JP6074784B2 - Hologram data creation program - Google Patents
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Description
本発明はホログラムデータ作成プログラムに関し、より好適には、空間位相変調素子を用いてホログラムを作成し、スクリーンに投影させるプロジェクタ装置に用いられるものに関する。 The present invention relates to a hologram data creation program, and more preferably to a program used for a projector device that creates a hologram using a spatial phase modulation element and projects the hologram onto a screen.
空間変調素子を用いてホログラムを作成し、これに光を入射して投影画像を表示させる技術（ホログラフィックプロジェクション技術）は、無収差、高コントラスト、１枚の空間変調素子によってカラー投影を行うことができるなどの利点により今後大きく期待されている。 The technology that creates a hologram using a spatial modulation element and displays the projected image by making light incident on the hologram (holographic projection technology) is a color projection using no aberration, high contrast, and one spatial modulation element. It is highly expected in the future due to the advantages such as
このホログラムの作成技術に関する公知の技術として、例えば下記非特許文献１には、反復フーリエアルゴリズムを用いた技術が開示されている。 For example, Non-Patent Document 1 below discloses a technique using an iterative Fourier algorithm as a known technique related to the hologram creation technique.
また下記特許文献１には、変調素子とレンズとを組み合わせたプロジェクタ装置が提案されている。 Further, Patent Document 1 below proposes a projector device in which a modulation element and a lens are combined.
しかしながら、上記特許文献１に記載のように、画像の拡大縮小を行おうとする場合、一般には、表示素子とスクリーンとの間にズームレンズ等の光学素子が必要となる。この結果、コスト増、装置の大型化を招く。また、ズームレンズを用いずに投影画像を拡大したいと考える場合、投影画像を求めるために元画像自体を大きくしなければならず、例えば画像のサイズをｍ倍に拡大する場合、計算に必要となる時間及びメモリはｍ２倍に比例して大幅に増加することとなる。 However, as described in Patent Document 1, when an image is to be enlarged or reduced, generally an optical element such as a zoom lens is required between the display element and the screen. As a result, the cost is increased and the size of the apparatus is increased. Further, when it is desired to enlarge a projected image without using a zoom lens, the original image itself must be enlarged in order to obtain the projected image. For example, when the image size is enlarged m times, it is necessary for the calculation. The time and memory to be increased greatly in proportion to m 2 times.
以上、本発明は、ズームレンズ等の画像拡大のための光学素子の数を減らすことが可能となり、しかも拡大縮小における回折計算処理の負担をより軽減できる投影画像表示装置システム用のホログラムデータ作成プログラムを提供することを目的とする。 As described above, the present invention makes it possible to reduce the number of optical elements for image enlargement such as a zoom lens, and to further reduce the burden of diffraction calculation processing in enlargement / reduction, a hologram data creation program for a projection image display apparatus system The purpose is to provide.
本発明の一観点に係るホログラムデータ作成プログラムは、コンピュータに、元画像データにシフトフレネル回折計算処理を施してホログラムデータを作成させることを特徴とする。 A hologram data creation program according to an aspect of the present invention causes a computer to perform a shift Fresnel diffraction calculation process on original image data to create hologram data.
以上、本発明によると、ズームレンズ等の画像拡大のための光学素子の数を減らすことが可能となり、しかも拡大縮小における回折計算処理の負担をより軽減できるプロジェクタ装置用のホログラムデータ作成プログラムを提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to reduce the number of optical elements for image enlargement, such as a zoom lens, and to provide a hologram data creation program for a projector apparatus that can further reduce the burden of diffraction calculation processing in enlargement / reduction can do.
以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。ただし、本発明は多くの異なる形態による実施が可能であり、以下に示す実施形態の例にのみ限定されるわけではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the present invention can be implemented in many different forms, and is not limited to only the following exemplary embodiments.
図１は、本実施形態に係るホログラムデータ作成プログラム（以下「本プログラム」という。）を用いるプロジェクタ装置（以下「本装置」という。）１の概略を示す図である。 FIG. 1 is a diagram showing an outline of a projector apparatus (hereinafter referred to as “this apparatus”) 1 using a hologram data creation program (hereinafter referred to as “this program”) according to the present embodiment.
本図で示すように、本装置１は、表示素子２と、この表示素子２に光を入射させる光源３と、この表示素子２によって変調された光を表示させるスクリーン４と、ホログラムデータを作成し表示素子２に出力する情報処理装置５と、を有して構成されている。 As shown in the figure, the present apparatus 1 creates a display element 2, a light source 3 that makes light incident on the display element 2, a screen 4 that displays light modulated by the display element 2, and hologram data. And an information processing device 5 that outputs to the display element 2.
本装置１において表示素子２は、情報処理装置５によって作成されたホログラムデータを表示するものであり、具体的には電極が形成された一対の基板と、この一対の基盤の間に挟持される液晶層と、を有し、表示素子２は位相変調を行うことのできる液晶表示装置であることが好ましい一例である。なお本実施形態では、ホログラムデータが表示された状態の表示素子２をホログラムともいう。 In the present apparatus 1, the display element 2 displays hologram data created by the information processing apparatus 5, and is specifically sandwiched between a pair of substrates on which electrodes are formed and the pair of substrates. It is a preferable example that the display element 2 is a liquid crystal display device that can perform phase modulation. In the present embodiment, the display element 2 in a state where hologram data is displayed is also referred to as a hologram.
本装置１において光源３は、上記のとおり表示素子２に光を入射させるものであり、上記表示素子２による位相変調を受けやすくするためコヒーレントな光であることが好ましく、例えばレーザ光を発生させるレーザ装置であることは好ましい一例である。 In the present apparatus 1, the light source 3 makes the light incident on the display element 2 as described above, and is preferably coherent light so as to be easily subjected to phase modulation by the display element 2, for example, generates laser light. A laser device is a preferable example.
本装置１においてスクリーン４は、上記のとおり表示素子２を透過し、位相変調を受けた光を投影することができるものである。 In the present apparatus 1, the screen 4 can project the light that has been transmitted through the display element 2 and subjected to phase modulation as described above.
また本装置１において、情報処理装置５は、上記のとおり表示素子２にホログラムデータを出力する装置であって、より具体的には、元画像データに基づき回折計算処理を行いホログラムデータを作成することができるものである。情報処理装置５の具体的な構成としては、特に限定されるわけではないが、いわゆるパーソナルコンピュータを例示することができ、例えばパーソナルコンピュータのハードディスクやメモリ等の記録媒体にホログラムデータ作成プログラム及び必要な元画像データを格納し、これを実行することでホログラムデータを作成することができる。 In the present apparatus 1, the information processing apparatus 5 is an apparatus that outputs hologram data to the display element 2 as described above. More specifically, the information processing apparatus 5 generates hologram data by performing diffraction calculation processing based on original image data. It is something that can be done. A specific configuration of the information processing apparatus 5 is not particularly limited, but a so-called personal computer can be exemplified. For example, a hologram data creation program and a necessary program are recorded on a recording medium such as a hard disk or a memory of the personal computer. Hologram data can be created by storing and executing original image data.
なお本装置１において、拡大又は縮小を行うためのズームレンズは不要となっており、配置されていない。これは後述する情報処理装置５の処理から明らかであるが、ホログラムデータ作成プログラムによって拡大又は縮小された画像を作成することができるためである。つまり、表示させる投影画像の拡大を行いたい場合は情報処理装置５によって拡大された画像を作成して表示素子２に出力し、縮小を行いたい場合は情報処理装置５によって縮小された画像を作成して表示装置２に出力することで、拡大又は縮小された投影画像を表示させることができるため、ズームレンズが不要となる。 In the present apparatus 1, a zoom lens for enlarging or reducing is not necessary and is not disposed. This is apparent from the processing of the information processing apparatus 5 described later, but is because an image enlarged or reduced by the hologram data creation program can be created. That is, when it is desired to enlarge the projected image to be displayed, an image enlarged by the information processing device 5 is created and output to the display element 2, and when reduction is desired, an image reduced by the information processing device 5 is created. Then, by outputting to the display device 2, an enlarged or reduced projection image can be displayed, so that a zoom lens becomes unnecessary.
ここで、本装置１におけるホログラムデータ作成プログラム（以下「本プログラム」という。）の計算処理について以下説明する。図２は、本プログラムの処理の概略を示す図である。 Here, the calculation processing of the hologram data creation program (hereinafter referred to as “this program”) in the present apparatus 1 will be described below. FIG. 2 is a diagram showing an outline of the processing of this program.
本図で示すように、本プログラムは、コンピュータに元画像データにシフトフレネル回折計算処理を施してホログラムデータを作成させることを特徴のひとつとする。 As shown in the figure, this program is characterized in that the computer performs shift Fresnel diffraction calculation processing on the original image data to create hologram data.
本プログラムにおいて「元画像データ」とは、処理前の原画像データであって、いわゆる位置情報とその位置における強度情報を含む二次元の画像データをいい、「ホログラムデータ」とは、位置とその位置における位相情報又は振幅情報を含む画像データをいうが、本実施形態では説明の観点から位相情報を含むものとして説明する。 In this program, “original image data” is original image data before processing, which is two-dimensional image data including so-called position information and intensity information at the position, and “hologram data” is the position and its data. This refers to image data including phase information or amplitude information at a position, but in the present embodiment, it will be described as including phase information from the viewpoint of explanation.
本プログラムは、上記のとおり、元画像データに対してシフトフレネル回折計算処理を施すことが特徴となっている。ここで「シフトフレネル回折計算処理」とは、下記式で示される計算処理であり、この式に従い元画像データに対する処理を行う。なお、この回折計算処理の概略について図３に示しておく。
特に、本プログラムでは、上記式中のΔｘ１、Δｘ２を調整することで拡大縮小処理を行うことができる。なお図３からも明らかなように、Δｘ１は元画像のサンプル間隔をいい、Δｘ２は投影画像（位相）のサンプリング間隔をいう。例えば、Δｘ１＜Δｘ２あれば縮小処理となり、Δｘ１＞Δｘ２であれば拡大処理となる。なおΔｘ１＝Δｘ２であれば等倍処理となる。 In particular, in this program, the enlargement / reduction process can be performed by adjusting Δx 1 and Δx 2 in the above formula. As can be seen from FIG. 3, Δx 1 refers to the sampling interval of the original image, and Δx 2 refers to the sampling interval of the projection image (phase). For example, if Δx 1 <Δx 2, the reduction process is performed, and if Δx 1 > Δx 2 , the expansion process is performed. If Δx 1 = Δx 2 , the same magnification processing is performed.
なお、本プログラムにおいて、シフトフレネル回折計算処理は上記式をそのまま用いてもよいが、処理時間の短縮を図るため高速フーリエ変換を使用できるよう、上記式を下記のように式変形し、使用することもできる。なお、下式において各パラメータは上記式と同じものを表し、Ｆはフーリエ変換を、Ｆ−１は逆フーリエ変換を意味する。
そして本プログラムでは、上記いずれかの式によりｕ２（ｘ２、ｙ２）を求めるが、この値には複素数（位相と振幅）が含まれるため、そのままでは表示素子２では表示できないためいずれか一方を取り出してホログラムデータとする。本実施形態では表示素子２として空間位相変調素子を採用しているため、位相情報を取り出してホログラムデータとする。 In this program, u 2 (x 2 , y 2 ) is obtained by one of the above formulas. Since this value includes a complex number (phase and amplitude), it cannot be displayed on the display element 2 as it is. One is taken out as hologram data. In the present embodiment, since a spatial phase modulation element is employed as the display element 2, phase information is extracted and used as hologram data.
なお、本プログラムでは、上記処理によってホログラムデータを得ることができるが、図２で示すように、位相又は振幅のうち位相成分を用いて逆シフトフレネル回折計算処理を施し、この振幅成分を元画像データに置き換えて再びシフトフレネル回折計算処理を施すこと、更にはこれらの反復計算を複数回行うことが好ましい。これは、本実施形態におけるホログラムデータは振幅情報が失われているのでこのままではスペックルノイズが大きいため、逆シフトフレネル回折計算処理を施し元画像データを得て振幅成分を元画像データに置き換えることで、上記のノイズを徐々に除去し、ホログラムを投下して表示される投影画像の画質を向上させることができる。 In this program, hologram data can be obtained by the above processing, but as shown in FIG. 2, a reverse shift Fresnel diffraction calculation process is performed using the phase component of the phase or amplitude, and this amplitude component is converted into the original image. It is preferable to perform shift Fresnel diffraction calculation processing again in place of data, and to perform these repeated calculations a plurality of times. This is because the hologram data in this embodiment has a large amount of speckle noise because the amplitude information is lost, so the inverse shift Fresnel diffraction calculation process is performed to obtain the original image data and replace the amplitude component with the original image data. Thus, the noise can be gradually removed, and the image quality of the projected image displayed by dropping the hologram can be improved.
以上のとおり、本プログラムによると、拡大又は縮小された投影画像を作成したい場合であっても、元画像データの解像度や画素数等を変更する必要がなくなる。この結果、例え元画像データから拡大投影画像を得たい場合であっても回折計算処理の負担は変わらず、安定した回折計算処理を行うことができるようになる。また、上記のとおり、自由に拡大縮小処理が可能となるため、ズームレンズの拡大縮小性能を考慮しなくてよくなることはもちろん、ズームレンズを設ける必要もなくなり装置の小型化を図ることもできるようになる。 As described above, according to the present program, even when it is desired to create an enlarged or reduced projection image, it is not necessary to change the resolution or the number of pixels of the original image data. As a result, even if it is desired to obtain an enlarged projection image from the original image data, the burden of the diffraction calculation process does not change, and a stable diffraction calculation process can be performed. Further, as described above, since the enlargement / reduction process can be performed freely, it is not necessary to consider the enlargement / reduction performance of the zoom lens, and it is not necessary to provide a zoom lens, and the apparatus can be miniaturized. become.
以上、本実施形態によると、ズームレンズ等の画像拡大のための光学素子の数を減らすことが可能となり、しかも拡大縮小における回折計算処理の負担をより軽減できるプロジェクタ装置用のホログラムデータ作成プログラムを提供することができる。 As described above, according to the present embodiment, a hologram data creation program for a projector apparatus that can reduce the number of optical elements for image enlargement such as a zoom lens and can further reduce the burden of diffraction calculation processing in enlargement / reduction is provided. Can be provided.
なお、本実施形態では、説明の観点から位相成分を抽出する例について説明したが、同様の処理によって振幅成分を抽出し、表示素子２をこれに適宜変更することによっても同様の効果を達成することができることはいうまでもない。 In the present embodiment, an example in which the phase component is extracted from the viewpoint of explanation has been described. However, the same effect can be achieved by extracting the amplitude component by the same processing and appropriately changing the display element 2 to this. It goes without saying that it can be done.
ここで、上記プログラムにおいて用いたシフトフレネル回折計算処理についてシミュレーション処理を行い、その効果を確認した。以下説明する。 Here, the simulation process was performed about the shift Fresnel diffraction calculation process used in the said program, and the effect was confirmed. This will be described below.
まず、投影画像（スクリーン）とホログラム（表示素子２）の間の距離を０．２ｍ、投影画像（スクリーン）とホログラム（表示素子２）に表示される画像における画像データの画素数をそれぞれ５１２×５１２、表示素子２に入射する光の波長を６３３ｎｍ（赤）、ホログラムデータのサンプリング間隔Δｘ２＝１０μｍとし、元画像のサンプリング間隔Δｘ１を１０μｍから２４μｍまで２μｍ間隔で変えてそれぞれ回折計算処理した。この結果を図４（ａ）〜（ｈ）に示しておく。 First, the distance between the projection image (screen) and the hologram (display element 2) is 0.2 m, and the number of pixels of the image data in the image displayed on the projection image (screen) and the hologram (display element 2) is 512 ×, respectively. 512, the wavelength of light incident on the display element 2 is set to 633 nm (red), the hologram data sampling interval Δx 2 is set to 10 μm, and the original image sampling interval Δx 1 is changed from 10 μm to 24 μm at intervals of 2 μm to perform diffraction calculation processing. . The results are shown in FIGS. 4 (a) to (h).
この結果、処理に大きな変更、負担なく、拡大処理が可能となっていることを確認した。 As a result, it was confirmed that enlargement processing was possible without major changes or burdens on the processing.
本発明は、投影画像表示装置、及びそれに用いられる投影画像作成プログラムとして産業上の利用可能性がある。
The present invention has industrial applicability as a projection image display device and a projection image creation program used therefor.
Claims (2)
元画像データに下記いずれかの式においてΔｘ １ とΔｘ ２ の値を異ならせて前記元画像データの拡大又は縮小を行うシフトフレネル回折計算処理を施して位相成分及び振幅成分を含むホログラムデータを作成し、
前記ホログラムデータの前記位相成分を用いて前記ホログラムデータに逆シフトフレネル回折計算処理を施し、位相成分及び振幅成分を含む、逆シフトフレネル回折計算処理が施された元画像データを作成し、
さらに、前記逆シフトフレネル回折計算処理が施された元画像データの振幅成分を、前記シフトフレネル回折計算処理を施す前の前記元画像データに置き換えて再びシフトフレネル回折計算処理を施し、位相成分を取り出してホログラムデータを作成させる、ホログラムデータ作成プログラム。
The original image data is subjected to shift Fresnel diffraction calculation processing for expanding or reducing the original image data by changing the values of Δx 1 and Δx 2 in one of the following formulas to create hologram data including a phase component and an amplitude component. And
Applying a reverse shift Fresnel diffraction calculation process to the hologram data using the phase component of the hologram data, including a phase component and an amplitude component, creating original image data subjected to a reverse shift Fresnel diffraction calculation process,
Further, the amplitude component of the original image data that has been subjected to the inverse shift Fresnel diffraction calculation process is replaced with the original image data before the shift Fresnel diffraction calculation process is performed, and the shift Fresnel diffraction calculation process is performed again to obtain the phase component. Hologram data creation program that takes out and creates hologram data.
前記表示素子に光を入射させる光源と、
ホログラムデータを作成し前記表示素子に出力する情報処理装置と、を有するプロジェクタ装置であって、
前記情報処理装置は、元画像データに下記いずれかの式においてΔｘ １ とΔｘ ２ の値を異ならせて前記元画像データの拡大又は縮小を行うシフトフレネル回折計算処理を施して位相成分及び振幅成分を含むホログラムデータを作成し、前記ホログラムデータの前記位相成分を用いて前記ホログラムデータに逆シフトフレネル回折計算処理を施し、位相成分及び振幅成分を含む、逆シフトフレネル回折計算処理が施された元画像データを作成し、さらに、前記逆シフトフレネル回折計算処理が施された元画像データの振幅成分を、前記シフトフレネル回折計算処理を施す前の前記元画像データに置き換えて再びシフトフレネル回折計算処理を施し、位相成分を取り出してホログラムデータを作成させる、ホログラムデータ作成プログラムが格納された記録媒体を備えてなる、プロジェクタ装置。
A light source for making light incident on the display element;
An information processing apparatus that creates hologram data and outputs the hologram data to the display element,
The information processing apparatus, the phase and amplitude components subjected to shift Fresnel diffraction calculation processing for performing the magnification or reduction of the original image data with different values of [Delta] x 1 and [Delta] x 2 in the original image data in either of the following formula The hologram data including the phase component of the hologram data is used, the hologram data is subjected to reverse shift Fresnel diffraction calculation processing, and the phase shift and the amplitude component are included. The image data is generated, and the amplitude component of the original image data subjected to the inverse shift Fresnel diffraction calculation process is replaced with the original image data before the shift Fresnel diffraction calculation process is performed, and the shift Fresnel diffraction calculation process is performed again. alms, remove the phase component to create the hologram data, stored hologram data creation program Comprising comprising a recording medium, the projector device.
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