JP4977886B2 - Computer-generated hologram reproduction simulation method, computer-generated hologram production method using the reproduction simulation method, and computer-generated hologram produced using the computer-generated hologram production method - Google Patents

Computer-generated hologram reproduction simulation method, computer-generated hologram production method using the reproduction simulation method, and computer-generated hologram produced using the computer-generated hologram production method Download PDF

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本発明は、計算機合成ホログラムの再生シミュレーション方法、その再生シミュレーション方法を用いた計算機合成ホログラム作製方法及びその計算機合成ホログラム作製方法を用いて作製された計算機合成ホログラムに関するものである。   The present invention relates to a computer-generated hologram reproduction simulation method, a computer-generated hologram production method using the reproduction simulation method, and a computer-generated hologram produced using the computer-generated hologram production method.

従来、偽造防止のためホログラムを金券やクレジットカード等に貼り付け又は一体に形成するものがある。このホログラムとして、計算機を用いた演算により所定の記録面上に干渉縞を記録させて作製する計算機合成ホログラムがある(特許文献1及び特許文献2)。
特許第3708349号公報 特許第3892619号公報 特開2002−72837号公報 特開2005−215570号公報 「3次元画像コンファレンス‘99−3D Image Conference‘99−」講演論文集CD−ROM(1999年6月30日〜7月1日 工学院大学新宿校舎)、論文「EB描画によるイメージ型バイナリCGH(3)−隠面消去・陰影付けによる立体感の向上−」 「ホログラムの白色光再生シミュレーション」、藤田治良・山口健・吉川浩、映像情報メディア学会誌、Vol.10,PP.1481〜1485(2007年10月発行)
2. Description of the Related Art Conventionally, there are those in which a hologram is attached to a cash voucher or a credit card or integrally formed to prevent forgery. As this hologram, there are computer-generated holograms that are produced by recording interference fringes on a predetermined recording surface by calculation using a computer (Patent Document 1 and Patent Document 2).
Japanese Patent No. 3708349 Japanese Patent No. 3892619 JP 2002-72837 A JP 2005-215570 A "3D Image Conference '99 -3D Image Conference '99-" Lecture Collection CD-ROM (June 30-July 1, 1999, Kogakuin University Shinjuku Campus), Paper "Image Binary CGH by EB Drawing ( 3)-Improvement of stereoscopic effect by hidden surface removal and shading- "Hologram white light reproduction simulation", Haruyoshi Fujita, Ken Yamaguchi, Hiroshi Yoshikawa, Journal of the Institute of Image Information and Television Engineers, Vol.10, PP.1481-1485 (issued in October 2007)

しかしながら、これまでに提案されている上記従来の計算機合成ホログラムは、電子線(EB:Electron Beam)描画装置によるEB描画を行うまで、計算機合成ホログラムの品質を確認することができなかった。   However, the conventional computer-generated holograms proposed so far have not been able to confirm the quality of the computer-generated hologram until EB drawing is performed by an electron beam (EB) drawing device.

本発明は従来技術のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、EB描画前に計算機合成ホログラムの品質を確認することで、計算機合成ホログラムの品質に関わる修正に必要なコストと時間を低減する計算機合成ホログラムの再生シミュレーション方法、その再生シミュレーション方法を用いた計算機合成ホログラム作製方法及びその計算機合成ホログラム作製方法を用いて作製された計算機合成ホログラムを提供することである。   The present invention has been made in view of such problems of the prior art, and its purpose is to confirm the quality of a computer-generated hologram before EB drawing, and is necessary for correction related to the quality of the computer-generated hologram. A computer-generated hologram reproduction method for reducing cost and time, a computer-generated hologram production method using the reproduction simulation method, and a computer-generated hologram produced using the computer-generated hologram production method are provided.

[1]本発明の計算機合成ホログラムの再生シミュレーション方法は、上記課題を解決するものであって、3次元CG(Computer Graphics)モデルからなる仮想物体からの物体光と参照光が所定の記録面上で形成する干渉波の強度分布を計算機により演算することで得られる強度分布を示す画像データを基に作製される計算機合成ホログラムの再生像を、前記画像データを基に計算機によりシミュレーションする計算機合成ホログラムの再生シミュレーション方法において、計算機により演算された前記画像データを小領域に分割するステップと、前記画像データを小領域毎に2次元フーリエ変換した2次元フーリエ変換画像の集合体を生成するステップと、前記2次元フーリエ変換画像の集合体すべての画素に対し、対象画素と、前記対象画素の周辺の参照領域を、順に設定し、各対象画素の画素値を周辺の参照領域の画素値を基に平均化する平滑化処理を行うステップと、前記平滑化処理を行った前記2次元フーリエ変換画像の集合体から前記計算機合成ホログラムのシミュレーション画像を得るステップと、を有することを特徴とする。   [1] A computer-generated hologram reproduction simulation method according to the present invention solves the above-described problem, and object light and reference light from a virtual object made of a three-dimensional CG (Computer Graphics) model are on a predetermined recording surface. A computer-generated hologram that simulates a reproduced image of a computer-generated hologram produced based on image data showing the intensity distribution obtained by calculating the intensity distribution of the interference wave formed by the computer on the basis of the image data In the reproduction simulation method, a step of dividing the image data calculated by a computer into small regions, a step of generating a set of two-dimensional Fourier transform images obtained by two-dimensional Fourier transforming the image data for each small region, The target pixel and the target pixel for all the pixels of the aggregate of the two-dimensional Fourier transform image A step of performing a smoothing process in which peripheral reference regions are set in order, and a pixel value of each target pixel is averaged based on a pixel value of the peripheral reference region, and the two-dimensional Fourier transform in which the smoothing process is performed Obtaining a simulation image of the computer-generated hologram from a collection of images.

[2]また、本発明の計算機合成ホログラム作製方法は、3次元CGモデルを作成するステップと、作成した前記3次元CGモデルを所望の計算機合成ホログラム計算機合成ホログラムとするためのパラメータを決定するステップと、計算機合成ホログラム決定した計算機合成ホログラムのパラメータを基に記録面上に形成される干渉波の強度分布を計算機により演算するステップと、計算機合成ホログラムの再生シミュレーション方法を実行するステップと、前記計算機合成ホログラムの再生シミュレーション画像を確認した後に干渉波の強度分布を示す画像データから計算機合成ホログラムを描画するステップと、を有する計算機合成ホログラムの作製方法であり、前記計算機合成ホログラムの再生シミュレーション方法は、[1]に記載された計算機合成ホログラムの再生シミュレーション方法である。   [2] In the computer-generated hologram manufacturing method of the present invention, a step of creating a three-dimensional CG model and a step of determining parameters for making the created three-dimensional CG model a desired computer-generated hologram computer-generated hologram Calculating the intensity distribution of interference waves formed on the recording surface based on the parameters of the computer-generated hologram determined by the computer-generated hologram, executing the computer-generated hologram reproduction simulation method, and the computer A computer-generated hologram having a step of drawing a computer-generated hologram from image data indicating the intensity distribution of the interference wave after confirming the playback simulation image of the synthesized hologram, and the computer-generated hologram playback simulation method comprises: [1] A reproduction method for simulating computer-generated hologram.

[3]さらに、本発明により作製された計算機合成ホログラムは、[2]に記載の計算機合成ホログラム作製方法を用いたものである。   [3] Furthermore, the computer-generated hologram manufactured according to the present invention uses the computer-generated hologram manufacturing method described in [2].

本発明によれば、EB描画前に計算機合成ホログラムの品質を確認することで、計算機合成ホログラムの品質に関わる修正に必要なコストと時間を低減することができる。   According to the present invention, the cost and time required for correction related to the quality of a computer-generated hologram can be reduced by checking the quality of the computer-generated hologram before EB drawing.

以下、図面を参照して、計算機合成ホログラムの再生シミュレーション方法、その再生シミュレーション方法を用いた計算機合成ホログラム作製方法の実施形態について説明する。まず、計算機合成ホログラム1を作製する原理について説明する。   Hereinafter, a computer-generated hologram reproduction simulation method and a computer-generated hologram production method using the reproduction simulation method will be described with reference to the drawings. First, the principle of producing the computer-generated hologram 1 will be described.

本実施形態では、図1に示すように、原画像10を記録面20上に干渉縞として記録する方法を用いる。ここでは、説明の便宜上、図示のとおりXYZ三次元座標系を定義し、記録面20がXY平面上に置かれているものとする。光学的な手法を採る場合、記録対象となる物体が原画像10として用意されることになる。この原画像10上の任意の点Pから発せられた物体光Oは、記録面20の全面に向けて進行する。一方、記録面20には、参照光Rが照射されており、物体光Oと参照光Rとの干渉縞が記録面20上に記録されることになる。   In the present embodiment, as shown in FIG. 1, a method of recording the original image 10 on the recording surface 20 as interference fringes is used. Here, for convenience of explanation, it is assumed that an XYZ three-dimensional coordinate system is defined as shown and the recording surface 20 is placed on the XY plane. When the optical method is used, an object to be recorded is prepared as the original image 10. The object light O emitted from an arbitrary point P on the original image 10 travels toward the entire recording surface 20. On the other hand, the recording surface 20 is irradiated with the reference light R, and interference fringes between the object light O and the reference light R are recorded on the recording surface 20.

記録面20の位置に計算機合成ホログラムを作製するには、原画像10、記録面20、参照光Rを、コンピュータ上にデータとしてそれぞれ定義し、記録面20上の各位置における干渉波強度を演算すればよい。具体的には、図2に示すように、原画像10をN個の点光源P1,P2,P3,…,Pi,…,PNの集合として取り扱い、各点光源からの物体光O1,O2,O3,…,Oi,…,ONが、それぞれ演算点Q(x,y)へと進行するとともに、参照光Rが演算点Q(x,y)に向けて照射されたものとし、これらN本の物体光O1〜ONと参照光Rとの干渉によって生じる干渉波の演算点Q(x,y)の位置における振幅強度を求める演算を行えばよい。物体光および参照光は、通常、単色光として演算が行われる。記録面20上には、必要な解像度に応じた多数の演算点を定義するようにし、これら各演算点のそれぞれについて、振幅強度を求める演算を行えば、記録面20上には干渉波の強度分布が得られることになる。 To produce a computer-generated hologram at the position of the recording surface 20, the original image 10, the recording surface 20, and the reference light R are defined as data on the computer, and the interference wave intensity at each position on the recording surface 20 is calculated. do it. Specifically, as shown in FIG. 2, the original image 10 is treated as a set of N point light sources P 1 , P 2 , P 3 ,..., P i ,. light O 1, O 2, O 3 , ..., O i, ..., O N are each calculation point Q (x, y) with progression to the reference light R toward the calculation point Q (x, y) And calculating the amplitude intensity at the position of the calculation point Q (x, y) of the interference wave generated by the interference between the N object lights O 1 to O N and the reference light R. . The object light and the reference light are usually calculated as monochromatic light. A large number of calculation points corresponding to the required resolution are defined on the recording surface 20, and the calculation of the amplitude intensity is performed for each of these calculation points. A distribution will be obtained.

このような強度分布を示す画像データに基づいて、実際の媒体上に物理的な濃淡パターンやエンボスパターンを形成すれば、原画像10を干渉縞として記録した計算機合成ホログラムが作製できるが、本実施形態では、作製前にシミュレーションを行い、計算機合成ホログラムの品質を確認する。   A computer-generated hologram in which the original image 10 is recorded as interference fringes can be produced by forming a physical shading pattern or emboss pattern on an actual medium based on such image data showing the intensity distribution. In the form, a simulation is performed before production to confirm the quality of the computer-generated hologram.

次に、計算機合成ホログラムの再生シミュレーション方法について説明する。図3は、第1実施形態の計算機合成ホログラムの再生シミュレーションのフローチャートを示す図である。なお、再生シミュレーションの公知技術は、非特許文献2に詳しく説明されている。   Next, a computer simulation hologram reproduction simulation method will be described. FIG. 3 is a diagram showing a flowchart of the computer-generated hologram reproduction simulation of the first embodiment. The known technique of reproduction simulation is described in detail in Non-Patent Document 2.

まず、ステップ1で、出力されるシミュレーション画像の大きさと視差情報分解能を決定する画像データの2次元フーリエ変換用分割サイズ等のパラメータを決定する(ST1)。フーリエ変換の演算方法には離散フーリエ変換(DFT:discrete Fourier transform)や高速フーリエ変換(FFT:fast Fourier transform)など種々の方法が適用できるが、以降の実施例では高速処理が特徴のFFTを用いた方法を説明する。続いて、ステップ2で、画像データを読み込む(ST2)。   First, in step 1, parameters such as the two-dimensional Fourier transform division size of image data for determining the size of the output simulation image and the parallax information resolution are determined (ST1). Various methods such as discrete Fourier transform (DFT) and fast Fourier transform (FFT) can be applied to the calculation method of the Fourier transform. In the following embodiments, an FFT characterized by high-speed processing is used. Explain how it was. Subsequently, in step 2, image data is read (ST2).

次に、ステップ3で、画像データの2次元FFTを行う(ST3)。2次元FFTを行う際には、ステップ1で決定した分割サイズに従って、図4(a)に示すように画像データを小領域に分割する。図4(b)に示した分割サイズに分割された小領域ごとに2次元FFTを行う。次に、ステップ4で、図5に示すような小領域ごとの2次元FFT画像からなる2次元FFT画像の集合体を出力する(ST4)。   Next, in step 3, two-dimensional FFT of the image data is performed (ST3). When performing two-dimensional FFT, the image data is divided into small regions as shown in FIG. 4A according to the division size determined in step 1. Two-dimensional FFT is performed for each small area divided into the division sizes shown in FIG. Next, in step 4, a set of two-dimensional FFT images composed of two-dimensional FFT images for each small region as shown in FIG. 5 is output (ST4).

小領域の2次元FFT画像は、小領域に分割された画像データに含まれる格子の空間周波数ごとの強度を表しており、すべての小領域から観察者の視点に回折される光の波長ごとの強度を求めることで、再生シミュレーション画像が得られるが、このシミュレーション画像は、実物の計算機合成ホログラムの再生像と比べ、ノイズが多く、再生像のぼけが少ない。ノイズに関しては、画像データの2次元FFT画像における、隣接画素同士の画素値の差が大きいことに起因する。また、再生像のぼけに関しては、照明光が有限の大きさと距離を有する場合、計算機合成ホログラムに対し多数の角度から照明光が入射することで左右方向の複数視差が同時に再生され、再生像の位置が記録面から離れるほどぼけた再生像が観察されるのに対し、シミュレーションの照明光は完全な平行光、もしくは点光源であるため、記録面から離れた再生像であっても鮮明なシミュレーション画像が得られることに起因する。   The two-dimensional FFT image of the small area represents the intensity for each spatial frequency of the grating included in the image data divided into the small areas, and is for each wavelength of light diffracted from all the small areas to the viewpoint of the observer. By obtaining the intensity, a reproduction simulation image can be obtained. This simulation image has more noise and less blur of the reproduction image than the reproduction image of the actual computer-generated hologram. Regarding noise, the difference in pixel value between adjacent pixels in the two-dimensional FFT image of the image data is large. As for the blur of the reconstructed image, when the illumination light has a finite size and distance, the illumination light is incident on the computer-generated hologram from a number of angles so that multiple parallaxes in the left and right directions are reconstructed at the same time. While the reproduced image is blurred as the position moves away from the recording surface, the simulation illumination light is a perfect parallel light or point light source, so even a reproduced image away from the recording surface is a clear simulation This is because an image is obtained.

そこで、再生シミュレーション画像をより実物の計算機合成ホログラムの見た目に近づけるため、2次元FFT画像の集合体すべての画素に対し、対象画素と、その周辺の参照領域を設定し、対象画素の画素値を周辺の参照領域の画素値を基に平均化する平滑化処理を加えることが好ましい。(例えば、図6に示すような対象画素を中心に縦3画素、横3画素の大きさを持つ参照領域において、対象画素の画素値を0とし、参照領域において対象画素以外の画素値が255とすると、平滑化処理により、対象画素の画素値は226となる。)   Therefore, in order to make the reproduced simulation image closer to the appearance of a real computer-generated hologram, the target pixel and its surrounding reference area are set for all the pixels of the aggregate of the two-dimensional FFT image, and the pixel value of the target pixel is set. It is preferable to add a smoothing process for averaging based on the pixel values of the peripheral reference regions. (For example, in the reference region having the size of 3 pixels vertically and 3 pixels centered on the target pixel as shown in FIG. 6, the pixel value of the target pixel is 0, and the pixel value other than the target pixel is 255 in the reference region. Then, the pixel value of the target pixel becomes 226 by the smoothing process.)

そこで、ステップ5において、平滑化処理が必要か否かを判断する(ST5)。ステップ5において、平滑化処理が必要と判断された場合、ステップ6で、平滑化処理を行う(ST6)。ステップ5において、平滑化処理が必要でないと判断された場合、ステップ6の平滑化処理を実行せず、ステップ7に進む。   Therefore, in step 5, it is determined whether smoothing processing is necessary (ST5). If it is determined in step 5 that a smoothing process is necessary, a smoothing process is performed in step 6 (ST6). If it is determined in step 5 that the smoothing process is not necessary, the smoothing process in step 6 is not executed and the process proceeds to step 7.

ここで、平滑化処理について説明する。まず、記録面上の干渉波の強度分布から画素値を設定する。画素値は、干渉波の強度分布を数値化したものにより設定される。次に、対象画素に対する参照領域を設定する。例えば、本実施形態では、図7に示すように、対象画素をC2、参照領域を対象画素を中心とした周辺の3×5の画素に設定した。図7(a)は平滑化前の画素値、図7(b)は平滑化後の画素値を示す。   Here, the smoothing process will be described. First, a pixel value is set from the intensity distribution of the interference wave on the recording surface. The pixel value is set according to a numerical value of the intensity distribution of the interference wave. Next, a reference area for the target pixel is set. For example, in the present embodiment, as shown in FIG. 7, the target pixel is set to C2, and the reference region is set to 3 × 5 pixels around the target pixel. FIG. 7A shows pixel values before smoothing, and FIG. 7B shows pixel values after smoothing.

この場合、対象画素C2=102を平滑化したC’2は、以下の式(1)により求められる。
C'2=(A1+A2+A3+B1+B2+B3+C1+C2+C3+D1+D2+D3+E1+E2+E3)/15
・・・(1)
In this case, C′2 obtained by smoothing the target pixel C2 = 102 is obtained by the following equation (1).
C'2 = (A1 + A2 + A3 + B1 + B2 + B3 + C1 + C2 + C3 + D1 + D2 + D3 + E1 + E2 + E3) / 15
... (1)

式(1)を計算すると、C’2=110となり、元の対象画素の画素値と異なり、参照領域の画素値を基に平均化された値となる。この結果、図8(a)に示すような隣接画素の画素値が離散的な2次元FFT画像が、図8(b)に示すように平滑化される。また、図9は、図5に示したある小領域の2次元FFT画像を平滑化した図である。   When formula (1) is calculated, C′2 = 110, which is different from the pixel value of the original target pixel, and is an averaged value based on the pixel value of the reference region. As a result, a two-dimensional FFT image with discrete pixel values of adjacent pixels as shown in FIG. 8A is smoothed as shown in FIG. FIG. 9 is a diagram obtained by smoothing the two-dimensional FFT image of a certain small area shown in FIG.

なお、参照領域に画素がない場合は、プログラム上の手法は複数あるが、例えば、参照領域を存在する画素に限定してもよい。また、参照領域の範囲は自由に設定してもよく、その際に、一部の領域の画素値に対し重み付け等を設定してもよい。   Note that when there are no pixels in the reference area, there are a plurality of programming methods, but for example, the reference area may be limited to the existing pixels. In addition, the range of the reference area may be set freely, and in that case, weighting or the like may be set for the pixel values of some areas.

ステップ7では、干渉縞画素ピッチや参照光角度等の計算機合成ホログラムのパラメータを入力する(ST7)。続いて、ステップ8で、計算機合成ホログラムを観察する視点を設定し、分割されたすべての小領域から視点方向へ回折される回折光の波長ごとの強度を演算する(ST8)。次に、ステップ9で、シミュレーション画像を表示し(ST9)、終了する。   In step 7, parameters of a computer-generated hologram such as an interference fringe pixel pitch and a reference light angle are input (ST7). Subsequently, in step 8, a viewpoint for observing the computer-generated hologram is set, and the intensity for each wavelength of the diffracted light diffracted in the viewpoint direction from all the divided small regions is calculated (ST8). Next, in step 9, a simulation image is displayed (ST9), and the process ends.

図10は、平滑化処理を行わないシミュレーション画像と平滑化処理を行ったシミュレーション画像を示す図である。図10(a)が平滑化処理を行わないシミュレーション画像、図10(b)が平滑化処理を行ったシミュレーション画像である。   FIG. 10 is a diagram illustrating a simulation image that is not subjected to the smoothing process and a simulation image that is subjected to the smoothing process. FIG. 10A shows a simulation image without smoothing processing, and FIG. 10B shows a simulation image with smoothing processing.

このように、平滑化処理を行うことにより、2次元フーリエ変換画像の集合体に複数の視差情報が合成され、蛍光灯下のような有限面積を持つ照明光で照明された実物の計算機合成ホログラムの見た目と似たシミュレーション画像が得られる。   In this way, by performing smoothing processing, a plurality of pieces of parallax information are synthesized with a collection of two-dimensional Fourier transform images, and an actual computer-generated hologram illuminated with illumination light having a finite area like a fluorescent lamp A simulation image similar to the appearance of is obtained.

また、平滑化処理の参照領域を光源形状に合わせて設定することで、シミュレーション画像に光源形状を反映させることができる。例えば、図11に示すような水平方向に広がりを持つ蛍光灯等の光源を照明光とした場合の計算機合成ホログラムの再生像は、再生像の位置がホログラム面から離れるほど、ぼけた像が再生されるが、2次元FFT画像の集合体をx軸方向に広がる参照領域で平滑化することで、ぼけたシミュレーション画像が出力される。図12に示すような光源配置において、計算機合成ホログラムの再生波長を555nm、干渉波のx軸方向演算間隔を0.5μm、分割された小領域の画素が縦64画素×横64画素とした場合、参照領域の大きさは、図13に示すような対象画素を中心に幅21画素とすればよい。   Moreover, the light source shape can be reflected in the simulation image by setting the reference region of the smoothing process according to the light source shape. For example, a reproduction image of a computer-generated hologram when a light source such as a fluorescent lamp that spreads in the horizontal direction as shown in FIG. 11 is used as illumination light, the blurred image is reproduced as the position of the reproduction image moves away from the hologram surface. However, a blurred simulation image is output by smoothing a collection of two-dimensional FFT images with a reference region extending in the x-axis direction. In the light source arrangement as shown in FIG. 12, when the reproduction wavelength of the computer-generated hologram is 555 nm, the calculation interval of the interference wave in the x-axis direction is 0.5 μm, and the divided small area pixels are 64 × 64 pixels. The size of the reference area may be 21 pixels wide centering on the target pixel as shown in FIG.

さらに、図14に示すような奥行き方向に広がりを持つ蛍光灯等の光源を照明光とした場合の計算機合成ホログラムの再生像は、計算機合成ホログラムの上下方向の色分散が平均化され、彩度が低下した像が再生されるが、2次元FFT画像の集合体をy軸方向広がる参照領域で平滑化することで、彩度が低下したシミュレーション画像が出力される。図15に示すような光源配置において、計算機合成ホログラムの再生波長を555nm、干渉波のy軸方向演算間隔を0.2μm、分割された小領域の画素が縦64画素×横64画素とした場合、参照領域の大きさは、図16に示すような対象画素を中心に幅5画素とすればよい。   Furthermore, in the reproduction image of the computer-generated hologram when the light source such as a fluorescent lamp having a spread in the depth direction as shown in FIG. 14 is used as the illumination light, the chromatic dispersion in the vertical direction of the computer-generated hologram is averaged, and the saturation An image with reduced saturation is reproduced, but a simulation image with reduced saturation is output by smoothing a collection of two-dimensional FFT images with a reference region extending in the y-axis direction. In the light source arrangement as shown in FIG. 15, when the reproduction wavelength of the computer-generated hologram is 555 nm, the calculation interval of the interference wave in the y-axis direction is 0.2 μm, and the divided small area pixels are 64 × 64 pixels The size of the reference area may be 5 pixels wide centering on the target pixel as shown in FIG.

次に、再生シミュレーション方法を用いたホログラム作製方法について説明する。図17は、第2実施形態の計算機合成ホログラムの再生シミュレーション方法を用いた計算機合成ホログラム作製方法のフローチャートを示す図である。   Next, a hologram production method using the reproduction simulation method will be described. FIG. 17 is a diagram illustrating a flowchart of a computer-generated hologram manufacturing method using the computer-generated hologram reproduction simulation method of the second embodiment.

まず、ステップ11で、図18に示すような3次元CGモデルを作成する(ST11)。続いて、ステップ12で、計算機合成ホログラムパラメータを入力する(ST12)。ここでの計算機合成ホログラムパラメータは、干渉縞の演算間隔、参照光波長、物体光広がり角、干渉縞パターンの1周期高さ、干渉縞パターン繰り返し周期及び計算機合成ホログラムサイズ等である。   First, in step 11, a three-dimensional CG model as shown in FIG. 18 is created (ST11). Subsequently, in step 12, computer-generated hologram parameters are input (ST12). Here, the computer-generated hologram parameters include an interference fringe calculation interval, a reference light wavelength, an object light divergence angle, an interference fringe pattern period height, an interference fringe pattern repetition period, a computer-generated hologram size, and the like.

次に、ステップ13で、物体光を演算し(ST13)、ステップ14で、干渉縞を演算する(ST14)。続いて、ステップ15で、シミュレーションが必要か否かを判断する(ST15)。   Next, in step 13, object light is calculated (ST13), and in step 14, interference fringes are calculated (ST14). Subsequently, in step 15, it is determined whether simulation is necessary (ST15).

ステップ15において、シミュレーションが必要でないと判断した場合、ステップ25に進む。ステップ15において、シミュレーションが必要であると判断した場合、計算機合成ホログラムの再生シミュレーションを実行する。計算機合成ホログラムの再生シミュレーションについて第1実施形態と同様な部分に関しては、詳細な説明を省略する。   If it is determined in step 15 that simulation is not necessary, the process proceeds to step 25. If it is determined in step 15 that a simulation is necessary, a computer-generated hologram reproduction simulation is executed. A detailed description of the computer simulation hologram reproduction simulation is omitted with respect to the same parts as in the first embodiment.

ステップ16で、出力されるシミュレーション画像の大きさと視差情報分解能を決定する画像データの2次元FFT用分割サイズ等のパラメータを決定する(ST16)。続いて、ステップ17で、画像データを読み込み、画像データの2次元FFTを行う(ST17)。2次元FFTを行う際には、画像データは、図4に示すように、ステップ16において入力した小領域の分割サイズに分割され、小領域ごとに2次元FFTを行う。次に、ステップ18で、図5に示すような小領域ごとの2次元FFT画像からなる2次元FFT画像の集合体を出力する(ST18)。   In step 16, parameters such as the two-dimensional FFT division size of the image data for determining the size of the output simulation image and the parallax information resolution are determined (ST 16). Subsequently, in step 17, the image data is read, and the two-dimensional FFT of the image data is performed (ST17). When performing the two-dimensional FFT, as shown in FIG. 4, the image data is divided into the division sizes of the small regions input in step 16, and the two-dimensional FFT is performed for each small region. Next, in step 18, an aggregate of two-dimensional FFT images composed of two-dimensional FFT images for each small region as shown in FIG. 5 is output (ST18).

次に、ステップ19で、平滑化処理が必要か否かを判断する(ST19)。ステップ19において、平滑化処理が必要と判断された場合、ステップ20で、平滑化処理を行う(ST20)。ステップ19において、平滑化処理が必要でないと判断された場合、ステップ20の平滑化処理を実行せず、ステップ21に進む。   Next, in step 19, it is determined whether smoothing processing is necessary (ST19). If it is determined in step 19 that a smoothing process is necessary, a smoothing process is performed in step 20 (ST20). If it is determined in step 19 that the smoothing process is not necessary, the smoothing process in step 20 is not executed and the process proceeds to step 21.

平滑化処理については、第1実施形態と同様なので説明は省略する。   Since the smoothing process is the same as in the first embodiment, a description thereof will be omitted.

ステップ21では、干渉縞の演算間隔や参照光角度等の計算機合成ホログラムのパラメータを入力する(ST21)。続いて、ステップ22で、計算機合成ホログラムを観察する視点を設定し、視点に回折される光の波長ごとの強度を演算する(ST22)。次に、ステップ23で、シミュレーション画像を表示する(ST23)。   In step 21, parameters of a computer-generated hologram such as an interference fringe calculation interval and a reference beam angle are input (ST21). Subsequently, in step 22, a viewpoint for observing the computer-generated hologram is set, and the intensity for each wavelength of light diffracted by the viewpoint is calculated (ST22). Next, in step 23, a simulation image is displayed (ST23).

続いて、ステップ24で、計算機合成ホログラムの品質をシミュレーション画像で確認し、電子線描画装置によるEB描画を行うか否かを判断する(ST24)。ステップ24において、画像を確認し、確認した画像でEB描画を行わないと判断した場合、ステップ1に戻り、原画像となる3次元CGモデルや計算機合成ホログラムのパラメータなどの修正を行う。ステップ24において、計算機合成ホログラムの品質をシミュレーション画像で確認し、EB描画を行うと判断した場合、ステップ25で、干渉波の強度分布を示す画像データをEB描画用データに変換を行い(ST25)、ステップ26で、EB描画を行い(ST26)、計算機合成ホログラムを作製する。   Subsequently, in step 24, the quality of the computer-generated hologram is confirmed with a simulation image, and it is determined whether or not EB drawing is performed by the electron beam drawing apparatus (ST24). In step 24, the image is confirmed, and when it is determined that EB drawing is not performed with the confirmed image, the process returns to step 1 to correct the parameters of the three-dimensional CG model and the computer-generated hologram as the original image. If the quality of the computer-generated hologram is confirmed in the simulation image in step 24 and it is determined that the EB drawing is performed, the image data indicating the intensity distribution of the interference wave is converted into the EB drawing data in step 25 (ST25). In step 26, EB drawing is performed (ST26), and a computer-generated hologram is produced.

ここで、EB描画用データ変換から計算機合成ホログラム作製までの例について説明する。   Here, an example from EB drawing data conversion to computer-generated hologram production will be described.

強度分布を示す画像データをEB描画用データに変換し、実際の媒体上に物理的な濃淡パターンやエンボスパターンを形成すれば、原画像10を干渉縞として記録したホログラムが作製できる。   If image data showing the intensity distribution is converted into EB drawing data and a physical gray pattern or emboss pattern is formed on an actual medium, a hologram in which the original image 10 is recorded as interference fringes can be produced.

媒体上に高解像度の干渉縞を形成する手法としては、電子線描画装置を用いたEB描画が適している。電子線描画装置は、半導体集積回路のマスクパターンを描画する用途などに広く利用されており、電子線を高精度で走査する機能を有している。そこで、演算によって求めた干渉波の強度分布を示す画像データを電子線描画装置に与えて電子線を走査すれば、この強度分布に応じた干渉縞パターンを描画することができる。   As a method for forming high-resolution interference fringes on a medium, EB drawing using an electron beam drawing apparatus is suitable. An electron beam drawing apparatus is widely used for drawing a mask pattern of a semiconductor integrated circuit, and has a function of scanning an electron beam with high accuracy. Accordingly, if image data indicating the intensity distribution of the interference wave obtained by calculation is applied to the electron beam drawing apparatus and the electron beam is scanned, an interference fringe pattern corresponding to the intensity distribution can be drawn.

ただ、一般的な電子線描画装置は、描画/非描画を制御することにより二値画像を描画する機能しか有していない。そこで、演算によって求めた強度分布を二値化して二値画像を作製し、この二値画像データを電子線描画装置に与えるようにすればよい。   However, a general electron beam drawing apparatus has only a function of drawing a binary image by controlling drawing / non-drawing. Therefore, the intensity distribution obtained by the calculation may be binarized to create a binary image, and this binary image data may be given to the electron beam drawing apparatus.

図19は、このような二値化処理を用いて干渉縞パターンを記録する一般的な方法の概念図である。上述した演算により、記録面20上の各演算点Q(x,y)には、所定の干渉波強度値、すなわち干渉波の振幅強度値が定義されることになる。たとえば、図19(a) に示す演算点Q(x,y)にも、所定の振幅強度値が定義される。そこで、この振幅強度値に対して所定のしきい値(たとえば、記録面20上に分布する全振幅強度値の平均値)を設定し、このしきい値以上の強度値をもつ演算点には画素値「1」を与え、このしきい値未満の強度値をもつ演算点には画素値「0」を与えるようにする。したがって、図19(a) に示す演算点Q(x,y)には、「1」か「0」のいずれかの画素値が定義されることになる。   FIG. 19 is a conceptual diagram of a general method for recording an interference fringe pattern using such binarization processing. With the above-described calculation, a predetermined interference wave intensity value, that is, an amplitude intensity value of the interference wave is defined at each calculation point Q (x, y) on the recording surface 20. For example, a predetermined amplitude intensity value is also defined at the calculation point Q (x, y) shown in FIG. Therefore, a predetermined threshold value (for example, an average value of all amplitude intensity values distributed on the recording surface 20) is set for the amplitude intensity value, and an arithmetic point having an intensity value equal to or greater than the threshold value is set. A pixel value “1” is given, and a pixel value “0” is given to a calculation point having an intensity value less than this threshold value. Therefore, a pixel value of “1” or “0” is defined at the calculation point Q (x, y) shown in FIG.

そこで、図19 (b) に示すように、この演算点Q(x,y)の位置に単位領域U(x,y)を定義し、この単位領域U(x,y)を「1」か「0」のいずれかの画素値をもった画素として取り扱うようにすれば、所定の二値画像を得ることができる。この二値画像のデータを電子線描画装置に与えて描画を行えば、物理的な二値画像として干渉縞を描画することができる。実際には、この物理的に描画された干渉縞に基づいて、たとえばエンボス版を作製し、このエンボス版を用いたエンボス加工を行うことにより、表面に干渉縞が凹凸構造として形成されたホログラムを量産することができる。   Therefore, as shown in FIG. 19B, a unit area U (x, y) is defined at the position of the calculation point Q (x, y), and this unit area U (x, y) is set to “1”. If it is handled as a pixel having any pixel value of “0”, a predetermined binary image can be obtained. If the binary image data is supplied to the electron beam drawing apparatus and drawn, interference fringes can be drawn as a physical binary image. Actually, based on the physically drawn interference fringes, for example, an embossed plate is prepared, and embossing using the embossed plate is performed, so that a hologram on which the interference fringes are formed as an uneven structure is formed. Can be mass-produced.

図20には、記録面20上に二次元配列された単位領域U1〜U24が示されている。この例では、いずれの単位領域も、一辺が2μmの正方形となっているが、これは、記録面20上に定義された演算点Q1〜Q24が縦横に2μmピッチで配置されているためである。記録面20上に定義される演算点は、いわば干渉波強度のサンプル点としての機能を果たすことになるので、原画像10上に定義された点光源のピッチ、原画像10と記録面20との距離、参照光Rの方向、波長などの光学的な条件設定を考慮して、干渉縞を記録するのに最適なピッチで配置すればよい。図14に示す例では、演算点Qのピッチは縦横ともに2μmとしているが、縦横のピッチを変えるようにしてもよい(この場合、各単位領域は長方形となる)。また、図20に示す例では、正方形状の単位領域の中心点が各演算点上に重なるように、個々の単位領域を個々の演算点上に配置しているが、単位領域と演算点との位置関係は、必ずしもこのとおりにする必要はない。たとえば、各単位領域の左上隅点を基準点として定め、この左上隅点の基準点が演算点上に重なるように、個々の単位領域を配置してもかまわない。   FIG. 20 shows unit areas U1 to U24 that are two-dimensionally arranged on the recording surface 20. In this example, each unit region is a square having a side of 2 μm, because the calculation points Q1 to Q24 defined on the recording surface 20 are arranged at a pitch of 2 μm vertically and horizontally. . Since the calculation point defined on the recording surface 20 functions as a sample point of the interference wave intensity, the point light source pitch defined on the original image 10, the original image 10 and the recording surface 20, and so on. In consideration of the optical conditions such as the distance, the direction of the reference light R, and the wavelength, they may be arranged at an optimum pitch for recording interference fringes. In the example shown in FIG. 14, the pitch of the calculation points Q is 2 μm in both vertical and horizontal directions, but the vertical and horizontal pitches may be changed (in this case, each unit region is a rectangle). In the example shown in FIG. 20, each unit region is arranged on each calculation point so that the center point of the square unit region overlaps each calculation point. It is not always necessary that the positional relationship is as described above. For example, the upper left corner point of each unit area may be defined as a reference point, and the individual unit areas may be arranged so that the upper left corner reference point overlaps the calculation point.

上述したように、この図20に示す各演算点Q1〜Q24には、それぞれ所定の干渉波強度値が演算される。そして、従来の一般的な手法では、各強度値は、所定のしきい値に基づいて二値化され、「1」または「0」の画素値に変換される。そこで、たとえば、画素値「1」が定義された演算点Qを含む単位領域Uを白画素、画素値「0」が定義された演算点Qを含む単位領域Uを黒画素として取り扱えば、白黒の二値画像が得られることになる。この二値画像に基づいて、白画素の部分を凹部、黒画素の部分を凸部(あるいはその逆)とする物理的な凹凸構造を形成すれば、ホログラム媒体が得られることになる。   As described above, predetermined interference wave intensity values are calculated at the calculation points Q1 to Q24 shown in FIG. In the conventional general method, each intensity value is binarized based on a predetermined threshold value and converted into a pixel value of “1” or “0”. Therefore, for example, if the unit area U including the calculation point Q in which the pixel value “1” is defined is treated as a white pixel and the unit area U including the calculation point Q in which the pixel value “0” is defined as a black pixel, Thus, a binary image is obtained. If a physical concavo-convex structure is formed on the basis of the binary image, the white pixel portion is a concave portion and the black pixel portion is a convex portion (or vice versa), a hologram medium can be obtained.

しかしながら、このような一般的な計算機合成ホログラムの作製方法では、各単位領域に割り付けられるのは、白画素か黒画素かのいずれかに限定されることになるため、演算により求められた干渉波強度の階調値は失われてしまう。   However, in such a general method for producing a computer-generated hologram, since it is limited to either a white pixel or a black pixel that can be assigned to each unit area, the interference wave obtained by the calculation is used. The intensity gradation value is lost.

そこで、本実施形態では、単位領域を第1の画素値をもった第1の領域と第2の画素値をもった第2の領域とに分割することにより定義される二値パターンを、「単位領域に対する第1の領域の占有率」を変えることにより複数通り用意しておき、各演算点の位置に、それぞれ各演算点についての干渉波強度に対応した占有率(「単位領域に対する第1の領域の占有率」)を有する二値パターンを割り付けるようにしたのである。   Therefore, in the present embodiment, a binary pattern defined by dividing a unit area into a first area having a first pixel value and a second area having a second pixel value is expressed as “ A plurality of types are prepared by changing the occupancy ratio of the first area with respect to the unit area, and the occupancy ratios corresponding to the interference wave intensities at the respective calculation points (the “first area with respect to the unit area”) are prepared. The binary pattern having the area occupancy ratio “)” is assigned.

まず、図21に示すように、干渉波強度の値に応じて特定の階調値を画素に割り付ける。本実施形態では、図22に示すように、5種類の二値パターンD0〜D4を予め用意しておく。いずれの二値パターンも、一辺が2μmの正方形からなる単位領域内のパターンであり、第1の画素値「1」をもった第1の領域(図では白い部分)と、第2の画素値「0」をもった第2の領域(図ではハッチングが施された部分)とによって構成されている。もっとも、二値パターンD0には第2の領域のみしか含まれておらず、二値パターンD4には第1の領域のみしか含まれていないが、これは便宜上、他方の領域の面積が0である特別な場合と考えることにする。ここで、「単位領域(正方形全体)に対する第1の領域(白い部分)の占有率」に着目すると、二値パターンD0,D1,D2,D3,D4についての当該占有率は、それぞれ0%,25%,50%,75%,100%となる。   First, as shown in FIG. 21, a specific gradation value is assigned to a pixel according to the value of the interference wave intensity. In the present embodiment, as shown in FIG. 22, five types of binary patterns D0 to D4 are prepared in advance. Each of the binary patterns is a pattern in a unit region made up of a square having a side of 2 μm, and includes a first region having a first pixel value “1” (a white portion in the figure) and a second pixel value. And a second region having “0” (the hatched portion in the figure). Of course, the binary pattern D0 includes only the second region, and the binary pattern D4 includes only the first region. For convenience, the area of the other region is 0. Consider a special case. Here, paying attention to “occupancy ratio of the first area (white portion) with respect to the unit area (entire square)”, the occupancy ratios of the binary patterns D0, D1, D2, D3, D4 are 0%, 25%, 50%, 75%, and 100%.

いずれの二値パターンにおいても、図示のとおり、第1の領域(白い部分)は、単位領域(正方形全体)の縦幅に等しい縦幅を有し、所定の占有率に応じた横幅を有する矩形から構成されており、しかもこの第1の領域を構成する矩形は、単位領域の横幅に関する中心位置に配置されている。そして、単位領域内の第1の領域が配置された残りの部分が第2の領域(ハッチングが施された部分)となっている。なお、二値パターンは、図22に示したものに限らず、図23に示すような様々なパターン又はそれ以外のパターンでもよい。また、それぞれの二値パターンにそれぞれ異なる屈折率を対応させることで階調を表現してもよい。   In any binary pattern, as shown in the figure, the first area (white portion) has a vertical width equal to the vertical width of the unit area (whole square) and has a horizontal width corresponding to a predetermined occupation ratio. In addition, the rectangle constituting the first area is arranged at the center position with respect to the lateral width of the unit area. And the remaining part in which the 1st field in a unit field is arranged serves as the 2nd field (part given hatching). The binary pattern is not limited to that shown in FIG. 22, but may be various patterns as shown in FIG. 23 or other patterns. Further, gradation may be expressed by making each refractive pattern correspond to a different refractive index.

さて、こうして用意された5種類の二値パターンD0〜D4を、記録面上の各演算点位置に選択的に割り付けることにより、各演算点における干渉波強度を5段階の階調によって表現することが可能になる。図21に示す例では、各演算点における干渉波強度は、0〜4の5段階の強度値として与えられている。この5段階の強度値に、5種類の二値パターンD0〜D4を割り当てるためには、たとえば、強度値0については二値パターンD0、強度値1については二値パターンD1、強度値2については二値パターンD2、強度値3については二値パターンD3、強度値4については二値パターンD4といった対応関係を予め定義しておけばよい。図23は、上述の対応関係に基づいて、図21に示す各強度値に対応する二値パターンを割り付けて得られる二値画像の一例を示す図である。一般的な方法により得られる二値画像と比較すると、いずれも二値画像であることに変わりはないものの、各演算点における干渉波強度値が階調情報をもったまま表現されている。   Now, by selectively assigning the five types of binary patterns D0 to D4 thus prepared to the respective calculation point positions on the recording surface, the interference wave intensity at each calculation point is expressed by five levels of gradation. Is possible. In the example shown in FIG. 21, the interference wave intensity at each calculation point is given as five levels of intensity values from 0 to 4. In order to assign five types of binary patterns D0 to D4 to the five levels of intensity values, for example, a binary pattern D0 for intensity value 0, a binary pattern D1 for intensity value 1, and an intensity value 2 Corresponding relationships such as the binary pattern D2 and the intensity value 3 for the binary pattern D3 and the intensity value 4 for the binary pattern D4 may be defined in advance. FIG. 23 is a diagram illustrating an example of a binary image obtained by assigning a binary pattern corresponding to each intensity value illustrated in FIG. 21 based on the above-described correspondence relationship. Compared to a binary image obtained by a general method, all of them are binary images, but the interference wave intensity value at each calculation point is expressed with gradation information.

この図24に示すような二値画像が得られたら、この二値画像に基づいて、媒体上に物理的な干渉縞を形成すれば、品質の高い階調画像を再現することが可能な計算機合成ホログラム媒体が得られる。具体的には、図24における黒い部分を凸部、白い部分を凹部(またはその逆)とするエンボス構造を媒体上に形成すればよい。実際には、このような二値画像の形成は、電子線描画装置を用いた電子ビーム走査によって行うのが好ましい。現在、一般的に利用されている電子線描画装置における電子ビームのスポット径は0.05μm程度、その走査精度は0.01μm程度であり、図22に示すような寸法構成をもった二値パターンであれば十分に描画可能である。もちろん、図24に示すような二値画像を得るまでの工程は、所定のプログラムを組み込んだコンピュータによって行われ、このコンピュータによって作製された二値画像データを電子線描画装置に与えることにより、実際の物理的な描画処理が行われることになる。   When a binary image as shown in FIG. 24 is obtained, a computer capable of reproducing a high-quality gradation image by forming physical interference fringes on the medium based on the binary image. A synthetic hologram medium is obtained. Specifically, an embossed structure having a black portion in FIG. 24 as a convex portion and a white portion as a concave portion (or vice versa) may be formed on the medium. In practice, it is preferable to form such a binary image by electron beam scanning using an electron beam drawing apparatus. At present, a spot pattern of an electron beam in a generally used electron beam lithography apparatus is about 0.05 μm, the scanning accuracy is about 0.01 μm, and a binary pattern having a dimensional configuration as shown in FIG. If so, it can be drawn sufficiently. Of course, the process up to obtaining the binary image as shown in FIG. 24 is performed by a computer in which a predetermined program is incorporated, and the binary image data produced by this computer is provided to the electron beam drawing apparatus. The physical drawing process is performed.

図25は、作製した計算機合成ホログラムの再生像である。このように、図10(b)に示した平滑化処理を施したシミュレーション画像が、作製した計算機合成ホログラムの再生像に近い画像であることがわかる。   FIG. 25 is a reproduced image of the produced computer-generated hologram. Thus, it can be seen that the simulation image subjected to the smoothing process shown in FIG. 10B is an image close to the reproduced image of the produced computer-generated hologram.

したがって、平滑化処理を行うことにより、2次元FFT画像の集合体に複数の視差情報が合成され、蛍光灯下のような有限面積を持つ照明光で照明された実物の計算機合成ホログラムの見た目と似たシミュレーション画像が得られる。また、EB描画を行う前に、あらかじめシミュレーションを行い、シミュレーション結果を確認してからEB描画で計算機合成ホログラムを作製するので、計算機合成ホログラムの修正に必要なコストと時間を低減することができる。   Therefore, by performing the smoothing process, a plurality of pieces of parallax information are combined with a collection of two-dimensional FFT images, and the appearance of an actual computer-generated hologram illuminated with illumination light having a finite area, such as under a fluorescent lamp, A similar simulation image is obtained. In addition, since a computer-generated hologram is produced by EB drawing after performing a simulation in advance and confirming the simulation result before performing EB drawing, the cost and time required for correcting the computer-generated hologram can be reduced.

また、本実施形態では、計算機合成ホログラム1の作製に干渉波の強度分布を使用したが、参照光と干渉させずに複素振幅分布を適用してもよい。   In the present embodiment, the intensity distribution of the interference wave is used to produce the computer-generated hologram 1. However, a complex amplitude distribution may be applied without causing interference with the reference light.

例えば、特許文献3、4に記載されているように一面に溝を持った3次元セルの溝の深さで位相を、溝の幅で振幅を記録する方法でもよい。   For example, as described in Patent Documents 3 and 4, the phase may be recorded by the depth of the groove of a three-dimensional cell having a groove on one side, and the amplitude may be recorded by the width of the groove.

あるいは、非特許文献1に記載されたA.W.Lohmann等の方法、Leeの方法等で振幅と位相を記録するようにしてもよい。   Alternatively, as described in A.N. W. You may make it record an amplitude and a phase by the method of Lohmann etc., the method of Lee, etc.

また、本実施形態は計算機合成ホログラムの作製に、EB描画装置を使用したが、レーザ描画装置や切削加工を使用するようにしてもよい。 In the present embodiment, the EB drawing apparatus is used for producing the computer-generated hologram. However, a laser drawing apparatus or a cutting process may be used.

また、本実施形態では、原画像10を点光源の集合として取り扱っているが、特許文献2に記載されている原画像を線光源の集合として取り扱う方法を使用してもよい。   In this embodiment, the original image 10 is handled as a set of point light sources, but a method of handling the original image described in Patent Document 2 as a set of line light sources may be used.

このように、再生シミュレーション方法を用いた計算機合成ホログラム作製方法により、EB描画前に計算機合成ホログラムの品質を確認することで、計算機合成ホログラムの品質に関わる修正に必要なコストと時間の損失を低減できるので、作製された計算機合成ホログラムは、低コストで品質の高い計算機合成ホログラムとなる。   In this way, the computer-generated hologram production method using the reproduction simulation method confirms the quality of the computer-generated hologram before EB drawing, thereby reducing the cost and time loss required for corrections related to the quality of the computer-generated hologram. Therefore, the produced computer-generated hologram is a high-quality computer-generated hologram at low cost.

以上、本発明の計算機合成ホログラムの再生シミュレーション方法、その再生シミュレーション方法を用いた計算機合成ホログラム作製方法及びその計算機合成ホログラム作製方法を用いて作製された計算機合成ホログラムを実施形態に基づいて説明してきたが、本発明はこれら実施形態に限定されず種々の変形が可能である。   The computer-generated hologram reproduction simulation method of the present invention, the computer-generated hologram production method using the reproduction simulation method, and the computer-generated hologram produced using the computer-generated hologram production method have been described above based on the embodiments. However, the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications are possible.

計算機合成ホログラムの記録方法の概念を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the concept of the recording method of a computer composition hologram. 図1の演算処理の概念に基づく具体例を示す図である。It is a figure which shows the specific example based on the concept of the arithmetic processing of FIG. 第1実施形態の計算機合成ホログラムの再生シミュレーションのフローチャートを示す図である。It is a figure which shows the flowchart of the reproduction simulation of the computer composition hologram of 1st Embodiment. 小領域に分割された干渉波の強度分布を示す画像データを示す図である。It is a figure which shows the image data which shows intensity distribution of the interference wave divided | segmented into the small area | region. 小領域の2次元FFT画像を示す図である。It is a figure which shows the two-dimensional FFT image of a small area | region. 平滑化処理の概念を示す図である。It is a figure which shows the concept of the smoothing process. 本実施形態の平滑化処理を行う前後の2次元FFT画像の一部画素値を示す図である。It is a figure which shows the partial pixel value of the two-dimensional FFT image before and behind performing the smoothing process of this embodiment. 本実施形態の平滑化処理を行う前後の2次元FFT画像の一部拡大図を示す図である。It is a figure which shows the one part enlarged view of the two-dimensional FFT image before and behind performing the smoothing process of this embodiment. 図5に示した小領域の2次元FFT画像を平滑化した図である。It is the figure which smoothed the two-dimensional FFT image of the small area | region shown in FIG. 平滑化処理を行わないシミュレーション画像と平滑化処理を行ったシミュレーション画像を示す図である。It is a figure which shows the simulation image which performed the smoothing process, and the simulation image which does not perform a smoothing process. 水平方向に広がりを持つ光源による照明の概念を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the concept of the illumination by the light source which spreads in a horizontal direction. 図10の概念に基づく具体例を示す図である。It is a figure which shows the specific example based on the concept of FIG. 図11における本実施形態の平滑化処理の参照領域を示す図である。It is a figure which shows the reference area | region of the smoothing process of this embodiment in FIG. 奥行き方向に広がりを持つ光源による照明の概念を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the concept of the illumination by the light source which spreads in the depth direction. 図13の概念に基づく具体例を示す図である。It is a figure which shows the specific example based on the concept of FIG. 図14における本実施形態の平滑化処理の参照領域を示す図である。It is a figure which shows the reference area | region of the smoothing process of this embodiment in FIG. 第2実施形態の計算機合成ホログラムの再生シミュレーション方法を用いたホログラム作製方法のフローチャートを示す図である。It is a figure which shows the flowchart of the hologram production method using the reproduction | regeneration simulation method of the computer-generated hologram of 2nd Embodiment. 作成した3次元CGモデルを示す図である。It is a figure which shows the produced three-dimensional CG model. 干渉波強度分布から二値画像を得る概念を示す図である。It is a figure which shows the concept which acquires a binary image from interference wave intensity distribution. 記録面状に格子状に配列された領域を示す図である。It is a figure which shows the area | region arranged in the grid | lattice form on the recording surface form. 各領域の5値化された干渉縞強度を示す図である。It is a figure which shows the quinary interference fringe intensity | strength of each area | region. 二値パターンの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of a binary pattern. 他の二値パターンの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of another binary pattern. 本実施形態により得られる二値画像を示す図である。It is a figure which shows the binary image obtained by this embodiment. 作製した計算機合成ホログラムの再生像である。It is the reproduction image of the produced computer-generated hologram.

符号の説明Explanation of symbols

10…原画像
20…記録面
10 ... Original image 20 ... Recording surface

Claims (3)

3次元CGモデルからなる仮想物体からの物体光と参照光が所定の記録面上で形成する干渉波の強度分布を計算機により演算することで得られる強度分布を示す画像データを基に作製される計算機合成ホログラムの再生像を、前記画像データを基に計算機によりシミュレーションする計算機合成ホログラムの再生シミュレーション方法において、
計算機により演算された前記画像データを小領域に分割するステップと、
前記画像データを小領域毎に2次元フーリエ変換した2次元フーリエ変換画像の集合体を生成するステップと、
前記2次元フーリエ変換画像の集合体すべての画素に対し、対象画素と、前記対象画素の周辺の参照領域を、順に設定し、各対象画素の画素値を周辺の参照領域の画素値を基に平均化する平滑化処理を行うステップと、
前記平滑化処理を行った前記2次元フーリエ変換画像の集合体から前記計算機合成ホログラムのシミュレーション画像を得るステップと、
を有することを特徴とする計算機合成ホログラムの再生シミュレーション方法。
It is created based on image data indicating the intensity distribution obtained by computing the intensity distribution of the interference wave formed on the predetermined recording surface by the object light and the reference light from the virtual object made of a three-dimensional CG model. In a computer-generated hologram reproduction simulation method for simulating a reproduced image of a computer-generated hologram by a computer based on the image data,
Dividing the image data calculated by a computer into small regions;
Generating a set of two-dimensional Fourier transform images obtained by two-dimensional Fourier transforming the image data for each small area;
The target pixel and the reference region around the target pixel are sequentially set for all the pixels of the aggregate of the two-dimensional Fourier transform image, and the pixel value of each target pixel is based on the pixel value of the peripheral reference region. Performing a smoothing process to average;
Obtaining a simulation image of the computer-generated hologram from an aggregate of the two-dimensional Fourier transform images subjected to the smoothing process;
A computer-generated hologram reproduction simulation method characterized by comprising:
3次元CGモデルを作成するステップと、
作成した前記3次元CGモデルを所望の計算機合成ホログラムとするためのパラメータを決定するステップと、
計算機合成ホログラムのパラメータを基に記録面上に形成される干渉波の強度分布を計算機により演算するステップと、
計算機合成ホログラムの再生シミュレーション方法を実行するステップと、
前記計算機合成ホログラムの再生シミュレーション画像を確認した後に干渉波の強度分布を示す画像データからホログラムを描画するステップと、
を有する計算機合成ホログラムの作製方法であり、
前記計算機合成ホログラムの再生シミュレーション方法は、請求項1に記載された計算機合成ホログラムの再生シミュレーション方法である
計算機合成ホログラムの再生シミュレーション方法を用いた計算機合成ホログラム作製方法。
Creating a three-dimensional CG model;
Determining parameters for making the created three-dimensional CG model a desired computer-generated hologram;
Calculating the intensity distribution of the interference wave formed on the recording surface based on the parameters of the computer-generated hologram by a computer;
Executing a computer-generated hologram reproduction simulation method;
Drawing a hologram from image data indicating an intensity distribution of interference waves after confirming a reproduction simulation image of the computer-generated hologram;
Is a method for producing a computer-generated hologram having
The computer-generated hologram reproduction simulation method is the computer-generated hologram reproduction simulation method according to claim 1. The computer-generated hologram production method using the computer-generated hologram reproduction simulation method.
請求項2に記載の計算機合成ホログラムの再生シミュレーション方法を用いた計算機合成ホログラム作製方法により作製された計算機合成ホログラム。   A computer-generated hologram produced by a computer-generated hologram manufacturing method using the computer-generated hologram reproduction simulation method according to claim 2.
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