JP2009145646A - ホログラムパターン発生装置、電子ホログラフィの非点収差補正方法、および、ホログラムパターン発生プログラム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】電子ホログラフィシステム1は、被写体上の各点を点光源として出射する物体光で形成されるホログラムパターンを表示する複数の表示パネル10と、表示パネル10へ参照光を照射する複数の光源20と、参照光に応じて表示パネル10から出射する物体光が通過または反射した後に重なり合うように配設された複数のハーフミラー30と、ホログラムパターンを生成するホログラムパターン発生装置40とを備える。ホログラムパターン発生装置40は、被写体上の点光源を、点光源から出射した光がハーフミラー30を通過する際に生じる非点収差を含んだことと等価な互いに離間して直交する2つの線光源の互いの位置を入れ替えて生成される新たな2つの線光源のうちのいずれかに置き換えてホログラムパターンを計算する。
【選択図】図1
Description
かかる構成によれば、このプログラムをインストールされたコンピュータは、ハーフミラーで生じる非点収差を補正したホログラムパターンを計算することができる。
請求項4に記載の発明によれば、ホログラムパターン発生装置は、非点収差を打ち消す補正を、元の点光源の位置に設けた線光源によって行うので、ホログラム面より手前にある被写体によって形成されるホログラムパターンに容易に組み込むことができる。このように、ホログラムパターンを形成する被写体をホログラム面よりも観測側に近い位置に置く場合(観測側から視てホログラム面よりも手前に置く場合)、被写体上の点光源と同じ位置に設けた横線光源はホログラム面をまたがった反対側に位置することがなく、配置を入れ替える前後でホログラム面から光源までの距離が変わらず、ホログラム面上において、非点収差が補正されたホログラムパターンを容易に計算することができる。
請求項5に記載の発明によれば、本発明のホログラムパターン発生装置を用いた電子ホログラフィシステムは、カラーの高品質な電子ホログラフィ映像を提供することができる。
図1は、電子ホログラフィシステムを模式的に示すブロック図である。
電子ホログラフィシステム1は、被写体像を再生するために予め、被写体上の各点を点光源として、そこから出射した光が参照光と干渉して表示パネル10の位置に形成する干渉縞として生成されたホログラムパターンを表示する複数の表示パネル10(10a,10b)と、ホログラムパターンが表示された表示パネル10へ参照光を照射する複数の光源20(20a,20b)と、複数のハーフミラー30(30a,30b,30c)と、ホログラムパターンを生成するホログラムパターン発生装置40とを備える。
各ハーフミラー30は、参照光に応じて表示パネル10から出射する物体光が反射または透過した後に重なり合うように配設されている。
ホログラムパターン発生装置40は、非点収差の補正を含んだホログラムパターンを生成し、各表示パネル10に出力して表示させる。
ここで、非点収差の補正を含んだホログラムパターンを生成する原理について説明する。図2は、被写体上の各点光源201から出射する光(例えば、図13に示した緑色の板で示す被写体180G1,180G2の各点から出る光)が非点収差を含んだことと等価な、互いに離間して直交する2つの線光源として、横線光源202および縦線光源203を示す図である。点光源201から出射する光は、非点収差を考慮した場合には、その後方(図2においてZ軸の負の方向)の横線光源202から出射する光、または、点光源201の位置にある縦線光源203から出射する光としてモデル化することができる。横線光源202と縦線光源203との図2のZ軸方向の距離Z0は、非点収差のずれ量(収差量)を示している。なお、図2では、横線光源202と縦線光源203とをデフォルメして表示した。
以下では、縦線光源302を利用してホログラムパターンを計算するものとして説明する。
ホログラムパターン発生装置40は、被写体上の各点(各点光源)に代えて、参照光に応じて表示パネル10から出射する物体光がハーフミラー30を通過する際に生じる非点収差と逆の広がり中心を持つ線光源を仮定し、この線光源から出射する光に基づいてホログラムパターンを求めることで非点収差を補正する処理を行うものである。このホログラムパターン発生装置40は、例えば、CPU(Central Processing Unit)と、RAM(Random Access Memory)と、ROM(Read Only Memory)と、HDD(Hard Disk Drive)と、入出力インタフェース等から構成される。このホログラムパターン発生装置40は、図1に示すように、線光源計算手段41と、ホログラムパターン計算手段42とを備えている。
本実施形態では、ホログラムパターン計算手段42は、カラー表示に対応した3原色の光源をそれぞれ参照光とする表示パネル10に表示させるホログラムパターンをそれぞれ計算する。
ここでは、図3に示した被写体上の点301(その座標は(X,Y,Z))を図4において光源401とする。また、図4において被写体上の点(光源401)からホロ面(ミラー表面)までのx軸に沿った方向(以下、x方向という)の距離をZで表すこととする。尚、図3に示したZはホロ面に対して垂直な方向に計った距離であり、図4のZとは異なる。
ここで、非点収差の具体例を説明する。図4において、例えば、Z=100mm、T=20mm、n=1.519とすると、式(2)に示すΔVの値は6.704mmとなる。この場合には、縦拡散光の焦点402の位置は、光源401の位置よりも6.704mm光軸に沿ってハーフミラー30側へ(前へ)ずれることとなる。
例えば、線光源計算手段41は、図3に示したように、縦線光源302の位置を、被写体上の点301よりもZ0=5.395mmだけ後方(ハーフミラー30と反対側)の位置であるものとして算出する。このとき、図3に示すyは縦線光源の長さの半値(Z0tanθ)を示す。ここで、θは現在の電子ホログラフィで光が回折する最大角度(例えばθ=1.8°)以内とする。
ホログラムパターン計算手段42は、点光源を、線光源計算手段41で計算された線光源(縦線光源)に置き換えて用いて、ハーフミラー30を通過する光を出射する各点光源に対応するホログラムパターンを計算する。本実施形態では、ホログラムパターン計算手段42は、線光源(縦線光源)の初期位相を計算し、求めた初期位相を有した縦線光源から出射した光のホロ面(ホログラム面)上での濃淡を示す強度(振幅)を計算することで、ホログラムパターンを求める。ホログラムパターンは、求められた縦線光源から出る光がホロ面に到達したときの光を被写体上の点光源すべてについて足し合わせたものと、参照光の複素振幅との和から求められる。ただし、参照光はホロ面上では一様であるので、参照光の振幅を1とし、かつ、参照光の位相を0とすると、その結果(ホログラムパターン)は、式(11)で表される被写体光の実数部分の値Pを点光源すべてについて足し合わせたものと同じになる。したがって、本実施形態では、ホログラムパターン計算手段42は、求められた縦線光源から出射した光のホロ面上での値を式(11)により計算する。
また、本実施形態では、ホログラムパターン発生装置40は、線光源計算手段41を備えるものとしたが、線光源計算手段41は必須ではなく、ホログラムパターンを計算するための線光源の位置、すなわち、ハーフミラー30で生じる非点収差量は、実測で求めることもできる。
比較例では、図8(a)に示すように、カメラのピントは手前の板(上段の板)の横線に合わせているが、その縦線は、横線と比べて輪郭がぼやける。また、下段の板は、上段の板より20mm離れているために横線もぼやけている。
一方、非点収差を補正した場合には、図8(b)に示すように、手前の板(上段の板)の横線にピントを合わせて撮影したものであるが、その縦線もシャープになった。下段の表示パネルは、上段の表示パネルより20mm奥に引っ込んでいるので、その輪郭はぼけているが、下段の板にピントを合わせて撮影すれば、上段の板と同じくらいにシャープな映像が得られる。このように非点収差が補正されたホログラム光(赤)を用いて複数のホログラム光を合成することで映像をカラー化したり、視域を拡大したり、映像サイズを拡大したりする場合に、高品質な電子ホログラフィ映像を提供することができる。
10(10a,10b,10R,10G,10B) 表示パネル
20(20a,20b,20R,20G,20B) 光源
30(30a,30b,30c,30d,30e,30g) ハーフミラー
31(31a,31b) ミラー
40 ホログラムパターン発生装置
41 線光源計算手段
42 ホログラムパターン計算手段
50R,50G,50B コリメータを構成するピンホール
60a,60d,60e コリメータを構成するレンズ
60b,60c リレーレンズ系を構成するレンズ
70 遮光板
Claims (7)
- 被写体上の各点を点光源として出射する物体光で形成されるホログラムパターンを表示する複数の表示パネルと、前記表示パネルへ参照光を照射する複数または単一の光源と、前記参照光に応じて前記表示パネルから出射する再生された物体光が通過または反射した後に重なり合うように配設された複数のハーフミラーと、前記ホログラムパターンを生成するホログラムパターン発生装置とを備える電子ホログラフィシステムにおける前記ホログラムパターン発生装置において、
前記被写体上の点光源を、前記点光源から出射した光が前記ハーフミラーを通過する際に生じる非点収差を含んだことと等価な、互いに離間して直交する2つの線光源の、互いの位置を入れ替えて生成される新たな2つの線光源のうちのいずれか一方に置き換えて、前記ホログラムパターンを計算するホログラムパターン計算手段を備えることを特徴とするホログラムパターン発生装置。 - 前記点光源から出射した光が通過するハーフミラーの厚みおよび屈折率を含む非点収差情報に基づいて、前記新たな2つの線光源の間の距離を前記非点収差の収差量として前記新たな2つの線光源の位置と初期位相とを求める線光源計算手段をさらに備え、
前記ホログラムパターン計算手段は、前記2つの線光源の互いの位置を入れ替える際に、前記点光源から出射する初期位相0の光が、前記新たな2つの線光源のうちの当該点光源から離間した線光源の位置に達したときの位相の符号を反転させたものを新たな線光源の初期位相とすることを特徴とする請求項1に記載のホログラムパターン発生装置。 - 前記新たな2つの線光源は、前記点光源から後方に出射する初期位相0の拡散光で形成される線光源の位相の符号を反転した初期位相を有する第1線光源と、この第1線光源から前方に出射する拡散光により前記点光源の位置に形成される第2線光源であり、
前記ホログラムパターン計算手段は、前記第1線光源を用いて前記ホログラムパターンを計算することを特徴とする請求項2に記載のホログラムパターン発生装置。 - 前記新たな2つの線光源は、前記点光源から後方に出射する初期位相0の拡散光で形成される線光源の位相の符号を反転した初期位相を有する第1線光源と、この第1線光源から前方に出射する拡散光により前記点光源の位置に形成される第2線光源であり、
前記ホログラムパターン計算手段は、前記第2線光源を用いて前記ホログラムパターンを計算することを特徴とする請求項2に記載のホログラムパターン発生装置。 - 前記ホログラムパターン計算手段は、
カラー表示に対応した3原色の光源をそれぞれ参照光とする前記複数の表示パネルに表示させるホログラムパターンをそれぞれ計算することを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか一項に記載のホログラムパターン発生装置。 - 被写体上の各点を点光源として出射する物体光で形成されるホログラムパターンを表示する複数の表示パネルと、前記表示パネルへ参照光を照射する複数または単一の光源と、前記参照光に応じて前記表示パネルから出射する再生された物体光が通過または反射した後に重なり合うように配設された複数のハーフミラーと、前記ホログラムパターンを生成するホログラムパターン発生装置とを備える電子ホログラフィシステムにおける電子ホログラフィの非点収差補正方法において、
前記ホログラムパターン発生装置は、
前記点光源から出射した光が通過するハーフミラーの厚みおよび屈折率を含む非点収差情報に基づいて、前記点光源から出射した光が前記ハーフミラーを通過する際に生じる非点収差を含んだことと等価な、互いに離間して直交する2つの線光源の間の距離を前記非点収差の収差量として前記2つの線光源の位置と初期位相とを求める線光源計算ステップと、
前記点光源を、前記2つの線光源の互いの位置を入れ替えて生成される新たな2つの線光源のうちのいずれか一方に置き換えて、前記ホログラムパターンを計算するホログラムパターン計算ステップとを含んで実行することを特徴とする電子ホログラフィの非点収差補正方法。 - 被写体上の各点を点光源として出射する物体光で形成されるホログラムパターンを表示する複数の表示パネルと、前記表示パネルへ参照光を照射する複数または単一の光源と、前記参照光に応じて前記表示パネルから出射する再生された物体光が通過または反射した後に重なり合うように配設された複数のハーフミラーと、前記ホログラムパターンを生成するホログラムパターン発生装置とを備える電子ホログラフィシステムにおいて前記ホログラムパターンを発生させるために、コンピュータを、
前記点光源から出射した光が通過するハーフミラーの厚みおよび屈折率を含む非点収差情報に基づいて、前記点光源から出射した光が前記ハーフミラーを通過する際に生じる非点収差を含んだことと等価な、互いに離間して直交する2つの線光源の間の距離を前記非点収差の収差量として前記2つの線光源の位置と初期位相とを求める線光源計算手段、
前記点光源を、前記2つの線光源の互いの位置を入れ替えて生成される新たな2つの線光源のうちのいずれか一方に置き換えて、前記ホログラムパターンを計算するホログラムパターン計算手段、
として機能させることを特徴とするホログラムパターン発生プログラム。
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