JP6607491B2 - ホログラムデータ生成装置及びそのプログラム - Google Patents
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Description
平行光と仮定した場合、再生光の複素振幅分布は、参照光と同様の手法で求められる。
1つの点光源と仮定した場合、再生光の複素振幅分布は、点光源からホログラム記録面までのキルヒホッフ回折積分式、角スペクトル法等の厳密な光波の伝搬計算、又は、フレネル回折等の近似計算で求められる。
複数の点光源と仮定した場合、再生光の複素振幅分布は、各点光源からの光波伝搬を計算し、計算結果の複素和を算出することで求められる。
本願発明に係るホログラムデータ生成装置は、方向ズレや輝度ムラが補正されたホログラムデータを生成するので、補正前物体光を正しく再生することができる。
図1〜図3を参照し、本願発明における方向ズレ及び輝度分布の違いの補正手法を説明した後、本願発明の実施形態に係るホログラムデータ記録システムの構成について説明する。
なお、図2では、説明のために参照光R及び破線で被写体Tを図示したが、ホログラム記録媒体9に記録されたホログラムデータを再生する際(ホログラム再生時)、参照光Rを照射せず、被写体Tは存在しない。
ここで、ホログラム記録媒体9で正反射する再生光の複素振幅分布P(x,y)を以下の式(3)のように定義する。この式(3)では、APが再生光Pの振幅を表し、φPが再生光Pの位相を表す。
図8を参照し、本願発明の実施形態に係るホログラムデータ記録システム1の構成について説明する。
図8のように、ホログラムデータ記録システム1は、ホログラムデータをホログラム記録媒体9に記録するものであり、ホログラムデータ記録装置10と、ホログラムデータ生成装置20とを備える。
まず、ホログラムデータ記録装置10の構成について説明する。
ホログラムデータ記録装置10は、レーザ100と、1/2波長板101と、レンズ102,103と、偏光ビームスプリッタ104と、物体光光学系110と、参照光光学系120と、ステージ130とを備える。
なお、レンズ102で拡大されたレーザ光の光軸中心を長破線で図示し、レーザ光の両端を短破線で図示した。
偏光ビームスプリッタ104は、レンズ103からのレーザ光を、物体光(P偏光)と参照光(S偏光)とに分岐するものである。つまり、偏光ビームスプリッタ104は、レンズ103からのレーザ光を、互いに直交するP偏光とS偏光とに分岐する。本実施形態では、偏光ビームスプリッタ104を透過したレーザ光を物体光とし、偏光ビームスプリッタ104で反射されたレーザ光を参照光とする。
なお、ホログラムデータとは、ホログラムの干渉縞を表したデータである。本実施形態では、ホログラムデータは、方向ズレや輝度分布の違いを補正した補正情報(補正後物体光の複素振幅分布)が反映されている。
HZP処理用マスク114は、妨害光を除去するHZP処理を行うために、レンズ113からの物体光の半分を遮蔽するマスクである。
レンズ116は、例えば、レンズ115からの物体光をレンズ117に集光する凸レンズである。
レンズ117は、例えば、レンズ116からの物体光をホログラム記録媒体9に出射する凸レンズである。
ミラー122は、空間フィルタ121からの参照光をミラー123に反射するものである。
ミラー123は、ミラー122からの参照光をホログラム記録媒体9に反射するものである。
次に、ホログラムデータ生成装置20の構成について説明する。
ホログラムデータ生成装置20は、ホログラム記録時の参照光とホログラム再生時の再生光との方向ズレ、又は、輝度分布の違いが補正されたホログラムデータを生成するものである。
図9のように、再生光の光源90Pが、光源90P1,…,光源90Pnのように複数の場合もある(nは2以上の整数)。この場合、パラメータ入力手段21には、全ての光源90Pについて、パラメータを入力する。
さらに、図11のように、再生光の光源90Pが面光源の場合もある。この場合、パラメータ入力手段21には、面光源をm×n個の光源90P11,…,光源90Pmnの集合として予め設定し(m,nは2以上の整数)、全ての光源90Pについて、パラメータを入力する。
図8に戻り、ホログラムデータ生成装置20の構成について、説明を続ける。
具体的には、複素振幅分布算出手段22は、点光源モデル、ポリゴン点光源モデル又は光線情報を用いた公知のホログラム算出手法により、物体光の複素振幅分布O(x,y)を算出する。
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参考文献2:K.Matsushima,S.Nakahara,“Extremely high-definition full-parallax computer-generated hologram created by the polygon-based method”,Applied optics,Vol.48,Issue 34,2009
参考文献3:T.Yatagai,“Stereoscopic approach to 3-D display using computer-generated hologram”,Applied Optics Vol.15,Issue 11,1976
参考文献4:K.Wakunami,M.Yamaguchi,“Calculation for computer generated hologram using ray-sampling plane”,Optics Express,Vol.19,Issue 10,2011
具体的には、補正情報算出手段23は、方向ズレや輝度分布の違いが補正された補正後物体光の複素振幅分布C(x,y)を表した算出式として、前記式(4)が予め設定されている。
また、補正情報算出手段23は、複素振幅分布算出手段22から入力された物体光の複素振幅分布O(x,y)と、参照光の複素振幅分布R(x,y)と、再生光の複素振幅分布P(x,y)とをそれぞれ、前記式(1)〜式(3)を用いて、振幅AO,AR,AP及び位相φO,φR,φPに分解する。
そして、補正情報算出手段23は、振幅AO,AR,AP及び位相φO,φR,φPを前記式(4)に代入することで、補正後物体光の複素振幅分布C(x,y)を算出する。
その後、補正情報算出手段23は、算出した補正後物体光の複素振幅分布C(x,y)をホログラムデータ生成手段24に出力する。
具体的には、ホログラムデータ生成手段24は、前記式(5)を用いて、ホログラムデータを生成する。すなわち、ホログラムデータ生成手段24は、補正後物体光の複素振幅分布C(x,y)を一般的なホログラムエンコード手法でエンコードし、ホログラムデータを生成する。
その後、ホログラムデータ生成手段24は、生成したホログラムデータをSLM112に出力する。
図12を参照し、ホログラムデータ生成装置20の動作について説明する(適宜図8参照)。
ホログラムデータ生成装置20は、複素振幅分布算出手段22によって、ステップS1で入力されたパラメータを参照して、物体光と参照光と再生光とについて、複素振幅分布を算出する(ステップS2)。
ホログラムデータ生成装置20は、ホログラムデータ生成手段24によって、補正後物体光の複素振幅分布C(x,y)が反映されたホログラムデータを生成する(ステップS4)。
ホログラム再生時、パラメータ入力手段21に入力したパラメータと同一条件で再生光をホログラム記録媒体9に照明すればよい。
本願発明に係るホログラムデータ生成装置20は、方向ズレや輝度分布の違いが補正されたホログラムデータを生成するので、方向ズレに起因した立体像の歪みや輝度分布の違いを抑制し、補正前物体光を正しく再生することができる。
前記した実施形態では、空間光変調器が振幅変調素子であることとして説明したが、これに限定されない。例えば、空間光変調器は、位相変調素子、又は、DPH(double phase hologram)光学系等の位相及び振幅の両方を変調できる素子としてもよい。このように、共役光や0次光等の不要光が発生しない場合、フィルタ処理用の光学系(図1のレンズ113,115及びHZP処理用マスク114)を省略してもよい。
前記した実施形態では、ホログラムデータ生成装置を独立したハードウェアとして説明したが、本願発明は、これに限定されない。例えば、コンピュータが備えるCPU、メモリ、ハードディスク等のハードウェア資源を、ホログラムデータ生成装置として協調動作させるホログラムデータ生成プログラムで実現することもできる。このプログラムは、通信回線を介して配布してもよく、CD−ROMやフラッシュメモリ等の記録媒体に書き込んで配布してもよい。
9 ホログラム記録媒体
10 ホログラムデータ記録装置
20 ホログラムデータ生成装置
21 パラメータ入力手段
22 複素振幅分布算出手段
23 補正情報算出手段(補正後物体光算出手段)
24 ホログラムデータ生成手段
100 レーザ
101 1/2波長板
102,103,113,115〜117 レンズ
104,111 偏光ビームスプリッタ
110 物体光光学系
112 SLM
114 HZP処理用マスク
120 参照光光学系
121 空間フィルタ
122,123 ミラー
130 ステージ
Claims (5)
- ホログラム記録媒体にホログラムデータを記録する際に照射する参照光と、前記ホログラム記録媒体に記録されたホログラムデータを再生する際に照射する再生光との方向ズレを補正するホログラムデータ生成装置であって、
前記ホログラム記録媒体にホログラムデータを記録する際に照射する補正前物体光と前記参照光と前記再生光とについて、複素振幅分布を算出する複素振幅分布算出手段と、
前記方向ズレが補正された補正後物体光の複素振幅分布を表した算出式が予め設定され、予め設定された前記算出式及び前記補正前物体光と前記参照光と前記再生光との複素振幅分布に基づいて、前記補正後物体光の複素振幅分布を算出する補正後物体光算出手段と、
前記補正後物体光の複素振幅分布が反映されたホログラムデータを生成するホログラムデータ生成手段と、
を備え、
前記補正後物体光算出手段は、前記ホログラム記録媒体の画素位置(x,y)毎に、振幅A O 及び位相φ O で表された前記補正前物体光の複素振幅分布と、振幅A R 及び位相φ R で表された前記参照光の複素振幅分布と、振幅A P 及び位相φ P で表された前記再生光の複素振幅分布とを、前記算出式としての式(4)に代入することで、
- ホログラム記録媒体にホログラムデータを記録する際に照射する参照光と、前記ホログラム記録媒体に記録されたホログラムデータを再生する際に照射する再生光との輝度分布の違いを補正するホログラムデータ生成装置であって、
前記ホログラム記録媒体にホログラムデータを記録する際に照射する補正前物体光と前記参照光と前記再生光とについて、複素振幅分布を算出する複素振幅分布算出手段と、
前記輝度分布の違いが補正された補正後物体光の複素振幅分布を表した算出式が予め設定され、予め設定された前記算出式及び前記補正前物体光と前記参照光と前記再生光との複素振幅分布に基づいて、前記補正後物体光の複素振幅分布を算出する補正後物体光算出手段と、
前記補正後物体光の複素振幅分布が反映されたホログラムデータを生成するホログラムデータ生成手段と、
を備え、
前記補正後物体光算出手段は、前記ホログラム記録媒体の画素位置(x,y)毎に、振幅A O 及び位相φ O で表された前記補正前物体光の複素振幅分布と、振幅A R 及び位相φ R で表された前記参照光の複素振幅分布と、振幅A P 及び位相φ P で表された前記再生光の複素振幅分布とを、前記算出式としての式(4)に代入することで、
- 前記複素振幅分布算出手段は、前記再生光の光源が複数の点光源である場合、各点光源から求めた複素振幅分布の総和を1つの前記再生光の複素振幅分布として算出することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のホログラムデータ生成装置。
- 前記複素振幅分布算出手段は、前記再生光の光源が線光源又は面光源である場合、前記線光源又は前記面光源を点光源の集合として予め設定し、各点光源から求めた複素振幅分布の総和を1つの前記再生光の複素振幅分布として算出することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のホログラムデータ生成装置。
- コンピュータを、請求項1から請求項4の何れか一項に記載のホログラムデータ生成装置として機能させるためのホログラムデータ生成プログラム。
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