JP2002091272A - Computer hologram and method for producing the same - Google Patents
Computer hologram and method for producing the sameInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】ホログラフィック・ステレオグラム（ＨＳ）の
手法を採り入れた計算機ホログラム（ＣＧＨ）により、
立体的な表示パターンを作製する際に、フレネル回折に
よる像のボケを解消し、広い奥行き感を伴って再生表示
する。
【解決手段】ホログラム面に対して前後に奥行き感を伴
って視覚される再生像が、各再生像が存在するかのよう
に認識される物体空間内に、結像された視差を持つ平面
の少なくとも一部が含まれるようにする。
(57) [Summary] [Problem] By using a computer generated hologram (CGH) employing a holographic stereogram (HS) technique,
When producing a three-dimensional display pattern, blurring of an image due to Fresnel diffraction is eliminated, and reproduction display is performed with a wide sense of depth. A reconstructed image that is visually perceived with a sense of depth before and after a hologram surface is formed in an object space that is recognized as if each reconstructed image exists. At least a part should be included.
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、表示される物体上
の各点からの光の波面の情報を、干渉縞の形態で基板上
に形成して得られる計算機ホログラムに関する。特に、
視差を持つ複数枚の原画それぞれから、計算機により干
渉パターンを演算し、その干渉パターンを所定媒体に記
録して、立体的な表示パターンを記録してなる計算機ホ
ログラムに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a computer generated hologram obtained by forming information on a wavefront of light from each point on an object to be displayed on a substrate in the form of interference fringes. In particular,
The present invention relates to a computer generated hologram in which an interference pattern is calculated by a computer from each of a plurality of original images having parallax, the interference pattern is recorded on a predetermined medium, and a three-dimensional display pattern is recorded.
【０００２】[0002]
【従来の技術】現在、一般に普及しているホログラム
は、実在する３次元物体、あるいは前記物体を多方向か
ら撮影して得られる視差を持つ複数枚の原画（２次元画
像）から光学的な手法により物体光を得、感光材料上で
（物体光とは別な）参照光と干渉させて、ホログラムと
して撮影記録することで、原版が作製されている。2. Description of the Related Art At present, generally used holograms are obtained by an optical method from a real three-dimensional object or a plurality of original images (two-dimensional images) having parallax obtained by photographing the object from multiple directions. Thus, an original plate is produced by capturing object light on a photosensitive material, interfering with reference light (different from the object light) on a photosensitive material, and recording and recording a hologram.
【０００３】撮影記録される被写体が、視差を持つ複数
枚の原画（２次元画像）であって、立体（３次元）的な
表示パターンを得る方式によるホログラムは、ホログラ
フィック・ステレオグラム（ＨＳ）と呼ばれている。A hologram in which a subject to be photographed and recorded is a plurality of original images (two-dimensional images) having parallax and a three-dimensional (three-dimensional) display pattern is obtained is a holographic stereogram (HS). is called.
【０００４】近年、物体光と参照光とを感光材料上で実
際に露光干渉させ、その干渉縞をホログラフィックに記
録する光学的な手法に代わり、最終的に得られる干渉縞
を、コンピュータ上でシミュレーションすることにより
得、その干渉縞を感光材料に記録（描画）する方式の
「計算機ホログラム」という手法が考案され、実用化さ
れている。In recent years, instead of an optical method of actually causing exposure light to interfere with object light and reference light on a photosensitive material and recording the interference fringes holographically, interference fringes finally obtained are stored on a computer. A method called “computer hologram”, which is obtained by simulation and records (draws) the interference fringes on a photosensitive material, has been devised and put to practical use.
【０００５】計算機ホログラム（ＣＧＨ；Computer Gen
erated Hologram ）は、計算機を用いて、記録する物体
上の各点からの光の複素振幅分布を元に、コヒーレント
な参照光を加えて干渉縞を計算するなどして、得られた
計算結果に基づき、適切に光を回折する機能を有するよ
うに、干渉縞を基板（感光材料）上に形成して得られ
る。[0005] Computer hologram (CGH; Computer Gen)
erated Hologram) is based on the complex amplitude distribution of light from each point on the object to be recorded, using a computer, adds a coherent reference beam, calculates interference fringes, etc. It is obtained by forming interference fringes on a substrate (photosensitive material) so as to have a function of diffracting light appropriately.
【０００６】計算機ホログラム（以下、ＣＧＨと称す
る）の基板上への形成方法としては、電子ビーム描画装
置などの高解像度な描画能力を持つ装置で干渉縞を直接
描画する方法や、低解像度な画像出力装置を用いて出力
した干渉縞の画像を光学的に縮小記録する方法などが知
られている。As a method of forming a computer generated hologram (hereinafter, referred to as CGH) on a substrate, a method of directly drawing interference fringes with a device having a high resolution drawing capability such as an electron beam drawing device, a method of forming a low resolution image, and the like. There is known a method of optically reducing and recording an image of interference fringes output using an output device.
【０００７】ここで、干渉縞は２次元パターンとして計
算され、基板上に形成される。干渉縞は、形成方法によ
り、基板上での濃度分布（透過率もしくは反射率の分
布）、あるいは位相変調量分布（表面上の微小な凹凸の
分布や屈折率の分布など）、もしくはこれらの複合した
形態となる。Here, the interference fringes are calculated as a two-dimensional pattern and formed on a substrate. Depending on the forming method, the interference fringes may be formed on a substrate with a density distribution (a transmittance or a reflectance distribution), a phase modulation amount distribution (a fine unevenness distribution or a refractive index distribution on a surface, etc.), or a composite of these. It becomes the form which did.
【０００８】このようなＣＧＨに、予め決められた光が
入射すると、上述の濃度分布や位相変調量分布が光を回
折し、１次回折光により記録した像が再生される。この
１次回折光が観察者の眼に入射すると、記録された像が
立体像などとして観察できる。When predetermined light enters such a CGH, the above-mentioned density distribution and phase modulation amount distribution diffract the light, and an image recorded by the first-order diffracted light is reproduced. When this first-order diffracted light enters the eyes of the observer, the recorded image can be observed as a stereoscopic image or the like.
【０００９】実在しない３次元物体を表現する手法とし
て、ＣＧ（コンピュータ・グラフィクス）による画像も
実用化されているが、３Ｄ−ＣＧでは、視差情報のみを
表現する場合が多い。立体像の表示を目的とするＣＧＨ
においては、計算量の低減などを目的として、水平方向
にのみ視差を持つようにすることが多い。As a method of expressing a non-existent three-dimensional object, an image based on CG (computer graphics) has been put into practical use. However, in 3D-CG, only parallax information is often expressed. CGH for displaying stereoscopic images
In many cases, parallax is provided only in the horizontal direction in order to reduce the amount of calculation.
【００１０】立体像の表示を目的とするＣＧＨにおい
て、ホログラフィック・ステレオグラム（以下、ＨＳと
称する）の手法を採り入れる提案が、特開平６−１９５
０１７号，特開平６−１９５０１８号にて報告されてい
る。Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 6-195 proposes a holographic stereogram (hereinafter, referred to as HS) technique in a CGH for displaying a stereoscopic image.
017 and JP-A-6-195018.
【００１１】[0011]
【発明が解決しようとする課題】視差情報のみによるＣ
ＧＨでは、表現する３次元物体の「奥行き感」について
の表現が、これまでは不充分であった。上記ＣＧＨで
は、光の強度と方向の情報のみが記録され、光の位相情
報は記録されていない。それに起因して、フレネル回折
による像のボケが生じ、広い奥行き感を持った像の再生
は困難となっていた。SUMMARY OF THE INVENTION C based on only parallax information
In the GH, the expression about the "feeling of depth" of a three-dimensional object to be expressed has been insufficient until now. In the CGH, only information on the intensity and direction of light is recorded, and phase information on light is not recorded. As a result, an image is blurred due to Fresnel diffraction, and it has been difficult to reproduce an image having a wide sense of depth.
【００１２】フレネル回折とはフラウンホーファー回折
の対語であり、後者が、入射波も回折波も平面波とみな
せる場合の光の回折であり、回折物体（ホログラム）と
回折像の複素振幅分布はフーリエ変換の関係で結ばれて
おり、光源と観測点が共役（物体と像の関係）にあれ
ば、同じ回折像ができる。Fresnel diffraction is the opposite of Fraunhofer diffraction. The latter is the diffraction of light when both incident and diffracted waves can be regarded as plane waves. The complex amplitude distribution of the diffracted object (hologram) and the diffraction image is Fourier-transformed. When the light source and the observation point are conjugate (the relationship between the object and the image), the same diffraction image can be obtained.
【００１３】ＨＳの手法を採り入れたＣＧＨの場合、図
４に示すように、再生時の視差原画像の結像位置が、ホ
ログラム面と一致している場合が多く、ホログラム面か
ら再生像が離れた表示を試みるほど、像にボケが生じる
原因となっていた。In the case of a CGH employing the HS method, as shown in FIG. 4, the image formation position of the original parallax image during reproduction often coincides with the hologram surface, and the reproduced image is separated from the hologram surface. The more the display was attempted, the more blurred the image was.
【００１４】本発明は、ＨＳの手法を採り入れたＣＧＨ
により、立体（３次元）的な表示パターンを作製する際
に、フレネル回折による像のボケを解消し、広い奥行き
感を伴って再生表示することを目的とする。[0014] The present invention provides a CGH incorporating the HS technique.
Accordingly, when a three-dimensional (3D) display pattern is produced, it is possible to eliminate blurring of an image due to Fresnel diffraction and to reproduce and display the image with a wide sense of depth.
【００１５】[0015]
【課題を解決するための手段】本発明は、上記問題点を
解決するためになされたものであり、ＨＳの手法を採り
入れたＣＧＨにおいて、ホログラム再生時に視差原画像
の再生像の結像位置をホログラム面とは異なる位置であ
り、かつ前記ＣＧＨが表示する表示像の存在する範囲内
に位置させることで、ホログラム面から離れた位置の再
生像でもボケを少なく再生することが可能になる。さら
に、再生像の奥行き方向の表示範囲が広い場合でも、複
数の視差原画の再生位置を設定し、かつそれぞれの像位
置に近い位置に視差原画像の再生位置を配置すること
で、広い奥行き範囲でボケを低減することが可能にな
る。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems. In a CGH adopting the HS method, an image forming position of a reproduced image of a parallax original image is reproduced at the time of hologram reproduction. By locating it at a position different from the hologram surface and within the range where the display image displayed by the CGH exists, even a reproduced image at a position distant from the hologram surface can be reproduced with less blur. Furthermore, even when the display range in the depth direction of the reproduced image is wide, the reproduction position of the plurality of original parallax images is set, and the reproduction position of the original parallax image is arranged at a position close to each image position. Thus, blurring can be reduced.
【００１６】＜作用＞ＨＳの記録および再生のプロセス
は、原画作成→要素ホログラムの露光→ホログラム面か
ら像面までの回折のステップに分けて考えられる。ＨＳ
の要素ホログラムに記録される画像は、ＣＧの手法で計
算され、記録する要素ホログラムの中心を投影中心とし
て物体を視差画像面に対応する面に投影する。ここで、
多数の点光源からなる物体ｇ（ｘ，ｙ，ｚ）を記録する
場合を想定する。この時、ホログラム面上の点（ｘi ，
ｙi ）に要素ホログラムとして露光する画像Ｉ（ξj ，
ηj ）は、次のように示すことができる。<Operation> The process of recording and reproducing the HS can be considered in the following steps: creation of an original image → exposure of an element hologram → diffraction from the hologram surface to the image surface. HS
The image recorded on the element hologram is calculated by the CG method, and the object is projected on a plane corresponding to the parallax image plane with the center of the element hologram to be recorded as the projection center. here,
It is assumed that an object g (x, y, z) composed of many point light sources is recorded. At this time, a point (xi,
yi) to be exposed as an element hologram I (Ｉj,
ηj) can be expressed as follows.
【００１７】[0017]
【数１】 (Equation 1)
【００１８】ここで、ｆは合成に用いるレンズの焦点距
離であり、ホログラムはｚ＝０の位置にｚ軸に垂直に置
かれているものとする。要素ホログラムは、図５に示す
ようなフーリエ変換光学系により作製されると考える。
記録されるホログラムは、フーリエ変換型であり、ホロ
グラム面上の複素振幅分布ｐｊ（ｕｊ，ｖｊ）は、上式
を光学的フーリエ変換することによって得られる。Here, f is the focal length of the lens used for the synthesis, and it is assumed that the hologram is placed at the position of z = 0 and perpendicular to the z-axis. It is assumed that the element hologram is produced by a Fourier transform optical system as shown in FIG.
The recorded hologram is of the Fourier transform type, and the complex amplitude distribution pj (uj, vj) on the hologram surface is obtained by performing an optical Fourier transform on the above equation.
【００１９】[0019]
【数２】 (Equation 2)
【００２０】ここで、ｕｊ＝ｘｈ−ｘｊ，ｖｊ＝ｙｈ−
ｙｊであり、（ｘｈ，ｙｈ）はホログラム面の絶対座
標、λは記録するレーザーの波長、ｄは図５に示す視差
画像面からレンズまでの距離である。Where uj = xh-xj, vj = yh-
yj, (xh, yh) are the absolute coordinates of the hologram surface, λ is the wavelength of the laser to be recorded, and d is the distance from the parallax image surface shown in FIG. 5 to the lens.
【００２１】次に、このホログラムを再生すると考え
る。このホログラムによる再生像ｑ（ｘ，ｙ，ｚ）は、
フレネル積分によって求められる。Next, it is assumed that this hologram is reproduced. The reproduced image q (x, y, z) by this hologram is
It is determined by Fresnel integral.
【００２２】[0022]
【数３】 (Equation 3)
【００２３】物体として、ｚ＝ｚ0 にある２次元画像ｇ
z0（ｘ，ｙ）について考えると、再生光の複素振幅分布
はｚ＝ｚ0 の面で、As an object, a two-dimensional image g at z = z 0
z0 (x, y) Considering the complex amplitude distribution of the reproduction light in terms of z = z 0,
【００２４】[0024]
【数４】 (Equation 4)
【００２５】ここで、ｔは下式で表される。Here, t is expressed by the following equation.
【００２６】[0026]
【数５】 (Equation 5)
【００２７】ホログラムが十分に大きく、要素ホログラ
ムの間隔がそれに比べて十分に小さい場合、式（４）の
後半の位相項の影響は小さい。このとき、ＨＳからの再
生像は、元の２次元物体のフレネル積分の形となってお
り、再生像は、元の物体が距離ｔだけフレネル回折した
パターンと等価になり、ｔが大きいとこの回折の影響に
よって像の劣化が生じる。この等価的なフレネル回折の
距離ｔは、式（５）からもわかるように、物体とホログ
ラム面との距離ｚ0 に依存する。When the hologram is sufficiently large and the interval between the element holograms is sufficiently small, the influence of the second-half phase term in the equation (4) is small. At this time, the reproduced image from the HS is in the form of the Fresnel integral of the original two-dimensional object, and the reproduced image is equivalent to a pattern in which the original object is Fresnel diffracted by the distance t. The image is degraded by the influence of diffraction. This equivalent Fresnel diffraction distance t depends on the distance z 0 between the object and the hologram surface, as can be seen from equation (5).
【００２８】フレネル回折の影響が０となるｔ＝０は、
ｄ≠ｆのときホログラム面と視差を持つ平面像の結像位
置に再生される像の場合であり、ｄ＝ｆのときは、ホロ
グラム面上に再生される像の場合である。T = 0 at which the effect of Fresnel diffraction becomes 0 is
When d ≠ f, this is the case of an image reproduced at the imaging position of a plane image having parallax with the hologram surface, and when d = f, it is the case of an image reproduced on the hologram surface.
【００２９】一般的な計算機ホログラムによるステレオ
グラムでは、式（２）の前半部分を省略するために、ｄ
＝ｆの場合を用いるため、ボケはホログラム面から離れ
るほど増えていた。ｄ≠ｆの場合、視差原画の結像位置
が有限位置であることを示し、その結像位置では、ｔ＝
０となることがわかる。In a stereogram based on a general computer generated hologram, d is omitted in order to omit the first half of equation (2).
= F, the blur increases as the distance from the hologram surface increases. If d ≠ f, it indicates that the imaging position of the parallax original image is a finite position, and at that imaging position, t =
It turns out that it becomes 0.
【００３０】本発明では、図１に示すように、視差原画
の結像位置が有限位置であり、その位置を再生像の存在
する範囲内に存在させている。視差原画の結像位置近辺
に表示像が存在するため、そのフレネル回折の影響を小
さくすることが可能になり、より高精細な立体像の再生
が可能になる（請求項１，３）。In the present invention, as shown in FIG. 1, the image forming position of the original parallax image is a finite position, and the position is located within the range where the reproduced image exists. Since the display image exists near the image forming position of the parallax original image, the influence of the Fresnel diffraction can be reduced, and a higher-definition stereoscopic image can be reproduced (claims 1 and 3).
【００３１】図３は、ｆ＝50ｍｍで、ｄ＝0 ，50，100
ｍｍの場合の、ｚとｔの絶対値との関係を表したグラフ
である。通常のＨＳでは、経験上全般に渡って、ボケの
少ないｄ＝ｆの関係を用いているが、ホログラム面から
離れるほど、ボケ量が大きくなっていることがわかる。
例えば、表示する物体が、ｚ＝50ｍｍの位置近傍に存在
する場合、ｄ＝100 ｍｍとすれば、フレネル回折による
ボケ量をほぼ０とすることが可能になる。FIG. 3 shows that f = 50 mm and d = 0, 50, 100
7 is a graph showing the relationship between z and the absolute value of t in the case of mm. In general HS, experience shows that the relationship of d = f with less blur is generally used, but it can be seen that the blur amount increases as the distance from the hologram surface increases.
For example, when an object to be displayed exists near the position of z = 50 mm, if d = 100 mm, the blur amount due to Fresnel diffraction can be reduced to almost zero.
【００３２】また、表示物体位置が、視差原画の結像位
置より、奥行き方向に±（ｆ＊ｆ／（ｄ−ｆ））の範囲
であれば、ホログラム面に視差原画の結像面が存在する
よりも、ボケが小さいことがわかる。If the display object position is within a range of ± (f * f / (df)) in the depth direction from the imaging position of the original parallax image, the image plane of the original parallax image exists on the hologram surface. It can be seen that the blur is smaller than that of performing.
【００３３】また、立体像をデザインする場合、その遠
近感を強調するため、主な被写体より奥に背景を配置し
たり、主な被写体背景と前景を配置する例が多い。この
場合、主な被写体の存在する範囲に視差原画の結像位置
を配置すれば、主な被写体のボケを防ぐことが可能にな
る。しかしながら、背景や前景は視差原画の結像位置か
ら離れるため、ボケがフレネル回折が原因のボケが生じ
ることになる。When designing a three-dimensional image, in many cases, a background is arranged behind a main subject, or a main subject background and a foreground are arranged in order to emphasize the perspective. In this case, if the imaging position of the original parallax image is arranged in the range where the main subject exists, it becomes possible to prevent the main subject from being blurred. However, since the background and the foreground are far from the image forming position of the original parallax image, blurring occurs due to Fresnel diffraction.
【００３４】そこで、本発明では、図２に示すように、
視差原画の結像位置を、表示物体の位置に合わせて複数
存在させ、それぞれの表示物体位置の近傍に物体に対応
する視差原画を結像することを考案した（請求項２，
４）。つまり、主な被写体と背景を持つ場合、主な被写
体近傍と背景近傍の２箇所にそれぞれの物体に対応する
視差原画を結像するように配置すればよい。Therefore, in the present invention, as shown in FIG.
It has been devised that a plurality of image forming positions of the parallax original image exist in accordance with the position of the display object, and a parallax original image corresponding to the object is formed in the vicinity of each display object position.
4). In other words, when a main subject and a background are provided, they may be arranged so as to form a parallax original image corresponding to each object at two places near the main subject and near the background.
【００３５】同様に、複数の離れた位置の物体を表示す
る場合、それぞれの物体の近傍に、各物体に対応する視
差原画の結像位置を配置すれば良いわけであり、前景や
背景のボケを低減することも可能になる。Similarly, when displaying a plurality of objects at distant positions, the image forming position of the original parallax image corresponding to each object may be arranged near each object. Can also be reduced.
【００３６】このように、複数の視差原画の結像位置を
設定することは、通常のレーザー光による撮影によるホ
ログラムの作製方法では、視差原画の結像位置が変わる
度に多重に撮影する必要があり、コントラストが低下し
てしまう可能性があった。As described above, setting the image forming positions of a plurality of parallax original images requires the hologram production method using normal laser light to perform multiple image capturing every time the image forming positions of the parallax original images change. There was a possibility that the contrast was reduced.
【００３７】本発明では、視差原画の位置毎の干渉縞パ
ターンの重ね合わせは、計算機内で行われるため、像の
画質の劣化はほとんど生じない。In the present invention, the superposition of the interference fringe pattern for each position of the parallax original image is performed in the computer, so that the image quality of the image hardly deteriorates.
【００３８】観察者の感じる立体的な情報のほとんど
は、視差情報から得られ、位相が持つ情報は、ボケの量
として生じるため、視差原画の奥行き毎の枚数は、それ
ほど多くする必要はなく、一般には、主なる被写体と背
景と近景の３種類、多くとも５種類ぐらいあれば十分で
ある。この奥行きの種類の少なさがステレオグラムでな
い一般のホログラムと比較して計算機ホログラムの計算
量を少なくすることを可能にしている。Most of the stereoscopic information perceived by the observer is obtained from the parallax information, and the information of the phase is generated as the amount of blur. Therefore, the number of the original parallax images for each depth does not need to be so large. In general, it is sufficient if there are three types of main subject, background and foreground, and at most five types. The small number of types of depth makes it possible to reduce the calculation amount of the computer generated hologram as compared with a general hologram that is not a stereogram.
【００３９】[0039]
【発明の実施の形態】以下、本発明の計算機ホログラム
の実施例について説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of a computer generated hologram according to the present invention will be described below.
【００４０】まず、被写体の視差原画を作製する。視差
原画としては、ＣＧなどを用いても良いし、実際の被写
体をカメラ位置を移動したり、被写体を回転したりして
撮影しても良い。First, an original parallax image of a subject is prepared. As the parallax original image, CG or the like may be used, or an actual subject may be photographed by moving the camera position or rotating the subject.
【００４１】次に、被写体の視差原画を奥行き毎に分解
する。一般に、立体的な被写体は、主な物体と背景の２
つに分解されたり、主な物体と前景，背景の３つに分解
されたりする。このようにして、奥行きの異なる複数の
視差原画を作製する。Next, the original parallax image of the subject is decomposed for each depth. Generally, a three-dimensional subject is composed of a main object and a background.
Or the main object and the foreground and background. In this way, a plurality of original parallax images having different depths are produced.
【００４２】次に、ＨＳの要素ホログラムに記録される
画像を、各奥行きの視差原画毎に、ＣＧの手法で計算す
る。これは、記録する要素ホログラムの中心を投影中心
として物体を視差画像面に対応する面に投影することに
よって得られる（式１による）。Next, the image recorded on the HS element hologram is calculated by the CG method for each parallax original image of each depth. This is obtained by projecting the object on a plane corresponding to the parallax image plane with the center of the element hologram to be recorded as the projection center (according to Equation 1).
【００４３】上記で得られた奥行き毎の要素ホログラム
に記録する画像をフーリエ変換することにより得られる
複素振幅の和をとることで、要素ホログラムに記録する
物体光の複素振幅を計算することが出来る（下式６）。
この計算は、高速化の可能なフーリエ変換演算の結果同
士の和であることから、通常の計算機ホログラムの演算
と比較にしてはるかに高速に計算することが可能にな
る。この複素振幅分布参照光の波面との干渉パターンを
計算することで、ホログラム面上のパターンを得ること
が可能になる。By taking the sum of the complex amplitudes obtained by Fourier transforming the image recorded on the element hologram for each depth obtained above, the complex amplitude of the object light recorded on the element hologram can be calculated. (Formula 6 below).
Since this calculation is the sum of the results of the Fourier transform operation that can be speeded up, the calculation can be performed at a much higher speed as compared with the operation of a normal computer generated hologram. By calculating an interference pattern with the wavefront of the complex amplitude distribution reference light, a pattern on the hologram surface can be obtained.
【００４４】[0044]
【数６】 (Equation 6)
【００４５】このような、計算を全ての要素ホログラム
位置で行うことで、計算機ホログラムのパターンの計算
が行われる。上記の説明では、水平，上下の２方向の視
差を表示する例について示したが、水平方向の視差のみ
に限定して、計算量を減らしても良い。また、水平方向
のみの視差にした場合、レインボウホログラム化するこ
とによって白色再生を可能にすることもできる。By performing such a calculation at all the element hologram positions, the pattern of the computer generated hologram is calculated. In the above description, an example of displaying parallax in two directions, horizontal and vertical, has been described. However, the amount of calculation may be reduced by limiting only to parallax in the horizontal direction. In the case of parallax only in the horizontal direction, white reproduction can be made possible by forming a rainbow hologram.
【００４６】また、上記の説明では、視差画像の結像面
は平面であったが、カメラを固定し、被写体を回転して
撮影した視差原画を用いる場合には、球面や円柱状の面
を切り取ったような形状の方が適している。In the above description, the image plane of the parallax image is a plane. However, when a parallax original image obtained by rotating a subject and fixing the camera is used, a spherical or cylindrical surface is used. A cut-out shape is more suitable.
【００４７】このように計算された計算機ホログラムに
よるパターンは、さまざまな用法でパターニングするこ
とが可能になる。例えば、半導体プロセスに用いられる
ようなＥＢ描画装置を用いたり、高分解能のフィルムプ
リンターを用いることが出来る。これらのパターンを凹
凸の位相ホログラムとして記録した場合、通常のエンボ
スホログラムに用いられる熱エンボス工程により、安価
で大量に複製することが可能になる。The pattern based on the computer generated hologram calculated as described above can be patterned by various uses. For example, an EB lithography apparatus used in a semiconductor process or a high-resolution film printer can be used. When these patterns are recorded as uneven phase holograms, it is possible to copy a large amount at low cost by a hot embossing process used for a normal emboss hologram.
【００４８】また、計算されたホログラムパターンを、
音響光学素子や液晶デバイスなど、実時間で変調可能な
デバイスで表示することで、動画の立体像を表現するこ
とも可能になる。特に、このような計算の高速性が要求
される用途においては、本発明の効果は非常に大きい。Further, the calculated hologram pattern is
Displaying with a device that can be modulated in real time, such as an acousto-optic device or a liquid crystal device, enables a stereoscopic image of a moving image to be expressed. In particular, the effect of the present invention is extremely large in applications requiring such high-speed calculation.
【００４９】[0049]
【図１】本発明の一例に係る計算機ホログラムの再生時
の、表示像と視差原画の結像位置の関係を示す説明図。FIG. 1 is an explanatory diagram showing a relationship between a display image and an image forming position of a parallax original image at the time of reproducing a computer generated hologram according to an example of the present invention.
【図２】本発明の他例に係る計算機ホログラムの再生時
の、表示像と視差原画の結像位置の関係を示す説明図。FIG. 2 is an explanatory diagram showing a relationship between a display image and an image forming position of an original parallax image when reproducing a computer generated hologram according to another example of the present invention.
【図３】視差原画の結像位置とフレネル回折の距離の絶
対値の関係の一例を表したグラフ。FIG. 3 is a graph showing an example of a relationship between an image forming position of a parallax original image and an absolute value of a distance of Fresnel diffraction.
【図４】従来の計算機ホログラムの再生時の、表示像と
視差原画の結像位置の関係を示す説明図。FIG. 4 is an explanatory diagram showing a relationship between a display image and an image forming position of an original parallax image when reproducing a conventional computer generated hologram.
【図５】本発明での要素ホログラムを作製する上での計
算と等価な光学系に係る説明図。FIG. 5 is an explanatory diagram relating to an optical system equivalent to a calculation for producing an element hologram according to the present invention.
Claims (4)
ら、計算機により空間上に視差原画からなる視差を持つ
平面を結像する干渉パターンを演算し、その干渉パター
ンを所定媒体に記録して、ホログラフィック・ステレオ
グラム的な手法により立体的な表示パターンを記録して
なる計算機ホログラムにおいて、 ホログラム面に対して前後に奥行き感を伴って視覚され
る再生像が、各再生像が存在するかのように認識される
物体空間内に、前記結像された視差を持つ平面の少なく
とも一部が含まれることを特徴とする計算機ホログラ
ム。An interference pattern for forming an image of a plane having a parallax composed of an original parallax image on a space is calculated by a computer from each of a plurality of planar originals having a parallax, and the interference pattern is recorded on a predetermined medium. In a computer generated hologram in which a three-dimensional display pattern is recorded using a holographic stereogram-like method, whether there are reconstructed images that can be seen with a sense of depth before and after the hologram surface A computer generated hologram, wherein at least a part of the plane having the imaged parallax is included in the object space recognized as described above.
することを特徴とする請求項１記載の計算機ホログラ
ム。2. The computer generated hologram according to claim 1, wherein there are two or more planes having an image formed parallax.
計算機により計算機により空間上に視差原画からなる視
差を持つ平面を結像する干渉パターンを演算し、その干
渉パターンを所定記録媒体に記録して、ホログラフィッ
ク・ステレオグラム的な手法により立体的な表示パター
ンを記録してなる計算機ホログラムの作製方法におい
て、 被写体（３次元物体）を様々な方向に投影することによ
り得られる、視差を持つ複数枚の原画（視差原画像）を
定義するステップと、 視差を持つ平面の位置と、干渉パターンを記録する記録
面と、その記録面に入射する参照光を定義するステップ
と、 その視差原画像を光学的に等価な変換を施すことによっ
て得られる記録面における波面と、定義された参照光の
記録面における波面とが干渉してなるパターン（干渉パ
ターン）を演算するステップと、 その干渉パターンを所定媒体に、物理的もしくは化学的
に記録するステップ、とを有し、 上記の光学的に等価な変換を施す際、視差を持つ平面の
結像位置と記録面とが有限距離であり、かつ視差を持つ
平面の結像位置が、表示される各再生像が存在するかの
ように認識される空間内となるように定義することを特
徴とする計算機ホログラムの作製方法。3. Each of a plurality of original images having parallax,
The computer calculates an interference pattern that forms a plane with parallax consisting of the original parallax image on the space by the computer, records the interference pattern on a predetermined recording medium, and displays it three-dimensionally using a holographic stereogram-like method. A method of producing a computer generated hologram by recording a pattern, a step of defining a plurality of original images having parallax (parallax original images) obtained by projecting a subject (three-dimensional object) in various directions; Defining a position of a plane having, a recording surface on which an interference pattern is recorded, a reference beam incident on the recording surface, and a recording surface obtained by performing an optically equivalent conversion of the original parallax image. Calculating a pattern (interference pattern) in which the wavefront interferes with the wavefront of the defined reference light recording surface; The step of physically or chemically recording the pattern on a predetermined medium, and when performing the above-mentioned optically equivalent conversion, the imaging position of the plane having parallax and the recording surface have a finite distance. And a method of producing a computer generated hologram, wherein an image forming position of a plane having parallax is defined so as to be within a space recognized as if each reproduced image to be displayed exists.
を持つ平面の位置を定義するステップを備えることを特
徴とする請求項３の計算機ホログラムの作製方法。4. The method for producing a computer generated hologram according to claim 3, further comprising the step of defining positions of planes having different parallaxes in a direction perpendicular to the recording surface.
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| JP2006119442A (en) * | 2004-10-22 | 2006-05-11 | Nippon Hoso Kyokai <Nhk> | Hologram forming apparatus and method |
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