KR20060114715A - 입체 화상 표시 장치 및 입체 화상 표시 방법 - Google Patents

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Abstract

용장의 계산을 감소하고, 광 파면 제어부에 기록하는 최적의 제어 화상을 고속으로 취득하는 것을 가능하게 하는 입체 화상 표시 장치 등을 제공한다. 본 발명은 제어 화상을 기록하고 있는 광 파면 제어부에 대해서 조명광을 조사함으로써 입체 화상을 표시하는 입체 화상 표시 장치에 관한 것이다. 본 발명에 관한 입체 화상 표시 장치는, 광 파면 제어부에 고유의 제약 조건에 기초하여 복수개의 제어 화상 그룹에 대응하는 입체 화상을 각각 산출하고, 해당 제어 화상 그룹 중 소정 조건을 만족시키는 입체 화상에 대응하는 제어 화상을 선택하고, 선택한 제어 화상을 광 파면 제어 장치에 기록하는 제어 화상 최적화부를 구비한다.

Description

입체 화상 표시 장치 및 입체 화상 표시 방법{3-DIMENSIONAL IMAGE DISPLAY DEVICE AND 3-DIMENSIONAL IMAGE DISPLAY METHOD}
본 발명은 제어 화상을 기록하고 있는 광 파면 제어부에 대해서 조명광을 조사함으로써 입체 화상을 표시하는 입체 화상 표시 장치 및 입체 화상 표시 방법에 관한 것이다.
종래, 입체 화상 표시 기술로서 "홀로그램"이 알려져 있다. 홀로그램은, 제어 화상(위상이나 진폭이 제어되는 광의 간섭 무늬)이 기록되어 있는 표시 디바이스에 조명광을 조사함으로써, 물체로부터 나오는 물체 광의 광 파면(光波面) 자체를 입체 화상으로서 재생하는 기술이다.
이와 같은 홀로그램의 하나로서, 조사광의 위상을 변조하기 위한 광 파면의 위상 분포에 의해 구성되어 있는 "키노폼"(kinoform)을 사용하는 방식이 알려져 있다. 이와 같은 방식에서는, 표시 디바이스에 기록되어 있는 제어 화상에 대하여, 광 파면의 진폭이 일정하고 광 파면의 위상만이 분포하고 있는 것으로 가정하고 있다.
이와 같은 방식에서, "시뮬레이티드 어닐링(Simulated Annealing)"법을 사용하여, 입체 화상을 재생하기 위해 최적인 광 파면의 위상 분포를 구하는 방법이 알 려져 있다.
"시뮬레이티드 어닐링(Simulated Annealing)"법은, 어느 해(解)를 다른 해로 변경하는 조작(Move 조작)을 반복하여 행함으로써, 해 공간을 탐색하여 최적해를 얻는 확률적 탐색 방법이다.
"시뮬레이티드 어닐링(Simulated Annealing)"법에서는, 무브 조작(Move 조작)에 의해 해의 평가가 향상되는 경우(즉, 해가 개선된 경우), 이와 같은 무브 조작에 의한 해의 변경을 채용한다.
한편, "시뮬레이티드 어닐링(Simulated Annealing)"법에서는, 무브 조작에 의해 해의 평가가 더 나쁘게 변경되는 경우(즉, 해가 개악되었을 경우), "온도"를 나타내는 파라미터 T(이하, 온도 파라미터 T)와 개악량(改惡量) ΔE에 따라 산출되는 채용 확률 P(=exp(-ΔE/T))에 의해, 이와 같은 무브 조작에 의한 해의 변경을 채용할지 여부에 대하여(즉, 무브 조작 후의 해를 무브 조작 이전의 해로 되돌려야할 것인가 여부에 대하여) 결정한다.
여기서, 온도 파라미터 T를, 실험 개시 후의 충분히 높은 온도에서 충분히 낮은 온도까지 서서히 내려, 전술한 채용 확률 P를 제어함으로써, 국소적인 최적해를 산출하는 것을 방지할 수 있다.
전술한 방법에서는, 입력으로서 부여된 재생해야 할 화상(이하, 입력 화상)과, 키노폼 상의 광 파면의 위상 분포를 푸리에 변환하는 것에 의해 취득한 재생 화상을 비교함으로써, 무브 조작의 전후에서의 해의 평가를 행한다.
그리고, 이와 같은 해 평가 과정에서의 계산량은 방대하기 때문에, 무브 조 작 전후의 재생 화상의 차분 정보에 따라 해의 평가를 행함으로써, "시뮬레이티드 어닐링(Simulated Annealing)"법에서의 최적 해의 탐색에 걸리는 시간을 단축하는 기술도 제안되어 있다.
전술한 바와 같이, 종래의 입체 화상 표시 기술에서는, 무브 조작 전후의 재생 화상의 차분 정보에 따라 해의 평가를 행함으로써, "시뮬레이티드 어닐링(Simulated Annealing)"법에서의 최적해(optimal solution)의 탐색에 걸리는 시간을 단축하고 있었다.
그러나, 종래의 입체 화상 표시 기술에서는, "시뮬레이티드 어닐링(Simulated Annealing)"법에서의 초기해(初期解)로서 입력 화상을 푸리에 변환하는 것에 따라 취득한 제어 화상을 채용했기 때문에, 고속 푸리에 변환 알고리즘을 사용할 경우, 이와 같은 입력 화상(키노폼)의 사이즈를 "N=(Nx×Ny)"이라고 하면, 초기해의 평가를 행하기 위해 "O(NlogN)"의 계산량이 필요하게 되므로, 최적해의 탐색에 걸리는 시간을 그다지 단축할 수 없다는 문제점이 있었다.
그리고, "O(NlogN)"의 계산량은, NlogN의 오더의 계산량을 의미한다.
또한, 종래의 입체 화상 표시 기술에서는, 키노폼을 기록하는 표시 디바이스의 특성 때문에, 키노폼 상의 1지점의 변경이 반드시 재생 화상의 전체 지점에 영향을 미치지 않음에도, 키노폼 상의 1지점의 변경이 재생 화상의 전체 지점에 영향을 미친다는 가정하에서 계산을 행하였기 때문에, 무브 조작 후의 해의 평가에서의 계산량을, 통상의 푸리에 변환에 필요한 계산량 "O(NlogN)"부터 "O(N)"까지 감소시 킬 수 있지만, 아직 용장의 계산을 행하고 있는 문제점이 있었다.
그래서, 본 발명은 이상의 문제점을 감안하여 이루어진 것이며, 용장의 계산을 줄이고, 표시 디바이스에 기록하는 최적의 제어 화상을 고속으로 취득하는 것을 가능하게 하는 입체 화상 표시 장치 및 입체 화상 표시 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 제1 특징은, 제어 화상을 기록하고 있는 광 파면 제어부에 조명광을 조사함으로써 입체 화상을 표시하는 입체 화상 표시 장치로서, 광 파면 제어부에 고유한 제약 조건에 기초하여 복수개의 제어 화상 그룹에 대응하는 입체 화상을 각각 산출하고, 제어 화상 그룹 중에서 소정 조건을 만족시키는 입체 화상에 대응하는 제어 화상을 선택하며, 선택한 제어 화상을 광 파면 제어부에 기록하는 제어 화상 최적화부를 구비하는 것을 요지로 한다.
이러한 발명에 의하면, 광 파면 제어부에 고유한 제약 조건에 기초하여 정의되는 "광 파면 제어부 상의 1화소의 변경이 영향을 미치는 입체 화상의 범위(계산 대상 범위)"를 고려하여, 제어 화상을 산출하기 위한 계산을 감소시킬 수 있다.
본 발명의 제1 특징에 있어서, 제어 화상 최적화부는, 제어 화상의 일부에 대하여 순차적으로 변경 처리를 행함으로써 복수개의 제어 화상 그룹을 생성하고, 변경 처리 전후의 제어 화상의 차분 정보에 기초하여, 입체 화상을 순차적으로 산출하도록 구성되어 있어도 된다.
본 발명의 제1 특징에 있어서, 제어 화상 최적화부는 제약 조건에 의해 정의되는 계산 대상 범위에서 입체 화상을 산출하도록 구성되어 있어도 된다.
본 발명의 제1 특징에 있어서, 제어 화상이 광 파면의 위상 분포에 의해 구성되고, 제어 화상 최적화부가 광 파면 제어부를 구성하는 표시 디바이스에서 위상 변조가 가능한 범위 및 위상 변조의 정밀도에 기초하여 계산 대상 범위를 산출하도록 구성되어 있어도 된다.
본 발명의 제1 특징에 있어서, 제어 화상 최적화부는 추가로 위상 변조와 함께 발생하는 진폭 변조를 고려하여 계산 대상 범위를 산출하도록 구성되어 있어도 된다.
본 발명의 제1 특징에 있어서, 제어 화상은 광 파면의 진폭 분포에 의해 구성되고, 제어 화상 최적화부는 광 파면 제어부를 구성하는 표시 디바이스에서 진폭 변조가 가능한 범위 및 진폭 변조의 정밀도에 기초하여, 계산 대상 범위를 산출하도록 구성되어 있어도 된다.
본 발명의 제1 특징에 있어서, 제어 화상 최적화부는 추가로 진폭 변조와 함께 발생하는 위상 변조를 고려하여 계산 대상 범위를 산출하도록 구성되어 있어도 된다.
본 발명의 제2 특징은, 제어 화상을 기록하고 있는 광 파면 제어부에 조명광을 조사함으로써 입체 화상을 표시하는 입체 화상 표시 방법으로서, 광 파면 제어부에 고유한 제약 조건에 기초하여 복수개의 제어 화상 그룹에 대응하는 입체 화상을 각각 산출하는 공정과, 제어 화상 그룹 중 소정 조건을 만족시키는 입체 화상에 대응하는 제어 화상을 선택하는 공정과, 선택한 제어 화상을 광 파면 제어부에 표시하는 공정을 포함하는 것을 요지로 한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 관한 입체 화상 표시 장치의 전체 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 관한 입체 화상 표시 장치의 제어 화상 최적화부의 기능 블록도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 관한 입체 화상 표시 장치의 제어 화상 최적화부의 동작을 나타낸 플로차트이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 관한 입체 화상 표시 장치에서, 광 파면 제어부에서의 회절 한계에 의해 정의되는 영역을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 관한 입체 화상 표시 장치에서, 표시 디바이스에 전압을 인가했을 때의 위상 및 진폭 변조 특성의 일례를 나타낸 도면이다.
도 6은 종래 기술에 관한 입체 화상 표시 장치에서의 계산량과 본 발명의 일실시예에 관한 입체 화상 표시 장치에서의 계산량을 비교하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 관한 입체 화상 표시 장치의 전체 구성도이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 관한 입체 화상 표시 장치에서, 표시 디바이스에 전압을 가했을 때의 위상 및 진폭 변조 특성의 일례를 나타낸 도면이다.
(본 발명의 제1 실시예에 관한 입체 화상 표시 장치의 구성)
도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명의 일실시예에 관한 입체 화상 표시 장치의 구성을 설명한다. 본 실시예에 관한 입체 화상 표시 장치는, 제어 화상을 기록하고 있는 광 파면 제어부(20)에 조명광(照明光)을 조사함으로써 입체 화상을 표시하는 것이다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 본 실시예에 관한 입체 화상 표시 장치는, 제어 화상 최적화부(10), 광 파면 제어부(20), 조명광 조사부(30) 및 재생 화상 표시부(40)를 구비하고 있다.
제어 화상 최적화부(10)는, 광 파면 제어부(20)에 고유한 제약 조건에 기초하여 복수개의 제어 화상 그룹에 대응하는 입체 화상을 각각 산출하고, 해당 제어 화상 그룹 중에서 소정 조건을 만족시키는 입체 화상에 대응하는 제어 화상을 선택하며, 선택한 제어 화상을 광 파면 제어 장치(20)에 기록하도록 구성되어 있다.
여기서, 제어 화상은, 표시 디바이스(20A)에 키노폼(kinoform)(20C)으로서 기록되어 있고, 광 파면의 위상 분포 U(k, l)에 의해 구성되어 있다.
또한, 키노폼(20C) 상의 광 파면의 위상 분포 U(k, l)는, "N=(Nx×Ny)" 개의 화소로 구성되어 있고, 각 화소는 0 내지 2π의 범위의 값을 취하는 것으로 한다.
즉, 제어 화상 최적화부(10)는, 표시 디바이스(20A) 상에 키노폼(20C)으로서 해당 제어 화상을 기록하기 위해, 표시 디바이스(20A)의 해당 제어 화상의 각 화소에 대응하는 위치에 소정 전압을 인가하도록 구성되어 있다.
또한, 제어 화상 최적화부(10)는, 후술하는 바와 같이, 제어 화상의 일부(일 부의 화소)에 대해서 순차적으로 변경 처리를 가함으로써 복수개의 제어 화상 그룹을 생성하고, 이러한 변경 처리 전후의 제어 화상의 차분 정보에 기초하여 입체 화상을 순차적으로 산출하도록 구성되어 있다.
본 실시예에 관한 입체 화상 표시 장치에 있어서, 전술한 제약 조건은, 후술하는 바와 같이, 광 파면 제어부(20)를 구성하는 표시 디바이스(20A)의 특성에 의해 결정된다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 제어 화상 최적화부(10)는, 초기해(初期解) 생성부(10a), 평가부(10b), 최적해(最適解) 보존부(10c), 파라미터 변경부(10d), 해(解) 변경부(10e), 및 출력부(10f)를 구비하고 있다. 그리고, 각 부의 구체적인 기능에 대해서는 후술한다.
광 파면 제어부(20)는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 표시 디바이스(20A)와 푸리에 렌즈(20B)를 구비하고 있다. 표시 디바이스(20A)는, 제어 화상 최적화부(10)로부터 출력된 제어 화상을 키노폼(광 파면의 위상 분포)(20C)으로서 기록하는 것이다.
또한, 도 1의 예에서는, 표시 디바이스(20A)와 푸리에 렌즈(20B) 사이의 거리가 "f"이며, 푸리에 렌즈(20B)와 재생 화상 표시부(40) 사이의 거리도 "f"이다. 여기서, "f"는 푸리에 렌즈의 초점 거리이다.
조명광 조사부(30)는, 제어 화상 최적화부(10)로부터의 지시에 따라, 광 파면 제어부(20)를 구성하는 표시 디바이스(20A)에 조명광을 조사한다.
재생 화상 표시부(40)는, 전술한 제어 화상에 대응하는 입체 화상을 나타낸 복소 파면 상의 재생 화상 g(x, y)를 표시하는 것이다.
본 실시예에 관한 입체 화상 표시 장치에서는, 조명광 조사부(30)로부터 조사된 조명광이, 표시 디바이스(20A) 상에 기록되어 있는 키노폼(20C) 상의 각 화소에 의해 0 내지 2π의 범위에서 위상 변조되며, 위상 변조된 조명광이 진행 방향을 바꾸면서 푸리에 렌즈(20B)를 통하여 재생 화상 표시부(40)에 도달함으로써, 제어 화상에 대응하는 입체 화상이 표시된다.
그리고, 본 실시예에 관한 입체 화상 표시 장치는, 푸리에 렌즈(20B)를 구비하지 않는 구성이어도 된다.
(본 발명의 제1 실시예에 관한 입체 화상 표시 장치의 동작)
이하, 도 3을 참조하여, 본 실시예에 관한 입체 화상 표시 장치의 동작에 대하여 설명한다. 구체적으로, 본 실시예에 관한 입체 화상 표시 장치의 제어 화상 최적화부(10)는, 입력 화상에 대응하는 입체 화상(재생 화상)을 표시하기 위해, 키노폼(20C)으로서 표시 디바이스(20A)에 기록하는 최적의 제어 화상을 생성하는 동작에 대하여 설명한다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 스텝 S1001에서, 제어 화상 최적화부(10)의 초기해 생성부(10a)가 제어 화상의 초기해 Ao[즉, Uo(k, l)]를 생성한다. 이하, 초기해의 참조 부호인 "Ao" 또는 "Uo(k, l)"를, 장면(場面)에 따라 적당히 구분하여 사용하는 것으로 한다.
구체적으로, 초기해 생성부(10a)는, 제어 화상을 구성하는 각 화소에 대해서 랜덤인 값을 할당한다. 예를 들면, 각 화소가 256 계조의 정규화된 데이터인 것으로 하면, 초기해 생성부(10a)는 각 화소에 대해서 0 내지 256의 난수를 할당하고, 할당한 난수에 2π/256를 승산함으로써, 제어 화상의 초기해 Ao, 즉 각 화소의 위상 분포의 초기해 Uo(k, l)를 생성한다.
이와 같은 초기해 A0의 생성 처리(스텝 S1001)에서, 화소수를 "N"이라고 하면, 모든 화소의 값을 결정할 필요가 있으므로, 계산량은 "O(N)"이 된다.
여기서, 반드시 초기해 A0가 랜덤한 값일 필요는 없다. 왜냐하면, 초기해 A0를 어떠한 값으로 해도, 실험 개시 직후의 고온 상태에서는, 해를 개악으로 하는 무브 조작(Move 조작)도 대략 100% 채용되기 때문에, 충분한 고온 상태에서 "시뮬레이티드 어닐링(Simulated Annealing)"법에 따르는 계산을 충분히 행함으로써, 랜덤인 초기해를 생성하는 것과 같은 효과를 얻을 수 있어, 최종적으로 얻어지는 해의 성능이 나쁘게 되지 않기 때문이다.
스텝 S1002에서, 제어 화상 최적화부(10)의 평가부(10b)는, 초기해 생성부(1Oa)로부터 출력된 초기해 Uo(k, l) 또는 해 변경부(10e)로부터 출력된 해 Ai[즉, Ui(k, l)]를 평가한다. 이하, 장면에 따라, 해 변경부(10e)로부터 출력되는 해의 참조 부호인 "Ai" 또는 "Ui(k, l)"를, 장면에 따라 적당히 구분하여 사용하는 것으로 한다.
첫 번째로, 평가부(10b)에 의한 초기해 Uo(k, l)의 평가 처리에 대하여 설명한다. 평가부(1Ob)는, 이하의 식 1에 따라, 초기해 Uo(k, l)로부터 재생 화상 go(x, y)를 산출한다.
Figure 112006056666616-PCT00001
여기서, 식 1에서의 가산 구간은, "k"가 "-Nx/2"부터 "Nx/2-1"까지이며, "l"이 "-Ny/2"부터 "Ny/2-1"까지인 N개의 구간이다. 즉, 재생 화상 전체를 나타내고 있다.
그러나, 실제로는, 표시 디바이스(20A)의 특성 등의 요인에 의해, 초기해 Uo(k, l)의 각 화소가 재생 화상 전체에 영향을 미치는 것은 아니다.
그래서, 본 실시예에서, 평가부(10b)는 재생 화상 go(x, y)를 산출하는데 있어서, 초기해 Uo(k, l)의 각 화소에 의해 영향을 받는 재생 화상의 영역[관찰 영역(viewing-area)] A만을 가산 구간으로서 고려하도록 구성되어 있다.
예를 들면, 도 4에 나타낸 바와 같이, 표시 디바이스(20A)와 재생 화상 표시부(40) 사이의 거리를 "R", 표시 디바이스(20A)에서 조명광의 진행 방향이 바뀌는 각도를 "θ"라고 하면, 화소 a에 의해 영향을 받는 재생 화상의 영역[관찰 영 역(viewing-area)] A는, d≤Rtanθ의 범위이다. 이러한 경우, 평가부(10b)는, 이와 같은 재생 화상의 영역[관찰 영역(viewing-area)] A를 가산 구간으로 한다.
즉, 제어 화상 최적화부(10)는, 표시 디바이스(20A)의 특성에 의해 정의되는 영역[관찰 영역(viewing-area)] A 내를, 초기해 Uo(k, l)의 각 화소에 대한 계산 대상 범위로서 입체 화상[go(x, y)]을 산출하도록 구성되어 있다.
또한, 제어 화상 최적화부(10)는, 광 파면 제어부(20)를 구성하는 표시 디바이스(20A)에서 위상 변조가 가능한 범위 및 위상 변조의 정밀도에 기초하여, 전술한 계산 대상 범위를 산출하도록 구성되어 있어도 된다.
예를 들면, 표시 디바이스(20A)에서 위상 변조가 가능한 범위 및 위상 변조의 정밀도는, 표시 디바이스(20A)의 특성이나 해상도의 한계 등에 의해 결정된다.
즉, 본 실시예에 관한 입체 화상 표시 장치에 사용되는 표시 디바이스(20A)의 종류에 따라, 위상 변조가 가능한 범위가 0 내지 2π보다 좁혀지는 경우(예를 들면, 0.1π 내지 1.9π 등)가 있다.
또한, 본 실시예에 관한 입체 화상 표시 장치에 사용되는 표시 디바이스(20A)의 종류에 따라, 조사광의 굴절각을 O.1도 단위(위상 변조의 정밀도)로 변경할 수 있는 경우도 있고, 1도 단위로 변조 가능한 경우도 있다.
여기서, 제어 화상 최적화부(10)는, 위상 변조가 가능한 범위의 각도에 따라, 조사광이 도달하는 관찰 영역 A 외의 영역을 계산 대상 범위 외로 하거나(예를 들면, 이와 같은 영역을 전술한 가산 구간으로부터 제외하거나), 위상 변조의 정밀 도에 따라 무브 조작에서의 해의 변경 폭을 결정함으로써, 최적인 제어 화상을 취득하는데 필요한 계산량을 줄일 수 있다.
또한, 실제로는, 도 5에 나타낸 바와 같이, 표시 디바이스(20A)에 기록되어 있는 키노폼(광 파면의 위상 분포)(20C)에 의해, 조사광의 위상이 변조되는 동시에, 조사광의 진폭도 많이 변조된다. 그리고, 도 5는 본 실시예에 관한 입체 화상 표시 장치로 사용되는 표시 디바이스(20A)의 특성의 일례를 나타낸 도면이다.
따라서, 제어 화상 최적화부(10)는, 또한 위상 변조와 함께 발생하는 진폭 변조를 고려하여, 전술한 계산 대상 범위를 산출하도록 구성되어 있어도 된다.
도 5에 나타내는 표시 디바이스(20A)에서는, 인가 전압이 "2V"를 넘으면, 조사광의 위상이 변조되는 동시에, 조사광의 진폭도 변조되어 작아진다.
본 실시예에서는, 제어 화상을 구성하는 각 화소의 사이즈가 일정하므로, 각 화소를 투과하는 조사광의 진폭에 따라 일정 강도 이상의 조사광이 재생 화상 표시부(40)에 도달함으로써 형성되는 관찰 영역 A의 크기가 결정된다. 즉, 각 화소를 투과하는 조사광의 진폭이 클수록, 일정 강도 이상의 조사광이 재생 화상 표시부(40)에 도달함으로써 형성되는 관찰 영역 A의 크기가 커진다.
따라서, 도 5에 나타내는 표시 디바이스(20A)를 사용한 경우, 인가 전압이 "2V"를 넘으면, 각 화소를 투과하는 조사광의 진폭이 작아지므로, 전술한 계산 대상 범위를 더욱 작게 할 수 있다.
그리고, 전술한 가산 구간은, 키노폼(20C) 상의 각 화소에 의해 상이하게 되지만, 각 화소에 대응하는 가산 구간은, 키노폼(20C)(제어 화상)의 사이즈에 대해 서 상수이므로, 계산량은 "0(1)"이 된다. 따라서, 초기해 Uo(k, l)의 각 화소의 수가 "N"이기 때문에, 재생 화상 전체를 산출할 때의 계산량은 "O(N)"이 된다.
그리고, 평가부(10b)는, 이하의 식 2를 사용하여 평가 함수 E(Ai)를 산출한다.
Figure 112006056666616-PCT00002
여기서, Io는 입력 화상의 강도 분포이며, I는 재생 화상 gi(x, y)의 강도 분포(재생 화상의 복소 파면 상의 절대값의 제곱)이며, α는 MAX(Io)/MAX(I)로 표시되는 스케일링 상수이다.
이와 같은 경우, 평가부(10b)는, 스텝 S1003에서, 초기해 Ao를 최적해로서 최적해 보존부(10c)에 보존한다.
두 번째로, 평가부(10b)에 의한 해 Ui(k, l)의 평가 처리에 대하여 설명한다.
평가부(10b)는, 이하의 식 3에 따라, 해 Ui(k, l)로부터 재생 화상 gi(x, y)를 산출한다.
g i (x, y)=g i -1(x, y)+{ U i (k, l)- U i -1(k, l)}ㆍexp[iㆍ2π( xk / N x + yl / N y )]
여기서, gi-1(x, y)는 무브 조작 이전의 재생 화상이며, Ui-1(k, l)은 무브 조작 이전의 해(광 파면의 위상 분포)이다.
이와 같은 재생 화상 gi(x, y)의 산출 처리는, 식 3에 나타낸 바와 같이, 무브 조작 전후의 제어 화상의 차분 정보에 기초하여 행해지므로, 계산량은 "O(1)"이 된다.
그리고, 평가부(10b)는 식 2를 사용하여 평가 함수 E(Ai)를 산출하고, 산출한 평가 함수 E(Ai)에 따라, 해 Ui(k, l)가 개량되었는지 여부에 대하여 평가한다.
예를 들면, 평가부(10b)는, 개악량(改惡量) ΔE=E(Ai)-E(Ai-1)를 산출하여, ΔE < 0인 경우에는 해 Ui(k, l)가 개량되었다고 평가하고, ΔE < 0이 아닌 경우에는 해 Ui(k, l)가 개악되었다고 평가한다.
해 Ui(k, l)가 개량되었다고 평가되었을 경우, 스텝 S1003에서, 평가부(10b)는 이와 같은 해 Ai를 최적해로서 최적해 보존부(10c)에 보존한다. 한편, 해 Ui(k, l)가 개악되었다고 평가되었을 경우, 평가부(10b)의 동작은 스텝 S1004로 진행한다.
스텝 S1004에서, 평가부(10b)는, 이하의 식 4를 사용하여, 해 Ui(k, l)를 산출한 무브 조작을 채용하는 확률을 나타낸 채용 확률 P를 산출한다.
P = exp (-ΔE/T)
여기서, T는 온도 파라미터를 나타낸다.
스텝 S1005에서, 평가부(10b)는 산출한 채용 확률 P에 기초하여, 해 Ui(k, l)를 산출한 무브 조작을 채용할지 여부에 대하여 결정한다.
평가부(10b)는, 이와 같은 무브 조작을 채용하는 것으로 결정한 경우, 스텝 S1003에서, 이와 같은 해 Ai를 최적해로서 최적해 보존부(10c)에 보존한다. 한편, 이와 같은 무브 조작을 채용하지 않는 것으로 결정한 경우, 평가부(10b)의 동작은 스텝 S1006으로 진행한다.
스텝 S1006에서, 평가부(10b)는 현재의 온도에서, 해 Ai의 평가가 수속하고 있는지 여부에 대하여 판정한다. 구체적으로, 평가부(10b)는 온도 파라미터 T에 기초하는 최적해의 산출에 있어서, 충분한 횟수의 무브 조작을 행하고 있는지 여부에 대하여 판정한다. 그리고, 이와 같은 판정은, 종래의 "시뮬레이티드 어닐링(Simulated Annealing)"법에서의 판정과 동일한 방법에 따라 행해진다.
평가부(10b)의 동작은, 해 Ai의 평가가 수속하고 있는 것으로 판정된 경우, 스텝 S1007로 진행하고, 해 Ai의 평가가 수속하지 않은 것으로 판정된 경우, 스텝 S1009로 진행한다.
스텝 S1007에서, 제어 화상 최적화부(10)의 파라미터 변경부(10d)는 온도 파 라미터 T를 갱신한다.
스텝 S1008에서, 평가부(10b)는 최적해의 산출로부터 계측하여 충분한 횟수의 무브 조작을 행하고 있는지 여부에 대하여 판정한다. 그리고, 이와 같은 판정은, 종래의 "시뮬레이티드 어닐링(Simulated Annealing)"법에서의 판정과 동일한 방법에 따라 행해진다.
충분한 횟수의 무브 조작이 행해지고 있는 것으로 판정된 경우, 스텝 S1010으로 진행하고, 충분한 횟수의 무브 조작이 행해지고 있지 않다고 판정된 경우, 스텝 S1009로 진행한다.
스텝 S1009에서, 제어 화상 최적화부(10)의 해 변경부(10e)는 현재의 해 "Ui-1(k, l)"의 랜덤인 1화소의 위상을, 랜덤인 값으로 변경함으로써, 해 "Ui(k, l)"를 산출하여, 평가부(10b)에 출력한다.
스텝 S1010에서, 제어 화상 최적화부(10)의 출력부(10f)는, 최적해 보존부(10c)에 보존되어 있는 최적해를, 표시 디바이스(20A)에 출력한다.
이상과 같이, 본 실시예에 관한 제어 화상 최적화부(10)는, "시뮬레이티드 어닐링(Simulated Annealing)"법을 사용하여, 제어 화상의 일부(즉, 제어 화상을 구성하는 각 화소)에 대해서 순차적으로 변경 처리(무브 조작)를 행하는 것에 따라 복수개의 제어 화상 그룹[해 "Ui(k, l)"]을 생성하고, 해당 변경 처리(무브 조작)의 전후의 제어 화상의 차분 정보에 따라 입체 화상[재생 화상 gi(x, y)]을 순차적으로 산출하도록 구성되어 있다.
(본 발명의 제1 실시예에 관한 입체 화상 표시 장치에서의 계산량)
도 6을 참조하여, 본 실시예에 관한 입체 화상 표시 장치에서의 계산량과 종래 기술에 관한 입체 화상 표시 장치에서의 계산량을 비교한다.
초기해의 생성 처리(도 3의 스텝 S1001)에서의 계산량은, 종래 기술에 관한 입체 화상 표시 장치에서는, 키노폼(20C)(제어 화상)의 사이즈 N에 대해서 "O(NlogN)"이었지만, 본 실시예에 관한 입체 화상 표시 장치에서는, "O(N)"까지 감소되어 있다.
또한, 초기해 평가 처리(도 3의 스텝 S1002)에서의 계산량은, 종래 기술에 관한 입체 화상 표시 장치에서는, "O(NlogN)"이었지만, 본 실시예에 관한 입체 화상 표시 장치에서는, 키노폼(20C)(제어 화상) 상의 각 화소로부터 영향을 받는 재생 화상의 영역[관찰 영역(viewing-area)] A를 제한함으로써, 즉 키노폼(20C)(제어 화상) 상의 각 화소로부터 영향을 받는 재생 화상의 영역 외의 영역(각 화소로부터의 영향을 표시 불가능한 영역)을 계산 대상 범위 외로 함으로써, "O(N)"까지 감소되어 있다.
또한, 무브 조작 후의 해의 평가 처리(도 3의 스텝 S1002)에서의 계산량은, 종래 기술에 관한 입체 화상 표시 장치에서는, "O(N)"이었지만, 본 실시예에 관한 입체 화상 표시 장치에서는, "0(1)", 즉 상수 시간까지 감소되어 있다.
또한, 해 변경 처리(도 3의 스텝 S1009)에서의 계산량은, 종래 기술에 관한 입체 화상 표시 장치 및 본 실시예에 관한 입체 화상 표시 장치 모두, "O(1)", 즉 상수 시간이다.
(본 발명의 제1 실시예에 관한 입체 화상 표시 장치에서의 작용 및 효과)
본 발명의 제1 실시예에 관한 입체 화상 표시 장치에 의하면, 광 파면 제어부(20)에 고유한 제약 조건[예를 들면, 표시 디바이스(20A)의 특성이나 해상도의 한계 등]에 따라 정의되는 "광 파면 제어부(20)에서의 표시 디바이스(20A)에 기록되어 있는 1화소의 변경이 영향을 미치는 입체 화상[(gi(x, y)]의 범위(계산 대상 범위)"를 고려하여, 제어 화상[Ui(k, l)]을 산출하기 때문에 용장의 계산을 감소할 수 있다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에 관한 입체 화상 표시 장치에 의하면, 표시 디바이스(20A)에서, 조사광의 위상이 변조되는 동시에, 조사광의 진폭이 변조되는 것을 고려하여, 제어 화상(Ui(k, l))을 산출하기 때문에 용장의 계산을 더욱 감소시킬 수 있다.
(본 발명의 제2 실시예에 관한 입체 화상 표시 장치)
도 7에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 관한 입체 화상 표시 장치는, 전술한 제1 실시예에 관한 입체 화상 표시 장치에서 사용되고 있던 키노폼(위상형 홀로그램)(20C) 대신에, 진폭형 홀로그램(20D)을 사용하도록 구성되어 있다.
본 실시예에서, 표시 디바이스(20A)에 기록되는 제어 화상은 광 파면의 진폭 분포 Ui(k, l)에 의해 구성되어 있다.
그리고, 도 7의 예에서, 광 파면 제어부(20)는, 푸리에 렌즈(20B)를 포함하 지 않는 것으로 구성되어 있지만, 전술한 제1 실시예에 관한 입체 화상 표시 장치와 마찬가지로, 푸리에 렌즈(20B)를 포함하도록 구성되어 있어도 된다.
또한, 본 실시예에서, 제어 화상 최적화부(10)는 광 파면 제어부(20)를 구성하는 표시 디바이스(20A)에서 진폭 변조가 가능한 범위 및 진폭 변조의 정밀도에 따라, 전술한 계산 대상 범위(입체 화상을 산출하는 영역)를 산출하도록 구성되어 있다.
예를 들면, 표시 디바이스(20A)에서 진폭 변조가 가능한 범위 및 진폭 변조의 정밀도는, 표시 디바이스(20A)의 특성이나 해상도의 한계 등에 의해 결정된다.
그리고, 진폭 변조에서는, 제어 화상을 구성하는 각 화소의 사이즈 및 각 화소를 투과하는 조사광의 진폭에 따라, 일정 강도 이상의 조사광이 재생 화상 표시부(40)에 도달함으로써 형성되는 관찰 영역 A의 크기가 결정된다. 따라서, 이와 같은 각 화소의 사이즈(화소 폭)에 따라, 조사광의 집광을 제어할 수 있는 범위를 추정할 수 있다.
즉, 본 실시예에 관한 입체 화상 표시 장치에 사용되는 표시 디바이스(20A)의 종류에 따라, 투과하는 조사광의 진폭량 "0"을 실현하지 못하고, 진폭 변조가 가능한 범위로부터 투과하는 조사광의 진폭량 "0"이 제외되는 경우가 있다(도 8 참조).
또한, 본 실시예에 관한 입체 화상 표시 장치에 사용되는 표시 디바이스(20A)의 종류에 따라, 인가 전압에 의해 진폭을 선형 제어할 수 없고, 진폭 변조가 가능한 범위로부터 이와 같은 선형 제어할 수 없는 범위(도 8의 예에서는, 인가 전압이 2V 이하의 범위)가 제외되는 경우가 있다.
또한, 본 실시예에 관한 입체 화상 표시 장치에 사용되는 표시 디바이스(20A)의 종류에 따라, 각 화소에서 투과하는 조사광의 진폭 투과율을, O.1 단위(진폭 변조의 정밀도)로 변경 가능한 경우도 있고, O.01 단위(진폭 변조의 정밀도)로 변조 가능한 경우도 있다.
또한, 본 실시예에 관한 입체 화상 표시 장치에 사용되는 제어 화상 최적화부(10)의 성능에 따라, 각 화소에 인가 가능한 전압을 O.1V 단위(진폭 변조의 정밀도)로 변경 가능한 경우도 있고, 0.1V 단위로 변조 가능한 경우도 있다.
여기서, 제어 화상 최적화부(10)는, 진폭 변조가 가능한 범위 외의 진폭의 값을 해에서 제외하도록 하여 제어 화상을 산출하거나, 진폭 변조의 정밀도에 따라 무브 조작에서의 해 변경 폭을 결정함으로써, 최적인 제어 화상을 취득하는데 필요한 계산량을 감소할 수 있다.
또한, 실제로는, 도 8에 나타낸 바와 같이, 표시 디바이스(20A)에 기록되어 있는 진폭형 홀로그램(광 파면의 진폭 분포)(20D)에 의해, 조사광의 진폭이 변조 되는 동시에, 조사광의 위상도 많이 변조된다. 그리고, 도 8은 본 실시예에 관한 입체 화상 표시 장치로 사용되는 표시 디바이스(20A)의 특성의 일례를 나타낸 도면이다.
따라서, 제어 화상 최적화부(10)는, 진폭 변조와 함께 발생하는 위상 변조를 고려하여, 전술한 계산 대상 범위를 산출하도록 구성되어 있어도 된다.
예를 들면, 도 8에 나타내는 표시 디바이스(20A)를 사용한 경우, 인가 전압 에 따라, 각 화소를 투과하는 조사광의 굴절각이 변경되어, 관찰 영역 A가 작아지는 경우, 전술한 계산 대상 범위를 더욱 작게 할 수 있다.
이상, 본 발명을 실시예에 의해 상세하게 설명하였으나, 당업자에게 있어서는, 본 발명이 본원 명세서 중에 설명한 실시예에 한정되는 것이 아니라는 것을 알 수 있다. 본 발명의 장치는, 특허 청구의 범위의 기재에 의해 정해지는 본 발명의 취지 및 범위를 벗어나지 않고 수정 및 변경 태양으로서 실시할 수 있다. 따라서, 본원의 기재는, 예시 설명을 목적으로 하는 것이며, 본 발명에 대해서 아무런 제한적인 의미를 가지는 것이 아니다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 용장의 계산을 감소하고, 광 파면 제어부(표시 디바이스)에 기록하는 최적의 제어 화상["키노폼(광 파면의 위상 분포)" 또는 "진폭형 홀로그램(광 파면의 진폭 분포)"]을 고속으로 취득하는 것이 가능한 입체 화상 표시 장치 및 입체 화상 표시 방법을 제공하는 것이 가능하다.

Claims (8)

  1. 제어 화상을 기록하고 있는 광 파면 제어부에 조명광을 조사함으로써 입체 화상을 표시하는 입체 화상 표시 장치로서,
    상기 광 파면 제어부에 고유한 제약 조건에 기초하여 복수개의 제어 화상 그룹에 대응하는 상기 입체 화상을 각각 산출하고, 상기 제어 화상 그룹 중에서 소정 조건을 만족하는 상기 입체 화상에 대응하는 제어 화상을 선택하며, 선택한 상기 제어 화상을 상기 광 파면 제어부에 기록하는 제어 화상 최적화부를 구비하는 것을 특징으로 하는 입체 화상 표시 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어 화상 최적화부는, 상기 제어 화상의 일부에 대해서 순차적으로 변경 처리를 행함으로써 상기 복수개의 제어 화상 그룹을 생성하고, 상기 변경 처리의 전후의 제어 화상의 차분 정보에 기초하여 상기 입체 화상을 순차적으로 산출하는 것을 특징으로 하는 입체 화상 표시 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어 화상 최적화부는, 상기 제약 조건에 의해 정의되는 계산 대상 범위에서 상기 입체 화상을 산출하는 것을 특징으로 하는 입체 화상 표시 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어 화상은 광 파면의 위상 분포에 의해 구성되고,
    상기 제어 화상 최적화부는, 상기 광 파면 제어부를 구성하는 표시 디바이스에서 위상 변조가 가능한 범위 및 상기 위상 변조의 정밀도에 기초하여, 상기 계산 대상 범위를 산출하는 것을 특징으로 하는 입체 화상 표시 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어 화상 최적화부는, 추가로 상기 위상 변조와 함께 발생하는 진폭 변조를 고려하여, 상기 계산 대상 범위를 산출하는 것을 특징으로 하는 입체 화상 표시 장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 제어 화상은 광 파면의 진폭 분포에 의해 구성되고,
    상기 제어 화상 최적화부는, 상기 광 파면 제어부를 구성하는 표시 디바이스에서 진폭 변조가 가능한 범위 및 상기 진폭 변조의 정밀도에 기초하여, 상기 계산 대상 범위를 산출하는 것을 특징으로 하는 입체 화상 표시 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어 화상 최적화부는, 추가로 상기 진폭 변조와 함께 발생하는 위상 변조를 고려하여, 상기 계산 대상 범위를 산출하는 것을 특징으로 하는 입체 화상 표시 장치.
  8. 제어 화상을 기록하고 있는 광 파면 제어부에 조명광을 조사함으로써 입체 화상을 표시하는 입체 화상 표시 방법으로서,
    상기 광 파면 제어부에 고유한 제약 조건에 기초하여 복수개의 제어 화상 그룹에 대응하는 상기 입체 화상을 각각 산출하는 공정,
    상기 제어 화상 그룹 중 소정 조건을 만족시키는 상기 입체 화상에 대응하는 제어 화상을 선택하는 공정, 및
    선택한 상기 제어 화상을 상기 광 파면 제어부에 표시하는 공정
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 입체 화상 표시 방법.
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