フルカラー、プルパララックスホログラフィックステレオグラムを１ステップで記録するための方法及び装置
【課題】フルカラーホログラフィックステレオグラムをプリント可能で、複数の基本ホログラムを同時に露光でき、異なる基本ホログラムサイズでプリントし得るようにホログラムプリンタを迅速且つ容易に調節し得るようなフレキシビリティを有するホログラムプリンタを提供する。
【解決手段】参照ビームにより、ホログラフィック記録媒体を様々な角度から露光し得るような参照ビーム操向システムを用いた１ステップフルカラーフルパララックスホログラフィックステレオグラムプリント装置及び方法を提供する。ホログラフィックステレオグラムの解像度を制御するために、ホログラフィック記録媒体に密接して物体ビームの光路上に配置されたボクセル制御レンズを用い得る。相互に交換可能な帯域制限ディフューザ及び参照ビームマスキングプレートをも用い得る。
【解決手段】参照ビームにより、ホログラフィック記録媒体を様々な角度から露光し得るような参照ビーム操向システムを用いた１ステップフルカラーフルパララックスホログラフィックステレオグラムプリント装置及び方法を提供する。ホログラフィックステレオグラムの解像度を制御するために、ホログラフィック記録媒体に密接して物体ビームの光路上に配置されたボクセル制御レンズを用い得る。相互に交換可能な帯域制限ディフューザ及び参照ビームマスキングプレートをも用い得る。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はホログラフィーに関し、特に三次元コンピュータモデルのコンピュータによりレンダリングされたイメージ或いはコンピュータにより処理されたイメージを用いることにより可変サイズでしかも可変解像度のホログラフィックステレオグラム及びホログラフィック光学要素を生成しプリントするための方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ホログラフィックステレオグラムは、対象の２次元情景のセットから合成或いは組み合わされたホログラムの一形式である。ホログラフィックステレオグラムは、密に配置された離散的な斜視図からなる２次元要素情景からしっかりした３次元対象の実物に見える虚像を形成することができる。更に、２次元要素情景が適切に生成された場合には、ホログラフィックステレオグラムは、動画の虚像をも生成することができる。ホログラフィックステレオグラムはこのような特別な効果を生み出し得るものであるが、ホログラフィックステレオグラムをプリントするための方法及び技術についての限界のために、ホログラフィックステレオグラムの生成は一般に高価、困難且つ多大な時間を有するものであった。
ホログラフィックステレオグラムを生成するための多数のステップを１つの光学プリントステップに減少させるための手法が開発されている。１ステップ技術は通常、対象のコンピュータにより処理されたイメージ又は対象のコンピュータモデルを用いて、ホログラムを、基本ホログラム或いはホーゲルと呼ばれる複数の互いに隣接する小さな基本要素から形成する。この１ステップ技術は、予備的なホログラムを生成する必要を解消する。
【０００３】
ホログラフィックステレオグラムを生成するための多数のステップを１つの光学プリントステップに減少させるための手法が開発されている。１ステップ技術は通常、対象のコンピュータにより処理されたイメージ又は対象のコンピュータモデルを用いて、ホログラムを、基本ホログラム或いはホーゲルと呼ばれる複数の互いに隣接する小さな基本要素から形成する。この１ステップ技術は、予備的なホログラムを生成する必要を解消する。
【０００４】
伝統的な１ステップ技術を用いてフルパララックスホログラフィックステレオグラムを生成するためには、対象或いは情景の３次元コンピュータモデルが生成される。対象或いは情景の３次元的コンピュータモデルを生成しそれを操作するために用いることのできる多数のコンピュータグラフィックモデリングプログラム、レンダリングプログラム、動画プログラム、３次元デジタル化システム或いは複数のプログラム或いはシステムの組合せが知られている。このようなプログラム或いはシステムの例は、限定的ではないが、コンピュータ支援設計（ＣＡＤ）プログラム、科学的可視化プログラム或いは仮想現実プログラムなどがある。
【０００５】
更に、１ステップ技術を用いてホログラフィックステレオグラムを生成するためには、対象或いは情景に対するホログラム面及び個々の基本ホログラムの位置を決定する必要がある。更に、基本ホログラムのための適切なコンピュータグラフィックカメラの詳細及び空間的光変調器（ＳＬＭ）即ち２次元イメージを表示し得る装置のサイズ及び位置を決定する必要がある。
【０００６】
上記した初期パラメータの全てが決定されると、各基本ホログラムについてＳＬＭ上の２次元的投射を、生成された対象或いは情景のコンピュータグラフィックモデル、基本ホログラムの位置及び基本ホログラムについてのコンピュータグラフィックカメラの詳細に基づいて計算される。各基本ホログラムについてのＳＬＭ上の２次元投射は、様々なコンピュータグラフィック手法を用いてレンダリングすることができる。３次元的対象から２次元的視野を生成し、色及び陰影の変化のような特性をコンピュータグラフィックモデルに付加するプロセスはしばしばレンダリングと呼ばれる。このようなレンダリングのための様々な方法が知られている。１つの方法は、コンピュータモデルに於いてサンプルされた光線を正確に模擬することによりイメージを計算する光線追跡と呼ばれる方法である。もう１つの方法は、一時に１ラスター即ち１ライン毎にイメージを計算する走査線変換と呼ばれるものである。通常走査線レンダリングは、光線追跡ほどのリアルな結果を生み出さない。しかしながら、走査線レンダリングは高速であることから動画パッケージに於いてしばしば用いられる。コンピュータグラフィックスを用いて、１ステップ、フルパララックスホログラフィックステレオグラムのためにイメージをレンダリングするもう１つの方法がHalleらの記事に記載されている。Halle, M. and Kropp, A, " Fast Computer Graphics Rendering for Full Parallax Spatial Displays ", Proc. Soc. Photo-Opt. Instrum. Eng.（SPIE）, 3011:105-112 (February 10-11, 1997)（非特許文献１）は、引用により本明細書の一部とする。
【０００７】
ホログラフィックステレオグラムは、多ステップ或いは１ステップ手法により生成された時、再構成されたイメージは、幾何学的なイメージの歪みを有する場合がある。このような幾何学的なイメージの歪みは、大型の掲示板サイズのホログラフィックディスプレイや、アルコーブ或いは部分円筒形等の他の幾何学的形状を伴うホログラフィックディスプレイに於いて極めて顕著に現れる。マルチプレックスホログラムに於ける幾何学的イメージの歪みを正すために他ステップ手法に組み込まれた１つの解決法が、オカダの記事に記載されている。Okada, K.ら, "A Method of Distortion Compensation of Multiplex Holograms", Optics Communications, vol. 48, no. 3, pp. 167-170 (December 1, 1983)（非特許文献２）は、引用により本明細書の一部とする。歪みを正すためのオカダの記事に於いて議論されている手法は、出来上がったホログラムの単一の或いは個々の視点の幾何学的及び時間的歪みを是正する方法からなる。これは、イメージの取得の後に行われる処理後方法であることから、１ステップホログラフィックステレオグラムをなす動画コンピュータグラフィックスを生成する場合に採用すると非効率的であるという問題がある。オカダの方法は、水平パララックスのみの透過型ホログラムを提供するのみである。
【０００８】
完成したホログラフィックディスプレイに於ける歪みを減少させるための予め歪みを与えるような１ステップホログラフィックステレオグラムのための手法が開発されている。このような予め歪みを与えるような手法はBelleらの記事に記載されている。Belle, H. ら, "The Ultragram：A Generalized Holographic Stereogram", Proc. Soc. Photo-Opt. Instrum. Eng. (SPIE), vol. 1461, Practical Holography V, p. 142 (February 1991)（非特許文献３）は、引用により本明細書の一部とする。広く採用されているにも関わらず、フルパララックスホログラフィックステレオグラムを生成するための１ステップ法のための典型的な予め歪みを与える形式の手法は、コンピュータの処理速度及び伝統的な１ステップ法により得られる像の解像度の点で極めて限定されたものに留まっている。更に、予め歪みを与えるための、１ステップフルパララックスホログラフィックステレオグラムのための手法は、包括的であって、動画を伴う１ステップフルパララックスホログラフィックステレオグラムを生成することができない。
【０００９】
１ステップでモノクロのホログラフィックステレオグラムをプリントするための装置が開発されている。このような従来技術に基づくプリンタは、通常、図１に示されるように、モノクロコヒーレント光源１と、レンズ４２と、ミラー４０と、光学系８０と、シャッター１０と、フィルムを変位させるための機構６９と、通常フィルムからなるホログラフィック記録媒体７０と、露光シーケンスのためのタイミングを制御するパーソナルコンピュータ８５と、イメージの計算のための別個の高速コンピュータ８７とを含む。図１に示された従来技術に基づくプリンタは、ヤマグチの２つの記事に記載されている。Yamaguchi, M. ら, "Development of a Prototype Full-Parallax Holoprinter", Proc. Soc. Photo-Opt Instrum. Eng. (SPIE), vol. 2406, Practical Holography IX, pp. 50-56 (February 1995)（非特許文献４）、及び Yamaguchi, M.ら, "High-Quality Recording of a Full-Parallax Holographic Stereogram with a Digital Diffuser", Optical Letters, vol. 19, no. 2, pp. 135-137 (January 20, 1994)（非特許文献５）は、引用により本明細書の一部とする。図１に示された従来技術に基づくプリンタは、モノクロのホログラフィックステレオグラムを生成することができるが、フルカラーのホログラフィックステレオグラムを生成することはできない。
【００１０】
図１に示されたもののように、典型的な従来技術に基づくホログラムプリンタは、通常防振テーブル８０により支持されている。更に、図１に示された従来技術に基づくプリンタは、コリメートし得るコヒーレントな光ビーム５を発生するための光源としてＨｅＮｅレーザを用いる。シャッター１０が光源１の出力に配置されている。ビームスプリッタ１５は、光源１からの光５を、物体ビーム２０及び参照ビーム２５に分割する。物体ビーム２０及び参照ビーム２５の変更特性は、１対のハーフウェーブプレート３０及び１対のプラライザ３５により調整される。ハーフウェーブプレート３０及びポラライザ３５は、両ビームの比率も制御する。従来技術に基づくプリンタは、幾つかのミラー４０をも用いる。加えるに、従来技術に基づくプリンタは、光源１からの物体ビーム２０を、図１に示された光学系８９に向けて分配するための拡大レンズ４２のシステムを用いる。図１に示された従来技術に基づくプリンタの光学系８９は、帯域制限ディフューザ４５と、液晶パネル（ＬＣＤパネル）５０と、収束レンズ５５とを含む。帯域制限ディフューザは、光を特定のパターン或いは方向に拡散するべく設計された画定論的理想パターンを有するディフューザである。
【００１１】
図１に示された帯域制限ディフューザ４５は、用いられているモノクロ光源即ちＨｅＮｅレーザに適合するべく設計されている。図１の従来技術に基づくプリンタに用いられているＬＣＤパネル５０は、ツイステッドネマチック液晶を用いたグレースケールの電気的に制御されるパネルをなす。ＬＣＤパネル５０は、アナログビデオ信号として高速コンピュータ８７により計算されたイメージデータを受ける。図１に示された収束レンズ５５は、ＬＣＤパネル５０からのイメージをホログラフィック記録媒体７０にフォーカスする。収束レンズ５５は一般に、広い視野角を提供するように低いＦナンバーを有する。光軸に沿って球面収差を是正する必要があることから、ヤマグチは球面収差を減少させるために３つのレンズからなる収束レンズ５５を用いて、約０．８のＦナンバーを達成している。
【００１２】
露光されるべきでない基本ホログラム１１０の部分をなさないホログラフィック記録媒体７０の部分の露光を防止するために、図１に示された従来技術のプリンタは、ホログラフィック記録媒体７０に近接して、基本ホログラム１１０のサイズの開口を備えた物体ビームマスキングプレート６０を用い、物体ビーム２０が、ホログラフィック記録媒体７０の他の部分を露光しないようにしている。
【００１３】
図１に示された帯域制限ディフューザ４５は、ホログラフィック記録媒体７０上の基本ホログラムに対して、物体ビーム２０の分布を均一化する。物体ビームが基本ホログラムの領域上にのみフォーカスされるように帯域制限ディフューザ４５が設計されていれば、基本ホログラム外の領域が露光するのを防止するために物体ビームマスキングプレート６０を用いる必要がなくなる。しかしながら、このような帯域制限ディフューザと共に用いる場合には、物体ビームマスキングプレート６０は、基本ホログラム１１０よりも大きな開口を有するものであってよい。物体ビーム２０によって基本ホログラム１１０が均一に照明されるような物体ビーム２０及び帯域制限ディフューザ４５は、それにマッチするように、基本ホログラム１１０のサイズの開口を備えた参照ビームマスキングプレート６５を必要とする。物体ビーム２０、帯域制限ディフューザ４５及び参照ビームマスキングプレート６５を所望の基本ホログラムのサイズに適合させる必要があることから、ホログラムプリンタにより露光される基本ホログラムのサイズを変更することは困難であった。このようなフレキシビリティの欠如のため、従来技術に基づくプリンタは、異なるサイズの基本ホログラムを有するホログラムを容易にプリントすることができず、単一の固定サイズの基本ホログラムを有するホログラムをプリントすることにその用途が限定されていた。
【００１４】
図２〜４は、図１に示された光学系８９と同様に機能する光学系の別の従来技術を示している。
【００１５】
図２〜４に於いて、物体ビーム２０が、その表面にサンプルイメージ点１００を有するＳＬＭ９０を介して向けられている。物体ビーム２０は、ＳＬＭ表面に対して直交しても、或いは直交方向に対してオフセットしていてもよい。ＳＬＭ９０はピクセル９５のアレイを有するものであってよい。ＬＣＤパネル、映画フィルム及びトランスペーレンシーがＳＬＭ９０として用いられている。
【００１６】
図２に於いて、物体ビームは、研磨ガラスの一部分のような光を散乱させる単純なディフューザ１０５を介して向けられている。単純なディフューザ１０５が用いられた場合、基本ホログラム１１０外の露光されるべきでないホログラフィック記録媒体７０の領域が露光するのを防止するために物体ビームマスキングプレート６０を用いなければならない。
【００１７】
図３に於いて、物体ビーム２０は、ホログラフィック光学要素（ＨＯＥ）１１５を介して向けられている。ＨＯＥは、光源から発生した光の向きを或る容量を以て変更するべく特別に設定されたものである。例えば、ＨＯＥを、光を単一の点に収束させるためのレンズとして機能するように設計することができる。別の例としては、ＨＯＥを、一点ではなく１つの領域上に光を収束させるレンズと組み合わされた帯域制限ディフューザとして機能するように設計することもできる。図３に示されたＨＯＥ１１５は、基本ホログラム１１０のサイズ及び寸法の領域を均等に露光するべく設計されている。このようなＨＯＥが用いられた場合、図２に示された物体ビームマスキングプレート６０を全く用いる必要がないか、或いは用いた場合でも露光されるべき基本ホログラム１１０のサイズよりも大きな開口を有するものであってよい。
【００１８】
図４に於いては、物体ビーム２０は、帯域制限デジタルディフューザからなるものであってよい帯域制限ディフューザ４５及び収束レンズ５５を介して向けられている。図４に示された帯域制限ディフューザ４５は、物体ビーム２０を、基本ホログラム１１０の領域上に収束させるべく設計されている。このように、図１に示された物体ビームマスキングプレート６０は、全く使用する必要がないか、或いは使用した場合でも露光されるべき基本ホログラム１１０のサイズよりも大きな開口を有するものであってよい。
【００１９】
図２〜４に於いて、サンプルイメージ点１００は、各ホログラフィック記録媒体７０上の基本ホログラム１１０に記録されたＳＬＭ９０のイメージ点である。物体ビーム２０と参照ビーム２５との相互作用によって形成される干渉パターンが、ホログラフィック記録媒体７０上の基本ホログラム１１０に記録されるように参照ビーム２５が基本ホログラム１１０に向けられる。
【００２０】
基本ホログラムの２次元アレイを露光するために、図１の従来技術のプリンタは、パルス制御モータ７１を含むホログラフィックフィルム６９を変位させるための機構を用いている。通常、従来技術のプリンタに於けるホログラフィック記録媒体７０はホログラフィックフィルムからなる。フィルムは、物体ビームマスキングプレート６０と参照ビームマスキングプレート６５との間に保持される。両マスキングプレート６０、６５は、露光されるべき基本ホログラム１１０のサイズを有する開口を有する。両マスキングプレート６０、６５は、ソレノイド７２により駆動される。パルス制御モータ７１はフィルムを２方向に変位させる。
【００２１】
図１に示された従来技術に基づくシステムに於いては、露光シーケンスのタイミングがパソコンにより制御される。このように、ソレノイド７２、パルス制御モータ７１及びシャッター１１０は、パソコン８５により制御される。それに対して、露光されるべきイメージは、高速コンピュータ８７によってオフラインで計算される。イメージ計算は、アナログビデオ信号によりＬＣＤパネル５０に転送される。
【００２２】
ホログラフィックステレオグラムを再構成するために、照明光源を適切な角度を以て配置しなければならない。照明光源が適切に配置されないと、ホログラフィックステレオグラムが再構成されなかったり、拡大歪み等のような歪みが発生する。ホログラフィック技術及び機器の進歩にも関わらず、１ステップホログラフィックステレオグラムのディスプレイ照明幾何学的構成が依然として問題となる。ディスプレイ照明幾何学的構成即ちホログラフィックステレオグラムに対する照明光源の配置は、ホログラフィックステレオグラムの基本ホログラムのそれぞれを露光する参照ビームの角度の累積的な影響に依存する。例えば、ホログラフィックステレオグラム上の基本ホログラムの全てがコリメートされた参照ビームにより露光される角度が一定であって、ホログラフィックステレオグラムの面が平坦であったとすると、ホログラムが拡大歪み等のような歪みを伴わずに適切に再構成されるためには、ホログラフィックステレオグラムは、基本ホログラムのそれぞれを適切な角度を以て照明するコリメートされた照明光源を必要とする。
【００２３】
しかも、実用上、点光源のような拡散光源を用いて照明されることが意図されるような反射型のホログラフィックステレオグラムを生成することが一般的に行われている。しかしながら、点光源を用いて、しかも極力歪みを伴わずに再構成できるように参照ビームの角度が自動的且つフレキシブルに変更し得るようなプリンタを設計する際の困難を、従来技術は克服していない。
【００２４】
また、ホログラフィックイメージの解像度即ち基本ホログラム密度を制御することが依然として困難である。ホログラフィックイメージの鮮明度は、イメージの解像度及びぼやけの度合に依存する。ぼやけは、長い蛍光灯などのような大きな光源によりホログラムを照明したような場合に引き起こされる。また、光源のスペクトラル範囲が大きいことによってもぼやけが引き起こされる。顕微鏡対物レンズ等により引き延ばされたレーザ光源等のような小型且つモノクロの光源即ち小型の廉価な色消しハイパワーレンズを用いた場合にはぼやけが抑制され、ホログラフィックイメージの鮮明度は、ホログラムのイメージ解像度に主に依存する。
【００２５】
３次元イメージのイメージ解像度は、イメージボリュームに於ける個々に識別可能なイメージ点の体積密度として定義される。フルパララックス及び水平パララックスホログラムを含む１ステップホログラフィックステレオグラムについて、この解像度は、イメージボリューム全体に渡って通常一定ではない。奥行きの小さい小さなイメージについて、奥行きについてのイメージ解像度の変動は殆ど目立たない。しかしながら、奥行きの大きなホログラフィックステレオグラムについては、奥行きについてのイメージ解像度の変化は極めて顕著となる。
【００２６】
図５に示されるように、基本ホログラム１１０を露光した参照ビーム２５を発生するために用いたのと同様な光源からなる照明光源１３０からの光が適切な共役角を以て基本ホログラム１１０を照明した場合、図２〜４に示されたサンプルイメージ点１００の再構成１２５は、ＳＬＭのイメージの再構成１２０に関して、記録時に基本ホログラム１１０に対して現れたのと同様に基本ホログラム１１０に対して同一の見掛け上の距離及び位置を占めるように形成される。
【００２７】
図６は、ホログラフィック記録媒体７０上の互いに隣接する基本ホログラム１１０間の境界線から、ＳＬＭの再構成されたイメージ１２０の互いに隣接する再構成されたピクセル１３５間の境界を通過するように引かれた線を示している。少なくとも２つの基本ホログラムの境界から引かれた線の間の領域は、個別にアドレス可能なボリューム要素即ちボクセル１４０を表している。ボクセル１４０は、任意の３次元的対象或いは情景を表す要素ユニットである。図６に示されるように、基本ホログラム１１０がＳＬＭピクセルよりも大きいと仮定すると、ボクセル１４０のサイズは、ＳＬＭ１２０の再構成されたイメージの面からの距離に応じて増大する。ボクセル１４０のサイズが、３次元的対象又は情景の所望のディテールのサイズに比較して粗過ぎる場合には、複製されたイメージは劣悪若しくは識別不能なものとなる。対象又は情景の３次元的イメージが、広い範囲の奥行きにわたって延在する場合には、ボクセルのサイズの変化は、イメージの質を悪化させることから極めて好ましくないものとなる。
【００２８】
このように、従来技術に基づくホログラムプリンタは、商業的な目的には実用に耐えないような限界を有する。特に、これらの従来技術に基づくプリンタの欠点としては、フルカラーホログラフィックステレオグラムをプリントできない、複数の基本ホログラムを同時に露光できない、異なる基本ホログラムサイズを以てプリントし得るようにホログラムプリンタを迅速且つ容易に調節し得るようなフレキシビリティに欠ける、ホログラフィック記録媒体に対する参照ビームの入射角を容易に変更し得るようなフレキシビリティに欠ける、ホログラムの解像度を制御する能力に欠ける、見る位置によって変化するイメージや動画を表示するようなコンピュータ生成イメージを生成する能力に欠ける等の問題がある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００２９】
【非特許文献１】Halle, M. and Kropp, A, " Fast Computer Graphics Rendering for Full Parallax Spatial Displays ", Proc. Soc. Photo-Opt. Instrum. Eng.（SPIE）, 3011:105-112 (February 10-11, 1997)
【非特許文献２】Okada, K.ら, "A Method of Distortion Compensation of Multiplex Holograms", Optics Communications, vol. 48, no. 3, pp. 167-170 (December 1, 1983)
【非特許文献３】Belle, H. ら, "The Ultragram：A Generalized Holographic Stereogram", Proc. Soc. Photo-Opt. Instrum. Eng. (SPIE), vol. 1461, Practical Holography V, p. 142 (February 1991)
【非特許文献４】Yamaguchi, M. ら, "Development of a Prototype Full-Parallax Holoprinter", Proc. Soc. Photo-Opt Instrum. Eng. (SPIE), vol. 2406, Practical Holography IX, pp. 50-56 (February 1995)
【非特許文献５】Yamaguchi, M.ら, "High-Quality Recording of a Full-Parallax Holographic Stereogram with a Digital Diffuser", Optical Letters, vol. 19, no. 2, pp. 135-137 (January 20, 1994)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００３０】
本発明は、ホログラフィックステレオグラムをプリントするために用いられた従来のホログラムプリンタ及び方法の上記したような限界及び問題を、次のような構造及び方法により解消する。
【課題を解決するための手段】
【００３１】
本発明は、参照ビームにより、ホログラフィック記録媒体を様々な角度から露光し得るような参照ビーム操向システムを用いた１ステップフルカラーフルパララックスホログラフィックステレオグラムプリント装置及び方法からなる。特に、コヒーレントなビームが、物体及び参照ビームに分割される。物体ビームは、レンダリングされたイメージが表示される物体ビームユニットを通過し、参照ビームは、参照ビーム操向システムを通過する。物体及び参照ビームは、ホログラフィック記録媒体上の基本ホログラムにて互いに干渉する。コンピュータは、記録媒体の露光時間及び運動を制御し、また物体ビームユニットに表示されるイメージをレンダリングする。特に、コンピュータは、イメージが物体ビームユニットに於いて表示される前にイメージを記憶する。
【００３２】
更に、本発明は、ホログラフィックステレオグラムの解像度を制御するために、ホログラフィック記録媒体に密接して物体ビームの光路上に配置されたボクセル制御レンズを用いることも含む。
【００３３】
更に、本発明は、相互に交換可能な帯域制限ディフューザ及び参照ビームマスキングプレートをも用いる。更に、本発明は、１ステップホログラフィックステレオグラムのための加工方法に視野領域手法を組み込むことにより、動画をなす１ステップホログラフィックステレオグラムを生成することができる。特許出願についての伝統的な習慣に従い、本出願に於いて用いられる単数形は、請求の範囲を含めて、少なくとも１つを意味することであることを了解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１ａ】先行技術に基づくホログラムプリンタの概略図である。
【図１ｂ】先行技術に基づくホログラムプリンタの平面図である。
【図２ａ】簡単なディフューザを有する光学系を用いた１ステップ反射基本ホログラムの簡略図である。
【図２ｂ】簡単なディフューザを有する光学系を用いた１ステップ反射基本ホログラムの平面図である。
【図３】ホログラフィック光学素子を有する光学系を用いた１ステップ反射基本ホログラムの簡略化した平面図である。
【図４】帯域制限ディフューザ及び収束レンズを有する光学系を用いた、１ステップ反射基本ホログラムの簡略化した平面図である。
【図５】ホログラフィックステレオグラムの基本ホログラムの再構成の簡略化した平面図である。
【図６】ＳＬＭの再構築イメージから離間しているボクセルのサイズの変化を説明する図である。
【図７】ホログラフィックステレオグラムの１ステップ、フルカラー、及びフルパララックスのプリンタの実施例の平面概略図である。
【図８】ホログラフィックステレオグラムの１ステップ、フルカラー、及びフルパララックスのプリンタの別の実施例の平面概略図である。
【図９】ボクセルのサイズの変化を制御するような本発明の実施例について示す図である。
【図１０】図１０は（ａ）及び（ｂ）からなり、ボクセル制御レンズが用いられる際に基本ホログラムによって見るようなＳＬＭの見掛けの距離が変化する様子を示す図である。
【図１１】相互に概ね平行をなすボクセルの境界線を示す図である。
【図１２】参照ビーム操向システムの実施例の概略図である。
【図１３】参照ビーム操向システムの別の実施例の概略図である。
【図１４】ビーム操向開口を利用した参照ビーム操向システムの実施例の概略図である。
【図１５】参照ビーム操向ミラーシステムの実施例の斜視図である。
【図１６】参照ビーム操向ミラーシステムの別の実施例の正面図である。
【図１７】光ファイバ及び変位システムを利用した参照ビーム操向ミラーシステムの実施例の概略図である。
【図１８】光ファイバ及び変位システムを利用した参照ビーム操向ミラーシステムの実施例の簡略化した斜視図である。
【図１９】光ファイバ、変位システム及び光学コンバイナーユニットを利用した参照ビーム操向ミラーシステムの実施例の簡略化した斜視図である。
【図２０】光ファイバを利用した物体ビームユニットの概略図である。
【図２１】ホログラフィックステレオグラムの１ステップ、フルカラー、フルパララックスのプリンタのための光ファイバを利用した実施例の簡略化した平面図である。
【図２２】触媒ホルダーの実施例の簡略化した斜視図である。
【図２３】固定物体ビームユニット及び固定参照ビーム操向システムを有するプリンタの実施例の簡略図である。
【図２４】可動物体ビームユニット及び可動参照ビーム操向システムを有するプリンタの実施例の簡略図である。
【図２５】可動物体ビームユニット及び可動参照ビーム操向システムを有するプリンタの別の実施例の簡略図である。
【図２６】可動物体ビームユニット及び可動参照ビーム操向システムを有するプリンタの更に別の実施例の簡略図である。
【図２７ａ】可変帯域制限ディフューザ及び可変参照ビームマスキングプレートの簡略図である。
【図２７ｂ】可変帯域制限ディフューザ及び可変参照ビームマスキングプレートの簡略図である。
【図２７ｃ】可変帯域制限ディフューザ及び可変参照ビームマスキングプレートの簡略図である。
【図２８】動画をなす、１ステップ、フルパララックスのホログラフィックステレオグラムを生成する過程を示すフロー図である。
【図２９】異なる視野領域から見た時の異なるイメージを表示するホログラフィックステレオグラムの視野領域を示す図である。
【図３０】視野領域の境界線から光線を投射する様子を示す図である。
【図３１】視野領域マスクボリュームを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
本発明について、図面と併せて以下に実施例を説明する。以下の例で開示される技術は発明者が発見した技術を代表するものであることは、当業者であれば当然理解するであろう。従って、以下の例は実用に際して例証的な形態を構成するものと考えることができる。しかしながら、本発明の開示に照らしてみると、開示された実施例に種々の改変を加えて実施したとしても、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく同様の或いは類似の結果が得られるであろうことは、当業者であれば容易に理解できよう。例えばＨＯＥ若しくはその他の適切な光学素子は、レンズ及び帯域限定ディフューザの組合せと置き換えられる。加えてＨＯＥはまたレンズ若しくは複数のレンズの組合せともまた置き換えられる。更にＳＬＭは以下に限定するものではないが、ＬＣＤパネル、デジタルマイクロミラーアレイ、フィルム、若しくは透過伝送機構を有し得る。加えてコンピュータ記憶装置は、以下に限定するものではないが、ハードディスク、ＳＲＡＭ若しくはＤＲＡＭ、フラッシュメモリ、ＤＶＤドライブ、若しくはテープ装置を含む。更にモータは、以下に限定されるものではないがＤＣサーボモータ、ステッパモータ、若しくはアクチュエータを有する。
【００３６】
本発明は、１ステップの、フルカラー、及びフルパララックスホログラフィックステレオグラムをプリントするためのシステム及び方法を提供する。ここに複数の図解実施例図７―図３１が示されている。
【００３７】
プリンタのための本発明の１つの実施例が図７に示されている。図７によれば、コンピュータ２３０及び制御装置３０５及び４５５を除くプリンタの部品の大部分は、例えば防振テーブル８０上に於いて支持されることによって、振動より隔離される。テーブル８０は、内部にハニカム構造を備えるスチールによって構成され得る。テーブル８０の脚部は、振動を吸収し得る空気ピストンであり得る。異なるタイプの防振方法もまた利用可能であり得る。幾つかの実施例に於いて、コンピュータ２３０及び制御装置３０５及び４５５はテーブル８０上に於いて支持され得る。コンピュータ２３０は、モータ制御装置のような装置を制御可能にし、若しくはイメージのようなものを出力することが可能な、複数のシリアルケーブル若しくはパラレルケーブルを有し得る。加えてコンピュータ２３０は三次元のコンピュータグラフィックスを十分に処理するための処理能力及び処理スピードを有し得る。更にコンピュータ２３０は１つ若しくはそれより多いＣＰＵと、例えばハードディスク、ＲＡＩＤ、フラッシュメモリ、若しくはＳＲＡＭ若しくはＤＲＡＭのようなレンダリングされたイメージがストアされる、１つ若しくはそれより多い記憶装置を有し得る。複数のＣＰＵが用いられる場合、それらは単独で、若しくはパラレルに作動し得る。複数の記憶装置が用いられる時にも、それらは単独で、若しくはパラレルに操作され得る。幾つかの実施例においてレーザ２００はテーブル８０によって支持されない。レーザ２００は３つの異なった色を有するレーザであり得る。例えば１つのレーザ２００がクリプトンイオンレーザ若しくはＨｅＮｅレーザであると光の赤いビームを生成し、別のレーザ２００がアルゴンイオンレーザ若しくはＹＡＧレーザであれば光の緑のビームを生成し、３番目のレーザ２００がアルゴンイオンレーザ若しくはＨｅＣｄレーザであれば光の青いビームを生成する。他の光の波長もまた利用可能である。加えてレーザ２００は固体素子ダイオード若しくはその他のタイプのレーザであり得る。レーザ２００よりもたらされる光のビームは空気中を進行し得る。加えてレーザ２００よりもたらされる光のビームは、空気の流れによる不安定性が減少するようにパイプを介して進行し得る。またビームは偏向を保つ光ファイバを介して伝達され得る。
【００３８】
図７に於いて、レーザ２００によって生成されたコヒーレントな光のビーム５は、可変ビームスプリッタ２０５へ向けられる。可変ビームスプリッタは前記ビームの一部を反射し、前記ビームの残りほとんどを透過することによってビームを分割するハーフミラーである。光ファイバがビームを伝達するのに用いられる時には、２つのパラレルなファイバが共に接触し、ファイバよりもたらされる光を合わせることで働く、光ファイバビームスプリッタが用いられ得る。レーザ２００のそれぞれよりもたらされるコヒーレントな光のビーム５は、物体ビーム２０及び参照ビーム２５の２つのビームに分割される。幾つかの実施例において、物体ビーム２０及び参照ビーム２５のそれぞれは半波長プレート３０及び偏向子３５を介して方向付けられる。その他の実施例に於いて、偏向を保持する光ファイバケーブルがビームを伝達するのに用いられ、また前記ケーブルがその中心軸に対して回転可能であるならば、半波長プレート３０は必要とされない。必要であれば、それぞれの物体ビームは、１つ若しくはそれより多いミラー４０により反射され得る。本発明のミラー４０は例えば第一の表面若しくは前面のミラーであり得る。各物体ビーム２０は必要としない信号を除去する目的でローパス（low pass）空間フィルタ２２０を介して導かれる。ローパス空間フィルタ２２０は、顕微鏡物体レンズ及びピンホールを有し得る。各物体ビーム２０はその時ビームシャッタ２２５を通過し得る。１つの実施例に於いて、ビームシャッタ２２５は高速な機械的アイリスシャッタであり得る。例えばそれらは写真業界で用いられる。その他の実施例では、ビームシャッタ２２５は液晶セル若しくは音響光学変調器結晶のような電気工学システムであり得る。更に別の実施例では、分離ビームシャッタ２２５を用いる代わりに、物体ビームユニット（一般的には７００）に於けるＳＬＭ９０が、３つの物体ビーム全てに対するシャッタとして機能し得る。シャッタ２２５はコンピュータ２３０によって制御される。物体ビーム２０はその時物体ビームユニット７００を介して導かれる。物体ビームユニット７００中に於いて、物体ビーム２０はＳＬＭ９０の面に於いて収束するように導かれうる。ＳＬＭ９０は、それに限定するものではないが、透過ＬＣＤパネル、反射ＬＣＤパネル、光学的にアドレス指定されたＬＣＤパネル、デジタルマイクロミラーアレイ、フィルム、映写若しくは透過伝送機構を有する。ＳＬＭ９０はコンピュータ２３０よりもたらされるビデオケーブルによって映像入力をレシーブする。加えて複数のＳＬＭは、複数のＣＰＵによってパラレルに生成された映像をレシーブし得る。更に、複数のＳＬＭは記憶装置若しくはコンピュータ２３０の装置より映像をレシーブし得る。ＳＬＭ９０を通過した後、物体ビーム２０はＨＯＥ１１５若しくはその他のシステムを通過し得る。その他のシステムとは図２〜４までに示されており、物質ビームを収束させ基本ホログラムの大きさである空域を均一に露光する目的で設計されたものである。或る実施例に於いて、ＨＯＥ１１５は透過型ホログラムであり得る。透過型ホログラムとは基本ホログラム上へ、僅かに異なる角度で３つの異なる単色物体ビームを収束させ得るものであり、それによってどのような物体ビームからもたらされるゼロ次オーダーの光でも露光されるべく基本ホログラムと交差することを許されることなく露光される。物体ビームユニット７００を通過した後、物体ビーム２０はボクセル制御レンズ５００を介して伝送され、媒体ホルダ３００のホログラフィック記録媒体７０上で基本ホログラム１１０を露光し得る。ホログラフィック記録媒体７０は、限定されるものではないが、パンクロフォトポリマ、パンクロ若しくはモノクロハロゲン化銀写真エマルジョンニクロム酸ゲラチン若しくはその他の好適なフォトポリマであり得る。ホログラフィック記録媒体７０は、ホログラフィック記録媒体を２つの方向に変換することが可能な媒体ホルダ３００によって安全に支持され得る。媒体ホルダ３００の動作は、コンピュータ２３０によって制御され得るフィルムホルダモータ制御装置３０５によって制御され得る。
【００３９】
更に図７に示されているように、可変ビームスプリッタ２０５によりビームが物体ビーム２０及び参照ビーム２５に分割された後、それぞれの参照ビーム２５はその強度がそれぞれ調整される可変減衰器２１０を通過する。参照ビームは、二色コンバイナ２１５若しくはその他の好適な光学コンバイナを通過する前に反射される。二色コンバイナは幾らかの波長を反射するがその他の波長に対してはトランスペアレントであるような、波長選択的ミラーである。図７に示された二色コンバイナ２１５は、３つの参照ビーム２５を、ローパス空間フィルタ２２０を通過する前でビームシャッタ２２５を通過するような１つのビームへと統合する。参照ビーム２５はその時、参照ビーム２５がホログラフィック記録媒体７０と直交する角度を制御する参照ビーム操向システム４００を通過する。参照ビーム操向システムのビーム操向ミラーシステムはコンピュータ２３０により制御されるミラーシステムモータ制御装置４５５によって制御される。
【００４０】
更に本発明は、個別の基本ホログラムが異なる色でプリントされることを可能とする。例えば各物質ビーム及び参照ビームの光路上にビームシャッタを配置し選択的に前記ビームシャッタを閉じることにより、或る基本ホログラムは赤色の物体及び参照ビームにより露光され、その他の基本ホログラムは緑色の物体及び参照ビームに露光され、更に別の基本ホログラムは青色の物体及び参照ビームに露光される。
【００４１】
複数の基本ホログラムが同時に露光する本発明の実施例は、図８に示されている。レーザ２００よりもたらされるビームは可変ビームスプリッタ２０５によって分割され、ミラー４０により反射された後に再び追加された可変ビームスプリッタ２０５によって分割され、それにより２つ若しくはそれより多い物質ビーム２０、及び２つ若しくはそれより多い参照ビーム２５が各レーザ２００より形成されることとなる。その他の実施例では、レーザ２００よりもたらされるビームは、より多い物体ビーム２０及びより多い参照ビーム２５を形成するために更に分割される。各物体ビーム２０はローパスフィルタ２２０及びビームシャッタ２２５を通過する。３つの物体ビーム２０のそれぞれのセットは、ミラー４０により反射され、媒体ホルダ３００により支持されたホログラフィック記録媒体７０に於いて基本ホログラム１１０を露光するためにミラー４０により反射され、ＳＬＭ９０、ＨＯＥ１１５、及びボクセル制御レンズ５００を通過する。媒体ホルダの動作はコンピュータ２３０により制御されるフィルムホルダモータ制御装置により制御される。３つの参照ビーム２５のそれぞれのセットは、可変減衰器２１０を通過し、二色コンバイナ２１５若しくはその他の好適なコンバイナによってビームへ統合される。２つの参照ビーム２５はビームシャッタ２２５及びローパス空間フィルタ２２０を通過する。各参照ビーム２５は、その時基本ホログラム１１０をヒットする前にビーム操向システム４００を通過する。このように図８に描かれているように、複数の基本ホログラムが同時にプリントされ得る。
【００４２】
様々なボクセルサイズが制御される本発明の１つの実施例が図９及び図１０に示されている。図９及び図１０に示されているように、この制御はＳＬＭ９０及びホログラフィック記録媒体７０の間の物質ビーム２０の光路上にボクセル制御レンズ５００が配置されることによって達成される。ボクセル制御レンズ５００はホログラフィック記録媒体７０に近接して配置される。ボクセル制御レンズ５００は、ＳＬＭ若しくは基本ホログラム１１０の見える地点より見られるＳＬＭの映写された映像が、記録中に於いてホログラフィック記録媒体に比例してより明白な長い距離に於いて現れることを可能とし得る。そしてＳＬＭ９０の表面に於けるサンプル映像ポイント１００は、ホログラフィック記録媒体７０からより遠い位置で再形成される。図１０（ａ）はボクセル制御レンズを用いずにプリンタ中に於いてＳＬＭの映像５０５がどのようにして基本ホログラム１１０に現れるかを示したものである。図１０（ｂ）はボクセル制御レンズ５００を用いプリンタ中に於いてどのようにしてＳＬＭの映像５０５が基本ホログラムに現れるかを図示したものである。図１０に示されているように、ボクセル制御レンズはＳＬＭの映像５０５を拡大し、映像により定められた角度αは変化しないが基本ホログラムにより定められた角度Φはボクセル制御レンズが用いられることにより角度θへと減少する。ＳＬＭの映像５０５とホログラフィック記録媒体７０との間の距離は、ボクセル制御レンズ５００の焦点距離若しくはホログラフィック記憶表面７０と収束レンズ５５若しくはその他の光学システムとの間の位置を変化させることによって変化され得る。その他の光学システムにはホログラフィック記録媒体７０に光を収束させるための先行技術に於いて用いられてきた、図１〜３に示されるような単純なディフューザ若しくはＨＯＥを含む。幾つかの実施例に於いて、ボクセル制御レンズ５００は物体ビームユニット７００の一部であり得る。
【００４３】
本発明の特殊な実施例に於いて、ホログラフィック記録媒体７０よりの距離を超えてボクセルサイズを完全に一定にすることが可能である。これはボクセル制御レンズ５００及びＳＬＭの実際の位置との間の距離に等しい頂点距離若しくはボクセル制御レンズを用いずにプリンタ中に於いて基本ホログラムにより見られるＳＬＭの投影された映像の位置を備えるボクセル制御レンズ５００を選択することによって達成される。そのようなボクセル制御レンズ５００及び形状設計は、ホログラフィック記録媒体７０に比例して無限距離に於けるＳＬＭ１２０を効果的に再構築し得る。ＳＬＭ９０上の画素９５のサイズが基本ホログラム１１０のサイズと比較して小さい時、そのような実施例のためのボクセル１４０境界レンズは図６に示されているようにホログラフィック記録媒体７０に近接して交差することはなく、しかしその代わり図１１に示されている以外に長い距離へと広げられた線となり得る。
【００４４】
しかしボクセル制御レンズ５００の特徴は典型的にはボクセル制御レンズ５００が無色であり３．０若しくはそれより低いｆナンバーを有することが望ましいような結果に依存する。或る特殊な実施例に於いて、ボクセル制御レンズは無色であり２．４のｆナンバーを有する。その他の実施例に於いて、ボクセル制御レンズは例えば０．５のようなより低いｆナンバーを有する。それが視点のより大きな角度をもたらすことから、より低いｆナンバーが望ましい。別の実施例ではボクセル制御レンズはモノクロではある。
【００４５】
図１２は本発明の更に別の実施例を示したものである。図１２〜１６を参照し、一般的には４００である参照ビーム操向システムが、ビーム操向ミラーシステム４５０を参照ビーム２５が基本ホログラム１１０へと向かって第一のビーム操向レンズ４１０及び第二のビーム操向レンズ４０５を介して向けられることに、用いられ得る。ホログラフィック記録媒体７０上の基本ホログラム１１０は必要ならば中心軸４２０に対して普通の角度で傾斜され得る。
【００４６】
一般的には４５０であるビーム操向ミラーシステムは様々な方法で具現される。或る特殊な実施例が図１５に示されている。図１５に於いて偏向ミラー４６０は第一の回転可能マウント４６５に固定してマウントされている。第一の回転可能マウント４６５が回転する時、偏向ミラー４６０はその中心点４６１を通過する第一の軸線４５１に沿って回転する。第一の回転可能マウント４７０のモータは、モータ制御装置４５５によって制御され、第一の回転可能マウント４６５を回転させる。第一の回転可能マウント４７０のためのモータは、支持材４７５に固定されて取り付けられる。第一の回転可能マウント４６５は、第一の軸線４５１に沿って回転するべくベアリング若しくはブッシングを備えた支持材４７５に回転可能に取り付けられる。支持体４７５は第二の回転可能マウント４８０の取付け装置によって固定して取り付けられる。第二の回転可能マウント４８０が回転する時、偏向ミラー４６０が偏向ミラー４６０の中心点４６１を通過し第一の軸線４５１に直交する第二の軸線４５２に沿って回転する。第二の回転可能マウント４８５のモータはモータ制御装置４５５によって制御され、第二の回転可能マウント４８０を回転させる。第二の回転可能マウントのためのモータは防震テーブル８０に固定して取り付けられる。第一及び第二の回転可能マウントのためのモータ４７０及び４８５は、それに限定されるものではないがステッパモータ若しくはＤＣサーボモータであり得る。同一若しくは別個のモータ制御装置４５５はコンピュータ２３０により制御され、第一及び第二の回転可能マウント４７０及び４８０のためのモータを制御する。
【００４７】
ビーム操向ミラーシステム４５０のその他の実施例はジンバルマウントに取り付けられた偏向ミラーである。図１６に於いて偏向ミラー４６０その中心点４６１を通過する第一の軸線４５１に沿って回転するために第一の軸４９０に固定して取り付けられる。第一の軸４９０はモータ制御装置４５５によって制御される第一のモータのためのモータ４９１によって回転する。第一の軸のためのモータ４９１は第一のジンバルマウント４９４に取り付けられる。第一の軸４９０は第一のジンバルマウント４９４にベアリング若しくはブッシングによって固定して取り付けられる。第一のジンバルマウント４９４は第二の軸線４５２と一致するジンバルマウント４９４の直径の反対の端の第二の軸芯４９２に取付け装置によって固定されマウントされる。第二の軸芯４９２は第二の軸芯のためのモータ４９３によって回転され、モータ制御装置４５５により制御される。偏向ミラー４６０はその中心点４６１を通過し第一の軸線４５１と直交する第二の軸線４５２に沿って回転する。第二の軸芯４９２は第二のジンバルマウント４９６にベアリング若しくはブッシングによって回転可能に支持される。第一の軸芯及び第二の軸芯のためのモータ４９１及び４９３は、それに限定されるものではないが、ステッパモータ若しくはＤＣサーボモータであり得る。コンピュータ２３０により制御される同一若しくは別個のモータ制御装置４５５は第一及び第二の軸芯のためのモータ４９１及び４９３を制御し得る。
【００４８】
図１２〜１６に示されるように、ビーム操向レンズ４０５及び４１０の中心軸線４２０は第一の軸線４５１及び第二の軸線４５２と交差し、基本ホログラムの中心を通過する。参照ビーム２５は、偏向ミラー４６０の中心点４６１へ向かう。コンピュータ２３０はミラーシステムモータ制御装置若しくはビーム操向システム４５０の制御装置４５５を制御し、偏向ミラー４６０によって反射された参照ビーム２５は所望の角度でホログラフィック記録媒体７０上の基本ホログラム１１０にヒットする。偏向ミラー４６０は、第一のビーム操向レンズ４１０より第一のビーム操向レンズの焦点距離４１１の距離だけ離れた位置に配置される。第一のビーム操向レンズ４１０はその焦点距離４１１と第二のビーム操向レンズの焦点距離４０６との合計距離だけ第二のビーム操向レンズ４０５より離れた位置に配置される。第二のビーム操向レンズ４０５はその焦点距離４０６の距離だけホログラフィック記録媒体７０より離れた位置に配置される。本発明のビーム操向システム４００は参照ビーム２５が異なる角度で基本ホログラム１１０と直交するべく操向されることを許可するものである。
【００４９】
図１３に示されるようにその他の実施例では、本発明のビーム操向システム４００は無色若しくは単色の参照ビーム収束レンズ４１５を有し得る。参照ビーム２５が参照ビーム収束レンズ４１５を通った後、ビーム操向レンズ４１０及び４０５を通過する前にビーム操向ミラーシステム４５０によって反射される。第一及び第二のビーム操向レンズ４１０及び４０５は、収束レンズ及び第一のビーム操向レンズ４１０を通過する参照ビーム２５が、第二のビーム操向レンズ４０５の焦点面４２５で収束するべく配置される。加えて偏向ミラー４６０の図１５及び１６に於いて示された中心点４６１は、第一のビーム操向レンズ４１０より第一のビーム操向レンズの１つの焦点距離４１１の距離だけ離れた点に配置される。更には、露光する基本ホログラム１１０は第二のビーム操向レンズ４０６の焦点距離の１つ分の長さで第二のビーム操向レンズ３０５より離れた地点に配置される。
【００５０】
その他の実施例に於いて図１４に示されるように本発明のビーム操向システム４００は、参照ビームマスキングプレートを必要としないビーム操向開口４３０を有し得る。或る実施例に於いて参照ビーム２５は基本ホログラム１１０が露光する空間の開口を有するビーム操向開口４３０を通過する。参照ビームはそれを拡大若しくは縮小するレンズを通過する時、ビーム操向開口４３０は、露光すべき基本ホログラムに交差する参照ビームの断面が基本ホログラムのそれと同様の大きさ及び形を有するように大きさが決められる。参照ビーム２５は２つの開口中継レンズ４３５を通過し、ビーム操向ミラーシステム４５０の図１５及び図１６に示された偏向ミラー４６０によって反射され、第一のビーム操向レンズ４１０を通過し、第二のビーム操向レンズ４０５を通過し、露光すべき基本ホログラム１１０と交差する。ビーム操向開口４３０は開口中継レンズの１つの焦点距離の長さだけ開口中継レンズ４３５より離れた位置に配置される。開口中継レンズ４３５は開口中継レンズの焦点距離４３６の２つ分の距離だけ互いに離れて設置される。図１５及び１６に示されている偏向ミラー４６０の中心点４６１は開口中継レンズの焦点距離４３６の１つ分の距離だけ参照ビームが通過する第二の開口中継レンズ４３５より離れて配置されている。
【００５１】
参照ビーム操向システム４００のその他の実施例が、図１７、１８、及び２１に示されている。この実施例に於いて、光学結合レンズ６７０はビームシャッタを通過してきた参照ビーム２５を光ファイバケーブル６５０の光ファイバ末端部６６０へと導く。光ファイバケーブル６５０は参照ビーム２５を第二のビーム操向レンズ４０５の焦点面４２５に配置された光ファイバ先端部へと伝達する。参照ビーム２５はビーム操向レンズ４０５を介して基本ホログラム１１０へと向かう。ビーム操向レンズ４０５は第二のビーム操向レンズの焦点距離４０６の１つ分の距離だけ露光すべき基本ホログラム１１０より離れた位置に配置される。光ファイバ先端部６５５は一般的には６００で示される変位システムによって変位させられる。
【００５２】
図１９は参照ビーム操向システム４００の別の実施例について示したものである。この実施例に於いてそれぞれ異なる色である３つの参照ビーム２５は３つの光ファイバケーブル６５０の３つの光ファイバ末端部６６０へ向かって３つの光学結合レンズ６７０により導かれる。光ファイバケーブル６５０は参照ビーム２５を光学結合ユニット６４０へと向かわせるべく光ファイバ先端部６５５に送る。光結合ユニット６４０は２つの二色コンバイナ２１５及びその他の好適な光学コンバイナを有し得る。コンバイナは３つの参照ビーム２５を１つの参照ビーム２５へと統合する。光学コンバイナユニット６４０はビーム操向レンズ４０５の図１７に示された焦点面４２５に配置される。単一参照ビーム２５は光学コンバイナユニット６４０よりもたらされ、基本ホログラム１１０へ向かってビーム操向レンズ４０５へ通過する。ビーム操向レンズ４０５は、ビーム操向レンズの焦点距離４０６の１つ分の距離で露光すべき基本ホログラム１１０より離れて配置される。光学コンバイナユニット６４０は第二の可動支点６２２に固定されたプラットホーム６３０に固定される。
【００５３】
その他の実施例に於いて３つの参照ビーム２５は光ファイバケーブル６５０により光学コンバイナユニット６４０へと伝達される。単一の参照ビーム２５は光学コンバイナユニット６４０より出力され、変位システム６００へ取り付け装置により取り付けられ支持された単一の光ファイバケーブル６５０へと光学結合レンズ６７０によって導かれる。単一の光ファイバケーブル６５０の光ファイバ先端部６５５は、ビーム操向レンズ４０５の焦点面４２５に配置される。
【００５４】
更に別の実施例に於いて３つの参照ビーム２５は光ファイバケーブル６５０により光学コンバイナユニット６４０へ伝達される。単一の参照ビーム２５は光学コンバイナユニット６４０より出力され、変位システム６００に固定された単一光ファイバケーブル６５０へ向かい光学結合レンズ６７０によって導かれる前に、ビームシャッタ２２５を通過する。光ファイバケーブル６５０の先端部６５５はビーム操向レンズ４０５の焦点面４２５に配置されている。図１８及び図１９に示されている変位システム６００は直交する２つの方向に変位可能である。前記変位システムはＸ軸方向の変位ステージ及びＹ軸方向の変位ステージを有する。
Ｘ軸方向の変位ステージ６８０の図示された実施例は、第一の末端プレート６０８にブッシング、ベアリング、若しくはその他の回転可能な手段によって回転可能に支持され、第一の末端プレート６０８の１つに固定された第一の主ねじのためのモータ６０４によって前記主ねじの軸線６０１に沿って回転可能であり得る第一の主ねじ６０２を有する。２本の第一ガイドバー６１０は第一末端プレート６０８に固定され、それは第一主ねじ６０１の軸線に対して平行に設けられる。２本の第一ガイドバー６１０は第一可動支点６１２中の２つの孔を通過する。第一主ねじ６００は第一の可動支点中の孔を通過する。つまりＸ軸方向移動ステージ６８０のこの実施例に於いて、第一の主ねじ６０２がそのために設けられたモータ６０４に沿って回転させられる時、第一の可動支点６１２は第一主ねじの軸線６０１に沿って移動し得る。
【００５５】
Ｙ軸方向の移動ステージ６８０の図示された実施例には第二の末端プレート６１４にブッシング、ベアリング、若しくはその他の回転可能手段によって回転可能に支持され第二の末端プレート６１４の１つにマウントされた第二の主ねじのためのモータ６２０によって第二の主ねじ６１８の軸線６１７に対して回転し得る第二の主ねじ６１８を有する。その他の第二の末端プレート６１４は第一の可動支点にマウントされ、第二の主ねじの軸線６１７は第一の主ねじの軸線６０１に直交する。２本の第二のガイドバー６１６は第二の末端プレート６１４に固定され、第二のガイドバー６１６は第二主ねじの軸線６１７に平行に備え付けられている。２本の第二のガイドバー６１６は第二可動支点６２２中で２つの孔を通過する。第二の主ねじ６１８は、第二の可動支点６２２中の孔を通過する。それ故Ｙ軸方向移動装置６９０の本実施例に於いては、第二の主ねじ６１８がそのために設けられたモータによって回転される時、第二の可動支点６２２が第二の主ねじの軸線６１７に沿って移動する。
【００５６】
第一及び第二の主ねじのためのモータ６０４及び６２０は、限定されるものではないが、ステッパモータ、ＤＣサーボモータ、若しくはリニアモータであり、コンピュータ２３０により制御され得る主ねじのためのモータのモータ制御装置６０６により制御され得る。
【００５７】
タイプや焦点距離及びビーム操向レンズの数が変化し得るにも関わらず、幾つかの実施例に於いて、ビーム操向レンズが無色でありまた約３．０若しくはそれより少ないｆナンバーを有することが望ましい。その他の実施例に於いては、ビーム操向レンズが無色で共集点ｆ−θレンズであることが望ましく、それらはフラットフィールドレーザスキャンレンズとしてもまた知られている。同様の実施例に於いて、参照ビームのより広いレンズを許容するためにより低いｆナンバーのレンズを有することもまた望ましい。或る特殊な実施例に於いては、ビーム操向レンズを有し、無色で約１．０のｆナンバーを有することが望ましい。加えてビーム操向レンズは別の実施例に於いては単色であり得る。
【００５８】
本発明のビーム操向システムは、ある角度からの照明ソースによって照らし出された場合、特定のイメージをディスプレイし、別の角度から照らし出された場合、別のイメージをディスプレイするホログラフィックステレオグラムを作り出すのに用いられる。例えば、ＳＬＭ上の特定の映像と共に条件付けられた物体ビーム及び特定の角度の参照ビームによって基本ホログラムが露光された後、基本ホログラムはＳＬＭ上のその他の映像と共に条件付けられた物体ビーム及びその他の角度の参照ビームを露光される。加えて、ホログラフィック記録媒体上の基本ホログラムの組み合わせは、特定の角度の参照ビームによって露光され、それに対して、基本ホログラムのその他の組み合わせは異なる角度の参照ビームによって露光される。このように、本発明のプリンターは、照明ソースの角度に依存して異なる映像をディスプレイするホログラフィックステレオグラムを生成することが可能となる。さらには、ビーム操向システムを備えた同様のプリンターが、それぞれが異なる参照角度を有する複数のホログラフィックステレオグラムを生成するのに用いられ得る。よって、それぞれの映像は、正しい角度の照明ソースによって照らし出されるときにのみ現れる。そのような複数のホログラフィックステレオグラムが互いの上部に設けられている場合、異なった映像が、映像ソースがホログラフィック記録媒体と交差する角度を単純に変更することによってディスプレイされ得る。
【００５９】
本発明のその他の実施例では、図２０に示されるように、フルカラーのホログラフィックステレオグラムを生成するべく複数のＳＬＭ９０が用いられる。図２０においてＸの形態をとる二色コンバイナ２１５もしくはその他の好適な光学コンバイナが、一つの物体ビームが赤であり、別の物体ビームが緑であり、また別の物体ビームが青であるような３つの物体ビーム２０の組み合わせで用いられ得る。３つの物体ビーム２０は、３つの独立したグレースケールＳＬＭ９０を介して導かれる。本発明の一つの実施例において、ＳＬＭは、ＬＣＤパネルの最終的な大きさがほぼ１０ｃｍ×１０ｃｍであり、１２８０×１０２４画素の高解像度ＬＣＤパネルである。しかし、より小さなＬＣＤパネルが用いられ得る。例えば、画素数が同じもしくはそれより少ないが、大きさにおいては２センチ×２センチ、もしくはそれより小さいＬＣＤパネルが用いられ得る。
【００６０】
図２０及び図２１に示された実施例において、ビームシャッター２２５を通過した後、物体ビーム２０は、光学結合レンズ６７０を介して光ファイバの末端６６０で収束するべく導かれる。物体光２０はシングレットレンズ７０５の焦点面に配置された光ファイバ先端部６５５へと光ファイバケーブル６５０により伝送される。物体ビーム２０はシングレットレンズ７０５の焦点面を通過し、必要ならばミラー４０により反射され、また光に特異的なＳＬＭ９０及び帯域限定ディフューザ４５を通過する。シングレットレンズ７０５は、物体ビーム２０を拡大し及び平行にし、物体ビーム２０は、より均等にＳＬＭ９０を照らし出しうる。物体ビーム２０は、そのときＸの形態をとる２枚の二色コンバイナ２１５を用いる光学コンバイナユニット６４０もしくはその他の光学コンバイナへ、３つの物体ビーム２０を単一のビームへと混合するために導く。単一の物体ビーム２０はその時、第一の映写レンズ７１５及び画素を備えたＳＬＭディスプレイに起因する画素、もしくはコース上の人工物のような高周波数映像構成要素であるが限定されはしない、望まれない構成要素を取り除くフーリエ変換フィルタ７１０を通過しうる。物体ビーム２０はそのとき、第二の映写レンズ７２０及び収束レンズ５５を通過する。第一の映写レンズ７１５は、ＳＬＭの映像が全て第一の映写レンズの焦点面に位置するように配置される。フーリエ変換フィルタ７１０は第一の映写レンズ及び第二の映写レンズの両方の焦点面において配置される。収束レンズ５５は、焦点面が露光される基本ホログラムにおいてホログラフィック記録媒体７０と交差するように配置される。物体ビームユニット７００のその他の実施例において、第一及び第二の映写レンズ７１５及び７２０、またフーリエ変換フィルタ７２０は用いられない。物体ビームユニット７００のさらに別の実施例において、ボクセル制御レンズ５００は、物体ビームユニット７００中に含まれ、ホログラフィック記録媒体７０に近接して配置される。
【００６１】
本発明の別の実施例において、媒体ホルダ３００は、ホログラフィック記録媒体７０を変位させることに用いられ得る。図２２〜図２５に示されるように、媒体ホルダ３００はＹ軸方向変位ステージ６９０に取り付けられ、Ｘ軸方向変位ステージ６８０に取り付けられたフレーム３２４を有する。
【００６２】
図２２〜図２５に示されるように、Ｙ軸方向変位ステージ６８０の実施例は、第一ホルダ誘導ロッド３０６が固定されている第一ホルダ末端プレート３０２を有しうる。第一ホルダの主ねじ３０８及び第一ホルダの駆動主ねじ３０９は、第一ホルダ末端プレート３０２に、ブッシングもしくはベアリングもしくはその他の好適な手段を用いて回転可能に支持される。第一ホルダの主ねじ３０８及び第一ホルダの誘導ロッド３０６は、第一ホルダの駆動主ねじ３０７の軸線に平行にされている。第一ホルダ駆動主ねじ３０９は、コンピュータ２３０により制御されたホルダモータ制御装置３０５により制御される第一駆動主ねじのためのモータ３１０によって回転させられる。前記モータ３１０はまた、タイミングベルトもしくはその他の連結を備えた主ねじ３０８及び３０９を共に駆動する。加えて、２つのモータ３１０は、各々主ねじへ接続され、主ねじを駆動させる。主ねじ３０９を駆動させる第一のホルダは、第一ホルダ可動支点３１２で支持されるねじこみを通過する。二つの第一ホルダ誘導ロッド３０６は、第一ホルダ駆動主ねじ３０９に近接し、同一の第一ホルダ可動支点３１２に於ける孔を通過する。第一ホルダの主ねじ３０８は、別の第一ホルダ駆動支点３１２においてねじ穴を通過し、二つの第一ホルダ誘導ロッド３０６は第一ホルダの主ねじ３０８に近接し、同様の第一ホルダ可動支点３１２において孔を通過する。
【００６３】
Ｘ軸方向変位ステージ６８０の実施例は、図２２から図２６に示されているように、第二ホルダの主ねじ３１８と第二ホルダ末端プレート３１４にブッシング、ベアリング、もしくはその他の好適な手段と共に回転可能に取り付けられた第一ホルダ駆動主ねじ３１９を有する。第二ホルダ駆動主ねじ３１７の軸線は、第一ホルダ駆動主ねじ３０７の軸線と直交する。第二ホルダの主ねじ３１８及び第二ホルダの誘導ロッド３１６は、第二ホルダの駆動主ねじの軸線３１７と平行である。第二ホルダの駆動主ねじ３１９は、コンピュータ２３０により制御されたホルダモータ制御装置３０５により制御される、第二ホルダ駆動主ねじのためのモータ３２０によって回転させられる。第二ホルダ駆動主ねじ３１９は、第二ホルダ駆動支点３２２でねじ穴を通過する。二つの第二ホルダ誘導ロッド３１６は、第二ホルダ駆動主ねじ３１９に近接し、同一の第二ホルダ駆動支点３２２中において孔を通過する。第二ホルダの主ねじ３１８は、別の第二ホルダ駆動支点３２２のねじ穴を通過し、二つの第二ホルダ誘導ロッドは、第二ホルダの主ねじ３１８に近接し、同一の第二ホルダ可動支点３２２において孔を通過する。
【００６４】
図２２及び２３に示されるように、Ｘ軸方向変位ステージ６８０は、Ｙ軸方向変位ステージ６９０にマウントされている。一つの実施例において、第一ホルダの可動支点３１２は、第二ホルダの末端プレート３１４に固定されている。第二ホルダの可動支点３２２は、フレーム３２４に固定されている。第二のフレーム３２４は、限定するものではないが、締め金、留め金、ねじ、及びベルトを有する取り外し可能な連結器３２５によって第一のフレーム３２４へと締め付けられている。ホログラフィック記録媒体は、二つの取り外し可能な結合フレーム３２４の間で支持されている。別の実施例で、ホログラフィック記録媒体の自然な粘着特性が、フレーム３２４に保護されるトランスペアレントなプレートの一方の面において媒体を保持しうる。フレーム３２４は、応力緩和アルミニウム、応力緩和チタン、または合成物、もしくはその他の硬質で強固で重量の軽い物質から構成される。
【００６５】
図２３に示されるように、物体ビームユニット７００及び参照ビーム操向システム４００はベース３２６に固定される。
【００６６】
図２４及び図２５に示されるように、一つもしくはそれより多い物体ビームユニット７００は、Ｘ軸方向変位ステージ６８０の第二ホルダ可動支点３２２に固定されたユニットマウント３２８に固定され得る。同様に、一つもしくはそれより多い参照ビーム操向システム４００は、別のＸ軸方向変位ステージ６８０のその他のホルダ可動支点３２２に固定された、その他の第二ユニットマウント３２８に固定され得る。加えて、いくつかの実施例において、フレーム３２４はＹ軸方向変位ステージ６９０の第一可動支点３１２に固定され得る。これにより、いくつかの実施例において、二つのフレーム３２４の間に締め付けられたホログラフィック記録システムは垂直方向に変位するが、それに対し物体ビーム７００及び参照ビーム操向システム４００は水平方向に変位する。
【００６７】
図２４に示された実施例において、ホルダモータ制御装置３０５によって制御される２つのモータ３２０は、Ｘ軸方向変位ステージ６８０の第二ホルダ駆動主ねじ３１９を駆動させる。図２５に示された別の実施例において、第二ホルダ駆動主ねじ３１９の一つに固定されたベルトマウント３３２に連結されたタイミングベルト３３０と共に、一つのモータ３２０はＸ軸方向変位ステージ６８０の第二ホルダ駆動主ねじ３１９の両方を駆動させる。
【００６８】
図２６に示されたその他の実施例において、物体ビームユニット７００及び参照ビーム操向システム４００は、Ｘ軸方向変位ステージ６８０の第二ホルダ可動支点３２２に接続されたユニットマウント３２８に接続される。ホログラフィック記録媒体７０は、ローラ３４２及び３４４と共に、Ｙ軸ローラシステム３５０によって垂直に変位する。ホログラフィック記録媒体７０は、上部ローラ３４２及び下部ローラでラップ（wrap）される。上部及び下部ローラ３４２及び３４４は、ローラの末端プレート３４０の間でブッシング、ベアリング、もしくはその他の好適な手段により回転可能に支持される。上部ローラ３４２は、コンピュータ２３０により制御されたモータ制御装置３０５により制御されるローラ３４６のためのモータにより回転される。
【００６９】
変位システムの様々な実施例において用いられるモータは、それに限定するものではないがステッパーモータである。
【００７０】
図２３〜図２６に示されるように基本ホログラムの同時若しくはパラレルなプリントが存在し得る。幾つかの実施例に於いて、プリンタは物体ビームユニット及び参照ビーム操向システムを含み、それらはＹ軸方向変位ステージに取り付けられたＸ軸方向変位ステージを備えた変位システムに取り付けられる。そのようなシステムに於いて、物体ビームユニット及び参照ビーム操向システムが基本ホログラムのアレイを記録する目的で変位システムによって移動するのに対して、ホログラフィック記録媒体は固定される。
【００７１】
別の実施例に於いて、複数のホログラフィック記録媒体７０の層は媒体ホルダ３００によって支持され得る。加えてそれぞれの層は光の特定の波長に対して特に反応する。
【００７２】
本発明の別の実施例に於いて提供された物質ビームのために、帯域限定ディフューザ４５及び参照ビームマスキングプレート６５の適切な組み合わせは特定の大きさ若しくは特定の形状の基本ホログラム１１０の均一な露光の余地があり、露光される傾向のある基本ホログラム１１０の一部ではないホログラフィック記録媒体７０の露光部分を妨げるべく構成される。図２７（ａ）、（ｂ）、及び（ｃ）に示されるように、帯域限定ディフューザ４５及び参照ビームマスキングプレート６５の適切な組み合わせは、異なる大きさ若しくは形状の基本ホログラム１１０の露光を可能とするべく構成される。帯域限定ディフューザ４５及び参照ビームマスキングプレート６５のセットが、全てのセットの帯域限定ディフューザ４５が同一の外寸を有し、またホログラムプリンタ中に於いて同一位置に配置され得るように、また全てのセットに於ける参照ビームマスキングプレート６５が同一の外寸を有しまたホログラムプリンタ中に於いて同一位置に配置され得るために構成される時、それらのセットはプリントされた基本ホログラムのサイズを容易に交換され得る。そのように帯域限定ディフューザ４５及び参照ビームマスキングプレート６５のマッチドセットはその他のセットと置き換えることが可能であり、より大きい基本ホログラムや、より小さい基本ホログラムや、若しくは形状の異なった基本ホログラムをプリントすることが可能となる。図２７（ｂ）に於いて示されるように帯域限定ディフューザ４５はねじ込みフレーム５１５中に収容されたプレート５１０上にマウントされ得る。プレート５１０は抗反射コーティングを施したガラスのトランスペアレントシートであり得る。ねじ込みフレーム５１５はベース５２６及びねじ込みリング５２０を有する位置調節装置５２５にねじ込まれる。位置調節装置５２０は３つの調整可能なねじ５３０によって各々垂直に変位調整可能である。図２７（ｃ）に於いて示されるように、参照ビームマスキングプレート６５はねじ込みプレートフレーム５６０の内部に収容され得る。ねじ込みプレートフレーム５６０は、ねじ込み位置調整装置５６５にねじ込まれ得る。
【００７３】
フルカラーの実施例は、図７、８、１９及び２１に示されている。別の実施例においては、３本の異なる色のレーザを有するフルカラープリンタと、限定的ではないが例えばレーザから出射される３本のビームを結合するような二色コンバイナ等の光学コンバイナと、フルカラーＳＬＭと、フルカラーホログラフステレオグラムをプリントするための色消し光学素子とが含まれる。また別の実施例においては、３本の異なる色のレーザを有するカラープリンタと、３つの帯域制限ディフューザ、３つのグレースケールＳＬＭ及び光学コンバイナを用いて３本の参照ビームを結合するような物体ビームユニットと、例えば色消しレンズのようにプリンタによって生成されたフルカラービームを操作或いは条件付けするような色消し光学素子と、３本の参照ビームを１本の結合フルカラー参照ビームに結合するような光学コンバイナとが含まれる。また、３本の異なる色のレーザを有するフルカラープリンタと、３本の異なる色の参照ビームを１本の結合フルカラー参照ビームに結合し且つ結合された物体ビームを基本ホログラム上に均等に分布させるようなＨＯＥを有する物体ビームユニットと、３本の参照ビームを１本の結合フルカラー参照ビームに結合するような光学コンバイナと、フルカラービームを操作或いは条件付けするような色消し光学素子とを有する実施例もある。
【００７４】
また或る側面においては、動画をなす、１ステップ、フルパララックスのホログラフィックステレオグラムを製造する方法が含まれる。ある実施例においては、多層視野領域或いは細分視野領域を用いる過程が含まれ、これらの視野領域は通常、動画をなす対象或いは異なるイメージを異なる視野領域を介して表示させることができるような、１ステップ、フルパララックスのホログラフィックステレオグラムを作り出すような静止画像即ちフルパララックスホログラフィックステレオグラムを製造するために必要ないものである。視野領域は通常、ホログラフィック記録媒体から離間して位置する平面領域であり、ホログラフィック記録媒体面において平面を見るような観察者の目は、基本ホログラムのアレイによって作り出されたホログラフィックイメージを見ることができる。従って、視野領域は、ホログラムの前面のウインドウに類似している。しかしながら、視野領域は平面であるよりもむしろ連続した点から構成されることもある。各基本ホログラムに対して３次元の対象或いは情景の視野を決定するような１ステップ、フルパララックスのホログラフィックステレオグラムを生成するような従来の技術とは異なり、露光プリンタは、観察者が各視野領域内で見ることができるであろう対象或いは情景の視野を決定することにより、動画をなす、１ステップ、フルパララックスのホログラフィックステレオグラムを生成する。
【００７５】
図２８〜３１を参照されたい。ＳＬＭのイメージ５０５（図１０（ｂ）に図示）がホログラフィック記憶媒体の表面から無限距離の位置に出現するようにボクセル制御レンズ５００を用いていると仮定すると、動画をなすホログラフィックステレオグラムが、ホログラフィック要素又は、異なるイメージを異なる視野領域に表示するようなホログラフィックステレオグラムを形成するためのステップは以下の通りである。
１）ホログラフィックステレオグラムのサイズ及び形状の選択、及び基本ホログラムのサイズ及び形状の選択。
２）所望効果の選択。効果の一例としては、観察者が変位する際の対象或いは情景の方向の変化（例えば位置又は回転）がある。或いは別の効果としては、観察者が変位する際の対象或いは情景の形状又は色の変化が挙げられる。
３）完成したホログラフィックステレオグラムについての参照照明幾何学的形状の選択。
４）ホログラフィック記録媒体に対する視野領域の形状、サイズ及び位置の選択。視野領域の平面においては、観察者は、視野領域の平面以外において見る場合に比べて、ホログラフィックステレオグラムが示す対象或いは情景間における変位をより鮮明に見ることができる。従って殆どの観察者が位置するような、ホログラフィック記録媒体から離間した位置を視野領域の位置として選択することが望ましい。
５）対象或いは情景、又はホログラフィックステレオグラムによって表示されるべき対象或いは情景の属性の選択。
６）生成されるホログラフィックステレオグラムによって表示されるような対象のホログラフィックイメージのホログラフィック記憶媒体に対する位置及び配置（即ちイメージの位置がホログラフィック記録媒体の前面なのか、後面なのか、或いはホログラフィック記録媒体にまたがって位置するのか）の選択。
７）コンピュータ２３０を用いた、対象或いは情景が伝統的なコンピュータグラフィックの技術及びプログラムを用いて行う各視野領域についてのコンピュータモデル及びモデル属性の形成。例えば、１つの視野領域８０５からしか見えないような８３５で示される対象Ａのコンピュータモデルの形成、及び別の視野領域８１０からしか見えないような８４０で示される対象Ｂのコンピュータモデルの形成。
８）ホログラムプリンタの設定。例えば、ホログラフィック記録媒体７０（図７に図示）の媒体ホルダ３００（図７に図示）への装着、ビームシャッター２２５（図７に図示）と、モータコントローラ３０５と、４５５で示されるＳＬＭ９０である（図７に図示）と、ビーム操向システム４００（図７に図示）の較正及び初期設定、コンピュータグラフィックプログラム及びコンピュータ２３０（図７に図示）の初期設定が挙げられる。
９）１ステップ、フルパララックスのホログラフィックステレオグラム即ちホログラフィックステレオグラムにおける、各基本ホログラム１１０に対するコンピュータ２３０を用いた以下の操作。
Ａ）基本プログラム１１０の境界線からの各視野領域８０５及び８１０の境界線を通過する線の投射。典型的なプリンタにおいて、ＳＬＭは基本ホログラムを露光する時に通常基本ホログラムの前に集中するので、基本ホログラムがボクセル制御レンズを通して見るようなＳＬＭの仮想イメージも、図２９に示されるように通常基本ホログラムの前に集中する。投射線は、図３０に示されるように、ＳＬＭイメージの仮想２次元イメージ５０５（図１０（ｂ）に図示）と交差する。基本ホログラムは、投射線によって結合されるような８１５或いは８２０等のＳＬＭの仮想イメージの部分しか見ることができない。図３０に示されているように、投射線はマスクボリューム８２５、８３０を画定するが、これは与えられる視野領域に対して基本ホログラム毎に異なってよい。
Ｂ）例えば８２５のような、基本ホログラム１１０に対する所望の視野領域マスクボリュームについて、限定的ではないが例えば、光線追跡、走査線変換等の伝統的なレンダリング技術を用いて、基本ホログラムの斜視図からコンピュータグラフィックモデルのＳＬＭの仮想イメージ５０５の一部分上への対象８３５または情景８４０の投射の完全な２次元のイメージを生成するために行うような、投射されたマスクボリューム８２５により取り囲まれた対象または情景（図３０に図示）の適当なコンピュータモデルの一部のレンダリング。例えば、仮にある人がマスクボリューム８２５の内部から特定の基本ホログラムを見るとしたら、Ａ対象８３５のみが見られる。マスクボリューム８２５からＢ対象８４０は見えない。従って、マスクボリューム８２５内の観察者には、ＳＬＭの仮想イメージの下部は見えない。同様に、仮にある人がマスクボリューム８３０の内部から特定な基本ホログラムを見るとしたら、Ｂ対象８４０のみが見える。マスクボリューム８３０からＡ対象８３５は見えない。従って、マスクボリューム８３０内の観察者には、ＳＬＭの仮想イメージの上部は見えない。
Ｃ）基本ホログラムが全ての視野領域８０５及び８１０についてのレンダリングを完了する時の、視野領域に対するレンダリングされたイメージの組合せ。
Ｄ）視野領域８０５及び８１０に対してレンダリングされたイメージの組合せをＳＬＭ７０上に表示し、光を所定時間ビームシャッター２２５に通過させて基本ホログラムを露光する。
Ｅ）他の基本ホログラムが露光されるように触媒ホルダを変位させる。
Ｆ）全ての基本ホログラムが露光されるのでＡからＥまでのステップを繰り返す。
【００７６】
或る実施例では、基本ホログラムをホログラフィック記録媒体に露光させる前に複数の基本ホログラムに対するレンダリングが完了する。
【００７７】
また或る実施例では、視野を変化させるようなホログラフィックステレオグラムを生成する方法と同様な方法を用いて、ホログラフィック光学要素（ＨＯＥ）を生成する。例えば、発散する白色光を一点に収束させるレンズのような役割を果たすＨＯＥを生成したい場合には、上記の視野領域の方法と同様の方法を用いて、但し視点を視野領域よりも光の焦点を合わせるべき位置に決定することによって、ＨＯＥを生成するとよい。或いは、与えられたボクセルの正確なサイズ、形状及び位置を用いて白色コンピュータグラフィック対象を決定し、そのような対象のホログラフィックステレオグラムをプリントすることによってもＨＯＥを生成することができる。
【００７８】
或る実施例においては、同一のコンピュータ２３０が、ビームシャッターを制御するモータと、ビーム操向ミラーシステムのモータコントローラと、変位システムのモータコントローラとを制御するようにプログラムされ、コンピュータグラフィックの生成及びレンダリングを管理し、ＳＬＭのディスプレイを制御する。また別の実施例においては、同一のコンピュータが動画をなすために必要な計算をすることもある。コンピュータ２３０を、両端が直列または並列の通信ポートに接続されているケーブルを介して、ビームシャッター、ビーム操向用のシステムのモータコントローラ及びＳＬＭに接続することも可能である。ケーブルの一端はコンピュータの通信ポートに接続され、ケーブルの他端はコンピュータに制御される装置に接続される。或いは、マルチプルコンピュータ２３０が用いられることもある。
【００７９】
本発明の方法及び装置について図面と併せて実施例を説明してきたが、本発明の概念、精神及び範囲から逸脱することなく、例えば限定的ではないが異なる組合せのレンズを設定するような改変を加えて実施することができることは、当業者であれば容易に理解できよう。当業者に自明な全ての置換及び部分的な変更は、本発明の請求項によって画定されるような発明の概念、精神及び範囲に含まれるものと考えられる。
【技術分野】
【０００１】
本発明はホログラフィーに関し、特に三次元コンピュータモデルのコンピュータによりレンダリングされたイメージ或いはコンピュータにより処理されたイメージを用いることにより可変サイズでしかも可変解像度のホログラフィックステレオグラム及びホログラフィック光学要素を生成しプリントするための方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ホログラフィックステレオグラムは、対象の２次元情景のセットから合成或いは組み合わされたホログラムの一形式である。ホログラフィックステレオグラムは、密に配置された離散的な斜視図からなる２次元要素情景からしっかりした３次元対象の実物に見える虚像を形成することができる。更に、２次元要素情景が適切に生成された場合には、ホログラフィックステレオグラムは、動画の虚像をも生成することができる。ホログラフィックステレオグラムはこのような特別な効果を生み出し得るものであるが、ホログラフィックステレオグラムをプリントするための方法及び技術についての限界のために、ホログラフィックステレオグラムの生成は一般に高価、困難且つ多大な時間を有するものであった。
ホログラフィックステレオグラムを生成するための多数のステップを１つの光学プリントステップに減少させるための手法が開発されている。１ステップ技術は通常、対象のコンピュータにより処理されたイメージ又は対象のコンピュータモデルを用いて、ホログラムを、基本ホログラム或いはホーゲルと呼ばれる複数の互いに隣接する小さな基本要素から形成する。この１ステップ技術は、予備的なホログラムを生成する必要を解消する。
【０００３】
ホログラフィックステレオグラムを生成するための多数のステップを１つの光学プリントステップに減少させるための手法が開発されている。１ステップ技術は通常、対象のコンピュータにより処理されたイメージ又は対象のコンピュータモデルを用いて、ホログラムを、基本ホログラム或いはホーゲルと呼ばれる複数の互いに隣接する小さな基本要素から形成する。この１ステップ技術は、予備的なホログラムを生成する必要を解消する。
【０００４】
伝統的な１ステップ技術を用いてフルパララックスホログラフィックステレオグラムを生成するためには、対象或いは情景の３次元コンピュータモデルが生成される。対象或いは情景の３次元的コンピュータモデルを生成しそれを操作するために用いることのできる多数のコンピュータグラフィックモデリングプログラム、レンダリングプログラム、動画プログラム、３次元デジタル化システム或いは複数のプログラム或いはシステムの組合せが知られている。このようなプログラム或いはシステムの例は、限定的ではないが、コンピュータ支援設計（ＣＡＤ）プログラム、科学的可視化プログラム或いは仮想現実プログラムなどがある。
【０００５】
更に、１ステップ技術を用いてホログラフィックステレオグラムを生成するためには、対象或いは情景に対するホログラム面及び個々の基本ホログラムの位置を決定する必要がある。更に、基本ホログラムのための適切なコンピュータグラフィックカメラの詳細及び空間的光変調器（ＳＬＭ）即ち２次元イメージを表示し得る装置のサイズ及び位置を決定する必要がある。
【０００６】
上記した初期パラメータの全てが決定されると、各基本ホログラムについてＳＬＭ上の２次元的投射を、生成された対象或いは情景のコンピュータグラフィックモデル、基本ホログラムの位置及び基本ホログラムについてのコンピュータグラフィックカメラの詳細に基づいて計算される。各基本ホログラムについてのＳＬＭ上の２次元投射は、様々なコンピュータグラフィック手法を用いてレンダリングすることができる。３次元的対象から２次元的視野を生成し、色及び陰影の変化のような特性をコンピュータグラフィックモデルに付加するプロセスはしばしばレンダリングと呼ばれる。このようなレンダリングのための様々な方法が知られている。１つの方法は、コンピュータモデルに於いてサンプルされた光線を正確に模擬することによりイメージを計算する光線追跡と呼ばれる方法である。もう１つの方法は、一時に１ラスター即ち１ライン毎にイメージを計算する走査線変換と呼ばれるものである。通常走査線レンダリングは、光線追跡ほどのリアルな結果を生み出さない。しかしながら、走査線レンダリングは高速であることから動画パッケージに於いてしばしば用いられる。コンピュータグラフィックスを用いて、１ステップ、フルパララックスホログラフィックステレオグラムのためにイメージをレンダリングするもう１つの方法がHalleらの記事に記載されている。Halle, M. and Kropp, A, " Fast Computer Graphics Rendering for Full Parallax Spatial Displays ", Proc. Soc. Photo-Opt. Instrum. Eng.（SPIE）, 3011:105-112 (February 10-11, 1997)（非特許文献１）は、引用により本明細書の一部とする。
【０００７】
ホログラフィックステレオグラムは、多ステップ或いは１ステップ手法により生成された時、再構成されたイメージは、幾何学的なイメージの歪みを有する場合がある。このような幾何学的なイメージの歪みは、大型の掲示板サイズのホログラフィックディスプレイや、アルコーブ或いは部分円筒形等の他の幾何学的形状を伴うホログラフィックディスプレイに於いて極めて顕著に現れる。マルチプレックスホログラムに於ける幾何学的イメージの歪みを正すために他ステップ手法に組み込まれた１つの解決法が、オカダの記事に記載されている。Okada, K.ら, "A Method of Distortion Compensation of Multiplex Holograms", Optics Communications, vol. 48, no. 3, pp. 167-170 (December 1, 1983)（非特許文献２）は、引用により本明細書の一部とする。歪みを正すためのオカダの記事に於いて議論されている手法は、出来上がったホログラムの単一の或いは個々の視点の幾何学的及び時間的歪みを是正する方法からなる。これは、イメージの取得の後に行われる処理後方法であることから、１ステップホログラフィックステレオグラムをなす動画コンピュータグラフィックスを生成する場合に採用すると非効率的であるという問題がある。オカダの方法は、水平パララックスのみの透過型ホログラムを提供するのみである。
【０００８】
完成したホログラフィックディスプレイに於ける歪みを減少させるための予め歪みを与えるような１ステップホログラフィックステレオグラムのための手法が開発されている。このような予め歪みを与えるような手法はBelleらの記事に記載されている。Belle, H. ら, "The Ultragram：A Generalized Holographic Stereogram", Proc. Soc. Photo-Opt. Instrum. Eng. (SPIE), vol. 1461, Practical Holography V, p. 142 (February 1991)（非特許文献３）は、引用により本明細書の一部とする。広く採用されているにも関わらず、フルパララックスホログラフィックステレオグラムを生成するための１ステップ法のための典型的な予め歪みを与える形式の手法は、コンピュータの処理速度及び伝統的な１ステップ法により得られる像の解像度の点で極めて限定されたものに留まっている。更に、予め歪みを与えるための、１ステップフルパララックスホログラフィックステレオグラムのための手法は、包括的であって、動画を伴う１ステップフルパララックスホログラフィックステレオグラムを生成することができない。
【０００９】
１ステップでモノクロのホログラフィックステレオグラムをプリントするための装置が開発されている。このような従来技術に基づくプリンタは、通常、図１に示されるように、モノクロコヒーレント光源１と、レンズ４２と、ミラー４０と、光学系８０と、シャッター１０と、フィルムを変位させるための機構６９と、通常フィルムからなるホログラフィック記録媒体７０と、露光シーケンスのためのタイミングを制御するパーソナルコンピュータ８５と、イメージの計算のための別個の高速コンピュータ８７とを含む。図１に示された従来技術に基づくプリンタは、ヤマグチの２つの記事に記載されている。Yamaguchi, M. ら, "Development of a Prototype Full-Parallax Holoprinter", Proc. Soc. Photo-Opt Instrum. Eng. (SPIE), vol. 2406, Practical Holography IX, pp. 50-56 (February 1995)（非特許文献４）、及び Yamaguchi, M.ら, "High-Quality Recording of a Full-Parallax Holographic Stereogram with a Digital Diffuser", Optical Letters, vol. 19, no. 2, pp. 135-137 (January 20, 1994)（非特許文献５）は、引用により本明細書の一部とする。図１に示された従来技術に基づくプリンタは、モノクロのホログラフィックステレオグラムを生成することができるが、フルカラーのホログラフィックステレオグラムを生成することはできない。
【００１０】
図１に示されたもののように、典型的な従来技術に基づくホログラムプリンタは、通常防振テーブル８０により支持されている。更に、図１に示された従来技術に基づくプリンタは、コリメートし得るコヒーレントな光ビーム５を発生するための光源としてＨｅＮｅレーザを用いる。シャッター１０が光源１の出力に配置されている。ビームスプリッタ１５は、光源１からの光５を、物体ビーム２０及び参照ビーム２５に分割する。物体ビーム２０及び参照ビーム２５の変更特性は、１対のハーフウェーブプレート３０及び１対のプラライザ３５により調整される。ハーフウェーブプレート３０及びポラライザ３５は、両ビームの比率も制御する。従来技術に基づくプリンタは、幾つかのミラー４０をも用いる。加えるに、従来技術に基づくプリンタは、光源１からの物体ビーム２０を、図１に示された光学系８９に向けて分配するための拡大レンズ４２のシステムを用いる。図１に示された従来技術に基づくプリンタの光学系８９は、帯域制限ディフューザ４５と、液晶パネル（ＬＣＤパネル）５０と、収束レンズ５５とを含む。帯域制限ディフューザは、光を特定のパターン或いは方向に拡散するべく設計された画定論的理想パターンを有するディフューザである。
【００１１】
図１に示された帯域制限ディフューザ４５は、用いられているモノクロ光源即ちＨｅＮｅレーザに適合するべく設計されている。図１の従来技術に基づくプリンタに用いられているＬＣＤパネル５０は、ツイステッドネマチック液晶を用いたグレースケールの電気的に制御されるパネルをなす。ＬＣＤパネル５０は、アナログビデオ信号として高速コンピュータ８７により計算されたイメージデータを受ける。図１に示された収束レンズ５５は、ＬＣＤパネル５０からのイメージをホログラフィック記録媒体７０にフォーカスする。収束レンズ５５は一般に、広い視野角を提供するように低いＦナンバーを有する。光軸に沿って球面収差を是正する必要があることから、ヤマグチは球面収差を減少させるために３つのレンズからなる収束レンズ５５を用いて、約０．８のＦナンバーを達成している。
【００１２】
露光されるべきでない基本ホログラム１１０の部分をなさないホログラフィック記録媒体７０の部分の露光を防止するために、図１に示された従来技術のプリンタは、ホログラフィック記録媒体７０に近接して、基本ホログラム１１０のサイズの開口を備えた物体ビームマスキングプレート６０を用い、物体ビーム２０が、ホログラフィック記録媒体７０の他の部分を露光しないようにしている。
【００１３】
図１に示された帯域制限ディフューザ４５は、ホログラフィック記録媒体７０上の基本ホログラムに対して、物体ビーム２０の分布を均一化する。物体ビームが基本ホログラムの領域上にのみフォーカスされるように帯域制限ディフューザ４５が設計されていれば、基本ホログラム外の領域が露光するのを防止するために物体ビームマスキングプレート６０を用いる必要がなくなる。しかしながら、このような帯域制限ディフューザと共に用いる場合には、物体ビームマスキングプレート６０は、基本ホログラム１１０よりも大きな開口を有するものであってよい。物体ビーム２０によって基本ホログラム１１０が均一に照明されるような物体ビーム２０及び帯域制限ディフューザ４５は、それにマッチするように、基本ホログラム１１０のサイズの開口を備えた参照ビームマスキングプレート６５を必要とする。物体ビーム２０、帯域制限ディフューザ４５及び参照ビームマスキングプレート６５を所望の基本ホログラムのサイズに適合させる必要があることから、ホログラムプリンタにより露光される基本ホログラムのサイズを変更することは困難であった。このようなフレキシビリティの欠如のため、従来技術に基づくプリンタは、異なるサイズの基本ホログラムを有するホログラムを容易にプリントすることができず、単一の固定サイズの基本ホログラムを有するホログラムをプリントすることにその用途が限定されていた。
【００１４】
図２〜４は、図１に示された光学系８９と同様に機能する光学系の別の従来技術を示している。
【００１５】
図２〜４に於いて、物体ビーム２０が、その表面にサンプルイメージ点１００を有するＳＬＭ９０を介して向けられている。物体ビーム２０は、ＳＬＭ表面に対して直交しても、或いは直交方向に対してオフセットしていてもよい。ＳＬＭ９０はピクセル９５のアレイを有するものであってよい。ＬＣＤパネル、映画フィルム及びトランスペーレンシーがＳＬＭ９０として用いられている。
【００１６】
図２に於いて、物体ビームは、研磨ガラスの一部分のような光を散乱させる単純なディフューザ１０５を介して向けられている。単純なディフューザ１０５が用いられた場合、基本ホログラム１１０外の露光されるべきでないホログラフィック記録媒体７０の領域が露光するのを防止するために物体ビームマスキングプレート６０を用いなければならない。
【００１７】
図３に於いて、物体ビーム２０は、ホログラフィック光学要素（ＨＯＥ）１１５を介して向けられている。ＨＯＥは、光源から発生した光の向きを或る容量を以て変更するべく特別に設定されたものである。例えば、ＨＯＥを、光を単一の点に収束させるためのレンズとして機能するように設計することができる。別の例としては、ＨＯＥを、一点ではなく１つの領域上に光を収束させるレンズと組み合わされた帯域制限ディフューザとして機能するように設計することもできる。図３に示されたＨＯＥ１１５は、基本ホログラム１１０のサイズ及び寸法の領域を均等に露光するべく設計されている。このようなＨＯＥが用いられた場合、図２に示された物体ビームマスキングプレート６０を全く用いる必要がないか、或いは用いた場合でも露光されるべき基本ホログラム１１０のサイズよりも大きな開口を有するものであってよい。
【００１８】
図４に於いては、物体ビーム２０は、帯域制限デジタルディフューザからなるものであってよい帯域制限ディフューザ４５及び収束レンズ５５を介して向けられている。図４に示された帯域制限ディフューザ４５は、物体ビーム２０を、基本ホログラム１１０の領域上に収束させるべく設計されている。このように、図１に示された物体ビームマスキングプレート６０は、全く使用する必要がないか、或いは使用した場合でも露光されるべき基本ホログラム１１０のサイズよりも大きな開口を有するものであってよい。
【００１９】
図２〜４に於いて、サンプルイメージ点１００は、各ホログラフィック記録媒体７０上の基本ホログラム１１０に記録されたＳＬＭ９０のイメージ点である。物体ビーム２０と参照ビーム２５との相互作用によって形成される干渉パターンが、ホログラフィック記録媒体７０上の基本ホログラム１１０に記録されるように参照ビーム２５が基本ホログラム１１０に向けられる。
【００２０】
基本ホログラムの２次元アレイを露光するために、図１の従来技術のプリンタは、パルス制御モータ７１を含むホログラフィックフィルム６９を変位させるための機構を用いている。通常、従来技術のプリンタに於けるホログラフィック記録媒体７０はホログラフィックフィルムからなる。フィルムは、物体ビームマスキングプレート６０と参照ビームマスキングプレート６５との間に保持される。両マスキングプレート６０、６５は、露光されるべき基本ホログラム１１０のサイズを有する開口を有する。両マスキングプレート６０、６５は、ソレノイド７２により駆動される。パルス制御モータ７１はフィルムを２方向に変位させる。
【００２１】
図１に示された従来技術に基づくシステムに於いては、露光シーケンスのタイミングがパソコンにより制御される。このように、ソレノイド７２、パルス制御モータ７１及びシャッター１１０は、パソコン８５により制御される。それに対して、露光されるべきイメージは、高速コンピュータ８７によってオフラインで計算される。イメージ計算は、アナログビデオ信号によりＬＣＤパネル５０に転送される。
【００２２】
ホログラフィックステレオグラムを再構成するために、照明光源を適切な角度を以て配置しなければならない。照明光源が適切に配置されないと、ホログラフィックステレオグラムが再構成されなかったり、拡大歪み等のような歪みが発生する。ホログラフィック技術及び機器の進歩にも関わらず、１ステップホログラフィックステレオグラムのディスプレイ照明幾何学的構成が依然として問題となる。ディスプレイ照明幾何学的構成即ちホログラフィックステレオグラムに対する照明光源の配置は、ホログラフィックステレオグラムの基本ホログラムのそれぞれを露光する参照ビームの角度の累積的な影響に依存する。例えば、ホログラフィックステレオグラム上の基本ホログラムの全てがコリメートされた参照ビームにより露光される角度が一定であって、ホログラフィックステレオグラムの面が平坦であったとすると、ホログラムが拡大歪み等のような歪みを伴わずに適切に再構成されるためには、ホログラフィックステレオグラムは、基本ホログラムのそれぞれを適切な角度を以て照明するコリメートされた照明光源を必要とする。
【００２３】
しかも、実用上、点光源のような拡散光源を用いて照明されることが意図されるような反射型のホログラフィックステレオグラムを生成することが一般的に行われている。しかしながら、点光源を用いて、しかも極力歪みを伴わずに再構成できるように参照ビームの角度が自動的且つフレキシブルに変更し得るようなプリンタを設計する際の困難を、従来技術は克服していない。
【００２４】
また、ホログラフィックイメージの解像度即ち基本ホログラム密度を制御することが依然として困難である。ホログラフィックイメージの鮮明度は、イメージの解像度及びぼやけの度合に依存する。ぼやけは、長い蛍光灯などのような大きな光源によりホログラムを照明したような場合に引き起こされる。また、光源のスペクトラル範囲が大きいことによってもぼやけが引き起こされる。顕微鏡対物レンズ等により引き延ばされたレーザ光源等のような小型且つモノクロの光源即ち小型の廉価な色消しハイパワーレンズを用いた場合にはぼやけが抑制され、ホログラフィックイメージの鮮明度は、ホログラムのイメージ解像度に主に依存する。
【００２５】
３次元イメージのイメージ解像度は、イメージボリュームに於ける個々に識別可能なイメージ点の体積密度として定義される。フルパララックス及び水平パララックスホログラムを含む１ステップホログラフィックステレオグラムについて、この解像度は、イメージボリューム全体に渡って通常一定ではない。奥行きの小さい小さなイメージについて、奥行きについてのイメージ解像度の変動は殆ど目立たない。しかしながら、奥行きの大きなホログラフィックステレオグラムについては、奥行きについてのイメージ解像度の変化は極めて顕著となる。
【００２６】
図５に示されるように、基本ホログラム１１０を露光した参照ビーム２５を発生するために用いたのと同様な光源からなる照明光源１３０からの光が適切な共役角を以て基本ホログラム１１０を照明した場合、図２〜４に示されたサンプルイメージ点１００の再構成１２５は、ＳＬＭのイメージの再構成１２０に関して、記録時に基本ホログラム１１０に対して現れたのと同様に基本ホログラム１１０に対して同一の見掛け上の距離及び位置を占めるように形成される。
【００２７】
図６は、ホログラフィック記録媒体７０上の互いに隣接する基本ホログラム１１０間の境界線から、ＳＬＭの再構成されたイメージ１２０の互いに隣接する再構成されたピクセル１３５間の境界を通過するように引かれた線を示している。少なくとも２つの基本ホログラムの境界から引かれた線の間の領域は、個別にアドレス可能なボリューム要素即ちボクセル１４０を表している。ボクセル１４０は、任意の３次元的対象或いは情景を表す要素ユニットである。図６に示されるように、基本ホログラム１１０がＳＬＭピクセルよりも大きいと仮定すると、ボクセル１４０のサイズは、ＳＬＭ１２０の再構成されたイメージの面からの距離に応じて増大する。ボクセル１４０のサイズが、３次元的対象又は情景の所望のディテールのサイズに比較して粗過ぎる場合には、複製されたイメージは劣悪若しくは識別不能なものとなる。対象又は情景の３次元的イメージが、広い範囲の奥行きにわたって延在する場合には、ボクセルのサイズの変化は、イメージの質を悪化させることから極めて好ましくないものとなる。
【００２８】
このように、従来技術に基づくホログラムプリンタは、商業的な目的には実用に耐えないような限界を有する。特に、これらの従来技術に基づくプリンタの欠点としては、フルカラーホログラフィックステレオグラムをプリントできない、複数の基本ホログラムを同時に露光できない、異なる基本ホログラムサイズを以てプリントし得るようにホログラムプリンタを迅速且つ容易に調節し得るようなフレキシビリティに欠ける、ホログラフィック記録媒体に対する参照ビームの入射角を容易に変更し得るようなフレキシビリティに欠ける、ホログラムの解像度を制御する能力に欠ける、見る位置によって変化するイメージや動画を表示するようなコンピュータ生成イメージを生成する能力に欠ける等の問題がある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００２９】
【非特許文献１】Halle, M. and Kropp, A, " Fast Computer Graphics Rendering for Full Parallax Spatial Displays ", Proc. Soc. Photo-Opt. Instrum. Eng.（SPIE）, 3011:105-112 (February 10-11, 1997)
【非特許文献２】Okada, K.ら, "A Method of Distortion Compensation of Multiplex Holograms", Optics Communications, vol. 48, no. 3, pp. 167-170 (December 1, 1983)
【非特許文献３】Belle, H. ら, "The Ultragram：A Generalized Holographic Stereogram", Proc. Soc. Photo-Opt. Instrum. Eng. (SPIE), vol. 1461, Practical Holography V, p. 142 (February 1991)
【非特許文献４】Yamaguchi, M. ら, "Development of a Prototype Full-Parallax Holoprinter", Proc. Soc. Photo-Opt Instrum. Eng. (SPIE), vol. 2406, Practical Holography IX, pp. 50-56 (February 1995)
【非特許文献５】Yamaguchi, M.ら, "High-Quality Recording of a Full-Parallax Holographic Stereogram with a Digital Diffuser", Optical Letters, vol. 19, no. 2, pp. 135-137 (January 20, 1994)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００３０】
本発明は、ホログラフィックステレオグラムをプリントするために用いられた従来のホログラムプリンタ及び方法の上記したような限界及び問題を、次のような構造及び方法により解消する。
【課題を解決するための手段】
【００３１】
本発明は、参照ビームにより、ホログラフィック記録媒体を様々な角度から露光し得るような参照ビーム操向システムを用いた１ステップフルカラーフルパララックスホログラフィックステレオグラムプリント装置及び方法からなる。特に、コヒーレントなビームが、物体及び参照ビームに分割される。物体ビームは、レンダリングされたイメージが表示される物体ビームユニットを通過し、参照ビームは、参照ビーム操向システムを通過する。物体及び参照ビームは、ホログラフィック記録媒体上の基本ホログラムにて互いに干渉する。コンピュータは、記録媒体の露光時間及び運動を制御し、また物体ビームユニットに表示されるイメージをレンダリングする。特に、コンピュータは、イメージが物体ビームユニットに於いて表示される前にイメージを記憶する。
【００３２】
更に、本発明は、ホログラフィックステレオグラムの解像度を制御するために、ホログラフィック記録媒体に密接して物体ビームの光路上に配置されたボクセル制御レンズを用いることも含む。
【００３３】
更に、本発明は、相互に交換可能な帯域制限ディフューザ及び参照ビームマスキングプレートをも用いる。更に、本発明は、１ステップホログラフィックステレオグラムのための加工方法に視野領域手法を組み込むことにより、動画をなす１ステップホログラフィックステレオグラムを生成することができる。特許出願についての伝統的な習慣に従い、本出願に於いて用いられる単数形は、請求の範囲を含めて、少なくとも１つを意味することであることを了解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１ａ】先行技術に基づくホログラムプリンタの概略図である。
【図１ｂ】先行技術に基づくホログラムプリンタの平面図である。
【図２ａ】簡単なディフューザを有する光学系を用いた１ステップ反射基本ホログラムの簡略図である。
【図２ｂ】簡単なディフューザを有する光学系を用いた１ステップ反射基本ホログラムの平面図である。
【図３】ホログラフィック光学素子を有する光学系を用いた１ステップ反射基本ホログラムの簡略化した平面図である。
【図４】帯域制限ディフューザ及び収束レンズを有する光学系を用いた、１ステップ反射基本ホログラムの簡略化した平面図である。
【図５】ホログラフィックステレオグラムの基本ホログラムの再構成の簡略化した平面図である。
【図６】ＳＬＭの再構築イメージから離間しているボクセルのサイズの変化を説明する図である。
【図７】ホログラフィックステレオグラムの１ステップ、フルカラー、及びフルパララックスのプリンタの実施例の平面概略図である。
【図８】ホログラフィックステレオグラムの１ステップ、フルカラー、及びフルパララックスのプリンタの別の実施例の平面概略図である。
【図９】ボクセルのサイズの変化を制御するような本発明の実施例について示す図である。
【図１０】図１０は（ａ）及び（ｂ）からなり、ボクセル制御レンズが用いられる際に基本ホログラムによって見るようなＳＬＭの見掛けの距離が変化する様子を示す図である。
【図１１】相互に概ね平行をなすボクセルの境界線を示す図である。
【図１２】参照ビーム操向システムの実施例の概略図である。
【図１３】参照ビーム操向システムの別の実施例の概略図である。
【図１４】ビーム操向開口を利用した参照ビーム操向システムの実施例の概略図である。
【図１５】参照ビーム操向ミラーシステムの実施例の斜視図である。
【図１６】参照ビーム操向ミラーシステムの別の実施例の正面図である。
【図１７】光ファイバ及び変位システムを利用した参照ビーム操向ミラーシステムの実施例の概略図である。
【図１８】光ファイバ及び変位システムを利用した参照ビーム操向ミラーシステムの実施例の簡略化した斜視図である。
【図１９】光ファイバ、変位システム及び光学コンバイナーユニットを利用した参照ビーム操向ミラーシステムの実施例の簡略化した斜視図である。
【図２０】光ファイバを利用した物体ビームユニットの概略図である。
【図２１】ホログラフィックステレオグラムの１ステップ、フルカラー、フルパララックスのプリンタのための光ファイバを利用した実施例の簡略化した平面図である。
【図２２】触媒ホルダーの実施例の簡略化した斜視図である。
【図２３】固定物体ビームユニット及び固定参照ビーム操向システムを有するプリンタの実施例の簡略図である。
【図２４】可動物体ビームユニット及び可動参照ビーム操向システムを有するプリンタの実施例の簡略図である。
【図２５】可動物体ビームユニット及び可動参照ビーム操向システムを有するプリンタの別の実施例の簡略図である。
【図２６】可動物体ビームユニット及び可動参照ビーム操向システムを有するプリンタの更に別の実施例の簡略図である。
【図２７ａ】可変帯域制限ディフューザ及び可変参照ビームマスキングプレートの簡略図である。
【図２７ｂ】可変帯域制限ディフューザ及び可変参照ビームマスキングプレートの簡略図である。
【図２７ｃ】可変帯域制限ディフューザ及び可変参照ビームマスキングプレートの簡略図である。
【図２８】動画をなす、１ステップ、フルパララックスのホログラフィックステレオグラムを生成する過程を示すフロー図である。
【図２９】異なる視野領域から見た時の異なるイメージを表示するホログラフィックステレオグラムの視野領域を示す図である。
【図３０】視野領域の境界線から光線を投射する様子を示す図である。
【図３１】視野領域マスクボリュームを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
本発明について、図面と併せて以下に実施例を説明する。以下の例で開示される技術は発明者が発見した技術を代表するものであることは、当業者であれば当然理解するであろう。従って、以下の例は実用に際して例証的な形態を構成するものと考えることができる。しかしながら、本発明の開示に照らしてみると、開示された実施例に種々の改変を加えて実施したとしても、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく同様の或いは類似の結果が得られるであろうことは、当業者であれば容易に理解できよう。例えばＨＯＥ若しくはその他の適切な光学素子は、レンズ及び帯域限定ディフューザの組合せと置き換えられる。加えてＨＯＥはまたレンズ若しくは複数のレンズの組合せともまた置き換えられる。更にＳＬＭは以下に限定するものではないが、ＬＣＤパネル、デジタルマイクロミラーアレイ、フィルム、若しくは透過伝送機構を有し得る。加えてコンピュータ記憶装置は、以下に限定するものではないが、ハードディスク、ＳＲＡＭ若しくはＤＲＡＭ、フラッシュメモリ、ＤＶＤドライブ、若しくはテープ装置を含む。更にモータは、以下に限定されるものではないがＤＣサーボモータ、ステッパモータ、若しくはアクチュエータを有する。
【００３６】
本発明は、１ステップの、フルカラー、及びフルパララックスホログラフィックステレオグラムをプリントするためのシステム及び方法を提供する。ここに複数の図解実施例図７―図３１が示されている。
【００３７】
プリンタのための本発明の１つの実施例が図７に示されている。図７によれば、コンピュータ２３０及び制御装置３０５及び４５５を除くプリンタの部品の大部分は、例えば防振テーブル８０上に於いて支持されることによって、振動より隔離される。テーブル８０は、内部にハニカム構造を備えるスチールによって構成され得る。テーブル８０の脚部は、振動を吸収し得る空気ピストンであり得る。異なるタイプの防振方法もまた利用可能であり得る。幾つかの実施例に於いて、コンピュータ２３０及び制御装置３０５及び４５５はテーブル８０上に於いて支持され得る。コンピュータ２３０は、モータ制御装置のような装置を制御可能にし、若しくはイメージのようなものを出力することが可能な、複数のシリアルケーブル若しくはパラレルケーブルを有し得る。加えてコンピュータ２３０は三次元のコンピュータグラフィックスを十分に処理するための処理能力及び処理スピードを有し得る。更にコンピュータ２３０は１つ若しくはそれより多いＣＰＵと、例えばハードディスク、ＲＡＩＤ、フラッシュメモリ、若しくはＳＲＡＭ若しくはＤＲＡＭのようなレンダリングされたイメージがストアされる、１つ若しくはそれより多い記憶装置を有し得る。複数のＣＰＵが用いられる場合、それらは単独で、若しくはパラレルに作動し得る。複数の記憶装置が用いられる時にも、それらは単独で、若しくはパラレルに操作され得る。幾つかの実施例においてレーザ２００はテーブル８０によって支持されない。レーザ２００は３つの異なった色を有するレーザであり得る。例えば１つのレーザ２００がクリプトンイオンレーザ若しくはＨｅＮｅレーザであると光の赤いビームを生成し、別のレーザ２００がアルゴンイオンレーザ若しくはＹＡＧレーザであれば光の緑のビームを生成し、３番目のレーザ２００がアルゴンイオンレーザ若しくはＨｅＣｄレーザであれば光の青いビームを生成する。他の光の波長もまた利用可能である。加えてレーザ２００は固体素子ダイオード若しくはその他のタイプのレーザであり得る。レーザ２００よりもたらされる光のビームは空気中を進行し得る。加えてレーザ２００よりもたらされる光のビームは、空気の流れによる不安定性が減少するようにパイプを介して進行し得る。またビームは偏向を保つ光ファイバを介して伝達され得る。
【００３８】
図７に於いて、レーザ２００によって生成されたコヒーレントな光のビーム５は、可変ビームスプリッタ２０５へ向けられる。可変ビームスプリッタは前記ビームの一部を反射し、前記ビームの残りほとんどを透過することによってビームを分割するハーフミラーである。光ファイバがビームを伝達するのに用いられる時には、２つのパラレルなファイバが共に接触し、ファイバよりもたらされる光を合わせることで働く、光ファイバビームスプリッタが用いられ得る。レーザ２００のそれぞれよりもたらされるコヒーレントな光のビーム５は、物体ビーム２０及び参照ビーム２５の２つのビームに分割される。幾つかの実施例において、物体ビーム２０及び参照ビーム２５のそれぞれは半波長プレート３０及び偏向子３５を介して方向付けられる。その他の実施例に於いて、偏向を保持する光ファイバケーブルがビームを伝達するのに用いられ、また前記ケーブルがその中心軸に対して回転可能であるならば、半波長プレート３０は必要とされない。必要であれば、それぞれの物体ビームは、１つ若しくはそれより多いミラー４０により反射され得る。本発明のミラー４０は例えば第一の表面若しくは前面のミラーであり得る。各物体ビーム２０は必要としない信号を除去する目的でローパス（low pass）空間フィルタ２２０を介して導かれる。ローパス空間フィルタ２２０は、顕微鏡物体レンズ及びピンホールを有し得る。各物体ビーム２０はその時ビームシャッタ２２５を通過し得る。１つの実施例に於いて、ビームシャッタ２２５は高速な機械的アイリスシャッタであり得る。例えばそれらは写真業界で用いられる。その他の実施例では、ビームシャッタ２２５は液晶セル若しくは音響光学変調器結晶のような電気工学システムであり得る。更に別の実施例では、分離ビームシャッタ２２５を用いる代わりに、物体ビームユニット（一般的には７００）に於けるＳＬＭ９０が、３つの物体ビーム全てに対するシャッタとして機能し得る。シャッタ２２５はコンピュータ２３０によって制御される。物体ビーム２０はその時物体ビームユニット７００を介して導かれる。物体ビームユニット７００中に於いて、物体ビーム２０はＳＬＭ９０の面に於いて収束するように導かれうる。ＳＬＭ９０は、それに限定するものではないが、透過ＬＣＤパネル、反射ＬＣＤパネル、光学的にアドレス指定されたＬＣＤパネル、デジタルマイクロミラーアレイ、フィルム、映写若しくは透過伝送機構を有する。ＳＬＭ９０はコンピュータ２３０よりもたらされるビデオケーブルによって映像入力をレシーブする。加えて複数のＳＬＭは、複数のＣＰＵによってパラレルに生成された映像をレシーブし得る。更に、複数のＳＬＭは記憶装置若しくはコンピュータ２３０の装置より映像をレシーブし得る。ＳＬＭ９０を通過した後、物体ビーム２０はＨＯＥ１１５若しくはその他のシステムを通過し得る。その他のシステムとは図２〜４までに示されており、物質ビームを収束させ基本ホログラムの大きさである空域を均一に露光する目的で設計されたものである。或る実施例に於いて、ＨＯＥ１１５は透過型ホログラムであり得る。透過型ホログラムとは基本ホログラム上へ、僅かに異なる角度で３つの異なる単色物体ビームを収束させ得るものであり、それによってどのような物体ビームからもたらされるゼロ次オーダーの光でも露光されるべく基本ホログラムと交差することを許されることなく露光される。物体ビームユニット７００を通過した後、物体ビーム２０はボクセル制御レンズ５００を介して伝送され、媒体ホルダ３００のホログラフィック記録媒体７０上で基本ホログラム１１０を露光し得る。ホログラフィック記録媒体７０は、限定されるものではないが、パンクロフォトポリマ、パンクロ若しくはモノクロハロゲン化銀写真エマルジョンニクロム酸ゲラチン若しくはその他の好適なフォトポリマであり得る。ホログラフィック記録媒体７０は、ホログラフィック記録媒体を２つの方向に変換することが可能な媒体ホルダ３００によって安全に支持され得る。媒体ホルダ３００の動作は、コンピュータ２３０によって制御され得るフィルムホルダモータ制御装置３０５によって制御され得る。
【００３９】
更に図７に示されているように、可変ビームスプリッタ２０５によりビームが物体ビーム２０及び参照ビーム２５に分割された後、それぞれの参照ビーム２５はその強度がそれぞれ調整される可変減衰器２１０を通過する。参照ビームは、二色コンバイナ２１５若しくはその他の好適な光学コンバイナを通過する前に反射される。二色コンバイナは幾らかの波長を反射するがその他の波長に対してはトランスペアレントであるような、波長選択的ミラーである。図７に示された二色コンバイナ２１５は、３つの参照ビーム２５を、ローパス空間フィルタ２２０を通過する前でビームシャッタ２２５を通過するような１つのビームへと統合する。参照ビーム２５はその時、参照ビーム２５がホログラフィック記録媒体７０と直交する角度を制御する参照ビーム操向システム４００を通過する。参照ビーム操向システムのビーム操向ミラーシステムはコンピュータ２３０により制御されるミラーシステムモータ制御装置４５５によって制御される。
【００４０】
更に本発明は、個別の基本ホログラムが異なる色でプリントされることを可能とする。例えば各物質ビーム及び参照ビームの光路上にビームシャッタを配置し選択的に前記ビームシャッタを閉じることにより、或る基本ホログラムは赤色の物体及び参照ビームにより露光され、その他の基本ホログラムは緑色の物体及び参照ビームに露光され、更に別の基本ホログラムは青色の物体及び参照ビームに露光される。
【００４１】
複数の基本ホログラムが同時に露光する本発明の実施例は、図８に示されている。レーザ２００よりもたらされるビームは可変ビームスプリッタ２０５によって分割され、ミラー４０により反射された後に再び追加された可変ビームスプリッタ２０５によって分割され、それにより２つ若しくはそれより多い物質ビーム２０、及び２つ若しくはそれより多い参照ビーム２５が各レーザ２００より形成されることとなる。その他の実施例では、レーザ２００よりもたらされるビームは、より多い物体ビーム２０及びより多い参照ビーム２５を形成するために更に分割される。各物体ビーム２０はローパスフィルタ２２０及びビームシャッタ２２５を通過する。３つの物体ビーム２０のそれぞれのセットは、ミラー４０により反射され、媒体ホルダ３００により支持されたホログラフィック記録媒体７０に於いて基本ホログラム１１０を露光するためにミラー４０により反射され、ＳＬＭ９０、ＨＯＥ１１５、及びボクセル制御レンズ５００を通過する。媒体ホルダの動作はコンピュータ２３０により制御されるフィルムホルダモータ制御装置により制御される。３つの参照ビーム２５のそれぞれのセットは、可変減衰器２１０を通過し、二色コンバイナ２１５若しくはその他の好適なコンバイナによってビームへ統合される。２つの参照ビーム２５はビームシャッタ２２５及びローパス空間フィルタ２２０を通過する。各参照ビーム２５は、その時基本ホログラム１１０をヒットする前にビーム操向システム４００を通過する。このように図８に描かれているように、複数の基本ホログラムが同時にプリントされ得る。
【００４２】
様々なボクセルサイズが制御される本発明の１つの実施例が図９及び図１０に示されている。図９及び図１０に示されているように、この制御はＳＬＭ９０及びホログラフィック記録媒体７０の間の物質ビーム２０の光路上にボクセル制御レンズ５００が配置されることによって達成される。ボクセル制御レンズ５００はホログラフィック記録媒体７０に近接して配置される。ボクセル制御レンズ５００は、ＳＬＭ若しくは基本ホログラム１１０の見える地点より見られるＳＬＭの映写された映像が、記録中に於いてホログラフィック記録媒体に比例してより明白な長い距離に於いて現れることを可能とし得る。そしてＳＬＭ９０の表面に於けるサンプル映像ポイント１００は、ホログラフィック記録媒体７０からより遠い位置で再形成される。図１０（ａ）はボクセル制御レンズを用いずにプリンタ中に於いてＳＬＭの映像５０５がどのようにして基本ホログラム１１０に現れるかを示したものである。図１０（ｂ）はボクセル制御レンズ５００を用いプリンタ中に於いてどのようにしてＳＬＭの映像５０５が基本ホログラムに現れるかを図示したものである。図１０に示されているように、ボクセル制御レンズはＳＬＭの映像５０５を拡大し、映像により定められた角度αは変化しないが基本ホログラムにより定められた角度Φはボクセル制御レンズが用いられることにより角度θへと減少する。ＳＬＭの映像５０５とホログラフィック記録媒体７０との間の距離は、ボクセル制御レンズ５００の焦点距離若しくはホログラフィック記憶表面７０と収束レンズ５５若しくはその他の光学システムとの間の位置を変化させることによって変化され得る。その他の光学システムにはホログラフィック記録媒体７０に光を収束させるための先行技術に於いて用いられてきた、図１〜３に示されるような単純なディフューザ若しくはＨＯＥを含む。幾つかの実施例に於いて、ボクセル制御レンズ５００は物体ビームユニット７００の一部であり得る。
【００４３】
本発明の特殊な実施例に於いて、ホログラフィック記録媒体７０よりの距離を超えてボクセルサイズを完全に一定にすることが可能である。これはボクセル制御レンズ５００及びＳＬＭの実際の位置との間の距離に等しい頂点距離若しくはボクセル制御レンズを用いずにプリンタ中に於いて基本ホログラムにより見られるＳＬＭの投影された映像の位置を備えるボクセル制御レンズ５００を選択することによって達成される。そのようなボクセル制御レンズ５００及び形状設計は、ホログラフィック記録媒体７０に比例して無限距離に於けるＳＬＭ１２０を効果的に再構築し得る。ＳＬＭ９０上の画素９５のサイズが基本ホログラム１１０のサイズと比較して小さい時、そのような実施例のためのボクセル１４０境界レンズは図６に示されているようにホログラフィック記録媒体７０に近接して交差することはなく、しかしその代わり図１１に示されている以外に長い距離へと広げられた線となり得る。
【００４４】
しかしボクセル制御レンズ５００の特徴は典型的にはボクセル制御レンズ５００が無色であり３．０若しくはそれより低いｆナンバーを有することが望ましいような結果に依存する。或る特殊な実施例に於いて、ボクセル制御レンズは無色であり２．４のｆナンバーを有する。その他の実施例に於いて、ボクセル制御レンズは例えば０．５のようなより低いｆナンバーを有する。それが視点のより大きな角度をもたらすことから、より低いｆナンバーが望ましい。別の実施例ではボクセル制御レンズはモノクロではある。
【００４５】
図１２は本発明の更に別の実施例を示したものである。図１２〜１６を参照し、一般的には４００である参照ビーム操向システムが、ビーム操向ミラーシステム４５０を参照ビーム２５が基本ホログラム１１０へと向かって第一のビーム操向レンズ４１０及び第二のビーム操向レンズ４０５を介して向けられることに、用いられ得る。ホログラフィック記録媒体７０上の基本ホログラム１１０は必要ならば中心軸４２０に対して普通の角度で傾斜され得る。
【００４６】
一般的には４５０であるビーム操向ミラーシステムは様々な方法で具現される。或る特殊な実施例が図１５に示されている。図１５に於いて偏向ミラー４６０は第一の回転可能マウント４６５に固定してマウントされている。第一の回転可能マウント４６５が回転する時、偏向ミラー４６０はその中心点４６１を通過する第一の軸線４５１に沿って回転する。第一の回転可能マウント４７０のモータは、モータ制御装置４５５によって制御され、第一の回転可能マウント４６５を回転させる。第一の回転可能マウント４７０のためのモータは、支持材４７５に固定されて取り付けられる。第一の回転可能マウント４６５は、第一の軸線４５１に沿って回転するべくベアリング若しくはブッシングを備えた支持材４７５に回転可能に取り付けられる。支持体４７５は第二の回転可能マウント４８０の取付け装置によって固定して取り付けられる。第二の回転可能マウント４８０が回転する時、偏向ミラー４６０が偏向ミラー４６０の中心点４６１を通過し第一の軸線４５１に直交する第二の軸線４５２に沿って回転する。第二の回転可能マウント４８５のモータはモータ制御装置４５５によって制御され、第二の回転可能マウント４８０を回転させる。第二の回転可能マウントのためのモータは防震テーブル８０に固定して取り付けられる。第一及び第二の回転可能マウントのためのモータ４７０及び４８５は、それに限定されるものではないがステッパモータ若しくはＤＣサーボモータであり得る。同一若しくは別個のモータ制御装置４５５はコンピュータ２３０により制御され、第一及び第二の回転可能マウント４７０及び４８０のためのモータを制御する。
【００４７】
ビーム操向ミラーシステム４５０のその他の実施例はジンバルマウントに取り付けられた偏向ミラーである。図１６に於いて偏向ミラー４６０その中心点４６１を通過する第一の軸線４５１に沿って回転するために第一の軸４９０に固定して取り付けられる。第一の軸４９０はモータ制御装置４５５によって制御される第一のモータのためのモータ４９１によって回転する。第一の軸のためのモータ４９１は第一のジンバルマウント４９４に取り付けられる。第一の軸４９０は第一のジンバルマウント４９４にベアリング若しくはブッシングによって固定して取り付けられる。第一のジンバルマウント４９４は第二の軸線４５２と一致するジンバルマウント４９４の直径の反対の端の第二の軸芯４９２に取付け装置によって固定されマウントされる。第二の軸芯４９２は第二の軸芯のためのモータ４９３によって回転され、モータ制御装置４５５により制御される。偏向ミラー４６０はその中心点４６１を通過し第一の軸線４５１と直交する第二の軸線４５２に沿って回転する。第二の軸芯４９２は第二のジンバルマウント４９６にベアリング若しくはブッシングによって回転可能に支持される。第一の軸芯及び第二の軸芯のためのモータ４９１及び４９３は、それに限定されるものではないが、ステッパモータ若しくはＤＣサーボモータであり得る。コンピュータ２３０により制御される同一若しくは別個のモータ制御装置４５５は第一及び第二の軸芯のためのモータ４９１及び４９３を制御し得る。
【００４８】
図１２〜１６に示されるように、ビーム操向レンズ４０５及び４１０の中心軸線４２０は第一の軸線４５１及び第二の軸線４５２と交差し、基本ホログラムの中心を通過する。参照ビーム２５は、偏向ミラー４６０の中心点４６１へ向かう。コンピュータ２３０はミラーシステムモータ制御装置若しくはビーム操向システム４５０の制御装置４５５を制御し、偏向ミラー４６０によって反射された参照ビーム２５は所望の角度でホログラフィック記録媒体７０上の基本ホログラム１１０にヒットする。偏向ミラー４６０は、第一のビーム操向レンズ４１０より第一のビーム操向レンズの焦点距離４１１の距離だけ離れた位置に配置される。第一のビーム操向レンズ４１０はその焦点距離４１１と第二のビーム操向レンズの焦点距離４０６との合計距離だけ第二のビーム操向レンズ４０５より離れた位置に配置される。第二のビーム操向レンズ４０５はその焦点距離４０６の距離だけホログラフィック記録媒体７０より離れた位置に配置される。本発明のビーム操向システム４００は参照ビーム２５が異なる角度で基本ホログラム１１０と直交するべく操向されることを許可するものである。
【００４９】
図１３に示されるようにその他の実施例では、本発明のビーム操向システム４００は無色若しくは単色の参照ビーム収束レンズ４１５を有し得る。参照ビーム２５が参照ビーム収束レンズ４１５を通った後、ビーム操向レンズ４１０及び４０５を通過する前にビーム操向ミラーシステム４５０によって反射される。第一及び第二のビーム操向レンズ４１０及び４０５は、収束レンズ及び第一のビーム操向レンズ４１０を通過する参照ビーム２５が、第二のビーム操向レンズ４０５の焦点面４２５で収束するべく配置される。加えて偏向ミラー４６０の図１５及び１６に於いて示された中心点４６１は、第一のビーム操向レンズ４１０より第一のビーム操向レンズの１つの焦点距離４１１の距離だけ離れた点に配置される。更には、露光する基本ホログラム１１０は第二のビーム操向レンズ４０６の焦点距離の１つ分の長さで第二のビーム操向レンズ３０５より離れた地点に配置される。
【００５０】
その他の実施例に於いて図１４に示されるように本発明のビーム操向システム４００は、参照ビームマスキングプレートを必要としないビーム操向開口４３０を有し得る。或る実施例に於いて参照ビーム２５は基本ホログラム１１０が露光する空間の開口を有するビーム操向開口４３０を通過する。参照ビームはそれを拡大若しくは縮小するレンズを通過する時、ビーム操向開口４３０は、露光すべき基本ホログラムに交差する参照ビームの断面が基本ホログラムのそれと同様の大きさ及び形を有するように大きさが決められる。参照ビーム２５は２つの開口中継レンズ４３５を通過し、ビーム操向ミラーシステム４５０の図１５及び図１６に示された偏向ミラー４６０によって反射され、第一のビーム操向レンズ４１０を通過し、第二のビーム操向レンズ４０５を通過し、露光すべき基本ホログラム１１０と交差する。ビーム操向開口４３０は開口中継レンズの１つの焦点距離の長さだけ開口中継レンズ４３５より離れた位置に配置される。開口中継レンズ４３５は開口中継レンズの焦点距離４３６の２つ分の距離だけ互いに離れて設置される。図１５及び１６に示されている偏向ミラー４６０の中心点４６１は開口中継レンズの焦点距離４３６の１つ分の距離だけ参照ビームが通過する第二の開口中継レンズ４３５より離れて配置されている。
【００５１】
参照ビーム操向システム４００のその他の実施例が、図１７、１８、及び２１に示されている。この実施例に於いて、光学結合レンズ６７０はビームシャッタを通過してきた参照ビーム２５を光ファイバケーブル６５０の光ファイバ末端部６６０へと導く。光ファイバケーブル６５０は参照ビーム２５を第二のビーム操向レンズ４０５の焦点面４２５に配置された光ファイバ先端部へと伝達する。参照ビーム２５はビーム操向レンズ４０５を介して基本ホログラム１１０へと向かう。ビーム操向レンズ４０５は第二のビーム操向レンズの焦点距離４０６の１つ分の距離だけ露光すべき基本ホログラム１１０より離れた位置に配置される。光ファイバ先端部６５５は一般的には６００で示される変位システムによって変位させられる。
【００５２】
図１９は参照ビーム操向システム４００の別の実施例について示したものである。この実施例に於いてそれぞれ異なる色である３つの参照ビーム２５は３つの光ファイバケーブル６５０の３つの光ファイバ末端部６６０へ向かって３つの光学結合レンズ６７０により導かれる。光ファイバケーブル６５０は参照ビーム２５を光学結合ユニット６４０へと向かわせるべく光ファイバ先端部６５５に送る。光結合ユニット６４０は２つの二色コンバイナ２１５及びその他の好適な光学コンバイナを有し得る。コンバイナは３つの参照ビーム２５を１つの参照ビーム２５へと統合する。光学コンバイナユニット６４０はビーム操向レンズ４０５の図１７に示された焦点面４２５に配置される。単一参照ビーム２５は光学コンバイナユニット６４０よりもたらされ、基本ホログラム１１０へ向かってビーム操向レンズ４０５へ通過する。ビーム操向レンズ４０５は、ビーム操向レンズの焦点距離４０６の１つ分の距離で露光すべき基本ホログラム１１０より離れて配置される。光学コンバイナユニット６４０は第二の可動支点６２２に固定されたプラットホーム６３０に固定される。
【００５３】
その他の実施例に於いて３つの参照ビーム２５は光ファイバケーブル６５０により光学コンバイナユニット６４０へと伝達される。単一の参照ビーム２５は光学コンバイナユニット６４０より出力され、変位システム６００へ取り付け装置により取り付けられ支持された単一の光ファイバケーブル６５０へと光学結合レンズ６７０によって導かれる。単一の光ファイバケーブル６５０の光ファイバ先端部６５５は、ビーム操向レンズ４０５の焦点面４２５に配置される。
【００５４】
更に別の実施例に於いて３つの参照ビーム２５は光ファイバケーブル６５０により光学コンバイナユニット６４０へ伝達される。単一の参照ビーム２５は光学コンバイナユニット６４０より出力され、変位システム６００に固定された単一光ファイバケーブル６５０へ向かい光学結合レンズ６７０によって導かれる前に、ビームシャッタ２２５を通過する。光ファイバケーブル６５０の先端部６５５はビーム操向レンズ４０５の焦点面４２５に配置されている。図１８及び図１９に示されている変位システム６００は直交する２つの方向に変位可能である。前記変位システムはＸ軸方向の変位ステージ及びＹ軸方向の変位ステージを有する。
Ｘ軸方向の変位ステージ６８０の図示された実施例は、第一の末端プレート６０８にブッシング、ベアリング、若しくはその他の回転可能な手段によって回転可能に支持され、第一の末端プレート６０８の１つに固定された第一の主ねじのためのモータ６０４によって前記主ねじの軸線６０１に沿って回転可能であり得る第一の主ねじ６０２を有する。２本の第一ガイドバー６１０は第一末端プレート６０８に固定され、それは第一主ねじ６０１の軸線に対して平行に設けられる。２本の第一ガイドバー６１０は第一可動支点６１２中の２つの孔を通過する。第一主ねじ６００は第一の可動支点中の孔を通過する。つまりＸ軸方向移動ステージ６８０のこの実施例に於いて、第一の主ねじ６０２がそのために設けられたモータ６０４に沿って回転させられる時、第一の可動支点６１２は第一主ねじの軸線６０１に沿って移動し得る。
【００５５】
Ｙ軸方向の移動ステージ６８０の図示された実施例には第二の末端プレート６１４にブッシング、ベアリング、若しくはその他の回転可能手段によって回転可能に支持され第二の末端プレート６１４の１つにマウントされた第二の主ねじのためのモータ６２０によって第二の主ねじ６１８の軸線６１７に対して回転し得る第二の主ねじ６１８を有する。その他の第二の末端プレート６１４は第一の可動支点にマウントされ、第二の主ねじの軸線６１７は第一の主ねじの軸線６０１に直交する。２本の第二のガイドバー６１６は第二の末端プレート６１４に固定され、第二のガイドバー６１６は第二主ねじの軸線６１７に平行に備え付けられている。２本の第二のガイドバー６１６は第二可動支点６２２中で２つの孔を通過する。第二の主ねじ６１８は、第二の可動支点６２２中の孔を通過する。それ故Ｙ軸方向移動装置６９０の本実施例に於いては、第二の主ねじ６１８がそのために設けられたモータによって回転される時、第二の可動支点６２２が第二の主ねじの軸線６１７に沿って移動する。
【００５６】
第一及び第二の主ねじのためのモータ６０４及び６２０は、限定されるものではないが、ステッパモータ、ＤＣサーボモータ、若しくはリニアモータであり、コンピュータ２３０により制御され得る主ねじのためのモータのモータ制御装置６０６により制御され得る。
【００５７】
タイプや焦点距離及びビーム操向レンズの数が変化し得るにも関わらず、幾つかの実施例に於いて、ビーム操向レンズが無色でありまた約３．０若しくはそれより少ないｆナンバーを有することが望ましい。その他の実施例に於いては、ビーム操向レンズが無色で共集点ｆ−θレンズであることが望ましく、それらはフラットフィールドレーザスキャンレンズとしてもまた知られている。同様の実施例に於いて、参照ビームのより広いレンズを許容するためにより低いｆナンバーのレンズを有することもまた望ましい。或る特殊な実施例に於いては、ビーム操向レンズを有し、無色で約１．０のｆナンバーを有することが望ましい。加えてビーム操向レンズは別の実施例に於いては単色であり得る。
【００５８】
本発明のビーム操向システムは、ある角度からの照明ソースによって照らし出された場合、特定のイメージをディスプレイし、別の角度から照らし出された場合、別のイメージをディスプレイするホログラフィックステレオグラムを作り出すのに用いられる。例えば、ＳＬＭ上の特定の映像と共に条件付けられた物体ビーム及び特定の角度の参照ビームによって基本ホログラムが露光された後、基本ホログラムはＳＬＭ上のその他の映像と共に条件付けられた物体ビーム及びその他の角度の参照ビームを露光される。加えて、ホログラフィック記録媒体上の基本ホログラムの組み合わせは、特定の角度の参照ビームによって露光され、それに対して、基本ホログラムのその他の組み合わせは異なる角度の参照ビームによって露光される。このように、本発明のプリンターは、照明ソースの角度に依存して異なる映像をディスプレイするホログラフィックステレオグラムを生成することが可能となる。さらには、ビーム操向システムを備えた同様のプリンターが、それぞれが異なる参照角度を有する複数のホログラフィックステレオグラムを生成するのに用いられ得る。よって、それぞれの映像は、正しい角度の照明ソースによって照らし出されるときにのみ現れる。そのような複数のホログラフィックステレオグラムが互いの上部に設けられている場合、異なった映像が、映像ソースがホログラフィック記録媒体と交差する角度を単純に変更することによってディスプレイされ得る。
【００５９】
本発明のその他の実施例では、図２０に示されるように、フルカラーのホログラフィックステレオグラムを生成するべく複数のＳＬＭ９０が用いられる。図２０においてＸの形態をとる二色コンバイナ２１５もしくはその他の好適な光学コンバイナが、一つの物体ビームが赤であり、別の物体ビームが緑であり、また別の物体ビームが青であるような３つの物体ビーム２０の組み合わせで用いられ得る。３つの物体ビーム２０は、３つの独立したグレースケールＳＬＭ９０を介して導かれる。本発明の一つの実施例において、ＳＬＭは、ＬＣＤパネルの最終的な大きさがほぼ１０ｃｍ×１０ｃｍであり、１２８０×１０２４画素の高解像度ＬＣＤパネルである。しかし、より小さなＬＣＤパネルが用いられ得る。例えば、画素数が同じもしくはそれより少ないが、大きさにおいては２センチ×２センチ、もしくはそれより小さいＬＣＤパネルが用いられ得る。
【００６０】
図２０及び図２１に示された実施例において、ビームシャッター２２５を通過した後、物体ビーム２０は、光学結合レンズ６７０を介して光ファイバの末端６６０で収束するべく導かれる。物体光２０はシングレットレンズ７０５の焦点面に配置された光ファイバ先端部６５５へと光ファイバケーブル６５０により伝送される。物体ビーム２０はシングレットレンズ７０５の焦点面を通過し、必要ならばミラー４０により反射され、また光に特異的なＳＬＭ９０及び帯域限定ディフューザ４５を通過する。シングレットレンズ７０５は、物体ビーム２０を拡大し及び平行にし、物体ビーム２０は、より均等にＳＬＭ９０を照らし出しうる。物体ビーム２０は、そのときＸの形態をとる２枚の二色コンバイナ２１５を用いる光学コンバイナユニット６４０もしくはその他の光学コンバイナへ、３つの物体ビーム２０を単一のビームへと混合するために導く。単一の物体ビーム２０はその時、第一の映写レンズ７１５及び画素を備えたＳＬＭディスプレイに起因する画素、もしくはコース上の人工物のような高周波数映像構成要素であるが限定されはしない、望まれない構成要素を取り除くフーリエ変換フィルタ７１０を通過しうる。物体ビーム２０はそのとき、第二の映写レンズ７２０及び収束レンズ５５を通過する。第一の映写レンズ７１５は、ＳＬＭの映像が全て第一の映写レンズの焦点面に位置するように配置される。フーリエ変換フィルタ７１０は第一の映写レンズ及び第二の映写レンズの両方の焦点面において配置される。収束レンズ５５は、焦点面が露光される基本ホログラムにおいてホログラフィック記録媒体７０と交差するように配置される。物体ビームユニット７００のその他の実施例において、第一及び第二の映写レンズ７１５及び７２０、またフーリエ変換フィルタ７２０は用いられない。物体ビームユニット７００のさらに別の実施例において、ボクセル制御レンズ５００は、物体ビームユニット７００中に含まれ、ホログラフィック記録媒体７０に近接して配置される。
【００６１】
本発明の別の実施例において、媒体ホルダ３００は、ホログラフィック記録媒体７０を変位させることに用いられ得る。図２２〜図２５に示されるように、媒体ホルダ３００はＹ軸方向変位ステージ６９０に取り付けられ、Ｘ軸方向変位ステージ６８０に取り付けられたフレーム３２４を有する。
【００６２】
図２２〜図２５に示されるように、Ｙ軸方向変位ステージ６８０の実施例は、第一ホルダ誘導ロッド３０６が固定されている第一ホルダ末端プレート３０２を有しうる。第一ホルダの主ねじ３０８及び第一ホルダの駆動主ねじ３０９は、第一ホルダ末端プレート３０２に、ブッシングもしくはベアリングもしくはその他の好適な手段を用いて回転可能に支持される。第一ホルダの主ねじ３０８及び第一ホルダの誘導ロッド３０６は、第一ホルダの駆動主ねじ３０７の軸線に平行にされている。第一ホルダ駆動主ねじ３０９は、コンピュータ２３０により制御されたホルダモータ制御装置３０５により制御される第一駆動主ねじのためのモータ３１０によって回転させられる。前記モータ３１０はまた、タイミングベルトもしくはその他の連結を備えた主ねじ３０８及び３０９を共に駆動する。加えて、２つのモータ３１０は、各々主ねじへ接続され、主ねじを駆動させる。主ねじ３０９を駆動させる第一のホルダは、第一ホルダ可動支点３１２で支持されるねじこみを通過する。二つの第一ホルダ誘導ロッド３０６は、第一ホルダ駆動主ねじ３０９に近接し、同一の第一ホルダ可動支点３１２に於ける孔を通過する。第一ホルダの主ねじ３０８は、別の第一ホルダ駆動支点３１２においてねじ穴を通過し、二つの第一ホルダ誘導ロッド３０６は第一ホルダの主ねじ３０８に近接し、同様の第一ホルダ可動支点３１２において孔を通過する。
【００６３】
Ｘ軸方向変位ステージ６８０の実施例は、図２２から図２６に示されているように、第二ホルダの主ねじ３１８と第二ホルダ末端プレート３１４にブッシング、ベアリング、もしくはその他の好適な手段と共に回転可能に取り付けられた第一ホルダ駆動主ねじ３１９を有する。第二ホルダ駆動主ねじ３１７の軸線は、第一ホルダ駆動主ねじ３０７の軸線と直交する。第二ホルダの主ねじ３１８及び第二ホルダの誘導ロッド３１６は、第二ホルダの駆動主ねじの軸線３１７と平行である。第二ホルダの駆動主ねじ３１９は、コンピュータ２３０により制御されたホルダモータ制御装置３０５により制御される、第二ホルダ駆動主ねじのためのモータ３２０によって回転させられる。第二ホルダ駆動主ねじ３１９は、第二ホルダ駆動支点３２２でねじ穴を通過する。二つの第二ホルダ誘導ロッド３１６は、第二ホルダ駆動主ねじ３１９に近接し、同一の第二ホルダ駆動支点３２２中において孔を通過する。第二ホルダの主ねじ３１８は、別の第二ホルダ駆動支点３２２のねじ穴を通過し、二つの第二ホルダ誘導ロッドは、第二ホルダの主ねじ３１８に近接し、同一の第二ホルダ可動支点３２２において孔を通過する。
【００６４】
図２２及び２３に示されるように、Ｘ軸方向変位ステージ６８０は、Ｙ軸方向変位ステージ６９０にマウントされている。一つの実施例において、第一ホルダの可動支点３１２は、第二ホルダの末端プレート３１４に固定されている。第二ホルダの可動支点３２２は、フレーム３２４に固定されている。第二のフレーム３２４は、限定するものではないが、締め金、留め金、ねじ、及びベルトを有する取り外し可能な連結器３２５によって第一のフレーム３２４へと締め付けられている。ホログラフィック記録媒体は、二つの取り外し可能な結合フレーム３２４の間で支持されている。別の実施例で、ホログラフィック記録媒体の自然な粘着特性が、フレーム３２４に保護されるトランスペアレントなプレートの一方の面において媒体を保持しうる。フレーム３２４は、応力緩和アルミニウム、応力緩和チタン、または合成物、もしくはその他の硬質で強固で重量の軽い物質から構成される。
【００６５】
図２３に示されるように、物体ビームユニット７００及び参照ビーム操向システム４００はベース３２６に固定される。
【００６６】
図２４及び図２５に示されるように、一つもしくはそれより多い物体ビームユニット７００は、Ｘ軸方向変位ステージ６８０の第二ホルダ可動支点３２２に固定されたユニットマウント３２８に固定され得る。同様に、一つもしくはそれより多い参照ビーム操向システム４００は、別のＸ軸方向変位ステージ６８０のその他のホルダ可動支点３２２に固定された、その他の第二ユニットマウント３２８に固定され得る。加えて、いくつかの実施例において、フレーム３２４はＹ軸方向変位ステージ６９０の第一可動支点３１２に固定され得る。これにより、いくつかの実施例において、二つのフレーム３２４の間に締め付けられたホログラフィック記録システムは垂直方向に変位するが、それに対し物体ビーム７００及び参照ビーム操向システム４００は水平方向に変位する。
【００６７】
図２４に示された実施例において、ホルダモータ制御装置３０５によって制御される２つのモータ３２０は、Ｘ軸方向変位ステージ６８０の第二ホルダ駆動主ねじ３１９を駆動させる。図２５に示された別の実施例において、第二ホルダ駆動主ねじ３１９の一つに固定されたベルトマウント３３２に連結されたタイミングベルト３３０と共に、一つのモータ３２０はＸ軸方向変位ステージ６８０の第二ホルダ駆動主ねじ３１９の両方を駆動させる。
【００６８】
図２６に示されたその他の実施例において、物体ビームユニット７００及び参照ビーム操向システム４００は、Ｘ軸方向変位ステージ６８０の第二ホルダ可動支点３２２に接続されたユニットマウント３２８に接続される。ホログラフィック記録媒体７０は、ローラ３４２及び３４４と共に、Ｙ軸ローラシステム３５０によって垂直に変位する。ホログラフィック記録媒体７０は、上部ローラ３４２及び下部ローラでラップ（wrap）される。上部及び下部ローラ３４２及び３４４は、ローラの末端プレート３４０の間でブッシング、ベアリング、もしくはその他の好適な手段により回転可能に支持される。上部ローラ３４２は、コンピュータ２３０により制御されたモータ制御装置３０５により制御されるローラ３４６のためのモータにより回転される。
【００６９】
変位システムの様々な実施例において用いられるモータは、それに限定するものではないがステッパーモータである。
【００７０】
図２３〜図２６に示されるように基本ホログラムの同時若しくはパラレルなプリントが存在し得る。幾つかの実施例に於いて、プリンタは物体ビームユニット及び参照ビーム操向システムを含み、それらはＹ軸方向変位ステージに取り付けられたＸ軸方向変位ステージを備えた変位システムに取り付けられる。そのようなシステムに於いて、物体ビームユニット及び参照ビーム操向システムが基本ホログラムのアレイを記録する目的で変位システムによって移動するのに対して、ホログラフィック記録媒体は固定される。
【００７１】
別の実施例に於いて、複数のホログラフィック記録媒体７０の層は媒体ホルダ３００によって支持され得る。加えてそれぞれの層は光の特定の波長に対して特に反応する。
【００７２】
本発明の別の実施例に於いて提供された物質ビームのために、帯域限定ディフューザ４５及び参照ビームマスキングプレート６５の適切な組み合わせは特定の大きさ若しくは特定の形状の基本ホログラム１１０の均一な露光の余地があり、露光される傾向のある基本ホログラム１１０の一部ではないホログラフィック記録媒体７０の露光部分を妨げるべく構成される。図２７（ａ）、（ｂ）、及び（ｃ）に示されるように、帯域限定ディフューザ４５及び参照ビームマスキングプレート６５の適切な組み合わせは、異なる大きさ若しくは形状の基本ホログラム１１０の露光を可能とするべく構成される。帯域限定ディフューザ４５及び参照ビームマスキングプレート６５のセットが、全てのセットの帯域限定ディフューザ４５が同一の外寸を有し、またホログラムプリンタ中に於いて同一位置に配置され得るように、また全てのセットに於ける参照ビームマスキングプレート６５が同一の外寸を有しまたホログラムプリンタ中に於いて同一位置に配置され得るために構成される時、それらのセットはプリントされた基本ホログラムのサイズを容易に交換され得る。そのように帯域限定ディフューザ４５及び参照ビームマスキングプレート６５のマッチドセットはその他のセットと置き換えることが可能であり、より大きい基本ホログラムや、より小さい基本ホログラムや、若しくは形状の異なった基本ホログラムをプリントすることが可能となる。図２７（ｂ）に於いて示されるように帯域限定ディフューザ４５はねじ込みフレーム５１５中に収容されたプレート５１０上にマウントされ得る。プレート５１０は抗反射コーティングを施したガラスのトランスペアレントシートであり得る。ねじ込みフレーム５１５はベース５２６及びねじ込みリング５２０を有する位置調節装置５２５にねじ込まれる。位置調節装置５２０は３つの調整可能なねじ５３０によって各々垂直に変位調整可能である。図２７（ｃ）に於いて示されるように、参照ビームマスキングプレート６５はねじ込みプレートフレーム５６０の内部に収容され得る。ねじ込みプレートフレーム５６０は、ねじ込み位置調整装置５６５にねじ込まれ得る。
【００７３】
フルカラーの実施例は、図７、８、１９及び２１に示されている。別の実施例においては、３本の異なる色のレーザを有するフルカラープリンタと、限定的ではないが例えばレーザから出射される３本のビームを結合するような二色コンバイナ等の光学コンバイナと、フルカラーＳＬＭと、フルカラーホログラフステレオグラムをプリントするための色消し光学素子とが含まれる。また別の実施例においては、３本の異なる色のレーザを有するカラープリンタと、３つの帯域制限ディフューザ、３つのグレースケールＳＬＭ及び光学コンバイナを用いて３本の参照ビームを結合するような物体ビームユニットと、例えば色消しレンズのようにプリンタによって生成されたフルカラービームを操作或いは条件付けするような色消し光学素子と、３本の参照ビームを１本の結合フルカラー参照ビームに結合するような光学コンバイナとが含まれる。また、３本の異なる色のレーザを有するフルカラープリンタと、３本の異なる色の参照ビームを１本の結合フルカラー参照ビームに結合し且つ結合された物体ビームを基本ホログラム上に均等に分布させるようなＨＯＥを有する物体ビームユニットと、３本の参照ビームを１本の結合フルカラー参照ビームに結合するような光学コンバイナと、フルカラービームを操作或いは条件付けするような色消し光学素子とを有する実施例もある。
【００７４】
また或る側面においては、動画をなす、１ステップ、フルパララックスのホログラフィックステレオグラムを製造する方法が含まれる。ある実施例においては、多層視野領域或いは細分視野領域を用いる過程が含まれ、これらの視野領域は通常、動画をなす対象或いは異なるイメージを異なる視野領域を介して表示させることができるような、１ステップ、フルパララックスのホログラフィックステレオグラムを作り出すような静止画像即ちフルパララックスホログラフィックステレオグラムを製造するために必要ないものである。視野領域は通常、ホログラフィック記録媒体から離間して位置する平面領域であり、ホログラフィック記録媒体面において平面を見るような観察者の目は、基本ホログラムのアレイによって作り出されたホログラフィックイメージを見ることができる。従って、視野領域は、ホログラムの前面のウインドウに類似している。しかしながら、視野領域は平面であるよりもむしろ連続した点から構成されることもある。各基本ホログラムに対して３次元の対象或いは情景の視野を決定するような１ステップ、フルパララックスのホログラフィックステレオグラムを生成するような従来の技術とは異なり、露光プリンタは、観察者が各視野領域内で見ることができるであろう対象或いは情景の視野を決定することにより、動画をなす、１ステップ、フルパララックスのホログラフィックステレオグラムを生成する。
【００７５】
図２８〜３１を参照されたい。ＳＬＭのイメージ５０５（図１０（ｂ）に図示）がホログラフィック記憶媒体の表面から無限距離の位置に出現するようにボクセル制御レンズ５００を用いていると仮定すると、動画をなすホログラフィックステレオグラムが、ホログラフィック要素又は、異なるイメージを異なる視野領域に表示するようなホログラフィックステレオグラムを形成するためのステップは以下の通りである。
１）ホログラフィックステレオグラムのサイズ及び形状の選択、及び基本ホログラムのサイズ及び形状の選択。
２）所望効果の選択。効果の一例としては、観察者が変位する際の対象或いは情景の方向の変化（例えば位置又は回転）がある。或いは別の効果としては、観察者が変位する際の対象或いは情景の形状又は色の変化が挙げられる。
３）完成したホログラフィックステレオグラムについての参照照明幾何学的形状の選択。
４）ホログラフィック記録媒体に対する視野領域の形状、サイズ及び位置の選択。視野領域の平面においては、観察者は、視野領域の平面以外において見る場合に比べて、ホログラフィックステレオグラムが示す対象或いは情景間における変位をより鮮明に見ることができる。従って殆どの観察者が位置するような、ホログラフィック記録媒体から離間した位置を視野領域の位置として選択することが望ましい。
５）対象或いは情景、又はホログラフィックステレオグラムによって表示されるべき対象或いは情景の属性の選択。
６）生成されるホログラフィックステレオグラムによって表示されるような対象のホログラフィックイメージのホログラフィック記憶媒体に対する位置及び配置（即ちイメージの位置がホログラフィック記録媒体の前面なのか、後面なのか、或いはホログラフィック記録媒体にまたがって位置するのか）の選択。
７）コンピュータ２３０を用いた、対象或いは情景が伝統的なコンピュータグラフィックの技術及びプログラムを用いて行う各視野領域についてのコンピュータモデル及びモデル属性の形成。例えば、１つの視野領域８０５からしか見えないような８３５で示される対象Ａのコンピュータモデルの形成、及び別の視野領域８１０からしか見えないような８４０で示される対象Ｂのコンピュータモデルの形成。
８）ホログラムプリンタの設定。例えば、ホログラフィック記録媒体７０（図７に図示）の媒体ホルダ３００（図７に図示）への装着、ビームシャッター２２５（図７に図示）と、モータコントローラ３０５と、４５５で示されるＳＬＭ９０である（図７に図示）と、ビーム操向システム４００（図７に図示）の較正及び初期設定、コンピュータグラフィックプログラム及びコンピュータ２３０（図７に図示）の初期設定が挙げられる。
９）１ステップ、フルパララックスのホログラフィックステレオグラム即ちホログラフィックステレオグラムにおける、各基本ホログラム１１０に対するコンピュータ２３０を用いた以下の操作。
Ａ）基本プログラム１１０の境界線からの各視野領域８０５及び８１０の境界線を通過する線の投射。典型的なプリンタにおいて、ＳＬＭは基本ホログラムを露光する時に通常基本ホログラムの前に集中するので、基本ホログラムがボクセル制御レンズを通して見るようなＳＬＭの仮想イメージも、図２９に示されるように通常基本ホログラムの前に集中する。投射線は、図３０に示されるように、ＳＬＭイメージの仮想２次元イメージ５０５（図１０（ｂ）に図示）と交差する。基本ホログラムは、投射線によって結合されるような８１５或いは８２０等のＳＬＭの仮想イメージの部分しか見ることができない。図３０に示されているように、投射線はマスクボリューム８２５、８３０を画定するが、これは与えられる視野領域に対して基本ホログラム毎に異なってよい。
Ｂ）例えば８２５のような、基本ホログラム１１０に対する所望の視野領域マスクボリュームについて、限定的ではないが例えば、光線追跡、走査線変換等の伝統的なレンダリング技術を用いて、基本ホログラムの斜視図からコンピュータグラフィックモデルのＳＬＭの仮想イメージ５０５の一部分上への対象８３５または情景８４０の投射の完全な２次元のイメージを生成するために行うような、投射されたマスクボリューム８２５により取り囲まれた対象または情景（図３０に図示）の適当なコンピュータモデルの一部のレンダリング。例えば、仮にある人がマスクボリューム８２５の内部から特定の基本ホログラムを見るとしたら、Ａ対象８３５のみが見られる。マスクボリューム８２５からＢ対象８４０は見えない。従って、マスクボリューム８２５内の観察者には、ＳＬＭの仮想イメージの下部は見えない。同様に、仮にある人がマスクボリューム８３０の内部から特定な基本ホログラムを見るとしたら、Ｂ対象８４０のみが見える。マスクボリューム８３０からＡ対象８３５は見えない。従って、マスクボリューム８３０内の観察者には、ＳＬＭの仮想イメージの上部は見えない。
Ｃ）基本ホログラムが全ての視野領域８０５及び８１０についてのレンダリングを完了する時の、視野領域に対するレンダリングされたイメージの組合せ。
Ｄ）視野領域８０５及び８１０に対してレンダリングされたイメージの組合せをＳＬＭ７０上に表示し、光を所定時間ビームシャッター２２５に通過させて基本ホログラムを露光する。
Ｅ）他の基本ホログラムが露光されるように触媒ホルダを変位させる。
Ｆ）全ての基本ホログラムが露光されるのでＡからＥまでのステップを繰り返す。
【００７６】
或る実施例では、基本ホログラムをホログラフィック記録媒体に露光させる前に複数の基本ホログラムに対するレンダリングが完了する。
【００７７】
また或る実施例では、視野を変化させるようなホログラフィックステレオグラムを生成する方法と同様な方法を用いて、ホログラフィック光学要素（ＨＯＥ）を生成する。例えば、発散する白色光を一点に収束させるレンズのような役割を果たすＨＯＥを生成したい場合には、上記の視野領域の方法と同様の方法を用いて、但し視点を視野領域よりも光の焦点を合わせるべき位置に決定することによって、ＨＯＥを生成するとよい。或いは、与えられたボクセルの正確なサイズ、形状及び位置を用いて白色コンピュータグラフィック対象を決定し、そのような対象のホログラフィックステレオグラムをプリントすることによってもＨＯＥを生成することができる。
【００７８】
或る実施例においては、同一のコンピュータ２３０が、ビームシャッターを制御するモータと、ビーム操向ミラーシステムのモータコントローラと、変位システムのモータコントローラとを制御するようにプログラムされ、コンピュータグラフィックの生成及びレンダリングを管理し、ＳＬＭのディスプレイを制御する。また別の実施例においては、同一のコンピュータが動画をなすために必要な計算をすることもある。コンピュータ２３０を、両端が直列または並列の通信ポートに接続されているケーブルを介して、ビームシャッター、ビーム操向用のシステムのモータコントローラ及びＳＬＭに接続することも可能である。ケーブルの一端はコンピュータの通信ポートに接続され、ケーブルの他端はコンピュータに制御される装置に接続される。或いは、マルチプルコンピュータ２３０が用いられることもある。
【００７９】
本発明の方法及び装置について図面と併せて実施例を説明してきたが、本発明の概念、精神及び範囲から逸脱することなく、例えば限定的ではないが異なる組合せのレンズを設定するような改変を加えて実施することができることは、当業者であれば容易に理解できよう。当業者に自明な全ての置換及び部分的な変更は、本発明の請求項によって画定されるような発明の概念、精神及び範囲に含まれるものと考えられる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ホログラフィックステレオグラムをプリントするための装置であって、
コヒーレントビームを発生するべく構成された光源と、
前記コヒーレントビームを物体ビーム及参照ビームに分割するべく構成されたビームスプリッタと、
基本ホログラムを有するホログラフィック記録媒体を保持するべく構成された媒体ホルダと、
レンダリングされたイメージを表示し、前記レンダリングされたイメージに応じて前記物体ビームを加工するべく構成された物体ビームユニットと、
前記ホログラフィック記録媒体上の選択された基本ホログラムにて前記物体ビームと干渉するように前記参照ビームの向きを定め、その選択された基本ホログラムへの前記参照ビームの入射方向を、二自由度で制御するべく構成された参照ビーム操向システムと、
前記物体ビーム及び参照ビーム間の干渉並びに前記レンダリングされたイメージの前記物体ビームユニットへの送り出しを制御するべくプログラムされたコンピュータとを有することを特徴とする装置。
【請求項２】
前記物体ビームユニットが、前記ビームの光路内に設けられた帯域制限ディフューザ及び前記物体ビーム内の光路内の設けられた収束レンズとを有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記物体ビームユニットが、
複数の物体ビームを発生するべく構成された複数の光源と、
それぞれ対応する物体ビームを伝達するべく構成された複数の光ファイバケーブルと、
前記各物体ビームの光路内に配置された単一のレンズ、ＳＬＭ及び帯域制限ディフューザと、
前記複数の物体ビームを、混合物体ビームに混合するべく構成され、前記複数の物体ビームのそれぞれの光路内に配置された光学コンバイナユニットと、
前記混合物体ビームを、前記選択された基本ホログラムに交差する方向に向ける手段とを有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記物体ビームユニットが、前記ホログラフィック記録媒体に近接して設けられたボクセル制御レンズを含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記コンピュータが、前記物体ビームユニットに送り出された前記イメージをレンダリングすべくプログラムされた少なくとも１つのＣＰＵを含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記物体ビームユニットが複数のＳＬＭを含み、前記ＳＬＭが、前記少なくとも１つの記憶装置からレンダリングされたイメージを受け取るべく構成されたことを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記ビーム操向ミラーシステムが、
中心点、前記中心点を通過する第一の軸線、及び前記第一軸線に対して直行し、かつ前記中心点を通過する第２の軸芯を有するミラーと、
前記ミラーを前記第一の軸芯廻りに回転するべく構成され、前記ミラーを支持する第一のマウントと、
前記ミラーを前記第二の軸線廻りに回転させるべく構成され、前記第一のマウントを支持する第二のマウントとを有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項８】
ホログラフィックステレオグラムをプリントするための装置であって、
コヒーレントビームを発生するべく構成された光源と、
前記コヒーレントビームを物体ビーム及び参照ビームに分割するべく構成されたビームスプリッタと、
基本ホログラムを有するホログラフィック記録媒体を保持するべく構成された媒体ホルダと、
レンダリングイメージを表示し、前記レンダリングイメージを用いて前記物体ビームを加工するべく構成された物体ビームユニットと、
前記ホログラフィック記録媒体上の選択された基本ホログラムにて前記物体ビームと干渉するように前記参照ビームの向きを定め、その選択された基本ホログラムへの前記参照ビームの入射方向を、二自由度で制御するべく構成された参照ビーム操向システムと、
前記ホログラフィック記録媒体に近接して前記物体ビームの光路上に配置された取り外し可能なボクセル制御レンズと
前記参照ビームと前記物体ビームとの間の干渉及び前記レンダリングイメージの前記物体ビームユニットへの送り出しを制御するべくプログラムされたコンピュータとを有することを特徴とする装置。
【請求項９】
ホログラフィックステレオグラムをプリントするための装置であって、
各々が異なる色のコヒーレントなビームを生成するべく構成された複数の光源と、
前記複数のビームを混合ビームへと混合するべく構成された光学コンバイナと、
前記コヒーレントビームを物体ビーム及び参照ビームに分割するべく構成されたビームスプリッタと、
色を記録し、基本ホログラムを有するホログラフィック記録媒体を保持するべく構成された媒体ホルダと、
レンダリングイメージを表示し、前記レンダリングイメージを用いて前記物体ビームを加工するべく構成された物体ビームユニットと、
前記ホログラフィック記録媒体上の選択された基本ホログラムにて前記物体ビームと干渉するように前記参照ビームの向きを定め、その選択された基本ホログラムへの前記参照ビームの入射方向を、二自由度で制御するべく構成された参照ビーム操向システムと、
前記参照ビームと前記物体ビームとの間の干渉及び前記レンダリングイメージの前記物体ビームユニットへの送り出しを制御するべくプログラムされたコンピュータとを有することを特徴とする装置。
【請求項１０】
ホログラフィックステレオグラムをプリントするための装置であって、
各々が異なる色のコヒーレントなビームを生成するべく構成された複数の光源と、
前記コヒーレントビームを物体ビーム及び参照ビームに分割するべく構成されたビームスプリッタと、
前記参照ビームを一つの混合参照ビームへと混合するべく構成された光学コンバイナと、
色を記録可能なホログラフィック記録媒体を保持するべく構成された媒体ホルダと、
前記物体ビームを混合して一つの混合物体光を生成するべく構成された物体ビームユニットと、
前記ホログラフィック記録媒体上の選択された基本ホログラムにて前記物体ビームと干渉するように前記混合参照ビームの向きを定め、その選択された基本ホログラムへの前記混合参照ビームの入射方向を、二自由度で制御するべく構成された参照ビーム操向システムと、
前記混合参照ビームと前記混合物体ビームとの間の干渉及び前記レンダリングイメージの前記物体ビームユニットへの送り出しを制御するべくプログラムされたコンピュータとを有することを特徴とする装置。
【請求項１】
ホログラフィックステレオグラムをプリントするための装置であって、
コヒーレントビームを発生するべく構成された光源と、
前記コヒーレントビームを物体ビーム及参照ビームに分割するべく構成されたビームスプリッタと、
基本ホログラムを有するホログラフィック記録媒体を保持するべく構成された媒体ホルダと、
レンダリングされたイメージを表示し、前記レンダリングされたイメージに応じて前記物体ビームを加工するべく構成された物体ビームユニットと、
前記ホログラフィック記録媒体上の選択された基本ホログラムにて前記物体ビームと干渉するように前記参照ビームの向きを定め、その選択された基本ホログラムへの前記参照ビームの入射方向を、二自由度で制御するべく構成された参照ビーム操向システムと、
前記物体ビーム及び参照ビーム間の干渉並びに前記レンダリングされたイメージの前記物体ビームユニットへの送り出しを制御するべくプログラムされたコンピュータとを有することを特徴とする装置。
【請求項２】
前記物体ビームユニットが、前記ビームの光路内に設けられた帯域制限ディフューザ及び前記物体ビーム内の光路内の設けられた収束レンズとを有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記物体ビームユニットが、
複数の物体ビームを発生するべく構成された複数の光源と、
それぞれ対応する物体ビームを伝達するべく構成された複数の光ファイバケーブルと、
前記各物体ビームの光路内に配置された単一のレンズ、ＳＬＭ及び帯域制限ディフューザと、
前記複数の物体ビームを、混合物体ビームに混合するべく構成され、前記複数の物体ビームのそれぞれの光路内に配置された光学コンバイナユニットと、
前記混合物体ビームを、前記選択された基本ホログラムに交差する方向に向ける手段とを有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記物体ビームユニットが、前記ホログラフィック記録媒体に近接して設けられたボクセル制御レンズを含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記コンピュータが、前記物体ビームユニットに送り出された前記イメージをレンダリングすべくプログラムされた少なくとも１つのＣＰＵを含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記物体ビームユニットが複数のＳＬＭを含み、前記ＳＬＭが、前記少なくとも１つの記憶装置からレンダリングされたイメージを受け取るべく構成されたことを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記ビーム操向ミラーシステムが、
中心点、前記中心点を通過する第一の軸線、及び前記第一軸線に対して直行し、かつ前記中心点を通過する第２の軸芯を有するミラーと、
前記ミラーを前記第一の軸芯廻りに回転するべく構成され、前記ミラーを支持する第一のマウントと、
前記ミラーを前記第二の軸線廻りに回転させるべく構成され、前記第一のマウントを支持する第二のマウントとを有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項８】
ホログラフィックステレオグラムをプリントするための装置であって、
コヒーレントビームを発生するべく構成された光源と、
前記コヒーレントビームを物体ビーム及び参照ビームに分割するべく構成されたビームスプリッタと、
基本ホログラムを有するホログラフィック記録媒体を保持するべく構成された媒体ホルダと、
レンダリングイメージを表示し、前記レンダリングイメージを用いて前記物体ビームを加工するべく構成された物体ビームユニットと、
前記ホログラフィック記録媒体上の選択された基本ホログラムにて前記物体ビームと干渉するように前記参照ビームの向きを定め、その選択された基本ホログラムへの前記参照ビームの入射方向を、二自由度で制御するべく構成された参照ビーム操向システムと、
前記ホログラフィック記録媒体に近接して前記物体ビームの光路上に配置された取り外し可能なボクセル制御レンズと
前記参照ビームと前記物体ビームとの間の干渉及び前記レンダリングイメージの前記物体ビームユニットへの送り出しを制御するべくプログラムされたコンピュータとを有することを特徴とする装置。
【請求項９】
ホログラフィックステレオグラムをプリントするための装置であって、
各々が異なる色のコヒーレントなビームを生成するべく構成された複数の光源と、
前記複数のビームを混合ビームへと混合するべく構成された光学コンバイナと、
前記コヒーレントビームを物体ビーム及び参照ビームに分割するべく構成されたビームスプリッタと、
色を記録し、基本ホログラムを有するホログラフィック記録媒体を保持するべく構成された媒体ホルダと、
レンダリングイメージを表示し、前記レンダリングイメージを用いて前記物体ビームを加工するべく構成された物体ビームユニットと、
前記ホログラフィック記録媒体上の選択された基本ホログラムにて前記物体ビームと干渉するように前記参照ビームの向きを定め、その選択された基本ホログラムへの前記参照ビームの入射方向を、二自由度で制御するべく構成された参照ビーム操向システムと、
前記参照ビームと前記物体ビームとの間の干渉及び前記レンダリングイメージの前記物体ビームユニットへの送り出しを制御するべくプログラムされたコンピュータとを有することを特徴とする装置。
【請求項１０】
ホログラフィックステレオグラムをプリントするための装置であって、
各々が異なる色のコヒーレントなビームを生成するべく構成された複数の光源と、
前記コヒーレントビームを物体ビーム及び参照ビームに分割するべく構成されたビームスプリッタと、
前記参照ビームを一つの混合参照ビームへと混合するべく構成された光学コンバイナと、
色を記録可能なホログラフィック記録媒体を保持するべく構成された媒体ホルダと、
前記物体ビームを混合して一つの混合物体光を生成するべく構成された物体ビームユニットと、
前記ホログラフィック記録媒体上の選択された基本ホログラムにて前記物体ビームと干渉するように前記混合参照ビームの向きを定め、その選択された基本ホログラムへの前記混合参照ビームの入射方向を、二自由度で制御するべく構成された参照ビーム操向システムと、
前記混合参照ビームと前記混合物体ビームとの間の干渉及び前記レンダリングイメージの前記物体ビームユニットへの送り出しを制御するべくプログラムされたコンピュータとを有することを特徴とする装置。
【図１ａ】
【図１ｂ】
【図２ａ】
【図２ｂ】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７ａ】
【図２７ｂ】
【図２７ｃ】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図１ｂ】
【図２ａ】
【図２ｂ】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７ａ】
【図２７ｂ】
【図２７ｃ】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【公開番号】特開２０１０−２１７９２８（Ｐ２０１０−２１７９２８Ａ）
【公開日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１５１６５６（Ｐ２０１０−１５１６５６）
【出願日】平成２２年７月２日（２０１０．７．２）
【分割の表示】特願２０００−５８２８５４（Ｐ２０００−５８２８５４）の分割
【原出願日】平成１１年６月２１日（１９９９．６．２１）
【出願人】（５０１１９８７３０）ゼブラ・イメージング・インコーポレイテッド (5)
【氏名又は名称原語表記】ＺＥＢＲＡ ＩＭＡＧＩＮＧ ＩＮＣ．
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月２日（２０１０．７．２）
【分割の表示】特願２０００−５８２８５４（Ｐ２０００−５８２８５４）の分割
【原出願日】平成１１年６月２１日（１９９９．６．２１）
【出願人】（５０１１９８７３０）ゼブラ・イメージング・インコーポレイテッド (5)
【氏名又は名称原語表記】ＺＥＢＲＡ ＩＭＡＧＩＮＧ ＩＮＣ．
【Ｆターム（参考）】
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