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JP4821964B2 - Hologram observation tool - Google Patents
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JP4821964B2 - Hologram observation tool - Google Patents

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Description

本発明は、ホログラム観察具に関し、特に、透過型のフーリエ変換ホログラムとして構成された計算機ホログラムを通して点光源を観察すると、点光源の位置付近に所定の文字列が観察可能なホログラム観察具に関するものである。   The present invention relates to a hologram observation tool, and more particularly to a hologram observation tool capable of observing a predetermined character string near the position of a point light source when the point light source is observed through a computer generated hologram configured as a transmission type Fourier transform hologram. is there.

特許文献1においてホログラムメガネが提案されている。このホログラムメガネは、図6(a)に斜視図を示すような構成になっている。すなわち、メガネフレーム1の両眼用の枠内には、2つの透過型ホログラム2、3が嵌め込まれている。この透過型ホログラム2、3を用いたメガネを掛けて図6(b)に示すような小面積の光源4、5、6、7を含むシーンを見ると、例えば図6(c)に示すように見える。すなわち、図6(b)の実際のシーンにおける小面積の光源4、5、6、7がそれぞれ予め選択されたパターン「NOEL」8、9、10、11に置き換わったシーンとして見える。あるいは、光源4、5、6、7の近傍にパターン「NOEL」8、9、10、11が重なって見える。このような特性を持つ透過型ホログラム2、3としては、計算機ホログラムとして構成された上記パターン「NOEL」のフーリエ変換ホログラム(フラウンホーファーホログラム)が用いられる。   In Patent Document 1, hologram glasses are proposed. The hologram glasses are configured as shown in a perspective view in FIG. That is, two transmission holograms 2 and 3 are fitted into the binocular frame of the spectacle frame 1. When a scene including light sources 4, 5, 6, and 7 having a small area as shown in FIG. 6B is viewed by wearing glasses using the transmission holograms 2 and 3, for example, as shown in FIG. 6C. Looks like. That is, the light sources 4, 5, 6, and 7 in the actual scene in FIG. 6B appear as scenes that are replaced with the previously selected patterns “NOEL” 8, 9, 10, and 11, respectively. Alternatively, patterns “NOEL” 8, 9, 10, and 11 appear to overlap in the vicinity of the light sources 4, 5, 6, and 7. As the transmission holograms 2 and 3 having such characteristics, a Fourier transform hologram (Fraunhofer hologram) having the pattern “NOEL” configured as a computer generated hologram is used.

このような透過型ホログラム2、3は、例えば次のようにして位相型ホログラムとして作成される。   Such transmission holograms 2 and 3 are created as phase holograms, for example, as follows.

図1(a)はこのような透過型ホログラムの1つの作成方法を示すフローチャートである(特許文献2)。図1(b)はそのフローチャートを説明するための模式図である。ステップ101において、原画像21が作成される。次に、ステップ102において、原画像のフーリエ変換像22を計算機を用いて作成する。次に、ステップ103で、フーリエ変換像22を二値以上に多値化してフーリエ変換像23を作成する。そして、ステップ104で、再生像のシミュレーションを行う。このシミュレーションは多値化したフーリエ変換像23に逆フーリエ変換を施し、再生像24を得て、上述の各工程での処理が適正に行われていたかをチェックするものである。次に、ステップ105で、得られた多値化したフーリエ変換像を希望の範囲まで配列する。例えば、二値化されたフーリエ変換像23を縦、横に4つ並べて計算機ホログラム25を得る。なお、実際には最小単位のフーリエ変換像23を例えば縦、横に10個ずつ配列したりする。次いで、ステップ106で、このようにして配列された計算機ホログラム25の複製用原版を例えば半導体プロセス(フォトリソグラフィとエッチング)を用いて作成する。そして、ステップ107で、その複製用原版の凹凸レリーフパターンを例えば紫外線硬化樹脂等に複製して透過型ホログラム2、3が得られる。   FIG. 1A is a flowchart showing one method for creating such a transmission hologram (Patent Document 2). FIG. 1B is a schematic diagram for explaining the flowchart. In step 101, an original image 21 is created. Next, in step 102, a Fourier transform image 22 of the original image is created using a computer. Next, in step 103, the Fourier transform image 22 is multi-valued into binary values or more to create a Fourier transform image 23. In step 104, a reproduced image is simulated. In this simulation, an inverse Fourier transform is performed on the multi-valued Fourier transform image 23 to obtain a reconstructed image 24, and it is checked whether the processing in each of the above steps has been performed properly. Next, in step 105, the obtained multi-valued Fourier transform image is arranged to a desired range. For example, a computer-generated hologram 25 is obtained by arranging four binarized Fourier transform images 23 vertically and horizontally. In practice, for example, 10 Fourier transform images 23 of minimum units are arranged vertically and horizontally. Next, at step 106, a master for duplication of the computer generated holograms 25 arranged in this way is prepared using, for example, a semiconductor process (photolithography and etching). Then, in step 107, the concavo-convex relief pattern of the original for duplication is duplicated on, for example, an ultraviolet curable resin to obtain transmission holograms 2 and 3.

このようなホログラムメガネは、片側の透過型ホログラム2又は3だけでも、それを通して小面積の光源4、5、6、7を含むシーンを観察すると、光源4、5、6、7の位置近傍に所定の画像又はメッセージ(図6(c)では「NOEL」)が再生されて観察可能なホログラム観察具を構成することができる。   Such holographic glasses can be seen in the vicinity of the position of the light sources 4, 5, 6, 7 when a scene including the light sources 4, 5, 6, 7 having a small area is observed through the transmission hologram 2 or 3 on one side alone. A hologram observation tool that can be observed by reproducing a predetermined image or message ("NOEL" in FIG. 6C) can be configured.

そして、このような計算機ホログラムとして構成されたフーリエ変換ホログラムからなるホログラム観察具において、共役像、高次像が目立たないパターンが見えるようにするために、その計算機ホログラムの再生像領域の2/3以下、望ましくは1/2以下の範囲内に再現される原画パターンを計算機ホログラムに記録するようにすることが特許文献3において提案されている。
米国特許第5,546,198号明細書 特開平10−153943号公報 特開2004−126535号公報
Then, in the hologram observation tool composed of a Fourier transform hologram configured as such a computer generated hologram, in order to make a conjugate image and a pattern in which a higher-order image is inconspicuous, 2/3 of a reproduced image region of the computer generated hologram is displayed. In the following, Patent Document 3 proposes that an original image pattern that is desirably reproduced within a range of 1/2 or less is recorded on a computer generated hologram.
US Pat. No. 5,546,198 Japanese Patent Laid-Open No. 10-153943 JP 2004-126535 A

しかしながら、従来の計算機ホログラムを用いたホログラム観察具では、光源4、5、6、7に置き換わって見える文字列、あるいは、光源4、5、6、7に重なって見える文字列(図6の場合は、「NOEL」)は満足が得られ明瞭に読み取れる画質のものではなかった。   However, in a conventional hologram observation tool using a computer generated hologram, a character string that appears to replace light sources 4, 5, 6, and 7, or a character string that appears to overlap light sources 4, 5, 6, and 7 (in the case of FIG. 6). “NOEL”) was not of satisfactory image quality and satisfactory reading.

本発明は従来技術のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、計算機ホログラムに記録する原画の画素数と計算機ホログラムの画素の記録サイズとの関係を適切に設定することにより、シーン内の小面積の点光源に置き換わるか重なって観察される文字列が良好な画質で観察可能なホログラム観察具を提供することである。   The present invention has been made in view of such problems of the prior art, and its purpose is to appropriately set the relationship between the number of pixels of an original image recorded on a computer generated hologram and the recording size of the pixels of the computer generated hologram. Accordingly, it is an object of the present invention to provide a hologram observation tool capable of observing a character string that is replaced or overlapped with a small-area point light source in a scene with good image quality.

上記目的を達成する本発明のホログラム観察具は、透過型のフーリエ変換ホログラムとして構成された計算機ホログラムからなり、ホログラムを通して点光源を観察すると点光源の位置近傍に所定の文字列が再生されて観察可能なホログラム観察具において、前記計算機ホログラムに記録された原画データの水平方向の画素数Nx 、垂直方向の画素数Ny 、前記計算機ホログラムの水平方向の画素の記録サイズWx 、垂直方向の画素の記録サイズWy が以下の関係を満たすことを特徴とするものである。 The hologram observation tool of the present invention that achieves the above object comprises a computer generated hologram configured as a transmission type Fourier transform hologram. When a point light source is observed through the hologram, a predetermined character string is reproduced near the position of the point light source and observed. In a possible hologram observation tool, the number of horizontal pixels N x , the number of vertical pixels N y of the original image data recorded in the computer generated hologram, the recording size W x of the horizontal pixels of the computer generated hologram, and the vertical direction The pixel recording size W y satisfies the following relationship.

x ×Nx ≦2.828(mm) ・・・(1’)
y ×Ny ≦2.828(mm) ・・・(2’)
x ≦λ/(0.004×NTx ) ・・・(13)
y ≦λ/(0.004×NTy ) ・・・(14)
ただし、λは点光源の波長、NTx は水平方向の文字列の文字数、NTy は垂直方向の文字列の文字数である。
W x × N x ≦ 2.828 (mm) (1 ′)
W y × N y ≦ 2.828 (mm) (2 ′)
W x ≦ λ / (0.004 × NT x ) (13)
W y ≦ λ / (0.004 × NT y ) (14)
Where λ is the wavelength of the point light source, NT x is the number of characters in the horizontal character string, and NT y is the number of characters in the vertical character string.

その場合、前記計算機ホログラムに記録された原画データの水平方向の画素数Nx 、垂直方向の画素数Ny が次の関係を満たすことが望ましい。 In that case, it is desirable that the number of horizontal pixels N x and the number of vertical pixels N y of the original image data recorded in the computer generated hologram satisfy the following relationship.

x ≧12×NTx ・・・(17)
y ≧12×NTy ・・・(18)
また、前記計算機ホログラムは、原画像のフーリエ変換像からなる単位計算機ホログラムを水平方向、垂直方向に所定数並べて構成されていることが望ましい。
N x ≧ 12 × NT x (17)
N y ≧ 12 × NT y (18)
Further, the computer generated hologram is preferably configured by arranging a predetermined number of unit computer holograms composed of Fourier transform images of the original image in the horizontal direction and the vertical direction.

本発明によれば、ホログラムを通して点光源を観察すると点光源の位置近傍に所定の文字列が再生されて観察可能なホログラム観察具において、計算機ホログラムに記録された文字列の原画データの、水平方向の画素数Nx 、垂直方向の画素数Ny と、その文字列の原画データが記録された計算機ホログラムの水平方向の画素の記録サイズWx 、垂直方向の画素の記録サイズWy を所定の範囲に定めることで、シーン内の小面積の点光源に置き換わるか重なって観察される文字列が良好な画質で観察可能になる。 According to the present invention, when a point light source is observed through a hologram, a predetermined character string is reproduced in the vicinity of the position of the point light source and can be observed, and in the horizontal direction of the original image data of the character string recorded on the computer generated hologram Pixel number N x , vertical pixel number N y , horizontal pixel recording size W x , and vertical pixel recording size W y of the computer generated hologram in which the original image data of the character string is recorded. By setting the range, it is possible to observe a character string that is replaced or overlapped with a point light source having a small area in the scene with good image quality.

本発明のホログラム観察具は、ホログラムを通して点光源を観察すると点光源の位置近傍に所定の文字列が再生されて観察可能にする透過型のフーリエ変換ホログラムとして構成された計算機ホログラムに記録された文字列の原画データの、水平方向の画素数Nx 、垂直方向の画素数Ny と、その文字列の原画データが記録された計算機ホログラムの水平方向の画素の記録サイズWx 、垂直方向の画素の記録サイズWy を所定の範囲に定めることで、シーン内の小面積の点光源に置き換わるか重なって観察される文字列を良好な画質で観察可能にするものである。 The hologram observation tool of the present invention records characters recorded on a computer-generated hologram configured as a transmission-type Fourier transform hologram that allows a predetermined character string to be reproduced and observed near the position of the point light source when the point light source is observed through the hologram. The number of horizontal pixels N x and the number of vertical pixels N y of the original image data of the column, the recording size W x of the horizontal pixels of the computer hologram on which the original image data of the character string is recorded, and the vertical pixels By setting the recording size Wy to a predetermined range, it is possible to observe a character string that is replaced or overlapped with a small area point light source in the scene with good image quality.

以下に、本発明のホログラム観察具の原理を図面に基づいて説明する。   Hereinafter, the principle of the hologram observation tool of the present invention will be described with reference to the drawings.

本発明は、図1(b)における原画像21の画素数Nx 、Ny と、その原画像21のフーリエ変換像22を多値化したフーリエ変換像23(以下、単位計算機ホログラム23と呼ぶ。)の画素の記録サイズWx 、Wy との関係を検討することにより、所望の分解能で明瞭に読み取れる画質の文字列の再生像を観察できるようにすることである。図2は、原画像21と単位計算機ホログラム23の画素の関係を模式的に示した図であり、原画像21と単位計算機ホログラム23とはフーリエ変換の関係にあるため、原画像21の水平方向の画素数をNx 、垂直方向の画素数をNy とするとき、単位計算機ホログラム23の画素数は水平方向、垂直方向で原画像21の画素数と同じNx 、Ny となる。そして、単位計算機ホログラム23の水平方向の画素の記録サイズをWx 、垂直方向の画素の記録サイズをWy とすると、単位計算機ホログラム23の水平方向の寸法はWx ×Nx 、垂直方向の寸法はWy ×Ny となる。 In the present invention, the number of pixels N x and N y of the original image 21 in FIG. 1B and the Fourier transform image 23 (hereinafter referred to as a unit computer hologram 23) obtained by multi-valued the Fourier transform image 22 of the original image 21 are described. In other words, it is possible to observe a reproduction image of a character string having an image quality that can be clearly read at a desired resolution by examining the relationship between the pixel recording sizes W x and W y . FIG. 2 is a diagram schematically illustrating the relationship between the pixels of the original image 21 and the unit computer hologram 23. Since the original image 21 and the unit computer hologram 23 are in a Fourier transform relationship, the horizontal direction of the original image 21 is illustrated. Where N x is the number of pixels and N y is the number of pixels in the vertical direction, the number of pixels of the unit computer hologram 23 is N x and N y which are the same as the number of pixels of the original image 21 in the horizontal and vertical directions. When the horizontal pixel recording size of the unit computer hologram 23 is W x and the vertical pixel recording size is W y , the horizontal dimension of the unit computer hologram 23 is W x × N x , The dimension is W y × N y .

図3は、本発明のホログラム観察具を人間の目30が観察するときの、目30の瞳31とホログラム観察具を構成する計算機ホログラム25の単位計算機ホログラム23との関係を模式的に示す図であり、計算機ホログラム25の水平、垂直方向に繰り返し配置する単位計算機ホログラム23が目30の瞳31の直径Dp の中に入るような寸法関係を満たすと、人間の目には計算機ホログラム25に記録された原画像21が完全に再生されて見える。逆に、単位計算機ホログラム23が目30の瞳31の直径Dp の中に入らないで瞳31でケラれるような寸法関係の場合は、人間の目に入る単位計算機ホログラム23の画素数が減少するため、逆フーリエ変換像に対応する再生像の画素数が減少し、分解能が低下する。 FIG. 3 is a diagram schematically showing the relationship between the pupil 31 of the eye 30 and the unit computer hologram 23 of the computer generated hologram 25 constituting the hologram observation tool when the human eye 30 observes the hologram observation tool of the present invention. If the unit computer hologram 23 repeatedly arranged in the horizontal and vertical directions of the computer hologram 25 satisfies the dimensional relationship such that it falls within the diameter D p of the pupil 31 of the eye 30, the human eye will be in the computer hologram 25. The recorded original image 21 appears to be completely reproduced. Conversely, if the unit computer generated hologram 23 is dimensional relationships as eclipsed by the pupil 31 not enter into the diameter D p of the pupil 31 of the eye 30, the number of pixels is reduced human eyes units computer generated hologram 23 Therefore, the number of pixels of the reproduced image corresponding to the inverse Fourier transform image is reduced, and the resolution is lowered.

したがって、単位計算機ホログラム23を正方形とすると、
x ×Nx ≦Dp /√2 ・・・(1)
y ×Ny ≦Dp /√2 ・・・(2)
の条件式(1)、(2)を満足することが十分な分解能で記録像を観察できる条件である。ここで、人間の目の瞳の直径Dp は、暗所では大きく(約8mm)、明所では小さく(約2mm)なるため、代表的な大きさとしてDp =4mmとすると、条件式(1)、(2)は、
x ×Nx ≦4/√2(mm)=2.828(mm) ・・・(1’)
y ×Ny ≦4/√2(mm)=2.828(mm) ・・・(2’)
となり、十分な分解能で計算機ホログラム25に記録された像を観察できるためには、条件式(1’)、(2’)を満足することが必要であると言える。
Therefore, if the unit computer hologram 23 is a square,
W x × N x ≦ D p / √2 (1)
W y × N y ≦ D p / √2 (2)
Satisfying the conditional expressions (1) and (2) are conditions under which a recorded image can be observed with sufficient resolution. Here, since the diameter D p of the pupil of the human eye is large (about 8 mm) in the dark place and small (about 2 mm) in the bright place, if D p = 4 mm as a representative size, the conditional expression ( 1) and (2)
W x × N x ≦ 4 / √2 (mm) = 2.828 (mm) (1 ′)
W y × N y ≦ 4 / √2 (mm) = 2.828 (mm) (2 ′)
Thus, in order to be able to observe the image recorded on the computer generated hologram 25 with sufficient resolution, it can be said that the conditional expressions (1 ′) and (2 ′) must be satisfied.

次に、原画像21として文字列の像を計算機ホログラム25(単位計算機ホログラム23)に記録するとき、計算機ホログラム25から再生される再生像24において、その原画像のそれぞれの文字が認識できるための再生像の大きさ(角度)に関する条件について検討する。   Next, when an image of a character string is recorded as the original image 21 on the computer generated hologram 25 (unit computer generated hologram 23), each character of the original image can be recognized in the reproduced image 24 reproduced from the computer generated hologram 25. Consider the conditions related to the size (angle) of the reconstructed image.

5mの距離から複数の異なる文字高の文字「G」を観察したところ、視力1.5の人間の場合、文字高が10mm以上であれば、その文字を「G」として認識できることが、実験の結果分かった。このとき、文字「G」を見込む角度を2θ0 とすると、図4(a)を参照にして、
θ0 =arctan(5mm/5000mm)≒0.001[rad]
・・・(3)
である。
When the character “G” having a plurality of different character heights was observed from a distance of 5 m, a human with a visual acuity of 1.5 can recognize the character as “G” if the character height is 10 mm or more. I understood the result. At this time, if the angle at which the letter “G” is expected is 2θ 0 , referring to FIG.
θ 0 = arctan (5 mm / 5000 mm) ≈0.001 [rad]
... (3)
It is.

複数の文字を並べて観察する場合、文字列全体を見込む角度は文字数に略比例して大きくなる。水平方向の文字列の文字数をNTx とすると、文字列全体の水平方向の見込み角を2θx として、θx が以下の式を満たせば、文字列を構成するそれぞれの文字が認識できる。 When observing a plurality of characters side by side, the angle at which the entire character string is viewed increases substantially in proportion to the number of characters. Assuming that the number of characters in the horizontal character string is NT x , each character constituting the character string can be recognized if θ x satisfies the following expression, where the horizontal angle of view of the entire character string is 2θ x .

θx ≧NTx ×θ0 =0.001×NTx [rad] ・・・(4)
一方、ホログラム観察具の計算機ホログラム25を通して観察される図形を見込む角2θI は、図4(b)を参照にして、計算機ホログラム25のホログラムパターンに含まれる最小格子間隔をPx 、波長をλ、図形を再生するための点光源41(光源4、5、6、7に対応)と計算機ホログラム25との距離をB、計算機ホログラム25と観察者の目30との距離をAとすると、以下のように定まる。
θ x ≧ NT x × θ 0 = 0.001 × NT x [rad] (4)
On the other hand, the angle 2θ I at which the figure observed through the computer generated hologram 25 of the hologram observing tool is viewed is referred to FIG. 4B, and the minimum lattice interval included in the hologram pattern of the computer generated hologram 25 is P x and the wavelength is λ. When the distance between the point light source 41 (corresponding to the light sources 4, 5, 6, and 7) for reproducing the figure and the computer generated hologram 25 is B, and the distance between the computer generated hologram 25 and the observer's eye 30 is A, It is determined as follows.

C=Btanθb ・・・(5)
ここで、Cは点光源41位置近傍に再生される図形(図4(b)では文字「G」)の高さの1/2、θb は計算機ホログラム25からその図形を見込む角の1/2である。一方、回折の式から、
x =λ/sinθb ・・・(6)
の関係がある。この式(6)から、
θb =arcsin(λ/Px ) ・・・(7)
となる。一方、
tanθI =C/(A+B) ・・・(8)
の関係があるので、式(5)、(7)を用いて、
θI =arctan[Btan{arcsin(λ/Px )}/(A+B)]
≒Bλ/Px (A+B)[rad] ・・・(9)
さらに、通常の使用形態では、B≫Aであるので、式(9)から、
θI ≒λ/Px ・・・(10)
となる。
C = Btanθ b (5)
Here, C is ½ of the height of the figure (character “G” in FIG. 4B) reproduced near the position of the point light source 41, and θ b is 1 / of the angle at which the figure is viewed from the computer generated hologram 25. 2. On the other hand, from the diffraction equation:
P x = λ / sin θ b (6)
There is a relationship. From this equation (6)
θ b = arcsin (λ / P x ) (7)
It becomes. on the other hand,
tan θ I = C / (A + B) (8)
Therefore, using equations (5) and (7),
θ I = arctan [Btan {arcsin (λ / P x )} / (A + B)]
≈ Bλ / P x (A + B) [rad] (9)
Furthermore, in the normal usage pattern, B >> A, so from the equation (9),
θ I ≈λ / P x (10)
It becomes.

ホログラム観察具の計算機ホログラム25を通して観察される文字列の場合は、計算機ホログラム25を通して観察される図形を見込む角2θI が、文字列全体の水平方向の見込み角2θx の条件式(4)を満足すれば、計算機ホログラム25を通して観察される文字列が認識可能となる。すなわち、
θI ≧0.001×NTx [rad] ・・・(11)
したがって、式(10)を用いて、
x ≦λ/(0.001×NTx ) ・・・(12)
となる。また、最小格子間隔Px を画素の集合で表現するには、最小格子間隔Px を少なくとも4画素で構成するのが望ましい(断面sin波状の回折格子を表現するのに、最低4画素必要)。すなわち、1画素の記録サイズはWx であるので、計算機ホログラム25を通して観察される文字列を構成するそれぞれの文字を認識できるための条件は、
x ≦λ/(4×0.001×NTx )=λ/(0.004×NTx
・・・(13)
となる。
In the case of a character string observed through the computer generated hologram 25 of the hologram observing tool, the angle 2θ I for viewing the figure observed through the computer generated hologram 25 is the conditional expression (4) of the expected angle 2θ x in the horizontal direction of the entire character string. If satisfied, the character string observed through the computer generated hologram 25 can be recognized. That is,
θ I ≧ 0.001 × NT x [rad] (11)
Therefore, using equation (10),
P x ≦ λ / (0.001 × NT x ) (12)
It becomes. In order to express the minimum grating interval P x as a set of pixels, it is desirable that the minimum grating interval P x is composed of at least four pixels (at least four pixels are required to express a diffraction grating having a sinusoidal cross section). . That is, since the recording size of one pixel is W x , the condition for recognizing each character constituting the character string observed through the computer generated hologram 25 is as follows:
W x ≦ λ / (4 × 0.001 × NT x ) = λ / (0.004 × NT x )
... (13)
It becomes.

以上は、水平方向についてであるが、垂直方向についても同様に、
y ≦λ/(0.004×NTy ) ・・・(14)
となる。ただし、NTy は垂直方向の文字列の文字数である。
The above is for the horizontal direction, but for the vertical direction as well,
W y ≦ λ / (0.004 × NT y ) (14)
It becomes. However, NT y is the number of characters in the vertical direction string.

次に、原画像21として文字列の原画像を計算機ホログラム25(単位計算機ホログラム23)に記録するとき、文字として認識するためのその原画像21の大きさ(画素数)に関する条件を検討する。   Next, when the original image of the character string is recorded as the original image 21 in the computer generated hologram 25 (unit computer generated hologram 23), the conditions regarding the size (number of pixels) of the original image 21 for recognizing it as a character are examined.

ホログラム観察具のホログラムを計算機ホログラム25で作成する場合、そのホログラム観察具を用いて観察したい画像を画素の集合で描く必要がある(図2の原画像21)。このため、観察したい画像が文字列の場合にも、それぞれの文字を画素の集合として描く必要がある。文字としてアルファベットを考えた場合、全26個のアルファベットを区別できるようにするためには、少なくとも横5画素、縦5画素の画素数が必要である。観察したい画像を文字列とするには、この5画素×5画素で構成された文字を配列し、文字列の画像21を作る。実際には、5画素×5画素で構成された文字を配列して文字列画像とするには、文字と文字の間に1画素分の隙間が必要なため、1文字当たりに必要な画素数は6画素×6画素である。   When the hologram of the hologram observation tool is created by the computer generated hologram 25, it is necessary to draw an image to be observed using the hologram observation tool as a set of pixels (original image 21 in FIG. 2). For this reason, even when the image to be observed is a character string, it is necessary to draw each character as a set of pixels. When alphabets are considered as characters, in order to distinguish all 26 alphabets, the number of pixels of at least 5 pixels horizontally and 5 pixels vertically is required. In order to make an image to be observed a character string, characters composed of 5 pixels × 5 pixels are arranged to create an image 21 of the character string. Actually, in order to arrange characters composed of 5 pixels × 5 pixels into a character string image, a space of one pixel is required between characters, so the number of pixels required per character Is 6 pixels × 6 pixels.

ここで、水平方向に配列する文字数を上記のようにNTx 、垂直方向に配列する文字数をNTy とするとき、文字列画像が文字の集合とみなせるための画素数NIx 、NIy は、
NIx ≧6×NTx ・・・(15)
NIy ≧6×NTy ・・・(16)
である。
Here, assuming that the number of characters arranged in the horizontal direction is NT x as described above and the number of characters arranged in the vertical direction is NT y , the number of pixels NI x and NI y for the character string image to be regarded as a set of characters is
NI x ≧ 6 × NT x (15)
NI y ≧ 6 × NT y (16)
It is.

一方、ホログラム観察具の計算機ホログラム25を観察すると、特許文献3に記載のように、再生像領域の周囲に、本来の再生像と同じパターンの高次回折像が再生される。このため、計算機ホログラム25の原画像21の略全領域に計算機ホログラム25の再生画像として観察する画像を配置してしまうと、再生される本来のパターン(この場合は、文字列)の周りに再生される高次回折像が本来のパターンに近すぎて、目立ち邪魔になり望ましくない。このため、観察したいパターンは、原画像21の中央部分縦横共1/2以内の範囲内に配置するのが望ましい。   On the other hand, when the computer generated hologram 25 of the hologram observation tool is observed, a high-order diffraction image having the same pattern as the original reproduction image is reproduced around the reproduction image region as described in Patent Document 3. For this reason, if an image to be observed as a reproduced image of the computer generated hologram 25 is arranged in substantially the entire area of the original image 21 of the computer generated hologram 25, the image is reproduced around the original pattern to be reproduced (in this case, a character string). The high-order diffraction image is too close to the original pattern, which is undesirably disturbing. For this reason, it is desirable to arrange the pattern to be observed within a range within 1/2 of the central portion of the original image 21 in both vertical and horizontal directions.

以上の条件を加えると、ホログラム観察具の計算機ホログラム25の再生像として文字列を再生するための原画像21の水平方向の画素数Nx 、及び、垂直方向の画素数Ny は、以下の式を満たす必要がある。 When the above conditions are added, the number of horizontal pixels N x and the number of vertical pixels N y of the original image 21 for reproducing a character string as a reproduced image of the computer generated hologram 25 of the hologram observation tool are as follows. It is necessary to satisfy the formula.

x ≧2×NIx ≧12×NTx ・・・(17)
y ≧2×NIy ≧12×NTy ・・・(18)
以下に、本発明のホログラム観察具の1実施例を説明する。シーン中の点光源(図6の光源4、5、6、7)を、図5に示すような文字列「I Love You」に置き換えて観察可能なホログラム観察具に用いる計算機ホログラム25を作成した。
N x ≧ 2 × NI x ≧ 12 × NT x (17)
N y ≧ 2 × NI y ≧ 12 × NT y (18)
Hereinafter, an embodiment of the hologram observation tool of the present invention will be described. A computer generated hologram 25 used for an observable hologram observation tool was created by replacing the point light source in the scene (light sources 4, 5, 6, and 7 in FIG. 6) with the character string “I Love You” as shown in FIG. .

原画像の水平方向の文字数NTx は、上段の「I Love」と下段の「You」の内の多い方「I Love」の6文字であり、NTx =6となる。ここで「I」と「Love」の間の「スペース」も1文字として数える。垂直方向の文字数NTy は、「I Love」と「You」の合計2行であるのでNTy =2となる。ホログラムから点光源までの距離B=2m、点光源の波長λを550nmとする。 The number of characters NT x in the horizontal direction of the original image is six characters of “I Love”, which is the larger of “I Love” in the upper row and “You” in the lower row, and NT x = 6. Here, the “space” between “I” and “Love” is also counted as one character. The number of characters NT y in the vertical direction is NT y = 2 because there are a total of two lines of “I Love” and “You”. The distance B from the hologram to the point light source is B = 2 m, and the wavelength λ of the point light source is 550 nm.

以上の条件のホログラム観察具を作成する場合、計算機ホログラム25の原画データの水平方向の画素数Nx 、垂直方向の画素数Ny 、計算機ホログラム25の水平方向の画素の記録サイズWx 、垂直方向の画素の記録サイズWy を、条件式(1’)、(2’)、(13)、(14)、(17)、(18)に基づいて、以下の範囲に設定することで、良好な画質の文字列を観察可能なホログラム観察具とすることができる。 When creating a hologram observation tool under the above conditions, the number of horizontal pixels N x , the number of vertical pixels N y of the original image data of the computer generated hologram 25, the recording size W x of the horizontal pixels of the computer generated hologram 25, and the vertical By setting the recording size W y of the pixels in the direction to the following range based on the conditional expressions (1 ′), (2 ′), (13), (14), (17), (18), A hologram observation tool capable of observing a character string with good image quality can be obtained.

x ×Nx ≦2.828(mm)
y ×Ny ≦2.828(mm)
x ≦λ/(0.004×NTx )=0.55μm/(0.004×6)
=22.916μm
y ≦λ/(0.004×NTy )=0.55μm/(0.004×2)
=68.75μm
x ≧12×NTx =12×6=72
y ≧12×NTy =12×2=24
以上の範囲内で、Wx 、Wy 、Nx 、Ny を以下のように設定してホログラム観察具の計算機ホログラム25を作成したところ、図5に示す文字列と同様で良好な画質の文字列を観察することができた。
W x × N x ≦ 2.828 (mm)
W y × N y ≦ 2.828 (mm)
W x ≦ λ / (0.004 × NT x ) = 0.55 μm / (0.004 × 6)
= 22.916 μm
W y ≦ λ / (0.004 × NT y ) = 0.55 μm / (0.004 × 2)
= 68.75 μm
N x ≧ 12 × NT x = 12 × 6 = 72
N y ≧ 12 × NT y = 12 × 2 = 24
Within the above range, W x , W y , N x , and N y are set as follows to create a computer generated hologram 25 of the hologram observation tool. The string could be observed.

x =5μm
y =5μm
x =256
y =256
x ×Nx =1.28mm
y ×Ny =1.28mm
以上、本発明によるホログラム観察具を実施例に基づいて説明してきたが、本発明はこれら実施例に限定されず種々の変形が可能である。
W x = 5μm
W y = 5μm
N x = 256
N y = 256
W x × N x = 1.28mm
W y × N y = 1.28mm
Although the hologram observation tool according to the present invention has been described based on the embodiments, the present invention is not limited to these embodiments and can be variously modified.

本発明に基づくホログラム観察具のための透過型ホログラムの1つの作成方法を示すフローチャート(a)とそのフローチャートを説明するための模式図(b)である。It is the flowchart (a) which shows one preparation method of the transmission type hologram for the hologram observation tool based on this invention, and the schematic diagram (b) for demonstrating the flowchart. 原画像と単位計算機ホログラムの画素の関係を模式的に示した図である。It is the figure which showed typically the relationship between the pixel of an original image and a unit computer hologram. 本発明のホログラム観察具を人間の目が観察するときの、目の瞳とホログラム観察具を構成する計算機ホログラムの単位計算機ホログラムの関係を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the relationship between the eye computer and the unit computer hologram of the computer hologram which comprises a hologram observation tool when human eyes observe the hologram observation tool of this invention. 原画像として文字列の像を計算機ホログラムに記録するときに、再生像においてそれぞれの文字が認識できるための再生像の大きさに関する条件を検討するための図である。It is a figure for examining the conditions regarding the magnitude | size of the reproduction | regeneration image in order that each character can be recognized in a reproduction | regeneration image, when recording the image of a character string on a computer generated hologram as an original image. 原画像として計算機ホログラムに記録する文字列の1例を示す図である。It is a figure which shows an example of the character string recorded on a computer generated hologram as an original image. ホログラム観察具としてのホログラムメガネとその作用を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the hologram glasses as a hologram observation tool, and its effect | action.

符号の説明Explanation of symbols

1…メガネフレーム
2、3…透過型ホログラム
4、5、6、7…小面積の光源
8、9、10、11…予め選択された置き替えパターン
21…原画像
22…フーリエ変換像
23…多値化したフーリエ変換像(単位計算機ホログラム)
24…再生像
25…計算機ホログラム
30…人間(観察者)の目
31…目の瞳
41…点光源
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Glasses frame 2, 3 ... Transmission hologram 4, 5, 6, 7 ... Small area light source 8, 9, 10, 11 ... Preselected replacement pattern 21 ... Original image 22 ... Fourier transform image 23 ... Many Quantized Fourier transform image (unit computer generated hologram)
24 ... reproduced image 25 ... computer generated hologram 30 ... human (observer) eye 31 ... eye pupil 41 ... point light source

Claims (2)

透過型のフーリエ変換ホログラムとして構成された計算機ホログラムからなり、ホログラムを通して点光源を片目で観察すると点光源の位置近傍に所定の文字列が再生されて観察可能なホログラム観察具において、前記計算機ホログラムに記録された原画データの水平方向の画素数Nx 、垂直方向の画素数Ny 、前記計算機ホログラムの水平方向の画素の記録サイズWx 、垂直方向の画素の記録サイズWy が以下の関係を満たすことを特徴とするホログラム観察具。
x ×Nx ≦2.828(mm) ・・・(1’)
y ×Ny ≦2.828(mm) ・・・(2’)
x ≦λ/(0.004×NTx ) ・・・(13)
y ≦λ/(0.004×NTy ) ・・・(14)
x ≧12×NTx ・・・(17)
y ≧12×NTy ・・・(18)
ただし、λは点光源の波長、NTx は水平方向の文字列の文字数、NTy は垂直方向の文字列の文字数であり、ここでNT x とNT y の少なくとも一方は2以上の整数である。
In a hologram observing tool comprising a computer generated hologram configured as a transmission type Fourier transform hologram, and when a point light source is observed with one eye through the hologram, a predetermined character string is reproduced near the position of the point light source. The number of horizontal pixels N x , the number of vertical pixels N y , the horizontal pixel recording size W x , and the vertical pixel recording size W y of the computer generated hologram have the following relationship: A hologram observation tool characterized by satisfying.
W x × N x ≦ 2.828 (mm) (1 ′)
W y × N y ≦ 2.828 (mm) (2 ′)
W x ≦ λ / (0.004 × NT x ) (13)
W y ≦ λ / (0.004 × NT y ) (14)
N x ≧ 12 × NT x (17)
N y ≧ 12 × NT y (18)
However, the wavelength of λ is a point light source, the number of characters of NT x is the horizontal string, NT y is Ri characters der the vertical string, wherein at least one of the NT x and NT y is 2 or more integer Oh Ru.
前記計算機ホログラムは、原画像のフーリエ変換像からなる単位計算機ホログラムを水平方向、垂直方向に所定数並べて構成されていることを特徴とする請求項1記載のホログラム観察具。 2. The hologram observation tool according to claim 1, wherein the computer generated hologram is configured by arranging a predetermined number of unit computer holograms composed of Fourier transform images of an original image in a horizontal direction and a vertical direction.
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