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JP2007279221A - Hologram data creating device, hologram data creating method and hologram data creating program - Google Patents

Hologram data creating device, hologram data creating method and hologram data creating program Download PDF

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JP2007279221A JP2006103207A JP2006103207A JP2007279221A JP 2007279221 A JP2007279221 A JP 2007279221A JP 2006103207 A JP2006103207 A JP 2006103207A JP 2006103207 A JP2006103207 A JP 2006103207A JP 2007279221 A JP2007279221 A JP 2007279221A
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隆太朗 大井
Masato Okui
誠人 奥井
Atsushi Arai
淳 洗井
Fumio Okano
文男 岡野
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a hologram data creating device, a hologram data creating method and a hologram data creating program for rapidly and accurately creating hologram data so as to display a large quantity of holograms with less degradation of images by a holocorder hologram. <P>SOLUTION: The hologram data creating device 1 is equipped with: a multiplying means 4 which multiplies a phase shift amount according to a phase shift function corresponding to a lens having a principal point at an intersection on an optical axis between an element image disposed on a front focal plane and a lens constituting a lens group opposing and corresponding to the element image, and the luminance data of each pixel in the element image, and then obtains an intensity distribution of the light field after the phase shift having the calculated products as elements; a Fourier transforming means 5 which Fourier transforms the calculated product to obtain an intensity distribution of the light field on a hologram creating plane by each element image; an adding means 6 which calculates the superposed sum of the intensity distributions of the object light fields by the element image to obtain an intensity distribution of the light field on the hologram creating plane; and a hologram data creating means 7 which creates luminance data as hologram data by each pixel to display an image corresponding to interference fringes appearing as the intensity distribution of the light field. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、2次元の表示画面のディスプレイによって3次元画像(立体画像)を視認可能にホログラムとして再生させるためのホログラムデータを作成するホログラムデータ作成装置、ホログラムデータ作成方法、ホログラムデータ作成プログラム及びホログラム表示システムに関するものである。   The present invention relates to a hologram data creation device, a hologram data creation method, a hologram data creation program, and a hologram for creating hologram data for reproducing a three-dimensional image (stereoscopic image) as a hologram so as to be visible on a display of a two-dimensional display screen. The present invention relates to a display system.

一般に、2次元の表示画面のディスプレイに被写体等のオブジェクトを3次元画像(立体画像)として視認可能に表示させるための技術の一つとして、オブジェクトの複数の要素画像からホログラムを作成するホロコーダ・ホログラム(例えば、非特許文献1参照)を応用したものが知られている。このホロコーダ・ホログラムは、インテグラル・フォトグラフィ(例えば、非特許文献2参照)の技術を利用して撮影された複数の要素画像から光学的にホログラムを作成するものである。   In general, as one technique for displaying an object such as a subject on a display of a two-dimensional display screen as a three-dimensional image (stereoscopic image) so as to be visible, a holographic hologram that creates a hologram from a plurality of element images of the object (For example, see Non-Patent Document 1) is known. This holcoder hologram is used to optically create a hologram from a plurality of element images photographed using the technique of integral photography (see, for example, Non-Patent Document 2).

R.V.Pole,“3-D imagery and holograms of objects illuminated in white light”,Appl.Phys.Lett.vol.10,pp.20-22(1967)R.V.Pole, “3-D imagery and holograms of objects illuminated in white light”, Appl. Phys. Lett. Vol. 10, pp. 20-22 (1967) M.G.Lippmann,Comptes-Rendus,146,pp.446-451(1908)M.G.Lippmann, Comptes-Rendus, 146, pp.446-451 (1908)

従来、ホロコーダ・ホログラムでは、凸レンズアレイを介して撮像された被写体(オブジェクト)の多視点の要素画像にコヒーレント光を照射し、撮像時と同じ焦点距離及び配置を有する凸レンズアレイを通して被写体と等価な像を再生し、この再生像を構成する光(物体光)と参照光であるコヒーレント光との干渉縞を形成することによって、自然光下で撮像された被写体のホログラムを作成するようになっている。   Conventionally, in a holcoder / hologram, coherent light is applied to a multi-viewpoint element image of a subject (object) imaged through a convex lens array, and an image equivalent to the subject is obtained through a convex lens array having the same focal length and arrangement as at the time of imaging. The hologram of the subject imaged under natural light is created by forming interference fringes between the light (object light) constituting the reproduced image and the coherent light as the reference light.

前記のようなホロコーダ・ホログラムでは、凸レンズアレイ等の光学系や参照光の照明系の高精度な設置や調整が必要であるため、表示装置として製造する上で、組み立て時間がかかり、量産や低コスト化に向かない。そのため、光学系や照明系の設置・調整に要する労力を軽減できる技術が望まれている。そのような中で、計算機合成ホログラムやディジタルホログラムと呼ばれるように、コンピュータを利用して、光の伝播を演算し、ホログラムの記録や再生を行う技術の開発が行われてきている。ところが、光の伝播を計算するためには、取り扱うデータ数が多いため、速くかつ正確にホログラムデータを作成する技術が確立されていなかった。   In the holocorder / hologram as described above, it is necessary to install and adjust the optical system such as the convex lens array and the illumination system for the reference light with high accuracy. Not suitable for cost. Therefore, there is a demand for a technique that can reduce the labor required for installing and adjusting the optical system and the illumination system. Under such circumstances, as is called a computer-generated hologram or a digital hologram, a technique for calculating the propagation of light by using a computer and recording and reproducing the hologram has been developed. However, in order to calculate the propagation of light, the number of data handled is large, and thus a technique for creating hologram data quickly and accurately has not been established.

そこで、本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、ホロコーダ・ホログラムによって画像劣化が少ないホログラムを速くかつ大量に表示するために、ホログラムデータを速くかつ正確に作成するホログラムデータ作成装置、ホログラムデータ作成方法、ホログラムデータ作成プログラム及びホログラム表示装置を提供することを目的とする。   Accordingly, the present invention has been made to solve the above-described problems, and generates hologram data quickly and accurately in order to display a large amount of holograms with little image degradation by a holoccoder hologram. An object of the present invention is to provide a hologram data creation device, a hologram data creation method, a hologram data creation program, and a hologram display device.

本発明は、前記目的を達成するために創案されたものであり、まず、請求項1に記載のホログラムデータ作成装置は、オブジェクトを多視点で表した複数の要素画像のそれぞれから放射される物体光をレンズ群に入射させ、そのレンズ群から射出される光の重ね合わせによって生じる光場の強度分布と参照光との干渉縞に相当する画像をディスプレイに表示させるホログラムデータを作成するために、要素画像記憶手段と、位相シフト設定手段と、乗算手段と、フーリエ変換手段と、加算手段と、ホログラムデータ作成手段とを備えた構成とした。   The present invention was devised to achieve the above object. First, the hologram data creating apparatus according to claim 1 is an object radiated from each of a plurality of element images representing an object from multiple viewpoints. In order to create hologram data that causes light to enter the lens group and display on the display an image corresponding to the interference fringe between the intensity distribution of the light field generated by superimposing the light emitted from the lens group and the reference light, An element image storage unit, a phase shift setting unit, a multiplication unit, a Fourier transform unit, an addition unit, and a hologram data creation unit are provided.

かかる構成において、ホログラムデータ作成装置は、位相シフト設定手段によって、前側焦平面に配置させた要素画像とこの要素画像に対向して対となるレンズ群を構成するレンズとの光軸上の交点を主点とするレンズに相当する位相シフト関数に応じた位相シフト量を設定しておく。   In such a configuration, the hologram data creating device uses the phase shift setting means to calculate the intersection point on the optical axis between the element image arranged on the front focal plane and the lens constituting the paired lens group facing this element image. A phase shift amount corresponding to the phase shift function corresponding to the lens as the main point is set in advance.

そして、ホログラムデータ作成装置は、乗算手段によって、要素画像に含まれる画素ごとの輝度データと、位相シフト設定手段によって設定されている位相シフト量とを乗算し、その結果算出された積を要素とする位相シフト後の光場の強度分布を求め、フーリエ変換手段によって、乗算手段によって算出された積をフーリエ変換して、要素画像ごとのホログラム作成面における光場の強度分布を算出する。   Then, the hologram data creation device multiplies the luminance data for each pixel included in the element image by the multiplication means by the phase shift amount set by the phase shift setting means, and uses the product calculated as a result as the element. The intensity distribution of the light field after the phase shift is obtained, and the product calculated by the multiplication means is Fourier transformed by the Fourier transform means to calculate the intensity distribution of the light field on the hologram creation surface for each element image.

輝度データは、要素画像の画素を表示するときの明るさを表しているため、単色光による表示の場合、その明暗の度合いによって画素を形成することができる。つまり、輝度データの大きさの分布は、光場の強度分布を表す。   Since the luminance data represents the brightness when displaying the pixels of the element image, the pixels can be formed depending on the degree of brightness in the case of display with monochromatic light. That is, the luminance data size distribution represents the intensity distribution of the light field.

次に、ホログラムデータ作成装置は、加算手段によって、フーリエ変換手段によって算出された要素画像ごとの物体光の光場の強度分布同士の重ね合わせの和を算出して、ホログラム作成面における光場の強度分布とし、ホログラムデータ作成手段によって、加算手段によって算出された光場の強度分布と前記参照光の光場の強度分布とを重ね合わせた光場の強度分布を算出し、当該重ね合わせた光場の強度分布として現れる干渉縞に相当する画像をディスプレイに表示させる画素ごとの輝度データをホログラムデータとして作成する。   Next, the hologram data creation device calculates the sum of the superpositions of the intensity distributions of the light fields of the object light for each element image calculated by the Fourier transform means by the adding means, and calculates the light field on the hologram creation surface. The intensity distribution of the light field obtained by superimposing the intensity distribution of the light field calculated by the adding means and the intensity distribution of the light field of the reference light is calculated by the hologram data creating means, and the superimposed light is obtained. Luminance data for each pixel for displaying an image corresponding to interference fringes appearing as a field intensity distribution is created as hologram data.

また、請求項2に記載のホログラムデータ作成装置は、請求項1において、位相シフト設定手段によって、要素画像に対向して対となるレンズ群を構成するレンズとの光軸が要素画像を通る交点を主点とする凸レンズ又はこの凸レンズの焦点距離と絶対値が同一の凹レンズの位相シフト関数によって算出される位相シフト量が設定されている構成とした。したがって、位相シフト関数に従った計算は、凸レンズ又は凹レンズを通過する光の様子をあらわすことになる。   Further, the hologram data creating device according to claim 2 is an intersection point according to claim 1, wherein the optical axis of the lens constituting the pair of lens groups facing the element image passes through the element image by the phase shift setting means. The phase shift amount calculated by the phase shift function of the convex lens whose principal point is or a concave lens having the same absolute value as the focal length of the convex lens is set. Therefore, the calculation according to the phase shift function represents the state of light passing through the convex lens or the concave lens.

また、請求項3に記載のホログラムデータ作成装置は、請求項1又は請求項2において、フーリエ変換手段によって、高速フーリエ変換(FFT(Fast Fourier Transform))処理を実行する構成とした。ところで、計算点数をNとした場合、離散的フーリエ変換(DFT(Distance Fourier Transform))の計算量がN2オーダであるのに対して、高速フーリエ変換の計算量は、N*log2Nオーダであるため、計算点数Nが多いほど、計算量の低減の度合いが高くなる傾向がある。したがって、ホログラムデータ作成装置は、フーリエ変換手段によって、高速フーリエ変換を実行することで、データ量の多いホログラムデータの作成処理において、速くかつ正確にホログラムデータを作成することになる。 According to a third aspect of the present invention, there is provided the hologram data creating apparatus according to the first or second aspect, wherein a fast Fourier transform (FFT (Fast Fourier Transform)) process is executed by the Fourier transform means. By the way, when the number of calculation points is N, the calculation amount of the discrete Fourier transform (DFT (Distance Fourier Transform)) is N 2 order, whereas the calculation amount of the fast Fourier transform is N * log 2 N order. Therefore, as the number N of calculation points increases, the degree of reduction in the calculation amount tends to increase. Therefore, the hologram data creation apparatus creates the hologram data quickly and accurately in the creation process of the hologram data having a large amount of data by executing the fast Fourier transform by the Fourier transform means.

また、請求項4に記載のホログラムデータ作成方法は、オブジェクトを多視点で表した複数の要素画像のそれぞれから放射される光をレンズ群に入射させ、そのレンズ群から射出される物体光の重ね合わせによって生じる光場の強度分布と参照光との干渉縞に相当する画像をディスプレイに表示させるホログラムデータを作成するために、乗算ステップと、フーリエ変換ステップと、加算ステップと、ホログラムデータ作成ステップとを含む手順とした。   According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a hologram data creation method in which light emitted from each of a plurality of element images representing an object from multiple viewpoints is incident on a lens group, and the object light emitted from the lens group is superimposed. In order to create hologram data for displaying on the display an image corresponding to an interference fringe between the intensity distribution of the light field generated by the combination and the reference light, a multiplication step, a Fourier transform step, an addition step, a hologram data creation step, The procedure included.

かかる手順において、ホログラムデータ作成方法は、乗算手段で、要素画像に含まれる画素ごとの輝度データと、前側焦平面に配置させた要素画像とこの要素画像に対向して対となるレンズ群を構成するレンズとの光軸上の交点を主点とするレンズに相当する位相シフト関数に応じた位相シフト量とを乗算し、その結果算出された積を要素とする位相シフト後の光場の強度分布を求め、フーリエ変換手段で、乗算ステップで算出された積をフーリエ変換して、要素画像ごとのホログラム作成面における光場の強度分布を算出する。   In such a procedure, the hologram data creation method is configured by the multiplication means to configure the luminance data for each pixel included in the element image, the element image arranged on the front focal plane, and a pair of lenses facing this element image. Multiply by the phase shift function corresponding to the phase shift function corresponding to the lens whose main point is the intersection on the optical axis with the lens to be used, and the intensity of the optical field after the phase shift using the calculated product as an element The distribution is obtained, and the product calculated in the multiplication step is Fourier-transformed by the Fourier transform means to calculate the intensity distribution of the light field on the hologram creation surface for each element image.

そして、ホログラムデータ作成方法は、加算ステップで、フーリエ変換ステップで算出された要素画像ごとの物体光の光場の強度分布同士の重ね合わせの和を算出して、ホログラム作成面における光場の強度分布とし、ホログラムデータ作成ステップで、加算ステップで算出された光場の強度分布と前記参照光の光場の強度分布とを重ね合わせた光場の強度分布を算出し、当該重ね合わせた光場の強度分布として現れる干渉縞に相当する画像をディスプレイに表示させる画素ごとの輝度データをホログラムデータとして作成する。   Then, the hologram data creation method calculates the sum of the superposition of the intensity distributions of the light field of the object light for each element image calculated in the Fourier transform step in the addition step, and calculates the intensity of the light field on the hologram creation surface. And calculating the intensity distribution of the light field obtained by superimposing the intensity distribution of the light field calculated in the adding step and the intensity distribution of the light field of the reference light in the hologram data creation step, and the superimposed light field Luminance data for each pixel for displaying on the display an image corresponding to the interference fringes appearing as the intensity distribution is generated as hologram data.

また、請求項5に記載のホログラムデータ作成プログラムは、オブジェクトを多視点で表した複数の要素画像のそれぞれから放射される光をレンズ群に入射させ、そのレンズ群から射出される物体光の重ね合わせによって生じる光場の強度分布と参照光との干渉縞に相当する画像をディスプレイに表示させるホログラムデータを作成するために、コンピュータを、乗算手段、フーリエ変換手段、加算手段、ホログラムデータ作成手段として機能させる構成とした。   The hologram data creation program according to claim 5 makes light emitted from each of a plurality of element images representing an object from multiple viewpoints incident on a lens group, and superimposes object light emitted from the lens group. In order to create hologram data for displaying on the display an image corresponding to the interference fringe between the intensity distribution of the light field generated by the combination and the reference light, the computer is used as multiplication means, Fourier transform means, addition means, hologram data creation means The configuration is to function.

かかる構成において、ホログラムデータ作成プログラムは、乗算手段によって、要素画像に含まれる画素ごとの輝度データと、前側焦平面に配置させた要素画像とこの要素画像に対向して対となる前記レンズ群を構成するレンズとの光軸上の交点を主点とするレンズに相当する位相シフト関数に応じた位相シフト量とを乗算し、その結果算出された積を要素とする位相シフト後の光場の強度分布を求め、フーリエ変換手段によって、乗算手段によって算出された積をフーリエ変換して、要素画像ごとのホログラム作成面における光場の強度分布を算出する。   In such a configuration, the hologram data creation program uses the multiplication means to calculate the luminance data for each pixel included in the element image, the element image arranged on the front focal plane, and the lens group that is paired facing the element image. Multiply by the phase shift amount corresponding to the phase shift function corresponding to the lens whose principal point is the intersection on the optical axis with the constituting lens, and the light field after the phase shift with the calculated product as an element The intensity distribution is obtained, and the product calculated by the multiplying means is Fourier transformed by the Fourier transform means to calculate the intensity distribution of the light field on the hologram creation surface for each element image.

そして、ホログラムデータ作成プログラムは、加算手段によって、フーリエ変換手段によって算出された要素画像ごとの光場の強度分布同士の重ね合わせの和を算出して、ホログラム作成面における光場の強度分布とし、ホログラムデータ作成手段によって、加算手段によって算出された光場の強度分布と前記参照光の光場の強度分布とを重ね合わせた光場の強度分布を算出し、当該重ね合わせた光場の強度分布として現れる干渉縞に相当する画像をディスプレイに表示させる画素ごとの輝度データをホログラムデータとして作成する。   Then, the hologram data creation program calculates the sum of the superposition of the intensity distributions of the light fields for each element image calculated by the Fourier transform means by the adding means to obtain the intensity distribution of the light field on the hologram creation surface, The hologram data creation means calculates the intensity distribution of the light field obtained by superimposing the intensity distribution of the light field calculated by the adding means and the intensity distribution of the light field of the reference light, and the intensity distribution of the superimposed light field The luminance data for each pixel for displaying an image corresponding to the interference fringes appearing on the display is created as hologram data.

本発明は、以下に示すような優れた効果を奏するものである。
請求項1、請求項4または請求項5に記載の発明によれば、ホロコーダ・ホログラムによって画像劣化が少ないホログラムを速くかつ大量に表示するためのホログラムデータを速くかつ正確に作成できるという効果を奏する。また、蠅の目レンズやレンチキュラレンズ等の光学的なレンズアレイが不要であり、部品点数が減少すると共に光学的装置としての製造・調整作業も不要になる。そのため、部品点数の減少や光学系の製造・調整作業が簡略化するため、製造コストの低減を図るうえでも有用なものとなる。
The present invention has the following excellent effects.
According to the first, fourth, or fifth aspect of the invention, there is an effect that the hologram data for displaying a large amount of holograms with little image deterioration can be quickly and accurately produced by the holocorder hologram. . In addition, an optical lens array such as a fly-eye lens or a lenticular lens is not required, the number of parts is reduced, and manufacturing / adjustment work as an optical device is also unnecessary. For this reason, the number of components is reduced and the optical system manufacturing / adjustment work is simplified, which is useful for reducing the manufacturing cost.

請求項2に記載の発明によれば、位相シフト関数に従って、凸レンズ又は凹レンズの光学系の透過に相当する光場の強度分布の位相シフトを算出することができる。   According to the second aspect of the present invention, the phase shift of the intensity distribution of the light field corresponding to the transmission of the optical system of the convex lens or the concave lens can be calculated according to the phase shift function.

請求項3に記載の発明によれば、高速フーリエ変換を実行するため、サンプリング数が増えれば増えるほど効率良くフーリエ変換を行うことができ、データ量の多いホログラムデータを効率よく作成することができる。   According to the third aspect of the invention, since the fast Fourier transform is performed, the Fourier transform can be efficiently performed as the number of samplings increases, and hologram data having a large amount of data can be efficiently created. .

以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。なお、本発明は、ホログラムデータ作成装置、ホログラムデータ作成方法、ホログラムデータ作成プログラム及びホログラム表示装置に関するものであるが、ここでは、ホログラムデータ作成装置の構成及び動作を主として説明する。   The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings. The present invention relates to a hologram data creation device, a hologram data creation method, a hologram data creation program, and a hologram display device. Here, the configuration and operation of the hologram data creation device will be mainly described.

図1は、実施の形態のホログラムデータ作成装置の構成を示すブロック図である。このホログラムデータ作成装置1は、オブジェクトを多視点で表した複数の要素画像のそれぞれから放射される物体光をレンズ群に入射させ、そのレンズ群から射出される物体光の重ね合わせによって生じる光場の強度分布と参照光との干渉縞に相当する画像をディスプレイに表示させるホログラムデータを作成するために、要素画像記憶手段2と、位相シフト設定手段3と、乗算手段4と、フーリエ変換手段5と、加算手段6と、ホログラムデータ作成手段7と、ホログラムデータ記憶手段8とを主に備えている。   FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a hologram data creation apparatus according to an embodiment. This hologram data creation device 1 makes an object light emitted from each of a plurality of element images representing an object from multiple viewpoints incident on a lens group, and an optical field generated by superimposing the object lights emitted from the lens group Element image storage means 2, phase shift setting means 3, multiplication means 4, and Fourier transform means 5 in order to create hologram data for displaying on the display an image corresponding to the interference fringes between the intensity distribution of the light and the reference light. And an addition means 6, a hologram data creation means 7, and a hologram data storage means 8.

要素画像記憶手段2は、インテグラル・フォトグラフィに従ってオブジェクトを多視点で表した要素画像から放射する放射光に相当する光場の強度分布を形成するための要素画像に含まれる画素ごとの輝度データを記憶するものである。記憶された輝度データは乗算手段4に出力される。なお、この要素画像記憶手段2は、オブジェクトを撮像する撮像装置9から輝度データを取得する。   The element image storage means 2 is luminance data for each pixel included in an element image for forming an intensity distribution of a light field corresponding to radiated light emitted from an element image representing an object from multiple viewpoints according to integral photography. Is memorized. The stored luminance data is output to the multiplication means 4. The element image storage unit 2 acquires luminance data from the imaging device 9 that captures an object.

ここで、x0軸及びy0軸のx0-y0平面に画像形成面をとり、この画像形成面に形成された要素画像iから放射する物体光が、そのx0-y0平面に直交するz軸方向へ進行するときに、その要素画像iからの放射光の複素振幅分布をO(x0,y0)で表す。 Here, an image forming surface is taken on the x 0 -y 0 plane of the x 0 axis and the y 0 axis, and the object light emitted from the element image i formed on the image forming surface is reflected on the x 0 -y 0 plane. The complex amplitude distribution of the emitted light from the element image i when traveling in the orthogonal z-axis direction is represented by O (x 0 , y 0 ).

また、要素画像記憶手段2には、要素画像iを構成する画素ごとの複数の輝度データがフレームごとに記憶される。ここで、フレームごととは、互いに関連づけがなされている程度の意味であって、必ずしも記憶される領域が同一でなくてもよい。   The element image storage means 2 stores a plurality of luminance data for each pixel constituting the element image i for each frame. Here, each frame means to the extent that they are associated with each other, and the stored areas do not necessarily have to be the same.

また、要素画像iは、インテグラル・フォトグラフィによって、オブジェクトの実写による多視点の画像に限らず、CG(Computer Graphic)や手書きされたオブジェクトの多視点の画像であってもよい。実写による場合には、蠅の目レンズやレンチキュラレンズ等の凸レンズアレイの焦平面にCCD(Charge-Coupled Device)イメージセンサをおき、被写体のオブジェクトを撮影すればよい。つまり、多視点の要素画像iは、凸レンズアレイの各凸レンズのピッチ間隔の視差を利用して撮影される。ここで、要素画像iの記録原理について説明する。   Further, the element image i is not limited to a multi-viewpoint image obtained by actual photography of an object by integral photography, but may be a CG (Computer Graphic) or a multi-viewpoint image of a handwritten object. In the case of actual shooting, a CCD (Charge-Coupled Device) image sensor is placed on the focal plane of a convex lens array such as an eyelet lens or a lenticular lens, and the object of the subject is photographed. That is, the multi-viewpoint element image i is photographed using the parallax of the pitch interval of each convex lens of the convex lens array. Here, the recording principle of the element image i will be described.

図2は、インテグラル・フォトグラフィ技術による要素画像の記録原理を説明する模式図である。この模式図には、複数の凸レンズL1…を同一平面上に配列したレンズ群Lと、このレンズ群Lの各凸レンズL1の後側焦平面(図2中右側)に、レンズ群Lの平面に対して平行に形成された要素画像群記録面Rとが配置されている。また、各凸レンズL1の前側(図2中左側)に被写体(オブジェクト)Xが配置されている。 FIG. 2 is a schematic diagram illustrating the principle of element image recording by the integral photography technique. In this schematic diagram, a lens group L in which a plurality of convex lenses L 1 ... Are arranged on the same plane, and a rear focal plane (right side in FIG. 2) of each convex lens L 1 of the lens group L. An element image group recording surface R formed in parallel to the plane is arranged. Furthermore, the subject (object) X is disposed on the front side (left side in FIG. 2) of the convex lenses L 1.

ここで、各凸レンズL1が、すべて同じ特性(焦点距離、口径など)を持つものとする。また、要素画像群記録面Rには、凸レンズL1ごとに被写体Xの倒立像O(↓)が結像される。したがって、要素画像群記録面Rには凸レンズL1の数だけ一つの被写体Xの倒立像O(↓)が記録される。その倒立像O(↓)は、それぞれ対応した凸レンズL1の主点方向から被写体Xを見た画像であり、この画像を要素画像iと呼ぶ。なお、凸レンズL1同士の間には、視差があるため、撮影される各要素画像iはそれぞれ異なる視点の画像、すなわち、各要素画像iの集合体は多視点の画像となる。 Here, it is assumed that all the convex lenses L 1 have the same characteristics (focal length, aperture, etc.). On the element image group recording surface R, an inverted image O (↓) of the subject X is formed for each convex lens L 1 . Therefore, one inverted image O (↓) of the subject X is recorded on the element image group recording surface R by the number of convex lenses L 1 . Its inverted image O (↓) is an image viewed object X from each corresponding main point direction of the convex lens L 1, referred to as the image and the element image i. In addition, between the adjacent convex lens L 1, because of the parallax, each element image i is images of different viewpoints to be photographed, i.e., a collection of the element images i is the image of the multi-view.

なお、要素画像群記録面Rには、結像した倒立像O(↓)ごとの画素の輝度データを入力する複数の図示しないCCD(Charge Coupled Devices)(図1の撮像装置参照)が配置されている。各CCDは、光電変換を行い画素ごとの輝度データを、図示しない記憶媒体に記憶させる。そして、その輝度データは、各種伝送路を介してホログラムデータ作成装置1に伝送され、要素画像記憶手段2に記憶される。また、そのデータは、ポータブルな記憶媒体を介してホログラムデータ作成装置1に提供させるようにしてもよい。   On the element image group recording surface R, a plurality of unillustrated CCDs (Charge Coupled Devices) (see the imaging device in FIG. 1) for inputting the luminance data of the pixels for each inverted image O (↓) formed are arranged. ing. Each CCD performs photoelectric conversion and stores luminance data for each pixel in a storage medium (not shown). Then, the luminance data is transmitted to the hologram data creation device 1 through various transmission paths and stored in the element image storage means 2. Further, the data may be provided to the hologram data creation apparatus 1 via a portable storage medium.

続いて、複数の要素画像iから光学的にホログラムを再生する原理について説明する。図3は、複数の要素画像からホログラムを光学的に再生する原理を説明する模式図である。この模式図では、凸レンズL1と同一特性の複数の凸レンズM1を同一平面上に並べたレンズ群Mと、このレンズ群Mの前側焦平面(図3中左側)に位置する要素画像群表示面(要素画像群形成面(画像形成面))Tと、その後側(図3中右側)にホログラム記録面Uとが主に配置されている。 Next, the principle of optically reproducing a hologram from a plurality of element images i will be described. FIG. 3 is a schematic diagram for explaining the principle of optically reproducing a hologram from a plurality of element images. In this schematic diagram, a lens group M in which a plurality of convex lenses M 1 having the same characteristics as the convex lens L 1 are arranged on the same plane, and an element image group display located on the front focal plane (left side in FIG. 3) of the lens group M are displayed. A surface (element image group forming surface (image forming surface)) T and a hologram recording surface U are mainly arranged on the rear side (right side in FIG. 3).

要素画像群記録面R(図2参照)に記録された各要素画像iの画素の輝度データを要素画像群表示面Tに表示させる。このとき、要素画像群記録面Rには、各要素画像iが倒立像O(↓)として記録されているため、正立像O(↑)に変換し、要素画像群表示面Tに要素画像iとして表示させる。   The luminance data of the pixels of each element image i recorded on the element image group recording surface R (see FIG. 2) is displayed on the element image group display surface T. At this time, since each element image i is recorded as an inverted image O (↓) on the element image group recording surface R, the element image i is converted to an erect image O (↑) and is displayed on the element image group display surface T. Display as.

そして、要素画像群表示面Tに対して、レンズ群Mと反対側からコヒーレント光OCを照射すると、要素画像群表示面Tを通過した光OTは、レンズ群Mに入射する。そして、各凸レンズM1から射出される光OMは、レンズ群Mの光学的な特性により物体光に相当する光となり、その結果、本来、被写体Xの存在した位置(焦点距離)に被写体Xの再生像(虚像)XVが結像する。 Then, with respect to the element images display surface T, is irradiated with coherent light O C from the opposite side to the lens group M, the light O T passing through the element images display surface T is incident on the lens group M. The light O M emitted from each convex lens M 1 becomes light corresponding to the object light due to the optical characteristics of the lens group M, and as a result, the subject X is originally at the position (focal length) where the subject X exists. A reconstructed image (virtual image) X V is formed.

したがって、コヒーレント光OCと同じ光が、参照光Orとしてホログラム記録面Uに照射されると、ホログラム記録面Uには、物体光と参照光との干渉縞、すなわちホログラムが記録される。以上説明した内容が、ホロコーダ・ホログラムの原理である。 Therefore, the same light as the coherent light O C, when it is applied to the hologram recording surface U as a reference beam O r, in the hologram recording plane U, interference fringes of the object light and the reference light, that is, the hologram is recorded. The content described above is the principle of the holocorder / hologram.

続いて、図1に戻って説明を続ける。位相シフト設定手段3は、前側焦平面に配置させた要素画像とこの要素画像に対向して対となるレンズ群を構成するレンズとの光軸上の交点を主点とするレンズに相当する位相シフト関数に応じた位相シフト量を設定するものである。設定された位相シフト量は、乗算手段4に出力される。また、凸レンズMiは、物体光を透過させて位相をシフトさせる光学系である。 Next, returning to FIG. The phase shift setting means 3 is a phase corresponding to a lens whose principal point is the intersection on the optical axis between the element image arranged on the front focal plane and the lens constituting the paired lens group facing this element image. A phase shift amount corresponding to the shift function is set. The set phase shift amount is output to the multiplication means 4. The convex lens M i is an optical system that transmits object light and shifts the phase.

乗算手段4は、要素画像記憶手段2によって記憶されている輝度データと、位相シフト設定手段3によって設定されている位相シフト量とを乗算することによって、その結果算出された積を要素とする位相シフト後の光場の強度分布を求めるものである。この乗算手段4は、アルゴリズム的には、フーリエ変換手段5と一体に表される。   The multiplication unit 4 multiplies the luminance data stored in the element image storage unit 2 by the phase shift amount set by the phase shift setting unit 3, and thereby uses the product calculated as a result as a phase. The intensity distribution of the light field after the shift is obtained. The multiplication means 4 is expressed in an integrated manner with the Fourier transform means 5 in terms of algorithm.

フーリエ変換手段5は、乗算手段4によって算出した積をフーリエ変換して、要素画像ごとのホログラム作成面(図4参照)における光場の強度分布を算出するものである。次に、乗算手段4及びフーリエ変換手段5のアルゴリズムについて説明する。乗算手段4及びフーリエ変換手段5は、次式(1)のアルゴリズムに従った演算を行う。   The Fourier transform means 5 performs Fourier transform on the product calculated by the multiplication means 4 to calculate the intensity distribution of the light field on the hologram creation surface (see FIG. 4) for each element image. Next, algorithms of the multiplying unit 4 and the Fourier transform unit 5 will be described. The multiplication unit 4 and the Fourier transform unit 5 perform an operation according to the algorithm of the following equation (1).

Figure 2007279221
Figure 2007279221

ここで、C3は定数である。O(x0,y0)は、要素画像iからの光(光場の強度分布(複素振幅分布))である。f2/(d−f)をFとすると、この焦点距離Fを含むexp{jk[(x0+y0)/2F]}は、実際の凸レンズM1の位相シフト関数とは異なる、計算量の低減のための位相シフト関数である。fは、凸レンズM1と要素画像形成面Tとの間の距離を示す。dは、凸レンズM1とホログラム作成面Wとの間の距離を示す。kは定数である。 Here, C 3 is a constant. O (x 0 , y 0 ) is light from the element image i (light field intensity distribution (complex amplitude distribution)). If f 2 / (d−f) is F, exp {jk [(x 0 + y 0 ) / 2F]} including this focal length F is different from the actual phase shift function of the convex lens M 1 , and the amount of calculation It is a phase shift function for the reduction of. f indicates the distance between the convex lens M 1 and the element image forming surface T. d indicates the distance between the convex lens M 1 and the hologram creation surface W. k is a constant.

そのため、式(1)は、光場の強度分布O(x0,y0)と、焦点距離Fのレンズの位相シフト関数との積のフーリエ変換を表している。そして、このフーリエ変換によって、光場の強度分布h(x2,y2)が算出される。つまり、乗算手段4及びフーリエ変換手段5は、式(1)に従ったアルゴリズムを概念的に二つのステップに分けて表している。以下、式(1)の物理的意味及びその算出方法について説明する。ここでは、要素画像iに着目して説明する。 Therefore, Equation (1) represents the Fourier transform of the product of the intensity distribution O (x 0 , y 0 ) of the light field and the phase shift function of the lens at the focal length F. Then, the intensity distribution h (x 2 , y 2 ) of the light field is calculated by this Fourier transform. That is, the multiplication unit 4 and the Fourier transform unit 5 conceptually divide the algorithm according to the equation (1) into two steps. Hereinafter, the physical meaning of the formula (1) and the calculation method thereof will be described. Here, the description will be given focusing on the element image i.

図4は、要素画像から放射された光が凸レンズを介してホログラム作成面に伝搬させる光学系を説明する模式図である。要素画像群形成面Tは、要素画像i−1,i,i+1の図示しない画素群の領域に分けて表されている。また、凸レンズMi-1,Mi,Mi+1は、各要素画像i−1,i,i+1にそれぞれ相対向させて対になるように配置されている。また、ホログラム作成面Wが、要素画像形成面Tとの間に凸レンズMi-1,Mi,Mi+1を挟んで図4中右側に配置されている。 FIG. 4 is a schematic diagram illustrating an optical system in which light radiated from an element image is propagated to a hologram creation surface via a convex lens. The element image group forming surface T is divided into pixel group regions (not shown) of the element images i-1, i, i + 1. Further, the convex lenses M i−1 , M i , and M i + 1 are arranged so as to be paired with each element image i−1, i, i + 1. Further, the hologram creation surface W is arranged on the right side in FIG. 4 with convex lenses M i−1 , M i , and M i + 1 interposed between the element image forming surface T and the hologram creation surface W.

そのため、要素画像群形成面Tに形成される要素画像i−1,i,i+1ごとの光場の強度分布E3は、各凸レンズMi-1,Mi,Mi+1に入射する。そして、光場の強度分布E3は、光の伝搬計算αで算出される。 Therefore, the intensity distribution E 3 of the light field for each of the element images i−1, i, i + 1 formed on the element image group forming surface T is incident on each convex lens M i−1 , M i , M i + 1 . The light field intensity distribution E 3 is calculated by the light propagation calculation α.

〈光の伝搬計算α〉
図4に示すように、要素画像iから放射される光O(x0,y0)は、要素画像iと対の凸レンズMiの入射面につくる光場の強度分布E3=fi(x1,y1)は、式(2)で算出される。
<Light propagation calculation α>
As shown in FIG. 4, the light O (x 0, y 0) emitted from the element image i, the intensity distribution of the light field to make the incident surface of the element images i and pair of convex M i E 3 = f i ( x 1 , y 1 ) is calculated by equation (2).

Figure 2007279221
Figure 2007279221

ここで、C1は定数である。また、要素画像iと凸レンズMiとの距離を、凸レンズMiの焦点距離fとする。要素画像−凸レンズ間距離を凸レンズの焦点距離と一致させる理由は、奥行き方向に広い範囲で比較的良好な画質の再生像が得られるためである。したがって、この設定は立体表示用途に非常に適しており、このような設定が一般的によく用いられる。また、光の伝搬を計算する場合、通常、フレネル・キルヒホッフの式の、フレネル領域における近似式(ここでは“フレネル近似式”と呼ぶ)が使用される。このため、式(2)には、要素画像iからの光、O(x0,y0)が凸レンズMiの入射面までの距離fを伝搬する計算に、フレネル近似式が用いられている。 Here, C 1 is a constant. Further, the distance between the element image i and the convex lens M i is defined as the focal length f of the convex lens M i . The reason why the distance between the element image and the convex lens coincides with the focal length of the convex lens is that a reproduced image with relatively good image quality can be obtained in a wide range in the depth direction. Therefore, this setting is very suitable for stereoscopic display applications, and such a setting is generally used frequently. When calculating the propagation of light, an approximate expression in the Fresnel region (herein referred to as “Fresnel approximate expression”) of the Fresnel Kirchoff equation is usually used. For this reason, the Fresnel approximate expression is used in the expression (2) for the calculation in which the light from the element image i, O (x 0 , y 0 ) propagates the distance f to the incident surface of the convex lens M i . .

次に、各凸レンズMi-1,Mi,Mi+1は、光場の強度分布E3の光を入射し、位相をシフトした光場の強度分布E4を射出面に生じる。この光場の強度分布E4は、各凸レンズMi-1,Mi,Mi+1の位相シフト計算βで算出される。 Next, each convex lens M i−1 , M i , M i + 1 receives light of the intensity distribution E 3 of the light field, and generates an intensity distribution E 4 of the light field shifted in phase on the exit surface. The intensity distribution E 4 of the light field is calculated by the phase shift calculation β of each convex lens M i−1 , M i , M i + 1 .

〈レンズの位相シフト計算β〉
凸レンズMiの射出面の光場の強度分布E4=f0(x1,y1)は、式(3)によって示される。式(3)には、凸レンズMiの入射面における光場の強度分布E3=fi(x1,y1)と、凸レンズMiの位相シフト関数との積が、光場の強度分布E4を示している。なお、式(3)中、項(3’)は、焦点距離fの凸レンズMiの位相シフト関数を表す。
<Lens phase shift calculation β>
The intensity distribution E 4 = f 0 (x 1 , y 1 ) of the light field on the exit surface of the convex lens M i is expressed by equation (3). The expression (3), a convex lens M i optical field intensity distribution E 3 = f i at the incident surface of the (x 1, y 1), the product of the phase shift function of the convex lens M i is the intensity distribution of the optical field E 4 is shown. In Expression (3), the term (3 ′) represents the phase shift function of the convex lens M i with the focal length f.

Figure 2007279221
Figure 2007279221

そして、その光場の強度分布E4は、ホログラム作成面Wまで伝搬する。そのため、ホログラム作成面Wには、光場の強度分布E4を重ね合わせた光場の強度分布E5が生じる。この光場の強度分布E5=h(x2,y2)は、光場の強度分布E4=f0(x1,y1)から距離d離れたホログラム作成面Wにおけるものとして算出される。光場の強度分布E4から光場の強度分布E5の式は、要素画像iから光場の強度分布E3を計算するときと同様に、フレネル近似式を用いて、式(4)で与えられる。 Then, the intensity distribution E 4 of the light field propagates to the hologram creation surface W. Therefore, on the hologram creating surface W, an optical field intensity distribution E 5 is generated by superimposing the optical field intensity distributions E 4 . The intensity distribution E 5 = h (x 2 , y 2 ) of the light field is calculated as that on the hologram creation surface W that is a distance d away from the intensity distribution E 4 = f 0 (x 1 , y 1 ) of the light field. The Similar to the calculation of the light field intensity distribution E 3 from the element image i, the expression of the light field intensity distribution E 4 to the light field intensity distribution E 5 is expressed by Expression (4) using the Fresnel approximate expression. Given.

Figure 2007279221
Figure 2007279221

なお、実際には、光場の強度分布E4上の各画素から発生する光がホログラム作成面Wに生じる光場の強度分布E4’を求め、すべての画素について光場の強度分布E4’を加算していく。ここで、式(4)の計算における、光場の強度分布E4上の各画素から発生する光に対するホログラム作成面Wにおける(x2,y2)の計算領域について説明する。 Actually, the intensity distribution E 4 ′ of the light field generated on the hologram creating surface W by the light generated from each pixel on the intensity distribution E 4 of the light field is obtained, and the intensity distribution E 4 of the light field is obtained for all the pixels. Add '. Here, a calculation region of (x 2 , y 2 ) on the hologram creation surface W for light generated from each pixel on the light field intensity distribution E 4 in the calculation of Expression (4) will be described.

図5は、図4に示した光学系での画素ごとの光場の強度分布のホログラム作成面Wにおける領域を説明する模式図である。図5に示すように、干渉縞に折り返し成分が発生しないためには、光場の強度分布E4を生じる画素Sfを通り、傾きが参照光Orの進行方向である直線がホログラム作成面Wと交わる点を中心とする範囲Dmに分布すればよい。範囲Dmは、式(5)及び式(6)で示される。 FIG. 5 is a schematic diagram for explaining a region on the hologram creation plane W of the intensity distribution of the light field for each pixel in the optical system shown in FIG. As shown in FIG. 5, in order aliasing components in the interference fringe does not occur, as the pixel Sf resulting intensity distribution E 4 of the optical field, tilt reference beam O r straight line hologram forming surface W is a traveling direction of the It may be distributed in a range D m centering on a point intersecting with. The range D m is expressed by Expression (5) and Expression (6).

Figure 2007279221
Figure 2007279221

ここで、dは、凸レンズMi−ホログラム作成面W間距離を示す。θは、干渉縞に折り返し成分が生じないための、光の拡がり角の最大値を示し、θ=λ/pである。λは、光の波長を示す。pは、ホログラム作成面Wの標本化(画素)間隔を示す。光の波長λを一定とすると、式(6)より、ホログラム作成面Wの画素間隔pが小さくなるほど、又は、凸レンズMi−ホログラム作成面W間距離dが大きくなるほど計算領域が拡大する。図5では、計算領域が、1次元(垂直方向)で描かれているが、実際には2次元平面(水平及び垂直を含む)であるため、全計算領域は式(6)の二乗で拡大する。 Here, d indicates the distance between the convex lens M i and the hologram creation surface W. θ represents the maximum value of the light divergence angle so that no aliasing component occurs in the interference fringes, and θ = λ / p. λ indicates the wavelength of light. p indicates the sampling (pixel) interval of the hologram creation surface W. Assuming that the wavelength of light λ is constant, the calculation region is expanded as the pixel interval p of the hologram creation surface W becomes smaller or the distance d between the convex lens M i and the hologram creation surface W becomes larger from Equation (6). In FIG. 5, although the calculation area is drawn in one dimension (vertical direction), since it is actually a two-dimensional plane (including horizontal and vertical), the entire calculation area is enlarged by the square of equation (6). To do.

ところで、式(2)、式(3)、式(4)をまとめると、式(1)が示されることが分かる。つまり、式(1)に従うアルゴリズムは、式(2)、式(3)、式(4)の3段階の計算処理を必要とするアルゴリズムよりも、計算量が少ない。したがって、本発明によれば、理論上、ホログラム再生像の劣化を引き起こすことなく計算量が低減できる。   By the way, when formula (2), formula (3), and formula (4) are put together, it can be seen that formula (1) is shown. That is, the algorithm according to Expression (1) has a smaller amount of calculation than an algorithm that requires three-stage calculation processing of Expression (2), Expression (3), and Expression (4). Therefore, according to the present invention, the amount of calculation can be reduced theoretically without causing deterioration of the hologram reproduction image.

なお、特許出願人は、式(2)、式(3)及び式(4)の3段階のアルゴリズムに従い、ホロコーダ・ホログラムにおける光学処理を計算機による処理に置き換え、複数の要素画像から計算でホログラムデータを作成する技術を、特願2004−315360号及び特願2005−133532号として、既に出願している。   The patent applicant replaces the optical processing in the holcoder / hologram with processing by a computer in accordance with a three-stage algorithm of formula (2), formula (3), and formula (4), and calculates hologram data by calculation from a plurality of element images. Have already been filed as Japanese Patent Application Nos. 2004-315360 and 2005-133532.

しかし、特願2004−315360号の技術は、計算の高速化についてのものであるが、光の伝搬計算に近似計算を適用しているため、再生像の劣化を、理論上、回避することができなかった。   However, although the technique of Japanese Patent Application No. 2004-315360 is for speeding up the calculation, the approximation calculation is applied to the light propagation calculation, so that the degradation of the reproduced image can be avoided theoretically. could not.

また、特願2005−133532号の技術では、近似を用いることなく計算の高速化を実現しているが、ホログラム作成面の位置がレンズ群を構成する凸レンズの後側焦平面に限定されている。また、作成されるホログラムデータのレベル差が、ホログラム内で非常に大きくなるため、電子ホログラフィにおいて、ホログラムデータ表示に用いられる液晶パネルのような電気的な表示デバイスでは、このような大きなレベル差を持つデータを正確に表示することが困難であった。   Further, in the technique of Japanese Patent Application No. 2005-133532, the calculation speed is increased without using approximation, but the position of the hologram creation surface is limited to the rear focal plane of the convex lens constituting the lens group. . In addition, since the level difference of the hologram data to be created becomes very large in the hologram, such an electric display device such as a liquid crystal panel used for hologram data display in electronic holography has such a large level difference. It was difficult to accurately display the data held.

一方、この実施の形態のように、式(1)のアルゴリズムに従う場合、前記のように、近似を用いていないため、再生像の劣化を招くことなく、また、後側焦平面に限定されることもない。次に、図1に戻って、説明を続ける。   On the other hand, in the case of following the algorithm of the expression (1) as in this embodiment, since approximation is not used as described above, the reproduction image is not deteriorated and is limited to the rear focal plane. There is nothing. Next, returning to FIG. 1, the description will be continued.

加算手段6は、フーリエ変換手段5によって算出された要素画像i(図2等)ごとの光場の強度分布E4(図4、5)同士の重ね合わせの和を算出して、ホログラム作成面Wにおけるフレームごとの光場の強度分布E5とするものである。算出された光場の強度分布E5は、ホログラムデータ作成手段7に出力される。 The adding means 6 calculates the sum of the superpositions of the light field intensity distributions E 4 (FIGS. 4 and 5) for each of the element images i (FIG. 2, etc.) calculated by the Fourier transform means 5 to obtain the hologram creation surface. The intensity distribution E 5 of the light field for each frame in W is assumed. The calculated intensity distribution E 5 of the light field is output to the hologram data creation means 7.

ホログラムデータ作成手段(以下適宜「作成手段」と略す。)7は、加算手段6によって算出された光場の強度分布E5と参照光の光場の強度分布とを重ね合わせた光場の強度分布を算出し、重ね合わせた光場の強度分布として現れる干渉縞に相当する画像を図示しないディスプレイに表示させる画素ごとの輝度データをホログラムデータとして作成するものである。作成手段7は、加算手段6によって光場の強度分布E5として算出された分布をサンプリングして画素ごとの輝度データ(輝度値)を決定する。例えば、作成手段7は、画素に相当する領域ごとに光場の強度分布E5の平均値を算出して、その平均値を各画素の輝度データとする。 Hologram data creation means (hereinafter abbreviated as “creation means”) 7 is an intensity of the light field obtained by superimposing the intensity distribution E 5 of the light field calculated by the addition means 6 and the intensity distribution of the light field of the reference light. The distribution is calculated, and luminance data for each pixel for displaying an image corresponding to interference fringes appearing as an intensity distribution of the superimposed light field on a display (not shown) is created as hologram data. The creating unit 7 samples the distribution calculated as the light field intensity distribution E 5 by the adding unit 6 and determines the luminance data (luminance value) for each pixel. For example, the creating unit 7 calculates an average value of the intensity distribution E 5 of the light field for each region corresponding to the pixel, and uses the average value as luminance data of each pixel.

ホログラムデータ記憶手段8は、ホログラムデータ作成手段7によって作成されたホログラムデータをフレームごとに記憶していくものである。ここでも、フレームごととは、互いに関連づけがなされている程度の意味であって、必ずしも記憶される領域が同一でなくてもよい。   The hologram data storage means 8 stores the hologram data created by the hologram data creation means 7 for each frame. Here, “for each frame” means to the extent that they are associated with each other, and the stored areas do not necessarily have to be the same.

続いて、実施の形態の式(1)のアルゴリズムに従った処理について適宜図1を参照して説明する。図6は、実施の形態のホログラムデータ作成装置の主な処理の流れについて説明する概念図である。まず、乗算手段4は、要素画像記憶手段2から、要素画像iの輝度データを読み出す(S10)。そして、乗算手段4は、位相シフト設定手段3から設定されている位相シフト関数から求められた位相シフト量を読み出して、要素画像ごとの輝度データと位相シフト量とを乗算する(S20)。   Next, processing according to the algorithm of the expression (1) of the embodiment will be described with reference to FIG. 1 as appropriate. FIG. 6 is a conceptual diagram for explaining the main processing flow of the hologram data creation apparatus of the embodiment. First, the multiplication means 4 reads the luminance data of the element image i from the element image storage means 2 (S10). Then, the multiplying unit 4 reads the phase shift amount obtained from the phase shift function set from the phase shift setting unit 3 and multiplies the luminance data for each element image by the phase shift amount (S20).

このとき、位相シフト関数は、実際の凸レンズM1の位相シフト関数とは異なる、計算量の低減のための関数であり、焦点距離[f2/(d−f)]のレンズの位相をシフトさせるのに相当する関数である。次に、フーリエ変換手段5は、乗算手段4による積のフーリエ変換を算出する(S30)。そして、ホログラムデータ作成装置1は、フレームごとの全要素画像について、式(1)のアルゴリズムに従ったS10、S20、S30を実行する。そのたびに算出される値は、図示しないメモリに蓄積していく。そして、加算手段6が、その全要素画像分のフーリエ変換の値を加算する(S40)。これによって、ホログラム作成面Wに作成される光場の強度分布E5が算出される。 At this time, the phase shift function is a function for reducing the amount of calculation, which is different from the phase shift function of the actual convex lens M 1 , and shifts the phase of the lens at the focal length [f 2 / (df)]. This is a function equivalent to Next, the Fourier transform means 5 calculates the Fourier transform of the product by the multiplication means 4 (S30). Then, the hologram data creation apparatus 1 executes S10, S20, and S30 according to the algorithm of Expression (1) for all the element images for each frame. The value calculated each time is accumulated in a memory (not shown). Then, the adding means 6 adds the Fourier transform values for all the element images (S40). Thereby, the intensity distribution E 5 of the light field created on the hologram creating surface W is calculated.

そして、ホログラムデータ作成装置1では、ホログラムデータ作成手段7が、加算手段6によって算出された光場の強度分布E5と参照光の光場の強度分布とを重ね合わせた光場の強度分布を算出し、重ね合わせた光場の強度分布として現れる干渉縞に相当する画像を図示しないディスプレイに表示させる画素ごとの輝度データをホログラムデータとして作成し、ホログラムデータ記憶手段8に記憶していく。例えば、ホログラムデータ作成手段7は、画素に相当する領域ごとに光場の強度分布E5の平均値を算出して、その平均値を各画素の輝度データとする。 In the hologram data creating apparatus 1, the hologram data creating means 7 calculates the intensity distribution of the light field obtained by superimposing the light field intensity distribution E 5 calculated by the adding means 6 and the light field intensity distribution of the reference light. Luminance data for each pixel for displaying an image corresponding to an interference fringe that is calculated and displayed as an intensity distribution of the superimposed light field on a display (not shown) is created as hologram data and stored in the hologram data storage unit 8. For example, the hologram data creating means 7 calculates an average value of the intensity distribution E 5 of the light field for each region corresponding to the pixel, and uses the average value as luminance data of each pixel.

ここで、式(2)、式(3)、式(4)のアルゴリズムに従って光場の強度分布E5を算出する手順について比較例として説明する。図7は、比較例の処理の流れについて説明する概念図である。以下、図示しない処理部が各手順を実行することとして説明する。まず、処理部は、要素画像記憶手段から、要素画像iの輝度データを読み出す(S10)。前記光の伝搬計算αを実行して、フレネル近似式によって距離fまで伝搬する光場の強度分布について算出する(S50)。 Here, a procedure for calculating the intensity distribution E 5 of the light field according to the algorithms of the equations (2), (3), and (4) will be described as a comparative example. FIG. 7 is a conceptual diagram illustrating the processing flow of the comparative example. In the following description, it is assumed that a processing unit (not shown) executes each procedure. First, the processing unit reads the luminance data of the element image i from the element image storage unit (S10). The light propagation calculation α is executed to calculate the intensity distribution of the light field propagating to the distance f by the Fresnel approximation (S50).

次に、処理部は、光の伝搬計算αの結果に、レンズの位相シフト計算βに従って、焦点距離fの凸レンズの位相シフト関数(位相シフト量)を乗算して(S51)、凸レンズを透過した光場の強度分布の状態を求める。続いて、処理部は、光の伝搬計算γによって、凸レンズから距離dまで伝搬する光場の強度分布をフレネル近似式によって算出する(S52)。そして、処理部は、フレームごとの全要素画像について、式(2)、式(3)、式(4)のアルゴリズムに従ったS10、S50、S51、S52を実行する。そのたびに算出される値は、図示しないメモリに蓄積していく。そして、加算手段6が、その全要素画像分の算出された値を加算する(S40)。これによって、ホログラム作成面Wに作成される光場の強度分布E5が算出される。 Next, the processing unit multiplies the result of the light propagation calculation α by the phase shift function (phase shift amount) of the convex lens at the focal length f according to the phase shift calculation β of the lens (S51), and transmits the convex lens. The state of the intensity distribution of the light field is obtained. Subsequently, the processing unit calculates the intensity distribution of the light field propagating from the convex lens to the distance d by the light propagation calculation γ using the Fresnel approximate expression (S52). And a process part performs S10, S50, S51, and S52 according to the algorithm of Formula (2), Formula (3), and Formula (4) about all the element images for every frame. The value calculated each time is accumulated in a memory (not shown). Then, the adding means 6 adds the calculated values for all the element images (S40). Thereby, the intensity distribution E 5 of the light field created on the hologram creating surface W is calculated.

以下に、実施の形態の変形例について説明する。主に、前記した実施の形態との相違点を説明し、共通点については省略する。   Below, the modification of embodiment is demonstrated. Differences from the above-described embodiment will be mainly described, and common points will be omitted.

[変形例1]
図8は、図6の処理の変形例1を示す概念図である。この変形例1は、S10とS20の間に、S15を行い、S30の代わりにS31を実行するようにしたものである。S15では、乗算手段4が、サンプル点の補間を行う。このサンプル点補間は、要素画像iのサンプル点数を補間する処理である。ここで、補間処理が、凸レンズの位相シフト関数を乗算する(S20)前に挿入されているが、凸レンズの位相シフト関数を乗算した(S20)後でもよい。したがって、サンプル点補間処理は、フーリエ変換前に実行されていればよい。
[Modification 1]
FIG. 8 is a conceptual diagram showing a first modification of the processing of FIG. In the first modification, S15 is performed between S10 and S20, and S31 is performed instead of S30. In S15, the multiplication unit 4 performs interpolation of sample points. This sample point interpolation is a process of interpolating the number of sample points of the element image i. Here, the interpolation processing is inserted before multiplying the phase shift function of the convex lens (S20), but it may be after multiplying the phase shift function of the convex lens (S20). Therefore, the sample point interpolation process only needs to be performed before Fourier transform.

また、S31は、高速フーリエ変換(FFT)計算である。計算点数をNとした場合、通常のフーリエ変換では、N2オーダの計算量であるのに対して、FFTの計算では、N*log2Nオーダの計算量となり、計算点数Nが多いほど、計算量の低減化の度合いが高くなる。また、FFTの計算では、フーリエ変換される関数と、変換後の関数のサンプル点数を一致させる必要があるのに対して、式(1)において、フーリエ変換される関数は要素画像、変換後の関数は光場の強度分布E5に相当する。光場の強度分布Eの計算範囲は、式(1)に基づいて、ホログラム作成面Wの標本化間隔及び光の波長を一定とすると、凸レンズMi−ホログラム作成面W間距離が大きくなるほど拡大、すなわち、サンプル点数が増大する。 S31 is a fast Fourier transform (FFT) calculation. When the number of calculation points is N, in the normal Fourier transform, the calculation amount is N 2 order, whereas in the FFT calculation, the calculation amount is N * log 2 N order, and as the calculation point N increases, The degree of calculation amount reduction increases. In addition, in the calculation of FFT, it is necessary to match the number of sample points of the function to be Fourier-transformed and the function to be transformed, whereas in Equation (1), the function to be Fourier-transformed is an element image, The function corresponds to the intensity distribution E 5 of the light field. Calculation range of the intensity distribution E 5 of the optical field, on the basis of the equation (1), when a constant wavelength sampling interval and the light of the hologram created surface W, the convex lens M i - distance between the hologram forming surface W is larger Enlargement, that is, the number of sample points increases.

したがって、光場の強度分布E5を、FFTを使って計算する場合は、凸レンズMi−ホログラム作成面W間距離による計算範囲の拡大に応じて、要素画像iの画素のサンプル点数を増やす必要がある。そのため、S15が、フーリエ変換処理の前に挿入された構成とする。 Therefore, when the intensity distribution E 5 of the light field is calculated using FFT, it is necessary to increase the number of sampled pixels of the element image i according to the expansion of the calculation range by the distance between the convex lens M i and the hologram creation surface W. There is. Therefore, it is assumed that S15 is inserted before the Fourier transform process.

ところで、ホログラム作成面Wの標本化間隔及び光の波長λを一定とすると、式(1)より、ホログラム作成面Wにおける光場の強度分布E5の計算範囲は、凸レンズM−ホログラム作成面W間距離が大きくなるほど拡大し、その結果、計算量が増大することが分かる。そこで、凸レンズMi−ホログラム作成面W間距離を短くすると、計算量が減少する。このような場合を変形例2,3として説明する。 If the sampling interval of the hologram creation surface W and the light wavelength λ are constant, the calculation range of the intensity distribution E 5 of the light field on the hologram creation surface W is calculated from the convex lens M i -hologram creation surface according to Equation (1). It can be seen that the larger the distance between W is, the larger the calculation amount is. Therefore, if the distance between the convex lens M i and the hologram creation surface W is shortened, the amount of calculation is reduced. Such a case will be described as modified examples 2 and 3.

[変形例2,3]
図9は、変形例2,3の仮想光学系を示す模式図である。図4と同様に、要素画像群形成面Tは、要素画像i−1,i,i+1の図示しない画素群の領域に分けて表されている。また、凸レンズMi-1,Mi,Mi+1は、各要素画像i−1,i,i+1にそれぞれ相対向させて対になるように配置されている。そして、ホログラム作成面Wが、凸レンズMi-1,Mi,Mi+1の射出面に接して図9中右側に配置されている。
[Modifications 2 and 3]
FIG. 9 is a schematic diagram illustrating the virtual optical system of the second and third modifications. Similar to FIG. 4, the element image group formation surface T is divided into pixel group regions (not shown) of the element images i−1, i, i + 1. Further, the convex lenses M i−1 , M i , and M i + 1 are arranged so as to be paired with each element image i−1, i, i + 1. The hologram creation surface W is disposed on the right side in FIG. 9 in contact with the exit surfaces of the convex lenses M i−1 , M i , and M i + 1 .

そのため、要素画像群形成面Tに形成される要素画像i−1,i,i+1ごとの光場の強度分布E3は、各凸レンズMi-1,Mi,Mi-1に入射する。そして、光場の強度分布E3は、光の伝搬計算αで算出される。次に、各凸レンズMi-1,Mi,Mi+1は、光場の強度分布E3の光を入射し、位相をシフトした光場の強度分布E4を射出面に生じる。この光場の強度分布E4は、各凸レンズMi-1,Mi,Mi+1の位相シフト計算βで算出される。 Therefore, the intensity distribution E 3 of the light field for each of the element images i−1, i, i + 1 formed on the element image group forming surface T is incident on each convex lens M i−1 , M i , M i−1 . The light field intensity distribution E 3 is calculated by the light propagation calculation α. Next, each convex lens M i−1 , M i , M i + 1 receives light of the intensity distribution E 3 of the light field, and generates an intensity distribution E 4 of the light field shifted in phase on the exit surface. The intensity distribution E 4 of the light field is calculated by the phase shift calculation β of each convex lens M i−1 , M i , M i + 1 .

なお、この場合、ホログラム作成面Wが凸レンズ直後に配置されているから、ホログラム作成面Wにおける物体光の光場の強度分布の計算は、式(4)が不要となり、式(2)及び式(3)で算出することができる。そのため、計算量の低減化が図られる。この場合は、凸レンズ射出面の光場の強度分布E4がホログラム作成面Wにおける光場の強度分布E5と一致する。式(2)及び式(3)だけの計算は、式(1)において、d=0とした場合に相当し、物体光の光場の強度分布E4(=E5=h(x2,y2))は式(7)で計算できる。 In this case, since the hologram creation surface W is arranged immediately after the convex lens, the calculation of the intensity distribution of the light field of the object light on the hologram creation surface W does not require Equation (4). It can be calculated in (3). For this reason, the amount of calculation can be reduced. In this case, the intensity distribution E 4 of the light field on the exit surface of the convex lens coincides with the intensity distribution E 5 of the light field on the hologram creating surface W. The calculation of only equations (2) and (3) corresponds to the case where d = 0 in equation (1), and the intensity distribution E 4 (= E 5 = h (x 2 , y 2 )) can be calculated by equation (7).

Figure 2007279221
Figure 2007279221

ここで、C4は定数である。
[変形例2]
図10は、図6の処理の変形例2を示す概念図である。この変形例2は、式(7)のアルゴリズムに従った処理である。式(7)は、ホログラム作成面Wを凸レンズMiの直後に配置した場合、ホログラム作成面Wにおける物体光の光場の強度分布E4を計算するものである。この式(7)は、要素画像i(S10)に、凸レンズMiの焦点距離と絶対値が同じで負の符号を持つ焦点距離、すなわち、焦点距離が(−f)の凹レンズの位相シフト関数を乗算した(S21)後、得られた積にフーリエ変換処理(S32)を施すことを表している。そして、全要素画像iについての和を算出して(S40)、ホログラム作成面W上の光場の強度分布E5(=E3=h(x2,y2))を算出する。
Here, C 4 is a constant.
[Modification 2]
FIG. 10 is a conceptual diagram showing a second modification of the process of FIG. This modified example 2 is processing according to the algorithm of Expression (7). Equation (7), when arranged hologram forming surface W immediately after the convex M i, is to compute the intensity distribution E 4 of the optical field of the object beam at the hologram production plane W. This expression (7) indicates that the element image i (S10) has the same focal length as the focal length of the convex lens M i and has a negative sign, that is, a phase shift function of a concave lens having a focal length of (−f). After the multiplication (S21), the obtained product is subjected to Fourier transform processing (S32). Then, the sum of all element images i is calculated (S40), and the intensity distribution E 5 (= E 3 = h (x 2 , y 2 )) of the light field on the hologram creation surface W is calculated.

[変形例3]
図11は、図10の処理の変形を示す変形例3の概念図である。この変形例3は、式(7)のフーリエ変換計算に高速フーリエ変換処理を適用する場合である。一般的に、インテグラル・フォトグラフィでは、要素画像iの大きさは凸レンズの大きさと一致する。ホログラム作成面Wを凸レンズMi直後に配置する場合、光場の強度分布E4の計算範囲が要素画像iの大きさと同じになる。式(7)の計算において、要素画像i、光場の強度分布E4ともに同じサンプル間隔で標本化すると仮定した場合、それぞれのサンプル点数は同じになる。
[Modification 3]
FIG. 11 is a conceptual diagram of Modification 3 showing a modification of the processing of FIG. The third modification is a case where a fast Fourier transform process is applied to the Fourier transform calculation of Expression (7). In general, in integral photography, the size of the element image i matches the size of the convex lens. When the hologram creation surface W is arranged immediately after the convex lens M i , the calculation range of the intensity distribution E 4 of the light field is the same as the size of the element image i. In the calculation of Expression (7), if it is assumed that the element image i and the intensity distribution E 4 of the light field are sampled at the same sample interval, the number of sample points is the same.

したがって、この実施の形態においては、要素画像記憶手段2から読み取った要素画像i(S10)のサンプル点数の補間を行うことなく、凹レンズのシフト関数を乗じ(S21)、高速フーリエ変換(FFT)の計算アルゴリズム(S33)を適用することができ、さらに計算の高速化が図られる。   Therefore, in this embodiment, without interpolating the number of sample points of the element image i (S10) read from the element image storage means 2, the shift function of the concave lens is multiplied (S21), and the fast Fourier transform (FFT) is performed. The calculation algorithm (S33) can be applied, and the calculation speed can be further increased.

なお、この実施の形態の説明では、すべて図面と平行な1方向(右方向)のみに進む光場の強度分布を用いて説明した。しかし、光場の強度分布は3次元空間を伝搬し、実際は空間上に計算領域は広がっているため、図面に鉛直な方向も考慮するのが望ましい。なお、鉛直方向についても、以上説明してきた、水平方向の場合と同様に説明できる。   In the description of this embodiment, the description has been made using the intensity distribution of the light field that travels only in one direction (right direction) parallel to the drawing. However, since the intensity distribution of the light field propagates in a three-dimensional space and the calculation region is actually spread over the space, it is desirable to consider the direction perpendicular to the drawing. The vertical direction can also be described in the same manner as in the horizontal direction described above.

したがって、この実施の形態では、再生像に対して劣化を生じさせることなく、計算量を低減できる。また、フーリエ変換計算に高速フーリエ変換(FFT)を適用することにより、さらに計算量の低減化が実現できる。また、大量のホログラムデータ作成に効果的に処理を実行することができる。そのため、動画ホログラフィ装置などに有効な技術となる可能性が期待できる。   Therefore, in this embodiment, the amount of calculation can be reduced without causing deterioration in the reproduced image. Further, by applying fast Fourier transform (FFT) to the Fourier transform calculation, the amount of calculation can be further reduced. Further, it is possible to effectively execute processing for creating a large amount of hologram data. Therefore, the possibility of becoming an effective technique for a moving image holography apparatus or the like can be expected.

[ホログラム表示システムの概要]
次に、ホログラムデータ作成装置1からホログラムデータを受け取って、そのホログラムデータに基づいたホログラムを表示するホログラム表示システムについて説明する。図12は、実施の形態のホログラム表示システムの概要を説明するブロック図である。このホログラム表示システム10は、フレームメモリ11と、画像形成手段12と、再生照明光照射手段13と、表示制御手段14とを主に備えている。なお、ホログラムデータ作成装置1とホログラム表示システム10とは、各種通信回線や放送波を介して接続する。
[Outline of hologram display system]
Next, a hologram display system that receives hologram data from the hologram data creation apparatus 1 and displays a hologram based on the hologram data will be described. FIG. 12 is a block diagram illustrating an outline of the hologram display system according to the embodiment. The hologram display system 10 mainly includes a frame memory 11, an image forming unit 12, a reproduction illumination light irradiation unit 13, and a display control unit 14. The hologram data creation device 1 and the hologram display system 10 are connected via various communication lines and broadcast waves.

フレームメモリ11は、ホログラムデータ作成装置1が作成したホログラムデータをフレームごとに記憶するものである。画像形成手段(装置)12は、ホログラムデータ作成装置1によって作成されたホログラムデータに従った物体光に相当する画像を画像形成面に形成するものである。画像形成手段12は、LCD(Liquid Crystal Display)等の画像形成面と、この画像形成面に再生照明光を照射することが可能な構造を有するディスプレイであれば、いずれのものであってもよい。   The frame memory 11 stores the hologram data created by the hologram data creation device 1 for each frame. The image forming means (device) 12 forms an image corresponding to the object light according to the hologram data created by the hologram data creating device 1 on the image forming surface. The image forming means 12 may be any display as long as it has an image forming surface such as an LCD (Liquid Crystal Display) and a structure capable of irradiating the image forming surface with reproduction illumination light. .

再生照明光照射手段(装置)13は、画像形成手段12によって形成された画像に所定方向から再生照明光を照射する。そのため、図示しない画像形成面に形成した画像による物体光と参照光との干渉縞(ホログラム)によって、ホログラムが虚像として再生される。表示制御手段14は、フレームメモリ11と画像形成手段12と再生照明光照射手段13との動作を制御するものである。   The reproduction illumination light irradiation means (device) 13 irradiates the image formed by the image forming means 12 with reproduction illumination light from a predetermined direction. Therefore, a hologram is reproduced as a virtual image by interference fringes (holograms) between object light and reference light by an image formed on an image forming surface (not shown). The display control unit 14 controls operations of the frame memory 11, the image forming unit 12, and the reproduction illumination light irradiation unit 13.

ここでは、ホログラム表示システム10とホログラムデータ作成装置1とが別体の構成としたが、ホログラム表示システム10とホログラムデータ作成装置1とを一体にした構成としてもよい。   Here, the hologram display system 10 and the hologram data creation device 1 are configured separately, but the hologram display system 10 and the hologram data creation device 1 may be integrated.

[その他の変形例]
なお、この実施の形態のホログラムデータ作成装置1は、一般的な図示しないコンピュータの図示しないCPU(Central Processing Unit)(演算装置)が図示しないメモリに展開されたホログラムデータ作成プログラムを順次実行することにより、乗算手段4、フーリエ変換手段5、加算手段6及びホログラムデータ作成手段7として機能するものとする。また、このホログラムデータ作成装置1は、一時的に記憶するための図示しないメモリを備え、要素画像記憶手段2、位相シフト設定手段3及びホログラムデータ記憶手段8として、HDD(Hard Disk Drive)等の記憶媒体読み書き装置を備えている。また、コンピュータに直接的にインターフェースを介して接続する場合に限らず、LAN(Local Area Network)やインターネット等の各種ネットワークを介して他のコンピュータに接続していても構わない。なお、前記各手段は、電子回路、特に、ICチップとして構成するようにしてもよい。
[Other variations]
In the hologram data creation apparatus 1 of this embodiment, a CPU (Central Processing Unit) (arithmetic unit) (not shown) of a general computer (not shown) sequentially executes a hologram data creation program developed in a memory (not shown). Thus, it functions as multiplication means 4, Fourier transform means 5, addition means 6 and hologram data creation means 7. The hologram data creating apparatus 1 includes a memory (not shown) for temporary storage. The element image storage unit 2, the phase shift setting unit 3, and the hologram data storage unit 8 are HDD (Hard Disk Drive) or the like. A storage medium read / write device is provided. Further, the present invention is not limited to connecting directly to a computer via an interface, and may be connected to another computer via various networks such as a LAN (Local Area Network) and the Internet. Each of the means may be configured as an electronic circuit, particularly an IC chip.

また、前記実施の形態は、単色光のホログラムについて説明したが、多色光(カラー)のホログラムについても、同様に適用することが可能である。この場合、ホログラムデータは、赤、緑、青それぞれの色データを画素ごとに含むものとすればよい。
また、前記実施の形態では、光の場合のホログラムデータの作成を説明したが、ホログラムは光以外の波長の電場や音場等の波動でも生じるため、光以外の波動に置き換えた場合も本発明の範囲に属するものである。
Moreover, although the said embodiment demonstrated the hologram of monochromatic light, it is possible to apply similarly to the hologram of multicolor light (color). In this case, the hologram data may include red, green, and blue color data for each pixel.
Further, in the above embodiment, the creation of hologram data in the case of light has been described. However, since the hologram is also generated by a wave such as an electric field or a sound field having a wavelength other than light, the present invention is also applied when the wave is replaced with a wave other than light. Belongs to the range.

実施の形態のホログラムデータ作成装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the hologram data production apparatus of embodiment. インテグラル・フォトグラフィ技術による要素画像の記録原理を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the recording principle of the element image by integral photography technology. 複数の要素画像からホログラムを光学的に再生する原理を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the principle which optically reproduces a hologram from a plurality of element images. 要素画像から放射された光が凸レンズを介してホログラム作成面に伝搬させる光学系を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the optical system which the light radiated | emitted from the element image propagates to a hologram preparation surface via a convex lens. 図4に示した光学系での画素ごとの光場の強度分布のホログラム作成面Wにおける領域を説明する模式図である。FIG. 5 is a schematic diagram for explaining a region on a hologram creation plane W of an intensity distribution of a light field for each pixel in the optical system shown in FIG. 4. 実施の形態のホログラムデータ作成装置の主な処理の流れについて説明する概念図である。It is a conceptual diagram explaining the flow of the main processes of the hologram data production apparatus of embodiment. 比較例の処理の流れについて説明する概念図である。It is a conceptual diagram explaining the flow of a process of a comparative example. 図6の処理の変形例1を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the modification 1 of the process of FIG. 変形例2,3の仮想光学系を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the virtual optical system of the modifications 2 and 3. FIG. 図6の処理の変形例2を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the modification 2 of the process of FIG. 図10の処理の変形を示す変形例3の概念図である。It is a conceptual diagram of the modification 3 which shows the deformation | transformation of the process of FIG. 実施の形態のホログラムデータ作成装置を搭載したホログラム表示システムの概要を説明するブロック図である。It is a block diagram explaining the outline | summary of the hologram display system carrying the hologram data production apparatus of embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1 ホログラムデータ作成装置
2 要素画像記憶手段
3 位相シフト設定手段
4 乗算手段
5 フーリエ変換手段
6 加算手段
7 ホログラムデータ作成手段
8 ホログラムデータ記憶手段
10 ホログラム表示システム
11 フレームメモリ
12 画像形成手段
13 再生照明光照射手段
14 表示制御手段
5 光場の強度分布
i 要素画像
M レンズ群
i 凸レンズ
O(↓) 倒立像
O(↑) 正立像
r 参照光
c コヒーレント光
p 画素間隔
R 要素画像群記録面
T 要素画像群形成面(画像形成面)
U ホログラム記録面
W ホログラム作成面
X 被写体(オブジェクト)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Hologram data creation apparatus 2 Element image storage means 3 Phase shift setting means 4 Multiplication means 5 Fourier transform means 6 Addition means 7 Hologram data creation means 8 Hologram data storage means 10 Hologram display system 11 Frame memory 12 Image formation means 13 Reproduction illumination light Irradiation means 14 Display control means E 5 Light field intensity distribution i Element image M Lens group M i Convex lens O (↓) Inverted image O (↑) Erect image O r Reference light O c Coherent light p Pixel spacing R Element image group recording Surface T Element image group forming surface (image forming surface)
U Hologram recording surface W Hologram creation surface X Subject (object)

Claims (5)

オブジェクトを多視点で表した複数の要素画像のそれぞれから放射される光をレンズ群に入射させ、そのレンズ群から射出される物体光の重ね合わせによって生じる光場の強度分布と参照光との干渉縞に相当する画像をディスプレイに表示させるホログラムデータを作成するホログラムデータ作成装置であって、
前側焦平面に配置させた前記要素画像とこの要素画像に対向して対となる前記レンズ群を構成するレンズとの光軸上の交点を主点とするレンズに相当する位相シフト関数に応じた位相シフト量を設定する位相シフト設定手段と、
前記要素画像に含まれる画素ごとの輝度データと、前記位相シフト設定手段によって設定されている位相シフト量とを乗算することによって、その結果算出された積を要素とする位相シフト後の光場の強度分布を求める乗算手段と、
この乗算手段によって算出された積をフーリエ変換して、前記要素画像ごとのホログラム作成面における光場の強度分布を算出するフーリエ変換手段と、
このフーリエ変換手段によって算出された前記要素画像ごとの物体光の光場の強度分布同士の重ね合わせの和を算出して、ホログラム作成面における光場の強度分布とする加算手段と、
この加算手段によって算出された光場の強度分布と前記参照光の光場の強度分布とを重ね合わせた光場の強度分布を算出し、当該重ね合わせた光場の強度分布として現れる干渉縞に相当する画像をディスプレイに表示させる画素ごとの輝度データをホログラムデータとして作成するホログラムデータ作成手段と、
を備えていることを特徴とするホログラムデータ作成装置。
Interference between the reference light and the intensity distribution of the light field generated by superimposing the object light emitted from each of the multiple elemental images that represent the object from multiple viewpoints. A hologram data creation device for creating hologram data for displaying an image corresponding to stripes on a display,
According to a phase shift function corresponding to a lens whose principal point is an intersection on the optical axis between the element image arranged on the front focal plane and a lens constituting the pair of lenses facing the element image. Phase shift setting means for setting the phase shift amount;
By multiplying the luminance data for each pixel included in the element image by the phase shift amount set by the phase shift setting means, the light field after the phase shift having the product calculated as a result as an element is obtained. A multiplication means for obtaining an intensity distribution;
Fourier transform means for Fourier transforming the product calculated by the multiplication means to calculate the intensity distribution of the light field on the hologram creation surface for each element image;
An adding means for calculating the sum of the superposition of the light field intensity distributions of the object light for each of the element images calculated by the Fourier transform means to obtain the light field intensity distribution on the hologram creating surface;
A light field intensity distribution obtained by superimposing the light field intensity distribution calculated by the adding means and the light field intensity distribution of the reference light is calculated, and interference fringes appearing as the intensity distribution of the superimposed light field are calculated. Hologram data creating means for creating brightness data for each pixel for displaying a corresponding image on a display as hologram data;
A holographic data creation device comprising:
前記位相シフト設定手段には、前記要素画像に対向して対となる前記レンズ群を構成するレンズとの光軸が前記要素画像を通る交点を主点とする凸レンズ又はこの凸レンズの焦点距離と絶対値が同一の凹レンズの位相シフト関数によって算出される位相シフト量が設定されていること、
を特徴とする請求項1に記載のホログラムデータ作成装置。
The phase shift setting means includes a convex lens whose optical axis with the lens constituting the pair of lenses facing the element image is the intersection point passing through the element image, or the focal length of the convex lens and the absolute distance The amount of phase shift calculated by the phase shift function of the concave lens with the same value is set,
The hologram data creation device according to claim 1.
前記フーリエ変換手段は、高速フーリエ変換処理を実行すること、
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作成装置。
The Fourier transform means performs a fast Fourier transform process;
The hologram data creation device according to claim 1 or 2, characterized in that:
オブジェクトを多視点で表した複数の要素画像のそれぞれから放射される光をレンズ群に入射させ、そのレンズ群から射出される物体光の重ね合わせによって生じる光場の強度分布と参照光との干渉縞に相当する画像をディスプレイに表示させるホログラムデータを作成するホログラムデータ作成方法であって、
前記要素画像に含まれる画素ごとの輝度データと、前側焦平面に配置させた前記要素画像とこの要素画像に対向して対となる前記レンズ群を構成するレンズとの光軸上の交点を主点とするレンズに相当する位相シフト関数に応じた位相シフト量とを乗算し、その結果算出された積を要素とする位相シフト後の光場の強度分布を求める乗算ステップと、
この乗算ステップで算出された積をフーリエ変換して、前記要素画像ごとのホログラム作成面における光場の強度分布を算出するフーリエ変換ステップと、
前記フーリエ変換ステップで算出された前記要素画像ごとの物体光の光場の強度分布同士の重ね合わせの和を算出して、ホログラム作成面における光場の強度分布とする加算ステップと、
この加算ステップで算出された光場の強度分布と前記参照光の光場の強度分布とを重ね合わせた光場の強度分布を算出し、当該重ね合わせた光場の強度分布として現れる干渉縞に相当する画像をディスプレイに表示させる画素ごとの輝度データをホログラムデータとして作成するホログラムデータ作成ステップと、
を含むことを特徴とするホログラムデータ作成方法。
Interference between the reference light and the intensity distribution of the light field generated by superimposing the object light emitted from each of the multiple elemental images that represent the object from multiple viewpoints. A hologram data creation method for creating hologram data for displaying an image corresponding to a stripe on a display,
The luminance data for each pixel included in the element image, and the intersection point on the optical axis between the element image arranged on the front focal plane and the lenses constituting the lens group that is opposed to the element image are mainly used. A multiplication step of multiplying the phase shift function according to the phase shift function corresponding to the lens as the point, and obtaining the intensity distribution of the light field after the phase shift using the product calculated as a result,
Fourier transform step of calculating the intensity distribution of the light field on the hologram creation surface for each element image by Fourier transforming the product calculated in this multiplication step;
Calculating the sum of the superposition of the light field intensity distributions of the object light for each element image calculated in the Fourier transform step, and adding the light field intensity distribution on the hologram creation surface;
A light field intensity distribution obtained by superimposing the light field intensity distribution calculated in the adding step and the light field intensity distribution of the reference light is calculated, and interference fringes appearing as the intensity distribution of the superimposed light field are calculated. Hologram data creation step of creating luminance data for each pixel for displaying a corresponding image on a display as hologram data;
A method for creating hologram data, comprising:
オブジェクトを多視点で表した複数の要素画像のそれぞれから放射される光をレンズ群に入射させ、そのレンズ群から射出される物体光の重ね合わせによって生じる光場の強度分布と参照光との干渉縞に相当する画像をディスプレイに表示させるホログラムデータを作成するために、コンピュータを、
前記要素画像に含まれる画素ごとの輝度データと、前側焦平面に配置させた前記要素画像とこの要素画像に対向して対となる前記レンズ群を構成するレンズとの光軸上の交点を主点とするレンズに相当する位相シフト関数に応じた位相シフト量とを乗算し、その結果算出された積を要素とする位相シフト後の光場の強度分布を求める乗算手段、
この乗算手段によって算出された積をフーリエ変換して、前記要素画像ごとのホログラム作成面における光場の強度分布を算出するフーリエ変換手段、
前記フーリエ変換手段によって算出された前記要素画像ごとの物体光の光場の強度分布同士の重ね合わせの和を算出して、ホログラム作成面における光場の強度分布とする加算手段、
この加算手段によって算出された光場の強度分布と前記参照光の光場の強度分布とを重ね合わせた光場の強度分布を算出し、当該重ね合わせた光場の強度分布として現れる干渉縞に相当する画像をディスプレイに表示させる画素ごとの輝度データをホログラムデータとして作成するホログラムデータ作成手段、
として機能させることを特徴とするホログラムデータ作成プログラム。
Interference between the reference light and the intensity distribution of the light field generated by superimposing the object light emitted from each of the multiple elemental images that represent the object from multiple viewpoints. In order to create hologram data that displays an image corresponding to the stripes on the display,
The luminance data for each pixel included in the element image, and the intersection point on the optical axis between the element image arranged on the front focal plane and the lenses constituting the lens group that is opposed to the element image are mainly used. Multiplication means for multiplying the phase shift function according to the phase shift function corresponding to the lens as the point, and obtaining the intensity distribution of the light field after the phase shift using the product calculated as a result,
Fourier transform means for Fourier transforming the product calculated by the multiplication means to calculate the intensity distribution of the light field on the hologram creation surface for each element image,
An adding means for calculating a sum of superposition of the intensity distributions of the light field of the object light for each element image calculated by the Fourier transform means to obtain an intensity distribution of the light field on the hologram creating surface;
A light field intensity distribution obtained by superimposing the light field intensity distribution calculated by the adding means and the light field intensity distribution of the reference light is calculated, and interference fringes appearing as the intensity distribution of the superimposed light field are calculated. Hologram data creation means for creating brightness data for each pixel for displaying a corresponding image on a display as hologram data,
Hologram data creation program characterized in that it functions as
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