JP4718223B2 - 光波面制御パターン生成装置及び光波面制御パターン生成方法 - Google Patents

Description

本発明は、光波面制御パターンを記録している光波面制御部に対して照明光を照射することによって、対象物の再生像を再生像表示部に表示する像再生系において、光波面制御部に記憶する最適な光波面制御パターンを生成する光波面制御パターン生成装置及び光波面制御パターン生成方法に関する。

従来、対象物の外観を示す３次元データ（空間情報）を取得する方法及び装置として、特許文献１に開示されている３次元データ取得装置が知られている。かかる３次元データ取得装置によれば、計算機内に、仮想的な対象物の３次元データを形成することが可能である。

しかしながら、かかる３次元データ取得装置は、取得した対象物の３次元データに基づいて、計算機ホログラフィ等の３次元映像提示技術を用いて立体映像を表示することを意識していない。したがって、かかる３次元データ取得装置は、取得した３次元データに基づいて、立体映像を表示するためには、立体映像の種類や表示形式に併せて３次元データを変換したり計算したりする必要があった。

また、対象物の立体映像を表示するホログラムを生成するために、ＣＣＤカメラ等の撮像素子を用いて光の干渉縞を記録する技術が、特許文献２や非特許文献１に開示されている。

かかる技術は、ＣＣＤカメラ等の撮像素子を用いて光の干渉縞のパターンそのものを取得している。ここで、一般のＣＣＤカメラの空間分解能は、５μｍ程度であることから、かかるＣＣＤカメラによる取得できる３次元映像は、視域が５°〜１０°程度のものに限定されてしまう。

そのため、再生したい３次元映像の視域が、５°〜１０°よりも大きくなってしまうと、光の干渉縞の密度が、ＣＣＤカメラの空間分解能よりも細かくなってしまい、ＣＣＤカメラが、コントラストよく光の干渉縞を記録することができなくなる。

すなわち、かかる技術では、生成されたホログラムによって再生される立体映像を確認することができる角度が制限されるとともに、再生できる立体映像の大きさも限られたものになってしまうという問題点があった。

また、かかる技術では、光源の可干渉性を確保するため、レーザー等の特殊な光源を必要とし、振動等の影響が大きく出るために、防振処理等といった像再生系全体に特殊な処理を施す必要があり、手軽な装置や環境で、光の干渉縞を記録することが困難であるという問題点があった。
特開２００４-３７３９６号公報 特開平９-２３７０２９号公報 佐藤他、「ホログラムの記録と３次元動画像の再生」、２００４年電子情報通信学会総合大会

上述のように、従来の技術では、立体映像を表示することを意識して３次元データを取得していないといった問題点（特許文献１参照）や、光の干渉縞を直接取得しようとした結果、高いデバイスの精度や光源の可干渉性や防振対策等が必要となり、手軽な装置で光の干渉縞を取得することができないといった問題点（特許文献２や非特許文献１参照）があった。

そこで、本発明は、以上の点に鑑みてなされたもので、ＣＣＤカメラ等の撮像素子の空間分解能（空間解像度）等の制約を減らし、高精度なデバイスを必要とせずに、手軽な装置や環境の下で、立体映像を表示するための光波面制御パターンを生成することができる光波面制御パターン生成装置及び光波面制御パターン生成方法を提供することを目的とする。

本発明の第１の特徴は、光波面制御パターンを記録している光波面制御部に対して照明光を照射することによって、対象物の再生像を再生像表示部に表示する像再生系において、前記光波面制御部に記憶する最適な光波面制御パターンを生成する光波面制御パターン生成装置であって、前記対象物の空間情報を目標像として検知する目標像検知部と、前記再生像表示部に表示された再生像を検知する再生像検知部と、前記目標像検知部によって所定方向から検知された複数の前記目標像と、前記再生像検知部によって所定方向から検知された複数の前記再生像に基づいて、前記目標像のデータと前記再生像のデータとを比較することで、変更処理を施した光波面制御パターンに対応する再生像が前記目標像にどれだけ近いかを示す評価値を算出し、該評価値に基づいて、前記変更処理を施した光波面制御パターンを採用するか否かについて判定することを繰り返すことによって、前記最適な光波面制御パターンを生成する最適化部とを具備することを要旨とする。

本発明の第１の特徴において、前記目標像検知部が、前記目標像を所定方向から検知することができる複数の目標像検知用センサを具備しており、前記再生像検知部が、前記照明光の振幅又は位相の少なくとも一方が変調された再生光により前記再生像表示部に表示された前記再生像を所定方向から検知することができる複数の再生像検知用センサを具備しており、前記最適化部が、前記複数の目標像検知用センサによって所定方向から検知された複数の所定方向目標像及び前記複数の再生像検知用センサによって所定方向から検知された複数の所定方向再生像に基づいて、前記再生像を評価するように構成されていてもよい。

本発明の第１の特徴において、前記複数の目標像検知用センサ及び前記複数の再生像検知用センサの種類及び配置が同一であるように構成されていてもよい。

本発明の第１の特徴において、前記最適化部が、前記複数の目標像検知用センサ及び前記複数の再生像検知用センサの種類及び配置と前記所定方向目標像とに基づいて、前記再生像を評価するように構成されていてもよい。

本発明の第１の特徴において、前記最適化部は、前記目標像の各座標における輝度と前記再生像の各座標における輝度との差の絶対値を、全座標に渡って加算することによって、前記再生像の評価値を算出し、前記変更処理の前後の前記再生像の評価値の差分情報、及び前記光波面制御パターンを算出した前記変更処理を採用する確率を示す採用確率に基づいて、該変更処理を施した光波面制御パターンを採用するか否かについて判定するように構成されてもよい。

本発明の第１の特徴において、前記最適化部が、所定の繰り返しパラメータ値において前記再生像の評価値が収束するまで、前記変更処理と前記評価値の算出と前記判定とを繰り返すように構成されていてもよい。

本発明の第１の特徴において、前記最適化部が、所定範囲内で、前記所定の繰り返しパラメータ値を変更するように構成されていてもよい。

本発明の第１の特徴において、前記光波面制御部が、記録している前記光波面制御パターンによって、前記照明光の振幅又は位相の少なくとも一方を変調することができる光波面制御デバイスを具備するように構成されていてもよい。

本発明の第２の特徴は、光波面制御パターンを記録している光波面制御部に対して照明光を照射することによって、対象物の再生像を再生像表示部に表示する像再生系において、前記光波面制御部に記憶する最適な光波面制御パターンを生成する光波面制御パターン生成方法であって、前記対象物の空間情報を目標像として検知する工程と、前記再生像表示部に表示された再生像を検知する工程と、所定方向から検知された複数の前記目標像と、前記再生像検知部によって所定方向から検知された複数の前記再生像に基づいて、前記目標像のデータと前記再生像のデータとを比較することで、変更処理を施した光波面制御パターンに対応する再生像が前記目標像にどれだけ近いかを示す評価値を算出する工程と、前記評価値に基づいて、前記変更処理を施した光波面制御パターンを採用するか否かについて判定することを繰り返すことによって、前記最適な光波面制御パターンを生成する工程とを有することを要旨とする。

以上説明したように、本発明によれば、ＣＣＤカメラ等の撮像素子の空間分解能（空間解像度）等の制約を減らし、高精度なデバイスを必要とせずに、手軽な装置や環境の下で、立体映像を表示するための光波面制御パターンを生成することができる光波面制御パターン生成装置及び光波面制御パターン生成方法を提供することができる。

（本発明の第１の実施形態に係る光波面制御パターン生成装置の構成）
図１乃至図５を参照して、本発明の第１の実施形態に係る光波面制御パターン生成装置１の構成を説明する。本実施形態に係る光波面制御パターン生成装置１は、光波面制御パターンを記録している光波面制御部２０に対して照明光２を照射することによって、対象物Ｂの再生像を再生像表示部３０に表示する像再生系Ａにおいて、光波面制御部２０に記憶する最適な光波面制御パターンを生成するものである。

図１及び図２に示すように、本実施形態に係る光波面制御パターン生成装置１は、照明光照射部１０と、光波面制御部２０と、再生像表示部３０と、再生像検知部４０と、最適化部５０と、目標像検知部６０とを具備している。

照明光照射部１０は、光波面制御部２０の光波面制御デバイスに表示された光波面制御パターン（ホログラム）に対して、照明光を照射するものである。

光波面制御部２０は、最適化部５０から送信された光波面制御パターンを記録するものであり、当該光波面制御パターンを光波面制御デバイスに表示するものである。

再生像表示部３０は、光波面制御部２０から伝搬された再生光３に基づいて、再生像を表示するものである。

本実施形態に係る光波面制御パターン生成装置１における像再生系Ａでは、光波面制御デバイス上に表示されている光波面制御パターンの各画素によって、照明光照射部１０から照射された照明光２の振幅又は位相の少なくとも一方が変調されて再生光３となり、かかる再生光３が、進行方向を変えながら再生像表示部３０に到達することによって再生像が表示される。

再生像検知部４０は、再生像表示部３０に表示された再生像を検知するものである。具体的には、再生像検知部４０は、照明光２の振幅又は位相の少なくとも一方が変調された再生光３により再生像表示部３０に表示された再生像を所定方向から検知することができる複数のセンサ（再生像検知用センサ）を具備する。

例えば、再生像検知部４０は、再生像検知用センサとしてＣＣＤカメラを用いる場合、再生像表示部３０に表示された再生像をＣＣＤカメラにより撮影し、撮影した再生像をデジタルデータ化した再生像データを、最適化部５０に送信する。

具体的には、図３（ａ）に示すように、再生像検知部４０は、左センサ４０Ａと、中央センサ４０Ｂと、右センサ４０Ｃとを具備している。したがって、再生像検知部４０は、図３（ｂ）に示すように、様々な方向（例えば、左方向、中央方向、右方向）から撮影した複数の再生像（所定方向再生像）を取得することができる。

目標像検知部６０は、対象物Ｂの空間情報を目標像として検知するものである。具体的には、目標像検知部６０は、上述の目標像を所定方向から検知することができる複数のセンサ（目標像検知用センサ）を具備する。

例えば、目標像検知部６０は、目標像検知用センサとしてＣＣＤカメラを用いる場合、対象物の空間情報をＣＣＤカメラにより撮影し、撮影した空間情報（目標像）をデジタルデータ化した目標像データを、最適化部５０に送信する。

具体的には、図４（ａ）に示すように、目標像検知部６０は、左センサ６０Ａと、中央センサ６０Ｂと、右センサ６０Ｃとを具備している。したがって、目標像検知部６０は、図４（ｂ）に示すように、様々な方向（例えば、左方向、中央方向、右方向）から撮影した複数の目標像（所定方向目標像）を取得することができる。

なお、目標像検知用センサ（６０Ａ乃至６０Ｃ）は、実空間上に存在する対象物の外観を示す情報を取得するセンサであって、必ずしも光を検出する必要はなく、レーザーや赤外線や超音波の反射等を利用することで、対象物の表面情報を取得するようなものであってもよい。

本実施形態では、複数の目標像検知用センサ（６０Ａ乃至６０Ｃ）及び複数の再生像検知用センサ（４０Ａ乃至４０Ｃ）の種類及び配置が同一であってもよいし、複数の目標像検知用センサ（６０Ａ乃至６０Ｃ）及び複数の再生像検知用センサ（４０Ａ乃至４０Ｃ）の種類及び配置の少なくとも一方が異なっていてもよい。

最適化部５０は、目標像検知部６０によって検知された目標像に基づいて、再生像検知部４０によって検知された再生像についての評価を行い、当該評価結果が所定条件を満たすように光波面制御パターンに対して変更処理を施すことによって、最適な光波面制御パターンを生成するものである。

具体的には、最適化部５０は、複数の目標像検知用センサ（６０Ａ乃至６０Ｃ）によって所定方向から検知された複数の所定方向目標像及び複数の再生像検知用センサ（４０Ａ乃至４０Ｃ）によって所定方向から検知された複数の所定方向再生像に基づいて、再生像表示部３０に表示された再生像を評価するように構成されている。

また、最適化部５０は、複数の目標像検知用センサ（６０Ａ乃至６０Ｃ）及び複数の再生像検知用センサ（４０Ａ乃至４０Ｃ）の種類及び配置と所定方向目標像とに基づいて再生像を評価するように構成されている。

すなわち、複数の目標像検知用センサ（６０Ａ乃至６０Ｃ）及び複数の再生像検知用センサ（４０Ａ乃至４０Ｃ）の種類及び配置が同一である場合、最適化部５０は、複数の目標像検知用センサ（６０Ａ乃至６０Ｃ）及び複数の再生像検知用センサ（４０Ａ乃至４０Ｃ）から取得した目標像データ及び再生像データをそのまま比較することで、再生像表示部３０に表示された再生像の評価を行うことができる。

その結果、再生像の評価にかかる計算時間を削減することができ、かかる計算時に生じ得る量子化誤差やデータ変換時に生じ得るその他のノイズを削減することができる。

一方、複数の目標像検知用センサ（６０Ａ乃至６０Ｃ）及び複数の再生像検知用センサ（４０Ａ乃至４０Ｃ）の種類及び配置の少なくとも一方が異なる場合、最適化部５０は、複数の目標像検知用センサ（６０Ａ乃至６０Ｃ）から取得した目標像データを、再生像データと同一の条件（センサの種類や配置等）で撮影されたデータとなるように変換する。そして、最適化部５０は、変換した目標像データと再生像データとを比較することによって、再生像表示部３０に表示された再生像の評価を行う。

また、最適化部５０は、「Ｓｉｍｕｌａｔｅｄ Ａｎｎｅａｌｉｎｇ」法等の繰り返し最適化手法を用いて、最適な光波面制御パターンを生成するように構成されている。

例えば、最適化部５０は、光波面制御パターン（Ｍｏｖｅ操作前の解）に対して変更処理（Ｍｏｖｅ操作）を施し、変更処理（Ｍｏｖｅ操作）を施した光波面制御パターン（Ｍｏｖｅ操作後の解）に対応する再生像の評価値Ｅを算出し、算出された評価値Ｅに基づいて当該変更処理（Ｍｏｖｅ操作）を施した光波面制御パターン（Ｍｏｖｅ操作後の解）を採用するか否かについて判定することを繰り返すことによって、最適な光波面制御パターンを生成するように構成されていてもよい。

また、最適化部５０は、変更処理（Ｍｏｖｅ操作）の前後の再生像の評価値Ｅの差分情報ΔＥに基づいて、当該変更処理（Ｍｏｖｅ操作）を施した光波面制御パターン（Ｍｏｖｅ操作後の解）を採用するか否かについて判定するように構成されていてもよい。

また、最適化部５０は、差分情報ΔＥ及び繰り返しパラメータ値（温度パラメータ値Ｔ）により決定される採用確率Ｐに基づいて、当該変更処理（Ｍｏｖｅ操作）を施した光波面制御パターン（Ｍｏｖｅ操作後の解）を採用するか否かについて判定するように構成されていてもよい。

また、最適化部５０は、所定の繰り返しパラメータ値（温度パラメータ値Ｔ）において再生像の評価値Ｅが収束するまで、変更処理（Ｍｏｖｅ操作）と評価値Ｅの算出と上述の判定とを繰り返すように構成されていてもよい。

また、最適化部５０は、所定範囲で（十分な高温から十分な低温までの範囲）で、上述の繰り返しパラメータ値（温度パラメータ値Ｔ）を変更するように構成されていてもよい。ここで、最適化部５０は、所定範囲内の繰り返しパラメータ値（温度パラメータ値Ｔ）の各々において、再生像の評価値Ｅが収束するまで、変更処理（Ｍｏｖｅ操作）と評価値Ｅの算出と上述の判定とを繰り返すように構成されていてもよい。

なお、最適化部５０は、複数の目標像検知用センサ（６０Ａ乃至６０Ｃ）によって所定方向から検知された複数の所定方向目標像の各々と、複数の再生像検知用センサ（４０Ａ乃至４０Ｃ）によって所定方向から検知された複数の所定方向再生像の各々とを比較することによって、再生像表示部３０に表示された再生像を評価するように構成されていてもよい。

すなわち、最適化部５０は、上述の所定方向目標像の各々及び上述の所定方向再生像の各々に対して、繰り返し最適化手法を適用することによって、最適な光波面制御パターンを生成するように構成されていてもよい。

具体的には、図５に示すように、最適化部５０は、初期光波面制御パターン生成部５１と、再生像データ取得部５２と、目標像データ取得部５３と、評価値算出部５４と、評価部５５と、最適光波面制御パターン保存部５６と、光波面制御パターン変更部５７と、出力部５８とを具備している。なお、各部の具体的な機能については後述する。

（本実施形態に係る光波面制御パターン生成装置の動作）
以下、図６及び図７を参照して、本実施形態に係る光波面制御パターン生成装置の動作について説明する。

具体的には、本実施形態に係る光波面制御パターン生成装置の最適化部５０が、「Ｓｉｍｕｌａｔｅｄ Ａｎｎｅａｌｉｎｇ」法を用いて、再生像表示部３０に再生像を表示するために光波面制御部２０の光波面制御デバイス上に表示する最適な光波面制御パターン（ホログラム）を生成する動作について説明する。

図６に示すように、ステップＳ１００１において、最適化部５０の初期光波面制御パターン生成部５１が、初期光波面制御パターン（光波面制御パターンの初期解）Ａ_０を生成する。

例えば、光波面制御デバイスとして液晶パネルが用いられ、液晶パネルに映し出される２５６階調グレースケール画像によって照明光２の振幅を変調して再生像を表示する方式が用いられる場合、初期光波面制御パターン生成部５１は、液晶パネル上のグレースケール画像の各画素に対して０乃至２５５のランダムな値を割り当てることによって、初期光波面制御パターンＡ_０を生成する。

かかる初期光波面制御パターンＡ_０の生成処理（ステップＳ１００１）では、画素数を「Ｎ」とすると、全ての画素の値を決定する必要があるため、計算量は「Ｏ（Ｎ）」となる。

ここで、必ずしも初期光波面制御パターンＡ_０がランダムな値である必要はない。なぜならば、初期光波面制御パターンＡ_０をどのような値に採っても、実験開始直後の高温状態（温度パラメータ値Ｔが大きい状態）においては、解を改悪にするＭｏｖｅ操作もほぼ１００％採用されるため、十分な高温状態で「Ｓｉｍｕｌａｔｅｄ Ａｎｎｅａｌｉｎｇ」法による計算を十分に行うことで、ランダムな初期解を生成するのと同じ効果が得られ、最終的に得られる解の性能を損なうことはないからである。

ステップＳ１００２において、最適化部５０の出力部５８は、初期光波面制御パターン生成部５１によって生成された初期光波面制御パターンＡ_０を光波面制御部２０に出力する。

また、ステップＳ１００２において、最適化部５０の出力部５８は、光波面制御パターン変更部５７によって変更された光波面制御パターンＡ_ｉを光波面制御部２０に出力する。

ステップＳ１００３において、照明光照射部１０によって照射された照明光２が、光波面制御部２０の光波面制御デバイスに表示された光波面制御パターン（Ａ_０又はＡ_ｉ）によって変調されて再生光２となり、再生像表示部３０が、当該再生光２に基づいて再生像を表示する。

そして、再生像検知部４０が、再生像表示部３０に表示された再生像を複数の再生像検知用センサ（図７の例では、左カメラ４０Ａ、中央カメラ４０Ｂ、左カメラ４０Ｃ）で様々な方向（図７の例では、３方向）から撮影し、撮影された複数の（図７の例では、３つの）再生像をデジタル化し、最適化部５０の再生像データ取得部５２が、デジタル化された複数の（図７の例では、３つの）再生像データを、再生像検知部４０を構成する各再生像検知用センサから取得する。

また、目標像検知部６０は、対象物Ｂを複数の目標像検知用センサ（図７の例では、左カメラ６０Ａ、中央カメラ６０Ｂ、左カメラ６０Ｃ）で様々な方向（図７の例では、３方向）から撮影し、撮影された複数の（図７の例では、３つの）目標像をデジタル化し、最適化部５０の目標像データ取得部５３が、デジタル化された複数の（図７の例では、３つの）目標像データを、目標像検知部６０を構成する各目標像検知用センサから取得する。

本実施形態では、目標像を撮影する目標像検知用センサ６０Ａ〜６０Ｃを、再生像を撮影する再生像検知用センサ４０Ａ〜４０Ｃと同じ条件（種類や配置や設定等）で使用することとする。

ステップＳ１００４ａにおいて、最適化部５０の評価値算出部５４は、取得した再生像データの各々と、取得した目標像データの各々とを比較し、再生像表示部３０に表示された再生像が目標像にどれだけ近いかを示す再生像の評価値Ｅ（初期光波面制御パターンＡ_０に対応する再生像の評価値Ｅ_０）を算出する。

例えば、評価値算出部５４は、目標像の各座標における輝度と再生像の各座標における輝度との差の絶対値を、全座標に渡って加算することによって、再生像の評価値Ｅを算出するように構成されていてもよい。かかる場合、目標像データ及び再生像データには、再生像及び目標像の各座標における光の明るさが、例えば、２５６階調の値によってデジタル化されて記録されているものとする。

具体的には、評価値算出部５４は、複数の再生像データ及び複数の目標像データについて、それぞれ対応するデータ同士の差を算出し、かかる差の合計を評価値Ｅとすることができる。すなわち、評価値が「０」である場合、再生像は、完全に目標像に一致しているということになり、評価値が大きい場合、再生像と目標像とが大きく異なっているということになる。

本実施形態では、目標像検知用センサ６０Ａ〜６０Ｃと再生像検知用センサ４０Ａ〜４０Ｃとが同じ条件で使用されているので、評価値算出部５４は、複数の再生像データ及び複数の目標像データを変更することなく、上述の評価値を算出することができる。

一方、目標像検知用センサ６０Ａ〜６０Ｃと再生像検知用センサ４０Ａ〜４０Ｃとが異なる条件で使用されている場合、評価値算出部５４は、複数の目標像検知用センサ（６０Ａ乃至６０Ｃ）から取得した目標像データを、再生像データと同一の条件（センサの種類や配置等）で撮影されたデータとなるように変換する必要がある。

すなわち、目標像検知用センサとして赤外線センサが用いられており、再生像検知用センサとしてＣＣＤカメラが用いられている場合、評価値算出部５４は、所定の方法で、再生像の評価値Ｅを算出するために、目標像データを変換する必要がある。

例えば、かかる場合、評価値算出部５４は、取得した目標像データに基づいて仮想的に３次元空間モデルを作成し、作成された３次元空間モデルを再生像検知用センサで計測した場合に出力されるであろうデータを算出する。そして、評価値算出部５４は、算出されたデータに基づいて、再生像検知用センサから取得した再生像データを評価することによって、上述の再生像の評価を行うことができる。

最適化部５０の評価部５５は、算出された再生像の評価値Ｅに基づいて、かかる再生像に対応する光波面制御パターンが、改良されたか否かについて判断する。改良されたと判断された場合（ステップＳ１００４ａにおける「ＹＥＳ」の場合）、本動作はステップＳ１００４ｂに進み、改良されていないと判断された場合（ステップＳ１００４ａにおける「ＮＯ」の場合）、本動作はステップＳ１００６に進む。

例えば、評価部５５は、光波面制御パターンの変更処理の前後の再生像の評価値の差分情報ΔＥ＝Ｅ（Ａ_ｉ）−Ｅ（Ａ_ｉ-1）を算出し、ΔＥ＜０の場合、光波面制御パターンＡ_ｉが改良されたと評価し、ΔＥ＜０でない場合、光波面制御パターンＡ_ｉが改悪されたと評価する。

評価部５５は、ステップＳ１００４ｂにおいて、かかる光波面制御パターンＡ_ｉが、最適光波面制御パターン保存部５６に保存されている最適光波面制御パターンと比較して、改良されたか否かについて判断する。改良されたと判断された場合（ステップＳ１００４ｂにおける「ＹＥＳ」の場合）、本動作はステップＳ１００５に進み、改良されていないと判断された場合（ステップＳ１００４ｂにおける「ＮＯ」の場合）、本動作はステップＳ１００９に進む。

評価部５５は、ステップＳ１００５において、かかる光波面制御パターンＡ_ｉを、最適な光波面制御パターンとして最適光波面制御パターン保存部５５に保存する。

すなわち、ステップＳ１００５において、評価部５５は、かかる光波面制御パターンＡ_ｉを、現在までの検索範囲における最適な光波面制御パターンとして採用すると判定する。

なお、評価部５５は、初期光波面制御パターンＡ_０については、上述の判断を行うことなく、最適な光波面制御パターンとして、最適光波面制御パターン保存部５６に保存する。

一方、評価部５５は、ステップＳ１００６において、式（１）を用いて、光波面制御パターンＡ_ｉを算出した局所変更処理（Ｍｏｖｅ操作）を採用する確率を示す採用確率Ｐを算出する。

Ｐ＝ｅｘｐ（-ΔＥ/Ｔ） … 式（１）
ここで、Ｔは、温度パラメータ値を示す。

ステップＳ１００７において、評価部５５は、算出した採用確率Ｐに基づいて、光波面制御パターンＡ_ｉを算出した局所変更処理を採用するか否かについて決定する。

評価部５５は、かかる局所変更処理を採用すると決定した場合、ステップＳ１００９の動作を行い、かかる局所変更処理を採用しないと決定した場合、ステップＳ１００８の動作を行う。

ステップＳ１００８において、光波面制御パターン変更部４６は、光波面制御パターンＡ_ｉを上述の局所変更処理前の光波面制御パターンＡ_ｉ-1に戻す。

ステップＳ１００９において、評価部５５は、現在の温度パラメータ値Ｔで、光波面制御パターンＡ_ｉに対応する再生像の評価値Ｅ_ｉが収束しているか否かについて判定する。

具体的には、評価部５５は、温度パラメータ値Ｔに基づく光波面制御パターンＡ_ｉの算出にあたって、十分な回数の局所変更処理を行っているか否かについて判定する。なお、かかる判定は、従来の「Ｓｉｍｕｌａｔｅｄ Ａｎｎｅａｌｉｎｇ」法における判定と同様の手法によって行われる。

評価部５５は、かかる再生像の評価値Ｅ_ｉが収束していると判定された場合、ステップＳ１１０１の動作を行い、かかる再生像の評価値Ｅ_ｉが収束していないと判定された場合、ステップＳ１０１０の動作を行う。

ステップＳ１０１１において、評価部５５は、温度パラメータ値Ｔを更新する。例えば、温度刻みを「ａ」とすると、更新後の温度パラメータＴ_ｎｅｗは、「Ｔ_ｎｅｗ＝ａ×Ｔ_ｏｌｄ」によって算出される。

ステップＳ１０１２において、評価部５５は、所定範囲（周辺温度）の温度パラメータ値Ｔで、光波面制御パターンＡ_ｉに対応する再生像の評価値Ｅ_ｉが収束しているか否かについて判定する。

具体的には、評価部５５は、温度パラメータ値Ｔが十分に低い値に下がったか否かについて、すなわち、十分な回数の局所変更処理を行っているか否かについて判定する。なお、かかる判定は、従来の「Ｓｉｍｕｌａｔｅｄ Ａｎｎｅａｌｉｎｇ」法における判定と同様の手法によって行われる。

本動作は、十分な回数の局所変更処理が行われていると判定された場合、ステップＳ１０１３に進み、十分な回数の局所変更処理が行われていないと判定された場合、ステップＳ１０１０に進む。

ステップＳ１０１０において、最適化部５０の光波面制御パターン変更部４６が、かかる光波面制御パターンＡ_ｉに対して、局所変更処理を施す。

ここで、局所変更処理は、上述の液晶パネル上のグレースケール画像に対応するＮ×Ｍ個の画素のうち、ランダムに選択された１つの画素の値を、０乃至２５５のランダムな値に変更する処理として定義することができる。かかる局所変更処理によって、再生像には微小な変化が現れる。

ステップＳ１０１３において、最適化部５０の出力部５８は、最適光波面制御パターン保存部５６に保存されている光波面制御パターンを、最適な光波面制御パターンとして出力する。

上述のように行われる温度パラメータＴを用いた繰り返し操作によって、最適な光波面制御パターンを算出する際に、局所最適解に陥ることを避けることができる。

ここで、温度パラメータＴの更新は、十分な解の探索を行うことができるように、十分に高い値（開始温度）から始め、十分に低い値（終了温度）まで、十分に細かい間隔（温度刻み）で、十分に長い時間をかけて（十分な各温度パラメータＴにおける局所変更処理や評価や採用の決定の回数、すなわち、試行回数）行うべきである。

また、評価部５５は、開始温度を、十分な高温状態（局所変更処理によって変化した評価値がどのようなものであっても、ほぼ採用確率が「１」となる温度）に設定し、終了温度を、十分な低温状態（改悪操作は全て不採用となる温度）に設定し、温度刻みと試行回数を問題の大きさ（本実施形態においては、光制御パターンの解像度やグレースケール諧調数や再生像を表示する空間の大きさに対応する）に合わせて適切な値に設定する必要がある。

なお、再生像の評価を行う際の計算時間を短縮するために、評価値算出部５４が、局所変更処理を施した結果、再生像に変化が生じた部分のみに関する評価値を算出して、評価部５５が、かかる評価値の差分情報ΔＥを用いて、再生像の評価を行うように構成されていてもよい。

なぜならば、局所変更処理を施しても変化しなかった再生像の部分は、局所変更処理の前後での評価値の差分情報ΔＥに影響を与えないからである。

（本実施形態に係る光波面制御パターン生成装置における作用・効果）
本実施形態に係る光波面制御パターン生成装置によれば、目標像検知用センサを用いて検知した対象物Ｂの空間情報（目標像）と、再生像検知用センサを用いて撮影した再生像とを比較することによって、光波面制御パターン（ホログラム）を最適化するように構成されているため、光の干渉縞を直接ＣＣＤカメラ等で取得する方式と比べて、センサの空間分解能（空間解像度）等の制約を減らすことができる。

また、本実施形態に係る光波面制御パターン生成装置によれば、目標像検知用センサ及び再生像検知用センサを同一の条件で使用する場合、目標像データを再生像データに合わせるための変換を行う必要がなくなるため、計算時間の短縮を図ることができる。

本実施形態に係る光波面制御パターン生成装置によれば、複数の目標像データの各々と複数の再生像データの各々とに対して、繰り返し最適化手法を適用することによって、最適な光波面制御パターンを生成するため、目標像検知用センサ及び再生像検知用センサによって取得されなかった部分（中間画像）についても最適化を図ることができ、従来のステレオ視/多眼視と比べて、より多くの角度から観測可能な連続的な立体映像を表現することができる。

具体的には、図８に示すように、本実施形態に係る光波面制御パターン生成装置によれば、実際には評価の対象となっていない「中間画像」についても最適化される。

例えば、図８に示すように、本実施形態に係る光波面制御パターン生成装置は、複数の再生像検知用センサ４０Ａ〜４０Ｃを用いて複数の再生像を取得する場合、複数の再生像検知用センサ４０Ａ〜４０Ｃを異なる視点位置に配置して複数の再生像を取得するように構成されている。

ここで、隣り合う再生像検知用センサで取得される再生像には、共通する情報が含まれる。そのため、隣り合う再生像検知用センサで取得される再生像の両者を最適化することによって、本来であれば、評価の対象とならない視点位置から取得された再生像（中間画像）も、隣り合う再生像検知用センサで取得される再生像に共通する情報を有する再生像として最適化される。

その結果、従来の複数のＣＣＤカメラによって情報を取得して表示する手法の主流であったステレオ視とは異なり、中間画像についても連続的に最適化することができる。

本発明の第１の実施形態に係る光波面制御パターン生成装置の機能ブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係る光波面制御パターン生成装置のモデル図である。 本発明の第１の実施形態に係る光波面制御パターン生成装置において再生像を検知する様子を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る光波面制御パターン生成装置において目標像を検知する様子を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る光波面制御パターン生成装置の最適化部の機能ブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係る光波面制御パターン生成装置の動作を示すフローチャートである。 本発明の第１の実施形態に係る光波面制御パターン生成装置の動作を説明するための図である。 本発明の第１の実施形態に係る光波面制御パターン生成装置の効果について説明するための図である。

符号の説明

Ａ…像再生系
Ｂ…対象物
１…光波面制御パターン生成装置
２…照明光
３…再生光
１０…照明光照射部
２０…光波面制御部
３０…再生像表示部
４０…再生像検知部
５０…最適化部
５１…初期光波面制御パターン生成部
５２…再生像データ取得部
５３…目標像データ取得部
５４…評価値算出部
５５…評価部
５６…最適光波面制御パターン保存部
５７…光波面制御パターン変更部
５８…出力部
６０…目標像検知部

Claims (9)

1. 光波面制御パターンを記録している光波面制御部に対して照明光を照射することによって、対象物の再生像を再生像表示部に表示する像再生系において、前記光波面制御部に記憶する最適な光波面制御パターンを生成する光波面制御パターン生成装置であって、
   前記対象物の空間情報を目標像として検知する目標像検知部と、
   前記再生像表示部に表示された再生像を検知する再生像検知部と、
   前記目標像検知部によって所定方向から検知された複数の前記目標像と、前記再生像検知部によって所定方向から検知された複数の前記再生像に基づいて、前記目標像のデータと前記再生像のデータとを比較することで、変更処理を施した光波面制御パターンに対応する再生像が前記目標像にどれだけ近いかを示す評価値を算出し、該評価値に基づいて、前記変更処理を施した光波面制御パターンを採用するか否かについて判定することを繰り返すことによって、前記最適な光波面制御パターンを生成する最適化部とを具備することを特徴とする光波面制御パターン生成装置。
2. 前記目標像検知部は、前記目標像を所定方向から検知することができる複数の目標像検知用センサを具備しており、
   前記再生像検知部は、前記照明光の振幅又は位相の少なくとも一方が変調された再生光により前記再生像表示部に表示された前記再生像を所定方向から検知することができる複数の再生像検知用センサを具備しており、
   前記最適化部は、前記複数の目標像検知用センサによって所定方向から検知された複数の所定方向目標像及び前記複数の再生像検知用センサによって所定方向から検知された複数の所定方向再生像に基づいて、前記再生像を評価することを特徴とする請求項１に記載の光波面制御パターン生成装置。
3. 前記複数の目標像検知用センサ及び前記複数の再生像検知用センサの種類及び配置が同一であることを特徴とする請求項２に記載の光波面制御パターン生成装置。
4. 前記最適化部は、前記複数の目標像検知用センサ及び前記複数の再生像検知用センサの種類と配置と前記所定方向目標像とに基づいて、前記再生像を評価することを特徴とする請求項２に記載の光波面制御パターン生成装置。
5. 前記最適化部は、前記目標像の各座標における輝度と前記再生像の各座標における輝度との差の絶対値を、全座標に渡って加算することによって、前記再生像の評価値を算出し、前記変更処理の前後の前記再生像の評価値の差分情報、及び前記光波面制御パターンを算出した前記変更処理を採用する確率を示す採用確率に基づいて、該変更処理を施した光波面制御パターンを採用するか否かについて判定することを特徴とする請求項１に記載の光波面制御パターン生成装置。
6. 前記最適化部は、所定の繰り返しパラメータ値において前記再生像の評価値が収束するまで、前記変更処理と前記評価値の算出と前記判定とを繰り返すことを特徴とする請求項５に記載の光波面制御パターン生成装置。
7. 前記最適化部は、所定範囲内で、前記所定の繰り返しパラメータ値を変更することを特徴とする請求項６に記載の光波面制御パターン生成装置。
8. 前記光波面制御部は、記録している前記光波面制御パターンによって、前記照明光の振幅又は位相の少なくとも一方を変調することができる光波面制御デバイスを具備することを特徴とする請求項１に記載の光波面制御パターン生成装置。
9. 光波面制御パターンを記録している光波面制御部に対して照明光を照射することによって、対象物の再生像を再生像表示部に表示する像再生系において、前記光波面制御部に記憶する最適な光波面制御パターンを生成する光波面制御パターン生成方法であって、
   前記対象物の空間情報を目標像として検知する工程と、
   前記再生像表示部に表示された再生像を検知する工程と、
   所定方向から検知された複数の前記目標像と、前記再生像検知部によって所定方向から検知された複数の前記再生像に基づいて、前記目標像のデータと前記再生像のデータとを比較することで、変更処理を施した光波面制御パターンに対応する再生像が前記目標像にどれだけ近いかを示す評価値を算出する工程と、
   前記評価値に基づいて、前記変更処理を施した光波面制御パターンを採用するか否かについて判定することを繰り返すことによって、前記最適な光波面制御パターンを生成する工程とを有することを特徴とする光波面制御パターン生成方法。

Images