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INTERFERENCE FRINGE DATA GENERATING DEVICE, INTERFERENCE FRINGE DATA GENERATING METHOD, AND INTERFERENCE FRINGE DATA GENERATING PROGRAM commons

Patent code P140010624
File No. 07-51
Posted date Jun 9, 2014
Application number P2007-229583
Publication number P2009-063682A
Patent number P5099825
Date of filing Sep 4, 2007
Date of publication of application Mar 26, 2009
Date of registration Oct 5, 2012
Inventor
  • (In Japanese)山本 健詞
  • (In Japanese)妹尾 孝憲
  • (In Japanese)大井 隆太朗
  • (In Japanese)三科 智之
  • (In Japanese)奥井 誠人
Applicant
  • (In Japanese)国立研究開発法人情報通信研究機構
Title INTERFERENCE FRINGE DATA GENERATING DEVICE, INTERFERENCE FRINGE DATA GENERATING METHOD, AND INTERFERENCE FRINGE DATA GENERATING PROGRAM commons
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an interference fringe data generating device which is capable of generating the image data of interference fringes after half-zone-plate processing at high speed, even when an object is virtually arranged in front of and behind of a hologram surface.
SOLUTION: The interference fringe data generating device 1 is equipped with an object information input means 2 which inputs the information of the light quantity of each of a plurality of points on the object with a three-dimensional position and a virtual interference fringe calculating means 4 which limits the diffusion of object light from each of virtual object points being the plurality of points on the object virtually arranged to the half in directions opposite to each other by the object light with which a virtual hologram surface virtually arranged is virtually irradiated from one side across the virtual hologram surface and the object light with which the virtual hologram surface is virtually irradiated from the other side, based on the information, by half-zone plate processing, to calculate interference fringe data being the image data of the interference fringes of the object light with reference light.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

近年、電子的な動画表示デバイスをホログラムに用いる電子ホログラフィの研究が行われている。この電子ホログラフィは、干渉縞の画像を電子的な動画表示デバイスに表示して、参照光となる照明光を照射することで動画の立体像を表示できるとともに、ホログラムの特徴から、原理的には観察者が被写体を直接見る場合と同じ被写体からの光を再現できるため、理想的な立体映像を再現できる技術として注目されている。

一方で、この電子ホログラフィにおいては、立体像を再生する際のホログラムとして各画素の大きさが1μm程度以下の高精細な表示デバイスを用いることが理想的であるが、現在入手可能な液晶表示デバイス等ではこの解像度は得られていない。そして、立体像の再生時において、立体像を生成する物体光と、当該物体光と共役な光である共役光と、照明光(参照光と同じ光)とがホログラムをそのまま透過した透過光とのうち、物体光のみを観察者に提示することが好ましい。しかし、解像度の不足した表示デバイスを用いると、これらの3種類の光がすべて観察者に提示される。これは、干渉縞を表示する表示デバイスの解像度が十分でないと、表示面における光の回折角の制限により、物体光と、参照光及び共役光とのなす角度を大きくできないためである。

そして従来、物体光と、共役光及び透過光とを分離するために、干渉縞の画像を生成する際にハーフゾーンプレート処理を行うとともに、立体像の再生時にシングルサイドバンド法を適用する方法が提案されている(特許文献1及び特許文献2参照)。

ここで、図6を参照して、従来のハーフゾーンプレート処理を行い干渉縞の画像を生成する方法と、この干渉縞の画像を用いてシングルサイドバンド法により立体像を再生する方法とについて説明する。図6は、従来のハーフゾーンプレート処理と、シングルサイドバンド法とを説明するための説明図、(a)は、従来のハーフゾーンプレート処理を行い干渉縞の画像を生成する方法を説明するための説明図、(b)は、従来のシングルサイドバンド法により立体像を再生する方法を説明するための説明図である。

図6(a)に示すように、被写体Sを複数の点光源(図示せず)の集合と仮定し、ひとつの点光源Pから物体光が所定の角度の範囲rで放射状に拡散すると仮定する。このとき、点光源Pからの光は、点光源Pを頂点とした円錐状に拡散すると仮定される。ハーフゾーンプレート処理は、点光源Pから物体光が拡散する範囲rを半分の範囲r’に制限する処理である。ここでは、点光源Pからホログラム101のホログラム面への垂線lから下方向の拡散を制限した場合について示した。このとき、点光源Pからの光は、点光源Pを頂点とした円錐の上半分の領域に拡散すると仮定される。

このように、点光源Pからの物体光が半分の範囲r’に拡散すると仮定して、被写体S上のすべての点光源(図示せず)からの物体光と参照光との干渉縞を、コンピュータを用いて、被写体S上の各点の光量及び3次元位置とに基づいて求めることで、図6(b)に示すような再生装置100において、動画表示デバイスからなるホログラム101に表示される干渉縞の画像データを生成することができる。

一方、再生装置100は、ホログラム101と、レンズ102、104と、遮光板103とを備え、ホログラム101にハーフゾーンプレート処理を行った干渉縞の画像を表示して照明光(参照光)を照射し、出射した物体光を焦点距離の等しい2つのレンズ102、104によって集光することで、立体像Iを結像させることができる。このとき、ホログラム101からは、物体光(図6(b)においてドットの領域の光)とともに共役光(図6(b)において斜線の領域の光)も出射するが、この共役光は、シングルサイドバンド法によりレンズ102から当該レンズ102の焦点面において光軸Aから下に設けられた遮光板103によって遮光されることで、物体光と共役光とが分離される。

また、ホログラム101からは、照明光の透過光(図示せず)も出射する。ここで、ホログラム101に垂直に入射する平行光を照明光とすると、透過光はレンズ102によって当該レンズの焦点面において光軸A上に集光される。そして、遮光板103を、この焦点面において光軸Aを含む光軸Aから下(以下、単に光軸Aから下という)の領域に設置しておくことで、遮光板103によって共役光だけでなく透過光も遮断することができ、物体光のみを通過させることができる。

なお、ここでは、左右方向の視域を確保するために、ハーフゾーンプレート処理において下半分の物体光の拡散を制限するとともに、シングルサイドバンド法を用いた再生装置100において、光軸Aから下の領域に遮光板103を設けることとしたが、ハーフゾーンプレート処理において物体光の拡散を制限する範囲と、再生装置100において遮光板103を設ける領域とが互いに対応していればよい。
【特許文献1】
特開2003-15508号公報
【特許文献2】
特許3710932号公報

Field of industrial application (In Japanese)

本発明は、立体像を表示するための画像を生成する技術に係り、特に、電子ホログラフィにおいて用いられる干渉縞の画像データを生成する干渉縞データ生成装置、干渉縞データ生成方法及び干渉縞データ生成プログラムに関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
被写体の物体光と参照光との干渉縞のホログラム面における画像データである干渉縞データを生成する干渉縞データ生成装置であって、
前記被写体上の複数の点の各々からの物体光の光量を示す情報と当該各点の3次元の位置を示す情報とを入力する被写体情報入力手段と、
この被写体情報入力手段から入力された情報に基づいて、仮想空間において仮想的に配置された前記被写体上の複数の点である仮想被写体点の各々から物体光が所定の範囲に拡散すると仮定して、仮想的に配置されたホログラム面である仮想ホログラム面に対して仮想的に照射される物体光の光量を示す情報を算出し、当該物体光と前記参照光とによって前記仮想ホログラム面において仮想的に形成される干渉縞である仮想干渉縞の画像データを算出して、前記干渉縞データとする仮想干渉縞算出手段とを備え、
前記仮想干渉縞算出手段が、前記干渉縞データに基づいてシングルサイドバンド法を用いて前記被写体の立体像を再生する再生装置における遮光板の位置に対応して、前記仮想被写体点から放射状に拡散する光の範囲を半分に制限した物体光を仮定する際に、前記被写体情報入力手段から入力された前記3次元の位置を示す情報に基づいて、前記仮想ホログラム面を挟んで一方の面の側から当該面に対して仮想的に照射される前記物体光と、他方の面の側から当該面に対して仮想的に照射される前記物体光とで、拡散をそれぞれ相反する向きの半分に制限した範囲を前記所定の範囲として、前記光量を示す情報を算出することを特徴とする干渉縞データ生成装置。

【請求項2】
 
前記被写体情報入力手段から入力された情報によって求められ、前記仮想被写体点についての前記仮想ホログラム面の法線方向の座標である法線方向座標に基づいて、前記仮想ホログラム面を仮想的に配置する前記法線方向の位置を、複数の前記仮想被写体点の法線方向座標の最小値から最大値までの範囲内の位置に設定する仮想ホログラム面位置設定手段を更に備え、
前記仮想干渉縞算出手段が、前記仮想ホログラム面位置設定手段によって決定された位置に仮想的に配置された仮想ホログラム面に対して仮想的に照射される、前記仮想被写体点から所定の角度範囲で放射状に拡散する光の範囲を半分に制限した物体光の光量を示す情報を算出することを特徴とする請求項1に記載の干渉縞データ生成装置。

【請求項3】
 
ホログラム面を挟んだ位置にある被写体の物体光と参照光との干渉縞の前記ホログラム面における画像データである干渉縞データを生成する干渉縞データ生成方法であって、
前記被写体上の複数の点の各々からの物体光の光量を示す情報と当該各点の3次元の位置を示す情報とを入力する被写体情報入力ステップと、
この被写体情報入力ステップで入力された情報に基づいて、コンピュータを用いて、仮想空間において仮想的に配置された前記被写体上の複数の点である仮想被写体点の各々から物体光が所定の範囲に拡散すると仮定して、仮想的に配置されたホログラム面である仮想ホログラム面に対して仮想的に照射される物体光の光量を示す情報を算出し、当該物体光と前記参照光とによって前記仮想ホログラム面において仮想的に形成される干渉縞である仮想干渉縞の画像データを算出して、前記干渉縞データとする仮想干渉縞算出ステップとを含み、
前記仮想干渉縞算出ステップにおいて、前記干渉縞データに基づいてシングルサイドバンド法を用いて前記被写体の立体像を再生する再生装置における遮光板の位置に対応して、前記仮想被写体点から放射状に拡散する光の範囲を半分に制限した物体光を仮定する際に、前記被写体情報入力ステップにおいて入力された前記3次元の位置を示す情報に基づいて、前記仮想ホログラム面を挟んで一方の面の側から当該面に対して仮想的に照射される前記物体光と、他方の面の側から当該面に対して仮想的に照射される前記物体光とで、拡散をそれぞれ相反する向きの半分に制限した範囲を前記所定の範囲として、前記光量を示す情報を算出することを特徴とする干渉縞データ生成方法。

【請求項4】
 
被写体の物体光と参照光との干渉縞のホログラム面における画像データである干渉縞データを生成するためにコンピュータを、
前記被写体上の複数の点の各々からの物体光の光量を示す情報と当該各点の3次元の位置を示す情報とを入力する被写体情報入力手段、
この被写体情報入力手段から入力された情報に基づいて、仮想空間において仮想的に配置された前記被写体上の複数の点である仮想被写体点の各々から物体光が所定の範囲に拡散すると仮定して、仮想的に配置されたホログラム面である仮想ホログラム面に対して仮想的に照射される物体光の光量を示す情報を算出し、当該物体光と前記参照光とによって前記仮想ホログラム面において仮想的に形成される干渉縞である仮想干渉縞の画像データを算出して、前記干渉縞データとする仮想干渉縞算出手段として機能させ、
前記仮想干渉縞算出手段が、前記干渉縞データに基づいてシングルサイドバンド法を用いて前記被写体の立体像を再生する再生装置における遮光板の位置に対応して、前記仮想被写体点から放射状に拡散する光の範囲を半分に制限した物体光を仮定する際に、前記被写体情報入力手段から入力された前記3次元の位置を示す情報に基づいて、前記仮想ホログラム面を挟んで一方の面の側から当該面に対して仮想的に照射される前記物体光と、他方の面の側から当該面に対して仮想的に照射される前記物体光とで、拡散をそれぞれ相反する向きの半分に制限した範囲を前記所定の範囲として、前記光量を示す情報を算出することを特徴とする干渉縞データ生成プログラム。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2007229583thum.jpg
State of application right Registered
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