JPH10232592A - 画像記録装置及び画像再生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 導波管型光学系を用いることによって画像情
報の記録、再生を小さなホログラムで良好に行うことが
できる画像記録装置及び画像再生装置を得ること。 【解決手段】 コヒーレントな物体光を生成する物体光
生成手段に基づく物体光のうち入射開口に比べて射出開
口が小さい内周面を反射面とした導波管型光学系を介し
た物体光と参照光生成手段からの参照光との干渉情報を
記録材料面上に形成し、該物体光生成手段からの物体光
に基づく画像情報を該記録材料に記録していること。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は３次元画像情報の記
録及び再生を行う画像記録装置及び画像再生装置に関
し、例えば画像情報が記録された記録材料としてホログ
ラムを用いて動的画像や静的画像の記録、再生を行う際
に好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ホログラフィ技術を用いて３
次元物体を記録、再生する為の方法が様々と提案されて
いる。最も一般的な方法として、３次元物体をレーザー
からのコヒーレント光で照明し、その拡散反射光（物体
光）と、別の方向からくるレーザー光からのコヒーレン
ト光（参照光）とを干渉させ、この干渉縞（ホログラム
干渉縞）を記録材料において記録してホログラムを形成
し、このホログラムに参照光と同一波長、同一波面の照
明光を入射させてもとの物体光と同一な波面（再生
光）、つまり物体像を再生する方法がある。

【０００３】この方法はホログラム干渉縞を形成する為
に高い空間周波数を解像する感光材料等が必要で、再生
像は静止した像に限定されていた。これに対してホログ
ラフィ技術を使用しながらも、３次元動画像の再生を可
能にする技術が、例えば特開昭６４−８４９９３号公報
や特開平６−１８６９０１号公報そして特開平６−２４
２７１５号公報等で提案されている。

【０００４】特開昭６４−８４９９３号公報では、図３
２に示すような液晶ドットマトリクス表示素子３３−１
を用いたリアルタイムのホログラム再生装置が開示され
ている。図中、マイクロプロセッサ３３−５及び映像制
御回路３３−４によって所望の立体像再生を可能にする
干渉縞パターンを生成し、ドライバ回路３３−２にて上
記干渉縞パターンを液晶ドットマトリクス素子３３−１
上に明暗のパターンとして描画する。これをレーザー発
光回路３３−３より発生するレーザー光にて照射し、観
察者は方向Ａから観察して立体像を観察している。更に
液晶ドットマトリクス素子３３−１上に描画する干渉縞
パターンを動的に変化させて立体動画像を得ている。

【０００５】特開平６−１８６９０１号公報や特開平６
−２４２７１５号公報では、図３３に示すような静止画
ホログラムを用いた３次元動画像表示装置が開示されて
いる。図中、３４−１はレーザー光源、３４−２は拡大
レンズ、３４−３はホログラム、３４−４はモーター、
３４−５は制御装置である。レーザー光源３４−１から
発せられたレーザー光はレンズ３４−２によって拡大さ
れた後、ホログラム３４−３の所定領域に参照光として
入射する。

【０００６】ホログラム３４−３は、図３４に示すよう
に、他の複数のホログラム３５−１〜３５−３と共に円
盤３５−０上に貼り付けられ、モーター３４−４によっ
て回転可能に構成されており、モーター３４−４の回転
によって各ホログラムに順次参照光が入射する構成とな
っている。

【０００７】各ホログラム３５−１，３５−２，３５−
３はそれぞれ３次元空間の異なる位置に点像３５−４，
３５−５，３５−６を再生するような露光が施されてい
る。ホログラムの個数を増やし、再生可能な点像数を増
やしていけば、３次元空間内の例えば中身の詰まった長
方形の箱等を再生できることになる。制御回路３４−５
には上記の複数の点像のうち、どれを発光させるかを示
す画像信号と、ホログラム円盤の回転角度信号が入力さ
れており、点像を発光すべきときにはレーザー光源３４
−１を点灯し、点像を発光すべきでないときにはレーザ
ー光源３４−１を点灯しないよう制御している。これら
一連の処理を人間の残像時間内に実行するようにして、
画像信号に応じた所望の物体を３次元表示している。ま
た残像時間毎に作成する像を移動させて動画像を得てい
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】図３２に示されている
ホログラム再生装置は、第１に干渉縞パターンを表示す
る空間変調素子の解像度が、従来の感光材料の解像度に
比べてかなり低く、再生光の回折角をあまり大きくでき
ない為に再生像の観察域が狭くなってしまうこと、第２
にリアルタイムのホログラム再生装置に使用されるよう
な、微細な干渉縞パターンを形成し得る空間変調素子の
有効面積は概してあまり大きくできない為に再生像のサ
イズが制限されてしまうこと、第３にリアルタイムのホ
ログラム再生装置に使用されるような、微細な干渉縞パ
ターンを形成し得る空間変調素子の回折光利用効率が概
して極めて低いこと、第４に空間変調素子上に表示する
干渉縞パターンの情報量が膨大で、干渉縞パターンを演
算・処理する系の処理能力が追いつかないこと、等の問
題点がある。

【０００９】又、図３３に示されている３次元動画像表
示装置は記録される個々のホログラム領域の有効面積に
対して、再生像の大きさと記録できる像の情報量とがト
レードオフになっている。つまり、有効面積が小さいと
再生像が小さいものに限定されてしまうし、有効面積が
大きいと記録できる情報量が少なくなってしまうという
問題点があった。

【００１０】本発明は画像情報を記録材料に記録する
際、及び記録材料に記録した画像情報を再生する際に、
適切に設定した導波管型光学系を利用することによって
比較的小さな面積の記録材料であっても広い観察域にお
いて高画質の立体画像（３次元画像）を観察することが
できる画像記録装置及び画像再生装置の提供を目的とす
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の画像記録装置
は、（１−１）コヒーレントな物体光を生成する物体光
生成手段に基づく物体光のうち入射開口に比べて射出開
口が小さい内周面を反射面とした導波管型光学系を介し
た物体光と参照光生成手段からの参照光との干渉情報を
記録材料面上に形成し、該物体光生成手段からの物体光
に基づく画像情報を該記録材料に記録していることを特
徴としている。

【００１２】特に、(1-1-1) 前記導波管型光学系は円錐
管又はラッパ管又は角笛管を有していること、(1-1-2)
前記導波管型光学系はレンズ群を有していること、(1-1
-3) 前記画像情報は３次元画像情報であること、等を特
徴としている。

【００１３】本発明の画像再生装置は、（２−１）物体
光と参照光との干渉を利用して画像情報を記録した記録
材料に照明手段から該参照光と同一波長、同一波面の照
明光を照射し、該記録材料から生成される再生光を入射
開口に比べて射出開口が大きい内周面を反射面とした導
波管型光学系に導光し、該導波管型光学系を介した光束
より該画像情報を再生していることを特徴としている。

【００１４】特に、(2-1-1) 前記記録材料を複数個、駆
動可能な基板上に設け、駆動手段により該基板を駆動さ
せて複数個の記録材料のうちの少なくとも１つの記録材
料が前記照明手段からの照明光で照射されるようにして
いること、(2-1-2) 前記基板の変位情報に供づいて制御
手段により前記照明手段から放射される照明光の強度変
調を行っていること、(2-1-3) 前記画像情報は３次元画
像情報であること、等を特徴としている。

【００１５】本発明の画像記録再生装置は、（３−１）
構成（１−１）の画像記録装置を用いて画像情報を記録
した記録材料を、構成（２−１）の画像再生装置に用い
て記録材料に記録している画像情報の再生を行っている
ことを特徴としている。

【００１６】

【発明の実施の形態】図１は本発明の実施形態１の要部
概略図である。図１（Ａ）は画像情報の記録時（ホログ
ラムの作成時）、図１（Ｂ）は画像情報の再生時（ホロ
グラムに記録した物体像の観察時）を示しいている。

【００１７】図１（Ａ）においては、物体光生成手段
（不図示）からの光束（コヒーレント光）で物体ＯＢを
照明している。このとき物体ＯＢからの物体光ＯＬを入
射部３ａの開口径に比べて射出部３ｂの開口径が小さい
導波管型光学系３を通して感光材料１に到達させてい
る。一方、参照光生成手段からの参照光ＲＬを感光材料
１に入射させている。そして物体光ＯＬと参照光ＲＬと
の干渉縞を感光材料１に記録してホログラムを作成して
いる。尚、４は物体光ＯＬに基づく波面を示している。

【００１８】図１（Ｂ）での２は図１（Ａ）の系で作成
したホログラムである。図１（Ｂ）の再生時にはもとの
参照光ＲＬと同一波長、同一波面（逆位相波面含む）の
照明光ＩＬをホログラム２に照射している。そしてホロ
グラム２から再生光ＳＬを記録時に使用した導波管型光
学系３を記録時とは逆に使用して、入射部３ａより拡大
して観察者側に導光し、このとき形成される波面により
物体ＯＢの再生像ＩＯを観察している。

【００１９】図２は従来より行なわれている３次元像等
の画像情報を記録材料１に記録してホログラムを作成す
る場合の概略図である。同図に示すように、従来のホロ
グラム作成では感光材料１に直接参照光ＲＬと物体光Ｏ
Ｌを記録してホログラムを作成している。

【００２０】そして記録材料１に記録したホログラム２
の像を再生するときは、ホログラム２にもとの参照光Ｒ
Ｌと同一波長、同一波面（逆位相波面含む）の照明光Ｉ
Ｌを照射して、再生光ＰＬを直接観察していた。この場
合、図３に示すように、ホログラム２からの像のうち観
察者の両眼に入るものは、それぞれの眼とホログラム２
との端とを結ぶ領域のものに限定されてしまう。更にそ
のうち両眼視差の認識も含めて立体視できる像の存在領
域は図中の斜線部に限定される。この為、再生する３次
元像の大きさを大きくしようとするならば、ホログラム
２の大きさを大きくしなければならなかった。

【００２１】これに対して本実施形態では、図１に示す
ように導波管型光学系（以下「光学系」ともいう。）３
を利用して、物体像を記録・再生しており、このとき再
生像ＩＯの大きさはホログラム２の大きさにはよらず、
光学系３の像側（観察者側）入射部３ａの径に依存して
いる。特に光学系の射出部（ホログラム側）３ｂの径が
入射部（観察者側）３ａの径より小さくなるようにして
ホログラム２の大きさを小さくしている。

【００２２】本実施形態では、ホログラム２と光学系３
とを組み合わせて像を記録・再生する場合、光学系３側
に収差があっても、該光学系３でその収差を含む波面を
ホログラムに記録し、それをもとの光学系３を通して再
生しているので像が無収差で再生できるという特徴があ
る。

【００２３】図１から明らかのように、ホログラムの記
録時に感光材料１に到達する物体光ＯＬは物体ＯＢの表
面にて反射・拡散した光ではなく、既に光学系３を通過
して光学的な波面変換を受けた波面４′を有している。
光学系３の収差や結像作用は上記波面変換の一種とし
て、波面４′に折り込まれており、それら全てを含んだ
形で波面４′の感光材料１上での振幅・位相情報が記録
時の参照光ＲＬとの干渉縞として記録している。ホログ
ラム２の照明光ＩＬは基本的に、記録時の参照光ＲＬと
同一波長、同一波面（逆位相波面含む）の照明光を用い
ている。

【００２４】このようにすると記録時の物体光を無収差
で再生する性質があるので、そのような条件下で再生さ
れたホログラム２は照明光を上記波面４′を有する光束
へと変換する。この光束を記録時と同じ位置に置かれた
光学系３中で逆進させて、記録時の光学的波面変換の逆
変換を行って、もとの物体ＯＢを再現する波面４を有す
る光束が発生するようにしている。

【００２５】上記の要領で、例えば点像を再生するホロ
グラムを複数個用意しておき、光路中で順次入れ替えれ
ば、時間的に前後して複数の点像の再生を行うことがで
きる。本発明においては、特に像再生用の光学系の射出
部（ホログラム側）３ｂの径を入射部（観察者側）３ａ
の径より小さくして、１個の像再生用ホログラムの面積
を小さくし、多数の像再生用のホログラムを高密度に集
積記録することを可能としている。この複数の像再生用
のホログラムを動的に高速に切り替えて、残像効果によ
り３次元空間内の多数の像の集合が同時再生されている
かのように見せている。

【００２６】特に、図４に示すように、各々の像を点像
４１とし、所定の３次元空間内にそれぞれ一定間隔で結
像する点像４１の集合の再生を行って、任意の３次元像
の再生を可能としている。

【００２７】図５は本実施形態１の複数のホログラムを
集積記録し、それぞれを切り替えて再生し、任意の３次
元像の再生を行う立体画像表示装置の構成ブロック図で
ある。このような装置は立体像情報制御部５１、パルス
ビーム形成部５２、ビーム変換部５３、像再生用光学系
５４の４つの部分に大別される。

【００２８】立体像情報制御部５１は位置情報信号をビ
ーム変換部５３より入力し、輝度情報信号をパルスビー
ム形成部５２に出力する。パルスビーム形成部５２は、
上記輝度情報信号に対応して高い周波数で強度の変調す
るパルス状の光ビームを形成し、ビーム変換部５３では
上記光ビームの位相を各パルスビーム毎に高速変調す
る。像再生用光学系５４は、こうして変換されたビーム
を３次元空間内の像として順次結像する。

【００２９】これによって、ビーム変換と強度変調の速
度が十分に速く、かつ同期をとることによって、像再生
用光学系５４の所定方向より観察する観察者が残像効果
により複数の像の集合体としての３次元的な像を観察す
ることができるようにしている。

【００３０】次に本発明の実施形態１の特徴について説
明する。

【００３１】本実施形態においては、ホログラム２の無
収差結像と集積記録の特徴を最大限に活用するため、像
再生用の光学系として像の記録時に物体光を効率よく記
録エリアに集光することのできる導波管型光学系３を使
用している。図６は本実施形態で用いている導波管型光
学系の一例である内周側面５ｃが反射面となっている円
錐管５を示している。円錐管５は金属やガラス、プラス
チック等で成型された円錐型の管で、内周側面５ｃは光
を反射する滑らかな反射面となっている。

【００３２】この為、図７に示すように、円錐管５の径
の大きい方の開口５ａより物体光ＯＬを入射させると、
光は図７に示すように円錐管５の内周側面５ｃで多重反
射しながら奥に進み、この円錐管５の径の小さい方の開
口５ｂより出射する。この径の小さい方の開口５ｂの近
傍に前記感光材料１を配置して参照光ＲＬとの干渉縞を
記録して、物体光ＯＬの情報を開口５ｂと同程度の小さ
い領域にホログラム２として記録している。

【００３３】円錐管５自体には結像作用はないが、前述
した原理の通り、上記ホログラムの再生時に円錐管５を
記録時と同じ位置に配置して、参照光ＲＬと同一波長、
同一波面（逆位相波面含む）の光でホログラム２を照明
して、この円錐管５を通してもとの物体の像を再生して
いる。

【００３４】尚、記録時に光学系とホログラムとの距離
が離れていると、ホログラム側の開口より射出する光が
広がって微少な面積にホログラムを記録するのが難しく
なるので、記録時の光学系とホログラムとの距離は可能
な限り近づけるのが望ましい。

【００３５】図８は本実施形態の導波管型光学系を用い
た像再生光学系の要部概略図である。立体像情報制御部
５１はコンピューター６で構成されている。コンピュー
ター６はビーム変換部５３より位置情報信号を得て、再
生できる像点の位置情報を求め、対応する輝度情報信号
をパルスビーム形成部５２に出力している。パルスビー
ム形成部５２は光源７、光ビーム透過率制御部８を有し
ている。結像性能を高くする為に、光源７には空間的コ
ヒーレンシーの高いものを使用している。例えば、ＬＥ
Ｄ、半導体レーザー等を用いている。

【００３６】本実施形態では、光源７は可視域の単色Ｌ
ＥＤの点光源を用い、光源からの光束を平行光束にコリ
メートして使用している。光ビーム透過率制御部８には
ＡＯＭ（音響光学素子）や、ＥＯ（エレクトロオプティ
カルデバイス）等の高周波光変調素子を用いてビームの
光路上に配置している。高周波光変調素子８はコンピュ
ーター６より出力される輝度情報信号に応じてビームの
透過率を制御している。

【００３７】但し、光源７自体が、例えば半導体レーザ
ー等のように高い周波数で強度変調可能なデバイスを用
いた場合は、上記輝度情報信号に応じて光源の発光強度
を直接制御できるため光ビーム透過率制御部８は必要な
い。

【００３８】パルスビーム形成部５２より射出する光ビ
ームはビーム変換部５３に入射する。ビーム変換部５３
は前記の要領で点像を再生するように記録されたホログ
ラムを、複数個並べて配置した円盤状のホログラムアレ
イプレート１０と、このホログラムアレイプレート１０
を高速かつ周期的に変位させるホログラムアレイプレー
ト変位手段９を有している。

【００３９】本実施形態では、このホログラムアレイプ
レート変位手段９としてモーターを用いて、ホログラム
アレイプレート１０の高速回転運動を可能にしている。

【００４０】図８の例においては多数の透過型ホログラ
ムが円周方向に沿ってｎ個配置されている（ここでは説
明をしやすくする為に各ホログラムにＨ(1),Ｈ(2),・・・・
Ｈ(n) という番号をつけて扱う。）。モーター９の変位
量はモーターの位置検出用エンコーダーにて検出して、
コンピューター６に送信している。これによってコンピ
ューター６においては、モーター９の変位量からホログ
ラムアレイプレート１０の変位量を導出している。そし
てホログラムアレイプレート１０上の任意のホログラム
Ｈ(k) （ｋは自然数、１≦ｋ≦ｎ）の中心が、前記パル
スビームの光軸上にくるタイミングを検出している。

【００４１】更に、コンピューター６は所望の点像を再
生するタイミングを正確に検出し、その点像の輝度を予
め与えられた３次元像情報より導出して、光ビーム透過
率制御部８又は光源７に輝度情報信号を送信して点像の
輝度を制御している。

【００４２】これにより、ホログラムＨ(k) の中心がパ
ルスビームの光軸上にくる瞬間のみ、パルスビームをホ
ログラムに入射させて点像を再生し、それ以外の場合は
パルスビームを発生させないようにして、不要光の発生
を防止している。

【００４３】又、像再生用の光学系３には前述した理由
により、記録時と全く同じ配置で入射側３ｂの径が入射
ビームと同程度に細く、射出側３ａの径が一般的なディ
スプレイの画面程度の大きさを持つ導波管型光学系を用
いている。

【００４４】尚、本実施形態においては、任意の３次元
像を再生する為に上記ホログラムの切換を高速に行い、
残像効果を発生させて、観察者が点像のフリッカーを感
知しないような工夫をしている。例えばホログラムアレ
イプレート１０が一周すると、ちょうど全点像が再生さ
れるようにホログラムを配置しておき、モーター９の回
転数を１秒間に２０〜３０回転以上に設定して、それに
対応した点像の輝度制御を行って、残像効果により観察
者は点像のフリッカーを感じなくなるようにしている。

【００４５】そしてコンピューター６は再生したい３次
元像の情報を点像の座標（ｘ，ｙ，ｚ）及び点像の輝度
Ｌ（ｘ，ｙ，ｚ）の集合として保有しており、これをリ
アルタイムに上記ホログラムアレイプレート１０の変位
量と照合しながら、前記輝度情報信号を送信してフリッ
カーのない任意の３次元像の再生を可能としている。

【００４６】尚、本実施例形態の立体画像表示装置の各
構成部品については、必要に応じて他の構成部品と交換
することで、より応用性・汎用性を高めることができ
る。以下にその例を示す。

【００４７】（ａ）ホログラムアレイプレート 本発明におけるホログラムアレイプレート１０の使用目
的は「複数の小面積ホログラムを集積して、搭載し、高
速にその位置を切り替える」ことにあるので、この目的
を満足していれば、次のような実施形態への変更も有効
である。

【００４８】（ａ１）ホログラムの形状 集積して搭載されるホログラムの形状は図８に示された
ような円形には限定されない。例えば有効面積を増やす
ために、図９に示すような扇形状のホログラム２ａとし
たり、多角形等の形状でも良い。

【００４９】（ａ２）ホログラムの種類 図８に示した例では透過型のホログラムを用いていた
が、反射型のホログラムを用いても何ら問題はない。
又、上記の例ではｏｎ−ａｘｉｓ型のホログラムを使用
していたが、ｏｎ−ａｘｉｓ型のホログラムが複製しに
くい場合や回折光の０次光が再生像と重畳しやすい場合
等には、図１０に示すように照明光の入射方向が、像再
生用の光学系３の光軸に対して傾いているｏｆｆ−ａｘ
ｉｓ型のホログラム２ｂを使用すれば良い。尚、このと
きはホログラムの記録に際しても照明光と同様に斜めに
入射する参照光を用いる。

【００５０】（ａ３）ホログラムアレイプレートの形状 要求される仕様によってホログラムアレイプレート自体
の形状を円盤以外のものへ置き換えても良い。例えば、
図１１に示すような長尺型のプレート１１に１次元的に
ホログラム２が並べられ、長手方向に沿って直線往復駆
動するリニアモーター１２に接続するようにしても良
い。また上記目的を満足するものであれば、プレート以
外のものにホログラムを並べる方法も適用可能である。
例えば図１２に示すようにテープ状のものにホログラム
２ｃを並べ、ローラー１３とモーター９で駆動する方法
が適用可能である。また図１３に示すようにドラム形状
の回転体Ｔ１の側面にホログラム２ｃを並べ、プレート
同様にモーター９にて駆動する方法も適用可能である。

【００５１】（ｂ）像再生用光学系（導波管型光学系） 本発明における像再生用光学系（導波管型光学系）の目
的はホログラム面積に比して大きな再生像を得ること、
そしてホログラム記録時の物体光を効率よく集めること
にある。この目的を達成するものであれば、側面反射円
錐管５以外の実施形態への変更も有効である。但し、上
記目的を達成する為には、次のような条件を満足してお
くのが良い。

【００５２】（ｂ１）物体（再生像）側の開口に比べて
ホログラム側の開口が小さくなっていること。

【００５３】（ｂ２）物体（再生像）側の開口より光学
系に入射した物体光のほとんどがホログラム側の開口に
到達すること。

【００５４】上記条件（ｂ１）は光学系の形状の問題で
あり、２つの開口のうち一方が大きく、もう一方が小さ
くなっている必要がある。上記条件（ｂ２）もまた、光
学系の形状に大きく左右される。

【００５５】次に本発明において有効と思われる像再生
用光学系の形状について説明する。

【００５６】（ｂ３）円錐形状光学系の改良 導波管型光学系は側面の多重反射を利用して光を微少領
域へと集光しているので、光学系の形状によっては光が
途中でもとの物体側に戻ってしまうことがある。例え
ば、図１４に示すように円錐型の側面反射体（内周面反
射体）１４を通して点光源１５からの光束を記録材料１
にホログラム記録するケースを考える。図１４の側面反
射体１４において回転対称軸１６に対する側面の勾配は
かなり大きいため、点光源１５より発せられた光線のう
ち、点Ａで反射したものは反射を繰り返すたびに反射面
に対する半射角θが大きくなっていき、反射点Ｂでの反
射角はほぼ直角、反射点Ｃにおいては直角を越えるの
で、もと来た方向に戻る光線となってしまう。このと
き、この光線は感光材料１に届かないので、点光源１５
の情報はホログラム記録されない。

【００５７】これに対し、図１５に示すように、より頂
角の小さい（全体形状として細長い）円錐型の側面反射
体１７を用いると、回転対称軸１６に対する側面の勾配
が小さいため、点光源１５より発せられた光線のうち点
Ａで反射したものも、多重反射によって感光材料１まで
到達する。これにより、点光源１５の情報がホログラム
記録される。

【００５８】また図１４からも分かるように物体光が側
面反射体１４の側面での反射を繰り返すたびに反射面に
対する反射角θが大きくなっていくので、光がもと来た
方向に戻らないようにする為には反射回数を減少させれ
ば良い。この為、図１６に示すように全体の長さを短
く、かつ回転対称軸１６に対する側面の勾配が小さい側
面反射体１４は感光材料１まで物体光が到達しやすい。
しかし、この形状の場合、ホログラム側の開口１４ｂが
大きくなり、ホログラム記録領域の面積が大きくなるの
で、ホログラムの集積効果がやや低下してくる傾向があ
る。

【００５９】以上のことから側面反射体１４の形状とし
ては、回転対称軸１６方の長さをＬＸ、入射側と射出側
の開口径を各々ＬＹ１、ＬＹ２としたとき、例えば ０．５＜ＬＹ１／ＬＸ＜１ ０．０１＜ＬＹ２／ＬＹ１＜０．１ 如く設定するのが良い。

【００６０】（ｂ４）ラッパ形状光学系 図１７に示すようなラッパ形状の側面反射体１８もま
た、導波管型光学系として適用可能である。ラッパ形状
の側面反射体１８はホログラム側の開口に近づくに従っ
て回転対称軸１６に対する側面の勾配が小さくなってい
る（図中、θ₁ ＞θ₂ ＞θ₃ ）。この為、前述の円錐形
状の側面反射体に比して入射光線の反射角の増加の割合
が小さく、光線がもと来た方向に戻りにくいので、物体
光を効率よく集光することができ、本発明の像再生用光
学系として有効である。

【００６１】また図１８に示すように物体（像）側の開
口付近１９ａでは円管形状、中程１９ｂでは円錐形状、
ホログラム側の開口付近１９ｃではラッパ形状となる複
合形状の側面反射体１９もまた、物体光の集光効率が高
く像再生用光学系として有効である。

【００６２】（ｂ５）角笛形状光学系 光を効率よく集光することを目的とした光学機器の一つ
に、図１９に示すようなＷｏｏｄの光トラップ２０があ
る（参考文献：鶴田匡夫著「光の鉛筆」）。これは各種
光学計測の際に、可能な限り暗い観測用バックグラウン
ドを生み出す為に考案されたもので、ガラス管の径を徐
々に小さくしながら横にひねって図１９のような角笛の
形状にし、外側に黒色塗料を塗ったものである。このよ
うな形状の管の入射面２０ａから入射した光は、もと来
た方向には極めて戻りにくく、ほとんどが先端の細い部
分２０ｃへと導かれる。図１９は、この光トラップの原
理を本発明の像再生用光学系に適用したものである。

【００６３】図２０は角笛形状の導波管型光学系２０を
像再生用光学系に用いた例を示している。図２０は図８
の円錐形の光学系３の代わりに図１９に示す形状の光学
系２０を用いた点が異なっており、その他の構成は同じ
である。この光学系の内側面または外側面は、反射膜が
形成されている。光トラップの先端の細い部分には小さ
な開口２０ｂが設けられ、その近傍にホログラムＨを配
置している。尚、この光学系２０の形状については、物
体光を効率よく集光するのに最適な形状を予めコンピュ
ータシミュレーション等によって求めている。

【００６４】又、図２０に示すような光学系２０を用い
た場合、図中のｙ軸方向の集光効果は大きいが、ｘ軸方
向の集光効果が少なくなる場合があるので、このときは
図２１に示すように螺旋状に曲がりくねった光学系２０
ｄを用いれば、いかなる方向から入射した光に対しても
集光効果を持つ構成にすることができる。

【００６５】（ｂ６）レンズ系との合成系 図２２は上記に述べたような様々な導波管型光学系と従
来からある光学系２１とを組み合わせて、集光効果を高
めた像再生用光学系の概略図である。図２２は円錐型の
側面反射体５と凸レンズ２１を組み合わせた像再生用光
学系を示している。凸レンズ２１は円錐型の側面反射体
５に入射する物体光の入射角αをより小さくする働きを
持つ。これにより入射光は、もと来た方向に戻りにくく
なる。もちろん集光効果の向上を達成する為に、円錘形
状以外の上記その他の導波管型光学系と従来光学系とを
用いた合成光学系を用いてもよい。

【００６６】次に本発明の実施形態２について説明す
る。本実施形態は、光源として赤色（Ｒ）、緑色
（Ｇ）、青色（Ｂ）の所謂ＲＧＢの３色を用い、再生像
のフルカラー化を達成している点にある。次にフルカラ
ー化の具体的な方法を示す。

【００６７】第１の方法は、図２３に示すようにＲＧＢ
各色のビームを３列に並んだホログラムＨＲ，ＨＧ，Ｈ
Ｂにそれぞれ独立に入射させる方法である。このときホ
ログラムアレイプレート１０上のホログラムＨＲ，Ｈ
Ｇ，ＨＢの配置は図２４に示すようになる。

【００６８】またホログラムの多重記録性を利用して、
図２５に示すように１つのホログラム領域Ｈに３本のビ
ームが異なる方向から同時入射する構成にし、各々の波
長のビームが所望の波面に変換されるようにする方法も
適用可能である。

【００６９】更に、図２６に示すように各色のビームが
個々のホログラムＨＲ，ＨＧ，ＨＢで変換された後のビ
ームをダイクロイックミラー２２で合成するという方法
も適用可能である。

【００７０】次に本発明の実施形態３について説明す
る。本実施形態の特徴は、記録・再生可能な像の個数を
増加させる点にある。記録・再生可能な像の個数を増加
させる第１の方法は、ホログラムをより効率よく集積化
して、ホログラム個数を増加させる方法である。

【００７１】図２７はその具体的な方法を図示したもの
である。本方法の特徴は図２８に示すように、ホログラ
ムアレイＨ(1) 〜Ｈ(n) がＣＤ−ＲＯＭのピットのよう
に螺旋状にホログラムが配置されている点にある。そし
て、このホログラムアレイプレート１０を用いてビーム
変換を行う為に、入射ビームを所望の位置に導き、射出
ビームを像再生用光学系に導いている。

【００７２】これによって図中に示したように、トラッ
キング用ミラー２３をホログラムアレイプレート１０の
入射側と射出側の両方に設け、必要に応じてビームを導
いている。トラッキング用ミラー２３はガルバノミラー
によって構成されており、その変位情報はコンピュータ
ー６に送信され、点像の輝度情報信号の導出に寄与して
いる。

【００７３】また像再生用光学系３より射出した光は一
気に拡がりやすい光束となる為、図２９に示すような導
波管型トラッキングパイプ２４を、像再生用光学系３と
感光材料との間で動作させながらホログラムを記録、再
生時も同様にしてビームのトラッキングを行う方法が有
効である。

【００７４】記録・再生可能な像の個数を増加させる第
２の方法は、ホログラムによるビームの走査を、図３０
に示すように、再生用光学系３の光軸１６と光軸に垂直
な直線とで張られる１つの平面内の２次元走査に限定
し、これに光軸を中心とする回転走査を光学的に施して
３次元情報の表現を可能にする方法がある。つまり、こ
の方法で表現される３次元像は円柱座標系で表される位
置情報と輝度情報を有するものとなる。

【００７５】図３１はこの方法を具体的に実施した概略
図である。基本的な構成は前述の実施形態と変わりない
が、ホログラムＨの射出側にイメージローテーター２５
が挿入され、像再生用光学系３及びホログラムＨの光軸
を軸にして、ローラー２６及びベルト２７を介してモー
ター９で回転する点が異なっている。イメージローテー
ター２５は光学系中に挿入して、像の結像位置を光軸中
心に回転移動させるデバイスである。イメージローテー
ター２５の変位量はモーター９に取り付けられたエンコ
ーダーで検出され、コンピューター６に送られる。イメ
ージローテーター２５は、１つのホログラムが光軸上に
ある間に１回転し、ホログラムアレイプレート１０が１
回転すると、前記の円柱空間内の点像群の再生が全て可
能となる方法か、或いはホログラムアレイプレート１０
が１回転する間に微小な角度だけ回転し、これを１回転
分繰り返せば前記の円柱空間内の点像群の再生が全て可
能となる方法の、何れかの駆動方法をとることができ
る。

【００７６】いずれにしても、イメージローテーター２
５の駆動は、ホログラムアレイプレート１０又はそれに
準ずるビーム変換手段の駆動と同期して行っている。こ
の方法では像再生用光学系及びホログラム形状を回転対
称としている。

【００７７】ビーム変換部５３をホログラム干渉縞を電
気的に発生・制御できる空間光変調器（ＳＬＭ）で置き
換えて本装置を構成することもできる。図３２は空間光
変調器（ＳＬＭ）をビーム変換部として用いた例を示し
ている。このような構成にした場合の本装置のブロック
図は図５に示したものとは異なり、図３３のようにな
る。

【００７８】図３２，図３３において、立体像情報制御
部５１は、再生する点像の位置情報を自ら選択に切り替
え、その情報に応じてパルスビーム形成部５２に輝度情
報信号を、ビーム変換部５３にはホログラム干渉縞情報
信号を送る。パルスビーム形成部５２では前述したよう
なビーム生成の制御を行い、ビーム変換部５３では情報
信号に応じてＳＬＭ上にホログラム干渉縞を発生させ
る。ＳＬＭに入射したパルスビームはホログラム干渉縞
により波面変換を受け、側面反射円錐管５内を多重反射
したのち、所望の点像となって結像する。ＳＬＭ上に発
生させるべきホログラム干渉縞の情報は、再生する点像
の位置情報と照明用のパルスビームの情報とからあらか
じめ計算で求めておくことができる。再生する点像の位
置が切り替われば、ＳＬＭ上のホログラム干渉縞も切り
替わるよう制御し、これを高速に行い最終的に点像の集
合体として所望の３次元像を得ることができる。

【００７９】

【発明の効果】本発明によれば以上のように、画像情報
を記録材料に記録する際、及び記録材料に記録した画像
情報を再生する際に、適切に設定した導波管型光学系を
利用することによって比較的小さな面積の記録材料であ
っても広い観察域において高画質の立体画像（３次元画
像）を観察することができる画像記録装置及び画像再生
装置を達成することができる。

【００８０】特に本発明によれば、ホログラムの記録・
再生を導波管型光学系と他の光学系を組み合わせた状態
で行い、再生できる像の大きさに比してホログラムのサ
イズを小さく抑えることができること、ホログラムを導
波管型光学系を利用して集積化して記録しておき、それ
ぞれを切り替えて再生して任意の３次元像の再生が可能
になること、ホログラムの記録・再生時に導波管型光学
系を用いて光多重反射させながら所定方向へ導くことに
よって光を効率良く用いることができること等の効果が
得られる画像記録装置及び画像再生装置を達成すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施形態１の要部概略図

【図２】 ホログラムの記録、再生の説明図

【図３】 ホログラムの観察範囲の説明図

【図４】 図１の一部分の説明図

【図５】 本発明の実施形態１の要部ブロック図

【図６】 図１の一部分の説明図

【図７】 図１の一部分の説明図

【図８】 本発明の実施形態１の画像再生装置の要部概
略図

【図９】 本発明の実施形態１の一部分の他の実施形態
の説明図

【図１０】 本発明の実施形態１の一部分の他の実施形
態の説明図

【図１１】 本発明の実施形態１の一部分の他の実施形
態の説明図

【図１２】 本発明の実施形態１の一部分の他の実施形
態の説明図

【図１３】 本発明の実施形態１の一部分の他の実施形
態の説明図

【図１４】 本発明に係る導波管型光学系の説明図

【図１５】 本発明に係る導波管型光学系の説明図

【図１６】 本発明に係る導波管型光学系の説明図

【図１７】 本発明に係る導波管型光学系の説明図

【図１８】 本発明に係る導波管型光学系の説明図

【図１９】 光トラップの説明図

【図２０】 本発明の実施形態１の一部分を変更したと
きの要部概略図

【図２１】 本発明に係る導波管型光学系の説明図

【図２２】 本発明に係る導波管型光学系の説明図

【図２３】 本発明の実施形態２の要部概略図

【図２４】 図２３の一部分の説明図

【図２５】 本発明の実施形態２の一部分を変更したと
きの要部概略図

【図２６】 本発明の実施形態２の一部分を変更したと
きの要部概略図

【図２７】 本発明の実施形態３の要部概略図

【図２８】 図２７の一部分の説明図

【図２９】 本発明の実施形態３の一部分を変更したと
きの要部概略図

【図３０】 本発明の実施形態３の一部分を変更したと
きの要部概略図

【図３１】 本発明の実施形態３の一部分を変更したと
きの要部概略図

【図３２】 本発明の実施形態４の要部概略図

【図３３】 本発明の実施形態４の要部ブロック図

【図３４】 従来のホログラム再生装置の要部概略図

【図３５】 従来の３次元動画表示装置の要部概略図

【図３６】 図３３の一部分の説明図 １ 記録材料 ２ ホログラム ３ 導波管型光学系 ４ 波面 ５ 側面反射円錐管 ６ コンピューター ７ 光源 ８ 光ビーム透過率制御部 ９ ホログラムアレイプレート変位手段 １０ ホログラムアレイプレート １４，１７ 円錐体 １５ 点光源 １６ 光軸 Ｈ ホログラム

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 コヒーレントな物体光を生成する物体光
   生成手段に基づく物体光のうち入射開口に比べて射出開
   口が小さい内周面を反射面とした導波管型光学系を介し
   た物体光と参照光生成手段からの参照光との干渉情報を
   記録材料面上に形成し、該物体光生成手段からの物体光
   に基づく画像情報を該記録材料に記録していることを特
   徴とする画像記録装置。
2. 【請求項２】 前記導波管型光学系は円錐管又はラッパ
   管又は角笛管を有していることを特徴とする請求項１の
   画像記録装置。
3. 【請求項３】 前記導波管型光学系はレンズ群を有して
   いることを特徴とする請求項１又は２の画像記録装置。
4. 【請求項４】 前記画像情報は３次元画像情報であるこ
   とを特徴とする請求項１，２又は３の画像記録装置。
5. 【請求項５】 物体光と参照光との干渉を利用して画像
   情報を記録した記録材料に照明手段から該参照光と同一
   波長、同一波面の照明光を照射し、該記録材料から生成
   される再生光を入射開口に比べて射出開口が大きい内周
   面を反射面とした導波管型光学系に導光し、該導波管型
   光学系を介した光束より該画像情報を再生していること
   を特徴とする画像再生装置。
6. 【請求項６】 前記記録材料を複数個、駆動可能な基板
   上に設け、駆動手段により該基板を駆動させて複数個の
   記録材料のうちの少なくとも１つの記録材料が前記照明
   手段からの照明光で照射されるようにしていることを特
   徴とする請求項５の画像再生装置。
7. 【請求項７】 前記基板の変位情報に供づいて制御手段
   により前記照明手段から放射される照明光の強度変調を
   行っていることを特徴とする請求項６の画像再生装置。
8. 【請求項８】 前記画像情報は３次元画像情報であるこ
   とを特徴とする請求項５，６又は７の画像再生装置。
9. 【請求項９】 請求項１から４のいずれか１項記載の画
   像記録装置を用いて画像情報を記録した記録材料を請求
   項５から８のいずれか１項記載の画像再生装置に用いて
   該記録材料に記録している画像情報の再生を行っている
   ことを特徴とする画像記録再生装置。