JP2014164122A - Computer hologram data preparation device and data preparation method - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a computer hologram data preparation device which reduces computation quantity and a preparation method of the data.SOLUTION: The computer hologram data preparation device includes: an acquired image conversion part for acquiring an original image and converting it into a real number quincunx sampling signal; a space domain conditioning part for generating a space domain complex number quincunx sampling signal; a space domain decomposition part for decomposing the space domain complex number quincunx sampling signal; an inverse transformation part for applying the inverse Fourier transform respectively to the decomposed signal; a frequency-domain synthesis part for synthesizing the signal to which the inverse Fourier transform has been applied; a frequency-domain conditioning part for replacing an amplitude value of the synthesized signal with a prescribed value; a frequency-domain decomposition part for decomposing the synthesized signal whose amplitude value has been replaced with the prescribed value; a conversion part for applying the Fourier transform respectively to the decomposed sampling signal; and a space domain synthesis part for synthesizing the sampling signal to which the Fourier transform has been applied.

Description

本実施形態は、計算機ホログラムのデータ作成装置及びそのデータ作成方法に関する。   The present embodiment relates to a data creation apparatus and a data creation method for a computer generated hologram.

現在、物体光と参照光の干渉の結果として生じる干渉縞を記録したものが、ホログラムとして知られている。この干渉縞は、計算によって求めることができ、計算機と干渉縞を表示する表示装置を有すれば、ホログラムを合成することができる。そして、このようなホログラムは、計算機ホログラム（Computer Generated Hologram:ＣＧＨ）と呼ばれている。   At present, a recording of interference fringes generated as a result of interference between object light and reference light is known as a hologram. The interference fringes can be obtained by calculation, and if a computer and a display device that displays the interference fringes are provided, a hologram can be synthesized. Such a hologram is called a computer generated hologram (CGH).

この計算機ホログラムの特長は、記録のための物体が存在しなくてよいことである。また、この計算機ホログラムでは、架空の物体の三次元像を得ることができる。このような計算機ホログラムの技術は、干渉計測、光情報処理、セキュリティなどの応用分野において重要な位置を占めている。   The feature of this computer generated hologram is that an object for recording does not have to exist. Further, with this computer generated hologram, a three-dimensional image of an imaginary object can be obtained. Such computer generated hologram technology occupies an important position in application fields such as interference measurement, optical information processing, and security.

そして、計算機ホログラムのうちフーリエ変換ホログラムは、周波数領域で定義されたホログラムに平行レーザ光を照射し、レンズを介して光学的にフーリエ変換することにより空間領域で物体画像を再生する。このようなフーリエ変換ホログラムでは、高速フーリエ変換（Fast Fourier Transform：ＦＦＴ）を用いて物体の元画像データからホログラムデータを求めることができる。   Of the computer generated holograms, a Fourier transform hologram reproduces an object image in the spatial domain by irradiating a hologram defined in the frequency domain with parallel laser light and optically Fourier transforming the hologram. In such a Fourier transform hologram, the hologram data can be obtained from the original image data of the object using Fast Fourier Transform (FFT).

しかしながら、フーリエ変換ホログラムでは、振幅と位相を同時に変調できる空間光変調器（Spatial Light Modulator：ＳＬＭ）の実現が困難なため、振幅または位相を変調するＳＬＭが用いられる。また、振幅変調型が低効率であるのに対し位相変調型は高効率であり、特に多値で位相変調する位相変調型のＳＬＭを用いることにより、原理的（理論的）には回折効率が１００％になり得ることが知られている。なお、この回折効率とは、ホログラムに入射する再生照明光の強度（Ｉ０）に対する１次回折光強度（Ｉ１）の比（Ｉ１／Ｉ０）として定義されるものである。 However, in the Fourier transform hologram, since it is difficult to realize a spatial light modulator (SLM) that can modulate the amplitude and the phase simultaneously, an SLM that modulates the amplitude or the phase is used. In addition, the amplitude modulation type is low efficiency, whereas the phase modulation type is high efficiency. In particular, by using a phase modulation type SLM that performs phase modulation with multiple values, the diffraction efficiency is theoretically (theoretical) low. It is known that it can be 100%. The diffraction efficiency is defined as the ratio (I 1 / I 0 ) of the first-order diffracted light intensity (I 1 ) to the intensity (I 0 ) of the reproduction illumination light incident on the hologram.

しかしながら、位相変調型のＳＬＭでは、本来振幅と位相で表される情報を位相のみで近似することになる。また、位相変調型ホログラムデータのデータ作成は非線形な処理が必要であるため、位相変調型のＳＬＭでは解析的に最良解を得ることができなかった。   However, in a phase modulation type SLM, information originally expressed by amplitude and phase is approximated by only the phase. In addition, since the creation of phase modulation hologram data requires nonlinear processing, the best solution cannot be obtained analytically with a phase modulation SLM.

従来、この種の位相変調型の計算機ホログラムの作成方法として、フーリエ変換と逆フーリエ変換とを繰り返し、目標精度（誤差）を実現する計算機ホログラムの作成方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。   Conventionally, as a method of creating this type of phase modulation type computer generated hologram, a method of creating a computer generated hologram that realizes target accuracy (error) by repeating Fourier transform and inverse Fourier transform has been disclosed (for example, Patent Document 1). reference).

特開２００４−１８４６０９号公報JP 2004-184609 A

しかしながら、このような高精度な位相変調型の計算機ホログラムの最適化されたデータの作成処理では、フーリエ変換と逆フーリエ変換を繰り返して演算を行う必要があり、演算量が膨大となっていた。   However, in the process of creating optimized data of such a high-accuracy phase modulation type computer generated hologram, it is necessary to repeat the Fourier transform and the inverse Fourier transform, and the amount of computation is enormous.

具体的には例えば、位相変調型フーリエ変換ホログラムの最適化処理として、反復フーリエ変換法やシミュレーティド・アニーリング法などの手法が知られている。これらは非線形な反復処理によって位相変調の精度を高め、最適化を図る手法であるため、例えば、１０回以上、場合によっては数１００回もの反復処理を必要とするものであり、その演算量は、画素数に比例して増加するものであった。   Specifically, for example, methods such as an iterative Fourier transform method and a simulated annealing method are known as optimization processes for phase modulation type Fourier transform holograms. Since these are techniques for increasing the accuracy of phase modulation by non-linear iterative processing and optimizing it, for example, it requires 10 or more iterations, and in some cases several hundreds of iterations. , Increased in proportion to the number of pixels.

本実施の形態に係る計算機ホログラムのデータ作成装置は、原画像を取得して、その取得した原画像を、実数クインカンクスサンプリング信号に変換する取得画像変換部と、前記実数クインカンクスサンプリング信号と合成空間領域複素数クインカンクスサンプリング信号とに基づいて、振幅が調整された空間領域複素数クインカンクスサンプリング信号を生成する空間領域条件設定部と、前記空間領域条件設定部から受けた前記空間領域複素数クインカンクスサンプリング信号を直方サンプリング信号に分解する空間領域分解部と、前記空間領域分解部で分解された直方サンプリング信号に対して、それぞれ独立して逆高速フーリエ変換を行う逆変換部と、前記逆変換部で逆高速フーリエ変換された直方サンプリング信号を周波数領域で１つに合成して周波数領域複素数クインカンクスサンプリング信号を生成する周波数領域合成部と、前記周波数領域複素数クインカンクスサンプリング信号の振幅値を所定の値に置き換える周波数領域条件設定部と、前記振幅値が所定の値に置き換えられた周波数領域複素数クインカンクスサンプリング信号を、直方サンプリング信号に分解する周波数領域分解部と、前記周波数領域分解部で分解された直方サンプリング信号に対して、それぞれ独立して高速フーリエ変換を行う変換部と、前記変換部で高速フーリエ変換された直方サンプリング信号を合成して前記合成空間領域複素数クインカンクスサンプリング信号を生成し、前記空間領域条件設定部に与える空間領域合成部と、を備える。   The computer generated hologram data generation apparatus according to the present embodiment acquires an original image, converts the acquired original image into a real quinkanks sampling signal, and synthesizes the real quinkanks sampling signal. A spatial domain condition setting unit that generates a spatial domain complex quinkunk sampling signal with an amplitude adjusted based on the spatial domain complex quinkunk sampling signal, and the spatial domain complex quinkunk sampling received from the spatial domain condition setting unit A spatial domain decomposition unit that decomposes a signal into a rectangular sampling signal, an inverse transformation unit that independently performs inverse fast Fourier transform on the rectangular sampling signal decomposed by the spatial domain decomposition unit, and the inverse transformation unit A rectangular sampling signal that has been subjected to inverse fast Fourier transform is 1 in the frequency domain. A frequency domain synthesizing unit that generates a frequency domain complex quinkanx sampling signal, a frequency domain condition setting unit that replaces an amplitude value of the frequency domain complex quinkanx sampling signal with a predetermined value, and the amplitude value is a predetermined value The frequency domain decomposition unit that decomposes the frequency domain complex quinkanx sampling signal replaced with the value into a rectangular sampling signal, and the fast sampling transform that is independently performed on the rectangular sampling signal decomposed by the frequency domain decomposition unit. And a spatial domain synthesis unit that synthesizes the rectangular sampling signal fast Fourier transformed by the transformation unit to generate the synthesized spatial domain complex quinkanx sampling signal and gives the spatial domain condition setting unit to the spatial domain synthesis unit .

位相変調型フーリエ変換ホログラフィの再生装置の一例を示す説明図。Explanatory drawing which shows an example of the reproducing | regenerating apparatus of phase modulation type Fourier-transform holography. 第１の実施形態に係る位相変調型計算機ホログラムのデータ作成装置の一例を示す全体構成図。1 is an overall configuration diagram showing an example of a data generation device for a phase modulation type computer generated hologram according to a first embodiment. 第１の実施形態に係る位相変調型計算機ホログラムのデータ作成装置が、取得する再生画像に対して高速フーリエ変換などを行って、計算機ホログラムの位相変調データを作成する位相変調データ作成処理の手順を示したフローチャート。A phase modulation data creation apparatus for creating phase modulation data of a computer generated hologram by performing fast Fourier transform or the like on a reproduced image to be acquired by the phase modulation type computer generated hologram data generation apparatus according to the first embodiment. The flowchart shown. 取得画像変換部が原画像に対して変換を行った変換前後のデータ構造を示した説明図。Explanatory drawing which showed the data structure before and behind the conversion which the acquired image conversion part converted with respect to the original image. クインカンクスサンプリング信号に変換された画像に対して、逆高速フーリエ変換を行った場合の周波数領域における特性を示す説明図。Explanatory drawing which shows the characteristic in the frequency domain at the time of performing an inverse fast Fourier transform with respect to the image converted into the quinkanx sampling signal. 空間領域分解部が、変換されたクインカンクスサンプリング信号を２つの直方サンプリング信号に分解する場合のデータ構造を示した説明図。Explanatory drawing which showed the data structure in case a spatial domain decomposition part decomposes | disassembles the converted quinkanx sampling signal into two rectangular sampling signals. 逆変換部が、分解された２つの直方サンプリング信号に対して、それぞれ独立して逆高速フーリエ変換を行った周波数領域におけるスペクトル特性を示す説明図。Explanatory drawing which shows the spectrum characteristic in the frequency domain which the inverse transformation part performed reverse fast Fourier transformation each independently with respect to two decomposed | disassembled rectangular sampling signals. 周波数領域合成部が、２つの直方サンプリング信号を周波数領域で１つに合成する状態を示した説明図。The frequency domain synthetic | combination part is the explanatory drawing which showed the state which synthesize | combines two rectangular sampling signals into one in a frequency domain. 周波数領域分解部が、振幅値が１に置き換えられた周波数領域合成信号を２つの直方サンプリング信号に分解する状態を説明した説明図。Explanatory drawing explaining the state which a frequency domain decomposition | disassembly part decomposes | disassembles the frequency domain synthetic | combination signal by which the amplitude value was replaced by 1 into two rectangular sampling signals. 変換部が、分解された２つの直方サンプリング信号に対して、それぞれ独立して高速フーリエ変換を行った状態を説明した説明図。Explanatory drawing explaining the state which the conversion part performed the fast Fourier transform each independently with respect to two decomposed | disassembled rectangular sampling signals. 空間領域合成部が、高速フーリエ変換が行われた２つの直方サンプリング信号を合成する状態を示した説明図。An explanatory view showing a state in which a spatial domain synthesis unit synthesizes two rectangular sampling signals subjected to fast Fourier transform. 楕円光源を有するレーザと、空間光変調器との関係を説明する説明図。Explanatory drawing explaining the relationship between the laser which has an elliptical light source, and a spatial light modulator. 第２の実施形態に係る計算機ホログラムのデータ作成装置の一例を示す全体構成図。The whole block diagram which shows an example of the data creation apparatus of the computer generated hologram which concerns on 2nd Embodiment. 第２の実施形態において、２つの直方サンプル構造のデータに対して表示位置調整器が位相項を乗じ、空間光変調器が再生画像を表示する例を示した説明図。FIG. 10 is an explanatory diagram illustrating an example in which a display position adjuster multiplies data of two rectangular sample structures by a phase term and a spatial light modulator displays a reproduced image in the second embodiment.

本実施形態に係る計算機ホログラムのデータ作成装置は、位相変調型ホログラムデータ（キノフォームとも呼ばれる。）を作成する際に、高速フーリエ変換（Fast Fourier Transform：ＦＦＴ）および逆高速フーリエ変換（Inverse Fast Fourier Transform：ＩＦＦＴ）を反復する際の演算量を減少させるためのものである。   The computer generated hologram data creation apparatus according to the present embodiment, when creating phase modulation hologram data (also called kinoform), performs fast Fourier transform (FFT) and inverse fast Fourier transform (Inverse Fast Fourier transform). This is to reduce the amount of calculation when iterating (Transform: IFFT).

そこで、本実施形態に係る計算機ホログラムのデータ作成装置は、既存の技術から構成される位相変調型フーリエ変換ホログラフィの再生装置において演算量を減少させることができることを示すために、反復フーリエ変換アルゴリズムについて、始めに説明する。   Therefore, in order to show that the computer generated hologram data creation apparatus according to the present embodiment can reduce the amount of calculation in the reproduction apparatus of the phase modulation type Fourier transform holography constituted by the existing technology, the iterative Fourier transform algorithm is used. First, I will explain.

図１は、位相変調型フーリエ変換ホログラフィの再生装置４００の一例を示す説明図である。   FIG. 1 is an explanatory diagram showing an example of a reproduction apparatus 400 for phase modulation type Fourier transform holography.

図１に示すように、位相変調型フーリエ変換ホログラフィの再生装置４００は、コヒーレント光源３００、位相変調型空間光変調器３１０、フーリエ変換光学レンズ３２０、焦点面３３０およびデータ作成装置１００などを備えて構成されている。また、コヒーレント光源３００は、レーザ３０１および光学レンズ３０２などを備えて構成されている。   As shown in FIG. 1, a phase modulation type Fourier transform holography reproducing device 400 includes a coherent light source 300, a phase modulation type spatial light modulator 310, a Fourier transform optical lens 320, a focal plane 330, a data creation device 100, and the like. It is configured. The coherent light source 300 includes a laser 301, an optical lens 302, and the like.

光学レンズ３０２は、レーザ３０１から照射された光が位相変調型空間光変調器３１０に対して平面波光となるように、投影の品質を改善するための光学素子である。   The optical lens 302 is an optical element for improving the quality of projection so that the light emitted from the laser 301 becomes plane wave light with respect to the phase modulation type spatial light modulator 310.

コヒーレント光源３００は、レーザ３０１と光学レンズ３０２を備えることにより位相変調型空間光変調器３１０に対して平行光を照射するようになっている。   The coherent light source 300 includes a laser 301 and an optical lens 302 so that the phase-modulated spatial light modulator 310 is irradiated with parallel light.

位相変調型空間光変調器３１０は、位相の揃った平面波光に周波数領域で位相変調を行う。   The phase modulation spatial light modulator 310 performs phase modulation in the frequency domain on plane wave light having a uniform phase.

フーリエ変換光学レンズ３２０は、周波数領域から空間領域へフーリエ変換を光学的に行い、焦点面３３０に空間領域の再生像を生成する。   The Fourier transform optical lens 320 optically performs a Fourier transform from the frequency domain to the spatial domain, and generates a reproduced image of the spatial domain on the focal plane 330.

データ作成装置１００は、情報処理を行う情報処理装置やパーソナルコンピュータなどによって構成され、位相変調型空間光変調器３１０において平面波光に周波数領域で位相変調を行うための位相変調型ホログラムデータ（以下、これを単に位相変調データと呼ぶ。）を作成する。データ作成装置１００は、位相変調データを作成すると、その作成した位相変調データを位相変調型空間光変調器３１０に送出するようになっている。   The data creation device 100 is configured by an information processing device that performs information processing, a personal computer, and the like, and in the phase modulation spatial light modulator 310, phase modulation hologram data (hereinafter, referred to as phase modulation hologram data for performing phase modulation on plane wave light in the frequency domain). This is simply called phase modulation data). When the data creation apparatus 100 creates phase modulation data, the data creation apparatus 100 sends the created phase modulation data to the phase modulation spatial light modulator 310.

続いて、データ作成装置１００による位相変調データの作成処理について、簡単に説明する。   Next, phase modulation data creation processing by the data creation device 100 will be briefly described.

いま、空間領域で実数原画像データが与えられた場合を考える。この場合、この実数原画像データを逆高速フーリエ変換すれば、周波数領域の複素数変調データが得られる。しかし、この周波数領域の複素数変調データは、位相情報の他に振幅情報を持ったデータであるため、純粋な位相変調のデータではない。   Consider a case where real number original image data is given in the spatial domain. In this case, if this real original image data is subjected to inverse fast Fourier transform, complex modulation data in the frequency domain can be obtained. However, this complex modulation data in the frequency domain is data having amplitude information in addition to phase information, and is not pure phase modulation data.

そこで、この周波数領域の複素数変調データの振幅を１に置き換える周波数領域条件設定を行うと、元情報に対して歪み（誤差）が発生するものの、形式上、位相変調データを得ることができる。この振幅を１に置き換えた周波数領域信号を高速フーリエ変換すると、空間領域の複素数で表わされる画像（フーリエ変換画像）が得られる。   Therefore, if the frequency domain condition is set so that the amplitude of the complex modulation data in the frequency domain is replaced with 1, phase (modulation) data can be obtained in form although distortion (error) occurs with respect to the original information. When the frequency domain signal with the amplitude replaced by 1 is subjected to fast Fourier transform, an image (Fourier transform image) represented by a complex number in the spatial domain is obtained.

人の視覚は、光の振幅（強度）を知覚するが位相を知覚できない。そこで、振幅を比較してみると、このフーリエ変換画像は、実数原画像に対して振幅の歪み（誤差）が発生している。そのため、フーリエ変換画像の振幅を実数原画像データに置き換える空間領域条件設定を行う。   Human vision perceives light amplitude (intensity) but not phase. Therefore, when comparing the amplitude, the Fourier transform image has an amplitude distortion (error) with respect to the real original image. Therefore, a spatial region condition setting is performed to replace the amplitude of the Fourier transform image with the real number original image data.

データ作成装置１００は、上記で説明した、逆高速フーリエ変換、周波数領域条件設定、高速フーリエ変換、空間領域条件設定の一連の処理（１サイクル）を繰り返すことで、空間領域におけるフーリエ変換画像の実数原画像に対する振幅の歪み（誤差）を減少させる。具体的には、この振幅の歪み（誤差）が目標値に到達するまで、上記の一連の処理を繰り返す。この振幅の歪み（誤差）が目標値（例えば、誤差が所定の閾値内）に到達したときの周波数領域における位相データを、位相変調データとして位相変調型空間光変調器３１０に与える。   The data creation device 100 repeats the series of processes (one cycle) of the inverse fast Fourier transform, frequency domain condition setting, fast Fourier transform, and spatial domain condition setting described above, thereby obtaining the real number of the Fourier transform image in the spatial domain. Amplitude distortion (error) with respect to the original image is reduced. Specifically, the above series of processing is repeated until the distortion (error) of the amplitude reaches the target value. The phase data in the frequency domain when the amplitude distortion (error) reaches a target value (for example, the error is within a predetermined threshold) is given to the phase modulation spatial light modulator 310 as phase modulation data.

なお、一連の処理を繰り返す際、空間領域での実数原画像データを複素数データの振幅に置き換えて開始されるが、周波数領域で満遍なくデータが分布されるように、空間領域複素数の位相初期値にはランダム値が設定される。   Note that when repeating a series of processing, the real original image data in the spatial domain is replaced with the amplitude of the complex data, but the phase initial value of the spatial domain complex number is set so that the data is evenly distributed in the frequency domain. Is set to a random value.

また、歪み（誤差）の目標値にもよるが、このサイクルは１０回以上（場合によっては数１００回）行われる。この場合の主たる演算は、「高速フーリエ変換／逆高速フーリエ変換」になる。   Although depending on the target value of distortion (error), this cycle is performed 10 times or more (in some cases, several hundred times). The main calculation in this case is “fast Fourier transform / inverse fast Fourier transform”.

ここで、公知のように、画素数Ｎ×Ｍの高速フーリエ変換あるいは逆高速フーリエ変換の１回の加乗算回数は、５（Ｎ×Ｍ）ｌｏｇ２｛（Ｎ×Ｍ）｝で表される。また、上記のサイクルをＫ回おこなうと、１０Ｋ（Ｎ×Ｍ）ｌｏｇ２｛（Ｎ×Ｍ）｝になる。したがって、ほぼ画素数ＭＮに比例する。 Here, as is well known, the number of additions / times of fast Fourier transform or inverse fast Fourier transform of the number of pixels N × M is represented by 5 (N × M) log 2 {(N × M)}. . Further, if the above cycle is performed K times, 10K (N × M) log 2 {(N × M)} is obtained. Therefore, it is approximately proportional to the number of pixels MN.

そこで、本実施形態に係る計算機ホログラムのデータ作成装置１００は、取得したＮ×Ｍの画素の再生画像（原画像）を、（Ｎ×Ｍ）／２の画素の空間領域複素数クインカンクスサンプリング信号に変換し、その変換された空間領域複素数クインカンクスサンプリング信号を直方サンプリング信号に分解して、その分解された直方サンプリング信号に対してそれぞれ独立して逆高速フーリエ変換を行うことにより、演算の負荷を低減する。   Therefore, the computer generated hologram data creation apparatus 100 according to the present embodiment converts the acquired reproduced image (original image) of N × M pixels into a spatial domain complex quinkanx sampling signal of (N × M) / 2 pixels. And transforming the converted space-domain complex quinkanx sampling signal into a square sampling signal, and performing inverse fast Fourier transform on each of the decomposed square sampling signals independently, thereby reducing the computation load. Reduce.

以下、第１の実施形態に係る計算機ホログラムのデータ作成装置１００について、添付図面を参照して説明する。   Hereinafter, a computer generated hologram data creation apparatus 100 according to a first embodiment will be described with reference to the accompanying drawings.

（第１の実施形態）
図２は、第１の実施形態に係る位相変調型計算機ホログラムのデータ作成装置１００の一例を示す全体構成図である。 (First embodiment)
FIG. 2 is an overall configuration diagram showing an example of a data generation apparatus 100 for a phase modulation type computer generated hologram according to the first embodiment.

図２に示すように、計算機ホログラムのデータ作成装置１００は、取得画像変換部１１０、空間領域条件設定部１１５、空間領域分解部１２０、逆変換部１２５、周波数領域合成部１３０、周波数領域条件設定部１３５、周波数領域分解部１４０、変換部１５０および空間領域合成部１５５を備えて構成されている。   As shown in FIG. 2, the computer generated hologram data creation apparatus 100 includes an acquired image conversion unit 110, a spatial domain condition setting unit 115, a spatial domain decomposition unit 120, an inverse transformation unit 125, a frequency domain synthesis unit 130, and a frequency domain condition setting. Unit 135, frequency domain decomposition unit 140, conversion unit 150, and space domain synthesis unit 155.

また、データ作成装置１００は、図２に示すようにデータ変換部１６０を含む構成としてもよく、さらに位相変調型空間光変調器３１０を含む構成としてもよい。   In addition, the data creation device 100 may include a data conversion unit 160 as illustrated in FIG. 2, and may further include a phase modulation spatial light modulator 310.

取得画像変換部１１０は、原画像を取得して、その取得した原画像を実数クインカンクスサンプリング信号（図４（ｂ）参照）に変換する機能を有している。取得した原画像データや実数クインカンクスサンプリング信号の振幅は、例えば、データ作成装置１００が備える所定の記憶媒体に記憶させておく。   The acquired image conversion unit 110 has a function of acquiring an original image and converting the acquired original image into a real quinkanx sampling signal (see FIG. 4B). The acquired original image data and the amplitude of the real quinkanx sampling signal are stored in, for example, a predetermined storage medium included in the data creation device 100.

空間領域条件設定部１１５は、フーリエ変換された空間領域の複素数クインカンクスサンプリング信号（空間領域複素数クインカンクスサンプリング信号）の振幅を、実数クインカンクスサンプリング信号の振幅に置き換える。また、初期値位相は、ランダム位相（または交互に０、π）を与える。なお、初期値以外の位相は、その変換部１５０から受けた信号の位相を維持するものとする。   The spatial domain condition setting unit 115 replaces the amplitude of the Fourier-transformed spatial domain complex quinkanx sampling signal (spatial domain complex quinkanx sampling signal) with the amplitude of the real quinkanx sampling signal. The initial value phase gives a random phase (or alternately 0, π). It is assumed that the phase other than the initial value maintains the phase of the signal received from the conversion unit 150.

空間領域分解部１２０は、変換された空間領域複素数クインカンクスサンプリング信号を直方サンプリング信号に分解する機能を有している。空間領域分解部１２０は、空間領域複素数クインカンクスサンプリング信号を、例えば、２つの直方サンプリング信号に分解することができる（図６（ａ）−（ｃ）参照）。また、直方サンプリング信号には正方サンプリング信号も含まれる。   The spatial domain decomposition unit 120 has a function of decomposing the converted spatial domain complex quinkanx sampling signal into a rectangular sampling signal. The spatial domain decomposition unit 120 can decompose the spatial domain complex quinkanx sampling signal into, for example, two rectangular sampling signals (see FIGS. 6A to 6C). Further, the square sampling signal includes a square sampling signal.

逆変換部１２５は、空間領域分解部１２０で分解された直方サンプリング信号に対して、それぞれ独立して逆高速フーリエ変換を行う機能を有している。具体的には、逆変換部１２５は、逆高速フーリエ変換部１２６と逆高速フーリエ変換部１２７とを備え、例えば、２つに分解された一方の直方サンプリング信号に対して、逆高速フーリエ変換部１２６が逆高速フーリエ変換を行い、他方の直方サンプリング信号に対して、逆高速フーリエ変換部１２７が逆高速フーリエ変換を行うようになっている。   The inverse transform unit 125 has a function of independently performing inverse fast Fourier transform on the rectangular sampling signal decomposed by the space domain decomposition unit 120. Specifically, the inverse transform unit 125 includes an inverse fast Fourier transform unit 126 and an inverse fast Fourier transform unit 127. For example, the inverse fast Fourier transform unit is applied to one of the rectangular sampling signals that are decomposed into two. 126 performs inverse fast Fourier transform, and the inverse fast Fourier transform unit 127 performs inverse fast Fourier transform on the other rectangular sampling signal.

周波数領域合成部１３０は、それぞれ別々に逆高速フーリエ変換された直方サンプリング信号を、周波数領域で１つに合成する機能を有している。   The frequency domain synthesizing unit 130 has a function of synthesizing the rectangular sampling signals that are separately subjected to inverse fast Fourier transform into one in the frequency domain.

周波数領域条件設定部１３５は、合成された周波数領域合成信号（周波数領域複素数クインカンクスサンプリング信号）の振幅値を所定の振幅値（例えば、振幅＝１）に置き換える機能を有している。以下の説明では、所定の振幅値が１である場合の例について説明する。   The frequency domain condition setting unit 135 has a function of replacing the amplitude value of the synthesized frequency domain synthesized signal (frequency domain complex quinkanx sampling signal) with a predetermined amplitude value (for example, amplitude = 1). In the following description, an example in which the predetermined amplitude value is 1 will be described.

周波数領域分解部１４０は、振幅値＝１に置き換えられた周波数領域合成信号を直方サンプリング信号に分解する機能を有している。周波数領域分解部１４０は、周波数領域合成信号を、例えば、図６（ｂ）、（ｃ）と同様な２つの直方サンプリング信号に分解することができる。また、直方サンプリング信号には正方サンプリング信号も含まれる。   The frequency domain decomposition unit 140 has a function of decomposing the frequency domain synthesized signal replaced with the amplitude value = 1 into a rectangular sampling signal. The frequency domain decomposition unit 140 can decompose the frequency domain synthesized signal into, for example, two rectangular sampling signals similar to those shown in FIGS. Further, the square sampling signal includes a square sampling signal.

変換部１５０は、周波数領域分解部１４０で分解された直方サンプリング信号に対してそれぞれ独立して高速フーリエ変換を行う機能を有している。具体的には、変換部１５０は、高速フーリエ変換部１５１と高速フーリエ変換部１５２とを備え、２つに分解された一方の直方サンプリング信号に対して、高速フーリエ変換部１５１が高速フーリエ変換を行い、他方の直方サンプリング信号に対して、高速フーリエ変換部１５２が高速フーリエ変換を行うようになっている。   The transform unit 150 has a function of performing fast Fourier transform independently on each of the rectangular sampling signals decomposed by the frequency domain decomposition unit 140. Specifically, the transform unit 150 includes a fast Fourier transform unit 151 and a fast Fourier transform unit 152, and the fast Fourier transform unit 151 performs fast Fourier transform on one of the square sampling signals that are decomposed into two. The fast Fourier transform unit 152 performs fast Fourier transform on the other rectangular sampling signal.

空間領域合成部１５５は、高速フーリエ変換された直方サンプリング信号を合成し、空間領域条件設定部１１５に与える。   The spatial domain synthesis unit 155 synthesizes the fast sampling-transformed rectangular sampling signal and gives it to the spatial domain condition setting unit 115.

空間領域条件設定部１１５は、空間領域合成部１５５で合成された空間領域複素数クインカンクスサンプリング信号の振幅が、取得画像変換部１１０で取得した実数クインカンクスサンプリング信号の振幅と一致するか否かを判定する。なお、この判定は、互いの振幅の誤差があらかじめ設定した目標値（例えば、所定の閾値以内）に到達したか否かの判定で置き換えてもよい。   The spatial domain condition setting unit 115 determines whether or not the amplitude of the spatial domain complex quinkanx sampling signal synthesized by the spatial domain synthesis unit 155 matches the amplitude of the real quinx sampling signal acquired by the acquired image conversion unit 110. judge. This determination may be replaced with a determination as to whether or not the mutual amplitude error has reached a preset target value (for example, within a predetermined threshold).

そして、振幅が設定した目標値（振幅）に一致しない場合には、空間領域合成部１５５で合成された空間領域複素数クインカンクスサンプリング信号の振幅を、取得画像変換部１１０で取得した実数クインカンクスサンプリング信号の振幅に置き換えて、再び空間領域分解部１２０に与える。   If the amplitude does not match the set target value (amplitude), the amplitude of the spatial domain complex quinkanx sampling signal synthesized by the spatial domain synthesizing unit 155 is used as the real number quinkanx sampling acquired by the acquired image converting unit 110. It replaces with the amplitude of the signal and gives it to the space domain decomposition unit 120 again.

一方、振幅が設定した目標値（振幅）に一致した場合には、データ作成装置１００は、周波数領域条件設定部１３５で振幅＝１に置き換えられた周波数領域合成信号を、データ変換部１６０を介して位相変調型空間光変調器３１０に出力する。   On the other hand, when the amplitude matches the set target value (amplitude), the data creation apparatus 100 passes the frequency domain synthesized signal, which has been replaced with amplitude = 1 by the frequency domain condition setting unit 135, via the data conversion unit 160. Output to the phase modulation type spatial light modulator 310.

このとき、データ変換部１６０は、周波数領域条件設定部１３５で、振幅＝１に置き換えた周波数領域合成信号（周波数領域複素数クインカンクスサンプリング信号）を、以下のようにさらに変換する機能を有している。   At this time, the data converter 160 has a function of further converting the frequency domain synthesized signal (frequency domain complex quinkanx sampling signal) replaced with amplitude = 1 by the frequency domain condition setting unit 135 as follows. Yes.

位相変調型空間光変調器３１０は、コヒーレントな平面波光が入力され、画素単位で位相を変化させ、光の空間的な位相分布を制御する機能を有している。一般的に空間光変調器は長方形領域を持つ画素配列の場合が多い。したがって、図５に示すような菱型領域を持つ画素領域を表示するため、データ変換部１６０は、長方形領域内の菱型領域外のデータをゼロに変換する。データ変換部１６０の出力データにより、位相変調型空間光変調器３１０は、コヒーレントな光の平面波に光の空間的な位相分布を与える。   The phase modulation type spatial light modulator 310 has a function of receiving a coherent plane wave light, changing the phase in units of pixels, and controlling the spatial phase distribution of the light. In general, the spatial light modulator is often a pixel array having a rectangular region. Therefore, in order to display a pixel region having a diamond-shaped region as shown in FIG. 5, the data conversion unit 160 converts data outside the diamond-shaped region in the rectangular region to zero. Based on the output data of the data converter 160, the phase modulation spatial light modulator 310 gives a spatial phase distribution of light to a plane wave of coherent light.

（位相変調データ作成処理）
次に、第１の実施形態に係る計算機ホログラムのデータ作成装置１００における位相変調データ作成処理の動作について詳細に説明する。 (Phase modulation data creation process)
Next, the operation of the phase modulation data creation processing in the computer generated hologram data creation device 100 according to the first embodiment will be described in detail.

図３は、第１の実施形態に係る計算機ホログラムのデータ作成装置１００が、取得する原画像に対して高速フーリエ変換などを行って、計算機ホログラムの位相変調データを作成する位相変調データ作成処理の手順を示したフローチャートである。図３において、Ｓに数字を付した符号は、フローチャートの各ステップを示す。   FIG. 3 illustrates a phase modulation data creation process in which the computer generated hologram data creation apparatus 100 according to the first embodiment creates phase modulation data of a computer generated hologram by performing, for example, fast Fourier transform on the acquired original image. It is the flowchart which showed the procedure. In FIG. 3, a symbol with a number added to S indicates each step of the flowchart.

まず、計算機ホログラムのデータ作成装置１００は、取得画像変換部１１０において、原画像ａ（振幅値ａを取る原画像）を取得して、その取得した原画像ａを、実数クインカンクスサンプリング信号に変換する（ステップＳ００１）。ここで、原画像ａから実数クインカンクスサンプリング信号に変換する方法について、図面を用いて説明する。   First, the computer generated hologram data creation apparatus 100 acquires an original image a (original image taking an amplitude value a) in the acquired image conversion unit 110, and converts the acquired original image a into a real quinkanx sampling signal. (Step S001). Here, a method of converting the original image a into a real quinkanx sampling signal will be described with reference to the drawings.

図４は、取得画像変換部１１０が原画像ａに対して変換を行った変換前後の構造を示した説明図である。   FIG. 4 is an explanatory diagram showing the structure before and after conversion, in which the acquired image conversion unit 110 converts the original image a.

図４に示すように、図４（ａ）では、一例として、原画像ａが６×６サンプルの画像として表示されたＮ×Ｍ直方サンプル構造を示している。原画像ａは、Ｎ×Ｍ直方サンプル構造を持つサンプリング信号であり、取得画像変換部１１０は、このＮ×Ｍ直方サンプル構造のサンプリング信号を五の目（クインカンクス：quincunx）状（サイコロの５の配置状）にサブサンプリングする。   As shown in FIG. 4, FIG. 4A shows an N × M rectangular sample structure in which the original image a is displayed as an image of 6 × 6 samples as an example. The original image a is a sampling signal having an N × M rectangular sample structure, and the acquired image conversion unit 110 converts the sampling signal of the N × M rectangular sample structure into a quincunx shape (5 dice). Sub-sampling).

図４（ｂ）では、一例として、原画像ａが実数クインカンクスサンプリング信号に変換されたサンプリング構造を示している。具体的には、原画像ａの垂直成分と水平成分について、１サンプルずつ間引いている。ここで、１サンプルずつ間引く方法は、間引くデータに０を割り当てることにより、実数クインカンクスサンプリング信号に変換することができる。   In FIG. 4B, as an example, a sampling structure in which the original image a is converted into a real quinkanx sampling signal is shown. Specifically, the vertical component and the horizontal component of the original image a are thinned out by one sample. Here, the method of thinning out one sample at a time can be converted into a real quinkanx sampling signal by assigning 0 to the thinned data.

ここで、参考までに、図５は、第１の実施形態において、実数クインカンクスサンプリング信号に変換された画像に対して、逆フーリエ変換を行った場合の周波数領域における特性を示す説明図である。   For reference, FIG. 5 is an explanatory diagram showing characteristics in the frequency domain when an inverse Fourier transform is performed on an image converted into a real quinkanx sampling signal in the first embodiment. .

図５に示すように、実数クインカンクスサンプリング信号に変換された画像に対して周波数領域ではＮ、Ｍになり、水平解像度および垂直解像度の特性は変わらないことを示している。   As shown in FIG. 5, N and M are obtained in the frequency domain for an image converted into a real quinkanx sampling signal, indicating that the characteristics of the horizontal resolution and the vertical resolution do not change.

そして、取得画像変換部１１０は、変換された実数クインカンクスサンプリング信号を空間領域条件設定部１１５に送出する。   Then, the acquired image conversion unit 110 sends the converted real quinkanx sampling signal to the spatial domain condition setting unit 115.

空間領域条件設定部１１５は、原画像ａを空間領域複素数クインカンクスサンプリング信号に変換する。また、空間領域条件設定部１１５は、空間領域複素数クインカンクスサンプリング信号の振幅（絶対値）を、実数クインカンクスサンプリング信号の振幅に置き換える。また、空間領域条件設定部１１５は、空間領域複素数クインカンクスサンプリング信号の位相の初期値の設定として、ランダム位相（画素交互に位相＝０、πとしてもよい）を与える（ステップＳ００３）。   The spatial domain condition setting unit 115 converts the original image a into a spatial domain complex quinkanx sampling signal. In addition, the spatial domain condition setting unit 115 replaces the amplitude (absolute value) of the spatial domain complex quinkanx sampling signal with the amplitude of the real quinkanx sampling signal. In addition, the spatial domain condition setting unit 115 gives a random phase (alternate pixels may be set to phase = 0, π) as setting of the initial value of the phase of the spatial domain complex quinkanx sampling signal (step S003).

次に、空間領域分解部１２０は、変換された空間領域複素数クインカンクスサンプリング信号を２つの直方サンプリングに分解する（ステップＳ００５）。   Next, the spatial domain decomposition unit 120 decomposes the converted spatial domain complex quinkanx sampling signal into two rectangular samplings (step S005).

図６は、空間領域分解部１２０が、変換された空間領域複素数クインカンクスサンプリング信号を２つの直方サンプリング信号に分解する場合のデータ構造を示した説明図である。   FIG. 6 is an explanatory diagram showing a data structure when the spatial domain decomposition unit 120 decomposes the converted spatial domain complex quinkanx sampling signal into two rectangular sampling signals.

図６に示すように、図６（ａ）では、空間領域複素数クインカンクスサンプリング信号を示している。空間領域分解部１２０は、この空間領域複素数クインカンクスサンプリング信号を、行単位であって一行おきに分解処理する。   As shown in FIG. 6, FIG. 6 (a) shows a spatial domain complex quinkanx sampling signal. The spatial domain decomposition unit 120 decomposes the spatial domain complex quinkanx sampling signal every other row in units of rows.

図６（ｂ）と図６（ｃ）では、空間領域分解部１２０により分解処理されたデータ構造を示している。具体的には、図６（ａ）で示された○印サンプルと△印サンプルを、図６（ｂ）と（ｃ）に示すように、１ラインおきに○印サンプルと△印サンプルとに分けて、２つの（Ｎ／２）×（Ｍ／２）の直方サンプリング信号に分解する。すなわち、空間領域分解部１２０は、クインカンクスサンプリング信号を２つに分けることによって、元のデータ量が１／４になった２つの直方サンプリング信号に分解することができる。   FIG. 6B and FIG. 6C show the data structure decomposed by the space domain decomposition unit 120. Specifically, the circle mark sample and the triangle mark sample shown in FIG. 6A are changed into a circle mark sample and a triangle mark sample every other line as shown in FIGS. 6B and 6C. Dividing into two (N / 2) × (M / 2) rectangular sampling signals. That is, the spatial domain decomposition unit 120 can decompose the quinkanx sampling signal into two, thereby dividing the quinkanx sampling signal into two rectangular sampling signals whose original data amount is ¼.

次に、逆変換部１２５は、空間領域分解部１２０で分解された２つの直方サンプリング信号に対して、それぞれ独立して逆高速フーリエ変換を行う（ステップＳ００７）。逆変換部１２５は、逆高速フーリエ変換部１２６と逆高速フーリエ変換部１２７とを備えているので、２つに分解された一方の直方サンプリング信号に対して（例えば、図６（ｂ）の○印）、逆高速フーリエ変換部１２６が逆高速フーリエ変換を行い、他方の直方サンプリング信号に対して（例えば、図６（ｃ）の△印）、逆高速フーリエ変換部１２７が逆高速フーリエ変換を行う。   Next, the inverse transform unit 125 performs inverse fast Fourier transform on each of the two rectangular sampling signals decomposed by the space domain decomposition unit 120 independently (step S007). Since the inverse transform unit 125 includes the inverse fast Fourier transform unit 126 and the inverse fast Fourier transform unit 127, the inverse transform unit 125 performs one square sampling signal decomposed into two (for example, a circle in FIG. 6B). ), The inverse fast Fourier transform unit 126 performs the inverse fast Fourier transform, and the inverse fast Fourier transform unit 127 performs the inverse fast Fourier transform on the other rectangular sampling signal (for example, Δ mark in FIG. 6C). Do.

図７は、逆変換部１２５が、分解された２つの直方サンプリング信号に対して、それぞれ独立して逆高速フーリエ変換を行った周波数領域におけるスペクトル特性を示す説明図である。   FIG. 7 is an explanatory diagram showing spectral characteristics in the frequency domain in which the inverse transform unit 125 independently performs inverse fast Fourier transform on two decomposed rectangular sampling signals.

図７に示すように、図７（ａ）では、図６（ｂ）の○印の直方サンプリング信号に対して、逆高速フーリエ変換部１２６で逆高速フーリエ変換を行った周波数領域のスペクトル特性を示している。一方、図７（ｂ）では、図６（ｃ）の△印の直方サンプリング信号に対して、逆高速フーリエ変換部１２７で逆高速フーリエ変換を行った周波数領域のスペクトル特性を示している。   As shown in FIG. 7, in FIG. 7A, the spectral characteristics of the frequency domain obtained by performing the inverse fast Fourier transform by the inverse fast Fourier transform unit 126 on the rectangular sampling signal indicated by a circle in FIG. Show. On the other hand, FIG. 7B shows the spectral characteristics of the frequency domain obtained by performing the inverse fast Fourier transform on the rectangular sampling signal indicated by Δ in FIG. 6C by the inverse fast Fourier transform unit 127.

ここで、従来の位相変調型フーリエ変換ホログラフィにおけるデータ作成装置と、第１の実施形態の計算機ホログラムのデータ作成装置１００と比較して、演算量がどのくらい減少するか検証する。   Here, it will be verified how much the amount of calculation is reduced by comparing the data generation apparatus in the conventional phase modulation type Fourier transform holography and the data generation apparatus 100 of the computer generated hologram of the first embodiment.

従来の位相変調型フーリエ変換ホログラフィのデータ作成装置では、Ｎ×Ｍサンプルの画像をそのまま逆高速フーリエ変換しているため、逆高速フーリエ変換の加乗算回数は、５（Ｎ×Ｍ）ｌｏｇ２｛（Ｎ×Ｍ）｝となる。この場合、従来の位相変調型フーリエ変換ホログラフィのデータ作成装置では、Ｎ×Ｍサンプル数に比例して、逆高速フーリエ変換の加乗算回数が増加することが分かる。 In the conventional phase modulation type Fourier transform holography data creation device, an N × M sample image is subjected to inverse fast Fourier transform as it is, and therefore, the number of addition and multiplication of the inverse fast Fourier transform is 5 (N × M) log 2 { (N × M)}. In this case, in the conventional phase modulation type Fourier transform holography data creation device, it can be seen that the number of additions and multiplications of the inverse fast Fourier transform increases in proportion to the number of N × M samples.

これに対し、第１の実施形態の計算機ホログラムのデータ作成装置１００では、２つの(Ｎ／２)×(Ｍ／２)についての逆高速フーリエ変換の加乗算回数は、２×５(Ｎ／２)×(Ｍ／２)ｌｏｇ２｛(Ｎ／２)×(Ｍ／２)｝となる。すなわち、第１の実施形態のデータ作成装置１００では、逆高速フーリエ変換の加乗算に関する演算量が、約半分になる。 On the other hand, in the computer generated hologram data creation apparatus 100 according to the first embodiment, the number of times of inverse fast Fourier transformation for two (N / 2) × (M / 2) is 2 × 5 (N / 2) × (M / 2) log 2 {(N / 2) × (M / 2)}. That is, in the data creation device 100 according to the first embodiment, the amount of calculation related to addition and multiplication of the inverse fast Fourier transform is approximately halved.

このように、第１の実施形態の計算機ホログラムのデータ作成装置１００では、逆高速フーリエ変換を行う際、１回あたりの演算量を約半分の演算量に減少させることができる。   As described above, in the computer generated hologram data creation apparatus 100 according to the first embodiment, when performing the inverse fast Fourier transform, it is possible to reduce the calculation amount per time to about half the calculation amount.

次に、周波数領域合成部１３０は、逆高速フーリエ変換がされた２つの直方サンプリング信号を周波数領域で１つに合成する（ステップＳ００９）。これにより、計算機ホログラムのデータ作成装置１００は、元のクインカンクスデータの周波数領域合成信号（周波数領域複素数クインカンクスサンプリング信号）を生成する。   Next, the frequency domain synthesizer 130 synthesizes two rectangular sampling signals subjected to inverse fast Fourier transform into one in the frequency domain (step S009). As a result, the computer generated hologram data generation apparatus 100 generates a frequency domain composite signal (frequency domain complex quinkanx sampling signal) of the original quinkanx data.

図８は、周波数領域合成部１３０が、２つの直方サンプリング信号を周波数領域で１つに合成する状態を示した説明図である。   FIG. 8 is an explanatory diagram showing a state in which the frequency domain synthesis unit 130 synthesizes two rectangular sampling signals into one in the frequency domain.

図８（ａ）と図８（ｂ）では、周波数領域合成部１３０が、一方の周波数領域信号（例えば、逆高速フーリエ変換部１２７で逆高速フーリエ変換した周波数領域信号（図８（ｂ）））に、Ｎ×Ｍ空間の１画素移動に相当する位相（exp{ｉ２π(ｎ／Ｎ+ｍ／Ｍ)}）を乗算して、２つの（Ｎ／２）×（Ｍ／２）信号を加算する概念を示している。また、図８（ｃ）では、加算されたＮ×Ｍの信号を示している。なお、ｎ，ｍは、２次元の位置を示しており、ｎ＝０，１，・・・Ｎ−１，ｍ＝０，１，・・・Ｍ−１，とする。   8 (a) and 8 (b), the frequency domain synthesizer 130 uses one frequency domain signal (for example, a frequency domain signal inversely fast Fourier transformed by the inverse fast Fourier transformer 127 (FIG. 8 (b)). ) Multiplied by a phase (exp {i2π (n / N + m / M)}) corresponding to one pixel movement in N × M space, and two (N / 2) × (M / 2) signals are obtained. The concept of addition is shown. Further, FIG. 8C shows the added N × M signal. Note that n and m indicate two-dimensional positions, and n = 0, 1,... N−1, m = 0, 1,.

次に、周波数領域条件設定部１３５は、合成された周波数領域合成信号の振幅値を所定の値（例えば、振幅＝１）に置き換えて、条件を設定する（ステップＳ０１１）。   Next, the frequency domain condition setting unit 135 sets conditions by replacing the amplitude value of the synthesized frequency domain synthesized signal with a predetermined value (for example, amplitude = 1) (step S011).

次に、周波数領域分解部１４０は、周波数領域条件設定部１３５において所定の値に置き換えられた周波数領域合成信号を、直方サンプリング信号に分解する（ステップＳ０１３）。   Next, the frequency domain decomposition unit 140 decomposes the frequency domain synthesized signal replaced with a predetermined value in the frequency domain condition setting unit 135 into a rectangular sampling signal (step S013).

図９は、周波数領域分解部１４０が、振幅値＝１に置き換えられた周波数領域合成信号を２つの直方サンプリング信号に分解する状態を説明した説明図である。   FIG. 9 is an explanatory diagram illustrating a state in which the frequency domain decomposition unit 140 decomposes the frequency domain synthesized signal replaced with the amplitude value = 1 into two rectangular sampling signals.

図９に示すように、図９（ａ）と図９（ｂ）は、図８（ｃ）で示された加算された信号が、２つの（Ｎ／２）×（Ｍ／２）の信号に分解されることを示している。具体的には、図８（ｃ）で示された加算された信号（Ｎ×Ｍの信号）からＮ／２を中心にＮ／２〜Ｎのデータを低域側に折り返し加算する。   As shown in FIG. 9, in FIG. 9 (a) and FIG. 9 (b), the added signals shown in FIG. 8 (c) are two (N / 2) × (M / 2) signals. It is shown that it is decomposed. Specifically, N / 2 to N data centered on N / 2 are added back to the low frequency side from the added signal (N × M signal) shown in FIG.

同様に、Ｍ／２を中心にＭ／２〜Ｍのデータを低域側に折り返し加算する。この折り返し加算したデータを２つ作り、その一方にＮ×Ｍ空間の１画素移動に相当する位相exp{−ｉ２π(ｎ／Ｎ+ｍ／Ｍ)}を乗算する。ｎ、ｍは、水平、垂直のデータ位置を示し、ｎ＝０，１、・・・Ｎ，ｍ＝０，１・・・Ｍとする。   Similarly, the data of M / 2 to M centering on M / 2 is added back to the low frequency side. Two pieces of data obtained by the folding addition are created, and one of them is multiplied by a phase exp {−i2π (n / N + m / M)} corresponding to one pixel movement in the N × M space. n and m indicate horizontal and vertical data positions, and n = 0, 1,... N, m = 0, 1.

ここで、一方のデータにのみＮ×Ｍ空間の１画素移動に相当する位相を乗算する理由は、空間領域での１画素のずれを周波数領域で補正するためである。また、折り返し加算を行う理由は、Ｎ×Ｍの信号に含まれる情報が消えないようにするため、高域成分の折り返しをしている。なお、図９（ａ）と図９（ｂ）では、Ｎ×Ｍの信号を（Ｎ／２）×（Ｍ／２）の信号に折り返し加算する状態を示しているが、図９（ｂ）のみＮ×Ｍ空間の１画素移動に相当する位相を乗算した後、折り返し加算を行っているものとする。   Here, the reason why only one data is multiplied by the phase corresponding to one pixel movement in the N × M space is to correct a shift of one pixel in the spatial domain in the frequency domain. The reason for performing the folding addition is that the high frequency component is folded in order to prevent the information contained in the N × M signal from being erased. 9A and 9B show a state in which the N × M signal is added back to the (N / 2) × (M / 2) signal, but FIG. Only the multiplication corresponding to one pixel movement in the N × M space is multiplied, and then the folding addition is performed.

次に、変換部１５０は、周波数領域分解部１４０によって分解された２つの直方サンプリング信号に対して、それぞれ独立して高速フーリエ変換を行う（ステップＳ０１５）。ここでは、高速フーリエ変換部１５１が図９（ａ）の直方サンプリング信号に対し、高速フーリエ変換を行い、高速フーリエ変換部１５２が図９（ｂ）の直方サンプリング信号に対し、高速フーリエ変換を行っている。   Next, the transform unit 150 performs fast Fourier transform on the two rectangular sampling signals decomposed by the frequency domain decomposition unit 140 independently (step S015). Here, the fast Fourier transform unit 151 performs fast Fourier transform on the rectangular sampling signal of FIG. 9A, and the fast Fourier transform unit 152 performs fast Fourier transform on the rectangular sampling signal of FIG. 9B. ing.

図１０は、変換部１５０が、分解された２つの直方サンプリング信号に対して、それぞれ独立して高速フーリエ変換を行った状態を説明した説明図である。   FIG. 10 is an explanatory diagram illustrating a state in which the transform unit 150 independently performs fast Fourier transform on the two decomposed rectangular sampling signals.

図１０（ａ）では、図９（ａ）で示した（Ｎ／２）×（Ｍ／２）の信号に高速フーリエ変換を行った状態を示している。また、図１０（ｂ）では、図９（ｂ）で示した（Ｎ／２）×（Ｍ／２）の信号に高速フーリエ変換を行った状態を示している。   FIG. 10A shows a state in which fast Fourier transform is performed on the signal (N / 2) × (M / 2) shown in FIG. FIG. 10B shows a state in which fast Fourier transform is performed on the (N / 2) × (M / 2) signal shown in FIG. 9B.

次に、空間領域合成部１５５は、変換部１５０で高速フーリエ変換が行われた２つの直方サンプリング信号を合成する（ステップＳ０１７）。   Next, the spatial domain synthesis unit 155 synthesizes the two rectangular sampling signals that have been subjected to the fast Fourier transform in the transformation unit 150 (step S017).

図１１は、空間領域合成部１５５が、高速フーリエ変換が行われた２つの直方サンプリング信号を合成する状態を示した説明図である。   FIG. 11 is an explanatory diagram showing a state in which the spatial domain synthesis unit 155 synthesizes two rectangular sampling signals that have been subjected to the fast Fourier transform.

図１１に示すように、空間領域合成部１５５は、変換部１５０で高速フーリエ変換が行われた２つの直方サンプリング信号（図１０（ａ）と（ｂ））に対し、一画素ずれた状態で複素数クインカンクス状に合成する。そして、合成された空間領域複素数クインカンクスサンプリング信号は、空間領域条件設定部１１５に送出され、振幅が実数クインカンクスサンプリング信号と一致するか判定される。   As shown in FIG. 11, the spatial domain synthesis unit 155 is shifted by one pixel with respect to the two rectangular sampling signals (FIGS. 10A and 10B) subjected to the fast Fourier transform by the conversion unit 150. Synthesized into a complex quinkanx shape. Then, the synthesized spatial domain complex quinkanx sampling signal is sent to the spatial domain condition setting unit 115, and it is determined whether the amplitude coincides with the real quinkanx sampling signal.

空間領域条件設定部１１５は、合成された空間領域複素数クインカンクスサンプリング信号の振幅と実数クインカンクスサンプリング信号の振幅とが一致するか否かを判定し（ステップＳ０１９）、合成された空間領域複素数クインカンクスサンプリング信号の振幅が実数クインカンクスサンプリング信号と一致した場合には（ステップＳ０１９のＹＥＳ）、周波数領域合成信号を、データ変換部１６０に送出する。データ変換部１６０は、図５に示した菱型形状にデータを並び替え、並び替えたデータを位相変調型空間光変調器３１０に駆動させる。そして、位相変調型空間光変調器３１０は光の位相変調を行う（照明）（ステップＳ０２１）。   The spatial domain condition setting unit 115 determines whether or not the amplitude of the synthesized spatial domain complex quinkanx sampling signal matches the amplitude of the real quinkanx sampling signal (step S019), and the synthesized spatial domain complex quinn. If the amplitude of the Kanks sampling signal matches that of the real quinkanx sampling signal (YES in step S019), the frequency domain synthesized signal is sent to the data converter 160. The data converter 160 rearranges the data into the diamond shape shown in FIG. 5 and causes the phase modulation spatial light modulator 310 to drive the rearranged data. Then, the phase modulation spatial light modulator 310 performs phase modulation of light (illumination) (step S021).

一方、空間領域複素数クインカンクスサンプリング信号の振幅が実数クインカンクスサンプリング信号の振幅と一致しない場合には（ステップＳ０１９のＮＯ）、ステップＳ００３に移行して、空間領域条件設定部１１５は、空間領域複素数クインカンクスサンプリング信号の振幅を実数クインカンクスサンプリング信号の振幅に置き換える。そして、上述した処理と同様に、空間領域合成部１５５で合成された空間領域複素数クインカンクスサンプリング信号を空間領域分解部１２０で２つの直方サンプリング信号に分解し、ステップＳ０１９において一致するまで繰り返す。   On the other hand, if the amplitude of the spatial domain complex quinkanx sampling signal does not match the amplitude of the real quinkanx sampling signal (NO in step S019), the process proceeds to step S003, where the spatial domain condition setting unit 115 Replace the amplitude of the quinkanx sampling signal with the amplitude of the real quinkanx sampling signal. Similarly to the above-described processing, the spatial domain complex quinkanx sampling signal synthesized by the spatial domain synthesis unit 155 is decomposed into two rectangular sampling signals by the spatial domain decomposition unit 120 and repeated until they match in step S019.

以上説明したように、第１の実施形態の計算機ホログラムのデータ作成装置１００では、取得した原画像を空間領域複素数クインカンクスサンプリング信号に変換し、その変換された空間領域複素数クインカンクスサンプリング信号を直方サンプリング信号に分解して、その分解された直方サンプリング信号に対してそれぞれ独立して逆高速フーリエ変換を行うようになっている。   As described above, in the computer generated hologram data creation apparatus 100 according to the first embodiment, the acquired original image is converted into a spatial domain complex quinkanx sampling signal, and the converted spatial domain complex quinkanx sampling signal is converted into a rectangular parallelepiped. The signal is decomposed into sampling signals, and inverse fast Fourier transform is performed independently for each of the decomposed rectangular sampling signals.

これにより、第１の実施形態の計算機ホログラムのデータ作成装置１００は、空間領域複素数クインカンクスサンプリング信号を直方サンプリングした後に、逆変換部１２５で逆高速フーリエ変換や変換部１５０で高速フーリエ変換を行うので、従来の位相変調型フーリエ変換ホログラフィのデータ作成装置と比べ、演算量を約半分の演算量に減少させることができる。   As a result, the computer generated hologram data creation apparatus 100 according to the first embodiment performs the inverse fast Fourier transform by the inverse transform unit 125 or the fast Fourier transform by the transform unit 150 after the spatial domain complex quinkanx sampling signal is squarely sampled. Therefore, the calculation amount can be reduced to about half of the calculation amount as compared with the data generation device of the conventional phase modulation type Fourier transform holography.

さらに、第１の実施形態の計算機ホログラムのデータ作成装置１００によれば、副次的効果として照明効率を高めることができる。   Furthermore, according to the computer generated hologram data creation apparatus 100 of the first embodiment, illumination efficiency can be increased as a secondary effect.

図１２は、第１の実施形態において、楕円光源を有するレーザ３０１（図１）と、位相変調型空間光変調器３１０（図１）との関係を説明する説明図である。   FIG. 12 is an explanatory diagram for explaining the relationship between the laser 301 having an elliptical light source (FIG. 1) and the phase modulation spatial light modulator 310 (FIG. 1) in the first embodiment.

図１２に示すように、レーザ３０１のレーザ光源をガウスビームと考えると、コリメートされた照明領域ＲＥは、楕円状になる。そのため、図１２（ａ）に示すように、位相変調型空間光変調器３１０の表示領域が長方形（位相変調データ領域ＩＥ）の場合、照明効率（照明領域ＲＥと位相変調データ領域ＩＥの比）は、長方形の面積／楕円面積＝２(sin２θ)／πになる。   As shown in FIG. 12, when the laser light source of the laser 301 is considered as a Gaussian beam, the collimated illumination area RE is elliptical. Therefore, as shown in FIG. 12A, when the display area of the phase modulation spatial light modulator 310 is rectangular (phase modulation data area IE), the illumination efficiency (ratio between the illumination area RE and the phase modulation data area IE). Is rectangular area / elliptical area = 2 (sin 2θ) / π.

ただし、θは、ｘ軸と長方形頂部とのなす角で、表示領域のアスペクトを示している。したがって、長方形の場合には、アスペクトが大きくなるに従って、照明効率が低下することが分かる。   However, (theta) is the angle | corner which an x-axis and a rectangular top part make, and has shown the aspect of the display area. Therefore, in the case of a rectangle, it turns out that illumination efficiency falls as an aspect becomes large.

一方、図１２（ｂ）に示すように、位相変調型空間光変調器３１０の表示領域が菱型の場合には、照明効率は、菱型の面積／楕円面積＝２／πになる。このように、光源が楕円光源の場合には、アスペクト比に依存せず、照明効率は一定になる。   On the other hand, as shown in FIG. 12B, when the display area of the phase modulation spatial light modulator 310 is a rhombus, the illumination efficiency is rhombus area / elliptical area = 2 / π. Thus, when the light source is an elliptical light source, the illumination efficiency is constant regardless of the aspect ratio.

したがって、菱型の照明効率と長方形の照明効率を比較すると、菱型／長方形＝（菱型の面積／楕円面積）／（長方形の面積／楕円面積）＝１／(sin２θ)になる。   Therefore, when the illumination efficiency of the rhombus is compared with the illumination efficiency of the rectangle, rhombus / rectangle = (diamond area / elliptical area) / (rectangular area / elliptical area) = 1 / (sin 2θ).

例えば、図１２（ａ）に示すアスペクト比が、２：１（θ≒０．４６４rad）の場合、菱型の面積の方が、照明効率が１．２５倍高くなる。   For example, when the aspect ratio shown in FIG. 12A is 2: 1 (θ≈0.464 rad), the rhombus area has 1.25 times higher illumination efficiency.

（第２の実施の形態）
図１３は、第２の実施形態に係る計算機ホログラムのデータ作成装置２００の一例を示す全体構成図である。 (Second Embodiment)
FIG. 13 is an overall configuration diagram showing an example of a computer generated hologram data creation apparatus 200 according to the second embodiment.

図１３に示すように、第２の実施の形態に係る計算機ホログラムのデータ作成装置２００は、図２に示した第１の実施形態に係る計算機ホログラムのデータ作成装置１００の例と、ほぼ同様の全体構成となっており、位相変調データの作成手順は同様である。   As shown in FIG. 13, the computer generated hologram data creation apparatus 200 according to the second embodiment is substantially the same as the computer generated hologram data creation apparatus 100 according to the first embodiment shown in FIG. The overall configuration is the same, and the procedure for creating phase modulation data is the same.

第２の実施の形態に係る計算機ホログラムのデータ作成装置２００が、第１の実施形態に係る計算機ホログラムのデータ作成装置１００と異なる点は、第１の実施形態のデータ変換部１６０の代わりに表示位置調整器１７０を備えている点である。それ以外は、計算機ホログラムのデータ作成装置１００の構成と同一であるため、同一の符号を付し、説明を適宜省略する。   The difference between the computer generated hologram data creation device 200 according to the second embodiment and the computer generated hologram data creation device 100 according to the first embodiment is displayed instead of the data conversion unit 160 of the first embodiment. The position adjuster 170 is provided. Other than that, the configuration is the same as that of the computer generated hologram data creation apparatus 100, and therefore, the same reference numerals are given and description thereof is omitted as appropriate.

表示位置調整器１７０は、反復フーリエ変換アルゴリズム（反復フーリエ変換方法）によって作成された直方サンプル構造のデータを用いて、原画像の再生の調整を行う。位相変調型空間光変調器３１０は、その調整された直方サンプル構造のデータを用いて、周波数領域の直方サンプリング信号を駆動する。   The display position adjuster 170 adjusts reproduction of the original image using data of a rectangular sample structure created by an iterative Fourier transform algorithm (iterative Fourier transform method). The phase modulation spatial light modulator 310 uses the adjusted data of the rectangular sample structure to drive the frequency domain rectangular sampling signal.

図１４は、第２の実施形態において、２つの直方サンプル構造のデータに対して表示位置調整器１７０が位相項を乗じ、位相変調型空間光変調器３１０が再生画像を表示する例を示した説明図である。   FIG. 14 shows an example in which the display position adjuster 170 multiplies data of two rectangular sample structures by the phase term and the phase modulation spatial light modulator 310 displays a reproduced image in the second embodiment. It is explanatory drawing.

図１４に示すように、図１４（ａ）では、位相変調型空間光変調器３１０は、周波数領域における２つの異なる長方形の領域を駆動することを示している。また、図１４（ｂ）では、表示位置調整器１７０が、２つの直方サンプル構造のデータに適当な位相項を乗じて表示位置を調整し、同一の空間領域にクインカンクスの画素配置で表示されるように調整された２つの異なる長方形の領域を位相変調型空間光変調器３１０に駆動させていることを示している。   As shown in FIG. 14, FIG. 14A shows that the phase modulation spatial light modulator 310 drives two different rectangular areas in the frequency domain. In FIG. 14B, the display position adjuster 170 adjusts the display position by multiplying the data of two rectangular sample structures by an appropriate phase term, and is displayed in the same spatial region with a quinkanx pixel arrangement. It shows that two different rectangular regions adjusted in this way are driven by the phase modulation spatial light modulator 310.

このような第２の実施形態として示した計算機ホログラムのデータ作成装置２００であっても、第１の実施形態で示した計算機ホログラムのデータ作成装置１００と同一の効果を得ることができる。   Even with the computer generated hologram data creation apparatus 200 shown as the second embodiment, the same effect as the computer generated hologram data creation apparatus 100 shown in the first embodiment can be obtained.

なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。   In addition, although some embodiment of this invention was described, these embodiment is shown as an example and is not intending limiting the range of invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

また、本発明の実施形態では、フローチャートの各ステップは、記載された順序に沿って時系列的に行われる処理の例を示したが、必ずしも時系列的に処理されなくとも、並列的あるいは個別実行される処理をも含むものである。   Further, in the embodiment of the present invention, each step of the flowchart shows an example of processing that is performed in time series in the order described. The process to be executed is also included.

１００、２００ データ作成装置
１１０ 取得画像変換部
１１５ 空間領域条件設定部
１２０ 空間領域分解部
１２５ 逆変換部
１２６、１２７ 逆高速フーリエ変換部
１３０ 周波数領域合成部
１３５ 周波数領域条件設定部
１４０ 周波数領域分解部
１５０ 変換部
１５１、１５２ 高速フーリエ変換部
１５５ 空間領域合成部
１６０ データ変換部
１７０ 表示位置調整器
３０１ レーザ
３０２ 光学レンズ
３００ コヒーレント光源
３１０ 位相変調型空間光変調器（空間光変調器）
３２０ フーリエ変換光学レンズ
３３０ 焦点面 100, 200 Data creation device 110 Acquisition image conversion unit 115 Spatial domain condition setting unit 120 Spatial domain decomposition unit 125 Inverse transform unit 126, 127 Inverse fast Fourier transform unit 130 Frequency domain synthesis unit 135 Frequency domain condition setting unit 140 Frequency domain decomposition unit 150 Conversion Units 151, 152 Fast Fourier Transform Unit 155 Spatial Domain Synthesis Unit 160 Data Conversion Unit 170 Display Position Adjuster 301 Laser 302 Optical Lens 300 Coherent Light Source 310 Phase Modulation Spatial Light Modulator (Spatial Light Modulator)
320 Fourier transform optical lens 330 focal plane

Claims (5)

原画像を取得して、その取得した原画像を、実数クインカンクスサンプリング信号に変換する取得画像変換部と、
前記実数クインカンクスサンプリング信号と合成空間領域複素数クインカンクスサンプリング信号とに基づいて、振幅が調整された空間領域複素数クインカンクスサンプリング信号を生成する空間領域条件設定部と、
前記空間領域条件設定部から受けた前記空間領域複素数クインカンクスサンプリング信号を直方サンプリング信号に分解する空間領域分解部と、
前記空間領域分解部で分解された直方サンプリング信号に対して、それぞれ独立して逆高速フーリエ変換を行う逆変換部と、
前記逆変換部で逆高速フーリエ変換された直方サンプリング信号を周波数領域で１つに合成して周波数領域複素数クインカンクスサンプリング信号を生成する周波数領域合成部と、
前記周波数領域複素数クインカンクスサンプリング信号の振幅値を所定の値に置き換える周波数領域条件設定部と、
前記振幅値が所定の値に置き換えられた周波数領域複素数クインカンクスサンプリング信号を、直方サンプリング信号に分解する周波数領域分解部と、
前記周波数領域分解部で分解された直方サンプリング信号に対して、それぞれ独立して高速フーリエ変換を行う変換部と、
前記変換部で高速フーリエ変換された直方サンプリング信号を合成して前記合成空間領域複素数クインカンクスサンプリング信号を生成し、前記空間領域条件設定部に与える空間領域合成部と、
を備える計算機ホログラムのデータ作成装置。 An acquired image conversion unit that acquires an original image and converts the acquired original image into a real quinkanx sampling signal;
A spatial domain condition setting unit that generates a spatial domain complex quinkanx sampling signal with an amplitude adjusted based on the real quinkanx sampling signal and the synthesized spatial domain complex quinkanx sampling signal;
A spatial domain decomposition unit that decomposes the spatial domain complex quinkanx sampling signal received from the spatial domain condition setting unit into a rectangular sampling signal;
An inverse transform unit that performs inverse fast Fourier transform independently on each of the rectangular sampling signals decomposed by the spatial domain decomposition unit;
A frequency domain synthesizing unit that synthesizes a rectangular sampling signal that has been inverse fast Fourier transformed by the inverse transform unit into one in the frequency domain to generate a frequency domain complex quinkanx sampling signal;
A frequency domain condition setting unit that replaces the amplitude value of the frequency domain complex quinkanx sampling signal with a predetermined value;
A frequency domain decomposition unit for decomposing the frequency domain complex quinkanx sampling signal in which the amplitude value is replaced with a predetermined value into a rectangular sampling signal;
A transform unit that performs fast Fourier transform independently on each of the rectangular sampling signals decomposed by the frequency domain decomposition unit;
A spatial domain synthesis unit that synthesizes a square sampling signal that has been fast Fourier transformed by the transform unit to generate the synthesized spatial domain complex quinkanx sampling signal, and gives the spatial domain condition setting unit;
A computer generated hologram data creation device. 前記空間領域条件設定部は、
前記空間領域合成部で生成された空間領域複素数クインカンクスサンプリング信号の振幅と前記実数クインカンクスサンプリング信号の振幅とが一致しない場合には、前記空間領域合成部で生成された空間領域複素数クインカンクスサンプリング信号の振幅を前記実数クインカンクスサンプリング信号の振幅に置き換えて設定し、再度前記空間領域分解部に与える
請求項１に記載の計算機ホログラムのデータ作成装置。 The space area condition setting unit
If the amplitude of the spatial domain complex quinkanx sampling signal generated by the spatial domain synthesis unit does not match the amplitude of the real number quinkanx sampling signal, the spatial domain complex quinkang sampling generated by the spatial domain synthesis unit The computer generated hologram data generation apparatus according to claim 1, wherein the amplitude of the signal is set by replacing with the amplitude of the real quinkanx sampling signal, and is given to the spatial domain decomposition unit again. 前記空間領域条件設定部は、
前記原画像を初期空間領域複素数クインカンクスサンプリング信号に変換し、この初期空間領域複素数クインカンクスサンプリング信号の振幅値を、前記実数クインカンクスサンプリング信号の振幅に設定するとともに、前記初期空間領域複素数クインカンクスサンプリング信号の位相値をランダムに設定する
請求項２に記載の計算機ホログラムのデータ作成装置。 The space area condition setting unit
The original image is converted into an initial space domain complex quinkanx sampling signal, and an amplitude value of the initial space domain complex quinkanx sampling signal is set to the amplitude of the real number quinkanks sampling signal, and the initial space domain complex quinkanx sampling signal is set. The computer generated hologram data creation apparatus according to claim 2, wherein the phase value of the sampling signal is set at random. 前記所定の振幅値に置き換えられた前記周波数領域複素数クインカンクスサンプリング信号を並び替えて出力するデータ変換部と、空間光変調器とをさらに備え、
前記データ変換部は、
前記空間領域合成部で生成された空間領域複素数クインカンクスサンプリング信号の振幅と前記実数クインカンクスサンプリング信号の振幅とが一致する場合には、前記並び替えた周波数領域複素数クインカンクスサンプリング信号を出力し、
前記空間光変調器は、
前記データ変換部により出力された前記周波数領域複素数クインカンクスサンプリング信号を用いて、光の位相を変調させる
請求項１から３のいずれか１項に記載の計算機ホログラムのデータ作成装置。 A data conversion unit for rearranging and outputting the frequency domain complex quinkanx sampling signal replaced with the predetermined amplitude value, and a spatial light modulator;
The data converter is
When the amplitude of the spatial domain complex quinkunk sampling signal generated by the spatial domain synthesis unit and the amplitude of the real number quinkanx sampling signal match, the rearranged frequency domain complex quinkunk sampling signal is output,
The spatial light modulator is
4. The computer generated hologram data generation device according to claim 1, wherein the phase of light is modulated using the frequency domain complex quinkunk sampling signal output by the data conversion unit. 5. 原画像を取得して、その取得した原画像を、実数クインカンクスサンプリング信号に変換する取得画像変換ステップと、
前記実数クインカンクスサンプリング信号と合成空間領域複素数クインカンクスサンプリング信号とに基づいて、振幅が調整された空間領域複素数クインカンクスサンプリング信号を生成する空間領域条件設定ステップと、
前記空間領域複素数クインカンクスサンプリング信号を直方サンプリング信号に分解する空間領域分解ステップと、
前記空間領域分解ステップで分解された直方サンプリング信号に対して、それぞれ独立して逆高速フーリエ変換を行う逆変換ステップと、
前記逆変換ステップで逆高速フーリエ変換された直方サンプリング信号を周波数領域で１つに合成して周波数領域複素数クインカンクスサンプリング信号を生成する周波数領域合成ステップと、
前記周波数領域複素数クインカンクスサンプリング信号の振幅値を所定の値に置き換える周波数領域条件設定ステップと、
前記振幅値が所定の値に置き換えられた周波数領域複素数クインカンクスサンプリング信号を、直方サンプリング信号に分解する周波数領域分解ステップと、
前記周波数領域分解ステップで分解された直方サンプリング信号に対して、それぞれ独立して高速フーリエ変換を行う変換ステップと、
前記変換部で高速フーリエ変換された直方サンプリング信号を合成して前記空間領域複素数クインカンクスサンプリング信号を生成し、前記合成空間領域条件設定部に与える空間領域合成ステップと、
を含む計算機ホログラムのデータ作成方法。 An acquired image conversion step of acquiring an original image and converting the acquired original image into a real quinkanx sampling signal;
A spatial domain condition setting step for generating a spatial domain complex quinkanx sampling signal with an amplitude adjusted based on the real quinkanx sampling signal and the synthesized spatial domain complex quinkanx sampling signal;
A spatial domain decomposition step of decomposing the spatial domain complex quinkanx sampling signal into a rectangular sampling signal;
Inverse transform step for performing inverse fast Fourier transform independently on each of the rectangular sampling signals decomposed in the spatial domain decomposition step;
A frequency domain synthesizing step of generating a frequency domain complex quinkanx sampling signal by synthesizing the rectangular sampling signal subjected to the inverse fast Fourier transform in the inverse transform step into one in the frequency domain;
A frequency domain condition setting step for replacing the amplitude value of the frequency domain complex quinkanx sampling signal with a predetermined value;
A frequency domain decomposition step of decomposing the frequency domain complex quinkanx sampling signal in which the amplitude value is replaced with a predetermined value into a rectangular sampling signal;
A transform step for performing a fast Fourier transform independently on each of the rectangular sampling signals decomposed in the frequency domain decomposition step;
A spatial domain synthesis step of synthesizing a rectangular sampling signal that has been fast Fourier transformed in the transform unit to generate the spatial domain complex quinkamps sampling signal, and providing the synthesized spatial domain condition setting unit;
For creating computer generated hologram data.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019066885A (en) * 2016-11-17 2019-04-25 大日本印刷株式会社 Illumination device and manufacturing method of the same

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112236725B (en) * 2018-08-23 2022-06-14 杜尔利塔斯有限公司 Method for calculating hologram

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003025680A1 (en) * 2001-09-14 2003-03-27 Holographic Imaging Llc Computation of computer generated holograms
JP2004206254A (en) * 2002-12-24 2004-07-22 Mega Chips Corp Fourier transformation device and its method, computer hologram generation device and its method and device for manufacturing diffraction optical element
JP2011209571A (en) * 2010-03-30 2011-10-20 Enplas Corp Optical apparatus
JP2011528889A (en) * 2008-07-20 2011-11-24 ドルビー・ラボラトリーズ・ライセンシング・コーポレーション Encoder optimization of stereoscopic video distribution system
JP2012514394A (en) * 2008-12-30 2012-06-21 センシオ テクノロジーズ インコーポレイテッド Image compression using checkerboard mosaic for images in color space composed of luminance and color difference

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003025680A1 (en) * 2001-09-14 2003-03-27 Holographic Imaging Llc Computation of computer generated holograms
JP2004206254A (en) * 2002-12-24 2004-07-22 Mega Chips Corp Fourier transformation device and its method, computer hologram generation device and its method and device for manufacturing diffraction optical element
JP2011528889A (en) * 2008-07-20 2011-11-24 ドルビー・ラボラトリーズ・ライセンシング・コーポレーション Encoder optimization of stereoscopic video distribution system
JP2012514394A (en) * 2008-12-30 2012-06-21 センシオ テクノロジーズ インコーポレイテッド Image compression using checkerboard mosaic for images in color space composed of luminance and color difference
JP2011209571A (en) * 2010-03-30 2011-10-20 Enplas Corp Optical apparatus

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019066885A (en) * 2016-11-17 2019-04-25 大日本印刷株式会社 Illumination device and manufacturing method of the same

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