(57)【要約】【課題】１枚の空間光変調素子で変換効率の低下や解像度の低下のないマルチカラーホログラムを実現するフーリエ変換ホログラムのデータ作成装置を提供する。【解決手段】本実施形態に係るフーリエ変換ホログラムのデータ作成装置は、フーリエ変換ホログラムのマルチカラー再生装置で用いられる単一の空間光変調器へ供給するデータを作成するデータ作成装置において、空間領域における再生像の解像度を色ごとに設定し、その設定した解像度に基づいて、画素数を色ごとに配分する画素数変換手段と、配分された前記画素数に応じて周波数領域における位相変調データを色ごとに作成する位相変調データ作成手段と、前記空間光変調器の画素領域を前記色ごとに分割し、その分割した画素領域のそれぞれに対し、前記位相変調データを対応する色ごとに並び替えて配置することによって前記空間光変調器へ供給するデータを作成するデータ並び替え手段と、を備える。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フーリエ変換ホログラムのマルチカラー再生装置で用いられる単一の空間光変調器へ供給するデータを作成するデータ作成装置において、
空間領域における再生像の解像度を色ごとに設定し、その設定した解像度に基づいて、画素数を色ごとに配分する画素数変換手段と、
配分された前記画素数に応じて周波数領域における位相変調データを色ごとに作成する位相変調データ作成手段と、
前記空間光変調器の画素領域を前記色ごとに分割し、その分割した画素領域のそれぞれに対し、前記位相変調データを対応する色ごとに並び替えて配置することによって前記空間光変調器へ供給するデータを作成するデータ並び替え手段と、
を備えるフーリエ変換ホログラムのデータ作成装置。
【請求項２】
前記画素数変換手段は、
前記再生像における緑色の原画像データと同じ大きさになるように、前記再生像における波長に基づいて、赤色の原画像データと青色の原画像データを縮小または拡大する
請求項１に記載のフーリエ変換ホログラムのデータ作成装置。
【請求項３】
前記画素数変換手段は、
前記再生像の緑色の画素数が、前記再生像の赤色の画素数および青色の画素数と同等以上であって、前記再生像の赤色の再生像解像度および青色の再生像解像度が、緑色の再生像解像度と同等以下となるように画素数を配分する
請求項１または２に記載のフーリエ変換ホログラムのデータ作成装置。
【請求項４】
前記分割された画素領域に対して配置される位相変調データに対応する色を所定の時間ごとに変更する時分割処理手段を、
さらに備える請求項１から３のいずれか１項に記載のフーリエ変換ホログラムのデータ作成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本実施形態は、フーリエ変換ホログラムのデータ作成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、物体の自然の色を再現しようとするプロジェクタが知られている。プロジェクタは、赤、緑、青を三原色とする加法混色であり、それぞれの色の光を重ね合わせることによりカラー画像が生成される。
【０００３】
ここで、一般的なプロジェクタは、赤、緑、青各色の計３個の空間変調器を持ち、ダイクロイックミラーで合成する手法が公知となっている。このようなプロジェクタは、３個の空間光変調器以外に、赤、緑、青の合成の光学素子が必要であり、複雑な構成になっていた。また、各画素にＲＧＢカラーフィルタを組み合わせることにより、１枚の空間光変調素子でプロジェクタを構成する手法も存在するが、カラーフィルタで変換効率が低下し、解像度も低下するため、実用例は少なかった。
【０００４】
一方、多値位相変調を用いたホログラフィを応用することにより高効率なプロジェクタを構成することができることが知られている。赤、緑、青のフルカラーのホログラフィが３枚の空間光変調器と３色を合成する手段とが組み合わされたプロジェクタも開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−５３２３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したように、一般的なカラーホログラムは、赤、緑、青各色の３個の空間変調器を持ち、合成光学系によりその変調信号をダイクロイックミラーで合成していたため、複雑な構成になっていた。
【０００７】
また、空間光変調器を１台用いて時分割処理を行い、時間単位で色の変調を切り替えるカラーシーケンシャルの手法も公知となっているが、高速動作する空間光変調器が必要とであった。具体的には、赤、緑、青の色を切り替えるために、計算上３倍速（１８０Ｈｚ）は必要であるが、実際には、３倍速の速さでは視覚的に不足するため、６倍速（３６０Ｈｚ）以上にする必要がある。
【０００８】
これは、動きの速い対象物の場合に、エッジに位置する赤、緑、青の各色がずれて目視される色割れ（color break）現象が生じるためである。また、静止画像において目視する人が視線を移動した場合にも同様に、赤、緑、青の各色がずれて目視される現象が起きる場合があった。
【０００９】
このため、赤、緑、青を合成するための光学素子を必要とせず、また高速動作する空間光変調器を必要としない構成で、１枚の空間光変調素子で変換効率の低下や解像度の低下のないマルチカラーホログラムを実現するフーリエ変換ホログラムのデータ作成装置が望まれていた。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本実施の形態に係るフーリエ変換ホログラムのデータ作成装置は、フーリエ変換ホログラムのマルチカラー再生装置で用いられる単一の空間光変調器へ供給するデータを作成するデータ作成装置において、空間領域における再生像の解像度を色ごとに設定し、その設定した解像度に基づいて、画素数を色ごとに配分する画素数変換手段と、配分された前記画素数に応じて周波数領域における位相変調データを色ごとに作成する位相変調データ作成手段と、前記空間光変調器の画素領域を前記色ごとに分割し、その分割した画素領域のそれぞれに対し、前記位相変調データを対応する色ごとに並び替えて配置することによって前記空間光変調器へ供給するデータを作成するデータ並び替え手段と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】位相変調型フーリエ変換ホログラフィの再生装置の概略の構成を示した概略構成図。
【図２】フーリエ変換ホログラフィの再生装置の機能を示した機能ブロック図。
【図３】フーリエ変換ホログラフィの再生装置における各処理の概念を示した説明図。
【図４】再生像の水平解像度において配分画素数を示した説明図。
【図５】フーリエ変換ホログラフィの再生装置の実施例２の機能を示した機能ブロック図。
【図６】縮小拡大画素数変換手段が、それぞれの原画像データに対し、Ｎ×ＭサンプルをＲＧＢのサンプリング比が４：２：２のＮ×（Ｍ／２）サンプルに変換した場合の画像データの構造を示した説明図。
【図７】Ｎ×Ｍサンプルで構成された緑色（Ｇ）の位相変調データと、Ｎ×Ｍサンプルで構成された青色（Ｂ）と赤色（Ｒ）の位相変調データとを、位相変調型空間光変調器の画素領域に時分割で駆動させたときの説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本実施形態に係るフーリエ変換ホログラムのデータ作成装置は、マルチカラーのフーリエ変換ホログラフィを、１つの（あるいは１枚の）空間光変調器を用いて実現するものである。
【００１３】
以下、フーリエ変換ホログラフィの再生装置について、添付図面を参照して説明する。
【００１４】
図１は、位相変調型フーリエ変換ホログラフィの再生装置３００の概略の構成を示した概略構成図である。
【００１５】
図１に示すように、フーリエ変換ホログラフィの再生装置３００は、コヒーレント光源１００、位相変調型空間光変調器１１０、フーリエ変換光学レンズ１２０およびデータ作成装置２００などを備えて構成されている。また、コヒーレント光源１００は、レーザ１０１と、光学レンズ１０２とを備えて構成されている。
【００１６】
光学レンズ１０２は、レーザ１０１から照射された光が位相変調型空間光変調器１１０に対して平面波光となるようにするためのコリメート光学素子である。
【００１７】
コヒーレント光源１００は、レーザ１０１と光学レンズ１０２を備えることにより位相変調型空間光変調器１１０に対して平行波光を照射するようになっている。
【００１８】
位相変調型空間光変調器１１０は、位相の揃った平面波光に周波数領域で位相変調を行う。
【００１９】
フーリエ変換光学レンズ１２０は、周波数領域から空間領域へフーリエ変換を光学的に行い、焦点面１３０に空間領域の再生像を生成する。
【００２０】
データ作成装置２００は、情報処理を行う情報処理装置やパーソナルコンピュータなどによって構成され、位相変調型空間光変調器１１０において平面波光に周波数領域で位相変調を行うための位相変調型ホログラムデータ（以下、単に位相変調データという。）を原画像データから作成する。なお、データ作成装置２００は、位相変調データを作成すると、その作成した位相変調データを位相変調型空間光変調器１１０に送出するようになっている。
【００２１】
図１に示したフーリエ変換ホログラフィの再生装置３００の概略動作は、レーザ１０１が照射するコヒーレント光を光学レンズ１０２によりコリメートし、平面波光を生成する。そして、その平面波光は、位相変調型空間光変調器１１０を用いて周波数領域において位相変調が行われる。その後、位相変調が行われた光は、フーリエ変換光学レンズ１２０によって光学フーリエ変換が行われ、空間領域である焦点面１３０に再生像が生成されるようになっている。
【００２２】
（実施例１）
人間の視覚特性上、緑色（Ｇ）は、青色（Ｂ）や赤色（Ｒ）よりも解像度において視認性が高い。逆に言えば、緑色（Ｇ）の解像度と比べて青色（Ｂ）や赤色（Ｒ）の解像度の低下は感知され難いので、意図的に青色（Ｂ）や赤色（Ｒ）の解像度を低く設定することができる。
【００２３】
また、ホログラフィによる再生像は、波長（色）によって再生像の大きさが異なる。例えば、位相変調型空間光変調器１１０の画素ピッチをｐ、光の波長λ、フーリエ変換光学レンズ１２０の焦点距離をｆとすると、再生像の表示される大きさは、λｆ／ｐで表される。
【００２４】
したがって、波長は青色（Ｂ）、緑色（Ｇ）、赤色（Ｒ）の順に長くなるので、再生像が表示される大きさは、この順で大きくなる。
【００２５】
ここで、再生像が各色とも同じ大きさになるようにするためには、予め原画像データの大きさを補正することが考えられる。例えば、緑色（Ｇ）を基準にすると、青色（Ｂ）の原画像データを予め波長の比に応じて拡大し、赤色（Ｒ）の原画像データを予め波長の比に応じて縮小しておくことで、各色の再生像の大きさを一致させることができる。
【００２６】
そこで、図１に示すフーリエ変換ホログラフィの再生装置３００は、コヒーレント光源１００と、位相変調型空間光変調器１１０と、フーリエ変換光学レンズ１２０と、データ作成装置２００とを備えた構成により、以下のような機能ブロックを構成することができる。
【００２７】
図２は、フーリエ変換ホログラフィの再生装置３０１の機能を示した機能ブロック図である。
【００２８】
図２に示すように、フーリエ変換ホログラフィの再生装置３０１は、コヒーレント光源１００、データ作成装置２０１、位相変調型空間光変調器１１０および光学フーリエ変換１２１を備えて構成されている。なお、同一の構成には同一の符号を付し、説明を適宜、省略する。
【００２９】
データ作成装置２０１は、縮小拡大画素数変換手段（画素数変換手段）２４０、２４１、位相変調データ作成手段２１０、２１１、２１２およびデータ並び替え手段２３０を備えて構成されている。なお、データ作成装置２０１は、情報処理を行う情報処理装置やパーソナルコンピュータなどによって構成されている。
【００３０】
縮小拡大画素数変換手段２４０、２４１は、空間領域における再生像の解像度を色ごとに設定し、その設定した解像度に基づいて、画素数を色ごとに配分する機能を有している。すなわち、縮小拡大画素数変換手段２４０、２４１は、データ作成装置２０１に記憶されている原画像データのＲＧＢ信号から、予め設定した周波数領域のＲＧＢの画素領域に見合うように、空間領域において色ごとに原画像データを縮小拡大する画素数変換処理（これを縮小拡大画素数変換処理ともいう。）を行うようになっている。なお、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）、赤色（Ｒ）の３色について説明するときは、単にＲＧＢと表記することがある。
【００３１】
位相変調データ作成手段２１０、２１１、２１２は、配分された画素数に応じて周波数領域における位相変調データを色ごとに作成する機能を有している。具体的には、縮小拡大画素数変換手段２４０、２４１において原画像データを縮小拡大する画素数変換処理が行われて得られた色ごとの画素数に対してそれぞれフーリエ変換を行い、周波数領域における位相変調データを生成するようになっている。例えば、位相変調データ作成手段２１０は、緑色（Ｇ）の位相変調データを生成し、位相変調データ作成手段２１１は、青色（Ｂ）の位相変調データを生成し、位相変調データ作成手段２１２は、赤色（Ｒ）の位相変調データを生成するようになっている。
【００３２】
データ並び替え手段２３０は、位相変調データ作成手段２１０、２１１、２１２において生成した位相変調データを位相変調型空間光変調器１１０に書き込む機能を備えている。具体的には、データ並び替え手段２３０は、位相変調型空間光変調器１１０の画素領域を色ごとに分割し、その分割した画素領域のそれぞれに対し、位相変調データを対応する色ごとに並び替えて配置することによって位相変調型空間光変調器１１０へ供給するデータを作成するようになっている。
【００３３】
次に、図２に示すフーリエ変換ホログラフィの再生装置３０１が、原画像データから再生像を再生するまでの概念について説明する。なお、実施例の内容を明確にするために、例示として一次元の画像を用いて説明する。
【００３４】
図３は、フーリエ変換ホログラフィの再生装置３０１における各処理の概念を示した説明図である。
【００３５】
ＲＧＢの原画像データは、いずれの色も５画素で表されている。ここで、ホログラフィの再生時に波長による影響を補正するために、緑色（Ｇ）を基準とした場合、赤色（Ｒ）は、縮小して３画素分の大きさに縮小される。青色（Ｂ）は、拡大されて７画素分の大きさになるが、画素が間引きされ、３画素になる。
【００３６】
このように、縮小拡大画素数変換手段２４０、２４１は、原画像データに対し縮小拡大する画素数変換処理を行い、赤色（Ｒ）と青色（Ｂ）が３画素の大きさであり、また緑色（Ｇ）が５画素の大きさとなるような画素数に変換する。すなわち、縮小拡大画素数変換手段２４０、２４１は、再生像における緑色の原画像データと同じ大きさになるように、再生像における波長に基づいて、赤色の原画像データと青色の原画像データを縮小または拡大する。
【００３７】
位相変調データ作成手段２１０、２１１、２１２は、赤色（Ｒ）と青色（Ｂ）が３画素で構成され、また緑色（Ｇ）が５画素で構成される画像データから、それぞれに対応する周波数領域における位相変調データを生成する。
【００３８】
データ並び替え手段２３０は、生成したそれぞれの位相変調データを位相変調型空間光変調器１１０に書き込む。そして、フーリエ変換光学レンズ１２０は周波数領域から空間領域へ光学フーリエ変換１２１を光学的に行い、赤色（Ｒ）と青色（Ｂ）が３画素であり、また緑色（Ｇ）が５画素の再生像を焦点面１３０に生成する。
【００３９】
このような処理の流れが、フーリエ変換ホログラフィの再生装置３０１における各処理の概念である。
【００４０】
ところで、縮小拡大画素数変換手段２４０、２４１は、画素数変換処理を行う際、間引きを行ったが、この画素数変換処理について詳述する。
【００４１】
縮小拡大画素数変換手段２４０、２４１は、原画像データの画素数を変更する処理に伴って、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）および青色（Ｂ）の配分する画素数（以下、これを配分画素数という。）に違いが発生する。ここで、配分画素数について、赤色（Ｒ）の配分画素数をＮｒ、緑色（Ｇ）の配分画素数をＮｇ、青色（Ｂ）の配分画素数をＮｂとする。また、赤色（Ｒ）の波長をλｒ、緑色（Ｇ）の波長をλｇ、青色（Ｂ）の波長をλｂとする。
【００４２】
この場合、赤色（Ｒ）の再生像解像度をＲｒ、緑色（Ｇ）の再生像解像度をＲｇ、青色（Ｂ）の再生像解像度をＲｂとして、緑色（Ｇ）の再生像解像度Ｒｇを基準とすると、赤色（Ｒ）と青色（Ｂ）の再生像解像度は、次式で表される。
【００４３】
Ｒｒ＝（Ｎｒ／Ｎｇ）（λｇ／λｒ）Ｒｇ
Ｒｂ＝（Ｎｂ／Ｎｇ）（λｇ／λｂ）Ｒｇ                          ・・・（１）
【００４４】
ここで、視覚特性を利用して、赤色（Ｒ）の再生像解像度Ｒｒおよび青色（Ｂ）の再生像解像度Ｒｂを意図的に緑色（Ｇ）の再生像解像度Ｒｇと同等以下となるように画素数を配分することにより、位相変調型空間光変調器１１０を効率よく駆動させることができる。この場合、緑色（Ｇ）の画素数は、赤色（Ｒ）の画素数および青色（Ｂ）の画素数と同等以上であることが望ましい。
【００４５】
図４は、再生像の水平解像度において配分画素数を示した説明図である。具体的には、図４では、λｒ＝６４０ｎｍ、λｇ＝５１５ｎｍ、λｂ＝４５０ｎｍのとき、緑色（Ｇ）の再生像水平解像度Ｒｇ＝５００ｐｉｘに対して、赤色（Ｒ）と青色（Ｂ）の再生像の水平解像度を４００ｐｉｘ（８０％）とした場合の水平方向の配分画素数を示した説明図である。
【００４６】
なお、緑色（Ｇ）の配分画素数Ｎｇを５００ｐｉｘとする。また、再生像水平解像度とは、空間領域における緑色（Ｇ）の再生像の水平方向幅に含まれる画素数をいう。
【００４７】
ここで、上述した数式（１）に上記のそれぞれの数値を代入すると、次式が得られる。
【００４８】
Ｒｒ＝（Ｎｒ／５００）（５１５）／６４０）５００＝４００      ・・・（２）
Ｎｒ＝４００×６４０／５１５≒５００［ｐｉｘ］
Ｒｂ＝（Ｎｂ／５００）（５１５）／４５０）５００＝４００      ・・・（３）
Ｎｂ＝４００×４５０／５１５≒３５０［ｐｉｘ］
【００４９】
これにより、赤色（Ｒ）の配分画素数Ｎｒは、５００ｐｉｘとなり、一方、青色（Ｂ）の配分画素数Ｎｂは、３５０ｐｉｘとなる。
【００５０】
このように、波長と所要の解像度とから予め周波数領域の画素数（画素領域）を設定することができる。また、垂直方向でも同様に配分画素数の設定を行うことができる。
【００５１】
（実施例２）
次に、実施例１に、時分割処理を行う時分割処理手段をさらに備えた実施例２について説明する。
【００５２】
図５は、フーリエ変換ホログラフィの再生装置３０２の実施例２の機能を示した機能ブロック図である。
【００５３】
図５では、再生装置３０１の実施例１と比較して、時分割処理手段２５０をさらに備える一方、データ並び替え手段２３１において、緑色（Ｇ）のＮ×Ｍサンプルの位相変調データを並び替える機能を削除している。なお、他の構成は同一の構成であるため、同一の構成には同一の符号を付し、説明を適宜省略する。
【００５４】
図５に示すフーリエ変換ホログラフィの再生装置３０２の実施例２では、位相変調データ作成手段２１０において緑色（Ｇ）のＮ×Ｍサンプル数から位相変調データを作成し、作成された緑色（Ｇ）の位相変調データが時分割処理手段２５０に送出される。
【００５５】
なお、実施例２では、ＲＧＢの原画像データは、予めＮ×Ｍサンプルで構成されるとともに、赤色（Ｒ）と青色（Ｂ）の原画像データが縮小拡大画素数変換手段２４０、２４１の縮小拡大画素数変換処理によって、ＲＧＢのサンプリング比４：２：２のＮ×（Ｍ／２）サンプルに変換されるものとする。
【００５６】
図６は、縮小拡大画素数変換手段２４０、２４１が、それぞれの原画像データに対し、Ｎ×ＭサンプルをＲＧＢのサンプリング比が４：２：２のＮ×（Ｍ／２）サンプルに変換した場合の画像データの構造を示した説明図である。すなわち、緑色（Ｇ）の位相変調データは、Ｎ×Ｍサンプルで構成される一方、赤色（Ｒ）と青色（Ｂ）の位相変調データは、それぞれＮ×（Ｍ／２）サンプルで構成される。
【００５７】
データ並び替え手段２３１は、青色（Ｂ）と赤色（Ｒ）のＮ×（Ｍ／２）サンプルの位相変調データに対して、それぞれ位相変調データを並び替え、Ｎ×Ｍサンプルの位相変調データに配置する。
【００５８】
時分割処理手段２５０は、緑色（Ｇ）の位相変調データと、並び替えられた青色（Ｂ）および赤色（Ｒ）の位相変調データに対し、それぞれ画素領域に対して配置される位相変調データに対応する色を所定の時間ごとに変更する。具体的には、時分割処理手段２５０は、緑色（Ｇ）と、並び替えられた青色（Ｂ）および赤色（Ｒ）とに対応する位相変調型空間光変調器１１０の画素領域を所定の時間ごとに駆動させる。
【００５９】
図７は、Ｎ×Ｍサンプルで構成された緑色（Ｇ）の位相変調データと、Ｎ×Ｍサンプルで構成された青色（Ｂ）と赤色（Ｒ）の位相変調データとを、位相変調型空間光変調器１１０の画素領域に時分割で駆動させたときの説明図である。なお、所定の時間とは、例えば、１６ｍｓや、２０ｍｓなどを所定の時間を設定することができる。
【００６０】
再生装置３０２の実施例２は、図７に示すように、緑色（Ｇ）と、並び替えられた青色（Ｂ）および赤色（Ｒ）とを切り替えるので、従来のＲＧＢの３色を切り替える再生装置と比較して、高速で切り替える必要がなく、低コストで計算機ホログラフィの再生装置３０２を実現することができる。
【００６１】
なお、実施例２では、ＲＧＢの原画像データは、予めＮ×Ｍサンプルで構成されるとともに、赤色（Ｒ）と青色（Ｂ）の原画像データが縮小拡大画素数変換手段２４０、２４１の縮小拡大画素数変換処理によって、Ｎ×（Ｍ／２）サンプルに変換されていたが、これに限定されるものではない。例えば、赤色（Ｒ）と青色（Ｂ）については、原画像データが予めＮ×（Ｍ／２）サンプルで構成されてもよい。
【００６２】
また、緑色（Ｇ）の原画像データは、Ｎ×Ｍサンプルで構成される一方、赤色（Ｒ）と青色（Ｂ）の原画像データは、縮小拡大画素数変換手段２４０、２４１の縮小拡大画素数変換処理によって、（Ｎ／２）×Ｍサンプルに変換されてもよく、また例えば、赤色（Ｒ）と青色（Ｂ）の原画像データが、予め（Ｎ／２）×Ｍサンプルで構成されてもよい。
【００６３】
なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００６４】
１００  コヒーレント光源
１０１  レーザ
１０２  光学レンズ
１１０  位相変調型空間光変調器
１２０  フーリエ変換光学レンズ
１２１  光学フーリエ変換
１３０  焦点面
２００、２０１、２０２  データ作成装置
２１０、２１１、２１２  位相変調データ作成手段
２３０、２３１  データ並び替え手段
２４０、２４１  縮小拡大画素数変換手段（画素数変換処理手段）
３００、３０１、３０２  再生装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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