(57)【要約】【課題】  電子表示装置の階調、解像度が不足する場合であっても、好適に再生像を表示させるホログラムデータを生成することが可能なホログラムデータ生成装置を提供する。【解決手段】  ホログラムデータ生成装置２０Ａは、被写体の多視点画像に関する多視点画像データに基づいて、ホログラム形成面における多視点画像から放射される物体光の複素振幅分布を拡散させる物体光分布拡散部２１Ａと、物体光分布拡散部２１Ａによって拡散された物体光の複素振幅分布に基づいて、ホログラムデータを生成するホログラムデータ生成部２２と、を備えている。【選択図】      図２
2006309013.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体の多視点画像に関する多視点画像データに基づいて前記被写体のホログラムデータを生成するホログラムデータ生成装置であって、
前記多視点画像データに基づいて、ホログラム形成面における前記多視点画像から放射される物体光の複素振幅分布を拡散させる物体光分布拡散部と、
前記物体光分布拡散部によって拡散された物体光の複素振幅分布に基づいて、前記ホログラムデータを生成するホログラムデータ生成部と、
を備えていることを特徴とするホログラムデータ生成装置。
【請求項２】
前記物体光分布拡散部は、
前記物体光の位相を変調させる物体光位相変調部と、
前記物体光位相変調部によって位相が変調された物体光に基づいて、前記多視点画像に対応するレンズアレイの後側焦平面における、位相が変調された物体光の複素振幅分布を算出するレンズアレイ後側焦平面複素振幅分布算出部と、
を備え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生成装置。
【請求項３】
前記物体光分布拡散部は、
前記多視点画像データに基づいて、前記多視点画像に対応するレンズアレイの後側焦平面における、前記物体光の複素振幅分布を算出するレンズアレイ後側焦平面複素振幅分布算出部と、
前記レンズアレイ後側焦平面複素振幅分布算出部の算出結果に基づいて、前記後側焦平面とは異なる位置のホログラム形成面における前記物体光の複素振幅分布を算出するホログラム形成面複素振幅分布算出部と、
を備え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生成装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のホログラムデータ生成装置と、
被写体の多視点画像に関する多視点画像データを生成し、前記ホログラムデータ生成装置に出力する多視点画像データ取得装置と、
を備えていることを特徴とするホログラムデータ生成システム。
【請求項５】
前記多視点画像データ取得装置は、二次元方向に異なる視点位置から撮像された複数の画像からなる多視点画像に関する多視点画像データを取得することを特徴とする請求項４に記載のホログラムデータ生成システム。
【請求項６】
前記多視点画像データ取得装置は、一次元方向に異なる視点位置から撮像された複数の画像からなる多視点画像に関する多視点画像データを取得することを特徴とする請求項４に記載のホログラムデータ生成システム。
【請求項７】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のホログラムデータ生成装置と、
前記ホログラムデータに基づいて、前記被写体のホログラムを表示するホログラム表示装置と、
を備えていることを特徴とするホログラム表示システム。
【請求項８】
被写体の多視点画像に関する多視点画像データに基づいて前記被写体のホログラムデータを生成するホログラムデータ生成方法であって、
前記多視点画像データに基づいて、ホログラム形成面における前記多視点画像から放射される物体光の複素振幅分布を拡散させる物体光分布拡散ステップと、
前記物体光分布拡散ステップにおいて拡散された物体光の複素振幅分布に基づいて、前記ホログラムデータを生成するホログラムデータ生成ステップと、
を含むことを特徴とするホログラムデータ生成方法。
【請求項９】
被写体の多視点画像に関する多視点画像データに基づいて前記被写体のホログラムデータを生成するためにコンピュータを、
前記多視点画像データに基づいて、ホログラム形成面における前記多視点画像から放射される物体光の複素振幅分布を拡散させる物体光分布拡散部、
前記物体光分布拡散部によって拡散された物体光の複素振幅分布に基づいて、前記ホログラムデータを生成するホログラムデータ生成部、
として機能させることを特徴とするホログラムデータ生成プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被写体の多視点画像を入力として用いるホログラムデータ生成装置、方法およびプログラム、ならびにホログラムデータ生成システムおよびホログラム表示システムに係り、特に、ＩＰ（インテグラル・フォトグラフィ）により撮像された被写体の多視点画像を入力として用いるホログラムデータ生成装置、方法およびプログラム、ならびにホログラムデータ生成システムおよびホログラム表示システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自然光下で撮像された被写体の多視点画像を入力として用い、被写体のホログラムを作成する技術として、ホロコーダ・ホログラムが公知である（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
ホロコーダ・ホログラムは、凸レンズアレイを介して撮像された被写体の多視点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）とコヒーレント光（参照光）との干渉縞を記録することによって、自然光下で撮像された被写体のホログラムを作成する技術である。
【０００４】
また、ホロコーダ・ホログラムによって作成されたホログラムをテレビジョンカメラで撮像することにより、立体動画像に適用可能な連続ホログラム作成装置もすでに提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−２１８５０９号公報（段落００２１〜００３４、図１）
【非特許文献１】R.V.Pole，“3-D imagery and holograms of objects illuminated in white light”，Appl.Phys.Lett.，vol.10，pp.20-22，1967
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の連続ホログラム作成装置は、純光学的にホログラムを作成するので、光学系の設置・調整に多大な労力を必要とするという問題を有している。
【０００６】
そこで、本願と同一の出願人により、ホロコーダ・ホログラムの光学系を数値データに基づく処理装置（コンピュータなど）に置き換えることにより、光学系を簡素化することができるホログラム形成装置が出願されている（特願２００４−３１５３６０：本願出願時未公開）。
【０００７】
ここで、ホログラム形成装置内の処理装置により演算・生成されたホログラムデータによって、被写体の再生像を表示するためには、以下の二つの技術が考えられる。
（１）  光学的な記録材料（写真乾板など）にホログラムを形成し、照明光（レーザ光）を照射して再生像（静止画像）を表示する。
（２）  電子表示装置（液晶表示装置など）にホログラムを表示し、照明光（レーザ光）を照射して再生像（静止画像または動画像）を表示する。
ここで、（２）の技術を採用した場合には、仮想的なホログラム形成面の位置によっては、ホログラム形成面の一部の微小領域にホログラム情報が集中してしまうことがある。かかる場合において、電子表示装置の階調（ダイナミックレンジ）および分解能（画素間隔）が十分ではない場合には、照明光の大部分が再生像の発生に貢献することなくホログラム透過光となってしまい、利用者が再生像を観測できないおそれがある。この現象は、位相が揃った平行光で多視点画像を照明し、多視点画像に対応したレンズアレイの後側焦平面にホログラム形成面を設定した場合に顕著に現れる。
【０００８】
本発明は、前記した問題を解決すべく創案されたものであり、電子表示装置の階調、解像度が不足する場合であっても、好適に再生像を表示させるホログラムデータを生成することが可能なホログラムデータ生成装置、方法およびプログラム、ならびにホログラムデータ生成システムおよびホログラム表示システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するため、本発明の請求項１に記載の発明は、被写体の多視点画像に関する多視点画像データに基づいて前記被写体のホログラムデータを生成するホログラムデータ生成装置であって、前記多視点画像データに基づいて、ホログラム形成面における前記多視点画像から放射される物体光の複素振幅分布を拡散させる物体光分布拡散部と、前記物体光分布拡散部によって拡散された物体光の複素振幅分布に基づいて、前記ホログラムデータを生成するホログラムデータ生成部と、を備えていることを特徴とする。
【００１０】
「ホログラムデータ」は、電子表示装置などにホログラム（干渉縞）を表示させるためのデータである。このホログラムデータは、物体光分布拡散部により拡散された物体光の複素振幅分布を直接または間接的に利用して生成される。なお、「物体光の複素振幅分布を拡散させる」とは、ホログラム形成面における物体光の複素振幅分布に、ホログラム形成のために十分な広がりを持たせることをいう。
このように構成されたホログラムデータ生成装置では、ホログラム形成面における物体光の分布を拡散して、ホログラム形成面の一部の微小領域にホログラム情報が集中してしまうことを防ぐことができる。
【００１１】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のホログラムデータ生成装置であって、前記物体光分布拡散部は、前記物体光の位相を変調させる物体光位相変調部と、前記物体光位相変調部によって位相が変調された物体光に基づいて、前記多視点画像に対応するレンズアレイの後側焦平面における、位相が変調された物体光の複素振幅分布を算出するレンズアレイ後側焦平面複素振幅分布算出部と、を備えていることを特徴とする。
【００１２】
このように構成されたホログラムデータ生成装置では、物体光の位相を変調させることによって、ホログラム形成面における物体光の複素振幅分布を拡散することができ、ホログラム形成面の一部の微小領域にホログラム情報が集中してしまうことを防ぐことができる。
【００１３】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載のホログラムデータ生成装置であって、前記物体光分布拡散部は、前記多視点画像データに基づいて、前記多視点画像に対応するレンズアレイの後側焦平面における、前記物体光の複素振幅分布を算出するレンズアレイ後側焦平面複素振幅分布算出部と、前記レンズアレイ後側焦平面複素振幅分布算出部の算出結果に基づいて、前記後側焦平面とは異なる位置のホログラム形成面における前記物体光の複素振幅分布を算出するホログラム形成面複素振幅分布算出部と、を備えていることを特徴とする。
【００１４】
このように構成されたホログラムデータ生成装置では、レンズアレイの後側焦平面から所定距離伝搬することによって拡散した物体光を利用してホログラムデータを生成するので、ホログラム形成面の一部の微小領域にホログラム情報が集中してしまうことを防ぐことができる。
【００１５】
また、請求項４に記載の発明であるホログラムデータ生成システムは、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のホログラムデータ生成装置と、被写体の多視点画像に関する多視点画像データを生成し、前記ホログラムデータ生成装置に出力する多視点画像データ取得装置と、を備えていることを特徴とする。
【００１６】
このように構成されたホログラムデータ生成システムでは、ホログラムデータ生成のための多視点画像データを取得することができる。
【００１７】
また、請求項５に記載の発明は、請求項４に記載のホログラムデータ生成システムであって、前記多視点画像データ取得装置は、二次元方向に異なる視点位置から撮像された複数の画像からなる多視点画像に関する多視点画像データを取得することを特徴とする。
【００１８】
このように構成されたホログラムデータ生成システムでは、利用者の視線の二次元方向への移動に対応したホログラムを作成可能なホログラムデータを得ることができる。
【００１９】
また、請求項６に記載の発明は、請求項４に記載のホログラムデータ生成システムであって、前記多視点画像データ取得装置は、一次元方向に異なる視点位置から撮像された複数の画像からなる多視点画像に関する多視点画像データを取得することを特徴とする。
【００２０】
このように構成されたホログラムデータ生成システムでは、例えば、レンチキュラーレンズを光学系として多視点画像を取得することができ、構成の簡素化が可能である。
【００２１】
また、請求項７に記載の発明であるホログラム表示システムは、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のホログラムデータ生成システムと、前記ホログラムデータに基づいて、前記被写体のホログラムを表示するホログラム表示装置と、を備えていることを特徴とする。
【００２２】
このように構成されたホログラム作成システムでは、ホログラムデータに基づいて被写体のホログラムを表示することができる。
【００２３】
また、請求項８に記載の発明は、被写体の多視点画像に関する多視点画像データに基づいて前記被写体のホログラムデータを生成するホログラムデータ生成方法であって、前記多視点画像データに基づいて、ホログラム形成面における前記多視点画像から放射される物体光の複素振幅分布を拡散させる物体光分布拡散ステップと、前記物体光分布拡散ステップにおいて拡散された物体光の複素振幅分布に基づいて、前記ホログラムデータを生成するホログラムデータ生成ステップと、を含むことを特徴とする。
【００２４】
また、請求項９に記載の発明であるホログラムデータ生成プログラムは、被写体の多視点画像に関する多視点画像データに基づいて前記被写体のホログラムデータを生成するためにコンピュータを、前記多視点画像データに基づいて、ホログラム形成面における前記多視点画像から放射される物体光の複素振幅分布を拡散させる物体光分布拡散部、前記物体光分布拡散部によって拡散された物体光の複素振幅分布に基づいて、前記ホログラムデータを生成するホログラムデータ生成部、として機能させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
請求項１から請求項３に記載のホログラムデータ生成装置、請求項４に記載のホログラムデータ生成システム、請求項７に記載のホログラムデータ表示システム、請求項８に記載のホログラムデータ生成方法および請求項９に記載のホログラムデータ生成プログラムは、電子表示装置の階調、解像度が不足する場合であっても、好適に再生像を表示させるホログラムデータを生成することができる。
請求項５に記載のホログラムデータ生成システムは、利用者の視線の二次元方向への移動に対応可能なホログラムを形成可能なホログラムデータを得ることができる。
請求項６に記載のホログラムデータ生成システムは、構成の簡素化が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら説明する。
（第一の実施形態）
まず、図１および図２を参照して、本発明の第一の実施形態に係るホログラム作成システムについて説明する。図１は、ホログラム作成システムを示す模式図である。図２は、ホログラム作成システムを示すブロック図である。
【００２７】
＜ホログラム作成システム１Ａ＞
図１に示すように、本発明の第一の実施形態に係るホログラム作成システム１Ａは、自然光ＮＬ下で被写体ＰＯの多視点画像を、多視点画像取得部１１を介して撮像し、その再生像ＲＩを動画像として表示するシステムである。図１および図２に示すように、ホログラム作成システム１Ａは、被写体ＰＯの多視点画像に関する多視点画像データを取得する多視点画像データ取得装置１０と、多視点画像データに基づいてホログラムデータを生成するホログラムデータ生成装置２０Ａと、ホログラムデータに基づいてホログラムを表示するホログラム表示装置４０と、ホログラムに照明光ＩＬを照射する照明光発生装置５０と、を備えている。ホログラムデータ生成装置２０Ａによって生成されたホログラムデータは、蓄積伝送部３０を介してホログラム表示装置４０に出力される。ここで、ホログラムデータ生成システム２Ａは、多視点画像データ取得装置１０と、ホログラムデータ生成装置２０Ａと、を備えている。また、ホログラム表示システム３Ａは、ホログラムデータ生成装置２０Ａと、ホログラム表示装置４０と、を備えている。
【００２８】
≪多視点画像データ取得装置１０≫
多視点画像データ取得装置１０は、ＩＰ（Integral Photography：インテグラル・フォトグラフィ）撮像装置であり、多視点画像取得部１１と、多視点画像データ生成部１２と、を備えている。
多視点画像取得部１１は、被写体ＰＯの多視点画像を取得するレンズアレイである。本実施形態における多視点画像取得部１１としては、凸レンズをアレイ状に整列した凸レンズアレイまたは凸レンズと同等の働きをするグラスファイバーレンズをアレイ状に整列したグラスファイバーレンズアレイが使用可能であり、ここでは、図６（ａ）に示す二次元レンズアレイ１１Ｃが使用されている（詳細は後記する）。多視点画像は、被写体ＰＯの複数の要素画像から構成されている。要素画像のそれぞれは、異なる視点位置から撮像されている。
多視点画像データ生成部１２は、多視点画像取得部１１によって取得された多視点画像を撮像するテレビジョンカメラであり、多視点画像を数値データ化することによって、多視点画像データを生成する。
【００２９】
また、被写体ＰＯと多視点画像取得部１１との間には、奥行き制御レンズ１３が設けられている。奥行き制御レンズ１３は、被写体ＰＯの像を多視点画像取得部１１の近くに結像させることにより、再生像ＲＩを表示する際の奥行き位置を好適に制御するとともに、奥行き位置の解像度を好適に確保するためのものである。
【００３０】
≪ホログラムデータ生成装置２０Ａ≫
ホログラムデータ生成装置２０Ａは、物体光分布拡散部２１Ａと、ホログラムデータ生成部２２と、を備えている。図３は、ホログラムデータ生成装置によるホログラムデータ生成の原理を説明するための模式図である。図３に示された光学系は、仮想的な光学系であり、ホログラムデータ生成装置２０Ａが行う演算を説明するためのものである。以下、図３を参照して、ホログラムデータの生成について説明する。
この仮想的な光学系は、多視点画像取得部１１（図１参照）によって取得された多視点画像に相当する多視点画像面１０１と、多視点画像取得部１１と同じ焦点距離及び配置を有するレンズアレイ１０２と、後記する光変調器４２（図１参照）に相当するホログラム形成面１０３と、を備えている。ホログラム形成面１０３には、参照光ＲＬが照射されている。
多視点画像面１０１の要素画像（多視点画像を構成する一の画像）１０１ａは、位相が揃った平行光であるコヒーレント光ＣＬによって照明されており、透過したコヒーレント光ＣＬが物体光ＯＬとなる。また、多視点画像面１０１の出射側には、物体光ＯＬの位相を変調させる仮想的な物体光拡散手段１０５が設けられている。
多視点画像面１０１とレンズアレイ１０２との距離は、レンズアレイ１０２の凸レンズ１０２ａの焦点距離ｆに等しく、レンズアレイ１０２とホログラム形成面１０３との距離も、焦点距離ｆに等しい。すなわち、ホログラム形成面１０３は、レンズアレイ後側焦平面１０４上に配置されている。なお、便宜上、多視点画像面１０１側を前側、ホログラム形成面１０３側を後側としている。
最終的なホログラムデータは、多視点画像面１０１における要素画像１０１ａごとの算出結果を重ね合わせることによって得られるので、以下、要素画像１０１ａに関する演算について説明する。
【００３１】
物体光分布拡散部２１Ａは、多視点画像データに基づいて、ホログラム形成面１０３における多視点画像から放射される物体光ＯＬの複素振幅分布を拡散させるものであり、物体光位相変調部２１ａと、レンズアレイ後側焦平面複素振幅分布算出部２１ｂと、を備えている。
物体光位相変調部２１ａは、仮想的な光学系において、多視点画像データに基づく物体光ＯＬの位相を変調させることによって、ホログラム形成面１０３における物体光ＯＬを拡散する。すなわち、物体光位相変調部２１ａは、要素画像１０１ａ上における物体光ＯＬの複素振幅分布Ｆ0に基づいて、物体光拡散手段１０５によって変調された物体光ＯＬの複素振幅分布Ｆ1を算出する。複素振幅分布Ｆ0と複素振幅分布Ｆ1との関係は、式（１）によって表される。
【００３２】
【数１】
2006309013.tif 000003
ここで、rand（ｘ0，ｙ0）は、座標に関する適当な関数である。物体光拡散手段１０５、すなわち、物体光位相変調部２１ａによる演算は、物体光ＯＬに「ｅのi・rand（ｘ0，ｙ0）乗」なる適当な位相を付加するが（位相変調）、物体光ＯＬの振幅には影響を与えない。
rand（ｘ0，ｙ0）の一例を、式（２）に示す。
【００３３】
【数２】
2006309013.tif 000004
【００３４】
レンズアレイ後側焦平面複素振幅分布算出部２１ｂは、位相が変調された物体光ＯＬの複素振幅分布Ｆ1に基づいて、レンズアレイ後側焦平面１０４における物体光ＯＬの複素振幅分布Ｆ2を算出する。ここで、ホログラム形成面１０３がレンズアレイ後側焦平面１０４上に配置されているので、レンズアレイ後側焦平面複素振幅分布算出部２１ｂは、ホログラム形成面複素振幅分布算出部であるとも言える。レンズアレイ後側焦平面１０４には、要素画像１０１ａのフーリエ変換が現れているので、複素振幅分布Ｆ1と複素振幅分布Ｆ2との関係は、式（３）によって表される。なお、式（３）において、Ａ2は定数であり、λは物体光ＯＬの波長である。
【００３５】
【数３】
2006309013.tif 000005
【００３６】
実装上では、フーリエ変換として離散フーリエ変換（ＤＦＴ）または高速フーリエ変換（ＦＦＴ）が使用可能である。
【００３７】
ホログラムデータ生成部２２は、複素振幅分布Ｆ2とコヒーレント光である参照光ＲＬとの干渉縞を計算することによりホログラムデータを得る。
【００３８】
≪ホログラム表示装置４０≫
図１および図２に戻り、ホログラム作成システム１Ａの説明を続ける。図１に示すように、ホログラム表示装置４０は、ホログラムデータに基づいて、被写体ＰＯのホログラムを表示する電子表示装置である。図１および図２に示すように、ホログラム表示装置４０は、光変調器駆動部４１と、光変調器４２と、を備えている。
【００３９】
光変調器駆動部４１は、ホログラムデータに基づいて、光変調器４２を画素ごとに駆動する装置である。
【００４０】
光変調器４２は、透明電極を画素ごとに設けた一対の透明基盤の間に表示媒体を保持する構造、すなわち画素構造を有しており、被写体ＰＯの再生像ＲＩのためのホログラム（干渉縞）を表示するための装置である。本実施形態では、表示媒体として液晶が使用されている。すなわち、光変調器駆動部４１および光変調器４２が、ホログラム表示装置を構成している。
【００４１】
≪照明光発生装置５０≫
照明光発生装置５０は、ホログラムに照明光ＩＬを照射する装置であり、レーザ光源駆動部５１と、レーザ光源５２と、を備えている。レーザ光源駆動部５１は、レーザ光源を駆動する装置である。レーザ光源５２は、参照光ＲＬと同等なレーザ光である照明光ＩＬを発生し、光変調器４２に照射する装置である。ホログラムデータによって光変調器４２上にホログラムが表現され、かつ、光変調器４２に照明光ＩＬが照射されることによって、被写体ＰＯの再生像ＲＩが表示される。すなわち、再生像表示装置は、ホログラム表示装置４０と、照明光発生装置５０と、を備えている。また、再生像表示システムは、ホログラムデータ生成装置２０Ａと、再生像表示装置と、を備えている。
【００４２】
＜ホログラム作成方法＞
続いて、本発明の第一の実施形態に係るホログラム作成システム１Ａを使用したホログラム作成方法について説明する。まず、多視点画像データ取得装置１０が、被写体ＰＯの多視点画像データを取得する。続いて、物体光位相変調部２１ａが、多視点画像データに基づく物体光ＯＬの複素振幅分布Ｆ0を利用して、物体光拡散手段１０５によって位相が変調された物体光ＯＬの複素振幅分布Ｆ1を算出する（物体光分布拡散ステップ）。続いて、レンズアレイ後側焦平面複素振幅分布算出部２１ｂが、複素振幅分布Ｆ1を利用して、レンズアレイ１０２の後側焦平面１０４における複素振幅分布Ｆ2を算出する。続いて、ホログラムデータ生成部２２が、複素振幅分布Ｆ2を利用して、ホログラム形成面１０３における物体光ＯＬと参照光ＲＬとのホログラム（干渉縞）に関するホログラムデータを生成する（ホログラムデータ生成ステップ）。続いて、光変調器駆動部４１がホログラムデータに基づいて光変調器４２を駆動してホログラムを表示させるとともに、レーザ光源駆動部５１がレーザ光源５２を駆動して光変調器４２に照明光ＩＬを照射させることによって、再生像ＲＩが表示される。
【００４３】
第一の実施形態に係るホログラム作成システム１Ａは、光学系の設置・調整に要する労力をなくすことができる。また、ホログラム作成システム１Ａは、物体光ＯＬの位相を変調することにより、物体光ＯＬを非平行光とすることができ、ホログラム形成面１０３における物体光ＯＬの分布Ｃ1を拡散し、空間的な広がりを持たせることができる。ホログラム作成システム１Ａは、この拡散程度を調整することによって、階調、解像度が不足する光変調器４２であっても、好適に再生像ＲＩを表示することができる。
【００４４】
（第二の実施形態）
続いて、図１、図４および図５を参照して、本発明の第二の実施形態に係るホログラム作成システムについて、第一の実施形態に係るホログラム作成システム１Ａとの相違点を中心に説明する。図４は、ホログラム作成システムを示すブロック図である。図５は、ホログラムデータ生成装置によるホログラムデータ生成の原理を説明するための模式図である。図５に示された光学系は、仮想的な光学系であり、ホログラムデータ生成装置２０Ｂが行う演算を説明するためのものである。
【００４５】
図１および図４に示すように、本発明の第二の実施形態に係るホログラム作成システム１Ｂは、ホログラムデータ生成装置２０Ａに代えて、ホログラムデータ生成装置２０Ｂを備えている。すなわち、図１に示すように、第二の実施形態に係るホログラムデータ生成システム２Ｂは、多視点画像データ取得装置１０と、ホログラムデータ生成装置２０Ｂと、を備えている。また、第二の実施形態に係るホログラム表示システム３Ｂは、ホログラムデータ生成装置２０Ｂと、ホログラム表示装置４０と、を備えている。
図４に示すように、ホログラムデータ生成装置２０Ｂは、物体光分布拡散部２１Ａに代えて、物体光分布拡散部２１Ｂを備えている。この物体光分布拡散部２１Ｂは、レンズアレイ後側焦平面複素振幅分布算出部２１ｂと、ホログラム形成面複素振幅分布算出部２１ｃと、を備えている。
【００４６】
図５に示すように、第二の実施形態に係るホログラムデータ生成装置２０Ｂは、物体光拡散手段１０６として、ホログラム形成面１０３が後側焦平面１０４からさらに距離ｄだけ離れた場合を想定している。レンズアレイ後側焦平面複素振幅分布算出部２１ｂは、要素画像１０１ａ上における物体光ＯＬの複素振幅分布Ｆ0に基づいて、後側焦平面１０４における複素振幅分布Ｆ3を算出する。複素振幅分布Ｆ0と複素振幅分布Ｆ3との関係は、式（４）によって表される。なお、式（４）において、Ａ3は定数である。
【００４７】
【数４】
2006309013.tif 000006
【００４８】
ホログラム形成面複素振幅分布算出部２１ｃは、レンズアレイ後側焦平面複素振幅分布算出部２１ｂによって算出された複素振幅分布Ｆ3に基づいて、ホログラム形成面１０３における複素振幅分布Ｆ4を算出する。複素振幅分布Ｆ3と複素振幅分布Ｆ4との関係は、距離ｄの回折であるので、フレネル・キルヒホッフの回折式のフレネル領域における近似式を利用して表すことができ、式（５）によって表される。なお、式（５）において、ｋおよびＡ4は定数である。
【００４９】
【数５】
2006309013.tif 000007
【００５０】
ホログラムデータ生成部２２は、複素振幅分布Ｆ4に基づいてホログラムデータを生成する。
【００５１】
＜ホログラム作成方法＞
続いて、本発明の第二の実施形態に係るホログラム作成システム１Ｂを使用したホログラム作成方法について説明する。まず、多視点画像データ取得装置１０が、被写体ＰＯの多視点画像データを取得する。続いて、レンズアレイ後側焦平面複素振幅分布算出部２１ｂが、複素振幅分布Ｆ0を利用して、レンズアレイ後側焦平面１０４における複素振幅分布Ｆ3を算出する。続いて、ホログラム形成面複素振幅分布算出部２１ｃが、複素振幅分布Ｆ3を利用して、物体光拡散手段１０６によって拡散された物体光ＯＬの複素振幅分布Ｆ4を算出する（物体光分布拡散ステップ）。続いて、ホログラムデータ生成部２２が、複素振幅分布Ｆ4を利用して、ホログラム形成面１０３における物体光ＯＬと参照光ＲＬとのホログラム（干渉縞）に関するホログラムデータを生成する（ホログラムデータ生成ステップ）。続いて、光変調器駆動部４１がホログラムデータに基づいて光変調器４２を駆動してホログラムを表示させるとともに、レーザ光源駆動部５１がレーザ光源５２を駆動して光変調器４２に照明光ＩＬを照射させることによって、再生像ＲＩが表示される。
【００５２】
第二の実施形態に係るホログラム作成システム１Ｂは、光学系の設置・調整に要する労力をなくすことができる。また、ホログラム作成システム１Ｂは、ホログラム形成面１０３をレンズアレイ後側焦平面１０４から距離ｄだけ離すことにより、ホログラム形成面１０３における物体光ＯＬの分布Ｃ2を拡散し、空間的な広がりを持たせることができる。ホログラム作成システム１Ｂは、この拡散程度を調整することによって、階調、解像度が不足する光変調器４２であっても、好適に再生像ＲＩを表示することができる。なお、実際のフレネル回折の計算範囲は、光変調器４２が有する物理的な画素ピッチによって定まる最大回折角度の範囲によって制限される。このため、フレネル回折の計算は、距離ｄが２倍になると計算範囲は４倍になるというように、距離ｄの二乗に比例して計算量が増大する。
【００５３】
（多視点画像取得部１１の例）
続いて、本発明の多視点画像取得部１１の例について説明する。図６は、多視点画像取得部の例を示す模式図である。
図６（ａ）の多視点画像取得部は、第一の実施形態に係る多視点画像取得部１１と同一であり、水平（ｘ）、鉛直（ｙ）方向の二次元方向にアレイ状に配置された複数の凸レンズ１１Ｃ1から構成された二次元レンズアレイ１１Ｃである。多視点画像取得部１１として二次元レンズアレイ１１Ｃを使用することにより、多視点画像データ取得装置１０は、二次元方向に異なる視点位置から撮像された複数の画像からなる多視点画像に関する多視点画像データを取得する。したがって、水平、鉛直方向に立体感を有する再生像ＲＩが得られる。
【００５４】
図６（ｂ）の多視点画像取得部は、レンチキュラーレンズであり、水平（ｘ）方向の一次元方向に配置された複数のシリンドリカルレンズ１１Ｄ1から構成された一次元レンズアレイ１１Ｄである。人間の目は、左右に並んでいるので、水平（左右）方向の立体感に敏感である一方、鉛直（上下）方向の立体感には比較的鈍感である。そのため、ホログラムデータ作成システムは、水平（左右）方向の立体感を要求される一方、鉛直方向の立体感はあまり要求されない。そこで、多視点画像取得部１１としてレンチキュラーレンズ１１Ｄを水平方向に配置して使用することにより、多視点画像データ取得装置１０は、一次元方向に異なる視点位置から撮像された複数の画像からなる多視点画像に関する多視点画像データを取得する。したがって、多視点画像データ取得装置１０（図１参照）の構成の簡略化が実現可能である。
【００５５】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜設計変更可能である。
例えば、液晶以外を用いた光変調器４２として、電圧印加に伴う静電気力により透明基板に挟まれた流体（液体または気体）中で着色または白濁した微粒子（顔料など）が移動または回転し、光の吸収状態が変化する電気泳動方式およびトナー方式を適用した光変調器であっても良い。また、透明電極からの電流注入により電解溶液中の金属（銀など）のイオン化・析出が制御され、外光の吸収状態を変化させる電気析出方式を適用した光変調器であっても良い。さらには、極めて微細で電荷を帯びやすく電界で移動する性質を有する樹脂製の粉流体を表示媒体とする電気粉流体方式を適用した光変調器であっても良い。
【００５６】
なお、前記した実施形態ではシステムとして説明したが、本発明は、コンピュータに実装可能であり、コンピュータをホログラムデータ生成装置として機能させるホログラムデータ生成プログラムもその権利範囲に含んでいる。
また、ホログラムデータ生成装置は、コンピュータを用いて実現した装置であっても良く、また、専用の計算処理装置であっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明に係るホログラム作成システムを示す模式図である。
【図２】本発明の第一の実施形態に係るホログラム作成システムを示すブロック図である。
【図３】本発明の第一の実施形態に係るホログラムデータ生成装置によるホログラムデータ生成の原理を説明するための模式図である。
【図４】本発明の第二の実施形態に係るホログラム作成システムを示すブロック図である。
【図５】本発明の第二の実施形態に係るホログラムデータ生成装置によるホログラムデータ生成の原理を説明するための模式図である。
【図６】本発明の多視点画像取得部の例を示す模式図である。
【符号の説明】
【００５８】
１Ａ，１Ｂ  ホログラム作成システム
２Ａ，２Ｂ  ホログラムデータ生成システム
３Ａ，３Ｂ  ホログラム表示システム
１０    多視点画像データ取得装置
２０Ａ，２０Ｂ  ホログラムデータ生成装置
２１Ａ，２１Ｂ  物体光分布拡散部
２１ａ  物体光位相変調部
２１ｂ  レンズアレイ後側焦平面複素振幅分布算出部
２１ｃ  ホログラム形成面複素振幅分布算出部
２２    ホログラムデータ生成部
４０    ホログラム表示装置
【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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