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特開2023-8931投影対象体のガイド方法及び投影対象体のガイド装置
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023008931
(43)【公開日】2023-01-19
(54)【発明の名称】投影対象体のガイド方法及び投影対象体のガイド装置
(51)【国際特許分類】
   G02B 30/56 20200101AFI20230111BHJP
   G03H 1/22 20060101ALN20230111BHJP
   G03H 1/08 20060101ALN20230111BHJP
【FI】
G02B30/56
G03H1/22
G03H1/08
【審査請求】未請求
【請求項の数】15
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2022104903
(22)【出願日】2022-06-29
(31)【優先権主張番号】P 2021107812
(32)【優先日】2021-06-29
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(71)【出願人】
【識別番号】504174180
【氏名又は名称】国立大学法人高知大学
(74)【代理人】
【識別番号】110002251
【氏名又は名称】弁理士法人眞久特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】▲高▼田 直樹
(72)【発明者】
【氏名】山▲崎▼ 隆史
(72)【発明者】
【氏名】鈴木 康平
(72)【発明者】
【氏名】森口 嘉軌
(72)【発明者】
【氏名】三谷 永久
【テーマコード(参考)】
2H199
2K008
【Fターム(参考)】
2H199BA32
2H199BB02
2H199BB23
2H199BB33
2H199BB65
2H199BB66
2K008CC01
2K008CC03
2K008FF27
2K008HH01
2K008HH06
2K008HH18
(57)【要約】
【課題】簡単な構造のホログラフィックプロジェクタを用い、スクリーン等の投影対象体に鮮明な像を確実に投影できるように、ホログラフィックプロジェクタの結像位置に投影対象体を確実にガイドできるガイド方法を提供する。
【解決手段】投影対象体のガイド方法は、狭間隙の模様としての点線模様34を有する所定形状の映像が所定の空間位置に投影されるように結像位置が調整されたホログラフィックプロジェクタ部10aを有するホログラフィックプロジェクタを用い、前記空間位置近傍に配置した投影対象体としての立体スクリーン10bに、ホログラフィックプロジェクタ部10aから前記映像を投影したとき、立体スクリーン10bに映った結像の模様と前記映像の点線模様34とが一致する空間位置に、立体スクリーン10bをガイドするものである。
【選択図】図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
狭間隙の模様を有する所定形状の映像が所定の空間位置に投影されるように結像位置が調整されたホログラフィックプロジェクタを用い、
前記空間位置近傍に配置した投影対象体に、前記ホログラフィックプロジェクタから前記映像を投影したとき、前記投影対象体に映った結像の模様と前記映像の模様とが一致する空間位置に、前記投影対象体をガイドすることを特徴とする投影対象体のガイド方法。
【請求項2】
前記ホログラフィックプロジェクタからは、平行光を前記映像に係るホログラムの干渉情報に基づいて回折した回折光を前記所定の空間位置に向けて射出していることを特徴とする請求項1に記載の投影対象体のガイド方法。
【請求項3】
前記ホログラフィックプロジェクタに、前記映像に係る計算機合成ホログラムの干渉情報に基づいて平行光を回折光に変調する空間光変調器を具備することを特徴とする請求項2に記載の投影対象体のガイド方法。
【請求項4】
前記計算機合成ホログラムとして、振幅ホログラムを用い、前記振幅ホログラムを下記数式(1)
【数1】
に基づいて計算することを特徴とする請求項3に記載の投影対象体のガイド方法。
【請求項5】
前記計算機合成ホログラムとして、位相ホログラムを用い、前記位相ホログラムを下記数式(2)
【数2】
に基づいて計算することを特徴とする請求項3に記載の投影対象体のガイド方法。
【請求項6】
前記模様が、所定間隔を介して複数の細線及び/又は点から成る模様であることを特徴とする請求項1に記載の投影対象体のガイド方法。
【請求項7】
前記映像が、前記投影対象体に倣った立体形状であって、前記狭間隙の模様を有する立体映像であることを特徴とする請求項1に記載の投影対象体のガイド方法。
【請求項8】
前記平行光にレーザ光を用いることを特徴とする請求項2に記載のガイド方法。
【請求項9】
投影対象体を所定の空間位置にガイドするガイド装置であって、
狭間隙の模様を有する所定形状の映像が前記空間位置に結像するように調整された干渉模様が形成されているホログラムと、
前記投影対象体が前記空間位置にガイドされたとき、前記ホログラムに照射された平行光を前記干渉模様に基づいて回折した回折光が照射されて前記投影対象体に結像された模様と前記映像の模様とが一致するように、前記ホログラムに向けて前記平行光を射出する平行光射出手段とが設けられていることを特徴とする投影対象体のガイド装置。
【請求項10】
前記ホログラムは、計算機合成ホログラムであって、前記計算機合成ホログラムの干渉情報に基づいて平行光を回折光に変調する空間光変調器が設けられていることを特徴とする請求項9に記載の投影対象体のガイド装置。
【請求項11】
前記計算機合成ホログラムが振幅ホログラムであって、前記振幅ホログラムが下記数式(3)
【数3】
に基づいて計算されていることを特徴とする請求項10に記載の投影対象体のガイド装置。
【請求項12】
前記計算機合成ホログラムが位相ホログラムであって、前記位相ホログラムが下記数式(4)
【数4】
に基づいて計算されていることを特徴とする請求項10に記載の投影対象体のガイド装置。
【請求項13】
前記模様が、所定間隔を介して複数の細線及び/又は点から成る模様であることを特徴とする請求項9に記載の投影対象体のガイド装置。
【請求項14】
前記映像は、前記投影対象体に倣った立体形状であって、前記狭間隙の模様を有する立体映像であることを特徴とする請求項9に記載の投影対象体のガイド装置。
【請求項15】
前記平行光がレーザ光であることを特徴とする請求項9に記載の投影対象体のガイド装置。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ホログラフィックプロジェクタを用いた投影対象体のガイド方法及び投影対象体のガイド装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
下記特許文献1及び特許文献2には、コンピュータで計算されたホログラムが表示された空間光変調器の反射裏面で光源からの光が反射されて光変調層と相互作用して形成された出口波面が、フーリエ変換レンズを含む光学素子に印加され、スクリーンで焦点を結ぶホログラフィックプロジェクタが記載されている。このようなホログラフィックプロジェクタでは、空間光変調器からスクリーンまでの距離を計算に加えてホログラムが作成されているが、実際に設置されたスクリーンの位置が計算された距離と一致しない場合、スクリーンに投影された像が歪んだり不鮮明となったりすることがある。
この点、下記特許文献2には、空間光変調器から焦点面までの距離がソフトウェアで自動的に変更されるようにホログラフィックコントローラが設けられている。
更に、下記非特許文献1には、三枚の再帰性反射素子と、前記再帰性反射素子の各々で囲まれたビームスプリッタと、前記再帰性反射素子のうちの一枚上に載置された光源と、前記光源からの光が前記再帰性反射素子の各々による反射光と前記ビームスプリッタによる反射光とが集光される集光箇所に向けて、前記ビームスプリッタ上に載置され、前記集光箇所に挿入された被験者の手の静脈撮影をするカメラとから構成される静脈撮影装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2020-76973号公報
【特許文献2】特表2020-503538号公報
【非特許文献】
【0004】
【非特許文献1】佐事郁弥、八杉公基、山本裕紹、「AIRRを用いた静脈撮影のための空中ガイド照明の位置誘導の精度比較」、3次元画像コンファレンス2020, 2020年7月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
前述した特許文献2のようにホログラフィックコントローラを設けることによって、常に、ホログラフィックプロジェクタからスクリーンに鮮明な像を投影できる。しかしながら、ホログラフィックコントローラを設けることにより、ホログラフィックプロジェクタ装置やソフトウェアが複雑化する。また、ホログラフィックプロジェクタを家庭用として用いる場合、ホログラフィックプロジェクタ本体と別収納したスクリーンをホログラフィックプロジェクタの焦点に正確に設置することは簡単ではない。
非特許文献1のような装置は、構造が簡単であって、集光箇所に手を挿入することにより手の静脈を撮影できる。しかし、この装置では、三枚の再帰性反射素子とビームスプリッタとを用いていることから装置が大型化し、装置の小型化が望まれている。更に、このような個人認証装置では、被験者の手の静脈にカメラのピントを合わせるべく、被験者の手をカメラの深度範囲内の空間位置に位置決めすることが必要である。このため、確実に被験者の手等の検査部位を所定の空間位置に位置決めできる簡単な構造のガイド装置が望まれている。
【0006】
本発明は前記の課題を解決するためになされたもので、簡単な構造のホログラフィックプロジェクタを用い、スクリーン等の投影対象体に鮮明な像を確実に投影できるように、ホログラフィックプロジェクタの結像位置に投影対象体を確実にガイドできるガイド方法及びガイド装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
前記の目的を達成するためになされた本発明に係る投影対象体のガイド方法は、狭間隙の模様を有する所定形状の映像が所定の空間位置に投影されるように結像位置が調整されたホログラフィックプロジェクタを用い、前記空間位置近傍に配置した投影対象体に、前記ホログラフィックプロジェクタから前記映像を投影したとき、前記投影対象体に映った結像の模様と前記映像の模様とが一致する空間位置に、前記投影対象体をガイドすることを特徴とするものである。
【0008】
前記ホログラフィックプロジェクタからは、平行光を前記映像に係るホログラムの干渉情報に基づいて回折した回折光を前記所定の空間位置に向けて射出していることにより、投影対象体に狭間隙の模様を有する所定形状の映像を、レンズを用いることなく投影できる。
【0009】
前記ホログラフィックプロジェクタに、前記映像に係る計算機合成ホログラムの干渉情報に基づいて平行光を回折光に変調する空間光変調器を具備することにより、計算機を用いて迅速に所定のホログラムを作製できる。
【0010】
前記計算機合成ホログラムとして、振幅ホログラムを用い、前記振幅ホログラムを下記数式(1)
【数1】
に基づいて計算することにより、振幅ホログラムの計算速度を高めることができる。
【0011】
前記計算機合成ホログラムとして、位相ホログラムを用い、前記位相ホログラムを下記数式(2)
【数2】
に基づいて計算することにより、位相ホログラムの計算速度を高めることができる。
【0012】
前記模様が、所定間隔を介して複数の細線及び/又は点から成る模様であることにより、投影対象体がホログラフィックプロジェクタの結像位置にガイドされたことを確実に知ることができる。
【0013】
前記映像が、前記投影対象体に倣った立体形状で且つ前記狭間隙の模様を有する立体映像であることにより、投影対象体である立体を、その投影面に前記模様と同一の模様が投影される空間位置にガイドできる。
【0014】
前記平行光にレーザ光を用いることが好ましい。
【0015】
また、前記の目的を達成するためになされた本発明に係る投影対象体のガイド装置は、投影対象体を所定の空間位置にガイドするガイド装置であって、狭間隙の模様を有する所定形状の映像が前記空間位置に結像するように調整された干渉模様が形成されているホログラムと、前記投影対象体が前記空間位置にガイドされたとき、前記ホログラムに照射された平行光を前記干渉模様に基づいて回折した回折光が照射されて前記投影対象体に結像された模様と前記映像の模様とが一致するように、前記ホログラムに向けて前記平行光を射出する平行光射出手段とが設けられていることを特徴とするものである。
【0016】
前記ホログラムは、計算機合成ホログラムであって、前記計算機合成ホログラムの干渉情報に基づいて平行光を回折光に変調する空間光変調器が設けられていることにより、計算機を用いて迅速に所定のホログラムを作製できる。
【0017】
前記計算機合成ホログラムが振幅ホログラムであって、前記振幅ホログラムが下記数式(3)
【数3】
に基づいて計算されていることにより、振幅ホログラムの計算速度を高めることができる。
【0018】
前記計算機合成ホログラムが位相ホログラムであって、前記位相ホログラムが下記数式(4)
【数4】
に基づいて計算されていることにより、位相ホログラムの計算速度を高めることができる。
【0019】
前記模様が、所定間隔を介して複数の細線及び/又は点から成る模様であることにより、投影対象体がホログラムの結像位置にガイドされたことを確実に知ることができる。
【0020】
前記映像は、前記投影対象体に倣った立体形状で且つ前記狭間隙の模様を有する立体映像であることにより、投影対象体である立体を、その投影面に前記模様と同一の模様が投影される結像位置にガイドできる。
【0021】
前記平行光がレーザ光であることが好ましい。
【発明の効果】
【0022】
本発明によれば、簡単な構造のホログラフィックプロジェクタを用い、その結像位置に投影対象体を確実に位置決めできる。
【図面の簡単な説明】
【0023】
図1】本発明を適用するガイド装置を説明する略線図である。
図2】計算機合成ホログラムの作成の原理を説明するための概念図である。
図3】振幅ホログラムを計算するCGH計算部の構成を説明する略線図である。
図4】振幅ホログラムを計算する疑似コードである。
図5】振幅ホログラムを計算するフローチャートである。
図6】位相ホログラムを計算するCGH計算部の構成を説明する略線図である。
図7】位相ホログラムを計算する疑似コードである。
図8】位相ホログラムを計算するフローチャートである。
図9】本発明を適用するガイド装置を個人認証装置に用いた例を説明する略線図である。
図10】本発明を適用するガイド装置を他の個人認証装置に用いた例を説明する略線図である。
図11図11(a)は振幅ホログラムを計算する他の疑似コードであり、図11(b)は位相ホログラムを計算する他の疑似コードである。
【発明を実施するための形態】
【0024】
以下、本発明を詳細に説明するが、本発明の範囲はこれらに限定されるものではない。
【0025】
本発明を適用するガイド装置を図1(a)に示す。図1(a)に示すガイド装置10は、ホログラフィックプロジェクタ部10aと載置台33上に矢印F方向にスライド可能に載置された投影対象体としての立体スクリーン10bとから構成される。ホログラフィックプロジェクタ部10aは、タブレット型端末装置11が接続されたパーソナルコンピュータ(PC)12、反射型の空間光変調器(SLM)14、ハーフミラー22及び平行光射出部15から構成される。平行光射出部15は、レーザ光射出部16、対物レンズ18及び平凸レンズ20から成る。ホログラフィックプロジェクタ部10aは、タブレット型端末装置11から入力された所定像として狭間隙の模様を有する立方体の計算機合成ホログラム(CGH)がPC12のCGH計算部17で計算されてSLM14に表示される。SLM14に表示されるホログラムの干渉縞は、所定像としての立方体が所定の空間位置に結像されるように結像位置が計算された干渉情報である。このような干渉縞が表示されているSLM14の表示面に平行光が照射される。この平行光は、平行光射出部15のレーザ光射出部16から射出されたレーザ光が対物レンズ18で一旦集光した後に広がり、平凸レンズ20で平行光となり、ハーフミラー22によりSLM14の表示面の方向に反射された光である。SLM14の表示面に照射された平行光は、表示面に表示されているホログラムの干渉情報に基づいて回折された回折光となって、SLM14の表示面から射出し、ハーフミラー22を透過して立体スクリーン10bに射出される。
【0026】
立体スクリーン10bは、図1(a)に示すように立方体形状であって、枠に白色シート30が貼付されて形成されている。この立体スクリーン10bは、載置台33上に矢印F方向にスライド可能に載置されている支承台32に支持棒31を介して、その側面の二面がホログラフィックプロジェクタ部10aから射出される回折光が照射されて立方体の対応する二面の映像が投影される投影面となるように支承されている。
このように載置台33上にスライド可能に載置された立体スクリーン10bの投影面に、その左側に位置するホログラフィックプロジェクタ部10aから、狭間隙の模様を有する立方体の映像が投影される。この映像は、タブレット型端末装置11から入力されたものであり、入力された映像の模様と立体スクリーン10bに投影された模様とが一致したとき、立体スクリーン10bはホログラフィックプロジェクタ部10aの結像位置に位置していることが判る。
【0027】
この狭間隙の模様としては、所定間隔を介して複数の細線及び点から成る模様、例えばホログラフィックプロジェクタ部10aの結像位置に位置している立体スクリーン10bの投影面(図1(a)(b)に示す立体スクリーン10bの角をA,B,B′,A′,C′,C,とすると、辺A-B、辺B-B′、辺B′-A′、辺A′-C′辺C′-C、辺C-Aで囲まれる面)の全面に亘って、図1(b)に示すような複数本の細い直線状の点線が狭間隙を介して形成されている点線模様34が投影されるものが好ましい。
図1(a)に示すように立体スクリーン10bを、その辺A-A′が最もホログラフィックプロジェクタ部10a側となるように載置台33上に載置したとき、ホログラフィックプロジェクタ部10aからの回折光が照射されて立体スクリーン10bの白色シート30の投影面に映った点線模様34が、回折光の投射方向から立体スクリーン10bの投影面を見て、図1(b)に示すように、立体スクリーン10bの投影面の全面に亘って点線模様34を構成する細い直線状の点線が明確に判別できる場合、立体スクリーン10bはホログラフィックプロジェクタ部10aの結像位置に位置していることが判る。
一方、立体スクリーン10bがホログラフィックプロジェクタ部10aの結像位置よりも遠くに位置している場合、回折光の投射方向から立体スクリーン10bの投影面を見たとき、図1(c)に示すように、図1(b)の点線模様34と異なる傾斜線模様35が見える。
また、立体スクリーン10bがホログラフィックプロジェクタ部10aの結像位置よりもホログラフィックプロジェクタ部10a側に位置している場合も、回折光の投射方向から立体スクリーン10bの投影面を見たとき、図1(c)に示すように、図1(b)の点線模様34と異なる傾斜模様35が見える。
このように立体スクリーン10bの投影面に投影された点線模様34の模様により、立体スクリーン10bが結像位置に位置しているか否かを簡単に判別でき、立体スクリーン10bをスライドして結像位置にガイドできる。
【0028】
ホログラフィックプロジェクタ部10aの結像位置に位置していることが判明した立体スクリーン10bに、引き続きホログラフィックプロジェクタ部10aから他の映像を投影してもよく、正規のスクリーンに交換してもよい。
【0029】
ところで、図1に示す立体スクリーン10bに照射される狭間隙の模様を有する立方体の計算機合成ホログラム(CGH)はPC12のCGH計算部17で計算された干渉縞がSLM14に出力されている。このCGH計算部17で計算する計算機合成ホログラム(CGH)は、図2に示す原理に基づいて計算されている。
図2に示すN個の物体点で構成された三次元物体の計算機合成ホログラム(以下、単にCGHと称する)は、三次元物体の各物体点を点光源としたとき、図2に示すCGH上の各点(xh,yh,0)における光強度Icomp(xh,yh,0)は下記数式(5)
【数5】
で表すことができる。
【0030】
ところで、SLM14には、振幅ホログラムを表示するものと、位相ホログラムを表示するものとがある。ここで、図2に示すように三次元物体上のn番目の点光源の位置座標をP(xn,yn,zn) とし、その明るさをAn、1ピクセルの大きさをΔx×Δy、x,y方向にi,j番目に位置するCGHのピクセルの座標を(xh,yh)=(iΔx,jΔy)とすると、振幅ホログラム上の各点(xh,yh,0)における光強度Iamp(xh,yh,0)は、下記数式(6)
【数6】
で表すことができる。
【0031】
また、位相ホログラム上の各点(xh,yh,0)における位相Iphase(xh,yh,0)は、下記数式(7)
【数7】
で表すことができる。
上記数式(7)のIm{Icomp}は虚部であり、Re{Icomp}は実部であって、上記数式(6)と同じであるから、上記数式(7)は下記数式(8)
【数8】
で表すことができる。
【0032】
上記数式(6)に基づいて振幅ホログラムを、上記数式(8)に基づいて位相ホログラムを計算でき、三次元静止画のCGHの計算用として用いることができる。
唯、三次元動画においては、上記数式(6)又は上記数式(8)を用いたCGHの計算よりも、計算速度の更なる向上が求められる。このため、CGHの計算速度を向上すべく、振幅ホログラムの光強度(Iamp(xh,yh,0))を表す上記数式(6)を下記数式(9)
【数9】
のように変形した。
また、位相ホログラムの位相(Iphase(xh,yh,0))を表す上記数式(8)を下記数式(10)
【数10】
のように変形した。
【0033】
図1に示すPC12のCGH計算部17で上記数式(9)に基づいて振幅ホログラムを計算するために、図3に示すようにCGH計算部17内に、タブレット型端末装置11から入力される三次元像の点光源の位置座標のデータを記憶する位置座標データ記憶部17aと、位置座標データ記憶部17aの位置座標データに基づいてCGHのx方向のsinX,cosXを計算した値を記憶するCGHのx方向の三角関数テーブル17bと、位置座標データ記憶部17aの位置座標データに基づいてCGHのy方向のsinY,cosYを計算した値を記憶するCGHのy方向の三角関数テーブル17cと、三角関数テーブル17b、17cに記憶された三角関数値を用いて振幅ホログラムの光強度(Iamp(xh,yh,0))を計算する振幅ホログラム計算部17dと、振幅ホログラム計算部17dで算出された振幅ホログラムの光強度(Iamp(xh,yh,0))を記憶してSLM14に出力する振幅ホログラムデータ記憶部17eとが設けられている。
【0034】
図3に示すCGH計算部17で振幅ホログラムを計算するための疑似コードは図4であり、そのフローチャートを図5に示す。図4に示す疑似コードは、CGHの解像度をW×Hとし、図5に示すフローチャートは三次元動画のものであるが、三次元静止画であっても適用できる。
図4及び図5では、三角関数テーブル17bを作成してから三角関数テーブル17cを作成しているが、三角関数テーブル17cを作成してから三角関数テーブル17bを作成してもよく、三角関数テーブル17b、17cを並列に作成してもよい。また、三角関数テーブル17b、17cの作成、振幅ホログラムの計算部17dでの振幅ホログラムの計算、振幅ホログラムデータ記憶部17eによる振幅ホログラムのSLM14への出力を並列処理してもよい。更に、三次元動画の各フレームにおいて、予め三角関数テーブル17b、17cが作成され、それを用いてSLM14に表示する振幅ホログラムを作成し表示できる場合、図5に示すフローチャートで点光源ループを一番内側のループとしてもよい。
尚、模様や図形等の二次元画像については、上記数式(9)のZnを一定値として計算することで対応できる。
【0035】
図1に示すPC12のCGH計算部17で上記数式(10)に基づいて位相ホログラムを計算するために、図6に示すようにCGH計算部17内に、タブレット型端末装置11から入力される三次元像の点光源の位置座標データを記憶する位置座標データ記憶部17aと、位置座標データ記憶部17aの位置座標データに基づいてCGHのx方向のsinX,cosXを計算した値を記憶するCGHのx方向の三角関数テーブル17bと、位置座標データ記憶部17aの位置座標データに基づいてCGHのy方向のsinY,cosYを計算した値を記憶するCGHのy方向の三角関数テーブル17cと、三角関数テーブル17b、17cに記憶された三角関数値を用いて虚部Im{Icomp}と、実部Re{Icomp}とを計算する虚部・実部計算部17fと、虚部・実部計算部17fで計算された虚部Im{Icomp}、実部Re{Icomp}の虚部・実部記憶部17gと、虚部・実部記憶部17gに記憶された虚部Im{Icomp}、実部Re{Icomp}を用いて位相ホログラムの位相(Iphase(xh,yh,0))を計算する位相ホログラム計算部17hと、位相ホログラム計算部17hで算出された位相ホログラムの位相(Iphase(xh,yh,0))を記憶してSLM14に出力する位相ホログラムデータ記憶部17iとが設けられている。
【0036】
図6に示すCGH計算部17で位相ホログラムを計算するための疑似コードは図7であり、そのフローチャートを図8に示す。図7に示す疑似コードは、CGHの解像度をW×Hとし、図8に示すフローチャートは三次元動画のものであるが、三次元静止画であっても適用できる。
図7及び図8では、三角関数テーブル17bを作成してから三角関数テーブル17cを作成しているが、三角関数テーブル17cを作成してから三角関数テーブル17bを作成してもよく、三角関数テーブル17b、17cを並列に作成してもよい。また、三角関数テーブル17b、17cの作成、虚部・実部計算部17fでの虚部Im{Icomp}と、実部Re{Icomp}との計算、位相ホログラム計算部17hでの位相ホログラムの位相(Iphase(xh,yh,0))の計算、位相ホログラムデータ記憶部17iによる位相ホログラムのSLM14への出力を並列処理してもよい。更に、三次元動画の各フレームにおいて、予め三角関数テーブル17b、17cが作成され、それを用いてSLM14に表示する位相ホログラムを作成し表示できる場合、図8に示すフローチャートで点光源ループを一番内側のループとしてもよい。
尚、模様や図形等の二次元画像については、上記数式(10)のZnを一定値として計算することで対応できる。
【0037】
上記数式(9)に基づいて振幅ホログラムを計算処理し、或いは上記数式(10)に基づいて位相ホログラムを計算処理する図1に示すCGH計算部17を、CPU(中央演算処理装置)及び/又はGPU(Graphics Processing Unit)内に設けることができる。
ところで、CPU及びGPUはいずれも複数のコアを持つが、三次元動画のリアルタイム再生を実現するには、1秒間に最低でも30枚のCGHを計算し、それを再生しなければならない。しかし、CPUが持つコア数はGPUに比べて格段に少なく、CPUによる処理速度は遅く、三次元静止画像の処理に用いることはできるものの、三次元動画処理には適しない。一方、GPUは多数のコアを持っており、三次元静止画像の処理には勿論のこと、三次元動画処理にも用いることができる。
【0038】
図1に示すガイド装置10を、個人認証装置、例えば図9(a)に示すように、人の目の虹彩による個人認証装置に用いることができる。図9(a)に示す装置は、虹彩による個人認証装置の被験者の位置決定に用いるものである。図9(a)に示す位置決定装置は、被験者の額にホログラフィックプロジェクタ部10aから狭間隙の模様を有する映像が投影される。被験者の額に投影された映像は、カメラ40で撮影されて表示装置42に表示され、被験者が見ることができる。被験者の額に投影された映像が、タブレット型端末装置11から入力された映像の模様と一致したとき、被験者の目は虹彩撮影用カメラ(図示せず)の深度範囲内に入っている。この狭間隙の模様を有する映像は、図9(b)に示すように狭間隙の模様、例えば複数本の細い点線が狭間隙で形成されている点線模様37であってもよい。被験者の額に投影されてカメラ40で撮影され表示装置42に表示された模様が、図9(b)に示す点線模様37であるとき、被験者の目が個人認証装置の虹彩撮影用カメラ(図示せず)の深度範囲内に入っており、被験者の虹彩を虹彩撮影用カメラで撮影できる。一方、表示装置42に表示された模様が、図9(c)に示すように傾斜線模様38であるとき、被験者の虹彩が顔虹彩撮影用カメラの深度範囲内に位置せず、被験者は、表示装置42に表示される模様が図9(b)に示す点線模様37となる位置に顔を移動する。
尚、図9(a)に示すように被験者の額にホログラフィックプロジェクタ部10aから点線模様37を投影したとき、SLM14からの回折光が被験者の目に入るおそれがある場合、SLM14に発光ダイオード(LED)の光を照射してもよい。
【0039】
また、図1に示すガイド装置10を、図10に示すように手の静脈による個人認証装置に用いることができる。図10(a)に示す装置は、静脈による個人認証装置の被験者の手の位置決定に用いるものである。図10(a)に示す位置決定装置は、被験者の手が静脈撮影用カメラ44上に差し出されたとき、腕にホログラフィックプロジェクタ部10aから狭間隙の模様を有する映像が投影される。被験者の腕に投影された映像は、被験者が直接見ることができ、タブレット型端末装置11から入力された映像の模様と一致したとき、被験者の手は静脈撮影用カメラ44の深度範囲内に入っている。この狭間隙の模様を有する映像は、図10(b)に示すように狭間隙の模様、例えば複数本の細線が狭間隙で形成されている点線模様45であってもよい。被験者の腕に投影された模様が、図10(c)に示すように傾斜線模様46となって点線模様45と一致しないとき、被験者の手が静脈撮影用カメラ44の深度範囲内に位置せず、被験者は、腕に表示される模様が図10(b)に示す点線模様45となる位置に手及び腕を上下方向に移動する。
尚、図10(a)に示す装置では、SLM14からの回折光が被験者の目に入るおそれがなく、腕に投影する模様を明瞭にすべく、SLM14にレーザ光を照射してもよい。
【0040】
以上の説明では、SLM14として反射型のものを用いていたが、透過型のSLMであってもよく、タブレット型端末装置11からPC12に所定像を入力していたが、直接PC12に所定像を入力してもよい。また、PC12で計算した計算機合成ホログラムをSLM14に表示していたが、フィルムにホログラムの干渉縞を印刷したものであってもよい。更に、図1(a)では、立体スクリーン10bを水平方向にスライド可能に設けていたが、ホログラフィックプロジェクタ部10aから投影される模様によっては、立体スクリーン10bを図1(a)の一点鎖線で示す矢印F′で示すように平面方向に回動可能に設けてもよく、及び/又は一点鎖線で示す矢印F′′で示すように縦方向に回動可能に設けてもよい。
【実施例0041】
以下、本発明の実施例を詳細に説明するが、本発明の範囲はこれらの実施例に限定されるものではない。
【0042】
(実施例1)
図1(a)に示すホログラフィックプロジェクタ部10aの結像位置をSLM14から2mとし、レーザ光射出部15からグリーンレーザ光(波長532nm)を出射した。
白色シート30を枠に貼付した立方体形状の立体スクリーン10bをSLM14から2m15cmの位置に載置した。立体スクリーン10bは、載置台33上に矢印F方向にスライド可能に載置されている支承台32に支持棒31を介して支承されており、その側面の二面(辺A-B、辺B-B′、辺B′-A′、辺A′-C′辺C′-C、辺C-Aで囲まれる面)がホログラフィックプロジェクタ部10aから射出される回折光が照射される投影面とした。
図1(a)に示すように立体スクリーン10bを、その辺A-A′が最もホログラフィックプロジェクタ部10a側となるように載置台33上に載置し、タブレット型端末装置11から入力した、図1(b)に示す複数本の細い点線が狭間隙を介して形成されている点線模様34が側面の二面に有する立方体の映像をホログラフィックプロジェクタ部10aから投影したところ、立方体の点線模様34を有する側面の二面に対応する立体スクリーン10bの投影面に投影された映像の模様は、回折光の投射方向から立体スクリーン10bの投影面を見たとき、図1(c)に示すように傾斜線模様35となって、タブレット型端末装置11から入力された映像の模様と異なるものであった。従って、この立体スクリーン10bの位置は、ホログラフィックプロジェクタ部10aの結像位置と異なっていることが判る。
【0043】
次いで、立体スクリーン10bを、SLM14から1m85cmの位置に載置し、再度、同様な映像をホログラフィックプロジェクタ部10aから立体スクリーン10bの投影面に投影したところ、立体スクリーン10bに投影された映像の模様は、回折光の投射方向から立体スクリーン10bの投影面を見たとき、図1(c)に示すように傾斜線模様35となって、タブレット型端末装置11から入力された映像の模様と異なるものであった。従って、この立体スクリーン10bの位置は、ホログラフィックプロジェクタ部10aの結像位置と異なっていることが判る。
【0044】
更に、立体スクリーン10bを、SLM14から2mの位置に載置し、再度、同様な映像をホログラフィックプロジェクタ部10aから立体スクリーン10bの投影面に投影したところ、立体スクリーン10bの投影面に投影された映像の模様は、回折光の投射方向から立体スクリーン10bの投影面を見たとき、図1(b)に示すように、複数本の細い点線が狭間隙を介して形成されている点線模様34が立体スクリーン10bの投影面の全面に亘って投影されており、タブレット型端末装置11から入力された映像の模様と同一であった。従って、この立体スクリーン10bの位置は、ホログラフィックプロジェクタ部10aの結像位置に位置することが判る。
【0045】
(実施例2)
図1に示すPC12のCGH計算部17を、CPU又はGPU内に設け、振幅ホログラムのCGHの計算式の違いによるCGH作成速度を物体点の点数を変更して測定した。その結果を下記表1に示す。
振幅ホログラムの計算式
上記数式(6)[疑似コード:図11(a)]
上記数式(9)[疑似コード:図4]
CGH計算部17
CPU:INTEL Corporation 製のCore(商標)i7-8700K
GPU:NVIDIA Corporation 製のGeForce RTX(商標)3080
【0046】
【表1】
表1から明らかなように、数式(9)によるCGH作成速度は、数式(6)よりも速く、且つGPUのCGH作成速度はCPUよりもかなり速いことから、GPUの数式(9)による振幅ホログラムを三次元動画に適用可能であることが判る。
ここで、数式(6)の計算をCPUで行う際、cos関数の計算負荷が大きくなるため、0~2πの1周期において256等分にサンプリングし、サンプリングしたcos関数の値域-1~+1を8ビットの-127~127の整数値としたcosテーブルを用いて計算高速化した。また、コンパイラとしてIntel C++ compiler classic Version 2021.2.0 (オプション: -O3 -xCORE-AVX2 -qopenmp) を用い、OpenMPのスレッド数を12とした。
【0047】
(実施例3)
図1に示すPC12のCGH計算部17をCPU又はGPU内に設け、位相ホログラムのCGHの計算式の違いによるCGH作成速度を物体点の点数を変更して測定した。その結果を下記表2に示す。
位相ホログラムの計算式
上記数式(8)[疑似コード:図11(b)]
上記数式(10)[疑似コード:図7]
CGH計算部17
CPU:INTEL Corporation 製のCore(商標)i7-8700K
GPU:NVIDIA Corporation 製のGeForce RTX(商標)3080
【0048】
【表2】
表2から明らかなように、数式(10)によるCGH作成速度は、数式(8)よりも速く、且つGPUのCGH作成速度はCPUよりもかなり速いことから、GPUの数式(10)による位相ホログラムを三次元動画に適用可能であることが判る。
ここで、数式(8)の計算をCPUで行う際、cos及びsin関数の計算負荷が大きくなるため、0~2πの1周期において256等分にサンプリングし、サンプリングしたcos及びsin関数の値域-1~+1を8ビットの-127~127の整数値としたcos及びsinテーブルを用いて計算高速化した。また、コンパイラとしてIntel C++ compiler classic Version 2021.2.0 (オプション: -O3 -xCORE-AVX2 -qopenmp) を用い、OpenMPのスレッド数を12とした。
【産業上の利用可能性】
【0049】
本発明に係るガイド方法は、スクリーンをホログラフィックプロジェクタ本体と別収納した家庭用のホログラフィックプロジェクタでも、スクリーンをホログラフィックプロジェクタの焦点位置に正確に設置でき、個人認証装置の被験者の認証対象の位置決めに利用できる。
【符号の説明】
【0050】
10:ガイド装置、10a:ホログラフィックプロジェクタ部、10b:立体スクリーン、11:タブレット型端末装置、12:パーソナルコンピュータ(PC)、14:空間光変調器(SLM)、15:平行光射出部、16:レーザ光射出部、17:CGH計算部、17a:位置座標データ記憶部、17b:CGHのx方向の三角関数テーブル、17c:CGHのy方向の三角関数テーブル、17d:振幅ホログラム計算部、17e:振幅ホログラムデータ記憶部、17f:虚部・実部計算部、17g:虚部・実部データ記憶部、17h:位相ホログラム計算部、17i:位相ホログラムデータ記憶部、18:対物レンズ、20:平凸レンズ、22:ハーフミラー、30:白色シート、31:支持棒、32:支承台、33:載置台、34,37,45:点線模様、35,38,46:傾斜線模様、40:カメラ、42:表示装置、44:静脈撮影用カメラ、F:スライド方向、F′,F′′:回動方向、A,B,B′,A′,C′,C,:立体スクリーン10bの角、W:CGHの横のピクセル数、H:CGHの縦のピクセル数、xh:ホログラム上のピクセルのx方向の位置座標、yh:ホログラム上のピクセルのy方向の位置座標、Δx:x方向のピクセルの大きさ、Δy:y方向のピクセルの大きさ、P(xn,yn,zn):三次元物体のn番目の物体点Pの位置座標

図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9
図10
図11