白色 LED を用いたホログラムを用いたホログラムのホログラムの光空間伝送と光空間伝送と立体像再生
Transmission of hologram data and 3D image reconstruction using
white LED light佐藤甲癸
佐藤甲癸
早稲田大学招聘
早稲田大学招聘研究員
招聘研究員
satok@elec.shonansatok@elec.shonan-it.ac.jp

１．はじめに
本研究では図１に示すように白色 LED を用いて携帯端末にホログラムデータを伝送するとともに携帯端末に表示されたホログラムに照明光を適当な角度で照射して立体像を再生するシステムを実現する(1-2)。

われ、計算機を用いてリアルタイムで再生像を出力する事も可能である。図 2 に示した CGH 作成方法に基ついて、ここで 3 次元ピラミッドのパターンモデルを構成点数からみると、少ない点数で構成したピラミッドパターンの再生像が暗くて、鮮明ではない。点数を増やして、作ったピラミッドパターンの再生像がどんどん明るく鮮明になる。
構成した 3 次元パターンの再生像から見ると、ピラミッドの CGH は 700 点前後で構成した 3 次元パ照明器

ターンが一番きれいで、再生像も鮮明である。し立体動画像伝送

かし、構成した 3 次元ピラミッドの点数が増やしすぎると、モデルの頂点の CGH パターンが崩れた。
これは一つのエリアでモデルを構成した点数が多すぎると、CGH 用ソフトの計算能力を超えて、サーバ

CGH パターンが崩れたと考えられる。よって本研
究では、700 点前後で構成した 3 次元ピラミッドの CGH データを用いて、これからの伝送実験を検討する。

図１照明光によるホログラム伝送と再生

２．3
２．3 次元 CGH パターンホログラムにはレンズや鏡、乾板などを用いて光ｙI(x,y)
x

学的な手法で作成される方法の他に、波面の振る舞z★

いをすべて計算式に置き換えて計算機上で作られ物 体面るホログラムが存在する。これは CGH と呼ばれレ参照 光 ω r
ホロ グラム 面ーザ光を使って記録するホログラムにはない特徴を備えている。最も大きな特徴は、記録のための物体が存在しなくてよい事であり、これは任意の波面を再生できる事を意味している。また乾板に代わるものとして、液晶等の電気的な光変調デバイスが使

図 2、CGH 作成モデル

３．高速伝送および像再生高速伝送および像再生システム
および像再生システム

ω r = Bejkx sin θ r

An jkren rn

ωo = ∑

DRIVER

ComputeｒComputeｒMonitor

白色光
AMP

rn =

(x − a n )2 + ( y − b n )2 + z n 2

LED

APD
(1280×720)

Computer

ビデオコンバータA
I ( x , y ) = B ∑ n cos(krn − kx sin θ )
n rn

LCD

レーザ
ホログラム再生像の表示部

そこで ωr は参照光の波面、 ωo は物体光の波面であり I（x,y）は物体光と参照光との干渉縞すなわちホ図5NTSC 伝送方式で CGH パターン送受信システ

ムログラムを表している。また距離ｒは物体点からホログラム面までの距離を示している。
ＬＣＤ Panel

図 3 は 700 点で構成した 3 次元ピラミッドの入力データおよび CGH データ。図 4 は図 3 のホログラ

White LED

Filtercollimator

ムに照明光を用いて異なった視点から見た時に得られた再生像である。
Drive Board

Computer

図 6 ホログラム像再生光学系

コンピュータに搭載したビデオカードを使って、ビデオ信号を出力させ、可視光空間伝送システムを用いて、ビデオ信号を空間伝送し、伝送したビデオ信号をビデオコンバータに入力して、コンピュータの図 3 入力パターンとホログラムパターンモニタまたは液晶投影装置に入力する。
図 5 に作成した NTSC 伝送方式による CGH パター
ン送受信システムを示す。LED 発光回路を改良した。
新たな高輝度の LED（NSPW500GS-K1）と GBWが広い OP アンプ（AD844AN）を用いている。また
図 6 に液晶表示素子を用いたホログラム像再生光学系を示す。白色 LED 光伝送システムの周波数特性を
図 7 に示す。図 7 に示すように周波数帯域は4MHz(－3dB)まで広がっている。自作の M 系列発信

図 4 異なった視点での再器(９段)を用いて、光伝送システムの伝送速度を測定した。また図 8 に光空間伝送前後の信号のアイパターンを示す。そこで下段は LED の入力波形、上段はAPD の出力パターンを示す得られたアイパターンか4．ホログラム伝送および立体像再生
図 5 に示したシステムを用いて、701 点のピラ
ミッドの CGH パターンを伝送した。701 点のピら伝送速度は２Mbps であることが分かった。また、伝送距離も凸レンズを使わない場合は 37cm になり、凸レンズを使う場合は 3m 以上に離れることができ

ラミッドの CGH パターン伝送前後画像は図 8 に示した。
また伝送後の 701 点のピラミッドの CGHパターンからの視点を変化させた時の再生像は図た。

9 に示す。、図 8 に示すように伝送前の CGH パターンと比べると伝送後 CGH パターンの一部が不鮮明でそのため図 9 に示すように再生像が一部不1000

鮮明でぼやけているところがあった。の出力 （ mV））
APDの出力700－3dB
500ch2300200180Hz

4MHz1000.1

1101001000

10000

周 波 数 （ KHz）

図 7 伝送システムの周波数特性

図 8 伝送前後の CGH パターン

図 9 伝送後の視点を変えた時の再生像

５．検討
本研究では、LED（NSPW500GS-K1）を実装した発光回路と受光センサ APD モジュールを用いて、構
図 7 光伝送システムの波形伝送特性

築した光空間伝送システムは 4MHz までの周波数帯域があり、伝送速度は２Mbps であることがわかった。これは可視光空間伝送システムの低周波数帯域が完全でなく、また位相特性が良くないためと考本研究で試作した光空間伝送システムを用いて、えられる。また、ビデオコンバータによるＰＣ画像
NTSC 方式でビデオ信号の伝送実験を行った。伝送伝送方式では、ある程度完全な CGH パターン伝送

後の画像が伝送前の画像よりすこし劣化しているが、ができた、伝送後の CGH パターンの再生像を撮影

伝送後の画像が伝送前の画像よりすこし劣化していすることができた。しかし、伝送前の CGH パターるが、ビデオ映像がきれいに伝送できた。
ンの再生像と比べると、再生像が不鮮明で、ぼやけているところがあった。これは、ビデオコンバータ出力信号の周波数帯域は規格上 10MHz であるが、可視光空間伝送システムの周波数帯域は約 4MHzしかないので、これが CGH パターン画像劣化の一番の原因だと考えられる。また、CGH データをビデオコンバータによるＰＣ画像伝送方式で伝送するには、D/A、A/D 変換する必要があるので、これが画像劣化の他の要因だと考えられる。
6．今後の課題
CGH パターンをディジタル伝送方式で伝送するためのコンピュータインタフェース（プロットコル）とディジタル通信専用ソフトウェアを開発する、多値変調による伝送帯域圧縮、ホログラムデータの最適な符号化法、LCD の非線形補正(カラー化対応）などについて検討する。

参考文献(1) 佐藤甲癸,藍天,高野邦彦,瀧本幸男“白色 LED を用いた計算機合成ホログラムの光空間伝送に関する検討”
画像電子学会 37 回年次大会,R1-3,2009 年 6 月(2) 戸塚真隆,佐藤甲癸,大木眞琴,高野邦彦,瀧本幸男,松本充司“白色 LED を用いたホログラムの光空間伝および立体像再生の特性改善”N.13,pp29-30,WTP2012