に物体光が照射される
ように移動され、ホログラム記録媒体の全面にわたって
記録が行われてホログラムが製作される。このようにし
て製作されたホログラムに再生光を照射すると、各点に
記録された干渉縞によって回折する光が元の物体からの
反射光と同一方向に反射するため、各方向の光の強度を
感知することによって立体感のある像を視認することが
できる。

【００１３】

【実施例】以下に本発明の実施例を図に基づいて説明す
る。第１の実施例を示す図１において、干渉性光発光手
段としてのレーザー１は、干渉性のあるレーザー光を発
光する。レーザー１の直進方向には、分光手段としての
ハーフミラー２が配置され、前記レーザー光がハーフミ
ラー２に当たると、該ミラー２を透過する光と、反射す
る光とに分光される。

【００１４】透過光の直進方向には変調手段としてＡＯ
Ｍ等の変調素子３が配置され、該変調素子３には、マイ
クロコンピュータ４で演算された光量データが入力され
る。該光量データは、物体を相対位置を変化させつつ撮
影して得られる複数の画像データに基づいて求められた
後述するホログラム記録媒体８の記録面上の各点に対し
て各方向から照射する物体光の光量のデータであり、照
射方向と共に記憶される。具体的には撮影位置に対して
物体後方に位置する仮想面上の各点毎に該点を通る各方
向に物体から反射する光量を演算して記憶する。これ
は、各画像の画素の中で撮影位置と画素に写された物体
上の点とを結ぶ方向が前記仮想面上の点を通る方向と一
致するものが予め分かっているので、これらを選択して
水平及び垂直方向に並び変えて合成した二次元画像とし
て記憶すればよく、画素毎に物体光の照射方向に対応し
た光量データが記憶されることとなる。かかるマイクロ
コンピュータ４による光量データの演算機能が光量デー
タ演算手段に相当する。

【００１５】前記光量データを入力した変調素子３は、
ハーフミラー２の透過光を光量データによって強度変調
し、該変調した光を物体光として発光する。前記物体光
の直進方向には周囲に多角形状の反射面を有するポリゴ
ンミラー５が配置される。該ポリゴンミラー５は、一定
回転速度で回転し前記物体光はポリゴンミラー５の反射
面に当たって反射するが、ポリゴンミラー５の回転によ
り変調毎に反射角が変化するため方向変換されて一方向
に走査される。該ポリゴンミラー５が走査手段に相当す
る。

【００１６】前記ポリゴンミラー５によって走査された
物体光の移動範囲内にあって物体光を受けて反射し、ホ
ログラム記録媒体８の記録面の一点に向けて光量データ
に対応する照射方向から照射するように集光させる集光
手段としての凹面鏡６が配置される。一方、前記ハーフ
ミラー３に当たって反射した他方のレーザー光の直進方
向には参照光照射手段としてのミラー７が設けられ、前
記他方のレーザー光はミラー７で反射し、参照光として
前記ホログラム記録媒体８の記録面の物体光が照射され
る点と同一点に向けて照射される。

【００１７】ホログラム記録媒体８は、これを保持する
枠体９と該枠体９に連結されたアクチュエータ10によ
り、水平及び垂直方向に微小ピッチずつ移動可能に装着
されている。該アクチュエータ10は、前記マイクロコン
ピュータ４からの駆動信号によって駆動され、該駆動信
号は光量データに対応する位置に物体光が照射されるよ
うに設定されている。したがって、枠体９，アクチュエ
ータ10及びマイクロコンピュータ４が移動制御手段を構
成する。尚、アクチュエータ10としてステッピングモー
タを用いると、移動制御が容易である。

【００１８】次に、本実施例による一連のホログラム製
作動作を説明する。物体光は前記したように記録面上の
ある一点を通る角方向 (画素) の強度データで変調され
ており、該変調データの送り速度とポリゴンミラー５の
回転速度とを適切に設定することにより、前記強度変調
された光がポリゴンミラー４で反射されてホログラム記
録媒体８の記録面に照射される方向を光量データで設定
された方向に一致させることができる。そして、記録面
の照射点 (要素ホログラム)には物体光の光量に応じて
露光されると共に、該物体光と一定方向から照射される
参照光との干渉縞が記録される。尚、ポリゴンミラー４
の反射面の数は前記光量データを二次元画像として記憶
した場合、画素の上下方向の数に一致させてあり、物体
光が１つの反射面に当たっている間に水平方向に並ぶ画
素の走査が終了し、次の反射面に当たると１つ下のライ
ンの水平方向走査を行い、全ての反射面で水平方向走査
が完了すると１つの要素ホログラムに対して全ての画素
の走査が完了するように設定する。また、上下方向に異
なる画素に対して記録面への物体光の照射方向を上下方
向にも変化させて所定方向に一致させる必要があるため
ポリゴンミラー５の各反射面が回転軸方向に対する傾斜
角度を少しずつ変えて取り付けてある。また、水平方向
走査用のポリゴンミラーと垂直方向走査用のポリゴンミ
ラー (回転軸が水平) とを設けて、順次反射させる構成
としてもよい。また、走査手段として、ガルバノミラー
を用いることもできるので、ポリゴンミラーとガルバノ
ミラーとを一方を水平走査用、他方を垂直走査用として
組み合わせたり、或いは水平方向走査用のガルバノミラ
ーと垂直方向走査用のガルバノミラーとを設けて構成し
てもよい。

【００１９】１つの要素ホログラムに対して全ての画素
に対応する物体光の照射が完了すると、各物体光と参照
光との間の干渉縞が多重に記録される。１つの要素ホロ
グラムの記録が完了すると、アクチュエータ10が駆動さ
れ、次の要素ホログラムに物体光及び参照光が照射され
る位置にホログラム記録媒体８を移動し、全ての要素ホ
ログラムに対して干渉縞が多重記録される。

【００２０】再生時は、前記のようにして形成されたホ
ログラムに、記録時の参照光と同じ位置に再生光源を配
置して照射すればよい。再生光が照射されると、各要素
ホログラムの干渉縞によって回折し、この回折した各方
向の光の強度が撮影された物体からの反射光の対応する
各方向の強度と一致するため立体像が得られるのであ
る。

【００２１】かかる構成とすれば、既述した液晶パネル
表示によるホログラム製作方式のものと同様、水平，垂
直方向の視差をつけることが可能で平面型のホログラム
を、１ステップで自動的に合成することのできる他、後
述するように液晶パネル表示によるものでは得られない
種々の特長を有する。即ち、液晶パネルのような二次元
方向に画像表示するための空間変調素子が不要となり、
ビームを拡大する必要がないため装置の小型化を促進で
きる。

【００２２】大型のホログラムを作製する場合も、光学
系を変更する必要がなく、要素ホログラムの点数を増大
するのみでよい。液晶パネルに比較して階調を出すこと
も容易に行え、従って記録精度も向上する。また、集光
手段としては凸レンズによる集光も可能であるが、本実
施例のように凹面鏡を使用すれば各照射方向の光路長を
略一定とすることができ、干渉縞を正確に記録して立体
感の精度を向上できると共に、コヒーレント長の短い安
価なレーザーを使用できる。

【００２３】また、ホログラム記録媒体として感光剤で
ある乳剤層の厚いものを使用すれば、乳剤層に形成され
た干渉縞が再生時に干渉フィルタと同じ作用をすること
が知られており、これにより再生光として白色光を使用
することができる。また、赤，青，緑の波長のレーザー
光を発光する３個のレーザーを用いて、順次同一の記録
を行うことにより、カラーの立体像を再生できるホログ
ラムを作製することができる。

【００２４】尚、凹面鏡６とホログラム記録媒体８との
間にズームレンズを介装することにより同一の画像情報
(光量データ) に対して異なる立体感を得るホログラム
の作製を行うこともできる。また、走査手段としてポリ
ゴンミラーの代わりにガルバノミラー等を用いてもよ
い。図２は、第２の実施例を示し、個々のハードウエア
は前記実施例と略同様であるが、物体光が照射されるホ
ログラム記録媒体８の面とは反対側の面に参照光が照射
されるようにポリゴンミラー５と凹面鏡６とを配置する
ことにより、リップマンタイプとしている。

【００２５】かかるリップマンタイプのものでは、ホロ
グラム記録媒体８として乳剤層の厚いものを使用してい
る。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、水
平，垂直両方向の視差情報を含ませたり、平面型のホロ
グラムを、１ステップで自動的に合成することのできる
と共に、液晶パネル等の二次元変調素子を必要とせずビ
ームを拡散する必要がないのじ小型化を大幅に促進で
き、かつ、任意の画像情報数に対して光学系を変更する
ことなく高精度なホログラムの作製が行えるものであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の全体システムを示す
図。

【図２】本発明の第２の実施例の全体システムを示す
図。

【図３】ホログラム作製の従来例を示し、 (Ａ) は作製
時の斜視図、 (Ｂ)は原画パターンの作製原理を示す
図、 (Ｃ) は再生時の作用を示す図

【符号の説明】

１ レーザー ２ ハーフミラー ３ 変調素子 ４ マイクロコンピュータ ５ ポリゴンミラー ６ 凹面鏡 ７ ミラー ８ ホログラム記録媒体 ９ 枠体 10 アクチュエータ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】物体を相対位置を変化させつつ撮影して得
   られる複数の画像データに基づいて物体の立体像が記録
   されるホログラム記録媒体の記録面上の各点に対して各
   方向から照射する物体光の光量を演算し、干渉性光を２
   方向に分光した一方の光を前記演算された光量データに
   よって強度変調し、該強度変調された物体光を変調毎に
   方向変換して走査し、該走査された物体光を前記光量デ
   ータに対応する照射方向から前記ホログラム記録媒体の
   記録面上の一点に集光し、前記分光された他方の光を参
   照光として前記物体光が照射される点と同一点に照射
   し、前記ホログラム記録媒体を前記光量データに対応す
   る位置に物体光が照射されるように移動制御することに
   よりホログラムを作製することを特徴とするホログラム
   作製方法。
2. 【請求項２】物体の立体像が記録されるホログラム記録
   媒体と、物体を相対位置を変化させつつ撮影して得られ
   る複数の画像データに基づいて前記ホログラム記録媒体
   の記録面上の各点に対して各方向から照射する物体光の
   光量を演算する光量データ演算手段と、干渉性光を発光
   する干渉性光発光手段と、該干渉性光発光手段から発光
   した光を２方向に分光する分光手段と、該分光手段によ
   って分光された一方の光を前記光量データ演算手段から
   入力される光量データによって強度変調する変調手段
   と、該変調手段によって強度変調された物体光を変調毎
   に方向変換して走査する走査手段と、該走査手段によっ
   て走査された物体光を前記光量データに対応する照射方
   向から前記ホログラム記録媒体の記録面上の一点に集光
   する集光手段と、前記分光手段により分光された他方の
   光を参照光として前記物体光が照射される点と同一点に
   照射する参照光照射手段と、前記ホログラム記録媒体を
   前記光量データに対応する位置に物体光が照射されるよ
   うに移動制御する移動制御手段と、を含んで構成したこ
   とを特徴とするホログラム作製装置。