(57)【要約】【課題】再生されるホログラムの画質の低下を抑えつつ、より高速にホログラムを作成することのできるホログラム作成プログラムを提供する。【解決手段】本発明にかかるホログラム作成プログラムは、コンピュータに、原画像データの複数の画素に対し、収束球面波を構成する入射光データを作成し対応付ける入射光設定処理、入射光データ、及び、原画像データにおける複数の画素の各画素データに基づき回折処理を行いホログラムデータを作成するホログラム作成処理、を行わせるためのものである。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンピュータに、
原画像データの複数の画素に対し、収束球面波を構成する入射光データを作成し対応付ける入射光設定処理、
前記入射光データ、及び、前記原画像データにおける前記複数の画素の各画素データに基づき回折処理を行いホログラムデータを作成するホログラム作成処理、を行わせるためのホログラム作成プログラム。
【請求項２】
前記入射光設定処理において、前記入射光データは、位置データ、位相データ及び振幅データの少なくともいずれかを含む請求項１記載のホログラム作成プログラム。
【請求項３】
前記ホログラム作成処理は、前記収束球面波の収束点がホログラム作成面よりも遠方となっているようホログラムデータを作成する請求項１記載のホログラム作成プログラム。
【請求項４】
前記入射光設定処理は、収束点データを作成する収束点データ作成処理、を含む請求項１記載のホログラム作成プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ホログラム作成プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ホログラフィ技術によって作製されるホログラムは三次元ディスプレイ、特殊な光学素子、大容量メモリ、セキュリティといった様々な分野で利用される極めて有用なものである。
【０００３】
ところで、ホログラムを作成する場合、一般にはいわゆるランダム位相処理を用いて計算、作成される。このランダム位相は鮮明な再生像を得ることができるといった利点を有する。ランダム位相を用いるホログラム作成処理としては、例えば下記文献１に開示されている。
【０００４】
しかしながら、上記ランダム位相を用いるホログラム作成方法によると、再生されたホログラムには不要な干渉によって生じるいわゆるスペックルノイズが発生してしまうといった課題がある。このスペックルノイズは結果として画質の低下をもたらすこととなる。
【０００５】
このスペックルノイズの軽減に対し、例えば下記文献２には、異なるノイズを含む複数枚のホログラムを計算し、これらのホログラムを高速で表示切替することでノイズの平滑化を行おうとする技術が開示されている。
【０００６】
またスペックルノイズの軽減に関し、例えば下記文献３には、既知情報を利用して反復最適化をホログラムに対して行うといった技術が開示されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Ａ．  Ｗ．  Ｌｏｈｍａｎｎ  ａｎｄ  Ｄ．  Ｐ．  Ｐａｒｉｓ，  “Ｂｉｎａｒｙ  Ｆｒａｕｎｈｏｆｅｒ  Ｈｏｌｏｇｒａｍｓ，  Ｇｅｎｅｒａｔｅｄ  ｂｙ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒ，”  Ａｐｐｌ．  Ｏｐｔ．  ６，  １７３９−１７４８  （１９６７）
【非特許文献２】Ｊｕｎ  Ａｍａｋｏ，  Ｈｉｒｏｔｓｕｎａ  Ｍｉｕｒａ，  ａｎｄ  Ｔｏｍｉｏ  Ｓｏｎｅｈａｒａ，  “Ｓｐｅｃｋｌｅ-ｎｏｉｓｅ  ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ  ｏｎ  ｋｉｎｏｆｏｒｍ  ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ  ｕｓｉｎｇ  ａ  ｐｈａｓｅ-ｏｎｌｙ  ｓｐａｔｉａｌ  ｌｉｇｈｔ  ｍｏｄｕｌａｔｏｒ，”  Ａｐｐｌ．  Ｏｐｔ．  ３４，  ３１６５-３１７１  （１９９５）
【非特許文献３】Ｔｏｍｏｙｏｓｈｉ  Ｓｈｉｍｏｂａｂａ，  Ｍｉｃｈａｌ  Ｍａｋｏｗｓｋｉ，  Ｔａｋａｓｈｉ  Ｋａｋｕｅ，  Ｍｉｎｏｒｕ  Ｏｉｋａｗａ，  Ｎａｏｈｉｓａ  Ｏｋａｄａ，  Ｙｕｔａｋａ  Ｅｎｄｏ，  Ｒｙｕｊｉ  Ｈｉｒａｙａｍａ，  ａｎｄ  Ｔｏｍｏｙｏｓｈｉ  Ｉｔｏ，  “Ｌｅｎｓｌｅｓｓ  ｚｏｏｍａｂｌｅ  ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ  ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ  ｕｓｉｎｇ  ｓｃａｌｅｄ  Ｆｒｅｓｎｅｌ  ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ，“  Ｏｐｔ．  Ｅｘｐｒｅｓｓ  ２１，  ２５２８５−２５２９０  （２０１３）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記文献２に記載の技術によると、複数枚のホログラムを計算する必要があるため、計算時間が長くなってしまうといった課題がある。また、このノイズ軽減効果はホログラムの枚数をＮ枚としたときは√Ｎ程度にしかならず、例えばノイズを１０分の１にしたい場合は１００枚のホログラムを計算し、しかもこれを高速にスイッチング表示しなければならないといった課題がある。
【０００９】
また一方で、上記文献３に記載の技術においても、結局ホログラムの計算を繰り返し行う必要があるため計算時間が長くなってしまうといった問題がある。また、必ず最適な結果が得られるわけではなく、ある繰り返し回数に達すると結果が収束しなくなってしまうといった課題も残る。
【００１０】
そこで、本発明は、上記課題に鑑み、再生されるホログラムの画質の低下を抑えつつ、より高速にホログラムを作成することのできるホログラム作成プログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題について本発明者らが鋭意検討を行っていたところ、ランダム位相ではなく、原画像に収束球面波を入射させることでこのスペックルノイズを減らし画質の低下を抑えることができる点を発見し、本発明を完成させるに至った。
【００１２】
すなわち、本発明の一観点に係るホログラム作成プログラムは、コンピュータに、原画像データの複数の画素に対し、収束球面波を構成する入射光データを作成し対応付ける入射光設定処理、入射光データ、及び、原画像データにおける複数の画素の各画素データに基づき回折処理を行いホログラムデータを作成するホログラム作成処理、を行わせる。
【発明の効果】
【００１３】
以上本発明により、再生されるホログラムの画質の低下を抑えつつ、より高速にホログラムを作成することのできるホログラム作成プログラムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施形態に係る表面収束波のイメージ図である。
【図２】実施形態に係る表面収束波の計算のイメージ図である。
【図３】実施例の結果を示す図である。
【図４】実施例の結果を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は多くの異なる形態による実施が可能であり、以下に示す実施形態、実施例の例示に限定されるものではない。
【００１６】
本実施形態に係るホログラム作成プログラム（以下「本プログラム」という。）は、コンピュータに、（Ｓ１）原画像データの複数の画素に対し、収束球面波を構成する入射光データを作成し対応付ける入射光設定処理、（Ｓ２）入射光データ、及び、原画像データにおける複数の画素の各画素データに基づき回折処理を行いホログラムデータを作成するホログラム作成処理、を行わせることを特徴とする。
【００１７】
本プログラムによって実現される処理は、コンピュータを用いて行われるものであることが好ましい。限定されるわけではないが、中央演算処理装置（ＣＰＵ）、ハードディスク、ＲＡＭ等のメモリ、これらを接続するバスと、キーボード及びマウス等の入力装置、を備えたコンピュータを用い、このコンピュータのハードディスクに本プログラムを格納し、使用者の実行指令操作に基づきメモリに読み込ませて実行することで実現可能である。
【００１８】
本実施形態における入射光設定処理Ｓ１は、原画像に対し入射させる光を設定する処理である。具体的に本入射光設定処理Ｓ１は、上記のとおり、原画像データの複数の画素に対し、収束球面波を構成する入射光データを作成し対応付ける。
【００１９】
ここで原画像データとは、ホログラムの基礎となる原画像のデータをいう。原画像は複数の画素からなり、その各画素において位置の情報、強度の情報を備えている。すなわち、原画像データは、複数の画素データを備え、更に各画素データは位置データ、強度データを含む。また、原画像データは、本プログラムの実行の際、別途ハードディスク又はメモリに格納されていることが好ましい。この場合において、原画像の位置データとしては、二次元の画像データ、具体的にはｘ軸方向のｘ座標データ及びｙ軸方向のｙ座標データであるが、場合によっては、ｚ軸方向のｚ座標データを含ませてもよい。
【００２０】
また本実施形態において入射光データは、原画像に入射される光の情報を含むデータであり、より具体的には、原画素の各画素に対して入射される光の情報を含むデータであり、画素毎に入射光データが設定される。
【００２１】
ここで入射光データは、各画素に対し、入射光が入射する方向を定める入射方向データ、並びに、その画素における位相データ及び振幅データの少なくともいずれかを備えていることが好ましい。入射光データは、入射対象となる画素データに対応付けられている。
【００２２】
また本実施形態において、原画像に入射光される光は、収束球面波を構成している。収束球面波は、特定の一点（収束点）に四方八方から入射されて収束する光であって、収束点から等距離における位相、振幅が同じになっている光である。収束球面波とすることで、不必要な干渉を抑えるとともに光を特定の範囲に収束させ、効率的なホログラム作成を可能とする。この場合におけるイメージ図を図１に示しておく。本図では、記録したい物体（サイズＳｘ０）とホログラム（ＣＧＨ、サイズＳｘｈ）の距離をｚ２、収束光の商店位置をｆ＝ｚ１＋Ｚ２とした例を示している。またここでホログラムは収束光の円錐にぴったり収まる位置に配置するようにする。ｚ２はホログラムからの再生像の再生距離であるため、自由に設定することができる。幾何学的な位置からＳｘ０：Ｓｘｈ＝ｚ２：ｆの関係を満たすｆを求め、収束球面波の計算に反映させる。
【００２３】
また本実施形態において、入射光データの作成については、上記のとおり収束球面波となっている限りにおいて限定されるわけではないが、まずは原画像に対し特定の距離だけ離れた収束点を設定し、その収束点から放射状に広がる収束球面波の進行方向（軸）を想定し、原画像を貫く光のみを入射光として設定することが好ましい。より具体的には、原画像データを読み込み、この原画像データの特定の位置から所定距離法線方向に離した点を収束点データとして設定し、収束点データと原画像データにおける画素データとの距離、進行方向（傾き）を算出し、その距離に基づき位相データ、振幅データを設定することが好ましい。この場合のイメージ図を図２に示しておく。
【００２４】
次に、本プログラムでは、（Ｓ２）入射光データ、及び、原画像データにおける複数の画素の各画素データに基づき回折処理を行いホログラムデータを作成するホログラム作成処理、を行わせる。
【００２５】
本実施形態において、回折処理は特に限定されず公知の処理方法を用いることができ、例えばフレネル回折処理を用いることは好ましい一例である。回折処理を行うことで、強度データを含む原画像データから位相データ及び振幅データの少なくともいずれかを含むホログラムデータに変換することができる。
【００２６】
また本実施形態において、ホログラムデータが含むデータが振幅データである場合、そのままの振幅データを採用することができ便利であるが、ホログラムデータの含むデータが位相データである場合、更に誤差拡散処理を施すことが好ましい。
【００２７】
本実施形態の回折処理により作成されるホログラムデータは、上記のとおり、位相データ及び振幅データを保有するものであるとともに、ホログラム作成面における位置データを含む。すなわち、ホログラム作成面を構成する複数の画素に対応する複数の位置データと、その位置データに対応する位相データ及び振幅データの少なくともいずれかを備えていることになる。
【００２８】
また本実施形態において、ホログラム作成処理は、収束球面波の収束点がホログラム作成面とずれた位置にある、好ましくはホログラム作成面よりも遠方となっているよう設定することが好ましい。収束点近傍にホログラムが存在する場合、ホログラム上の光強度のダイナミックレンジが非常に大きくなってしまい通常の表示素子では上手くホログラムを表示できないため、上記の構成とすることで上記課題を解決することができる。経験的に本実施形態に係るホログラムのダイナミックレンジは、収束点近傍にホログラムが存在する場合に比べて１／１００程度となる。
【００２９】
以上、本実施形態により、再生されるホログラムの画質の低下を抑えつつ、より高速にホログラムを作成することのできるホログラム作成プログラムを提供することができる。より具体的に説明すると、本実施形態では、ランダム位相の代わりに収束球面波を用いて回折計算を行うことで、多数枚ホログラムを作成する必要はなく、スペックルノイズの発生を抑えたホログラムを作成することができる。
【実施例】
【００３０】
ここで、上記実施形態に係るプログラムを実際に作成し、ホログラムデータをシミュレーションによって作成することによってその効果を確認した。以下具体的に説明する。
【００３１】
まず、図２（ａ）に示す原画像データを準備し、この原画像データから所定位置離した点を収束点として設け、その収束点から収束球面波を伝搬させ、原画像データの各画素データにおいて入射光データを設定した。
【００３２】
次に、収束点と原画像の中間点において、ホログラム作成面を設定し、フレネル回折処理（例えば文献“Ｊ．Ｗ．Ｇｏｏｄｍａｎ，  "Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｔｏ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  ｏｐｔｉｃｓ  （３ｒｄ  ｅｄｉｔｉｏｎ）"  ＭｃＧｒａｗ−ｈｉｌｌ  Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ（２００５）”参照）を行い、当該ホログラム作成面の各位置における振幅データ及び振幅データを求めることで、ホログラムデータを作成した。この結果を図中（ｂ）に示しておく。
【００３３】
なお、今回の手法の比較として、図中（ｃ）にはランダム位相を用いず単に平面波を用いて回折計算を行った結果を、図中（ｄ）にはランダム位相を用いて回折計算を行った結果をそれぞれ示しておく。
【００３４】
今回の結果によると、図中（ｃ）では一部しか再現できていないことが確認でき、図中（ｄ）では全体が再生できているもののスペックルノイズが発生してしまっていることがわかる一方、（ｄ）では原画像と比較してほぼ完全に再生できていることが確認できた。
【００３５】
次に、上記シミュレーションを受け、実際にホログラムを作成し、再生像を確認した。図３にこの結果示しておく。なお図中（ａ）は、ランダム位相を用いて回折計算を行った結果のホログラムによる再生像を、図中（ｂ）は、今回の収束球面波を用いて回折計算を行った結果作成されたホログラムによる再生像をそれぞれ示しておく。この再生像は、計算したホログラムを表示する液晶表示素子に、レーザー（５３２ｎｍ、緑色）の再生光をレンズを介して照射し、所定距離だけ離したスクリーン上に表示させたものである。
【００３６】
この結果、ランダム位相を用いた方法ではスペックルノイズが多い一方、収束球面波を用いた本方法によるとこのスペックルノイズが大幅に減少していることが確認できた。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明は、ホログラム及びホログラム作成プログラムとして産業上利用可能性がある。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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