KR20070000502A - 광 파면 제어 패턴 생성 장치 및 광 파면 제어 패턴 생성방법 - Google Patents

광 파면 제어 패턴 생성 장치 및 광 파면 제어 패턴 생성방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 관한 광 파면 제어 패턴 생성 장치(1)는, 재생 이미지 표시부(30)에 표시된 재생 이미지를 검지하는 재생 이미지 검지부(40), 재생 이미지 검지부(40)에 의해 검지된 재생 이미지에 대한 평가를 행하고, 그 평가 결과가 소정 조건을 만족시키도록 광 파면 제어 패턴에 대하여 변경 처리를 행함으로써, 최적의 광 파면 제어 패턴을 생성하는 최적화부(50)를 구비한다.

Description

광 파면 제어 패턴 생성 장치 및 광 파면 제어 패턴 생성 방법{OPTICAL WAVEFRONT CONTROL PATTERN GENERATING APPARATUS AND OPTICAL WAVEFRONT CONTROL PATTERN GENERATING METHOD}
본 발명은, 광 파면 제어 패턴을 기록하고 있는 광 파면 제어부에 조명광을 조사함으로써 재생 이미지 표시부에 재생 이미지를 표시하는 이미지 재생 시스템에서, 광 파면 제어부에 기억할 최적의 광 파면 제어 패턴을 생성하는 광 파면 제어 패턴 생성 장치 및 광 파면 제어 패턴 생성 방법에 관한 것이다.
종래, 광 파면 제어 패턴(홀로그램)을 기록하고 있는 광 파면 제어부에 조명광을 조사함으로써 재생 이미지 표시부에 재생 이미지를 표시하는 기술로서 "홀로그래피"가 알려져 있다.
홀로그래피는, 광 파면 제어부에 기억되어 있는 광 파면 제어 패턴을 사용하여, 조명광의 위상 또는 진폭 중 적어도 한쪽을 제어함으로써, 물체 광의 광 파면 자체를 재현하는 기술이다.
또한, 종래에는 조합 최적화 문제를 해결하기 위한 근사 해법으로서 "시뮬레이티드 어닐링(Simulated Annealing)"법이 알려져 있다.
"시뮬레이티드 어닐링"법은, 어느 해(解)를 다른 해로 변경하는 조작[무브(Move) 조작]을 반복 수행함으로써, 해 공간을 탐색하여 최적 해를 얻는 확률적 탐색 방법이다.
"시뮬레이티드 어닐링"법에서는, 무브(Move) 조작에 의해 해의 평가값 E가 향상되는 경우(즉, 해가 개량되는 경우), 이와 같은 무브(Move) 조작을 채용하고, 무브(Move) 조작 후의 해를 새로운 해로 한다.
한편, "시뮬레이티드 어닐링"법에서는, 무브(Move) 조작에 의해 해의 평가 E가 악화되는 경우[즉, 해가 개악(改惡)되는 경우], "온도"라고 하는 파라미터 값 T(이하, 온도 파라미터 값 T)와 개악량 ΔE에 기초하여 산출되는 채용 확률 P(=exp(-ΔE /T))에 의해, 이와 같은 무브(Move) 조작을 채용할 것인지 여부에 대하여[즉, 무브(Move) 조작 후의 해를 무브(Move) 조작 전의 해로 되돌려야할 것인지 여부에 대하여] 결정한다.
이러한 "시뮬레이티드 어닐링"법에서는, 알고리즘 전체를 통해서, 충분히 높은 온도에서 충분히 낮은 온도까지 충분한 시간 동안 서서히 온도 파라미터 값을 저하시켜 감으로써, 개악의 무브(Move) 조작의 채용 확률을 제어하고, 국소적인 최적 해를 산출하는 것을 방지할 수 있다.
최근, 홀로그래피의 분야에 있어서, 컴퓨터에 의한 계산으로 홀로그램(광 파면 제어 패턴)을 합성하는 컴퓨터 합성 홀로그램(CGH: Computer Generated Hologram) 중, 특히 진폭이 일정하며, 위상만 분포되어 있는 것을 가정하는 "키노폼"의 최적화에, "시뮬레이티드 어닐링"법을 사용하는 방법이 제안되고 있다(예를 들면, 비특허 문헌 1 참조).
또한, "시뮬레이티드 어닐링"법의 성질상, 몇 번이라도 수행할 필요가 있는 해의 평가에 관한 계산량을 감소시키기 위해, 무브(Move) 조작 전의 해와의 차분 정보에 기초하여 무브(Move) 조작 후의 해를 계산하는 방법도 제안되고 있다(예를 들면, 비특허 문헌 2 참조).
이와 같은 방법을 사용함으로써, 종래의 화상 사이즈 N(=Nx×Ny)에 대해서 "O(NlogN)"의 계산량을 필요로 했던 재생 이미지의 평가에 관한 계산량이 "O(N)"으로 감소된다. 그리고, "0(NlogN)"의 계산량은, NlogN의 오더(order; 복잡도)의 계산량을 의미하고, "0(N)" 계산량은 N의 오더(order)의 계산량을 의미한다.
(비특허 문헌 1) Nobukazu Yoshikawa, Toyohiko Yatagai의,「Phase optimization of a kinoform by Simulated Annealing」, APPLIED OPTICS Vol.33, No.5 제863 페이지 내지 제868 페이지, 1994년.
(비특허 문헌 2) Yen-Wei Chen, Shinichiro Yamauchi, Ning Wang, Zensho Nakao의,「A Fast Kinoform Optimization Algorithm Based on Simulated Annealing」, IEICE TRANS. FUNDAMENTALS, VOL.E 83-A, No.4, 2000년 4월, 제774 페이지 내지 제776 페이지.
그러나, 종래의 비특허 문헌 2와 같이, 무브(Move) 조작 전의 해와의 차분 정보에 기초하여 무브(Move) 조작 후의 해를 계산하는 방법에 있어서, 개개의 무브(Move) 조작 후의 해의 계산량을 선형 오더까지 감소시킬 수 있다고 해도, 홀로그램의 사이즈의 증가에 따라 계산량이 증대한다는 근본적인 문제를 해결할 수는 없다.
또한, 종래의 컴퓨터기 합성 홀로그램을 사용하는 홀로그래피에서는, 홀로그램을 기록하는 광파면 제어 디바이스의 특성이나, 각 기기의 배치에 전혀 이상이 없이 각 기기가 이상적으로 수행한다는 가정하에서 계산을 행하기 때문에, 광 파면 제어 디바이스의 특성이 예측하고 있던 것과 상이할 경우나, 실제의 기기에 존재하는 미소한 개체차 등의 원인에 의해, 재생 이미지에 노이즈가 확인되는 경우가 있고, 컴퓨터 시뮬레이션에 의해 계산된 재생 이미지와, 컴퓨터 합성 홀로그램을 실제의 이미지 재생 시스템(광학 시스템)에 내장하여 재생된 재생 이미지가, 반드시 동일하다고는 할 수 없는 문제점이 있다.
특히, 키노폼을 사용하는 홀로그래피에서는, 홀로그램 면상에서의 광의 진폭이 일정하다고 가정하였으나, 실제의 광 파면 제어 디바이스에서는, 반드시 위상만을 변조하지 못하고, 광의 진폭도 어느 정도는 변조되므로, 재생 이미지에서의 노이즈 문제는 보다 현저한 것으로 된다.
이러한 문제점은, 이상적인 조건에서 컴퓨터 합성 홀로그램을 근사(近似)적으로 구하는 것에 기인하여 발생하는 것이다. 따라서, 더 상세한 환경 데이터나 실제로 사용되는 각 기기의 데이터를 고려하여, 컴퓨터 합성 홀로그램을 더 세밀하게 계산함으로써, 재생 이미지에서의 노이즈를 감소시키는 것이 가능하다고 생각할 수 있다.
그러나, 현실의 세계에서 발생하는 재생 이미지에서의 노이즈의 원인을 엄밀하게 추구하고, 그 요소를 컴퓨터에서 취급할 수 있도록 모델화하는 것은, 매우 곤란하고 비현실적이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 관한 광 파면 제어 패턴 생성 장치의 기능 블록도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 관한 광 파면 제어 패턴 생성 장치의 모형도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 관한 광 파면 제어 패턴 생성 장치의 최적화부의 기능 블록도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 관한 광 파면 제어 패턴 생성 장치의 동작을 나타내는 플로차트이다.
도 5의 (a) 및 (b)는 본 발명의 제2 실시예에 관한 광 파면 제어 패턴 생성 장치에 대하여 설명하기 위한 도면이다.
그래서, 본 발명은, 이상의 문제점을 감안하여 이루어진 것이며, 소프트웨어에서는 사실상 해결 불가능한 것이라 할 수 있는 노이즈 문제를, 하드웨어를 사용하여 처리함으로써 해결하고, 원하는 재생 이미지를 더 고속으로 또는 더 정확하게 얻을 수 있는 광 파면 제어 패턴 생성 장치 및 광 파면 제어 패턴 생성 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 제1 특징은, 광 파면 제어 패턴을 기록하고 있는 광 파면 제어부에 대해서 조명광을 조사함으로써 재생 이미지 표시부에 재생 이미지를 표시하는 이미지 재생 시스템에서, 광 파면 제어부에 기억할 최적의 광 파면 제어 패턴을 생성하는 광 파면 제어 패턴 생성 장치로서, 재생 이미지 표시부에 표시된 재생 이미지를 검지하는 재생 이미지 검지부; 및 재생 이미지 검지부에 의해 검지된 재생 이미지에 대한 평가를 행하고, 평가 결과가 소정 조건을 만족시키도록 광 파면 제어 패턴에 대하여 변경 처리를 행함으로써, 최적의 광 파면 제어 패턴을 생성하는 최적화부를 포함하는 것을 요지로 한다.
본 발명의 제1 특징에 있어서, 최적화부는, 광 파면 제어 패턴에 대하여 변경 처리를 행하고, 변경 처리를 행한 광 파면 제어 패턴에 대응하는 재생 이미지의 평가값을 산출하며, 평가값에 기초하여 변경 처리를 수행한 광 파면 제어 패턴을 채용할 것인지 여부에 대하여 판정하는 것을 반복함으로써, 최적의 광 파면 제어 패턴을 생성하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 제1 특징에 있어서, 최적화부는, 변경 처리의 전후의 재생 이미지의 평가값의 차분 정보에 기초하여, 변경 처리를 행한 광 파면 제어 패턴을 채용할 것인지 여부에 대하여 판정하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 제1 특징에 있어서, 최적화부는, 차분 정보 및 반복 파라미터 값에 의해 결정되는 채용 확률에 기초하여, 변경 처리를 행한 광 파면 제어 패턴을 채용할 것인지 여부에 대하여 판정하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 제1 특징에 있어서, 최적화부는, 소정의 반복 파라미터 값에서 재생 이미지의 평가값이 수속(收束)할 때까지, 변경 처리, 평가값의 산출, 및 판정을 반복하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 제1 특징에 있어서, 최적화부는, 소정 범위 내에서, 소정의 반복 파라미터 값을 변경하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 제1 특징에 있어서, 광 파면 제어부는, 기록하고 있는 광 파면 제어 패턴에 의해, 조명광의 진폭 또는 위상 중 적어도 한쪽을 변조할 수 있는 광 파면 제어 디바이스를 포함하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 제1 특징에 있어서, 재생 이미지 검지부는, 조명광의 진폭 또는 위상 중 적어도 한쪽이 변조된 재생광에 의해 재생 이미지 표시부에 표시된 재생 이미지를 검지할 수 있는 센서를 포함하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 제1 특징에 있어서, 최적화부는, 센서에 의해 검지된 재생 이미지에 기초하여, 재생 이미지를 평가하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 제1 특징에 있어서, 재생 이미지 검지부는, 조명광의 진폭 또는 위상 중 적어도 한쪽이 변조된 재생광에 의해 재생 이미지 표시부에 표시된 재생 이미지를 검지할 수 있는 복수 개의 센서를 포함하고, 최적화부는, 복수 개의 센서에 의해 검지된 복수 개의 재생 이미지에 기초하여, 재생 이미지를 평가하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 제2 특징은, 광 파면 제어 패턴을 기록하고 있는 광 파면 제어부에 대해서 조명광을 조사함으로써 재생 이미지 표시부에 재생 이미지를 표시하는 이미지 재생 시스템에서, 광 파면 제어부에 기억할 최적의 광 파면 제어 패턴을 생성하는 광 파면 제어 패턴 생성 방법으로서, 재생 이미지 표시부에 표시된 재생 이미지를 검지하는 공정; 재생 이미지를 검지하는 공정에 의해 검지된 재생 이미지에 대한 평가를 행하는 공정; 및 평가 결과가 소정 조건을 만족시키도록 광 파면 제어 패턴에 대하여 변경 처리를 행함으로써, 최적의 광 파면 제어 패턴을 생성하는 공정을 포함하는 것을 요지로 한다.
(본 발명의 제1 실시예에 관한 광 파면 제어 패턴 생성 장치의 구성)
도 1 내지 도 3을 참조하여, 본 발명의 제1 실시예에 관한 광 파면 제어 패턴 생성 장치(1)의 구성을 설명한다. 본 실시예에 관한 광 파면 제어 패턴 생성 장치(1)는, 광 파면 제어 패턴을 기록하고 있는 광 파면 제어부(20)에 조명광(2)을 조사함으로써 재생 이미지 표시부(30)에 재생 이미지를 표시하는 이미지 재생 시스템 A에서, 광 파면 제어부(20)에 기억할 최적의 광 파면 제어 패턴을 생성하는 것이다.
도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 본 실시예에 관한 광 파면 제어 패턴 생성 장치(1)는, 조명광 조사부(10), 광 파면 제어부(20), 재생 이미지 표시부(30), 재생 이미지 검지부(40), 및 최적화부(50)를 구비하고 있다.
조명광 조사부(10)는, 광 파면 제어부(20)의 광 파면 제어 디바이스에 표시된 광 파면 제어 패턴(홀로그램)에 조명광을 조사한다.
광 파면 제어부(20)는, 최적화부(50)로부터 송신된 광 파면 제어 패턴을 기록하며, 이러한 광 파면 제어 패턴을 광 파면 제어 디바이스에 표시한다.
재생 이미지 표시부(30)는, 광 파면 제어부(20)로부터 전달된 재생광(3)에 기초하여, 재생 이미지를 표시한다.
본 실시예에 관한 광 파면 제어 패턴 생성 장치(1)에서의 이미지 재생 시스템 A에서는, 광 파면 제어 디바이스 상에 표시되어 있는 광 파면 제어 패턴의 각 화소에 의해, 조명광 조사부(10)로부터 조사된 조명광(2)의 진폭 또는 위상 중 적어도 한쪽이 변조되어 재생광(3)으로 되고, 이와 같은 재생광(3)이 진행 방향을 변경하면서 재생 이미지 표시부(30)에 도달함으로써 재생 이미지가 표시된다.
재생 이미지 검지부(40)는, 재생 이미지 표시부(30)에 표시된 재생 이미지를 검지한다. 구체적으로, 재생 이미지 검지부(40)는, 조명광(2)의 진폭 또는 위상 중 적어도 한쪽이 변조된 재생광(3)에 의해 재생 이미지 표시부(30)에 표시된 재생 이미지를 검지할 수 있는 센서를 구비한다.
예를 들면, 재생 이미지 검지부(40)는, 센서로서 CCD 카메라를 사용하는 경우, 재생 이미지 표시부(30)에 표시된 재생 이미지를 CCD 카메라에 의해 촬영하고, 촬영한 재생 이미지를 디지털 데이터화한 재생 이미지 데이터를, 최적화부(50)에 송신한다.
최적화부(50)는, 재생 이미지 검지부(40)에 의해 검지된 재생 이미지에 대한 평가를 행하고, 이 평가 결과가 소정 조건을 만족시키도록 광 파면 제어 패턴에 대하여 변경 처리를 행함으로써, 최적의 광 파면 제어 패턴을 생성한다.
즉, 최적화부(50)는, 전술한 센서에 의해 검지된 재생 이미지를 디지털 데이터화한 재생 이미지 데이터에 기초하여, 재생 이미지 표시부(30)에 표시된 재생 이미지를 평가하도록 구성되어 있다.
구체적으로, 최적화부(50)는, "시뮬레이티드 어닐링"법을 사용하여, 최적의 광 파면 제어 패턴을 생성하도록 구성되어 있어도 된다.
즉, 최적화부(50)는, 광 파면 제어 패턴[무브(Move) 조작 전의 해]에 대해서 변경 처리[무브(Move) 조작]를 행하고, 변경 처리[무브(Move) 조작]를 행한 광 파면 제어 패턴[무브(Move) 조작 후의 해]에 대응하는 재생 이미지의 평가값 E를 산출하며, 산출된 평가값 E에 기초하여, 변경 처리[무브(Move) 조작]를 행한 광 파면 제어 패턴[무브(Move) 조작 후의 해]을 채용할 것인지 여부에 대하여 판정하는 것을 반복함으로써, 최적의 광 파면 제어 패턴을 생성하도록 구성되어 있어도 된다.
또한, 최적화부(50)는, 변경 처리[무브(Move) 조작]의 전후의 재생 이미지의 평가값 E의 차분 정보 ΔE에 기초하여, 변경 처리[무브(Move) 조작]를 행한 광 파면 제어 패턴[무브(Move) 조작 후의 해]을 채용할 것인지 여부에 대하여 판정하도록 구성되어 있어도 된다.
또한, 최적화부(50)는, 차분 정보 ΔE 및 반복 파라미터 값(온도 파라미터 값 T)에 의해 결정되는 채용 확률 P에 기초하여, 변경 처리[무브(Move) 조작]를 행한 광 파면 제어 패턴[무브(Move) 조작 후의 해]을 채용할 것인지 여부에 대하여 판정하도록 구성되어 있어도 된다.
또한, 최적화부(50)는, 소정의 반복 파라미터 값(온도 파라미터 값 T)에서 재생 이미지의 평가값 E가 수속(收束)할 때까지, 변경 처리[무브(Move) 조작], 평가값 E의 산출, 및 전술한 판정을 반복하도록 구성되어 있어도 된다.
또한, 최적화부(50)는, 소정 범위(충분한 고온에서 충분한 저온까지의 범위)에서, 전술한 반복 파라미터 값(온도 파라미터 값 T)을 변경하도록 구성되어 있어도 된다. 여기서, 최적화부(50)는, 소정 범위 내의 반복 파라미터 값(온도 파라미터 값 T)의 각각에서, 재생 이미지의 평가값 E가 수속할 때까지, 변경 처리[무브(Move) 조작], 평가값 E의 산출, 및 전술한 판정을 반복하도록 구성되어 있어도 된다.
구체적으로, 도 3에 나타낸 바와 같이, 최적화부(50)는, 초기 광 파면 제어 패턴 생성부(51), 재생 이미지 데이터 취득부(52), 평가값 산출부(53), 평가부(54), 최적 광 파면 제어 패턴 보존부(55), 광 파면 제어 패턴 변경부(56), 및 출력부(57)를 구비하고 있다. 그리고, 각 부의 구체적인 기능에 대해서는 후술한다.
(본 실시예에 관한 광 파면 제어 패턴 생성 장치의 동작)
이하, 도 4를 참조하여, 본 실시예에 관한 광 파면 제어 패턴 생성 장치의 동작에 대하여 설명한다.
구체적으로, 본 실시예에 관한 광 파면 제어 패턴 생성 장치의 최적화부(50)가, "시뮬레이티드 어닐링"법을 사용하여, 재생 이미지 표시부(30)에 재생 이미지를 표시하기 위해 광 파면 제어부(20)의 광 파면 제어 디바이스 상에 표시하는 최적의 광 파면 제어 패턴(홀로그램)을 생성하는 동작에 대하여 설명한다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 단계 S1001에서, 최적화부(50)의 초기 광 파면 제어 패턴 생성부(51)가, 초기 광 파면 제어 패턴(광 파면 제어 패턴의 초기해) A0를 생성한다.
예를 들면, 광 파면 제어 디바이스로서 액정 패널이 사용되고, 액정 패널에 비추어지는 256 계조 그레이 스케일 화상에 의해 조명광(2)의 진폭을 변조하여 재생 이미지를 표시하는 방식이 사용되는 경우, 초기 광 파면 제어 패턴 생성부(51)는, 액정 패널 상의 그레이 스케일 화상의 각 화소에 대해서 0 내지 255의 랜덤 값을 할당하는 것에 의하여, 초기 광 파면 제어 패턴 A0를 생성한다.
이러한 초기 광 파면 제어 패턴 A0의 생성 처리(단계 S1001)에서는, 화소수를 "N"이라 하면, 모든 화소의 값을 결정할 필요가 있기 때문에, 계산량은 "O(N)"이 된다.
여기서, 반드시 초기 광 파면 제어 패턴 A0가 랜덤 값일 필요는 없다. 왜냐하면, 초기 광 파면 제어 패턴 A0를 어떠한 값으로 채용해도, 실험 개시 직후의 고온 상태(온도 파라미터 값 T가 큰 상태)에서는, 해를 개악(改惡)으로 하는 무브(Move) 조작도 대략 100% 채용되기 때문에, 충분한 고온 상태에서 "시뮬레이티드 어닐링"법에 따르는 계산을 충분히 행함으로써, 랜덤인 초기해를 생성하는 것과 같은 효과를 얻을 수 있어, 최종적으로 얻어지는 해의 성능을 악화시키지 않기 때문이다.
단계 S1002에서, 최적화부(50)의 출력부(57)는, 초기 광 파면 제어 패턴 생성부(51)에 의해 생성된 초기 광 파면 제어 패턴 A0를 광 파면 제어부(20)에 출력한다.
또한, 단계 S1002에서, 최적화부(50)의 출력부(57)는, 광 파면 제어 패턴 변경부(56)에 의해 변경된 광 파면 제어 패턴 Ai를 광 파면 제어부(20)에 출력한다.
단계 S1003에서는, 조명광 조사부(10)에 의해 조사된 조명광(2)이, 광 파면 제어부(20)의 광 파면 제어 디바이스에 표시된 광 파면 제어 패턴(A0 또는 Ai)에 의해 변조되어 재생광(2)으로 되고, 재생 이미지 표시부(30)가 이러한 재생광(2)에 따라 재생 이미지를 표시한다.
그리고, 재생 이미지 검지부(40)가, 재생 이미지 표시부(30)에 표시된 재생 이미지를 CCD 카메라로 촬영하고, 촬영된 재생 이미지를 디지털화하며, 최적화부(50)의 재생 이미지 데이터 취득부(52)가, 디지털화된 재생 이미지 데이터를 재생 이미지 검지부(40)로부터 취득한다.
단계 S1004a에서, 최적화부(50)의 평가값 산출부(53)는, 취득한 재생 이미지 데이터와, 미리 입력되어 있는 목표 이미지를 디지털화한 목표 이미지 데이터를 비교하고, 재생 이미지 표시부(30)에 표시된 재생 이미지가 목표 이미지에 얼마나 가까운지를 나타낸 재생 이미지의 평가값 E(초기 광 파면 제어 패턴 A에 대응하는 재생 이미지의 평가값 E)를 산출한다.
예를 들면, 평가값 산출부(53)는, 목표 이미지의 각 좌표에서의 휘도와 재생 이미지의 각 좌표에서의 휘도의 차의 절대값을, 전체 좌표에 대하여 가산함으로써, 재생 이미지의 평가값 E를 산출하도록 구성되어 있어도 된다. 이러한 경우, 목표 이미지 데이터 및 재생 이미지 데이터에는, 재생 이미지 및 목표 이미지의 각 좌표에서의 광의 밝기가, 예를 들면, 256 계조의 값에 의해 디지털화되어 기록되어 있는 것으로 한다.
그리고, 목표 이미지 데이터로서, 종래의 디지털 카메라 등을 사용하여 목표이미지를 촬영한 실사 화상 데이터를 채용할 수 있다. 이러한 경우, 실사 이미지를 재생할 수 있는 "실사 홀로그램"의 작성이 가능해져, 본 발명을 홀로그램 카메라에 응용할 수 있다.
최적화부(50)의 평가부(54)는, 산출된 재생 이미지의 평가값 E에 기초하여, 이와 같은 재생 이미지에 대응하는 광 파면 제어 패턴이, 개량되었는지 여부에 대하여 판단한다. 개량되었다고 판단된 경우(단계 S1004a에서의 "예"의 경우), 본 동작은 단계 S1004b로 진행하고, 개량되지 않았다고 판단된 경우(단계 S1004a에서의 "아니오"의 경우), 본 동작은 단계 S1006으로 진행한다.
예를 들면, 평가부(54)는, 광 파면 제어 패턴의 변경 처리 전후의 재생 이미지의 평가값의 차분 정보 ΔE = E(Ai)-E(Ai -1)를 산출하고, ΔE < 0인 경우, 광 파면 제어 패턴 Ai가 개량되었다고 평가하고, ΔE < 0이 아닌 경우, 광 파면 제어 패턴 Ai가 개악되었다고 평가한다.
평가부(54)는, 단계 S1004b에서, 이와 같은 광 파면 제어 패턴 Ai가, 최적 광 파면 제어 패턴 보존부(55)에 보존되어 있는 최적 광 파면 제어 패턴과 비교하여, 개량되었는지 여부에 대하여 판단한다. 개량되었다고 판단된 경우(단계 S1004b에의 "예"의 경우), 본 동작은 단계 S1005로 진행하고, 개량되지 않았다고 판단된 경우(단계 S1004b에서의 "아니오"의 경우), 본 동작은 단계 S1009로 진행한다.
평가부(54)는, 단계 S1005에서, 이와 같은 광 파면 제어 패턴 Ai를, 최적의 광 파면 제어 패턴으로서 최적 광 파면 제어 패턴 보존부(55)에 보존한다.
즉, 단계 S1005에서, 평가부(54)는, 이와 같은 광 파면 제어 패턴 Ai를, 현재까지의 검색 범위에서의 최적의 광 파면 제어 패턴으로서 채용한 것으로 판정한다.
그리고, 평가부(54)는, 초기 광 파면 제어 패턴 A0에 대해서는, 전술한 판단을 수행하지 않고, 최적의 광 파면 제어 패턴으로서 최적 광 파면 제어 패턴 보존부(55)에 보존한다.
한편, 평가부(54)는, 단계 S1006에서, 이하의 식 1을 사용하여, 광 파면 제어 패턴 Ai를 산출한 국소 변경 처리[무브(Move) 조작]를 채용하는 확률을 나타낸 채용 확률 P를 산출한다.
P = exp(-ΔE/T)
여기서, T는 온도 파라미터 값을 나타낸다.
단계 S1007에서, 평가부(54)는, 산출한 채용 확률 P에 기초하여, 광 파면 제어 패턴 Ai를 산출한 국소 변경 처리를 채용할 것인지 여부에 대하여 결정한다.
평가부(54)는, 이와 같은 국소 변경 처리를 채용한다고 결정한 경우, 단계 S1009의 동작을 수행하고, 이와 같은 국소 변경 처리를 채용하지 않는다고 결정한 경우, 단계 S1008의 동작을 수행한다.
단계 S1008에서, 광 파면 제어 패턴 변경부(46)는, 광 파면 제어 패턴 Ai를 전술한 국소 변경 처리 전의 광 파면 제어 패턴 Ai -1로 되돌린다.
단계 S1009에서, 평가부(54)는, 현재의 온도 파라미터 값 T에서, 광 파면 제어 패턴 Ai에 대응하는 재생 이미지의 평가값 Ei가 수속하고 있는지 여부에 대하여 판정한다.
구체적으로, 평가부(54)는, 온도 파라미터 값 T에 기초하는 광 파면 제어 패턴 Ai의 산출에 있어서, 충분한 횟수의 국소 변경 처리를 행하고 있는지 아닌지에 대하여 판정한다. 그리고, 이와 같은 판정은, 종래의 "시뮬레이티드 어닐링"법에서의 판정과 마찬가지의 방법에 따라 행해진다.
평가부(54)는, 이와 같은 재생 이미지의 평가값 Ei가 수속하고 있다고 판정된 경우, 단계 S1101의 동작을 수행하고, 이와 같은 재생 이미지의 평가값 E가 수속하고 있지 않다고 판정된 경우, 단계 S1010의 동작을 수행한다.
단계 S1011에서, 평가부(54)는 온도 파라미터 값 T를 갱신한다.
단계 S1012에서, 평가부(54)는, 소정 범위의 온도 파라미터 값 T에서, 광 파면 제어 패턴 Ai에 대응하는 재생 이미지의 평가값 Ei가 수속하고 있는지 여부에 대하여 판정한다.
구체적으로, 평가부(54)는, 온도 파라미터 값 T가 충분히 낮은 값으로 감소했는지 아닌지에 대하여, 즉 충분한 횟수의 국소 변경 처리를 행하고 있는지 아닌지에 대하여 판정한다. 그리고, 이와 같은 판정은, 종래의 "시뮬레이티드 어닐링"법에서의 판정과 마찬가지의 방법에 따라 행해진다.
본 동작은, 충분한 횟수의 국소 변경 처리가 수행되고 있다고 판정된 경우, 단계 S1013으로 진행하고, 충분한 횟수의 국소 변경 처리가 수행되지 않는다고 판정된 경우, 단계 S1010으로 진행한다.
단계 S1010에서, 최적화부(50)의 광 파면 제어 패턴 변경부(46)는, 이러한 광 파면 제어 패턴 Ai에 대해서 국소 변경 처리를 실시한다. 여기서, 국소 변경 처리는, 전술한 액정 패널 상의 그레이 스케일 화상의 1화소의 값을, 0 내지 255의 랜덤 값으로 변경하는 처리로서 정의할 수 있다.
단계 S1013에서, 최적화부(50)의 출력부(57)는, 최적 광 파면 제어 패턴 보존부(55)에 보존되어 있는 광 파면 제어 패턴을, 최적의 광 파면 제어 패턴으로서 출력한다.
(본 실시예에 관한 광 파면 제어 패턴 생성 장치에서의 동작 속도의 검증)
이하, 본 실시예에 관한 광 파면 제어 패턴 생성 장치에서의 동작 속도에 대하여 검증한다. 구체적으로, 본 실시예에 관한 광 파면 제어 패턴 생성 장치에서의 동작 속도와 종래 기술에서의 동작 속도를 비교한다. 여기서, 홀로그램의 크기는, 128×128인 것으로 한다.
종래 기술로서, 비특허 문헌 2에 나타낸 바와 같이, 600MHz의 듀얼(Dual) CPU를 갖는 워크스테이션에, 무브(Move) 조작 전후의 해(解)의 차분 정보에 기초하는 "시뮬레이티드 어닐링"법을 사용하여 푸리에 변환 키노폼을 최적화하는 방법을 실장하고, 해의 평가에 고속 푸리에 변환을 사용하는 예를 채용한다.
이와 같은 종래 기술에서는, 실험의 결과, 1초 동안 평균 40회의 재생 이미지의 평가를 행할 수 있다.
한편, 본 실시예에 관한 광 파면 제어 패턴 생성 장치에서는, 1회의 재생 이미지의 평가에 관한 계산 시간의 병목으로 되는 것으로서, 이하의 공정 등이 고려된다.
(A) 최적화부(50)가 광 파면 제어부(20)에 광 파면 제어 패턴을 기억시키는 공정,
(B) 재생 이미지 검지부(예컨대, CCD 카메라)(40)가, 재생 이미지 표시부(30)에 표시된 재생 이미지를 촬영하여, 재생 이미지 데이터로 변환하는 공정,
(C) 최적화부(50)가, 재생 이미지 데이터와 목표 이미지 데이터에 기초하여, 재생 이미지의 평가값 E를 산출하는 공정,
(D) 최적화부(50)가, 무브(Move) 조작 전후에서의 재생 이미지의 평가값의 차분 정보 ΔE 또는 온도 파라미터 값 T에 기초하여, 해당 무브(Move) 조작을 채용할 것인지 여부에 대하여 판정하는 공정.
일반적으로, 하드웨어의 성능에 의해 정해지는 공정 (A) 및 공정 (B)는, 매초 60회 이상 실행되어 얻어진다고 생각할 수 있다.
또한, 공정 (D)에 대해서는, 600MHz의 듀얼(Dual) CPU를 갖는 워크스테이션을 사용하면, 매초 60회 이상 실행할 수 있다고 고려된다.
또한, 공정 (C)는, 재생 이미지 데이터의 각 화소와 목표 이미지 데이터의 각 화소의 차분을 계산한 후, 그 총 합계를 산출하는 동작이므로, FPGA 등을 사용하여 전용의 하드웨어로 병렬로 계산할 수 있도록 하는 것에 의하여, 일반 컴퓨터로 통상 처리하는 것에 비해, 고속으로 처리할 수 있기 때문에, 공정 (C)를 매초 60회 이상 실행하는 것이 가능하다고 생각할 수 있다.
이상과 같이, 본 실시예에 관한 광 파면 제어 패턴 생성 장치를 사용함으로써, 종래 기술에 비해, 최적의 광 파면 제어 패턴(홀로그램)을 고속으로 작성하는 것이 가능해진다.
(본 실시예에 관한 광 파면 제어 패턴 생성 장치에서의 작용 및 효과)
본 실시예에 관한 광 파면 제어 패턴 생성 장치에 의하면, 예컨대 CCD 카메라 등의 재생 이미지 검지부(40)가, 실제로 재생 이미지 표시부(30)에 표시된 재생 이미지를 검지하고, 최적화부(50)가, 검지된 재생 이미지를 평가함으로써, 최적의 광 파면 제어 패턴을 생성하기 때문에, 소프트웨어로서는 사실상 해결 불가능하다고 할 수 있는 노이즈 문제를 가능한 해결하고, 원하는 재생 이미지를 더 고속으로 또는 더 정확하게 얻을 수 있다.
구체적으로, 본 실시예에 관한 광 파면 제어 패턴 생성 장치에 의하면, 실제의 이미지 재생 시스템(광학 시스템) A에서 얻어진 재생 이미지를 사용하여 최적의 광 파면 제어 패턴(홀로그램)을 생성하기 때문에, 이상적인 조건에서 생성된 광 파면 제어 패턴을 실제의 이미지 재생 시스템 A에 적용한 경우에 발생할 가능성이 있는 노이즈를 감소시키는 것이 가능해진다.
본 실시예에 관한 광 파면 제어 패턴 생성 장치에, "시뮬레이티드 어닐링"법을 사용하여, 최적의 광 파면 제어 패턴(홀로그램)을 생성할 때에 계산 시간이 가장 많이 걸리는 "소정의 홀로그램으로부터 재생 이미지를 산출하는 공정"에 관한 비용을, 조명광(2)을 실제로 변조하여 발생하는 재생 이미지를 CCD 카메라 등의 재생 이미지 검출부(40)를 사용하여 촬영하는 조작을 어떻게 하면 고속으로 행할 수 있는지라고 하는 하드웨어적인 요소에 의한 비용으로 전환할 수 있다.
(본 발명의 제2 실시예에 관한 광 파면 제어 패턴 생성 장치)
도 5를 참조하여, 본 발명의 제2 실시예에 관한 광 파면 제어 패턴 생성 장치에 대하여 설명한다.
도 5의 (a)에 나타낸 바와 같이, 본 실시예에 관한 광 파면 제어 패턴 생성 장치에서는, 광 파면 제어부(20)가, 조명광 조사부(10)에 의해 조사된 조명광의 진폭 또는 위상 중 적어도 한쪽을 변조하도록 구성되어 있다. 또한, 재생 이미지 표시부(30)가, 조명광의 진폭 또는 위상 중 적어도 한쪽이 변조된 재생광(2)에 기초하여, 재생 이미지를 표시하도록 구성되어 있다.
여기서, 재생 이미지 검지부(40)는, 재생 이미지 표시부(30)에 표시된 재생 이미지를 검지할 수 있는 복수 개의 센서(예를 들면, CCD 카메라)를 구비하고 있다. 도 5의 (a)의 예에서는, 재생 이미지 검지부(40)가, 좌측 센서, 중앙 센서, 및 우측 센서를 구비하고 있다.
따라서, 재생 이미지 검지부(40)는, 도 5의 (b)에 나타낸 바와 같이, 다양한 각도에서, 복수 개의 재생 이미지를 촬영할 수 있다.
그 결과, 최적화부(50)는, 복수 개의 센서에 의해 검지된 복수 개의 재생 이미지에 기초하여, 재생 이미지 표시부(30)에 표시된 재생 이미지를 평가하도록 구성되어 있다.
예를 들면, 최적화부(50)는, 재생 이미지 검지부(40)를 구성하는 좌측 센서, 중앙 센서, 및 우측 센서에 의해 각각 촬영된 3개의 재생 이미지에 기초하여, 3차원 영상으로서의 재생 이미지 데이터를 산출하고, 산출한 3차원 영상으로서의 재생 이미지 데이터와, 3차원 영상으로서의 목표 이미지 데이터를 비교함으로써, 최적의 광 파면 제어 패턴을 산출하도록 구성되어 있다.
또한, 본 실시예에서, 최적화부(50)는, 좌측 방향으로부터의 목표 이미지 데이터, 중앙 방향으로부터의 목표 이미지 데이터, 및 우측 방향으로부터의 목표 이미지 데이터를 관리하고 있으며, 이와 같은 목표 이미지 데이터와, 재생 이미지 검지부(40)를 구성하는 좌측 센서, 중앙 센서, 및 우측 센서에 의해 촬영된 3개의 재생 이미지를 디지털 데이터화한 목표 데이터를 각각 비교함으로써, 최적의 광 파면 제어 패턴을 산출하도록 구성되어 있어도 된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 소프트웨어에서는 사실상 해결 불가능하다고 할 수 있는 노이즈 문제를, 하드웨어를 사용하여 처리함으로써 해결하고, 원하는 재생 이미지를 더 고속이며 정확하게 얻을 수 있는 광 파면 제어 패턴 생성 장치 및 광 파면 제어 패턴 생성 방법을 제공할 수 있다.

Claims (11)

  1. 광 파면 제어 패턴을 기록하고 있는 광 파면 제어부에 대해서 조명광을 조사함으로써 재생 이미지 표시부에 재생 이미지를 표시하는 이미지 재생 시스템에서, 상기 광 파면 제어부에 기억할 최적의 광 파면 제어 패턴을 생성하는 광 파면 제어 패턴 생성 장치로서,
    상기 재생 이미지 표시부에 표시된 재생 이미지를 검지하는 재생 이미지 검지부; 및
    상기 재생 이미지 검지부에 의해 검지된 상기 재생 이미지에 대한 평가를 행하고, 상기 평가 결과가 소정 조건을 만족시키도록 상기 광 파면 제어 패턴에 대하여 변경 처리를 행함으로써, 상기 최적의 광 파면 제어 패턴을 생성하는 최적화부
    를 포함하는 광 파면 제어 패턴 생성 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 최적화부는, 상기 광 파면 제어 패턴에 대하여 변경 처리를 행하고, 상기 변경 처리를 행한 광 파면 제어 패턴에 대응하는 재생 이미지의 평가값을 산출하며, 상기 평가값에 기초하여 상기 변경 처리를 행한 광 파면 제어 패턴을 채용할 것인지 여부에 대하여 판정하는 것을 반복함으로써, 상기 최적의 광 파면 제어 패턴을 생성하는, 광 파면 제어 패턴 생성 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 최적화부는, 상기 변경 처리의 전후의 상기 재생 이미지의 평가값의 차분 정보에 기초하여, 상기 변경 처리를 행한 광 파면 제어 패턴을 채용할 것인지 여부에 대하여 판정하는, 광 파면 제어 패턴 생성 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 최적화부는, 상기 차분 정보 및 반복 파라미터 값에 의해 결정되는 채용 확률에 기초하여, 상기 변경 처리를 행한 광 파면 제어 패턴을 채용할 것인지 여부에 대하여 판정하는, 광 파면 제어 패턴 생성 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 최적화부는, 소정의 반복 파라미터 값에서 상기 재생 이미지의 평가값이 수속(收束)할 때까지, 상기 변경 처리, 상기 평가값의 산출, 및 상기 판정을 반복하는, 광 파면 제어 패턴 생성 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 최적화부는, 소정 범위 내에서, 상기 소정의 반복 파라미터 값을 변경하는, 광 파면 제어 패턴 생성 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 광 파면 제어부는, 기록하고 있는 상기 광 파면 제어 패턴에 의해, 상기 조명광의 진폭 또는 위상 중 적어도 한쪽을 변조할 수 있는 광 파면 제어 디바이스를 포함하는, 광 파면 제어 패턴 생성 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 재생 이미지 검지부는, 상기 조명광의 진폭 또는 위상 중 적어도 한쪽이 변조된 재생광에 의해 상기 재생 이미지 표시부에 표시된 상기 재생 이미지를 검지할 수 있는 센서를 포함하는, 광 파면 제어 패턴 생성 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 최적화부는, 상기 센서에 의해 검지된 상기 재생 이미지에 기초하여, 상기 재생 이미지를 평가하는, 광 파면 제어 패턴 생성 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 재생 이미지 검지부는, 상기 조명광의 진폭 또는 위상 중 적어도 한쪽이 변조된 재생광에 의해 상기 재생 이미지 표시부에 표시된 상기 재생 이미지를 검지할 수 있는 복수 개의 센서를 포함하고,
    상기 최적화부는, 상기 복수 개의 센서에 의해 검지된 복수 개의 재생 이미지에 기초하여, 상기 재생 이미지를 평가하는, 광 파면 제어 패턴 생성 장치.
  11. 광 파면 제어 패턴을 기록하고 있는 광 파면 제어부에 대해서 조명광을 조사함으로써 재생 이미지 표시부에 재생 이미지를 표시하는 이미지 재생 시스템에서, 상기 광 파면 제어부에 기억할 최적의 광 파면 제어 패턴을 생성하는 광 파면 제어 패턴 생성 방법으로서,
    상기 재생 이미지 표시부에 표시된 재생 이미지를 검지하는 공정;
    상기 재생 이미지를 검지하는 공정에 의해 검지된 상기 재생 이미지에 대한 평가를 행하는 공정; 및
    상기 평가 결과가 소정 조건을 만족시키도록 상기 광 파면 제어 패턴에 대하여 변경 처리를 행함으로써, 상기 최적의 광 파면 제어 패턴을 생성하는 공정
    을 포함하는 광 파면 제어 패턴 생성 방법.
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