JPS6246870B2 - - Google Patents

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JPS6246870B2
JPS6246870B2 JP3407985A JP3407985A JPS6246870B2 JP S6246870 B2 JPS6246870 B2 JP S6246870B2 JP 3407985 A JP3407985 A JP 3407985A JP 3407985 A JP3407985 A JP 3407985A JP S6246870 B2 JPS6246870 B2 JP S6246870B2
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JP
Japan
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complex amplitude
image
value
amplitude distribution
point
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JP3407985A
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Japanese (ja)
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JPS61193177A (en
Inventor
Hiroshi Akahori
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
Agency of Industrial Science and Technology
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Publication date
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Publication of JPS61193177A publication Critical patent/JPS61193177A/en
Publication of JPS6246870B2 publication Critical patent/JPS6246870B2/ja
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    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03HHOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H1/00Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
    • G03H1/04Processes or apparatus for producing holograms
    • G03H1/08Synthesising holograms, i.e. holograms synthesized from objects or objects from holograms

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は計算合成型波面記録方法に関し、特に
キノフオーム用の波面記録方法の改良に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION <Industrial Field of Application> The present invention relates to a computationally synthesized wavefront recording method, and particularly to an improvement of a wavefront recording method for kinoforms.

〈従来の技術〉 物体の情報を含んだ波面を記録、再生する方法
としては、純粋に光学的手段によるホログラフイ
の他に、電子計算機によるデジタル処理を併用し
た計算機ホログラムやキノフオームが知られてい
る。
<Prior Art> In addition to holography, which is a purely optical method, computer-generated holograms and kinoforms, which use digital processing using an electronic computer, are known as methods for recording and reproducing wavefronts containing information about objects.

これらは、実在しない架空の物体からの波面を
も記録、再生できるので、設計データから完成品
の三次元表示を得たり、非球面の反射鏡用の検査
原器を実現する等といつた応用が展開できる。
These devices can record and reproduce wavefronts from imaginary objects that do not exist, so they have applications such as obtaining a three-dimensional representation of a finished product from design data and creating an inspection prototype for an aspherical reflector. can be developed.

計算機ホログラムが基本的には光ホログラムと
同様の性質を持つのに対し、キノフオームでは波
面の位相成分のみが記録され、再生時に物体の像
を形成する波面のみが生成されるので、再生光の
利用効率が極めて高く、理論的には100%にする
こともできる。
While computer-generated holograms basically have the same properties as optical holograms, in kinoforms, only the phase component of the wavefront is recorded, and only the wavefront that forms the image of the object is generated during reproduction, making it possible to utilize the reproduced light. The efficiency is extremely high and can theoretically reach 100%.

このように光の利用効率が高いということは、
実用段階で非常に有利なことであるが、こうした
キノフオームは、一般に次のような原理により作
成されている。
This high light utilization efficiency means that
These kinoforms, which are very advantageous in practical terms, are generally produced according to the following principle.

説明を簡単にするため、一次元の物体について
考えるが、二次元、三次元の物体についても以下
の説明は同様に適用できるものである。
To simplify the explanation, we will consider a one-dimensional object, but the following explanation can be applied to two-dimensional and three-dimensional objects as well.

第4図に示すように、記録すべき物体面1を、
等間隔Δaで配列されたN個の標本点akの集合
として表し、これら各任意の標本点akには、次
式(1)で表される複素振幅透過率T(ak)を持つ
た点開口が存在するものと考える。
As shown in FIG. 4, the object plane 1 to be recorded is
It is expressed as a set of N sample points a k arranged at equal intervals Δa, and each arbitrary sample point a k has a complex amplitude transmittance T(a k ) expressed by the following equation (1). It is assumed that a point aperture exists.

T(ak)=t(ak)ei(ak) …(1) ただし、t(ak)は振幅成分で、完全に透明
な場合にはt(ak)=1となり、完全に不透明な
場合にはt(ak)=0となるが、一般にはその間
の任意の中間値を採り、0≦t(ak)≦1とな
る。
T( ak )=t( ak )e i(ak) ...(1) However, t( ak ) is the amplitude component, and in the case of complete transparency, t( ak )=1, and it is completely transparent. If it is opaque, t( ak )=0, but generally any intermediate value between them is taken, and 0≦t( ak )≦1.

また、α(ak)は標本点akにおける点開口に
適当に割当てられる位相成分である。
Further, α( ak ) is a phase component appropriately assigned to the point aperture at the sample point ak .

物体面1からキノフオーム面2までの距離Zo
を物体の大きさに比べて十分長いものとした上
で、波長λのコヒーレント光を照射すると、物体
から伝搬した回析波のキノフオーム面2上の各標
本点(xn)における複素振幅W(xn)は次式(2)
で与えられる。
Distance Zo from object plane 1 to kinoform plane 2
is sufficiently long compared to the size of the object, and when coherent light of wavelength λ is irradiated, the complex amplitude W ( x n ) is the following formula (2)
is given by

上記においてcは定数であるが、Nは簡単のた
め、偶数とする。また、キノフオーム面2上の波
面を標本化する当該N個の標本点(xn)は、標
本化定理を満たすような間隔Δxで配列されてい
るものとする。
In the above, c is a constant, but N is assumed to be an even number for simplicity. Further, it is assumed that the N sampling points (x n ) for sampling the wavefront on the kinoform surface 2 are arranged at intervals Δx that satisfy the sampling theorem.

ここで、W(xn)の振幅成分をA(xn)、位
相成分をφ(xn)と置けば、当該W(xn)は、 W(xn)=A(xn)ei(xm) …(3) と簡略に表すことができる。
Here, if the amplitude component of W(x n ) is A(x n ) and the phase component is φ(x n ), then the W(x n ) becomes W(x n )=A(x n )e It can be simply expressed as i(xm) …(3).

しかして、キノフオームの場合には、全ての標
本点において、 A(xn)=1 …(4) と仮定して得られる複素振幅W′(xn)、 W′(xn)=ei(xm) …(5) が記録される。これは振幅情報を棄却したことに
相当する。
Therefore, in the case of the kinoform, at all sample points, the complex amplitude W'(x n ), W'(x n )=e i obtained by assuming A(x n )=1...(4) 〓 (xm) …(5) is recorded. This corresponds to rejecting amplitude information.

上記式(5)で示される波面は一般に次のような方
法によつて記録される。
The wavefront represented by the above equation (5) is generally recorded by the following method.

まず、位相φ(xn)の大きさをそれに比例し
た光強度に変換し、位相パターンを光強度パター
ンとしてCRTデイスプレイ等に表示する。この
とき、デイスプレイの強度レベルの範囲、すなわ
ちダイナミツク・レンジを0から2πまでの位相
に割当てる。
First, the magnitude of the phase φ(x n ) is converted into a light intensity proportional to it, and the phase pattern is displayed as a light intensity pattern on a CRT display or the like. At this time, the range of intensity levels of the display, that is, the dynamic range, is assigned to phases from 0 to 2π.

次にデイスプレイ上の表示をカメラで撮影し、
光強度パターンを写真フイルム上に縮小記録す
る。そのときの縮小割合いは再生波の波長や像の
大きさに依存して決められる。
Next, take a picture of what is displayed on the display with a camera,
The light intensity pattern is reduced and recorded on photographic film. The reduction ratio at that time is determined depending on the wavelength of the reproduced wave and the size of the image.

このフイルムを現像処理して濃度パターンを
得、さらに漂白処理してレリーフ・パターンを得
るが、それに際しては、当該レリーフの深さが位
相の大きさに比例するように全過程を制御する。
このようにして得られたレリーフ・パターンがキ
ノフオームである。
This film is developed to obtain a density pattern, and further bleached to obtain a relief pattern, the entire process being controlled so that the depth of the relief is proportional to the phase size.
The relief pattern thus obtained is a kinoform.

作成したキノフオームに一様強度のレーザ光束
等のコヒーレント光を照射すれば、(5)式の複素振
幅をのみ持つた波面が得られる。この場合、既述
の式(4)における仮定が実際にも成立していれば、
再生波面はもとの物体の像を忠実に再生するもの
となるが、そうでなければ、振幅情報を棄却した
がために生ずる誤差により、もとの物体の忠実な
再生は不可能となる。
If the created kinoform is irradiated with coherent light such as a laser beam with uniform intensity, a wavefront having only the complex amplitude of equation (5) can be obtained. In this case, if the assumption in equation (4) stated above actually holds, then
The reproduced wavefront faithfully reproduces the image of the original object, but otherwise faithful reproduction of the original object would be impossible due to errors caused by discarding amplitude information.

したがつて、こうしたキノフオームの作成にあ
つては、キノフオーム面上の振幅成分の分布をで
きるだけ一様にすること、すなわち仮定(4)が実際
にも成立するようにすることが最重要課題とな
り、そしてまたそのようにするためには、既述の
(1)式における位相成分α(ak)の選択を最適に
採ることが必要となつてくる。
Therefore, when creating such a kinoform, the most important issue is to make the distribution of the amplitude component on the kinoform surface as uniform as possible, that is, to make sure that assumption (4) actually holds. And in order to do so again, the above mentioned
It becomes necessary to optimally select the phase component α( ak ) in equation (1).

こうした位相成分α(ak)の決定に関し、従
来において採られていた最も単純な方法として
は、区間(0,2π)の一様乱数から選択したラ
ンダム位相を割合てる方法がある。
Regarding the determination of the phase component α( ak ), the simplest method conventionally used is to divide random phases selected from uniform random numbers in the interval (0, 2π).

この方法は、物理的には物体を拡散照明する場
合のモデルとして考えられるが、キノフオーム面
上の波面強度分布には20%程度にも及ぶばらつき
を生み、再生像の画質は相当に劣化せざるを得な
い。
Physically, this method can be considered as a model for diffuse illumination of an object, but it produces a variation of about 20% in the wavefront intensity distribution on the kinoform surface, and the quality of the reconstructed image deteriorates considerably. I don't get it.

これを改善するために提案された他の従来法が
米国特許第3619022号に開示されたような物体に
依存する位相分布の作成法である。
Another conventional method proposed to improve this problem is the method of creating an object-dependent phase distribution as disclosed in US Pat. No. 3,619,022.

この方法をフロー・チヤートで表したものが第
5図であるが、まずステツプAにおいては、物体
の標本点における点開口の振幅成分t(ak)に
対してランダムに選択された位相α(ak)を付
加して、物体の複素振幅分布であるT(ak)の
系列を得る。
This method is shown in a flow chart in FIG . 5. First, in step A, a randomly selected phase α( a k ) to obtain a sequence of T( ak ), which is the complex amplitude distribution of the object.

次にステツプBでは、上記T(ak)の系列を
用いてキノフオーム面上の回折波面の複素振幅分
布を計算し、その振幅成分を“1”と仮定して(5)
式で与えられるW′(xn)の系列を得る。
Next, in step B, the complex amplitude distribution of the diffracted wavefront on the kinoform surface is calculated using the above series of T( ak ), and assuming that the amplitude component is "1", (5)
Obtain the sequence of W′(x n ) given by Eq.

ステツプCでは、上記W′(xn)を用いて、も
との物体面に再生されるべき像の複素振幅分布を
計算する。
In step C, the complex amplitude distribution of the image to be reproduced on the original object plane is calculated using W'(x n ).

当該像の複素振幅は、物体面からのキノフオー
ム面への波面の変換を計算する場合の逆変換によ
り得られる。
The complex amplitude of the image is obtained by inverse transformation when calculating the transformation of the wavefront from the object plane to the kinoform plane.

仮定式(4)が実際にも成立している場合には、上
記計算の結果はもとの物体の複素振幅T(ak
の系列と同じになるが、一般にはこれとは異なつ
た複素振幅T′(ak)の系列となる。このT′(a
k)は次式(6)で示される。
If the assumption (4) actually holds true, the result of the above calculation is the complex amplitude T( ak ) of the original object.
However, in general, it is a different series of complex amplitudes T'( ak ). This T′(a
k ) is expressed by the following equation (6).

ただし、C′は定数、t′(ak)はT′(ak)の振
幅成分、α′(ak)は同じく位相成分、である。
However, C' is a constant, t'( ak ) is the amplitude component of T'( ak ), and α'( ak ) is also the phase component.

ステツプDでは、上記二つの振幅成分t(a
k)とt′(ak)との誤差の平均値を計算する。
In step D, the above two amplitude components t(a
k ) and t'(a k ).

その結果、平均振幅誤差Erが許容できる程度
に小さければ、ステツプBで得られた最新のφ
(xn)をキノフオーム面に記録すべき位相系列と
して採用する。しかし誤差Erが許せない程、大
きかつた場合には、次のステツプEに進む。
As a result, if the average amplitude error Er is tolerably small, the latest φ obtained in step B
(x n ) is adopted as the phase sequence to be recorded on the kinoform surface. However, if the error Er is unacceptably large, the process proceeds to the next step E.

このステツプEでは、t′(ak)をt(ak)に
置き換える。この結果得られる複素振幅成分、 T″(ak)=t(ak)eia(ak) …(7) を、物体の新たな複素振幅とみなし、その上で新
たにステツプB,C,D,Eを繰返す。
In this step E, t'( ak ) is replaced by t( ak ). The complex amplitude component obtained as a result, T″( ak )=t( ak )e ia(ak) ...(7), is regarded as the new complex amplitude of the object, and then steps B and C are newly calculated. ,D,E are repeated.

こうした従来法に対し、キノフオーム面上の複
素振幅を一様にするための更に他の従来法として
は、Parity Sequence Method(略してPSM)と
呼ばれる方法や、Synthetic Coefficient Method
(略してSCM)と呼ばれる方法がある。
In contrast to these conventional methods, there are other conventional methods for making the complex amplitude on the kinoform surface uniform, such as the Parity Sequence Method (PSM) and the Synthetic Coefficient Method.
There is a method called (SCM for short).

〈発明が解決しようとする問題点〉 第5図に即して説明した従来法は、単純にラン
ダム位相を付加するだけの方法に比せば良好な結
果が得られる。
<Problems to be Solved by the Invention> The conventional method described with reference to FIG. 5 provides better results than the method of simply adding random phases.

しかし、反復回数の増加に従つて平均振幅誤差
が一定値に漸近し、しかもこの漸近値が十分には
小さくならない欠点がある。
However, as the number of repetitions increases, the average amplitude error asymptotically approaches a constant value, and this asymptotic value does not become sufficiently small.

そのため、この方法によつても、もとの物体を
忠実に再生することは一般には不可能である。
Therefore, even with this method, it is generally impossible to faithfully reproduce the original object.

一方、既述したPSMやSCMは、物体に依存す
る位相分布を解析的に求めるもので、上記第5図
示の方法におけるような反復アルゴリズムを使用
するものではなく、致命的なことに、いづれも光
の利用効率を大きくすることが原理的に困難であ
る。
On the other hand, the PSM and SCM described above analytically obtain the phase distribution that depends on the object, and do not use an iterative algorithm like the method shown in Figure 5 above. In principle, it is difficult to increase the efficiency of light use.

また個別的に見てもそれぞれ問題があり、
PSMでは物体領域とダミー領域とが空間的に分
離されていないため、再生像を人間が見るように
する場合には適さないし、対してSCMでは、光
軸上では忠実に像を再生し得るものの、光軸を離
れるに従つて誤差が増大する欠点がある。
Also, even when viewed individually, each has its own problems.
In PSM, the object region and dummy region are not spatially separated, so it is not suitable for making the reconstructed image visible to humans.On the other hand, in SCM, although the image can be faithfully reconstructed on the optical axis, , there is a drawback that the error increases as the distance from the optical axis increases.

以上のように、従来におけるキノフオーム記録
方法では、光利用効率等の観点からすると一応は
最も優れているように思われる第5図に示した方
法でさえ、キノフオーム面上の波面の振幅分布を
満足な程には一様にできず、そしてそのことが、
原理的には優れていると言われつつも、こうした
キノフオームがなかなかに普及しなかつた大きな
要因の一つであると考えることができる。
As mentioned above, among the conventional kinoform recording methods, even the method shown in Fig. 5, which seems to be the best from the viewpoint of light utilization efficiency, satisfies the amplitude distribution of the wavefront on the kinoform surface. It cannot be done uniformly to the extent that
Although they are said to be superior in principle, this may be one of the major reasons why these kinoforms have not become widespread.

本発明はまさしくこの点を解決するために成さ
れたものであり、上記従来法として述べた反復ア
ルゴリズム型の方法を更に改良し、当該従来法の
長所、すなわち光利用効率を高く採れるという本
来的な長所は損うことなく、欠点をのみ解消せん
としたものである。
The present invention was made precisely to solve this problem, and it further improves the iterative algorithm type method described as the conventional method, and utilizes the advantage of the conventional method, namely, the inherent ability to achieve high light utilization efficiency. The aim was to eliminate the shortcomings without compromising the strong points.

〈問題点を解決するための手段〉 本発明では、上記目的を達成するため、次のよ
うな構成を提供する。
<Means for Solving the Problems> In order to achieve the above object, the present invention provides the following configuration.

離散的計算手段により物体から伝搬して任意の
面に到達した波面の複素振幅分布を得、その位相
成分をのみ記録媒体に記録する計算合成型波面記
録方法であつて; 記録すべき物体の標本点の集合を、あらかじめ
指定された値の振幅成分を有する像点を忠実に再
生することが要求される信号標本点の集合と、像
点の振幅成分があらかじめ指定されていないダミ
ー標本点の集合と、から構成し; 上記信号標本点における点開口の振幅成分に指
定された値を設定する一方、上記ダミー標本点に
おける点開口の振幅成分には任意の初期値を設定
し、それらの振幅成分にランダムに選択された位
相成分を付加することによつて上記物体の複素振
幅分布を作成するステツプAと; 上記複素振幅分布を持つた物体から伝搬して任
意の記録面に達した波面の複素振幅分布を計算
し、その振幅成分を一定値と置き換えるステツプ
Bと; 上記ステツプBにより得られた複素振幅分布を
用いて上記もとの物体の位置に再生される像の複
素振幅分布を計算するステツプCと; 上記信号標本点における像の振幅成分の値と上
記あらかじめ指定された値との比較に基き、上記
ステツプBで得られた複素振幅分布を上記記録媒
体に記録すべき複素振幅分布として採用すべきか
否かを判断し、可であれば、該ステツプBで得ら
れた複素振幅分布を上記記録媒体に記録すべき複
素振幅分布として採用するステツプDと; 対して、上記ステツプDにおける判断の結果が
否であつた場合には、上記信号標本点における像
の振幅成分の値をあらかじめ指定してある値と置
き換え、この結果、得られる像の複素振幅分布を
上記物体の新たな複素振幅分布とみなして上記ス
テツプBに戻るステツプEと; から成る計算合成型波面記録方法。
A calculation synthesis type wavefront recording method in which a complex amplitude distribution of a wavefront propagating from an object and reaching an arbitrary surface is obtained by a discrete calculation means, and only the phase component thereof is recorded on a recording medium; a sample of the object to be recorded. A set of signal sample points that are required to faithfully reproduce an image point having an amplitude component of a prespecified value, and a set of dummy sample points for which the amplitude component of the image point is not specified in advance. The amplitude component of the point aperture at the signal sampling point is set to a specified value, while the amplitude component of the point aperture at the dummy sampling point is set to an arbitrary initial value, and those amplitude components are step A of creating a complex amplitude distribution of the object by adding a randomly selected phase component to; Step B: calculating the amplitude distribution and replacing the amplitude component with a constant value; calculating the complex amplitude distribution of the image reproduced at the original object position using the complex amplitude distribution obtained in step B; Step C: Based on the comparison between the value of the amplitude component of the image at the signal sampling point and the prespecified value, the complex amplitude distribution obtained in step B is used as the complex amplitude distribution to be recorded on the recording medium. A step D in which it is determined whether or not to adopt the complex amplitude distribution obtained in step B, and if yes, the complex amplitude distribution obtained in step B is adopted as the complex amplitude distribution to be recorded on the recording medium; If the result is negative, the value of the amplitude component of the image at the signal sampling point is replaced with a prespecified value, and the complex amplitude distribution of the resulting image is changed to the new complex amplitude of the object. A calculation synthesis type wavefront recording method comprising: a step E in which the distribution is regarded as a distribution and the process returns to the above step B;

〈作用〉 本発明では、上記要旨構成に見られるように、
まず、記録すべき物体の標本点の集合を、あらか
じめ指定された値の振幅成分を有する像点を忠実
に再生することが要求される信号標本点の集合
と、像点の振幅成分があらかじめ指定されていな
いダミー標本点の集合と、から構成する。
<Operation> In the present invention, as seen in the above summary structure,
First, a set of sample points of the object to be recorded is a set of signal sample points that are required to faithfully reproduce an image point having an amplitude component of a pre-specified value, and a set of signal sample points whose amplitude component of the image point is specified in advance. It consists of a set of dummy sample points that are not

信号標本点の情報は本来、記録しようとする物
体の標本点情報そのものであり、対して、ダミー
標本点の情報は記録面上の波面が一様になるよう
に調整する働きを有する。
The signal sample point information is essentially the sample point information itself of the object to be recorded, whereas the dummy sample point information has the function of adjusting the wavefront on the recording surface to be uniform.

ダミー標本点は信号標本点と重複しない位置に
設けることができ、従つて要すれば、再生像を人
間の目に訴えるようにする場合にも、問題を生じ
ないで済む。
The dummy sample points can be provided at positions that do not overlap with the signal sample points, and therefore, if necessary, no problem will arise even when the reproduced image is made to appeal to the human eye.

また、ダミー標本点における再生像の振幅成分
の値は、反復アルゴリズムの実行の結果として決
定される。
Further, the value of the amplitude component of the reconstructed image at the dummy sample point is determined as a result of executing the iterative algorithm.

本発明では、このように、キノフオームに記録
すべき物体空間にダミー標本点を導入し、この領
域を利用することによつて、上記各ステツプに基
く反復計算により、キノフオーム面上の波面の振
幅成分分布を一様にし得るものである。
In the present invention, as described above, by introducing dummy sample points into the object space to be recorded on the kinoform and using this area, the amplitude component of the wavefront on the kinoform surface is calculated by iterative calculation based on each of the above steps. It is possible to make the distribution uniform.

〈実施例〉 第3図から第5図は本発明の実施例を説明して
いるが、まず一次元物体1のキノフオーム記録に
関し、第1,2図に即して本発明の基本的な一実
施例に就き、説明する。
<Example> FIGS. 3 to 5 explain examples of the present invention. First, regarding the kinoform recording of the one-dimensional object 1, the basic aspects of the present invention will be explained in accordance with FIGS. 1 and 2. An example will be explained.

第1図に示すように、当該記録すべき一次元物
体1は、N個の信号標本点を含む領域と、M個の
ダミー標本点を含む領域とに分けて構成されてい
る。
As shown in FIG. 1, the one-dimensional object 1 to be recorded is divided into an area including N signal sample points and an area including M dummy sample points.

図中に顕かなように、望ましくは信号標本点領
域とダミー標本点領域とは、互いに重複しない位
置に設けられており、特にこの場合は、完全に独
立して隣接した二領域となつている。
As shown in the figure, the signal sample point area and the dummy sample point area are preferably provided at positions that do not overlap with each other, and in this case, they are two completely independent and adjacent areas. .

第2図は本発明方法の基本的実施例をフロー・
チヤート的に示したもので、次のステツプAから
Eまでで構成されている。
FIG. 2 shows a flow diagram of a basic embodiment of the method of the present invention.
It is shown in a chart and consists of the following steps A to E.

[ステツプ A] 任意の信号標本点akにおける点開口の振幅成
分に指定された値S(ak)を設定し、ダミー標
本点の点開口の振幅成分の初期値としてはできる
だけ小さな値、望ましくは“0”を設定する。こ
うした場合、物体の全標本点における振幅成分t
(ak)は次式(8)で表される。
[Step A] Set a specified value S( ak ) to the amplitude component of the point aperture at an arbitrary signal sample point a k , and set the initial value of the amplitude component of the point aperture of the dummy sample point to a value as small as possible, preferably is set to “0”. In such a case, the amplitude component t at all sample points of the object
( ak ) is expressed by the following equation (8).

次いで、これらの振幅成分にランダムに選択さ
れた位相成分α(ak)を付加することによつ
て、記録すべき物体の複素振幅分布T(ak)を
得る。
The complex amplitude distribution T(ak ) of the object to be recorded is then obtained by adding a randomly selected phase component α( ak ) to these amplitude components.

[ステツプ B] 上記T(ak)の系列を用いて、キノフオーム
面上の回折波面の複素振幅分布を計算する。
[Step B] Using the above series of T( ak ), calculate the complex amplitude distribution of the diffracted wavefront on the kinoform surface.

キノフオーム面上の標本点xnにおける複素振
幅は次式(9)で与えられる。
The complex amplitude at the sample point x n on the kinoform surface is given by the following equation (9).

ただし、cは定数であり、A(xn)はW(x
n)の振幅成分、φ(xn)は同じく位相成分、で
ある。
However, c is a constant, and A(x n ) is W(x
n ) is the amplitude component, and φ(x n ) is the phase component.

ここで、振幅成分A(xn)を“1”と仮定で
きれば、次式(10)で与えられる系列を得ることがで
きる。
Here, if the amplitude component A(x n ) can be assumed to be "1", the sequence given by the following equation (10) can be obtained.

W′(xn)=ei(xm) …(10) [ステツプ C] 上記W′(xn)の系列を用いて再生されるべき
像の複素振幅分布を計算する。
W′(x n )=e i(xm) (10) [Step C] Using the above W′(x n ) series, calculate the complex amplitude distribution of the image to be reproduced.

これは物体面からキノフオーム面への波面の変
換する計算する場合の逆変換により求められ、次
式(11)により与えられる。
This is obtained by inverse transformation when converting the wavefront from the object plane to the kinoform plane, and is given by the following equation (11).

ただし、c′は定数、t′(ak)はT′(ak)の振
幅成分、α′(ak)は同じく位相成分、である。
However, c' is a constant, t'( ak ) is the amplitude component of T'( ak ), and α'( ak ) is also the phase component.

[ステツプ D] 次いで、信号標本点における像のt′(ak)と
あらかじめ指定された値S(ak)とを比較し、
例えば両者の誤差の平均値Erを計算する。
[Step D] Next, compare t'( ak ) of the image at the signal sample point with a prespecified value S( ak ),
For example, calculate the average value Er of both errors.

その結果、当該誤差Erがあらかじめ予定した
許容範囲内であつたならば、上記ステツプBで得
られた最新のφ(xn)の系列をキノフオーム面
に記録すべき位相系列として採用する。
As a result, if the error Er is within a predetermined tolerance, the latest φ(x n ) sequence obtained in step B is adopted as the phase sequence to be recorded on the kinoform surface.

[ステツプ E] 上記平均誤差Erが上記許容範囲外であつた場
合には、信号標本点における像の振幅成分t′(a
k)をあらかじめ指定された値S(ak)と置き換
える。
[Step E] If the average error Er is outside the allowable range, the amplitude component t'(a
k ) with a prespecified value S( ak ).

この結果、得られる複素振幅は、次式(12)で示さ
れるものとなる。
As a result, the obtained complex amplitude is expressed by the following equation (12).

こうした後、この複素振幅T″(ak)の系列を
物体の新たな複素振幅分布とみなした上で、既述
したステツプBに戻る。
After this, the series of complex amplitudes T'' ( ak ) is regarded as a new complex amplitude distribution of the object, and the process returns to step B described above.

以上が本発明の基本的な一実施例であるが、こ
れに限らず、例えば、ダミー標本点における振幅
成分の初期値は、本来的には任意設計的に定めて
良い。
The above is a basic embodiment of the present invention, but the present invention is not limited thereto. For example, the initial value of the amplitude component at the dummy sample point may be determined in an arbitrary design.

しかし、本発明による反復アルゴリズムの実行
後に得られる像の振幅成分の値は、当該初期値に
影響され、したがつてキノフオームの再生段階で
ダミー領域に達する光エネルギを十分、小さくす
るためには、この初期値として、上記実施例に見
られるように、“0”乃至十分に小さな値を選択
するのが望ましい。
However, the value of the amplitude component of the image obtained after execution of the iterative algorithm according to the invention is influenced by the initial value, and therefore, in order to sufficiently reduce the light energy reaching the dummy region during the regeneration stage of the kinoform, it is necessary to As this initial value, as seen in the above embodiment, it is desirable to select a sufficiently small value from "0".

また、信号標本点における像の振幅成分の値を
あらかじめ指定してある値と比較する際の基準と
しては、上記実施例におけるように平均誤差の概
念によつて良い外、最大誤差によつても良い。
Furthermore, as a standard for comparing the value of the amplitude component of an image at a signal sampling point with a predetermined value, in addition to the concept of average error as in the above embodiment, the maximum error may also be used. good.

特にキノフオームを用いて二値情報を誤りなく
記憶させるような用途では、最大誤差を最小にす
るという観点からの比較の方が有効な場合もあ
る。
Particularly in applications where binary information is stored without error using kinoforms, comparison from the perspective of minimizing the maximum error may be more effective.

更に、ダミー領域を如何なるレイアウトにする
かも任意設計的に定めることができる。
Furthermore, the layout of the dummy area can be arbitrarily determined.

例えば第3図には、一次元と二次元の物体に関
しての信号標本点集合領域5とダミー標本点集合
領域4との配置関係例が幾つか示されている。
For example, FIG. 3 shows several examples of the arrangement relationship between the signal sample point collection area 5 and the dummy sample point collection area 4 regarding one-dimensional and two-dimensional objects.

そうした中でも一般的に有利なのは、同図A,
B,C,D,Eに示すように、信号標本点の集合
が一つの連続した領域5中に含まれ、しかもこの
領域5中にはダミー標本点が含まれず、当該ダミ
ー標本点の集合は別途独立な領域4中に配される
ようにすることである。というよりもこれは、再
生像を人間の視覚にて認識させるような場合には
殆ど必須の条件となる。
Among these, the ones that are generally advantageous are A,
As shown in B, C, D, and E, a set of signal sample points is included in one continuous area 5, and no dummy sample points are included in this area 5, and the set of dummy sample points is It is arranged in a separate and independent area 4. Rather, this is almost an essential condition when the reproduced image is to be recognized visually by humans.

特に同図Dに示されるように、中心部の矩形を
信号標本点集合領域5とし、その周囲をとりまく
額縁状の領域をダミー標本点集合領域4とする
と、再生像の像質の観点からは極めて有利にな
る。
In particular, as shown in FIG. It will be extremely advantageous.

この第3図Dの構成に加えて、中心部に小矩形
領域を設け、額縁領域と共にここにもダミー標本
点集合領域4として利用する同図Eの方法は、キ
ノフオーム作成工程で位相の不整合であり、ため
に再生像の中心部に強度の大きなスポツトが発生
するようなおそれのある場合に有効で、特に二値
情報の蓄積等に適している。
In addition to the configuration shown in Fig. 3D, the method shown in Fig. 3E, in which a small rectangular area is provided in the center and used as a dummy sample point gathering area 4 together with the frame area, creates a phase mismatch during the kinoform creation process. Therefore, it is effective in cases where there is a risk that a high-intensity spot may occur in the center of the reproduced image, and is particularly suitable for storing binary information.

ただし、特に問題が生じないようなら、第3図
B及びFに示されるように、信号標本点集合領域
5とダミー標本点集合領域4とを交互に、乃至は
市松状に、幾つかの面積部分に分けて配する等し
ても良い。
However, if no particular problem arises, as shown in FIG. It may also be arranged in sections.

以上のような本発明の方法を二次元物体に適用
した実験によれば、平均振幅誤差及び最大振幅誤
差は、共に従来の反復法によつた場合に比し、一
桁以上、その値を小さくすることができ、この結
果、許容できる程度にもとの物体と一致する再生
像を得るための位相分布の導出に成功した。
According to experiments in which the method of the present invention was applied to two-dimensional objects as described above, both the average amplitude error and the maximum amplitude error were reduced by more than an order of magnitude compared to the case using the conventional iterative method. As a result, we succeeded in deriving a phase distribution to obtain a reconstructed image that matches the original object to an acceptable degree.

〈発明の効果〉 本発明によれば、キノフオームの本質的な利点
である光利用効率を損なうことなく、もとの物体
に対する忠実度の高い記録をなすことができる。
<Effects of the Invention> According to the present invention, it is possible to record the original object with high fidelity without impairing the light utilization efficiency, which is an essential advantage of the kinoform.

すなわち本発明では、再生像の高忠実化のため
にダミー標本点を導入するが、こうしたダミー標
本点は、本質的な所からして信号標本点領域内に
含ませる必要はないため、要すればこれらを別途
独立な領域内に閉じ込めることによつて、例え人
間の目によつて再生像を見るような場合にも、何
等不都合を生じさせないようにすることができ
る。
That is, in the present invention, dummy sample points are introduced in order to improve the fidelity of the reproduced image, but these dummy sample points do not need to be included in the signal sample point area from the essential point of view, so they are not necessary. By confining these within separate and independent areas, it is possible to prevent any inconvenience from occurring even when the reproduced image is viewed by human eyes.

また、当該ダミー標本点の振幅成分に設定する
初期値にも本質的には制限がなく、したがつて、
“0”乃至十分に小さな値に設定することができ
るので、ダミー標本点に達する再生光の割合いを
十分、小さくすることができ、それがために上記
キノフオームの本質的な利点である光利用効率の
高さを損わないで済むのである。
In addition, there is essentially no limit to the initial value set for the amplitude component of the dummy sample point, and therefore,
Since it can be set to a sufficiently small value from "0", the proportion of reproduced light that reaches the dummy sample point can be made sufficiently small, which is the essential advantage of the above-mentioned kinoform. This allows the high efficiency to be maintained.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の原理を説明するための信号標
本点集合領域とダミー標本点集合領域との幾何学
的関係例の説明図、第2図は本発明方法の原理乃
至基本的な一実施例の反復アルゴリズム説明図、
第3図は一次元と二次元の物体に関しての信号標
本点集合領域とダミー標本点集合領域との配置関
係例の説明図、第4図は物体面とキノフオーム面
との幾何学的関係の説明図、第5図は従来の反復
アルゴリズムの原理説明図、である。 図中、1は物体面、2はキノフオーム面、3は
コヒーレント光、4はダミー標本点集合領域、5
は信号標本点集合領域、である。
Fig. 1 is an explanatory diagram of an example of the geometrical relationship between a signal sample point set area and a dummy sample point set area for explaining the principle of the present invention, and Fig. 2 is a diagram showing the principle or basic implementation of the method of the present invention. An example iterative algorithm illustration,
Figure 3 is an explanatory diagram of an example of the arrangement relationship between the signal sample point collection area and the dummy sample point collection area for one-dimensional and two-dimensional objects, and Figure 4 is an illustration of the geometric relationship between the object plane and the kinoform plane. FIG. 5 is an explanatory diagram of the principle of a conventional iterative algorithm. In the figure, 1 is the object plane, 2 is the kinoform plane, 3 is the coherent light, 4 is the dummy sample point gathering area, and 5
is the signal sample point set area.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 離散的計算手段により物体から伝搬して任意
の面に到達した波面の複素振幅分布を得、その位
相成分をのみ記録媒体に記録する計算合成型波面
記録方法であつて; 記録すべき物体の標本点の集合を、あらかじめ
指定された値の振幅成分を有する像点を忠実に再
生することが要求される信号標本点の集合と、像
点の振幅成分があらかじめ指定されていないダミ
ー標本点の集合と、から構成し; 上記信号標本点における点開口の振幅成分に指
定された値を設定する一方、上記ダミー標本点に
おける点開口の振幅成分には任意の初期値を設定
し、それらの振幅成分にランダムに選択された位
相成分を付加することによつて上記物体の複素振
幅分布を作成するステツプAと; 上記複素振幅分布を持つた物体から伝搬して任
意の記録面に達した波面の複素振幅分布を計算
し、その振幅成分を一定値と置き換えるステツプ
Bと; 上記ステツプBにより得られた複素振幅分布を
用いて上記もとの物体の位置に再生される像の複
素振幅分布を計算するステツプCと; 上記信号標本点における像の振幅成分の値と上
記あらかじめ指定された値との比較に基き、上記
ステツプBで得られた複素振幅分布を上記記録媒
体に記録すべき複素振幅分布として採用すべきか
否かを判断し、可であれば、該ステツプBで得ら
れた複素振幅分布を上記記録媒体に記録すべき複
素振幅分布として採用するステツプDと; 対して、上記ステツプDにおける判断の結果が
否であつた場合には、上記信号標本点における像
の振幅成分の値をあらかじめ指定してある値と置
き換え、この結果、得られる像の複素振幅分布を
上記物体の新たな複素振幅分布とみなして上記ス
テツプBに戻るステツプEと; から成る計算合成型波面記録方法。
[Scope of Claims] 1. A calculation-synthesis type wavefront recording method in which a complex amplitude distribution of a wavefront propagating from an object and reaching an arbitrary surface is obtained using a discrete calculation means, and only the phase component thereof is recorded on a recording medium. ; A set of sample points of an object to be recorded is a set of signal sample points that are required to faithfully reproduce an image point having an amplitude component of a prespecified value, and a set of signal sample points whose amplitude component of the image point is specified in advance. a set of dummy sample points that are not set; and a specified value is set for the amplitude component of the point aperture at the signal sample point, while an arbitrary initial value is set for the amplitude component of the point aperture at the dummy sample point. step A of creating a complex amplitude distribution of said object by setting and adding a randomly selected phase component to those amplitude components; step B, which calculates the complex amplitude distribution of the wavefront that has reached the surface and replaces its amplitude component with a constant value; and an image that is reproduced at the original position of the object using the complex amplitude distribution obtained in step B. a step C of calculating the complex amplitude distribution of the image; based on the comparison between the value of the amplitude component of the image at the signal sampling point and the prespecified value, the complex amplitude distribution obtained in the step B is recorded on the recording medium; A step D in which it is determined whether or not to adopt the complex amplitude distribution to be recorded, and if yes, the complex amplitude distribution obtained in step B is adopted as the complex amplitude distribution to be recorded on the recording medium; If the result of the judgment in step D is negative, the value of the amplitude component of the image at the signal sampling point is replaced with a value specified in advance, and as a result, the complex amplitude distribution of the image obtained is A calculation synthesis type wavefront recording method comprising: a step E in which the object is regarded as a new complex amplitude distribution and the step B is returned to;
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