JP5516957B2 - Hologram generating apparatus, method thereof, and program - Google Patents

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Description

本発明は、電子ホログラフィーに利用するホログラムの生成技術に関する。   The present invention relates to a hologram generation technique used for electronic holography.

近年、立体テレビや立体映画の再生に利用したり、また、立体テレビや立体映画などの立体映像機器や立体映像提供サービスに使用したりすることを目的として電子ホログラフィーの研究がなされてきている。この電子ホログラフィーは、他には、例えば、立体映像ゲーム、教育機器、医療機器、観光案内、手順説明、展示、双方向通信などへの応用も期待されている。   In recent years, research on electronic holography has been made for the purpose of being used for playback of stereoscopic television and stereoscopic movies, and for use in stereoscopic video equipment and stereoscopic video providing services such as stereoscopic television and stereoscopic movies. In addition, the electronic holography is also expected to be applied to, for example, stereoscopic video games, educational equipment, medical equipment, sightseeing guidance, procedure explanations, exhibitions, two-way communication, and the like.

従来、写真乾板にホログラムを記録したり、ホログラムに記録された像を再生したりする方法が知られている(非特許文献1参照)。また、電子ホログラフィーの分野では、例えば液晶パネル等の表示パネルに、電子的に生成されたホログラム(干渉縞)を表示し、ホログラムが表示された表示パネルにレーザ光等を照射することで、記録された立体像を再生する立体表示装置も知られている。ホログラムとしては、参照光の傾きθが0ではないオフアクシスホログラムや、参照光がホログラム面に垂直に入射する(参照光の傾きθが0である)インラインホログラムがあるが、ここでは、オフアクシスホログラムの生成方法について図5を参照して概説する。   Conventionally, a method of recording a hologram on a photographic plate or reproducing an image recorded on the hologram is known (see Non-Patent Document 1). In the field of electronic holography, for example, an electronically generated hologram (interference fringes) is displayed on a display panel such as a liquid crystal panel, and recording is performed by irradiating the display panel on which the hologram is displayed with a laser beam or the like. There is also known a stereoscopic display device for reproducing the generated stereoscopic image. As the hologram, there are an off-axis hologram in which the inclination θ of the reference light is not 0, and an in-line hologram in which the reference light is perpendicularly incident on the hologram surface (the inclination θ of the reference light is 0). A method for generating a hologram will be outlined with reference to FIG.

図5に示す座標空間は、簡単のため、ホログラム面4に沿った面内方向にX軸、ホログラム面4の法線方向にZ軸を配したものである。また、ホログラムを記録する対象の物体2は、ホログラム面4からZ軸方向に離間した所定の位置にある。図5において参照光3を二点鎖線で表示し、物体光5を一点鎖線で表示する。参照光3は、Z軸から角度θだけ傾斜して図5において右上から左下へ向けた方向で物体2に照射されている。   The coordinate space shown in FIG. 5 has an X axis in the in-plane direction along the hologram surface 4 and a Z axis in the normal direction of the hologram surface 4 for simplicity. Further, the object 2 on which the hologram is to be recorded is at a predetermined position separated from the hologram surface 4 in the Z-axis direction. In FIG. 5, the reference light 3 is displayed by a two-dot chain line, and the object light 5 is displayed by a one-dot chain line. The reference light 3 is irradiated to the object 2 in a direction from the upper right to the lower left in FIG.

ホログラムは、物体2に対して、位相の揃った参照光3を照射し、この参照光3が物体2で散乱されてできる物体光5と、照射した参照光3とが互いに干渉して作る干渉縞をホログラム面4に記録したものである。   The hologram irradiates the object 2 with the reference light 3 having the same phase, and the object light 5 formed by scattering the reference light 3 from the object 2 and the irradiated reference light 3 interfere with each other. The fringes are recorded on the hologram surface 4.

この干渉縞を求める一般的な方法は次の通りである。前提として、物体2上の物体点から出てホログラム面4上の点Bに届く物体光5を想定する。つまり、図5において、所定点として、物体2上の点(第1の所定点:物体点A)と、ホログラム面上の点(第2の所定点:点B)とを設定する。ここで、物体点をZ軸上の点A(物体点A)とした。また、ホログラム面4上の任意の位置に基準点Cを設ける。ここでは、X軸とZ軸との交点(原点)を基準点Cとした。つまり、この例では、基準点Cは、ホログラム面4の法線のうち、物体点Aを通る法線上に設けてある。また、ホログラム面4上において基準点Cから点Bまでの距離をX、ホログラム面4から物体点Aまでの距離をZとする。   A general method for obtaining the interference fringes is as follows. As a premise, an object light 5 that comes out of an object point on the object 2 and reaches a point B on the hologram surface 4 is assumed. That is, in FIG. 5, a point on the object 2 (first predetermined point: object point A) and a point on the hologram surface (second predetermined point: point B) are set as predetermined points. Here, the object point is defined as a point A (object point A) on the Z axis. Further, a reference point C is provided at an arbitrary position on the hologram surface 4. Here, the intersection (origin) of the X axis and the Z axis is defined as the reference point C. That is, in this example, the reference point C is provided on a normal passing through the object point A among the normals of the hologram surface 4. On the hologram surface 4, the distance from the reference point C to the point B is X, and the distance from the hologram surface 4 to the object point A is Z.

従来の方法では、図5に示す物体光5の位相φoと、点Bを通る参照光3の位相φrとの差分の値から、干渉縞の値Hを求めて、ホログラムを得る。ここで、物体光5の位相φoは、物体光5の光路長dで決まってくる。物体光5の光路長dは、図5に示す物体点Aから点Bまでの距離であり、式(1)で表される。式(1)のZ,Xは、図5にそれぞれ示す距離である。なお、式(1)の最右辺は、式(1)の真ん中の式をテーラー展開し、第2項までを採用した近似の結果を表している。これは、ホログラム面4から物体点Aまでの距離Zに比べて物体光5の拡散範囲Xは充分小さいことに基づいている。 In the conventional method, the interference fringe value H is obtained from the difference value between the phase φ o of the object beam 5 shown in FIG. 5 and the phase φ r of the reference beam 3 passing through the point B to obtain a hologram. Here, the phase φ o of the object light 5 is determined by the optical path length d of the object light 5. The optical path length d of the object light 5 is the distance from the object point A to the point B shown in FIG. 5 and is expressed by the equation (1). Z and X in the formula (1) are distances shown in FIG. The rightmost side of equation (1) represents the result of approximation in which the middle equation of equation (1) is Taylor-expanded and the second term is adopted. This is based on the fact that the diffusion range X of the object light 5 is sufficiently smaller than the distance Z from the hologram surface 4 to the object point A.

Figure 0005516957
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また、物体光5の位相φoは、物体光5の光路長dにより式(2)で表される。ここで、λは光の波長を示す。ただし、物体光の初期位相は0とした。 Further, the phase φ o of the object light 5 is expressed by the equation (2) by the optical path length d of the object light 5. Here, λ indicates the wavelength of light. However, the initial phase of the object light was set to zero.

Figure 0005516957
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また、干渉縞の値Hは、物体光5の位相φoと、点Bを通る参照光3の位相φrとの差分により、式(3)で求められる。ここで、Oは物体点Aの明るさや色の値を示す。 Further, the interference fringe value H is obtained by the equation (3) based on the difference between the phase φ o of the object light 5 and the phase φ r of the reference light 3 passing through the point B. Here, O represents the brightness or color value of the object point A.

Figure 0005516957
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式(3)の前提として、ホログラム面4上の基準点Cを通る参照光3の位相を0とみなしている。なお、図5においては、説明のために参照光3を3本の光線として示したが、参照光3は、これらが一体になってレーザ光線のようにシャープなコヒーレント光として物体2に照射される。
ここで、インラインホログラムの場合には、参照光3がホログラム面4に垂直に入射するので、ホログラム面4上のどこでも位相は0となる。しかし、ここで想定しているオフアクシスホログラムの場合には、参照光の傾きθが0ではないので、ホログラム面4上の位置によって参照光3の位相が異なる。
As a premise of Expression (3), the phase of the reference light 3 passing through the reference point C on the hologram surface 4 is regarded as 0. In FIG. 5, the reference light 3 is shown as three light beams for the sake of explanation. However, the reference light 3 is integrally irradiated onto the object 2 as a sharp coherent light like a laser beam. The
Here, in the case of an in-line hologram, the reference light 3 is perpendicularly incident on the hologram surface 4, so that the phase is 0 everywhere on the hologram surface 4. However, in the case of the off-axis hologram assumed here, the phase θ of the reference light 3 differs depending on the position on the hologram surface 4 because the inclination θ of the reference light is not zero.

そこで、オフアクシスホログラムの場合には、このときに、基準位相からの差分を考慮して点Bでの位相を、点Bを通る参照光3(図5に模式的に示した3本の参照光のうちの最も左側の参照光)の位相φrとして決めている。例えば、図5において、基準点Cから角度θ(参照光の角度)だけ傾いた方向の破線は、図5に模式的に示した3本の参照光の位相が等しい位置を示している。よって、点Bを通る参照光3(図5において最も左側の参照光)は、基準点Cを通る参照光3(図5において最も右側の参照光)と比べると、ホログラム面4までの光路長がXsinθだけ長い。この光路長差を位相遅れに反映すると、基準点Cから距離Xだけ離れた点Bでの位相φは、式(4)で表されることとなる。 Therefore, in the case of an off-axis hologram, at this time, the phase at the point B is considered in consideration of the difference from the reference phase, and the reference light 3 passing through the point B (the three references schematically shown in FIG. 5). It is determined as the phase φ r of the leftmost reference light). For example, in FIG. 5, the broken line in the direction inclined by the angle θ (reference light angle) from the reference point C indicates the position where the phases of the three reference lights schematically shown in FIG. Therefore, the reference light 3 passing through the point B (leftmost reference light in FIG. 5) is compared with the reference light 3 passing through the reference point C (rightmost reference light in FIG. 5) to the optical path length to the hologram surface 4. Is longer by Xsinθ. When this optical path length difference is reflected in the phase delay, the phase φ r at the point B that is separated from the reference point C by the distance X is expressed by equation (4).

Figure 0005516957
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吉川、羽倉訳、P.ハリハラン著、第1版、「ホログラフィーの原理」、オプトロニクス社、2004年3月30日、p.7−9Yoshikawa, Hakura translation, P.K. Hariharan, 1st edition, "Principles of Holography", Optronics, March 30, 2004, p.7-9

しかしながら、従来の方法では、干渉縞の位相差、即ち、物体光5と、点Bを通る参照光3との位相差(φo−φr)は、式(5)で表される。 However, in the conventional method, the phase difference of the interference fringes, that is, the phase difference (φ o −φ r ) between the object beam 5 and the reference beam 3 passing through the point B is expressed by Expression (5).

Figure 0005516957
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式(5)に示すように、物体光と参照光の位相差(φo−φr)は、ZやXを含んでおり、この位相差を求めるには、ZやXの値を用いて四則演算を行う必要がある。このうち、値Zはホログラムから物体までの距離に対応する。また、値Xは最大ではホログラムのサイズの値と同じになる場合もある。これらZやXの値は、通常、数十mmのオーダである。このオーダは、光の波長λ(0.5μm程度である)に対して十万倍程度大きい。また、この位相差の値は、式(3)のcos(φo−φr)の計算において、周期2π≒6.28で縮退する。そのため、式(5)の位相差の値を、2πの精度に対して充分高い精度で求めないと、式(3)の干渉縞の値Hが正確に求まらない。つまり、式(5)の右辺のカッコ内の演算と、そのカッコの外のλの計算とを正確に行うための演算語長は、20ビット程度以上が必要になる。 As shown in Expression (5), the phase difference (φ o −φ r ) between the object beam and the reference beam includes Z and X. To obtain this phase difference, the values of Z and X are used. It is necessary to perform four arithmetic operations. Of these, the value Z corresponds to the distance from the hologram to the object. Further, the value X may be the same as the value of the hologram size at the maximum. These values of Z and X are usually on the order of several tens of mm. This order is about 100,000 times larger than the wavelength λ of light (which is about 0.5 μm). In addition, the value of the phase difference is degenerated at a period of 2π≈6.28 in the calculation of cos (φ o −φ r ) in Expression (3). Therefore, unless the value of the phase difference in Expression (5) is obtained with sufficiently high accuracy with respect to the precision of 2π, the value H of the interference fringe in Expression (3) cannot be obtained accurately. That is, the operation word length for accurately performing the calculation within the parentheses on the right side of the expression (5) and the calculation of λ outside the parentheses needs to be about 20 bits or more.

ホログラム計算を高速化するためには、特に専用ハードウエアを作る場合は、充分長い演算語長を持つ演算器や演算手段が必要である。そのため、長い演算語長を持つ演算器や演算手段を有するホログラム生成装置やその構成手段が大型になると共に、高コストになるという問題がある。また、計算を正確に行うための充分長い演算語長を持つ演算器や演算手段によって、演算速度が遅くなり、動画ホログラム再生などの実時間動作が困難になるという問題もある。特に、ホログラム表示デバイスが、8K×4K画素を持つ超高精細液晶パネルの場合には、大量の高精度演算を高速に行う必要がある。そのため、超高精細液晶パネルの場合には、実時間のホログラム動画を実現することが困難であった。   In order to increase the speed of the hologram calculation, a calculator and a calculation means having a sufficiently long calculation word length are necessary particularly when making dedicated hardware. For this reason, there is a problem that the hologram generating apparatus having the arithmetic unit having the long arithmetic word length and the arithmetic means and the constituent means thereof become large and cost increases. In addition, there is a problem that the calculation speed is slowed down by an arithmetic unit or calculation means having a sufficiently long calculation word length for performing calculation accurately, and real-time operation such as reproduction of a moving image hologram becomes difficult. In particular, when the hologram display device is an ultra-high-definition liquid crystal panel having 8K × 4K pixels, it is necessary to perform a large amount of high-precision calculations at high speed. Therefore, in the case of an ultra-high definition liquid crystal panel, it has been difficult to realize a real-time hologram moving image.

そこで、本発明では、従来の装置が大型化して高コストになるという問題と、従来の装置の演算速度が遅いという問題とを解決し、ホログラム計算に係る演算語長を削減することを課題とする。   Therefore, the present invention solves the problem that the conventional apparatus is increased in size and cost, and the problem that the calculation speed of the conventional apparatus is slow, and the problem is to reduce the operation word length related to the hologram calculation. To do.

前記課題を解決するために、本発明の第1の観点に係るホログラム生成装置は、物体の位置および物体光としての複素振幅の情報を含む物体データと、参照光の波長およびホログラム面に対する傾斜角度の情報を含む参照光データとを用いて前記物体のホログラムを生成するホログラム生成装置であって、ホログラム面内成分計算手段と、ホログラム法線成分計算手段と、位相差計算手段と、実数成分計算手段と、を備えることとした。   In order to solve the above problems, a hologram generating apparatus according to a first aspect of the present invention includes object data including information on a position of an object and complex amplitude as object light, a wavelength of reference light, and an inclination angle with respect to the hologram surface. A hologram generating apparatus for generating a hologram of the object using reference light data including information on a hologram, wherein a hologram in-plane component calculating means, a hologram normal component calculating means, a phase difference calculating means, and a real component calculation Means.

かかる構成によれば、ホログラム生成装置は、ホログラム面内成分計算手段によって、前記物体の位置と前記参照光の波長とに基づいて、前記物体の第1の所定点で生じた物体光が前記ホログラム面上の第2の所定点に到達するまでの距離を表す物体光の光路長と、前記参照光が前記物体の前記第1の所定点に当たった時点での当該参照光の位相を基準位相として、前記ホログラム面上の前記第2の所定点に到達する参照光の位相が前記基準位相と等しくなる位置と前記第2の所定点との距離を表す参照光の光路長と、の差分を示す光路長差を形式的に2つの値に分けたときの一方の値として、前記ホログラム面上に、前記物体の第1の所定点から引いた法線が交わる交点と前記第2の所定点との間の距離に係る値を示すホログラム面内成分を算出する。そして、ホログラム生成装置は、ホログラム法線成分計算手段によって、前記物体の位置と前記参照光の波長とに基づいて、前記光路長差を形式的に2つの値に分けたときの他方の値として、前記ホログラム面から前記物体の第1の所定点までの距離に係る値を示すホログラム法線成分を算出する。そして、ホログラム生成装置は、位相差計算手段によって、前記光路長差のホログラム面内成分と前記光路長差のホログラム法線成分とを加算し、この加算結果と前記参照光の波長とに基づいて、前記物体光の位相と前記参照光の位相との差分を示す位相差を算出する。そして、ホログラム生成装置は、実数成分計算手段によって、前記物体の位置および複素振幅と、前記位相差とに基づいて、前記ホログラムの干渉縞の値として、前記複素振幅の実数成分を算出する。ここで、前記ホログラム面内成分計算手段は、前記物体の位置を(X,Y,Z)で表したときの前記物体データと、前記ホログラム面に対する傾斜角度の情報をθで表したときの前記参照光データとの入力を受け付け、後記する式(12a)の右辺第2項を計算し、前記ホログラム法線成分計算手段は、当該物体データと当該参照光データとの入力を受け付け、後記する式(12a)の右辺第1項を計算する。 According to such a configuration, the hologram generating device causes the hologram in-plane component calculation means to generate the object light generated at the first predetermined point of the object based on the position of the object and the wavelength of the reference light. An optical path length of object light that represents a distance to reach a second predetermined point on the surface, and a phase of the reference light when the reference light hits the first predetermined point of the object As a difference between the optical path length of the reference light representing the distance between the position where the phase of the reference light reaching the second predetermined point on the hologram surface is equal to the reference phase and the second predetermined point. As one value when the optical path length difference shown is formally divided into two values, the intersection point where the normal line drawn from the first predetermined point of the object intersects the hologram surface and the second predetermined point Hologram in-plane component showing the value related to the distance between Calculated to. Then, the hologram generation device uses the hologram normal component calculation means as the other value when the optical path length difference is formally divided into two values based on the position of the object and the wavelength of the reference light. A hologram normal component indicating a value related to a distance from the hologram surface to the first predetermined point of the object is calculated. Then, the hologram generating device adds the hologram in-plane component of the optical path length difference and the hologram normal component of the optical path length difference by the phase difference calculation means, and based on the addition result and the wavelength of the reference light Then, a phase difference indicating a difference between the phase of the object light and the phase of the reference light is calculated. Then, the hologram generation device calculates the real component of the complex amplitude as the value of the interference fringe of the hologram based on the position of the object, the complex amplitude, and the phase difference by the real component calculation means. Here, the hologram in-plane component calculation means is the object data when the position of the object is represented by (X, Y, Z), and the tilt angle information with respect to the hologram surface is represented by θ. The input of reference light data is received, the second term on the right side of the expression (12a) described later is calculated, and the hologram normal component calculation means receives the input of the object data and the reference light data, and the expression described later The first term on the right side of (12a) is calculated.

したがって、ホログラム生成装置は、物体光と参照光の光路長差をホログラム面内成分とホログラム法線成分に分けて個別に計算して加算した結果からホログラムを求めるので、演算語長を削減することができる。そのため、ホログラム生成装置は、ホログラム計算に高精度な演算が不要なため、演算速度を上げることができるので、高速にホログラムを生成することができる。また、ホログラム生成装置は、高精度な演算手段を必要としないので、小型かつ低コストに製造することができる。   Therefore, the hologram generation apparatus obtains a hologram from the result of separately calculating and adding the optical path length difference between the object beam and the reference beam into the hologram in-plane component and the hologram normal component, and thus reducing the operation word length. Can do. Therefore, the hologram generation apparatus does not require high-precision calculation for hologram calculation, and can increase the calculation speed, so that the hologram can be generated at high speed. Further, since the hologram generation apparatus does not require a high-precision calculation means, it can be manufactured in a small size and at a low cost.

また、本発明の第2の観点に係るホログラム生成装置は、物体の位置および物体光としての複素振幅の情報を含む物体データと、ホログラム面に垂直に入射する参照光の波長の情報を含む参照光データとを用いて前記物体のホログラムを生成するホログラム生成装置であって、ホログラム面内成分計算手段と、位相差計算手段と、実数成分計算手段と、を備えることとした。   In addition, the hologram generating apparatus according to the second aspect of the present invention includes object data including information on the position of an object and complex amplitude as object light, and reference including information on the wavelength of reference light incident perpendicularly to the hologram surface. A hologram generation apparatus that generates a hologram of the object using optical data, and includes hologram in-plane component calculation means, phase difference calculation means, and real number component calculation means.

かかる構成によれば、ホログラム生成装置は、ホログラム面内成分計算手段によって、前記物体の位置と前記参照光の波長とに基づいて、前記物体の第1の所定点で生じた物体光が前記ホログラム面上の第2の所定点に到達するまでの距離を表す物体光の光路長と、前記参照光が前記物体の前記第1の所定点に当たった時点での当該参照光の位相を基準位相として、前記ホログラム面上の前記第2の所定点に到達する参照光の位相が前記基準位相と等しくなる位置と前記第2の所定点との距離を表す参照光の光路長と、の差分を示す光路長差として、前記ホログラム面上に、前記物体の第1の所定点から引いた法線が交わる交点と前記第2の所定点との間の距離に係る値を示すホログラム面内成分を算出する。そして、ホログラム生成装置は、位相差計算手段によって、前記光路長差のホログラム面内成分と前記参照光の波長とに基づいて、前記物体光の位相と前記参照光の位相との差分を示す位相差を算出する。そして、ホログラム生成装置は、実数成分計算手段によって、前記物体の位置および複素振幅と、前記位相差とに基づいて、前記ホログラムの干渉縞の値として、前記複素振幅の実数成分を算出する。ここで、前記ホログラム面内成分計算手段は、前記物体の位置を(X,Y,Z)で表したときの前記物体データと、前記参照光データとの入力を受け付け、後記する式(15)を計算する。 According to such a configuration, the hologram generating device causes the hologram in-plane component calculation means to generate the object light generated at the first predetermined point of the object based on the position of the object and the wavelength of the reference light. An optical path length of object light that represents a distance to reach a second predetermined point on the surface, and a phase of the reference light when the reference light hits the first predetermined point of the object As a difference between the optical path length of the reference light representing the distance between the position where the phase of the reference light reaching the second predetermined point on the hologram surface is equal to the reference phase and the second predetermined point. As an optical path length difference, a hologram in-plane component indicating a value related to a distance between an intersection point where a normal line drawn from the first predetermined point of the object intersects the second predetermined point is formed on the hologram surface. calculate. Then, the hologram generation apparatus is configured to cause the phase difference calculation means to indicate a difference between the phase of the object light and the phase of the reference light based on the hologram in-plane component of the optical path length difference and the wavelength of the reference light. Calculate the phase difference. Then, the hologram generation device calculates the real component of the complex amplitude as the value of the interference fringe of the hologram based on the position of the object, the complex amplitude, and the phase difference by the real component calculation means. Here, the hologram in-plane component calculation means accepts input of the object data and the reference light data when the position of the object is represented by (X, Y, Z), and the following equation (15) Calculate

したがって、ホログラム生成装置は、ホログラム面に垂直に入射する参照光と物体光の光路長差をホログラム面内成分から計算してホログラムを求めるので、インラインホログラムの専用装置として、演算語長を削減することができる。そのため、ホログラム生成装置は、ホログラム計算に高精度な演算が不要なため、演算速度を上げることができるので、高速にホログラムを生成することができる。また、ホログラム生成装置は、高精度な演算手段を必要としないので、小型かつ低コストに製造することができる。   Therefore, the hologram generation apparatus calculates the optical path length difference between the reference light incident perpendicularly to the hologram surface and the object light from the hologram in-plane component to obtain the hologram, so that the operation word length is reduced as a dedicated device for inline holograms. be able to. Therefore, the hologram generation apparatus does not require high-precision calculation for hologram calculation, and can increase the calculation speed, so that the hologram can be generated at high speed. Further, since the hologram generation apparatus does not require a high-precision calculation means, it can be manufactured in a small size and at a low cost.

また、前記課題を解決するために、本発明の第1の観点に係るホログラム生成方法は、物体の位置および物体光としての複素振幅の情報を含む物体データと、参照光の波長およびホログラム面に対する傾斜角度の情報を含む参照光データとを用いて前記物体のホログラムを生成するホログラム生成装置のホログラム生成方法であって、前記ホログラム生成装置が、ホログラム面内成分計算ステップと、ホログラム法線成分計算ステップと、位相差計算ステップと、実数成分計算ステップとを含んで実行することとした。   In order to solve the above-described problem, a hologram generation method according to the first aspect of the present invention relates to object data including information on the position of an object and complex amplitude as object light, the wavelength of reference light, and the hologram surface. A hologram generation method of a hologram generation apparatus for generating a hologram of the object using reference light data including information on an inclination angle, the hologram generation apparatus comprising: a hologram in-plane component calculation step; and a hologram normal component calculation The steps, the phase difference calculation step, and the real number component calculation step are executed.

かかる手順によれば、ホログラム生成方法は、ホログラム面内成分計算ステップにて、前記物体の位置と前記参照光の波長とに基づいて、前記物体の第1の所定点で生じた物体光が前記ホログラム面上の第2の所定点に到達するまでの距離を表す物体光の光路長と、前記参照光が前記物体の前記第1の所定点に当たった時点での当該参照光の位相を基準位相として、前記ホログラム面上の前記第2の所定点に到達する参照光の位相が前記基準位相と等しくなる位置と前記第2の所定点との距離を表す参照光の光路長と、の差分を示す光路長差を形式的に2つの値に分けたときの一方の値として、前記ホログラム面上に、前記物体の第1の所定点から引いた法線が交わる交点と前記第2の所定点との間の距離に係る値を示すホログラム面内成分を算出する。そして、ホログラム生成方法は、ホログラム法線成分計算ステップにて、前記物体の位置と前記参照光の波長とに基づいて、前記光路長差を形式的に2つの値に分けたときの他方の値として、前記ホログラム面から前記物体の第1の所定点までの距離に係る値を示すホログラム法線成分を算出する。そして、ホログラム生成方法は、位相差計算ステップにて、前記光路長差のホログラム面内成分と前記光路長差のホログラム法線成分とを加算し、この加算結果と前記参照光の波長とに基づいて、前記物体光の位相と前記参照光の位相との差分を示す位相差を算出する。そして、ホログラム生成方法は、実数成分計算ステップにて、前記物体の位置および複素振幅と、前記位相差とに基づいて、前記ホログラムの干渉縞の値として、前記複素振幅の実数成分を算出する。ここで、前記ホログラム面内成分計算ステップは、前記物体の位置を(X,Y,Z)で表したときの前記物体データと、前記ホログラム面に対する傾斜角度の情報をθで表したときの前記参照光データとの入力を受け付け、後記する式(12a)の右辺第2項を計算し、前記ホログラム法線成分計算ステップは、当該物体データと当該参照光データとの入力を受け付け、後記する式(12a)の右辺第1項を計算する。したがって、本発明の第1の観点に係るホログラム生成方法によれば、物体光と参照光の光路長差をホログラム面内成分とホログラム法線成分に分けて個別に計算して加算した結果からホログラムを求めるので、演算語長を削減することができる。 According to such a procedure, in the hologram generation method, in the hologram in-plane component calculation step, the object light generated at the first predetermined point of the object is based on the position of the object and the wavelength of the reference light. Based on the optical path length of the object light that represents the distance to reach the second predetermined point on the hologram surface, and the phase of the reference light when the reference light hits the first predetermined point of the object The difference between the optical path length of the reference light representing the distance between the position at which the phase of the reference light reaching the second predetermined point on the hologram surface is equal to the reference phase and the second predetermined point as the phase As one value when the optical path length difference indicating the above is formally divided into two values, the intersection point where the normal line drawn from the first predetermined point of the object intersects the hologram surface and the second place Hologram in-plane component showing the value related to the distance to a fixed point Calculated to. In the hologram generation method, the other value when the optical path length difference is formally divided into two values based on the position of the object and the wavelength of the reference light in the hologram normal component calculation step. Then, a hologram normal component indicating a value related to a distance from the hologram surface to the first predetermined point of the object is calculated. Then, in the phase difference calculation step, the hologram generation method adds the in-plane component of the optical path length difference and the hologram normal component of the optical path length difference, and based on the addition result and the wavelength of the reference light Then, a phase difference indicating a difference between the phase of the object light and the phase of the reference light is calculated. Then, in the real number component calculating step, the real number component of the complex amplitude is calculated as the interference fringe value of the hologram based on the position and complex amplitude of the object and the phase difference. Here, in the hologram surface component calculation step, the object data when the position of the object is represented by (X, Y, Z) and the information on the tilt angle with respect to the hologram surface are represented by θ. The input of reference light data is received, the second term on the right side of the expression (12a) described later is calculated, and the hologram normal component calculation step receives the input of the object data and the reference light data, and the expression described later The first term on the right side of (12a) is calculated. Therefore, according to the hologram generation method according to the first aspect of the present invention, the hologram is obtained from the result of separately calculating and adding the optical path length difference between the object beam and the reference beam separately to the hologram in-plane component and the hologram normal component. Therefore, the operation word length can be reduced.

前記のように求める干渉縞の1つ1つの値を加え合わせる方法は、特に限定されないが、例えば、前記ホログラム面内成分計算ステップと、前記ホログラム法線成分計算ステップと、前記位相差計算ステップと、前記実数成分計算ステップと、を前記ホログラム面の前記第2の所定点を通る参照光の最大回折角で決まる拡散範囲に含まれるような前記物体の第1の所定点すべてに対して実行し、それぞれ求めた値をすべて加算した結果を、前記ホログラム面上の第2の所定点の干渉縞の値とし、以上の処理を、前記ホログラム面内において前記第2の所定点すべてに対して実行した結果を、前記物体のホログラムとして生成することができる。また、例えば、物体点毎に、光の拡散範囲内の物体光の位相差の実数成分をホログラム面内の各点に記録し、物体点を変える毎に、同様にして得られた物体光の位相差の実数成分を、ホログラム面内の各点に記録した値に加算していってもよい。   The method of adding each value of the interference fringes obtained as described above is not particularly limited. For example, the hologram in-plane component calculation step, the hologram normal component calculation step, and the phase difference calculation step The real component calculation step is executed for all the first predetermined points of the object that are included in the diffusion range determined by the maximum diffraction angle of the reference light passing through the second predetermined point of the hologram surface. The result obtained by adding all the obtained values is used as the interference fringe value of the second predetermined point on the hologram surface, and the above processing is executed for all of the second predetermined points in the hologram surface. The result can be generated as a hologram of the object. Further, for example, for each object point, the real component of the phase difference of the object light within the light diffusion range is recorded at each point in the hologram surface, and the object light obtained in the same manner every time the object point is changed. The real component of the phase difference may be added to the value recorded at each point in the hologram plane.

また、本発明の第2の観点に係るホログラム生成方法は、物体の位置および物体光としての複素振幅の情報を含む物体データと、ホログラム面に垂直に入射する参照光の波長の情報を含む参照光データとを用いて前記物体のホログラムを生成するホログラム生成装置のホログラム生成方法であって、前記ホログラム生成装置が、ホログラム面内成分計算ステップと、位相差計算ステップと、実数成分計算ステップとを含んで実行することとした。   Further, the hologram generation method according to the second aspect of the present invention is a reference including object data including information on the position of an object and complex amplitude as object light, and information on the wavelength of reference light incident perpendicularly to the hologram surface. A hologram generation method of a hologram generation apparatus that generates a hologram of the object using optical data, the hologram generation apparatus comprising: a hologram in-plane component calculation step, a phase difference calculation step, and a real component calculation step It was decided to include and execute.

かかる手順によれば、ホログラム生成方法は、ホログラム面内成分計算ステップにて、前記物体の位置と前記参照光の波長とに基づいて、前記物体の第1の所定点で生じた物体光が前記ホログラム面上の第2の所定点に到達するまでの距離を表す物体光の光路長と、前記参照光が前記物体の前記第1の所定点に当たった時点での当該参照光の位相を基準位相として、前記ホログラム面上の前記第2の所定点に到達する参照光の位相が前記基準位相と等しくなる位置と前記第2の所定点との距離を表す参照光の光路長と、の差分を示す光路長差として、前記ホログラム面上に、前記物体の第1の所定点から引いた法線が交わる交点と前記第2の所定点との間の距離に係る値を示すホログラム面内成分を算出する。そして、ホログラム生成方法は、位相差計算ステップにて、前記光路長差のホログラム面内成分と前記参照光の波長とに基づいて、前記物体光の位相と前記参照光の位相との差分を示す位相差を算出する。そして、ホログラム生成方法は、実数成分計算ステップにて、前記物体の位置および複素振幅と、前記位相差とに基づいて、前記ホログラムの干渉縞の値として、前記複素振幅の実数成分を算出する。ここで、前記ホログラム面内成分計算ステップは、前記物体の位置を(X,Y,Z)で表したときの前記物体データと、前記参照光データとの入力を受け付け、後記する式(15)を計算する。したがって、本発明の第2の観点に係るホログラム生成方法によれば、物体光と参照光の光路長差をホログラム面内成分として計算した結果からホログラムを求めるので、演算語長を削減することができると共に、演算速度をさらに上げることができる。なお、前記のように求める干渉縞の1つ1つの値を加え合わせる方法は、特に限定されるものではない。 According to such a procedure, in the hologram generation method, in the hologram in-plane component calculation step, the object light generated at the first predetermined point of the object is based on the position of the object and the wavelength of the reference light. Based on the optical path length of the object light that represents the distance to reach the second predetermined point on the hologram surface, and the phase of the reference light when the reference light hits the first predetermined point of the object The difference between the optical path length of the reference light representing the distance between the position at which the phase of the reference light reaching the second predetermined point on the hologram surface is equal to the reference phase and the second predetermined point as the phase A hologram in-plane component indicating a value relating to a distance between an intersection point where a normal line drawn from the first predetermined point of the object intersects the second predetermined point on the hologram surface Is calculated. In the phase difference calculation step, the hologram generation method indicates a difference between the phase of the object light and the phase of the reference light based on the hologram in-plane component of the optical path length difference and the wavelength of the reference light. Calculate the phase difference. Then, in the real number component calculating step, the real number component of the complex amplitude is calculated as the interference fringe value of the hologram based on the position and complex amplitude of the object and the phase difference. Here, the hologram in-plane component calculation step accepts input of the object data and the reference light data when the position of the object is represented by (X, Y, Z), and the following equation (15) Calculate Therefore, according to the hologram generation method according to the second aspect of the present invention, the hologram is obtained from the result of calculating the optical path length difference between the object beam and the reference beam as the hologram in-plane component, so that the operation word length can be reduced. In addition, the calculation speed can be further increased. In addition, the method of adding together each value of the interference fringe calculated | required as mentioned above is not specifically limited.

また、前記課題を解決するために、本発明の第1の観点に係るホログラム生成プログラムは、物体の位置および物体光としての複素振幅の情報を含む物体データと、参照光の波長およびホログラム面に対する傾斜角度の情報を含む参照光データとを用いて前記物体のホログラムを生成するために、コンピュータを、ホログラム面内成分計算手段、ホログラム法線成分計算手段、位相差計算手段、実数成分計算手段として機能させるためのプログラムであることとした。   In order to solve the above-described problem, a hologram generation program according to the first aspect of the present invention provides object data including information on a position of an object and complex amplitude as object light, a wavelength of reference light, and a hologram surface. In order to generate a hologram of the object using reference light data including information on an inclination angle, the computer is used as a hologram in-plane component calculation unit, a hologram normal component calculation unit, a phase difference calculation unit, and a real component calculation unit. It was decided to be a program for functioning.

かかる構成によれば、ホログラム生成プログラムは、ホログラム面内成分計算手段によって、前記物体の位置と前記参照光の波長とに基づいて、前記物体の第1の所定点で生じた物体光が前記ホログラム面上の第2の所定点に到達するまでの距離を表す物体光の光路長と、前記参照光が前記物体の前記第1の所定点に当たった時点での当該参照光の位相を基準位相として、前記ホログラム面上の前記第2の所定点に到達する参照光の位相が前記基準位相と等しくなる位置と前記第2の所定点との距離を表す参照光の光路長と、の差分を示す光路長差を形式的に2つの値に分けたときの一方の値として、前記ホログラム面上に、前記物体の第1の所定点から引いた法線が交わる交点と前記第2の所定点との間の距離に係る値を示すホログラム面内成分を算出する。そして、ホログラム生成プログラムは、ホログラム法線成分計算手段によって、前記物体の位置と前記参照光の波長とに基づいて、前記光路長差を形式的に2つの値に分けたときの他方の値として、前記ホログラム面から前記物体の第1の所定点までの距離に係る値を示すホログラム法線成分を算出する。そして、ホログラム生成プログラムは、位相差計算手段によって、前記光路長差のホログラム面内成分と前記光路長差のホログラム法線成分とを加算し、この加算結果と前記参照光の波長とに基づいて、前記物体光の位相と前記参照光の位相との差分を示す位相差を算出する。そして、ホログラム生成プログラムは、実数成分計算手段によって、前記物体の位置および複素振幅と、前記算出された位相差とに基づいて、前記ホログラムの干渉縞の値として、前記複素振幅の実数成分を算出する。ここで、前記ホログラム面内成分計算手段は、前記物体の位置を(X,Y,Z)で表したときの前記物体データと、前記ホログラム面に対する傾斜角度の情報をθで表したときの前記参照光データとの入力を受け付け、後記する式(12a)の右辺第2項を計算し、前記ホログラム法線成分計算手段は、当該物体データと当該参照光データとの入力を受け付け、後記する式(12a)の右辺第1項を計算する。 According to this configuration, the hologram generation program causes the hologram in-plane component calculation means to generate object light generated at the first predetermined point of the object based on the position of the object and the wavelength of the reference light. An optical path length of object light that represents a distance to reach a second predetermined point on the surface, and a phase of the reference light when the reference light hits the first predetermined point of the object As a difference between the optical path length of the reference light representing the distance between the position where the phase of the reference light reaching the second predetermined point on the hologram surface is equal to the reference phase and the second predetermined point. As one value when the optical path length difference shown is formally divided into two values, the intersection point where the normal line drawn from the first predetermined point of the object intersects the hologram surface and the second predetermined point Hologram surface showing the value related to the distance between To calculate the component. Then, the hologram generation program uses the hologram normal component calculation means as the other value when the optical path length difference is formally divided into two values based on the position of the object and the wavelength of the reference light. A hologram normal component indicating a value related to a distance from the hologram surface to the first predetermined point of the object is calculated. Then, the hologram generation program adds the in-plane hologram component of the optical path length difference and the hologram normal component of the optical path length difference by the phase difference calculation means, and based on the addition result and the wavelength of the reference light Then, a phase difference indicating a difference between the phase of the object light and the phase of the reference light is calculated. Then, the hologram generation program calculates the real component of the complex amplitude as the interference fringe value of the hologram based on the position and complex amplitude of the object and the calculated phase difference by the real component calculation means. To do. Here, the hologram in-plane component calculation means is the object data when the position of the object is represented by (X, Y, Z), and the tilt angle information with respect to the hologram surface is represented by θ. The input of reference light data is received, the second term on the right side of the expression (12a) described later is calculated, and the hologram normal component calculation means receives the input of the object data and the reference light data, and the expression described later The first term on the right side of (12a) is calculated.

また、本発明の第2の観点に係るホログラム生成プログラムは、物体の位置および物体光としての複素振幅の情報を含む物体データと、ホログラム面に垂直に入射する参照光の波長の情報を含む参照光データとを用いて前記物体のホログラムを生成するために、コンピュータを、ホログラム面内成分計算手段、位相差計算手段、実数成分計算手段として機能させるためのプログラムであることとした。   In addition, the hologram generation program according to the second aspect of the present invention is a reference including object data including information on the position of an object and complex amplitude as object light, and information on the wavelength of reference light incident perpendicularly to the hologram surface. In order to generate a hologram of the object using optical data, the computer program is made to function as hologram in-plane component calculation means, phase difference calculation means, and real number component calculation means.

かかる構成によれば、ホログラム生成プログラムは、ホログラム面内成分計算手段によって、前記物体の位置と前記参照光の波長とに基づいて、前記物体の第1の所定点で生じた物体光が前記ホログラム面上の第2の所定点に到達するまでの距離を表す物体光の光路長と、前記参照光が前記物体の前記第1の所定点に当たった時点での当該参照光の位相を基準位相として、前記ホログラム面上の前記第2の所定点に到達する参照光の位相が前記基準位相と等しくなる位置と前記第2の所定点との距離を表す参照光の光路長と、の差分を示す光路長差として、前記ホログラム面上に、前記物体の第1の所定点から引いた法線が交わる交点と前記第2の所定点との間の距離に係る値を示すホログラム面内成分を算出する。そして、ホログラム生成プログラムは、位相差計算手段によって、前記光路長差のホログラム面内成分と前記参照光の波長とに基づいて、前記物体光の位相と前記参照光の位相との差分を示す位相差を算出する。そして、ホログラム生成プログラムは、実数成分計算手段によって、前記物体の位置および複素振幅と、前記位相差とに基づいて、前記ホログラムの干渉縞の値として、前記複素振幅の実数成分を算出する。ここで、前記ホログラム面内成分計算手段は、前記物体の位置を(X,Y,Z)で表したときの前記物体データと、前記参照光データとの入力を受け付け、後記する式(15)を計算する。 According to this configuration, the hologram generation program causes the hologram in-plane component calculation means to generate object light generated at the first predetermined point of the object based on the position of the object and the wavelength of the reference light. An optical path length of object light that represents a distance to reach a second predetermined point on the surface, and a phase of the reference light when the reference light hits the first predetermined point of the object As a difference between the optical path length of the reference light representing the distance between the position where the phase of the reference light reaching the second predetermined point on the hologram surface is equal to the reference phase and the second predetermined point. As an optical path length difference, a hologram in-plane component indicating a value related to a distance between an intersection point where a normal line drawn from the first predetermined point of the object intersects the second predetermined point is formed on the hologram surface. calculate. Then, the hologram generation program is configured to cause the phase difference calculation means to indicate a difference between the phase of the object light and the phase of the reference light based on the hologram in-plane component of the optical path length difference and the wavelength of the reference light. Calculate the phase difference. Then, the hologram generation program calculates the real component of the complex amplitude as the value of the interference fringe of the hologram based on the position and complex amplitude of the object and the phase difference by the real component calculation means. Here, the hologram in-plane component calculation means accepts input of the object data and the reference light data when the position of the object is represented by (X, Y, Z), and the following equation (15) Calculate

本発明の第1の観点に係るホログラム生成装置、その方法およびプログラムによれば、参照光が物体点を通過する際の位相を基準位相とした上で、物体光と参照光の光路長差をホログラム面内成分とホログラム法線成分に分けて個別に計算して加算した結果からホログラムを求めるので、演算語長を削減することができる。   According to the hologram generating apparatus, the method, and the program according to the first aspect of the present invention, the difference between the optical path length of the object light and the reference light is obtained with the phase when the reference light passes through the object point as the reference phase. Since the hologram is obtained from the result of separately calculating and adding the hologram in-plane component and the hologram normal component, the operation word length can be reduced.

また、本発明の第2の観点に係るホログラム生成装置、その方法およびプログラムによれば、参照光が物体点を通過する際の位相を基準位相とした上で、物体光と参照光の光路長差についてのホログラム面内成分を計算した結果からホログラムを求めるので、演算語長を削減することができると共に、演算速度をさらに上げることができる。   In addition, according to the hologram generating apparatus, the method, and the program according to the second aspect of the present invention, the optical path lengths of the object light and the reference light are set based on the phase when the reference light passes through the object point as the reference phase. Since the hologram is obtained from the result of calculating the hologram in-plane component for the difference, the calculation word length can be reduced and the calculation speed can be further increased.

また、本発明の第1および第2の観点に係るホログラム生成装置によれば、演算語長を短縮したことで、小型で低コストかつ高速なホログラム生成装置の専用ハードウエアを構成できる。また、本発明の第1および第2の観点に係るホログラム生成方法によれば、高速なホログラム生成方法を提供することができる。そのため、超高精細液晶パネルを用いても、実時間のホログラム動画を実現することができる。   Moreover, according to the hologram production | generation apparatus which concerns on the 1st and 2nd viewpoint of this invention, the hardware for exclusive use of the small, low-cost and high-speed hologram production | generation apparatus can be comprised by shortening the calculation word length. Further, according to the hologram generation method according to the first and second aspects of the present invention, a high-speed hologram generation method can be provided. Therefore, a real-time hologram moving image can be realized even if an ultra-high definition liquid crystal panel is used.

本発明の実施形態に係るホログラム生成装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the hologram production | generation apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係るホログラム生成方法によりオフアクシスホログラムを得る方法の説明図である。It is explanatory drawing of the method of obtaining an off-axis hologram with the hologram production | generation method which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係るホログラム生成方法をコンピュータのプログラムとして実施した場合のフローチャートである。It is a flowchart at the time of implementing the hologram production | generation method which concerns on embodiment of this invention as a computer program. 本発明の実施形態に係るホログラム生成方法によりインラインホログラムを得る方法の説明図である。It is explanatory drawing of the method of obtaining an in-line hologram with the hologram production | generation method which concerns on embodiment of this invention. 従来技術によりホログラムを得る方法の説明図である。It is explanatory drawing of the method of obtaining a hologram by a prior art.

図面を参照して本発明のホログラム生成装置およびその方法を実施するための形態について詳細に説明する。以下では、説明の都合上、1.ホログラム生成装置の概要、2.ホログラム生成方法の原理、3.ホログラム生成装置の各実施形態について順次説明することとする。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS A hologram generating apparatus and method for carrying out the method of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Below, for convenience of explanation, 1. 1. Outline of hologram generating apparatus 2. Principle of hologram generation method Each embodiment of the hologram generation apparatus will be described sequentially.

[1.ホログラム生成装置の概要]
図1に示すように、ホログラム生成装置1は、物体データ2dと参照光データ3dとを用いて物体のホログラム4dを生成するものであり、物体光と参照光の光路長差のホロ面内成分計算器10(以下、ホロ面内成分計算器10と略記する)と、物体光と参照光の光路長差のホロ法線成分計算器20(以下、ホロ法線成分計算器20と略記する)と、位相差計算器30と、実数成分計算器40とを備える。なお、各計算器10〜40の詳細は後記する。また、以下では、ホログラム面の法線成分をホログラム法線成分と呼称し、ホログラム面をホロ面、ホログラムをホロと適宜略記する。
[1. Overview of hologram generator]
As shown in FIG. 1, the hologram generator 1 generates a hologram 4d of an object using object data 2d and reference light data 3d, and a holo in-plane component of an optical path length difference between the object light and the reference light. A calculator 10 (hereinafter abbreviated as a holo in-plane component calculator 10) and a holo normal component calculator 20 (hereinafter abbreviated as a holo normal component calculator 20) of the optical path length difference between the object beam and the reference beam. And a phase difference calculator 30 and a real component calculator 40. Details of each of the calculators 10 to 40 will be described later. In the following, the normal component of the hologram surface is referred to as a hologram normal component, and the hologram surface is abbreviated as a holo surface and the hologram as a holo as appropriate.

物体データ2dは、ホログラム4dの生成対象とする物体の位置の情報として、3次元座標データ(X,Y,Z)や、物体光としての色や明るさといった複素振幅の情報として、その点の色のデータO(X,Y,Z)を含む。なお、複素振幅は、振幅情報と位相情報とを含んでいる。   The object data 2d includes three-dimensional coordinate data (X, Y, Z) as information on the position of the object to be generated by the hologram 4d and complex amplitude information such as color and brightness as object light. It includes color data O (X, Y, Z). The complex amplitude includes amplitude information and phase information.

参照光データ3dは、参照光の波長λの情報や、ホログラム面に対する傾斜角度θの情報や、参照光の光源位置の情報等を含むデータである。なお、傾斜角度θはホログラム面の法線方向から計測した角度である。   The reference light data 3d is data including information on the wavelength λ of the reference light, information on the tilt angle θ with respect to the hologram surface, information on the light source position of the reference light, and the like. The tilt angle θ is an angle measured from the normal direction of the hologram surface.

このホログラム生成装置1は、物体光と参照光の位相差を計算する際に、両者の光路長差のホログラム面内成分の計算と、ホログラム法線成分の計算とを個別に行った後、両者を加算して位相差を求めるようにした点が従来と大きく異なっている。これにより、ホログラム生成装置1は、演算語長の削減を可能にした。ここで、成分とは、詳細は後記するが、距離を示す光路長差を形式的に2つの値に分けたうちのそれぞれの値を意味する。このうちの一方であるホログラム面内成分とは、ホログラム面上に物体点から引いた法線が交わる交点と、参照光がその物体点で散乱されて生じた物体光がホログラム面に当たった点との間の距離に係る値を示す。また、光路長差を形式的に2つの値に分けたうちの他方であるホログラム法線成分とは、ホログラム面からその物体点までの距離に係る値を示す。   When calculating the phase difference between the object beam and the reference beam, the hologram generator 1 separately calculates the hologram in-plane component of the optical path length difference between them and the hologram normal component, Is significantly different from the prior art in that the phase difference is obtained by adding. Thereby, the hologram production | generation apparatus 1 enabled reduction of operation word length. Here, the component means each value of the optical path length difference indicating the distance, which is formally divided into two values, details of which will be described later. The hologram in-plane component, which is one of these, is the point at which the normal drawn from the object point intersects on the hologram surface and the point at which the object light generated by scattering the reference light at that object point hits the hologram surface The value which concerns on the distance between is shown. Further, the hologram normal component which is the other of the optical path length differences divided into two values form a value related to the distance from the hologram surface to the object point.

また、ホログラム生成装置1は、参照光の基準位相を、参照光が物体点に当たった時点での位相にした点が従来と大きく異なっている。これにより、参照光と物体光の位相を決める光路長の計算において、ホログラム面に対する法線成分が互いにほぼキャンセルされる。その結果、干渉縞の計算の演算語長を削減できると共に、計算が簡単になり、高速な演算を可能にした。ここで、詳細は後記するが、参照光と物体光の位相を決める光路長の計算において、参照光の光路長を次の距離とした。すなわち、参照光が物体点に当たった時点での当該参照光の位相を基準位相として、参照光がその物体点で散乱されて生じた物体光がホログラム面に当たった点から見て、その点に到達する参照光の位相が基準位相と等しくなる位置と、その物体光がホログラム面に当たった点との距離を、参照光の光路長とした。   The hologram generating apparatus 1 is greatly different from the conventional one in that the reference phase of the reference light is set to the phase when the reference light hits the object point. Thereby, in the calculation of the optical path length that determines the phase of the reference light and the object light, the normal components with respect to the hologram surface are substantially canceled from each other. As a result, the calculation word length of interference fringe calculation can be reduced, the calculation is simplified, and high-speed calculation is possible. Here, although details will be described later, in the calculation of the optical path length that determines the phase of the reference light and the object light, the optical path length of the reference light is set as the following distance. That is, the phase of the reference light at the time when the reference light hits the object point is used as a reference phase, and the reference light is scattered from the object point. The distance between the position at which the phase of the reference light that reaches the reference phase becomes equal to the reference phase and the point at which the object light hits the hologram surface was taken as the optical path length of the reference light.

[2.ホログラム生成方法の原理]
次に、本発明の実施形態に係るホログラム生成方法の原理について、図2を参照(適宜図5参照)して説明する。
[2. Principle of hologram generation method]
Next, the principle of the hologram generation method according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 2 (refer to FIG. 5 as appropriate).

図2に示す座標空間は、簡単のため、ホログラム面4に沿った面内方向にX軸、ホログラム面4の法線方向にZ軸を配したものである。また、ホログラムを記録する対象の物体2は、ホログラム面4からZ軸方向に離間した所定の位置にある。図2において参照光3を二点鎖線で表示し、物体光5を一点鎖線で表示する。   The coordinate space shown in FIG. 2 has an X axis in the in-plane direction along the hologram surface 4 and a Z axis in the normal direction of the hologram surface 4 for simplicity. Further, the object 2 on which the hologram is to be recorded is at a predetermined position separated from the hologram surface 4 in the Z-axis direction. In FIG. 2, the reference light 3 is displayed by a two-dot chain line, and the object light 5 is displayed by a one-dot chain line.

本実施形態により干渉縞を求める方法は次の通りである。前提として、物体2上の物体点Aから出てホログラム面4上の点Bに届く物体光5を想定する。つまり、図2において、所定点として、物体2上の点(第1の所定点:物体点A)と、ホログラム面上の点(第2の所定点:点B)とを設定する。ここでは、ホログラム面4上の点Bを、X軸とZ軸との交点(原点)とした点が図5と異なる。また、ホログラム面4上に、物体点Aから引いた法線が交わる交点に基準点Cを設ける。つまり、先行技術では基準点Cを一度決めたら、ホログラム面上の全ての点で干渉縞を計算する間、基準点を変更しなかったが、物体点A毎に、点Aからホログラム面4(X軸)へ下ろした垂線の足を基準点Cとした点が先行技術と異なる。また、ホログラム面4上において基準点Cから点Bまでの距離をX、ホログラム面4から物体点Aまでの距離をZとする。参照光3は、Z軸から角度θだけ傾斜して図2において右上から物体2に照射されている。   A method for obtaining interference fringes according to the present embodiment is as follows. As a premise, an object light 5 that comes out of an object point A on the object 2 and reaches a point B on the hologram surface 4 is assumed. That is, in FIG. 2, a point on the object 2 (first predetermined point: object point A) and a point on the hologram surface (second predetermined point: point B) are set as predetermined points. Here, it differs from FIG. 5 in that point B on the hologram surface 4 is the intersection (origin) of the X axis and the Z axis. Further, a reference point C is provided on the hologram surface 4 at the intersection where the normal line drawn from the object point A intersects. That is, in the prior art, once the reference point C is determined, the reference point is not changed while calculating the interference fringes at all points on the hologram surface. It differs from the prior art in that the perpendicular foot down to the X axis is the reference point C. On the hologram surface 4, the distance from the reference point C to the point B is X, and the distance from the hologram surface 4 to the object point A is Z. The reference light 3 is irradiated to the object 2 from the upper right in FIG.

物体光5の光路長dは、図2に示す物体点Aから点Bまでの距離であり、式(6)で表される。   The optical path length d of the object light 5 is the distance from the object point A to the point B shown in FIG. 2, and is represented by the equation (6).

Figure 0005516957
Figure 0005516957

現在入手可能なホログラム表示用液晶パネルの画素サイズは、P=5〜10μm程度であり、このパネルで回折可能な光の最大回折角αは、式(7)で与えられる。つまり、最大回折角αは、ホログラムの画素サイズで決まる。   The pixel size of the currently available hologram display liquid crystal panel is about P = 5 to 10 μm, and the maximum diffraction angle α of light that can be diffracted by this panel is given by equation (7). That is, the maximum diffraction angle α is determined by the pixel size of the hologram.

Figure 0005516957
Figure 0005516957

ただし、λは参照光3と同じ波長の照明光の波長で、0.5μm程度である。このときα=1.5〜3°となる。参照光の傾きθが0ではないオフアクシスホログラムの場合、傾きθはホログラム表示パネルの最大回折角αの2倍程度にとられる。したがって、参照光の両側αに拡散する物体光5の拡散範囲Xの値は、図2より、∠BAC=α+θ=3αなので、式(8)で表される。   However, λ is the wavelength of the illumination light having the same wavelength as the reference light 3 and is about 0.5 μm. At this time, α = 1.5 to 3 °. In the case of an off-axis hologram in which the inclination θ of the reference light is not 0, the inclination θ is about twice the maximum diffraction angle α of the hologram display panel. Therefore, the value of the diffusion range X of the object light 5 diffusing to both sides α of the reference light is expressed by the equation (8) since ∠BAC = α + θ = 3α from FIG.

Figure 0005516957
Figure 0005516957

この式(8)で示すXの値は、X≦0.15Z程度である。なお、より詳細には、例えば、画素サイズP=5μm、波長λ=0.5μmのとき、Xは約0.1511992Zである。   The value of X shown in this equation (8) is about X ≦ 0.15Z. More specifically, for example, when the pixel size P = 5 μm and the wavelength λ = 0.5 μm, X is about 0.1511992Z.

従って、ホログラム面4から物体点Aまでの距離Zに比べて、物体光5の拡散範囲Xは充分小さく、式(6)をテーラー展開し、第2項までを採用することにより、式(9)のように近似できる。   Accordingly, the diffusion range X of the object light 5 is sufficiently small compared to the distance Z from the hologram surface 4 to the object point A, and the expression (9) is obtained by Taylor expansion of Expression (6) and adopting the second term. ).

Figure 0005516957
Figure 0005516957

前記のように、参照光3がホログラム面に対して角度θ=2αだけ傾いている場合、物体点Aに当たった光と同じ位相の参照光3(図2に模式的に示した3本の参照光のうちの最も左側の参照光)がホログラム面4上の点Bに届くまでの光路長rは、図2より、式(10)で表される。   As described above, when the reference light 3 is tilted by the angle θ = 2α with respect to the hologram surface, the reference light 3 having the same phase as the light hitting the object point A (the three light beams schematically shown in FIG. 2). The optical path length r until the leftmost reference light of the reference light reaches the point B on the hologram surface 4 is expressed by equation (10) from FIG.

Figure 0005516957
Figure 0005516957

式(10)の前提として、参照光3(図2に模式的に示した3本の参照光のうちの真ん中の参照光)が物体点Aに当たった時点での位相を基準位相としている点が従来の方法と異なっている。つまり、このホログラム生成方法では、ホログラム面4上の点Bに到達する参照光3(図2に示した最も左側の参照光)の位相が基準位相と等しくなる位置と点Bとの距離を、当該参照光3の光路長rとした。そして、基準位相を0として、この基準位相からの差分を考慮して点Bの位置での位相を、点Bを通る参照光3(図2に示した最も左側の参照光)の位相φrとして決めている。 As a premise of Expression (10), the reference light 3 (the reference light in the middle of the three reference lights schematically shown in FIG. 2) has a phase at the time when it hits the object point A as a reference phase. Is different from the conventional method. That is, in this hologram generation method, the distance between the point B where the phase of the reference light 3 (the leftmost reference light shown in FIG. 2) reaching the point B on the hologram surface 4 is equal to the reference phase is The optical path length r of the reference light 3 was set. Then, the reference phase is set to 0, and the phase at the position of the point B in consideration of the difference from the reference phase is set to the phase φ r of the reference light 3 (the leftmost reference light shown in FIG. 2) passing through the point B. Decided as

例えば、図2において、物体点Aにおいて参照光3の方向と垂直な方向の破線は、図2に模式的に示した3本の参照光の位相が等しい位置を示している。よって、点Bを通る参照光3(図2において最も左側の参照光)は、参照光の位相が等しい位置(物体点Aに対応した位置)からホログラム面4までの光路長がrである。この光路長rを、図2において平行移動すると、式(10)の右辺が求まる。なお、式(10)の右辺の第1項は、ホログラム面4上の基準点Cを通る参照光3(図2に示した最も右側の参照光)が、ホログラム面4上の基準点Cに届くまでの光路長となっている。   For example, in FIG. 2, a broken line in a direction perpendicular to the direction of the reference light 3 at the object point A indicates a position where the phases of the three reference lights schematically shown in FIG. Therefore, the reference light 3 passing through the point B (the leftmost reference light in FIG. 2) has an optical path length r from the position where the phase of the reference light is equal (position corresponding to the object point A) to the hologram surface 4. When the optical path length r is translated in FIG. 2, the right side of Expression (10) is obtained. The first term on the right side of Equation (10) is that the reference light 3 (the rightmost reference light shown in FIG. 2) passing through the reference point C on the hologram surface 4 is the reference point C on the hologram surface 4. It is the optical path length to reach.

図5を参照して説明した従来の方法は、ホログラム面4上の任意の位置に基準点Cを設ければ、前記した式(3)および式(5)により、干渉縞の値Hが正しく求められるものとしていた。このことは、正しいが、その干渉縞を生じる光の位相差が、どのようなメカニズムで発生するのかを直感的には理解し難かった。ところが、本実施形態に係るホログラム生成方法のように、参照光3の基準位相と等しい位置の点を、これまでのホログラム面4上ではなく、物体2上に設定することで、干渉縞を生じる光の位相差発生のメカニズムを、直感的に理解し易くなった。つまり、同じ物体点Aから出発した物体光5と参照光3において、物体光5の光路長dと、参照光3の光路長rとの差が、物体光と参照光の位相差を生じ、物体光と参照光との位相がずれているから干渉縞を形成するというホログラムの原理が直感的に理解し易くなった。   In the conventional method described with reference to FIG. 5, if the reference point C is provided at an arbitrary position on the hologram surface 4, the interference fringe value H is correctly calculated according to the equations (3) and (5). It was supposed to be required. This is correct, but it was difficult to intuitively understand the mechanism by which the phase difference of the light causing the interference fringes occurs. However, as in the hologram generation method according to the present embodiment, interference fringes are generated by setting a point at a position equal to the reference phase of the reference light 3 on the object 2 instead of on the hologram surface 4 so far. Intuitively understands the mechanism of light phase difference generation. That is, in the object light 5 and the reference light 3 starting from the same object point A, the difference between the optical path length d of the object light 5 and the optical path length r of the reference light 3 causes a phase difference between the object light and the reference light. Since the phase of the object light and the reference light are out of phase, the principle of hologram that forms interference fringes has become easier to understand intuitively.

そして、本実施形態に係るホログラム生成方法では、前記した式(9)および式(10)を用いることで、物体光5と参照光3の光路長の差(d−r)は、式(11)で表される。   And in the hologram production | generation method which concerns on this embodiment, the difference (dr) of the optical path length of the object light 5 and the reference light 3 is used for Formula (11) by using above-mentioned Formula (9) and Formula (10). ).

Figure 0005516957
Figure 0005516957

ここで、式(11)の右辺の1番目のカッコ内の計算は、従来の計算においても前記式(5)に現れていた。このカッコ内の計算において、第2項(X/2Z)の値は、テーラー展開の第2項なので、カッコ内の第1項(Z)の値に比べて非常に小さい。そのため、第1項と第2項との和は、巨大な値と微小値とを加算するものとなっている。従来は、これらを前記した式(5)に示すように、そのままの順番で計算していた。ところが、巨大な値と微小値とを加算すると、計算結果の精度が良くない。そこで、本実施形態に係るホログラム生成方法では、式(11)の右辺の各項を並べ替えて、式(12a)のように変形してから計算することとした。 Here, the calculation in the first parenthesis on the right side of the equation (11) appeared in the equation (5) in the conventional calculation. In the calculation in the parentheses, the value of the second term (X 2 / 2Z) is very small compared to the value of the first term (Z) in the parenthesis because it is the second term of the Taylor expansion. Therefore, the sum of the first term and the second term adds a huge value and a minute value. Conventionally, these are calculated in the same order as shown in Equation (5). However, when a huge value and a minute value are added, the accuracy of the calculation result is not good. Therefore, in the hologram generation method according to the present embodiment, each term on the right side of Expression (11) is rearranged and transformed into Expression (12a) before calculation.

Figure 0005516957
Figure 0005516957

ここで、式(12a)の右辺の第1項は、式(11)の右辺の第1項よりも、2〜3桁小さい値となる。この詳細は後記するが、式(12a)の右辺の第1項のカッコ内の計算結果は、ほぼ0という微小値になるからである。言い換えると、図2に示す座標空間において、光路長dのホログラム法線成分(d成分)の“Z”と、光路長rのホログラム法線成分(r成分)の“Zcosθ”とが非常に近い値となってキャンセルされる。このようにcosθがほぼ1となる理由は、最大回折角α=1.5〜3°、傾きθ=2αの条件を想定しているからである。同様に、式(12a)の右辺の第2項のsinθもほぼ0という微小値となる。 Here, the first term on the right side of Equation (12a) is a value that is 2-3 orders of magnitude smaller than the first term on the right side of Equation (11). Although details will be described later, the calculation result in the parenthesis of the first term on the right side of the equation (12a) is a minute value of almost zero. In other words, in the coordinate space shown in FIG. 2, the "Z" of the hologram normal component of the optical path length d (d Z component), the hologram normal component of the optical path length r of (r Z component) "Zcosθ" and is very A value close to is canceled. The reason why cos θ is almost 1 is that a condition of maximum diffraction angle α = 1.5 to 3 ° and inclination θ = 2α is assumed. Similarly, sin θ of the second term on the right side of Expression (12a) is also a very small value of zero.

また、式(12a)の右辺の第1項のZの値や、第2項のXの値は、通常、数十mmのオーダである。そのため、式(12a)の第1項の値と、第2項の値とは、それぞれが微小値となる。そこで、式(12a)を式(12b)のように置き換えることとする。式(12b)の右辺第1項Δを、物体光と参照光の位相差のZ成分、または、位相差のホログラム法線成分という。また、式(12b)の右辺第2項Δを、物体光と参照光の位相差のX成分、または、位相差のホログラム面内成分という。 Further, the value of Z in the first term on the right side of the expression (12a) and the value of X in the second term are usually on the order of several tens of mm. For this reason, the value of the first term and the value of the second term of the expression (12a) are each a minute value. Therefore, the expression (12a) is replaced with an expression (12b). The first term delta Z of formula (12b), Z components of the phase difference between the object beam and the reference beam, or, that the hologram normal component of the phase difference. Further, the second term Δ X on the right side of Expression (12b) is referred to as an X component of the phase difference between the object beam and the reference beam, or a hologram in-plane component of the phase difference.

位相差のホログラム法線成分Δと、位相差のホログラム面内成分Δとは、同程度のオーダとなる。これら式(12b)の第1項と第2項とを加算することは、従来の前記した式(5)のように巨大な値と微小値とを加算する場合と比べて、計算結果の精度が良くなる。この加算結果を、式(12c)に示すように、単にΔと表記することとする。 A hologram normal component delta Z of the phase difference, the hologram plane component delta X of the phase difference, the same degree of order. The addition of the first term and the second term of the equation (12b) is more accurate than the case of adding a huge value and a minute value as in the conventional equation (5). Will be better. This addition result is simply expressed as Δ as shown in the equation (12c).

次に、このように、式(12a)〜式(12c)を用いるときの詳細な具体例を述べる。ここでは、一例として、画素サイズP=5μm、波長λ=0.5μmの場合を想定する。このとき、最大回折角は、α=2.8659°≒2.9°となる。
また、傾きは、θ=2α=5.7319°≒5.7°となる。
Next, a specific example when using formulas (12a) to (12c) in this way will be described. Here, as an example, a case where the pixel size P = 5 μm and the wavelength λ = 0.5 μm is assumed. At this time, the maximum diffraction angle is α = 2.8659 ° ≈2.9 °.
Further, the inclination is θ = 2α = 5.7319 ° ≈5.7 °.

また、式(12b)の第1項において、cosθ≒0.995である。
また、(1−cosθ)≒0.005である。
よって、第1項、即ちΔ=Z(1−cosθ)の値は、Zの値の0.005倍のオーダの値となる。
In the first term of the equation (12b), cos θ≈0.995.
Further, (1−cos θ) ≈0.005.
Therefore, the value of the first term, that is, Δ Z = Z (1-cos θ) is a value on the order of 0.005 times the value of Z.

また、式(12b)の第2項において、Xは、前記式(8)の関係を満たす。
よって、Xの値は、X≦Ztan(3α)=0.15Z程度である。
また、第2項において、sinθ=0.099874≒0.1である。
第2項、即ち、Δ=X(X/2Z−sinθ)の値は、次のように計算される。
0.15Z(0.075−0.1)=−0.00375≒−0.004Zである。
よって、第2項、即ちΔの値は、Zの値の−0.004倍のオーダの値となる。
In the second term of the formula (12b), X satisfies the relationship of the formula (8).
Therefore, the value of X is about X ≦ Ztan (3α) = 0.15Z.
In the second term, sin θ = 0.099874≈0.1.
The second term, that is, the value of Δ X = X (X / 2Z−sin θ) is calculated as follows.
0.15Z (0.075−0.1) = − 0.00375≈−0.004Z.
Therefore, the second term, i.e., the value of delta X becomes -0.004 times the value of the order of the values of Z.

したがって、式(12c)のΔの値は、Zの値の0.005倍のオーダの値と、Zの値の−0.004倍のオーダの値との和となり、結果、Zの値の0.001倍のオーダの値となる。式(12c)のΔの値、即ち、光路長の差(d−r)が求まれば、物体光と参照光との位相差φΔは、式(13)で得られる。 Therefore, the value of Δ in equation (12c) is the sum of a value on the order of 0.005 times the value of Z and a value on the order of −0.004 times the value of Z. As a result, the value of Z The value is on the order of 0.001 times. If the value of Δ in Expression (12c), that is, the difference in optical path length (dr) is obtained, the phase difference φ Δ between the object light and the reference light can be obtained from Expression (13).

Figure 0005516957
Figure 0005516957

ここで、(Δ+Δ)は、0.001Zのオーダである。
したがって、Zの値を、例えば、現在入手可能なホログラム表示パネルのサイズと同程度の40mmとした場合、物体光と参照光との位相差φΔの値は、40μmのオーダとなる。この40μmのオーダを、波長λ=0.5μmで割った値は、80のオーダである。
この80のオーダは、2進数で約7ビット程度の値となる。
Here, (Δ Z + Δ X) is of the order of 0.001Z.
Therefore, when the value of Z is, for example, 40 mm, which is about the same as the size of a currently available hologram display panel, the value of the phase difference φ Δ between the object beam and the reference beam is on the order of 40 μm. A value obtained by dividing the 40 μm order by the wavelength λ = 0.5 μm is the 80 order.
The order of 80 is a value of about 7 bits in binary.

この位相差φΔから、干渉縞の値Hは、位相φΔを持つ複素振幅光の実数成分として、式(14)で求められる。 From this phase difference φ Δ , the interference fringe value H is obtained by the equation (14) as the real component of the complex amplitude light having the phase φ Δ .

Figure 0005516957
Figure 0005516957

ここで、干渉縞の値Hは、ホログラム面上の点Bの位置の明るさ(強度)を示す。このHは、物体点と、ホログラム面上の点Bとを用いて求められたものである。したがって、物体点Aの位置を物体上で様々に変更して、それらすべてを足し合わせることで、干渉縞としてのホログラムを生成することができる。なお、詳細には、加算する過程で、ホログラム表示パネルの最大回折角αで定まる拡散範囲を考慮する。   Here, the interference fringe value H indicates the brightness (intensity) of the position of the point B on the hologram surface. This H is obtained using the object point and the point B on the hologram surface. Therefore, a hologram as an interference fringe can be generated by changing the position of the object point A in various ways on the object and adding them all together. Specifically, in the process of addition, a diffusion range determined by the maximum diffraction angle α of the hologram display panel is considered.

式(14)に示すように、干渉縞の値Hは、2πを周期に縮退する。ここで、O/Zは、ホログラム面上での物体光の明るさを、物体点の明るさOと、ホログラム面までの距離Zとから求めたものである。   As shown in Expression (14), the interference fringe value H degenerates with a period of 2π. Here, O / Z is obtained by determining the brightness of the object light on the hologram surface from the brightness O of the object point and the distance Z to the hologram surface.

干渉縞の値を正確に求めるには、位相差φΔの値を2πに対して充分高精度に保つ必要がある。そのためには、従来技術では、演算語長として20ビット程度以上が必要であったため、演算語長32ビットの不動小数点演算を用いていた。しかしながら、本実施形態に係るホログラム生成方法では、演算語長32ビットの不動小数点演算が不要であり、有効桁数16ビット程度の固定少数点演算で充分である。 In order to accurately obtain the value of the interference fringes, it is necessary to keep the value of the phase difference φ Δ sufficiently high with respect to 2π. For that purpose, in the prior art, an arithmetic word length of about 20 bits or more is required, and therefore, fixed point arithmetic with an arithmetic word length of 32 bits was used. However, the hologram generation method according to the present embodiment does not require a fixed-point operation with an operation word length of 32 bits, and a fixed-point operation with an effective number of digits of about 16 bits is sufficient.

本実施形態に係るホログラム生成方法及び装置は、前記した式(6)〜式(14)に示した演算を用いて、短い演算語長で高精度にホログラムを求められるように構成したものである。   The hologram generation method and apparatus according to the present embodiment are configured so that a hologram can be obtained with high accuracy with a short operation word length by using the operations shown in the equations (6) to (14). .

[3.ホログラム生成装置の各実施形態]
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態に係るホログラム生成装置1は、図1に示すように、物体データ2dと、参照光データ3dとを用いて物体のホログラム4dを生成するものであり、ホロ面内成分計算器10と、ホロ法線成分計算器20と、位相差計算器30と、実数成分計算器40とを備える。このホログラム生成装置1は、例えば半導体メモリや電気回路等によりハードウエア的に構成された専用器である。
[3. Embodiments of Hologram Generation Device]
(First embodiment)
As shown in FIG. 1, a hologram generating apparatus 1 according to the first embodiment of the present invention generates a hologram 4d of an object using object data 2d and reference light data 3d. A calculator 10, a holo normal component calculator 20, a phase difference calculator 30, and a real component calculator 40 are provided. The hologram generating apparatus 1 is a dedicated device configured in hardware by, for example, a semiconductor memory or an electric circuit.

ホロ面内成分計算器10は、物体の位置(X,Y,Z)と参照光の波長λとに基づいて、物体光の光路長dと参照光の光路長rとの差分を示す光路長差(d−r)のホログラム面内成分Δを算出するものである。このホロ面内成分計算器10は、物体データ2dと参照光データ3dとの入力を受け付け、前記した式(12a)の右辺第2項を計算する。算出したホログラム面内成分Δは位相差計算器30に入力される。 The holo in-plane component calculator 10 indicates the difference between the optical path length d of the object light and the optical path length r of the reference light based on the position (X, Y, Z) of the object and the wavelength λ of the reference light. and it calculates the hologram plane component delta X of the difference (d-r). This holo in-plane component calculator 10 receives the input of the object data 2d and the reference light data 3d, and calculates the second term on the right side of the equation (12a). Calculated hologram plane component delta X is input to the phase difference calculator 30.

ホロ法線成分計算器20は、物体の位置(X,Y,Z)と参照光の波長λとに基づいて、物体光の光路長dと参照光の光路長rとの差分を示す光路長差(d−r)のホログラム法線成分Δを算出するものである。このホロ法線成分計算器20は、物体データ2dと参照光データ3dとの入力を受け付け、前記した式(12a)の右辺第1項を計算する。算出したホログラム法線成分Δは位相差計算器30に入力される。 The holo normal component calculator 20 indicates the difference between the optical path length d of the object light and the optical path length r of the reference light based on the position (X, Y, Z) of the object and the wavelength λ of the reference light. and it calculates the hologram normal component delta Z difference (d-r). The holo normal component calculator 20 receives the input of the object data 2d and the reference light data 3d, and calculates the first term on the right side of the equation (12a). Calculated hologram normal component delta Z is input to the phase difference calculator 30.

位相差計算器30は、光路長差(d−r)のホログラム面内成分Δと、光路長差(d−r)のホログラム法線成分Δとを加算し、この加算結果と参照光の波長λとに基づいて、物体光の位相と参照光の位相との差分を示す位相差φΔを算出するものである。この位相差計算器30は、ホロ面内成分計算器10からホログラム面内成分Δの入力を受け付け、ホロ法線成分計算器20からホログラム法線成分Δの入力を受け付け、前記した式(13)を計算する。算出した位相差φΔは実数成分計算器40に入力される。 The phase difference calculator 30, a hologram plane component delta X of the optical path length difference (d-r), the optical path length difference by adding the hologram normal component delta Z of (d-r), the addition result and the reference beam The phase difference φ Δ indicating the difference between the phase of the object light and the phase of the reference light is calculated on the basis of the wavelength λ. The phase difference calculator 30 receives an input of the hologram plane component delta X from holo-plane component calculator 10 receives an input of the hologram normal component delta Z from holo normal component calculator 20, the equation ( 13) is calculated. The calculated phase difference φ Δ is input to the real component calculator 40.

実数成分計算器40は、物体の位置のデータ(X,Y,Z)および複素振幅のデータO(X,Y,Z)と、位相差φΔとに基づいて、ホログラムの干渉縞の値Hとして、複素振幅の実数成分を算出するものである。この実数成分計算器40は、物体データ2dの入力を受け付け、位相差計算器30から位相差φΔの入力を受け付け、前記した式(14)を計算する。算出した干渉縞の値Hはホログラム4dとして出力される。なお、すべての物体点Aについて求めた干渉縞の値Hを図示しない記憶手段に記憶し、それらを足し合わせた結果をホログラム4dとして出力してもよい。 Real component calculator 40, data of the position of the object (X, Y, Z) and the complex amplitude of the data O (X, Y, Z) and, on the basis of the phase difference phi delta, the interference fringes of the hologram values H As above, the real component of the complex amplitude is calculated. The real component calculator 40 receives the input of the object data 2d, receives the input of the phase difference φ Δ from the phase difference calculator 30, and calculates the above-described equation (14). The calculated interference fringe value H is output as a hologram 4d. The interference fringe values H obtained for all the object points A may be stored in a storage means (not shown), and the result of adding them may be output as the hologram 4d.

次に、ホログラム生成装置1の動作を説明する。
先ず、ホログラム生成装置1は、ホログラムを生成すべき物体のサンプル点(物体点A)の3次元座標データ(X,Y,Z)と、その点の色のデータO(X,Y,Z)などの物体データ2dの入力を受け付ける。また、ホログラム生成装置1は、ホログラム生成のための基準位相を与える参照光の、ホログラム面の法線に対する傾き角θや、参照光の波長λなどの参照光データ3dの入力を受け付ける。
Next, the operation of the hologram generator 1 will be described.
First, the hologram generating apparatus 1 has three-dimensional coordinate data (X, Y, Z) of a sample point (object point A) of an object for which a hologram is to be generated, and color data O (X, Y, Z) of the point. The input of the object data 2d such as is accepted. Further, the hologram generation apparatus 1 accepts input of reference light data 3d such as an inclination angle θ of a reference light that gives a reference phase for generating a hologram with respect to the normal of the hologram surface, and a wavelength λ of the reference light.

次に、ホログラム生成装置1は、ホロ面内成分計算器10によって、物体光5の光路長dのホログラム面内成分d=X/2Zと、参照光3の光路長rのホログラム面内成分r=Xsinθとをそれぞれ計算する。そして、ホロ面内成分計算器10は、それぞれの差分をホログラム面内成分Δとして算出する。
すなわち、Δ=d−r=X(X/2Z−sinθ)を計算する。
Next, the hologram generating apparatus 1 uses the holo in-plane component calculator 10 to generate a hologram in-plane component d X = X 2 / 2Z of the optical path length d of the object light 5 and an in-plane hologram of the optical path length r of the reference light 3. The component r X = X sin θ is calculated. The holo-plane component calculator 10 calculates the respective differences as a hologram plane component delta X.
That is, Δ X = d X −r X = X (X / 2Z−sin θ) is calculated.

次に、ホログラム生成装置1は、ホロ法線成分計算器20によって、物体光5の光路長dのホログラム法線成分d=Zと、参照光3の光路長rのホログラム法線成分r=Zcosθとをそれぞれ計算する。そして、ホロ法線成分計算器20は、それぞれの差分をホログラム法線成分Δとして算出する。
すなわち、Δ=d−r=Z(1−cosθ)を計算する。
Next, the hologram generating apparatus 1 uses the holo normal component calculator 20 to generate the hologram normal component d Z = Z of the optical path length d of the object beam 5 and the hologram normal component r Z of the optical path length r of the reference beam 3. = Zcosθ is calculated. The holo-normal component calculator 20 calculates the respective differences as a hologram normal component delta Z.
That is, to calculate the Δ Z = d Z -r Z = Z (1-cosθ).

次に、ホログラム生成装置1は、位相差計算器30によって、これら2つの差分Δ、Δから、物体光5と参照光3の位相差φΔを計算する。
すなわち、φΔ=2π(Δ+Δ)/λを計算する。
Next, the hologram generation apparatus 1 calculates the phase difference φ Δ between the object light 5 and the reference light 3 from the two differences Δ X and Δ Z by the phase difference calculator 30.
That is, φ Δ = 2π (Δ X + Δ Z ) / λ is calculated.

次に、ホログラム生成装置1は、実数成分計算器40によって、位相差φΔと、物体点Aの色のデータO(X,Y,Z)と、参照光3の波長λとから、干渉縞の実数成分を干渉縞の値Hとして算出する。
すなわち、O×cos(φΔ)/Zを計算する。
Next, the hologram generation apparatus 1 uses the real component calculator 40 to calculate interference fringes from the phase difference φ Δ , the color data O (X, Y, Z) of the object point A, and the wavelength λ of the reference light 3. Is calculated as the interference fringe value H.
That is, O × cos (φ Δ ) / Z is calculated.

ホログラム生成装置1は、以上の動作を、ホログラム面上の点B毎に、点Bを通る参照光の周りの最大回折角αで決まる拡散範囲内にある物体点Aの全てに対して、前記した式(14)の値を加算したものを、点Bの干渉縞の値として出力する。以上の処理を、ホログラム生成装置1は、ホログラム面上の全ての点Bに対して行う。   The hologram generating apparatus 1 performs the above operation for all the object points A within the diffusion range determined by the maximum diffraction angle α around the reference light passing through the point B for each point B on the hologram surface. A value obtained by adding the values of the expression (14) is output as the interference fringe value of the point B. The hologram generating apparatus 1 performs the above processing for all points B on the hologram surface.

第1実施形態によれば、ホログラム生成装置1は、ホログラム生成を専用のハードウエアで行ったものであり、演算語長を削減したことにより、データバス幅を短くできるので、ハードウエアのサイズを小さくできる。また、ホログラム生成装置1は、高精度演算が不要なため、演算速度を上げることができるので、高速にホログラムを生成することができる。そのため、ホログラム生成装置1は、実時間の動画ホログラム生成装置の小型化かつ低コスト化を実現できる。   According to the first embodiment, the hologram generation apparatus 1 performs hologram generation with dedicated hardware, and by reducing the operation word length, the data bus width can be shortened, so the hardware size is reduced. Can be small. Moreover, since the hologram production | generation apparatus 1 does not require a high precision calculation and can raise calculation speed, it can produce | generate a hologram at high speed. Therefore, the hologram generation apparatus 1 can realize a reduction in size and cost of a real-time moving image hologram generation apparatus.

また、ホログラム生成装置1によれば、8K×4K画素の超高精細液晶ディスプレイを用いてホログラム表示を行う際には、小型で低コストかつ高速なホログラム生成装置を構成できる。したがって、ホログラム生成装置1は、実時間の動画ホログラム生成に有効である。   Further, according to the hologram generation apparatus 1, when performing hologram display using an ultra-high-definition liquid crystal display having 8K × 4K pixels, a small, low-cost and high-speed hologram generation apparatus can be configured. Therefore, the hologram generating apparatus 1 is effective for generating a moving image hologram in real time.

(第2実施形態)
以下では、本発明に係るホログラム生成方法をコンピュータのプログラムにより実施する形態を第2実施形態として説明する。なお、第1実施形態と同じ構成には同じ符号を付して説明を適宜省略する。
(Second Embodiment)
Below, the form which implements the hologram production | generation method based on this invention with the program of a computer is demonstrated as 2nd Embodiment. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same structure as 1st Embodiment, and description is abbreviate | omitted suitably.

第2実施形態では、図1に示すホログラム生成装置1は、専用のハードウエアではなく、CPU等の演算装置と、メモリ、ハードディスク等の記憶装置と、入力または出力される各種情報の送受信を行うインタフェース装置と、表示装置と、入力装置とを備えたコンピュータと、このコンピュータにインストールされたプログラムとから構成される。   In the second embodiment, the hologram generating apparatus 1 shown in FIG. 1 transmits / receives various information input or output to / from an arithmetic device such as a CPU and a storage device such as a memory and a hard disk, not dedicated hardware. The computer includes an interface device, a display device, and an input device, and a program installed in the computer.

ホログラム生成装置1は、ハードウエア装置とソフトウエアとが協働することによって、前記したハードウエア資源がプログラムによって制御されることにより実現され、図1に示すように、ホロ面内成分計算器10と、ホロ法線成分計算器20と、位相差計算器30と、実数成分計算器40とを備える。   The hologram generating apparatus 1 is realized by the hardware device and software cooperating to control the hardware resources described above by a program. As shown in FIG. A holo normal component calculator 20, a phase difference calculator 30, and a real component calculator 40.

第2実施形態のホログラム生成装置1の動作について図3を参照(適宜図1および図2参照)して説明する。図3は、本発明に係るホログラム生成方法をコンピュータのプログラムとして実施した場合のフローチャートである。   The operation of the hologram generating apparatus 1 according to the second embodiment will be described with reference to FIG. 3 (refer to FIGS. 1 and 2 as appropriate). FIG. 3 is a flowchart when the hologram generation method according to the present invention is implemented as a computer program.

図3において、ステップS4ないしステップS6は、ホロ面内成分計算器10で実行する処理(ホログラム法線成分計算ステップ)である。
ステップS7ないしステップS9は、ホロ法線成分計算器20で実行する処理(ホログラム法線成分計算ステップ)である。
ステップS10は、これらの光路長差から物体光と参照光の位相差を計算する位相差計算器30で実行する処理(位相差計算ステップ)である。
ステップS11,S12は、得られた位相差から得られる干渉光の実数成分をホログラムの干渉縞の値として計算する実数成分計算器40で実行する処理(実数成分計算ステップ)である。
In FIG. 3, steps S4 to S6 are processing (hologram normal component calculation step) executed by the holo in-plane component calculator 10.
Steps S <b> 7 to S <b> 9 are processing (hologram normal component calculation step) executed by the holo normal component calculator 20.
Step S10 is a process (phase difference calculation step) executed by the phase difference calculator 30 that calculates the phase difference between the object light and the reference light from these optical path length differences.
Steps S11 and S12 are processing (real component calculation step) executed by the real component calculator 40 that calculates the real component of the interference light obtained from the obtained phase difference as the value of the interference fringe of the hologram.

ホログラム生成装置1は、先ず、図示しない入力装置から、ホログラム4dを求める物体2の位置のデータ(X,Y,Z)や色のデータO(X,Y,Z)である物体データ2dと、参照光の波長λや傾きの角度θの情報を与える参照光データ3dとの入力を受け付ける(ステップS1)。なお、図示しない記憶手段に、物体データ2dと参照光データ3dとを記憶させておき、CPU等の演算装置が、この記憶手段から、物体データ2dと参照光データ3dとを読み出すように構成することも可能である。   First, the hologram generation apparatus 1 receives, from an input device (not shown), object data 2d which is position data (X, Y, Z) and color data O (X, Y, Z) of the object 2 for which the hologram 4d is obtained, An input of reference light data 3d that gives information on the wavelength λ of the reference light and the angle θ of the inclination is received (step S1). Note that the storage unit (not shown) stores the object data 2d and the reference light data 3d, and a calculation device such as a CPU reads the object data 2d and the reference light data 3d from the storage unit. It is also possible.

次に、ホログラム生成装置1は、ステップS2〜ステップS15の処理ループにおいて、ホログラム面4上の全ての点について以下の計算を行う(ステップS2)。以下の計算で着目しているホログラム面上の点を点Bとする。   Next, the hologram generation apparatus 1 performs the following calculation for all points on the hologram surface 4 in the processing loop of steps S2 to S15 (step S2). A point on the hologram surface focused on in the following calculation is defined as a point B.

ホログラム生成装置1は、ステップS3〜ステップS13の処理ループにおいて、ホログラム面4上の点Bを通る参照光3の周辺で、参照光3の最大回折角αで決まる拡散範囲に含まれる物体点全てに対して、以下の計算を行う(ステップS3)。以下では、そのような物体点をAとする。   In the processing loop of Steps S3 to S13, the hologram generation apparatus 1 is configured to include all object points included in the diffusion range determined by the maximum diffraction angle α of the reference light 3 around the reference light 3 passing through the point B on the hologram surface 4. In contrast, the following calculation is performed (step S3). Hereinafter, such an object point is denoted by A.

ホロ面内成分計算器10は、物体点Aで参照光3が散乱されてできた物体光5が、ホログラム面4に到達するまでの光路長dのホログラム面内成分d=X/2Zを計算する(ステップS4)。 The holo in-plane component calculator 10 generates a hologram in-plane component d X = X 2 / 2Z having an optical path length d until the object light 5 formed by scattering the reference light 3 at the object point A reaches the hologram surface 4. Is calculated (step S4).

ホロ面内成分計算器10は、物体点Aでの参照光3と同じ位相の参照光3がホログラム面4上の点Bに到達するまでの光路長rのホログラム面内成分r=Xsinθを計算する(ステップS5)。 The holo in-plane component calculator 10 calculates the hologram in-plane component r X = X sin θ of the optical path length r until the reference light 3 having the same phase as the reference light 3 at the object point A reaches the point B on the hologram surface 4. Calculate (step S5).

ホロ面内成分計算器10は、ステップS4で得られた光路長dのホログラム面内成分(d成分)と、ステップS5で得られた光路長rのホログラム面内成分(r成分)との差分Δ=d−rを計算する(ステップS6)。 The holo in-plane component calculator 10 includes a hologram in-plane component (d X component) of the optical path length d obtained in step S4, a hologram in-plane component (r X component) of the optical path length r obtained in step S5, and The difference Δ X = d X −r X is calculated (step S6).

ホロ法線成分計算器20は、物体点Aで参照光3が散乱されてできた物体光5が、ホログラム面4に到達するまでの光路長dのホログラム面4の法線成分d=Zを計算する(ステップS7)。 The holo normal component calculator 20 generates a normal component d Z = Z of the hologram surface 4 having an optical path length d until the object beam 5 generated by scattering the reference beam 3 at the object point A reaches the hologram surface 4. Is calculated (step S7).

ホロ法線成分計算器20は、物体点Aでの参照光3と同じ位相の参照光3がホログラム面4上の点Bに到達するまでの光路長rのホログラム面4の法線成分r=Zcosθを計算する(ステップS8)。 The holo normal component calculator 20 calculates the normal component r Z of the hologram surface 4 having the optical path length r until the reference beam 3 having the same phase as the reference beam 3 at the object point A reaches the point B on the hologram surface 4. = Zcos θ is calculated (step S8).

ホロ法線成分計算器20は、ステップS7で得られた光路長dのホログラム法線成分(d成分)と、ステップS8で得られた光路長rのホログラム法線成分(r成分)との差分Δ=d−rを計算する(ステップS9)。 Holo normal component calculator 20 includes a hologram normal component of the optical path length d (d Z component) obtained in step S7, the hologram normal component of the optical path length r obtained in step S8 (r Z component) calculating the difference Δ Z = d Z -r Z (step S9).

位相差計算器30は、ステップS6で得られた差分値Δと、ステップS9で得られた差分値Δとの和から、基準点Cでの物体光5と参照光3との位相差φΔ=2π(Δ+Δ)/λを計算する(ステップS10)。 The phase difference calculator 30, the phase difference and the difference value delta X obtained in step S6, the sum of the difference value delta Z obtained in step S9, the object beam 5 and the reference beam 3 at the reference point C [phi] [ Delta] = 2 [pi] ([Delta] X + [Delta] Z ) / [lambda] is calculated (step S10).

実数成分計算器40は、ステップS10で得られた位相差φΔと、物体点の色のデータO(X,Y,Z)と、物体点Aのホログラム面4からの距離Zとから、点Bでの干渉縞の実数成分として、H=O×cos(φΔ)/Zを干渉縞の値Hとして計算する(ステップS11)。 The real component calculator 40 calculates the point difference from the phase difference φ Δ obtained in step S10, the color data O (X, Y, Z) of the object point, and the distance Z from the hologram surface 4 of the object point A. As a real component of the interference fringe at B, H = O × cos (φ Δ ) / Z is calculated as the interference fringe value H (step S11).

実数成分計算器40は、ホログラム面4上の各点(点B)毎に、干渉縞の初期値を0としてこれまでに計算した干渉縞の値に、ステップS11で今回得られた干渉縞の値Hを加える(ステップS12)。   For each point (point B) on the hologram surface 4, the real number component calculator 40 sets the interference fringe value obtained this time in step S 11 to the interference fringe value calculated so far by setting the initial value of the interference fringe to 0. The value H is added (step S12).

ホログラム生成装置1は、ホログラム面4上の点Bを通る参照光3の周辺で、参照光3の最大回折角αで決まる拡散範囲内の全ての物体点Aについて干渉縞の値Hを計算したか否かを判別する(ステップ13)。最大回折角αで決まる拡散範囲内にある全ての物体点Aについて干渉縞の値Hをまだ計算していない場合(ステップS13:No)、ホログラム生成装置1は、ステップS3に戻る。   The hologram generation apparatus 1 calculates interference fringe values H for all object points A within the diffusion range determined by the maximum diffraction angle α of the reference light 3 around the reference light 3 passing through the point B on the hologram surface 4. Whether or not (step 13). When the interference fringe value H has not yet been calculated for all object points A within the diffusion range determined by the maximum diffraction angle α (step S13: No), the hologram generating apparatus 1 returns to step S3.

ステップS13において、最大回折角αで決まる拡散範囲内にある全ての物体点Aについて干渉縞の値Hを計算した場合(ステップS13:Yes)、ホログラム生成装置1は、ホログラム面4上の当該点Bに関して得られた加算結果を、基準点Cでの干渉縞の値として出力する(ステップS14)。   In step S13, when the interference fringe value H is calculated for all object points A within the diffusion range determined by the maximum diffraction angle α (step S13: Yes), the hologram generating device 1 The addition result obtained for B is output as an interference fringe value at the reference point C (step S14).

ホログラム生成装置1は、ホログラム面4内の全てのホログラム点(点B)で干渉縞の値Hを計算したか否かを判別する(ステップ15)。ここで、点Bを変えるたびに、その新たな点Bを座標原点に設定して同様な計算を行う。全ての点Bについて干渉縞の値Hをまだ計算していない場合(ステップS15:No)、ホログラム生成装置1は、ステップS2に戻る。一方、全ての点Bについて干渉縞の値Hを計算した場合(ステップS15:Yes)、ホログラム生成装置1は、処理を終了する。この場合、得られた加算結果がホログラム4dとなる。   The hologram generation apparatus 1 determines whether or not the interference fringe value H has been calculated at all hologram points (point B) in the hologram surface 4 (step 15). Here, every time the point B is changed, the new point B is set as the coordinate origin and the same calculation is performed. When the interference fringe values H have not yet been calculated for all points B (step S15: No), the hologram generating apparatus 1 returns to step S2. On the other hand, when the interference fringe values H are calculated for all points B (step S15: Yes), the hologram generating apparatus 1 ends the process. In this case, the obtained addition result is the hologram 4d.

第2実施形態によれば、第1実施形態と同様な効果を奏すると共に、専用のハードウエアを構築することなく、一般的なコンピュータを、前記したホロ面内成分計算器10、ホロ法線成分計算器20、位相差計算器30および実数成分計算器40として機能させるプログラム(ホログラム生成プログラム)を使用することで、図1に示したホログラム生成装置1を実現することができる。このプログラム(ホログラム生成プログラム)は、通信回線を介して配布することも可能であるし、CD−ROM等の記録媒体に書き込んで配布することも可能である。   According to the second embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained, and a general computer can be connected to the above-described holo in-plane component calculator 10, holo normal component without constructing dedicated hardware. By using a program (hologram generation program) that functions as the calculator 20, the phase difference calculator 30, and the real component calculator 40, the hologram generation apparatus 1 shown in FIG. 1 can be realized. This program (hologram generation program) can be distributed via a communication line, or can be distributed by writing on a recording medium such as a CD-ROM.

(第3実施形態)
第1および第2実施形態では、参照光がホログラム面に対して傾いているオフアクシスホログラムの場合について説明したが、本発明は、参照光がホログラム面に垂直なインラインホログラムの場合にも適用できる。第1および第2実施形態においても、参照光の傾きθ=0とすればそのまま適用できるが、インラインホログラム専用の形態を第3実施形態として説明する。
(Third embodiment)
In the first and second embodiments, the case of an off-axis hologram in which the reference light is tilted with respect to the hologram surface has been described. However, the present invention can also be applied to the case of an inline hologram perpendicular to the hologram surface. . The first and second embodiments can be applied as they are as long as the inclination θ of the reference light is 0. However, a form dedicated to inline holograms will be described as a third embodiment.

第3実施形態のホログラム生成装置は、参照光の傾きの角度θが0である点以外は、第1実施形態と同様なので図面および説明を適宜省略する。具体的には図1のホロ法線成分計算器20を省略すればよい。また、第3実施形態では、参照光データ3dは、参照光の傾きの角度θの情報を含む必要はない。   Since the hologram generating apparatus of the third embodiment is the same as that of the first embodiment except that the inclination angle θ of the reference light is 0, the drawings and description will be omitted as appropriate. Specifically, the holo normal component calculator 20 of FIG. 1 may be omitted. In the third embodiment, the reference light data 3d does not need to include information on the inclination angle θ of the reference light.

第3実施形態では、参照光の傾きがθ=0であるので、図2に示す座標空間にて形式的にθ=0とした場合の座標空間を図4に示す。なお、θ=0とした場合には、角度αは、図4に示す∠BACである。図4に示す座標空間は、θ以外は、図2に示す座標空間と同様なので説明を省略する。なお、図4において、Z軸に参照光3が重なっていることを示すためZ軸の一部を二点鎖線で示した。   In the third embodiment, since the inclination of the reference light is θ = 0, FIG. 4 shows a coordinate space when θ = 0 is formally set in the coordinate space shown in FIG. When θ = 0, the angle α is ∠BAC shown in FIG. The coordinate space shown in FIG. 4 is the same as the coordinate space shown in FIG. In FIG. 4, a part of the Z axis is indicated by a two-dot chain line to indicate that the reference light 3 overlaps the Z axis.

また、数式においては、物体光と参照光の光路長差を求める際に用いる前記した式(12a)において、θ=0を代入することによって、次の式(15)のように簡単になる。なお、式(15)のΔは、再定義したものである。 Further, in the formula, by substituting θ = 0 in the above-described formula (12a) used when obtaining the optical path length difference between the object beam and the reference beam, the following formula (15) is simplified. Incidentally, delta X of formula (15) is obtained by redefinition.

Figure 0005516957
Figure 0005516957

式(15)によれば、前記した式(12a)とは異なって、物体光と参照光の光路長差(d−r)は、ホログラム面の法線成分(Δ)を含まない。つまり、物体光と参照光の光路長差を求める際には、ホログラム面の面内成分(Δ)の計算のみを行えばよい。 According to the equation (15), unlike the above equation (12a), the optical path length difference (dr) between the object beam and the reference beam does not include the normal component (Δ Z ) of the hologram surface. That is, when calculating the optical path length difference between the object beam and the reference beam, only the in-plane component (Δ X ) of the hologram surface needs to be calculated.

一方、従来のインラインホログラムの場合には、図5を用いて説明したように、ホログラム面4上の基準点Cを通る参照光3(図5の最も右側の参照光)の位相を0として、ホログラム面4上のどこでも位相は0になるとみなす。つまり、物体光との位相差を求めるための参照光の位相の値を0にしていた。そして、物体光がホログラム面に到達するまでの光路長のホログラム面内成分(d)と、ホログラム法線成分(d)とをそれぞれ計算して、その和を求めていた。 On the other hand, in the case of the conventional inline hologram, as described with reference to FIG. 5, the phase of the reference light 3 (the rightmost reference light in FIG. 5) passing through the reference point C on the hologram surface 4 is set to 0. The phase is assumed to be 0 everywhere on the hologram surface 4. That is, the phase value of the reference light for obtaining the phase difference from the object light is set to zero. Then, the hologram in-plane component (d X ) and the hologram normal component (d Z ) of the optical path length until the object light reaches the hologram surface are respectively calculated to obtain the sum.

これに対して、各実施形態に係るホログラム生成方法では、図2を用いて説明したように、ホログラム面4上の点Bに到達した参照光3の基準位相を、点Bに到達した参照光3と同じ位相の参照光3(図2に示した真ん中の参照光)が物体点Aに当たった時点での位相とみなしている。なお、図4に示す座標空間においても基準位相を同様に設定する。つまり、本実施形態に係るホログラム生成方法では、物体光との位相差を求めるための参照光の位相を「0ではない値」とした。これにより、第3実施形態では、物体光の光路長dのホログラム法線成分(d=Z)がキャンセルされ、Δの項が0となるので、Δの項のX/2Zのみの計算でよくなった。その結果、さらに高速にホログラム計算を行うことが可能になった。 In contrast, in the hologram generation method according to each embodiment, as described with reference to FIG. 2, the reference phase of the reference light 3 that has reached the point B on the hologram surface 4 is changed to the reference light that has reached the point B. 3 is regarded as a phase at the time when the reference light 3 having the same phase as 3 (the middle reference light shown in FIG. 2) hits the object point A. Note that the reference phase is similarly set in the coordinate space shown in FIG. That is, in the hologram generation method according to the present embodiment, the phase of the reference light for obtaining the phase difference from the object light is set to “a value other than 0”. Thus, in the third embodiment, is canceled hologram normal component of the optical path length d of the object beam (d Z = Z) is, delta since Z term becomes 0, X 2 / 2Z of delta X section only The calculation of As a result, it has become possible to perform hologram calculation at higher speed.

なお、第3実施形態のホログラム生成装置は、第2実施形態と同様にしてホログラム生成プログラムがインストールされた一般的なコンピュータで構成してもよい。この場合には、ステップS7〜ステップS9の処理を省略することができる。   Note that the hologram generation apparatus of the third embodiment may be configured by a general computer in which a hologram generation program is installed in the same manner as in the second embodiment. In this case, the processing of step S7 to step S9 can be omitted.

以上、本発明の好ましい実施形態についてそれぞれ説明したが、本発明のホログラム生成装置およびその方法は、各実施形態に限定されるものではない。例えば、各実施形態では、説明を分かり易くするために、物体光の初期位相を「0」としたが、物体の隣接点からの光でできる干渉縞の値が同じになってお互いの干渉縞を打ち消さないようにするために、物体点A毎に、0〜2πの間のランダムな初期位相値を加えてもよい。このようにしてもホログラムが正しく求まる理由は、元の物体光の方向に照明光を曲げるために必要な干渉縞の条件は、縞の間隔のみでよく、縞の位相には無関係であるからである。この干渉縞の間隔は、物体光の初期位相に無関係で、ホログラム面上の隣り合う点での物体光の光路差のみで決まる。   The preferred embodiments of the present invention have been described above, but the hologram generating apparatus and method of the present invention are not limited to the embodiments. For example, in each embodiment, the initial phase of the object light is set to “0” for easy understanding, but the interference fringes generated by the light from the adjacent points of the object are the same, and the interference fringes are mutually In order to avoid canceling, for each object point A, a random initial phase value between 0 and 2π may be added. The reason why the hologram can be obtained correctly even in this way is that the interference fringe condition necessary to bend the illumination light in the direction of the original object light is only the fringe interval and is not related to the fringe phase. is there. The interval between the interference fringes is determined only by the optical path difference of the object light at adjacent points on the hologram surface, regardless of the initial phase of the object light.

また、図2、図4および図5にて示した座標空間において、ホログラム面内方向の距離X、ホログラム面と物体点との距離Z、角度θ、角度α等は、それぞれの配置を明確に説明するために誇張して示してあるので、これに限定されるものではない。また、各実施形態では、簡単のため、3次元空間の物体点のY座標値を0としたが、0以外の値としてもよい。この場合には、例えば前記した式(6)以降のホログラムの計算式において、XをX+Yで置き換えればよい。また、各実施形態では、ホログラム面上の点(点B)毎に、光の拡散範囲内の物体光の位相差の実数成分を加算して干渉縞の値を求めたが、加算する順番はこれに限定されるものではない。例えば、物体点(点A)毎に、光の拡散範囲内の物体光の位相差の実数成分をホログラム面内の各点に記録し、物体点を変える毎に、同様にして得られた物体光の位相差の実数成分を、ホログラム面内の各点に記録した値に加算していってもよい。 Further, in the coordinate spaces shown in FIGS. 2, 4 and 5, the distance X in the hologram plane direction, the distance Z between the hologram plane and the object point, the angle θ, the angle α, etc. are clearly arranged. Since it is exaggerated for explanation, it is not limited to this. In each embodiment, for the sake of simplicity, the Y coordinate value of the object point in the three-dimensional space is set to 0, but may be a value other than 0. In this case, for example, X 2 may be replaced with X 2 + Y 2 in the hologram calculation formulas after the above formula (6). In each embodiment, for each point (point B) on the hologram surface, the real number component of the phase difference of the object light within the light diffusion range is added to obtain the interference fringe value. It is not limited to this. For example, for each object point (point A), the real component of the phase difference of the object light within the light diffusion range is recorded at each point in the hologram plane, and the object obtained in the same manner every time the object point is changed The real component of the phase difference of the light may be added to the value recorded at each point in the hologram plane.

本発明は、立体映像技術分野はもちろんのこと、医療技術分野、教育分野などに利用することができる。   The present invention can be used not only in the field of stereoscopic video technology, but also in the medical technology field, the education field, and the like.

1 ホログラム生成装置
10 物体光と参照光の光路長差のホロ面内成分計算器
20 物体光と参照光の光路長差のホロ法線成分計算器
30 位相差計算器
40 実数成分計算器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Hologram production | generation apparatus 10 Holo in-plane component calculator of optical path length difference of object beam and reference beam 20 Holo normal component calculator of optical path length difference of object beam and reference beam 30 Phase difference calculator 40 Real component calculator

Claims (6)

物体の位置および物体光としての複素振幅の情報を含む物体データと、参照光の波長およびホログラム面に対する傾斜角度の情報を含む参照光データとを用いて、前記物体のホログラムを生成するホログラム生成装置であって、
前記物体の位置と前記参照光の波長とに基づいて、前記物体の第1の所定点で生じた物体光が前記ホログラム面上の第2の所定点に到達するまでの距離を表す物体光の光路長と、前記参照光が前記物体の前記第1の所定点に当たった時点での当該参照光の位相を基準位相として、前記ホログラム面上の前記第2の所定点に到達する参照光の位相が前記基準位相と等しくなる位置と前記第2の所定点との距離を表す参照光の光路長と、の差分を示す光路長差を形式的に2つの値に分けたときの一方の値として、前記ホログラム面上に、前記物体の第1の所定点から引いた法線が交わる交点と前記第2の所定点との間の距離に係る値を示すホログラム面内成分を算出するホログラム面内成分計算手段と、
前記物体の位置と前記参照光の波長とに基づいて、前記光路長差を形式的に2つの値に分けたときの他方の値として、前記ホログラム面から前記物体の第1の所定点までの距離に係る値を示すホログラム法線成分を算出するホログラム法線成分計算手段と、
前記光路長差のホログラム面内成分と前記光路長差のホログラム法線成分とを加算し、この加算結果と前記参照光の波長とに基づいて、前記物体光の位相と前記参照光の位相との差分を示す位相差を算出する位相差計算手段と、
前記物体の位置および複素振幅と、前記位相差とに基づいて、前記ホログラムの干渉縞の値として、前記複素振幅の実数成分を算出する実数成分計算手段と、
を備え
前記ホログラム面内成分計算手段は、前記物体の位置を(X,Y,Z)で表したときの前記物体データと、前記ホログラム面に対する傾斜角度の情報をθで表したときの前記参照光データとの入力を受け付け、次の式(12a)の右辺第2項を計算し、
前記ホログラム法線成分計算手段は、当該物体データと当該参照光データとの入力を受け付け、次の式(12a)の右辺第1項を計算することを特徴とするホログラム生成装置。
Figure 0005516957
ここで、dは前記物体光の光路長、rは前記参照光の光路長、αは前記ホログラム面に置かれたホログラム表示パネルで回折可能な光の最大回折角を示す。
Hologram generating apparatus for generating hologram of object using object data including information of position of object and complex amplitude as object light and reference light data including information of wavelength of reference light and inclination angle with respect to hologram surface Because
Based on the position of the object and the wavelength of the reference light, the object light representing the distance until the object light generated at the first predetermined point of the object reaches the second predetermined point on the hologram surface With reference to the optical path length and the phase of the reference light when the reference light hits the first predetermined point of the object, the reference light reaching the second predetermined point on the hologram surface One value when the optical path length difference indicating the difference between the position where the phase is equal to the reference phase and the optical path length of the reference light representing the distance between the second predetermined point is formally divided into two values A hologram surface for calculating a hologram in-plane component indicating a value relating to a distance between an intersection point where a normal drawn from the first predetermined point of the object intersects the second predetermined point on the hologram surface Internal component calculation means;
Based on the position of the object and the wavelength of the reference light, as the other value when the optical path length difference is formally divided into two values, from the hologram surface to the first predetermined point of the object Hologram normal component calculation means for calculating a hologram normal component indicating a value related to the distance;
The hologram in-plane component of the optical path length difference and the hologram normal component of the optical path length difference are added, and based on the addition result and the wavelength of the reference light, the phase of the object light and the phase of the reference light are A phase difference calculating means for calculating a phase difference indicating the difference between
Real number component calculating means for calculating the real number component of the complex amplitude as the value of the interference fringe of the hologram based on the position and complex amplitude of the object and the phase difference;
Equipped with a,
The hologram in-plane component calculation means includes the object data when the position of the object is represented by (X, Y, Z), and the reference light data when the tilt angle information with respect to the hologram surface is represented by θ. And calculate the second term on the right side of the following equation (12a),
The hologram normal component calculation means receives an input of the object data and the reference light data, and calculates the first term on the right side of the following equation (12a) .
Figure 0005516957
Here, d is the optical path length of the object light, r is the optical path length of the reference light, and α is the maximum diffraction angle of light that can be diffracted by the hologram display panel placed on the hologram surface.
物体の位置および物体光としての複素振幅の情報を含む物体データと、ホログラム面に垂直に入射する参照光の波長の情報を含む参照光データとを用いて前記物体のホログラムを生成するホログラム生成装置であって、
前記物体の位置と前記参照光の波長とに基づいて、前記物体の第1の所定点で生じた物体光が前記ホログラム面上の第2の所定点に到達するまでの距離を表す物体光の光路長と、前記参照光が前記物体の前記第1の所定点に当たった時点での当該参照光の位相を基準位相として、前記ホログラム面上の前記第2の所定点に到達する参照光の位相が前記基準位相と等しくなる位置と前記第2の所定点との距離を表す参照光の光路長と、の差分を示す光路長差として、前記ホログラム面上に、前記物体の第1の所定点から引いた法線が交わる交点と前記第2の所定点との間の距離に係る値を示すホログラム面内成分を算出するホログラム面内成分計算手段と、
前記光路長差のホログラム面内成分と前記参照光の波長とに基づいて、前記物体光の位相と前記参照光の位相との差分を示す位相差を算出する位相差計算手段と、
前記物体の位置および複素振幅と、前記位相差とに基づいて、前記ホログラムの干渉縞の値として、前記複素振幅の実数成分を算出する実数成分計算手段と、
を備え
前記ホログラム面内成分計算手段は、前記物体の位置を(X,Y,Z)で表したときの前記物体データと、前記参照光データとの入力を受け付け、次の式(15)を計算する
ことを特徴とするホログラム生成装置。
Figure 0005516957
ここで、dは前記物体光の光路長、rは前記参照光の光路長、αは前記ホログラム面に置かれたホログラム表示パネルで回折可能な光の最大回折角を示す。
Hologram generating apparatus for generating hologram of object using object data including information of position of object and complex amplitude as object light and reference light data including information of wavelength of reference light perpendicularly incident on hologram surface Because
Based on the position of the object and the wavelength of the reference light, the object light representing the distance until the object light generated at the first predetermined point of the object reaches the second predetermined point on the hologram surface With reference to the optical path length and the phase of the reference light when the reference light hits the first predetermined point of the object, the reference light reaching the second predetermined point on the hologram surface As the optical path length difference indicating the difference between the optical path length of the reference light indicating the distance between the position where the phase is equal to the reference phase and the second predetermined point, the first location of the object is set on the hologram surface. Hologram in-plane component calculating means for calculating a hologram in-plane component indicating a value related to a distance between the intersection point of the normal line drawn from the fixed point and the second predetermined point;
A phase difference calculating means for calculating a phase difference indicating a difference between the phase of the object light and the phase of the reference light based on the hologram in-plane component of the optical path length difference and the wavelength of the reference light;
Real number component calculating means for calculating the real number component of the complex amplitude as the value of the interference fringe of the hologram based on the position and complex amplitude of the object and the phase difference;
Equipped with a,
The hologram in-plane component calculation means receives input of the object data and the reference light data when the position of the object is represented by (X, Y, Z), and calculates the following equation (15). <br/> A hologram generator characterized by the above.
Figure 0005516957
Here, d is the optical path length of the object light, r is the optical path length of the reference light, and α is the maximum diffraction angle of light that can be diffracted by the hologram display panel placed on the hologram surface.
物体の位置および物体光としての複素振幅の情報を含む物体データと、参照光の波長およびホログラム面に対する傾斜角度の情報を含む参照光データとを用いて前記物体のホログラムを生成するホログラム生成装置のホログラム生成方法であって、
前記ホログラム生成装置は、
前記物体の位置と前記参照光の波長とに基づいて、前記物体の第1の所定点で生じた物体光が前記ホログラム面上の第2の所定点に到達するまでの距離を表す物体光の光路長と、前記参照光が前記物体の前記第1の所定点に当たった時点での当該参照光の位相を基準位相として、前記ホログラム面上の前記第2の所定点に到達する参照光の位相が前記基準位相と等しくなる位置と前記第2の所定点との距離を表す参照光の光路長と、の差分を示す光路長差を形式的に2つの値に分けたときの一方の値として、前記ホログラム面上に、前記物体の第1の所定点から引いた法線が交わる交点と前記第2の所定点との間の距離に係る値を示すホログラム面内成分を算出するホログラム面内成分計算ステップと、
前記物体の位置と前記参照光の波長とに基づいて、前記光路長差を形式的に2つの値に分けたときの他方の値として、前記ホログラム面から前記物体の第1の所定点までの距離に係る値を示すホログラム法線成分を算出するホログラム法線成分計算ステップと、
前記光路長差のホログラム面内成分と前記光路長差のホログラム法線成分とを加算し、この加算結果と前記参照光の波長とに基づいて、前記物体光の位相と前記参照光の位相との差分を示す位相差を算出する位相差計算ステップと、
前記物体の位置および複素振幅と、前記位相差とに基づいて、前記ホログラムの干渉縞の値として、前記複素振幅の実数成分を算出する実数成分計算ステップと、
を含んで実行し、
前記ホログラム面内成分計算ステップは、前記物体の位置を(X,Y,Z)で表したときの前記物体データと、前記ホログラム面に対する傾斜角度の情報をθで表したときの前記参照光データとの入力を受け付け、次の式(12a)の右辺第2項を計算し、
前記ホログラム法線成分計算ステップは、当該物体データと当該参照光データとの入力を受け付け、次の式(12a)の右辺第1項を計算することを特徴とするホログラム生成方法。
Figure 0005516957
ここで、dは前記物体光の光路長、rは前記参照光の光路長、αは前記ホログラム面に置かれたホログラム表示パネルで回折可能な光の最大回折角を示す。
A hologram generating apparatus for generating a hologram of an object using object data including information on the position of the object and complex amplitude as object light, and reference light data including information on a wavelength of reference light and an inclination angle with respect to the hologram surface A hologram generation method comprising:
The hologram generation apparatus includes:
Based on the position of the object and the wavelength of the reference light, the object light representing the distance until the object light generated at the first predetermined point of the object reaches the second predetermined point on the hologram surface With reference to the optical path length and the phase of the reference light when the reference light hits the first predetermined point of the object, the reference light reaching the second predetermined point on the hologram surface One value when the optical path length difference indicating the difference between the position where the phase is equal to the reference phase and the optical path length of the reference light representing the distance between the second predetermined point is formally divided into two values A hologram surface for calculating a hologram in-plane component indicating a value relating to a distance between an intersection point where a normal line drawn from a first predetermined point of the object intersects the second predetermined point on the hologram surface An internal component calculation step;
Based on the position of the object and the wavelength of the reference light, as the other value when the optical path length difference is formally divided into two values, from the hologram surface to the first predetermined point of the object Hologram normal component calculation step for calculating a hologram normal component indicating a value related to the distance;
The hologram in-plane component of the optical path length difference and the hologram normal component of the optical path length difference are added, and based on the addition result and the wavelength of the reference light, the phase of the object light and the phase of the reference light are A phase difference calculating step for calculating a phase difference indicating the difference between
A real component calculation step of calculating a real component of the complex amplitude as a value of an interference fringe of the hologram based on the position and complex amplitude of the object and the phase difference;
Run contains,
The hologram in-plane component calculation step includes the object data when the position of the object is represented by (X, Y, Z), and the reference light data when the tilt angle information with respect to the hologram surface is represented by θ. And calculate the second term on the right side of the following equation (12a),
The hologram normal component calculation step receives an input of the object data and the reference light data, and calculates the first term on the right side of the following equation (12a) .
Figure 0005516957
Here, d is the optical path length of the object light, r is the optical path length of the reference light, and α is the maximum diffraction angle of light that can be diffracted by the hologram display panel placed on the hologram surface.
物体の位置および物体光としての複素振幅の情報を含む物体データと、ホログラム面に垂直に入射する参照光の波長の情報を含む参照光データとを用いて前記物体のホログラムを生成するホログラム生成装置のホログラム生成方法であって、
前記ホログラム生成装置は、
前記物体の位置と前記参照光の波長とに基づいて、前記物体の第1の所定点で生じた物体光が前記ホログラム面上の第2の所定点に到達するまでの距離を表す物体光の光路長と、前記参照光が前記物体の前記第1の所定点に当たった時点での当該参照光の位相を基準位相として、前記ホログラム面上の前記第2の所定点に到達する参照光の位相が前記基準位相と等しくなる位置と前記第2の所定点との距離を表す参照光の光路長と、の差分を示す光路長差として、前記ホログラム面上に、前記物体の第1の所定点から引いた法線が交わる交点と前記第2の所定点との間の距離に係る値を示すホログラム面内成分を算出するホログラム面内成分計算ステップと、
前記光路長差のホログラム面内成分と前記参照光の波長とに基づいて、前記物体光の位相と前記参照光の位相との差分を示す位相差を算出する位相差計算ステップと、
前記物体の位置および複素振幅と、前記位相差とに基づいて、前記ホログラムの干渉縞の値として、前記複素振幅の実数成分を算出する実数成分計算ステップと、
を含んで実行し、
前記ホログラム面内成分計算ステップは、前記物体の位置を(X,Y,Z)で表したときの前記物体データと、前記参照光データとの入力を受け付け、次の式(15)を計算することを特徴とするホログラム生成方法。
Figure 0005516957
ここで、dは前記物体光の光路長、rは前記参照光の光路長、αは前記ホログラム面に置かれたホログラム表示パネルで回折可能な光の最大回折角を示す。
Hologram generating apparatus for generating hologram of object using object data including information of position of object and complex amplitude as object light and reference light data including information of wavelength of reference light perpendicularly incident on hologram surface The hologram generation method of
The hologram generation apparatus includes:
Based on the position of the object and the wavelength of the reference light, the object light representing the distance until the object light generated at the first predetermined point of the object reaches the second predetermined point on the hologram surface With reference to the optical path length and the phase of the reference light when the reference light hits the first predetermined point of the object, the reference light reaching the second predetermined point on the hologram surface As the optical path length difference indicating the difference between the optical path length of the reference light indicating the distance between the position where the phase is equal to the reference phase and the second predetermined point, the first location of the object is set on the hologram surface. A hologram in-plane component calculation step for calculating a hologram in-plane component indicating a value relating to a distance between an intersection point of normal lines drawn from a fixed point and the second predetermined point;
A phase difference calculating step for calculating a phase difference indicating a difference between the phase of the object light and the phase of the reference light based on the hologram in-plane component of the optical path length difference and the wavelength of the reference light;
A real component calculation step of calculating a real component of the complex amplitude as a value of an interference fringe of the hologram based on the position and complex amplitude of the object and the phase difference;
Run contains,
The hologram in-plane component calculation step receives the input of the object data and the reference light data when the position of the object is represented by (X, Y, Z), and calculates the following equation (15). A method for generating a hologram.
Figure 0005516957
Here, d is the optical path length of the object light, r is the optical path length of the reference light, and α is the maximum diffraction angle of light that can be diffracted by the hologram display panel placed on the hologram surface.
物体の位置および物体光としての複素振幅の情報を含む物体データと、参照光の波長およびホログラム面に対する傾斜角度の情報を含む参照光データとを用いて前記物体のホログラムを生成するために、コンピュータを、
前記物体の位置と前記参照光の波長とに基づいて、前記物体の第1の所定点で生じた物体光が前記ホログラム面上の第2の所定点に到達するまでの距離を表す物体光の光路長と、前記参照光が前記物体の前記第1の所定点に当たった時点での当該参照光の位相を基準位相として、前記ホログラム面上の前記第2の所定点に到達する参照光の位相が前記基準位相と等しくなる位置と前記第2の所定点との距離を表す参照光の光路長と、の差分を示す光路長差を形式的に2つの値に分けたときの一方の値として、前記ホログラム面上に、前記物体の第1の所定点から引いた法線が交わる交点と前記第2の所定点との間の距離に係る値を示すホログラム面内成分を算出するホログラム面内成分計算手段、
前記物体の位置と前記参照光の波長とに基づいて、前記光路長差を形式的に2つの値に分けたときの他方の値として、前記ホログラム面から前記物体の第1の所定点までの距離に係る値を示すホログラム法線成分を算出するホログラム法線成分計算手段、
前記光路長差のホログラム面内成分と前記光路長差のホログラム法線成分とを加算し、この加算結果と前記参照光の波長とに基づいて、前記物体光の位相と前記参照光の位相との差分を示す位相差を算出する位相差計算手段、
前記物体の位置および複素振幅と、前記算出された位相差とに基づいて、前記ホログラムの干渉縞の値として、前記複素振幅の実数成分を算出する実数成分計算手段、
として機能させるためのプログラムであって、
前記ホログラム面内成分計算手段は、前記物体の位置を(X,Y,Z)で表したときの前記物体データと、前記ホログラム面に対する傾斜角度の情報をθで表したときの前記参照光データとの入力を受け付け、次の式(12a)の右辺第2項を計算し、
前記ホログラム法線成分計算手段は、当該物体データと当該参照光データとの入力を受け付け、次の式(12a)の右辺第1項を計算することを特徴とするホログラム生成プログラム。
Figure 0005516957
ここで、dは前記物体光の光路長、rは前記参照光の光路長、αは前記ホログラム面に置かれたホログラム表示パネルで回折可能な光の最大回折角を示す
A computer for generating a hologram of the object using object data including information on the position of the object and complex amplitude as object light, and reference light data including information on a wavelength of the reference light and an inclination angle with respect to the hologram surface The
Based on the position of the object and the wavelength of the reference light, the object light representing the distance until the object light generated at the first predetermined point of the object reaches the second predetermined point on the hologram surface With reference to the optical path length and the phase of the reference light when the reference light hits the first predetermined point of the object, the reference light reaching the second predetermined point on the hologram surface One value when the optical path length difference indicating the difference between the position where the phase is equal to the reference phase and the optical path length of the reference light representing the distance between the second predetermined point is formally divided into two values A hologram surface for calculating a hologram in-plane component indicating a value relating to a distance between an intersection point where a normal drawn from the first predetermined point of the object intersects the second predetermined point on the hologram surface Inner component calculation means,
Based on the position of the object and the wavelength of the reference light, as the other value when the optical path length difference is formally divided into two values, from the hologram surface to the first predetermined point of the object Hologram normal component calculation means for calculating a hologram normal component indicating a value related to the distance,
The hologram in-plane component of the optical path length difference and the hologram normal component of the optical path length difference are added, and based on the addition result and the wavelength of the reference light, the phase of the object light and the phase of the reference light are A phase difference calculating means for calculating a phase difference indicating the difference between
A real component calculation means for calculating a real component of the complex amplitude as a value of an interference fringe of the hologram based on the position and complex amplitude of the object and the calculated phase difference;
Is a program for functioning as
The hologram in-plane component calculation means includes the object data when the position of the object is represented by (X, Y, Z), and the reference light data when the tilt angle information with respect to the hologram surface is represented by θ. And calculate the second term on the right side of the following equation (12a),
The hologram normal component calculation means receives an input of the object data and the reference light data, and calculates the first term on the right side of the following equation (12a) .
Figure 0005516957
Here, d is the optical path length of the object light, r is the optical path length of the reference light, and α is the maximum diffraction angle of light that can be diffracted by the hologram display panel placed on the hologram surface .
物体の位置および物体光としての複素振幅の情報を含む物体データと、ホログラム面に垂直に入射する参照光の波長の情報を含む参照光データとを用いて前記物体のホログラムを生成するために、コンピュータを、
前記物体の位置と前記参照光の波長とに基づいて、前記物体の第1の所定点で生じた物体光が前記ホログラム面上の第2の所定点に到達するまでの距離を表す物体光の光路長と、前記参照光が前記物体の前記第1の所定点に当たった時点での当該参照光の位相を基準位相として、前記ホログラム面上の前記第2の所定点に到達する参照光の位相が前記基準位相と等しくなる位置と前記第2の所定点との距離を表す参照光の光路長と、の差分を示す光路長差として、前記ホログラム面上に、前記物体の第1の所定点から引いた法線が交わる交点と前記第2の所定点との間の距離に係る値を示すホログラム面内成分を算出するホログラム面内成分計算手段、
前記光路長差のホログラム面内成分と前記参照光の波長とに基づいて、前記物体光の位相と前記参照光の位相との差分を示す位相差を算出する位相差計算手段、
前記物体の位置および複素振幅と、前記位相差とに基づいて、前記ホログラムの干渉縞の値として、前記複素振幅の実数成分を算出する実数成分計算手段、
として機能させるためのプログラムであって、
前記ホログラム面内成分計算手段は、前記物体の位置を(X,Y,Z)で表したときの前記物体データと、前記参照光データとの入力を受け付け、次の式(15)を計算することを特徴とするホログラム生成プログラム。
Figure 0005516957
ここで、dは前記物体光の光路長、rは前記参照光の光路長、αは前記ホログラム面に置かれたホログラム表示パネルで回折可能な光の最大回折角を示す。
In order to generate a hologram of the object using object data including information on the position of the object and complex amplitude as object light, and reference light data including information on the wavelength of the reference light incident perpendicularly to the hologram surface, Computer
Based on the position of the object and the wavelength of the reference light, the object light representing the distance until the object light generated at the first predetermined point of the object reaches the second predetermined point on the hologram surface With reference to the optical path length and the phase of the reference light when the reference light hits the first predetermined point of the object, the reference light reaching the second predetermined point on the hologram surface As the optical path length difference indicating the difference between the optical path length of the reference light indicating the distance between the position where the phase is equal to the reference phase and the second predetermined point, the first location of the object is set on the hologram surface. Hologram in-plane component calculation means for calculating a hologram in-plane component indicating a value relating to a distance between an intersection where a normal drawn from a fixed point intersects and the second predetermined point;
A phase difference calculating means for calculating a phase difference indicating a difference between the phase of the object light and the phase of the reference light based on the hologram in-plane component of the optical path length difference and the wavelength of the reference light;
Real number component calculating means for calculating a real number component of the complex amplitude as a value of the interference fringe of the hologram based on the position and complex amplitude of the object and the phase difference;
Is a program for functioning as
The hologram in-plane component calculation means receives input of the object data and the reference light data when the position of the object is represented by (X, Y, Z), and calculates the following equation (15). A hologram generation program characterized by the above .
Figure 0005516957
Here, d is the optical path length of the object light, r is the optical path length of the reference light, and α is the maximum diffraction angle of light that can be diffracted by the hologram display panel placed on the hologram surface.
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