特許 6607489 ホログラムデータ生成装置およびそのプログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6607489

(24)【登録日】2019年11月1日

(45)【発行日】2019年11月20日

(54)【発明の名称】ホログラムデータ生成装置およびそのプログラム

(51)【国際特許分類】

   G03H 1/08 20060101AFI20191111BHJP

   G03H 1/26 20060101ALI20191111BHJP

【ＦＩ】

   G03H1/08

   G03H1/26

【請求項の数】5

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2015-209713(P2015-209713)

(22)【出願日】2015年10月26日

(65)【公開番号】特開2017-83562(P2017-83562A)

(43)【公開日】2017年5月18日

【審査請求日】2018年8月29日

(73)【特許権者】

【識別番号】301022471

【氏名又は名称】国立研究開発法人情報通信研究機構

(74)【代理人】

【識別番号】110001807

【氏名又は名称】特許業務法人磯野国際特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】涌波 光喜

(72)【発明者】

【氏名】市橋 保之

(72)【発明者】

【氏名】佐々木 久幸

(72)【発明者】

【氏名】大井 隆太朗

(72)【発明者】

【氏名】妹尾 孝憲

(72)【発明者】

【氏名】山本 健詞

【審査官】 中村 説志

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００６−３０９０１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１０−５２９４８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１０−５０７８２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１３−５４０２７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０５４０６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−１２３１６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−００８２５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−１９５０１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００５／０１２２５４９（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０３Ｈ １／００− ５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の視点画像からホログラムデータを生成するホログラムデータ生成装置であって、
前記複数の視点画像ごとに位相情報を付加して逆フーリエ変換することで、ホログラム面における要素ホログラム単位の複素振幅分布である視点画像複素振幅分布を生成する視点画像複素振幅分布生成手段と、
前記視点画像複素振幅分布と、前記要素ホログラムで再生される光線の広がり角を制御する補正関数との複素積を計算することで、前記視点画像複素振幅分布を補正した視点画像補正複素振幅分布を生成する補正手段と、
この補正手段で生成された要素ホログラム単位の視点画像補正複素振幅分布を連結し、ホログラム全体の複素振幅分布であるホログラム面複素振幅分布を生成する連結手段と、
前記ホログラム面複素振幅分布と、参照光の複素振幅分布との複素和の２乗を計算することで、干渉縞情報である前記ホログラムデータを生成する干渉縞情報生成手段と、
を備えることを特徴とするホログラムデータ生成装置。

【請求項2】

複数の視点画像からホログラムデータを生成するホログラムデータ生成装置であって、
前記複数の視点画像ごとに位相情報を付加して逆フーリエ変換することで、ホログラム面における要素ホログラム単位の複素振幅分布である視点画像複素振幅分布を生成する視点画像複素振幅分布生成手段と、
前記視点画像複素振幅分布と、前記要素ホログラムで再生される光線の広がり角を制御する補正関数との複素積を計算することで、前記視点画像複素振幅分布を補正した視点画像補正複素振幅分布を生成する補正手段と、
この補正手段で生成された要素ホログラム単位の視点画像補正複素振幅分布と、参照光の複素振幅分布との複素和の２乗を計算することで、前記要素ホログラム単位の干渉縞情報であるホログラムデータを生成する干渉縞情報生成手段と、
を備えることを特徴とするホログラムデータ生成装置。

【請求項3】

前記補正手段は、前記視点画像複素振幅分布に集光レンズまたは拡散レンズの位相情報を付加する補正関数を用いることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のホログラムデータ生成装置。

【請求項4】

前記補正手段は、前記視点画像複素振幅分布に非回折ビームを形成するレンズの位相情報を付加する補正関数を用いることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のホログラムデータ生成装置。

【請求項5】

コンピュータを、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のホログラムデータ生成装置として機能させるためのホログラムデータ生成プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ホログラフィックステレオグラム（Holographic Stereogram：ＨＳ）法により立体映像を表示するためのホログラムデータを生成するホログラムデータ生成装置およびそのプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、３次元映像の記録・再生方式として、ホログラフィ技術が知られている。このホログラフィ技術は、物体から反射してくる光（物体光）と、物体光とは異なる光（参照光）とを干渉させ、その干渉によって形成される縞（干渉縞）を感光媒体に記録する。この干渉縞を記録した感光媒体をホログラムと呼ぶ。すなわち、ホログラムは、３次元映像の情報を２次元平面に記録したものである。

【0003】

このホログラムの生成において、コンピュータを用いて計算によってホログラムに記録するホログラムデータを生成する手法が存在する。このように、コンピュータを用いて計算によって生成、記録されたホログラムは、計算機合成ホログラム（Computer Generated Hologram：以下、ＣＧＨという）と呼ばれる。
このような、ＣＧＨのホログラムデータを生成する手法は種々存在する。例えば、被写体空間を点の集まり、すなわち、物体を点物体の集合であるとみなして、点光源の波面を加算することでホログラムデータを生成する点充填法がある。

【0004】

また、例えば、多数の視点で撮影した２次元画像（視点画像）を光線情報としてホログラム面の小領域で波面変換を行うことで、ホログラムデータを生成するＨＳ法がある（例えば、特許文献１，非特許文献１参照）。
このＨＳ法は、２次元画像に位相情報を付加してフーリエ変換処理を行うことで、ホログラム面における物体光の複素振幅分布を生成する。そして、ＨＳ法は、生成された物体光の複素振幅分布と参照光の複素振幅分布とから、ホログラムデータ（干渉縞情報）を生成する。

【0005】

このように、ＨＳ法は、ホログラム面における複素振幅分布を高速フーリエ変換（Fast Fourier Transform：ＦＦＴ）により計算可能であることから、点充填法に比べ、高速にホログラムデータを生成することができる。また、ＨＳ法は、複数の視点画像のみからホログラムデータを生成することができるため、コンピュータグラフィックス（Computer Graphics：ＣＧ）や、実写データとの親和性が高い。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開平６−１９５０１７号公報

【非特許文献】

【0007】

【非特許文献1】Toyohiko Yatagai，“Stereoscopic approach to 3-D display using computer generated holograms”，APPLIED OPTICS，Vol.15，No.11，November 1976，pp2722-2729

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

従来のＨＳ法は、高速にホログラムデータを生成することができる利点がある一方で、以下に示す問題がある。
ＨＳ法は、再生対象となる物体からの光を高密度な光線情報として取得し、その光線群を再生するためのホログラムを生成する手法である。すなわち、ＨＳ法は、広がり角がない理想的な光線を光線群として再生するホログラムを生成している。

【0009】

しかし、ホログラムにより再生される光線は、現実には、回折に起因する広がりを伴う。例えば、図９に示すように、光線情報がホログラムデータとして記録されるホログラムＨの小領域である要素ホログラムＥＨにおいて再生される物体光Ｏは、ホログラム面から離れるほど、光線幅が大きくなる。すなわち、従来のＨＳ法により生成されたホログラムデータを記録したホログラムによって再生される像は、ホログラム面からの距離に比例して光線幅が大きくなり、観察者Ｍが視認する再生像にボケが発生するという問題がある。

【0010】

また、従来のＨＳ法は、ホログラム面から再生される光を光線群として空間方向および角度方向に離散化しているため、これによっても再生像にボケが発生してしまう。特に、光線の角度方向の離散化と回折による広がりとは密接に関係しており、光線群を高密度に（離散角を小さく）しても回折による広がり角がそれよりも大きければ最終的な再生像のボケは改善しない。よって、回折による光線の広がり角を離散角以下に抑えたり、離散角に近づけたりといった技術が求められている。

【0011】

本発明は、このようなＨＳ法によりホログラムデータを生成する際に、ホログラム面からの光線の広がり角を制御することで、再生像のボケを抑えることが可能なホログラムデータを生成するホログラムデータ生成装置およびそのプログラムを提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0012】

前記課題を解決するため、本発明に係るホログラムデータ生成装置は、複数の視点画像からホログラムデータを生成するホログラムデータ生成装置であって、視点画像複素振幅分布生成手段と、補正手段と、連結手段と、干渉縞情報生成手段と、を備える構成とした。

【0013】

かかる構成において、ホログラムデータ生成装置は、視点画像複素振幅分布生成手段によって、複数の視点画像ごとに位相情報を付加して逆フーリエ変換する。これによって、ホログラムデータ生成装置は、生成対象のホログラムのホログラム面における要素ホログラム単位の複素振幅分布である視点画像複素振幅分布を計算により生成することができる。

【0014】

そして、ホログラムデータ生成装置は、補正手段によって、集光レンズ（凸レンズ）、非回折ビーム（ベッセルビーム）等の要素ホログラムで再生される光線の広がり角を制御する特性を与える関数を補正関数とし、その補正関数と視点画像複素振幅分布との複素積を計算する。これによって、ホログラムデータ生成装置は、集光レンズの特性のように光線の広がりを抑えたり、想定する観察者の観察距離に集光させたり、光線をホログラムから限られた距離において非回折光として広がり角のない光線とするような、補正した複素振幅分布（視点画像補正複素振幅分布）を生成することができる。

【0015】

そして、ホログラムデータ生成装置は、連結手段によって、要素ホログラム単位の視点画像補正複素振幅分布を連結する。これによって、ホログラムデータ生成装置は、ホログラム全体の複素振幅分布であるホログラム面複素振幅分布を生成することができる。

【0016】

そして、ホログラムデータ生成装置は、干渉縞情報生成手段によって、ホログラム面複素振幅分布と参照光の複素振幅分布との複素和の２乗を計算する。これによって、ホログラムデータ生成装置は、ホログラム面に記録するための干渉縞情報であるホログラムデータを生成することができる。

【0017】

また、前記課題を解決するため、本発明に係るホログラムデータ生成装置は、複数の視点画像からホログラムデータを生成するホログラムデータ生成装置であって、視点画像複素振幅分布生成手段と、補正手段と、干渉縞情報生成手段と、を備える構成としてもよい。

【0018】

かかる構成において、ホログラムデータ生成装置は、視点画像複素振幅分布生成手段によって、複数の視点画像ごとに位相情報を付加して逆フーリエ変換する。これによって、ホログラムデータ生成装置は、生成対象のホログラムのホログラム面における要素ホログラム単位の複素振幅分布である視点画像複素振幅分布を計算により生成することができる。

【0019】

そして、ホログラムデータ生成装置は、補正手段によって、集光レンズ（凸レンズ）、非回折ビーム（ベッセルビーム）等の要素ホログラムで再生される光線の広がり角を制御する特性を与える関数を補正関数とし、その補正関数と視点画像複素振幅分布との複素積を計算する。これによって、ホログラムデータ生成装置は、集光レンズの特性のように光線の広がりを抑えたり、想定する観察者の観察距離に集光させたり、光線をホログラムから限られた距離において非回折光として広がり角のない光線とするような、補正した複素振幅分布（視点画像補正複素振幅分布）を生成することができる。

【0020】

そして、ホログラムデータ生成装置は、干渉縞情報生成手段によって、視点画像補正複素振幅分布と参照光の複素振幅分布との複素和の２乗を計算する。これによって、ホログラムデータ生成装置は、要素ホログラム単位で、ホログラム面に記録するための干渉縞情報であるホログラムデータを生成することができる。

【0021】

なお、ホログラムデータ生成装置は、コンピュータを、前記した各手段として機能させるためのホログラムデータ生成プログラムで動作させることができる。

【発明の効果】

【0022】

本発明は、以下に示す優れた効果を奏するものである。
本発明によれば、補正手段によるホログラム面における複素振幅分布の補正により、ホログラムにより再生される光線の広がり角を制御したホログラムデータを生成することができる。
これによって、本発明は、従来のＨＳ法の計算量の少ない特徴を保持しつつ、光線の回折による再生像のボケを抑えることが可能なホログラムデータを生成することができる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】本発明の実施形態に係るホログラムデータ生成装置を含んだホログラムデータ生成システムの構成を示すブロック図である。

【図2】本発明の実施形態に係るホログラムデータ生成の概要を説明するための説明図である。

【図3】本発明の実施形態に係るホログラムデータ生成装置が生成したホログラムデータを再生した光線を模式的に示す図である。

【図4】本発明の実施形態に係るホログラムデータ生成装置の構成を示すブロック構成図である。

【図5】本発明の実施形態に係るホログラムデータ生成装置の補正手段による凸レンズ特性の補正を説明するための図である。

【図6】本発明の実施形態に係るホログラムデータ生成装置の補正手段によるベッセルビームの補正を説明するための図である。

【図7】本発明の実施形態に係るホログラムデータ生成装置の動作を示すフローチャートである。

【図8】本発明の他の実施形態に係るホログラムデータ生成装置の構成を示すブロック構成図である。

【図9】従来のホログラムデータ生成装置が生成したホログラムデータを再生した光線を模式的に示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

以下、図面を参照して本発明に係るホログラムデータ生成装置およびそのプログラムを実施するための形態について詳細に説明する。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。

【0025】

［ホログラムデータ生成システムの構成］
図１を参照して、本発明の実施形態に係るホログラムデータ生成装置を含んだホログラムデータ生成システムの構成について説明する。

【0026】

ホログラムデータ生成システムＳは、複数のカメラＣａ（Ｃａ_１，Ｃａ_２，…，Ｃａ_ｎ）と、ホログラムデータ生成装置１とを備える。ただし、ｎは２以上の整数である。

【0027】

カメラＣａは、物体Ｔを含んだ被写体空間を撮影したモノクロ画像またはカラー画像を撮影するカメラである。カメラＣａ_１，Ｃａ_２，…，Ｃａ_ｎは、それぞれの視点位置に配置され、多視点画像Ａ（視点画像Ａ_１，Ａ_２，…，Ａ_ｎ）を撮影する。
このカメラＣａが撮影する多視点画像Ａの画像数は、ホログラムを区分する要素ホログラムの数に対応する。例えば、ホログラムを縦１２８個×横２５６個の要素ホログラムで構成する場合、カメラＣａは、同一平面上に縦１２８個×横２５６個だけ配置する。

【0028】

ホログラムデータ生成装置１は、複数の視点位置に対応した多視点画像Ａ（視点画像Ａ_１，Ａ_２，…，Ａ_ｎ）と、参照光の波面を表した参照光複素振幅分布（参照光データ）とから、ＨＳ法により、ホログラムデータを生成するものである。さらに、ホログラムデータ生成装置１は、光線幅補正情報によって、ホログラムにより再生される光線幅の広がりを抑制したホログラムデータを生成する。この光線補正情報は、光線幅の広がりを抑制するための補正関数のパラメータである。

【0029】

なお、ここでは、カメラＣａによって、実写画像を撮影することとしているが、多視点画像Ａは、ＣＧによって仮想カメラで撮影された画像として生成されたものであっても構わない。
以下、本発明の実施形態に係るホログラムデータ生成装置の処理概要、構成および動作について順次説明する。

【0030】

〔ホログラムデータ生成の概要〕
まず、図２を参照（適宜図１参照）して、本発明の実施形態に係るホログラムデータ生成装置１によるホログラムデータの生成手法の概要について説明する。

【0031】

図２に示すように、ホログラムデータ生成装置１は、視点画像Ａ_１，Ａ_２，…，Ａ_ｎのそれぞれに位相分布を付加（複素積）した位相付視点画像Ｉ_１，Ｉ_２，…，Ｉ_ｎを生成し、高速逆フーリエ変換（Inverse Fast Fourier Transform：ＩＦＦＴ）することで、視点画像複素振幅分布Ｕ_１，Ｕ_２，…，Ｕ_ｎを生成する。この視点画像複素振幅分布Ｕ_１，Ｕ_２，…，Ｕ_ｎは、ホログラム面における視点画像Ａ_１，Ａ_２，…，Ａ_ｎに対応する要素ホログラムごとの複素振幅分布である。
そして、ホログラムデータ生成装置１は、視点画像複素振幅分布Ｕ_１，Ｕ_２，…，Ｕ_ｎと、要素ホログラムの光線幅の広がりを抑制する補正関数Ｃとの複素積を計算し、視点画像補正複素振幅分布Ｗ_１，Ｗ_２，…，Ｗ_ｎを生成する。

【0032】

この補正関数Ｃは、要素ホログラムで再生される光線の回折に伴う広がりを抑える関数である。例えば、補正関数Ｃは、視点距離（焦点距離）に集光する凸レンズの特性を有する関数であって、光線を集光させ、光線の広がりを抑えるように作用する。

【0033】

そして、ホログラムデータ生成装置１は、視点画像Ａ_１，Ａ_２，…，Ａ_ｎごとに生成した要素ホログラムごとの視点画像補正複素振幅分布Ｗ_１，Ｗ_２，…，Ｗ_ｎを連結し、ホログラム面におけるホログラム全体の複素振幅分布（ホログラム面複素振幅分布Ｏ）を生成する。
そして、ホログラムデータ生成装置１は、ホログラム面複素振幅分布Ｏと参照光複素振幅分布Ｒとの複素和の２乗を計算することで、ホログラムデータＩを生成する。

【0034】

このように生成されたホログラムデータを記録したホログラムを再生すると、図３に示すように、ホログラムＨの要素ホログラムＥＨにおいて再生される物体光Ｏは、補正関数Ｃで特定される仮想的に配置したレンズＬの作用により、光線幅の広がりが抑えられた物体光Ｏが再生されることになる。これによって、観察者Ｍが視認する再生像のボケを抑えることができる。

【0035】

〔ホログラムデータ生成装置の構成〕
次に、図４を参照（適宜図２参照）して、本発明の実施形態に係るホログラムデータ生成装置の構成について説明する。
ここでは、ホログラムデータ生成装置１は、視点画像複素振幅分布生成手段１０と、補正手段２０と、連結手段３０と、干渉縞情報生成手段４０と、を備える。

【0036】

視点画像複素振幅分布生成手段１０は、多視点画像の個々の視点画像から、ホログラム面における要素ホログラムごとの複素振幅分布を生成するものである。ここでは、視点画像複素振幅分布生成手段１０は、位相付加手段１１と、逆フーリエ変換手段１２と、を備える。

【0037】

位相付加手段１１は、視点位置に配置されたカメラＣａ（または仮想カメラ）で撮影された多視点画像Ａ（視点画像Ａ_１，Ａ_２，…，Ａ_ｎ）の画素値に位相（位相情報）を付加するものである。ここでは、視点画像Ａ_ｎをＭ×Ｍ画素とする。なお、視点画像の画素数は、必ずしも縦横の画素数が同一である必要はない。
この位相付加手段１１は、視点画像Ａ_ｎの画素値（スカラ振幅）をＡ_ｎ（ｆ_ｘ，ｆ_ｙ）としたとき、以下の式（１）によって、位相φ_Ｉｎ（ｆ_ｘ，ｆ_ｙ）を付加した複素振幅である位相付視点画像Ｉ_ｎ（ｆ_ｘ，ｆ_ｙ）を生成する。なお、座標（ｆ_ｘ，ｆ_ｙ）は、要素ホログラムの画素と１対１に対応するものである。例えば、要素ホログラムがＭ×Ｍ画素であった場合、ｆ_ｘ，ｆ_ｙは、−Ｍ／２≦ｆ_ｘ≦Ｍ／２、−Ｍ／２≦ｆ_ｙ≦Ｍ／２の範囲の値である。

【0038】

【数1】

【0039】

ここで付加する位相φ_Ｉｎは、任意の分布の位相でよく、例えば、ランダム位相とする。なお、ｊは虚数単位を示す（以下の数式においても同様）。
この位相付加手段１１は、生成した位相付視点画像Ｉ_ｎ（ｆ_ｘ，ｆ_ｙ）を逆フーリエ変換手段１２に出力する。

【0040】

逆フーリエ変換手段１２は、位相付加手段１１で生成された位相付視点画像をＩＦＦＴするものである。
この逆フーリエ変換手段１２は、位相付視点画像Ｉ_ｎ（ｆ_ｘ，ｆ_ｙ）に対して、以下の式（２）の逆フーリエ変換を行うことで、視点画像複素振幅分布Ｕ_ｎ（ｘ，ｙ）を生成する。なお、座標（ｘ，ｙ）は、（ｆ_ｘ，ｆ_ｙ）と同様、要素ホログラムの画素と１対１に対応するものである。例えば、要素ホログラムがＭ×Ｍ画素であった場合、ｘ，ｙは、−Ｍ／２≦ｘ≦Ｍ／２、−Ｍ／２≦ｙ≦Ｍ／２の範囲の値である。

【0041】

【数2】

【0042】

これによって、逆フーリエ変換手段１２は、視点位置に対応する要素ホログラム単位でホログラム面における複素振幅分布（視点画像複素振幅分布Ｕ_ｎ（ｘ，ｙ））を生成することができる。
この逆フーリエ変換手段１２は、生成したホログラム面の要素ホログラム上の視点画像複素振幅分布Ｕ_ｎ（ｘ，ｙ）を補正手段２０に出力する。

【0043】

補正手段２０は、視点画像複素振幅分布生成手段１０で生成された視点画像複素振幅分布を、光線幅の広がりを抑制する補正関数を用いて補正するものである。
この補正手段２０は、外部から設定される光線幅補正情報を補正関数のパラメータとして、要素ホログラムにおいて再生される光線幅を制御するように、視点画像複素振幅分布Ｕ_ｎ（ｘ，ｙ）の位相および振幅のいずれか一方、または両方を変調する。
なお、光線幅補正情報は予め設定された固定値を用いてもよいが、ここでは、外部から設定されるものとする。

【0044】

ここで、補正関数Ｃ（ｘ，ｙ）は、以下の式（３）に示す関数で、光線幅補正情報は、補正関数Ｃにおける振幅Ａ_ｃ（ｘ，ｙ）と位相φ_ｃ（ｘ，ｙ）である。

【0045】

【数3】

【0046】

例えば、補正関数Ｃは、光を集光する集光レンズの位相情報を付加する関数とすることができる。この場合、要素ホログラムにおいて、集光レンズ（凸レンズ）の特性を有するように、視点画像複素振幅分布を補正するには、以下の式（４）に示すように、位相および振幅を設定すればよい。

【0047】

【数4】

【0048】

ここで、ｋは、使用する光（照明光、参照光）の波長をλとしたときの波数（ｋ＝２π／λ）である。また、Ｆは、仮想の集光レンズの焦点距離であって、光線を最も細くしたいホログラム面からの距離（視点位置までの距離）、または、最終的な光線の広がり角に応じた値である。
また、ここで、補正関数Ｃの座標（ｘ，ｙ）は、要素ホログラムの中心を座標原点（０，０）とする座標である。

【0049】

これによって、補正手段２０は、図５に示すように、平行光を焦点距離Ｆの位置に集光する集光レンズ（凸レンズ）Ｌを要素ホログラムＥＨに仮想的に配置して、光線の広がり角を制御した複素振幅分布を生成することができる。

【0050】

また、例えば、補正関数Ｃは、非回折ビームを形成するレンズの位相情報を付加する関数とすることができる。この場合、要素ホログラムにおいて、非回折ビーム（ベッセルビーム）の特性を有するように、視点画像複素振幅分布を補正するには、以下の式（５）に示すように、位相および振幅を設定すればよい。ここでは、補正関数Ｃの振幅Ａ_ｃおよび位相φ_ｃには、極座標系を用いる。

【0051】

【数5】

【0052】

ここで、ｋは、使用する光（照明光、参照光）の波長をλとしたときの波数（ｋ＝２π／λ）である。また、ｒ，θは、それぞれ極座標系の距離と角度であって、要素ホログラムの中心からのホログラム面内の距離と、当該中心を始点とするホログラム面内の基準線からの角度である。Ｓは要素ホログラムの大きさ（ここでは、水平または垂直の画素数と画素間隔との積）、Ｚ_ｍａｘはベッセルビームの伝搬距離を示す。
なお、式（５）は、使用する極座標（ｒ，θ）を直交座標（ｘ，ｙ）に変換して、式（３）で用いることはいうまでもない。

【0053】

これによって、補正手段２０は、図６に示すように、距離Ｚ＝０からＺ＝Ｚ_ｍａｘの範囲で平行光から非回折ビームであるベッセルビームＢＢを形成するレンズ（平凸アキシコンレンズ）Ｌを要素ホログラムＥＨに仮想的に配置して、光線を集光することが可能な複素振幅分布を生成することができる。この場合、視点位置が距離Ｚ＝０からＺ＝Ｚ_ｍａｘまでの間であれば、光線幅の広がりが抑えられる。

【0054】

なお、ここでは、補正関数Ｃとして、振幅Ａ_ｃを固定（Ａ_Ｃ＝１）して、位相φ_ｃのみの変化によって補正を行ったが、位相φ_ｃを固定（φ_ｃ＝２π）して、振幅Ａ_ｃのみの変化によって補正を行ったり、振幅Ａ_ｃおよび位相φ_ｃの両方を変化させて補正を行ったりしてもよい。

【0055】

この補正手段２０は、視点画像複素振幅分布生成手段１０で生成される視点画像複素振幅分布Ｕ_ｎ（ｘ，ｙ）と補正関数Ｃ（ｘ，ｙ）とで、以下の式（４）に示す複素積演算を行うことで、補正された複素振幅分布（視点画像補正複素振幅分布Ｗ_ｎ（ｘ，ｙ））を生成する。

【0056】

【数6】

【0057】

この補正手段２０は、生成した視点画像補正複素振幅分布Ｗ_ｎ（ｘ，ｙ）を、連結手段３０に出力する。

【0058】

連結手段３０は、補正手段２０で補正された要素ホログラムごとの視点画像補正複素振幅分布を連結して、ホログラム全体のホログラム面における複素振幅分布（ホログラム面複素振幅分布）を生成するものである。ここで、連結手段３０は、要素ホログラム単位の個々の座標系で生成された視点画像補正複素振幅分布Ｗ_ｎ（ｘ，ｙ）を、ホログラム全体で１つの座標系に配置し直す。

【0059】

これによって、連結手段３０は、ホログラム面における複素振幅分布、すなわち、ホログラム面における物体光の複素振幅分布（ホログラム面複素振幅分布Ｏ（ｘ，ｙ））を生成することができる。
この連結手段３０は、生成したホログラム面複素振幅分布Ｏ（ｘ，ｙ）を干渉縞情報生成手段４０に出力する。

【0060】

干渉縞情報生成手段４０は、連結手段３０で生成されたホログラム面の複素振幅分布（ホログラム面複素振幅分布）から、ホログラムとして記録可能なホログラムデータ（干渉縞情報）を生成するものである。

【0061】

この干渉縞情報生成手段４０は、外部から入力される参照光データ（参照光複素振幅分布）と、ホログラム面複素振幅分布Ｏ（ｘ，ｙ）との複素和の２乗を計算することで、ホログラムデータＩ（ｘ，ｙ）を生成する。なお、生成するホログラムデータは、インライン型のホログラムに対応するものであっても、オフアクシス型のホログラムに対応するものであっても構ない。

【0062】

例えば、オフアクシス型のホログラムに対応するホログラムデータを生成する場合、斜め上方から角度θで入射する平行光を参照光とするため、参照光データ（参照光複素振幅分布）Ｒは、以下の式（７）で表すことができる。

【0063】

【数7】

【0064】

ここで、Ｒ_０は、参照光の振幅、λは参照光の波長を示す。
すなわち、干渉縞情報生成手段４０は、ホログラム面複素振幅分布Ｏ（ｘ，ｙ）と参照光複素振幅分布Ｒ（ｙ）とから、以下の式（８）により、ホログラムデータＩ（ｘ，ｙ）を生成する。

【0065】

【数8】

【0066】

この生成されたホログラムデータＩは、例えば、図示を省略した電子線描画装置によって、ホログラム記録面に記録されることで、ホログラムが生成される。また、図示を省略した振幅変調型光変調素子にホログラムデータＩを表示して参照光を照射することで、ホログラムを再生することができる。

【0067】

以上説明したように、ホログラムデータ生成装置１を構成することで、ホログラムデータ生成装置１は、所望の視点位置において、ホログラムが再生する物体光の光線の広がり角を制御したホログラムデータを生成することができる。
これによって、ホログラムデータ生成装置１は、従来のＨＳ法に、複素振幅分布の補正を行う少ない計算処理を付加するのみで、ＨＳ法の計算量が少ない利点を保持したまま、ＨＳ法の欠点であった光線の回折に起因するホログラム面から離れた物体のボケを抑制することができる。

【0068】

〔ホログラムデータ生成装置の動作〕
次に、図７を参照（適宜図１，図４参照）して、本発明の実施形態に係るホログラムデータ生成装置の動作について説明する。
まず、ホログラムデータ生成装置１は、視点画像複素振幅分布生成手段１０によって、多視点画像のうちの１つの視点画像を入力する（ステップＳ１）。

【0069】

そして、ホログラムデータ生成装置１は、視点画像複素振幅分布生成手段１０の位相付加手段１１によって、ステップＳ１で入力された視点画像に位相（例えば、ランダム位相）を付加する（ステップＳ２）。すなわち、位相付加手段１１は、視点画像と位相分布（ランダム位相）との複素積演算を行うことで、位相付視点画像を生成する。

【0070】

さらに、ホログラムデータ生成装置１は、視点画像複素振幅分布生成手段１０の逆フーリエ変換手段１２によって、ステップＳ２で生成された位相付視点画像をＩＦＦＴする（ステップＳ３）。このステップＳ３の動作によって、ホログラム面における視点画像に対応する要素ホログラム単位の複素振幅分布（視点画像複素振幅分布）が生成される。

【0071】

そして、ホログラムデータ生成装置１は、補正手段２０によって、ステップＳ３で生成された視点画像振幅複素分布を、光線幅補正情報をパラメータとする補正関数Ｃ（前記式（３）参照）により補正する（ステップＳ４）。
すなわち、補正手段２０は、例えば、光線方向を凸レンズの特性を有して変化させる光線幅補正情報（前記式（４））で特定される補正関数と、ステップＳ３で生成された視点画像振幅複素分布との複素積演算を行うことで、要素ホログラムごとのホログラム面における視点画像補正複素振幅分布を生成する。

【0072】

ここで、ホログラムデータ生成装置１は、補正手段２０において、すべての視点画像に対して視点画像補正複素振幅分布の生成が完了したか否かを判定する（ステップＳ５）。
そして、すべての視点画像に対して視点画像補正複素振幅分布の生成が完了していない場合（ステップＳ５でＮｏ）、ホログラムデータ生成装置１は、ステップＳ１に戻って、他の視点画像を入力し、視点画像補正複素振幅分布を生成する。

【0073】

一方、すべての視点画像に対して視点画像補正複素振幅分布の生成が完了している場合（ステップＳ５でＹｅｓ）、ホログラムデータ生成装置１は、連結手段３０によって、ステップＳ４で生成された要素ホログラムごとの視点画像補正複素振幅分布を連結する（ステップＳ６）。このステップＳ６の動作によって、ホログラム面全体の複素振幅分布（ホログラム面複素振幅分布）が生成される。

【0074】

そして、ホログラムデータ生成装置１は、干渉縞情報生成手段４０によって、ステップＳ６で生成されたホログラム面複素振幅分布と、外部から入力される参照光データ（複素振幅分布）との複素和の２乗を計算することで、ホログラムデータ（干渉縞情報）を生成する（ステップＳ７）。
そして、ホログラムデータ生成装置１は、ステップＳ７で生成されたホログラムデータを外部に出力する（ステップＳ８）。

【0075】

以上の動作によって、ホログラムデータ生成装置１は、ホログラムが再生する物体光の光線の広がり角を制御したホログラムデータを生成することができる。
以上、本発明の実施形態に係るホログラムデータ生成装置１の構成および動作について説明したが、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。

【0076】

〔変形例〕
例えば、ここでは、ホログラムデータ生成装置１は、補正手段２０において、光線の広がり角を小さくするように複素振幅分布の補正を行った。
しかし、本発明は、必ずしも光線の広がり角を小さくする方向の補正に限定されない。例えば、補正手段２０は、光線の広がり角を大きくするように補正することとしてもよい。
具体的には、補正手段２０は、仮想のレンズとして焦点距離を負の値とし、拡散レンズ（凹レンズ）の特性を有するように位相情報を付加して複素振幅分布を補正すればよい。
これによって、ホログラムデータ生成装置１は、例えば、光線群の離散角が回折による光線の広がり角よりも大きく、光線と光線との間が空いてしまう場合でも、その間を光で埋めることができる。

【0077】

また、ここでは、ホログラムデータ生成装置１は、要素ホログラムごとの視点画像補正複素振幅分布を連結手段３０で連結してホログラム面全体の複素振幅分布を生成した後、干渉縞情報生成手段４０によって干渉縞情報（ホログラムデータ）を生成することとした。
しかし、要素ホログラムごとの視点画像補正複素振幅分布から、個別に干渉縞情報を生成した後、それらを連結することで、ホログラム全体のホログラムデータを生成することとしてもよい。
その場合、図８に示すホログラムデータ生成装置１Ｂとして構成すればよい。

【0078】

図８に示したホログラムデータ生成装置１Ｂは、図４に示したホログラムデータ生成装置１の連結手段３０と干渉縞情報生成手段４０の構成を逆にした構成である。
干渉縞情報生成手段４０Ｂは、補正手段２０で補正された要素ホログラムごとの視点画像補正複素振幅分布から、要素ホログラムごとのホログラムデータ（干渉縞情報）を生成するものである。なお、この干渉縞情報の生成は、外部から入力される参照光データ（複素振幅分布）と、視点画像補正複素振幅分布との複素和の２乗を計算することで求めることができる。

【0079】

連結手段３０Ｂは、干渉縞情報生成手段４０Ｂで生成された要素ホログラムごとのホログラムデータ（干渉縞情報）を連結して、ホログラム全体のホログラムデータを生成するものである。すなわち、連結手段３０（図４参照）が、複素振幅分布のデータを連結するのに対し、連結手段３０Ｂは、ホログラムデータを連結する点が異なっているだけである。

【0080】

このように構成したホログラムデータ生成装置１Ｂは、ホログラムデータ生成装置１と同様に、所望の視点位置において、ホログラムが再生する物体光の光線の広がりを抑えたホログラムデータを生成することができ、ホログラム面から離れた物体のボケを抑制することができる。

【0081】

なお、ここでは、ホログラムデータ生成装置１（図４参照）やホログラムデータ生成装置１Ｂ（図８参照）は、ホログラム全体のホログラムデータを出力することとしたが、個々の要素ホログラム単位でホログラムデータを出力することとしてもよい。
その場合、ホログラムデータ生成装置１（図４参照）においては、干渉縞情報生成手段４０の後段に分割手段（不図示）を備え、分割手段が干渉縞情報生成手段４０で生成されたホログラムデータを要素ホログラム単位に分割することとすればよい。
また、ホログラムデータ生成装置１Ｂ（図８参照）においては、連結手段３０Ｂを構成から省略し、干渉縞情報生成手段４０Ｂが生成した要素ホログラムごとのホログラムデータを出力することとすればよい。

【0082】

また、ホログラムデータ生成装置１（図４参照）やホログラムデータ生成装置１Ｂ（図８参照）は、図示を省略したコンピュータを、視点画像複素振幅分布生成手段１０（位相付加手段１１、逆フーリエ変換手段１２）、補正手段２０、連結手段３０（または３０Ｂ）、干渉縞情報生成手段４０（または４０Ｂ）として機能させるホログラムデータ生成プログラムで動作させることができる。

【符号の説明】

【0083】

１，１Ｂ ホログラムデータ生成置
１０ 視点画像複素振幅分布生成手段
２０ 位相付加手段
３０ 逆フーリエ変換手段
２０ 補正手段
３０，３０Ｂ 連結手段
４０，Ｂ 干渉縞情報生成手段

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】