JP2001194625A

JP2001194625A - 光画像処理装置

Info

Publication number: JP2001194625A
Application number: JP2000327916A
Authority: JP
Inventors: Ikutoshi Fukushima; 郁俊福島
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1999-10-27
Filing date: 2000-10-27
Publication date: 2001-07-19

Abstract

(57)【要約】【課題】入力画像の大型化と装置の小型化の両方に対応
しつつ、正しくフィルタリングされた画像を獲得できる
光画像処理装置を提供する。【解決手段】画像を表示する画像表示手段１０１と、そ
の画像を読み出す光を発生させる光発生手段１０２と、
読み出された画像にフーリエ変換を施すフーリエ変換光
学系１０３と、フィルタリングを行なうピクセル構造を
持つフィルタリング手段１０４と、フィルタリングされ
た光束に逆フーリエ変換を施す逆フーリエ変換光学系１
０５と、逆フーリエ変換が施された画像を獲得するフィ
ルタリング画像獲得手段１０６とを備えており、画像表
示手段の表示サイズと、読み出し光の波長と、フーリエ
変換光学系の焦点距離と、フィルタリング手段のピクセ
ル間隔と表示サイズと、フィルタリング手段への入射角
とが、フィルタリング手段で発生する０次回折光が他の
次数の回折光と重ならないように選ばれている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、様々なフィルタ処
理や画像処理を光学的に行なうコンパクトで汎用な光画
像処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、二次元の画像を処理する場合、
通常のコンピュータによるシリアルな計算では膨大な時
間がかかるので、光を利用して画像処理を行なう様々な
光画像処理装置が提案されている。特開平８−１２９１
４９号は、このような光画像処理装置の一例を開示しし
ている。

【０００３】図７は、その光画像処理装置の光学系を概
略的に示している。画像表示手段１０１に表示された画
像は、読み出し光発生手段１０２で生成された読み出し
光によって読み出される。画像を読み出した光束はフー
リエ変換光学系１０３によってフーリエ変換され、その
フーリエ変換像がフーリエ変換光学系１０３の後側焦平
面に形成される。フーリエ変換像は、フーリエ変換光学
系１０３の後側焦平面近傍に配置されたフィルタリング
手段１０４にフィルタリングを行なう関数が表示される
ことによって、フィルタリングが行なわれる。フィルタ
リングが行なわれた光束は、逆フーリエ変換光学系１０
５によって逆フーリエ変換され、その結果がフィルタリ
ング画像獲得手段１０６によって得られる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような画像処理装
置において、従来は、画像表示手段１０１としての空間
光変調器には、画素数が少なく、その表示領域も小さ
い、フィルタリングを行なうための液晶と同程度の大き
さのものしか扱えなかった。しかし、近年では液晶やＤ
ＭＤ(ディジタル・マイクロミラー・デバイス)の高画素
化に伴って、扱える空間光変調器の選択の幅も広がり、
処理対象画像の大容量化のニーズに答えることが可能と
なった。

【０００５】その一方で、演算装置全体の小型化が求め
られている。小型化のためにはフーリエ変換光学系１０
３の焦点距離ｆを短くする必要がある。しかしながら、
図７に示されるように、入力画像の大きさＷiを大きく
し、フーリエ変換光学系の焦点距離ｆを短くすると、フ
ィルタリング手段１０４に入射する光束の角度２θiが
大きくなる。なお、図７には、分かり易いように、画像
表示手段１０１に表示されている画像中に含まれる周波
数成分の中で、周波数成分が０のＤＣ成分のみが示され
ている。

【０００６】一方、フィルタリング手段１０４に入射し
た光束は、更にフィルタリング手段１０４を構成する空
間光変調器のピクセル構造により回折光を生じる。フィ
ルタ手段１０４を通過した光束は、入射時とは反対に特
定の広がり角を持って広がり、それぞれの回折光も同様
に広がる。従って、観測対象の回折次数が０次の光束
(０次光)と、回折次数が＋１次あるいは−１次の光束
(＋１次光あるいは−１次光)との重なりが生じるため
に、正しくフィルタリングされた画像を獲得することが
できなくなってしまう。

【０００７】本発明は、このような不具合を解消するた
めに成されたものであり、その目的は、入力画像の大型
化と装置の小型化の両方に対応しつつ、正しくフィルタ
リングされた画像を獲得できる光画像処理装置を提供す
ることである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の光画像処理装置
は、処理対象の画像を表示する画像表示手段と、その画
像表示手段に表示されている画像を読み出すための光を
発生させる読み出し光発生手段と、読み出された画像に
フーリエ変換を施すフーリエ変換光学系と、フーリエ変
換が施された画像に対してフィルタリングを行なうため
のピクセル構造を持つフィルタリング手段と、フィルタ
リングが施された光束に逆フーリエ変換を施す逆フーリ
エ変換光学系と、逆フーリエ変換が施された画像を獲得
するフィルタリング画像獲得手段とを備えており、画像
表示手段の表示サイズＷiと、読み出し光の波長λと、
フーリエ変換光学系のレンズの焦点距離ｆと、フィルタ
リング手段の最小ピクセル間隔ｐと、表示サイズＷf
と、フィルタリング手段への入射角θgとが、フィルタ
リング手段において発生する０次の回折光とその他の次
数の回折光が重なり合わないように選ばれていることを
特徴とする。

【０００９】具体的には、それに沿って多数のピクセル
がマトリックス状に並ぶ互いに直交する二本の軸を有し
ており、それぞれの軸方向に対して、Ｗi＞Ｗfのとき、 arctan(Ｗi/(２ｆ))＜arcsin(λ/(２ｐcosθg)) ・・・(1) を満たしている。

【００１０】また、本発明の別の光画像処理装置では、
フィルタリング手段は、行なうフィルタリングに対応し
た関数を表示するための表示素子と、この表示素子に隣
接して配置された回折格子とを有しており、回折格子の
ピッチｑは、ｎ×ｑ＝ｐ・・・(2) を満たし、ここにｎは自然数であり、回折格子はピクセ
ル構造に対して整列している。この場合、(1)式の代わ
りに、 arctan(Ｗi/(２ｆ))＞arcsin(λ/(２ｑcosθg)) ・・・(3) を満たしている。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、実施の形態の説明の先立
ち、本発明の基本原理について図１を用いて説明する。
図１は本発明の光画像処理装置の光学系の光軸を沿った
断面を示している。この光学系において、画像表示手段
１０１に表示される画像サイズをＷi、フーリエ変換光
学系１０３の焦点距離をｆ、フーリエ変換光学系１０３
からフィルタリング手段１０４に入射する光束の入射角
をθgとする。各周波数成分の光束は、フーリエ変換光
学系１０３により、フィルタリング手段１０４に対し
て、ある角度で入射し、その角度は、画像表示手段１０
１に表示される画像サイズＷiとフーリエ変換光学系１
０３の焦点距離ｆによって決まる。説明を容易にするた
め、図には、入射する光束の中で、画像表示手段１０１
に表示されている画像に含まれる周波数成分の中で、周
波数成分が０のＤＣ成分が示されている。この場合、Ｄ
Ｃ成分の最も外側の光線Ａと光線Ｂは、２θi(θi＞０)
の角度で入射する。

【００１２】フィルタリング手段１０４の画像を表示す
る面をｘｙ平面とし、これに垂直な方向で、フィルタリ
ング手段１０４から光が射出する方向にｚ軸、光が入射
する方向にｚ'軸をとる。従って、図１の面はｙｚ平面
を示している。ここで扱う角度は、入射光側では、ｚ'
軸から反時計周りを＋、時計周りを−とし、射出光側で
も、ｚ軸から反時計周りを＋、時計周りを−とする。こ
の座標系で考えた場合に、光線Ａがフィルタリング手段
１０４と成す角θaiは、 θai＝−θi＋θg＝−arctan(Ｗi/(２ｆ))＋θg ・・・(4) となり、一方、光線Ｂがフィルタリング手段１０４と成
す角θbiは、 θbi＝θi＋θg＝arctan(Ｗi/((２ｆ))＋θg ・・・(5) となる。

【００１３】次にフィルタリング手段１０４に入射した
光束は、フィルタリング手段１０４を構成するピクセル
のために、回折光を生じ伝播する。フィルタリング手段
１０４のピクセル間隔をｐ、読み出し光の波長をλとす
ると、光線Ａに対する＋１次の回折光(＋１次光)である
光線Ａ+1は、図中のｚ軸に対して回折角θa+で回折す
る。ここで、回折角θa+は、 sinθa+＝sinθai＋λ/ｐ・・・(6) で与えられる。一方、光線Ｂに対する−１次の回折光
(−１次光)である光線Ｂ-1の回折角θb-は、 sinθb-＝sinθbi−λ/ｐ・・・(7) で与えられる。

【００１４】観測したい光束は、回折光のうち、０次の
次数の光(０次光)である。従って、正しくフィルタリン
グされた画像を得るには、０次の回折光が他の次数の回
折光と重ならないようにすればよい。そのためには、光
線Ａ+1の回折角θa+と光線Ｂ-1の回折角θb-が、それぞ
れ、その絶対値において、０次光を構成する光線Ｂ0と
光線Ａ0のｚ軸に対する角度よりも大きい必要がある。
従って、正負を考慮した上で、 θa+＞θi＋θg ・・・(8) θb-＜−θi＋θg ・・・(9) を満たす必要がある。(4)式〜(9)式より、 sinθi×cosθg＜λ/(２ｐ) ・・・(10) が得られる。従って、前述の(1)式： arctan(Ｗi/(２ｆ))＜arcsin(λ/(２ｐcosθg)) ・・・(1) が得られる。

【００１５】これまでの議論は、ｙｚ平面に対するもの
であるが、ｚｘ平面に対しても同様な議論が成り立つ。

【００１６】従って、フィルタリング手段のピクセルが
並ぶｘ軸とｙ軸の各方向において、それぞれ(1)式を満
たしていれば、０次光と±１次光が重なることはない。
つまり、０次の回折光が他の次数の回折光と重なること
はない。

【００１７】また、上述の議論は、フィルタリング手段
が透過型であると想定して説明したが、フィルタリング
手段が反射型である場合にも同様に成り立つ。この場
合、ｚ軸をｚ'軸に置き換え、これに対して透過した回
折光の代わりに反射された回折光を考慮することで、同
様に議論が展開できる。

【００１８】図１に示される光学系において、±１次の
回折光および更に高次の回折光の回折光の回折角を増幅
するために、フィルタリング手段１０４はピクセル構造
の前面あるいは背面に隣接して配置された回折格子を更
に備えていてもよい。この場合、良好な回折を得るため
に、回折格子のピッチｑは、前述の(2)式：ｎ×ｑ＝ｐ・・・(2) を満たし、ここにｎは自然数であり、回折格子のピッチ
はフィルタリング手段のピッチに揃っていることが好ま
しい。

【００１９】また、この場合、フィルタリング手段１０
４のピクセル間隔ｐの代わりに、回折格子のピッチｑを
考慮する必要がある。従って、この構成において満足す
べき条件は、(1)式に代って、前述の(3)式： arctan(Ｗi/(２ｆ))＞arcsin(λ/(２ｑcosθg)) ・・・(3) となる。

【００２０】この構成において、フィルタリング手段の
ピクセルが並ぶｘ軸とｙ軸の各方向において、言い換え
れば、回折格子の例えば周期構造が並ぶｘ軸とｙ軸の各
方向において、それぞれ(3)式を満たしていれば、０次
光と±１次光が重なることはない。すなわち、０次の回
折光が他の次数の回折光と重なることはない。

【００２１】［第一実施形態］本発明の第一実施形態の
光画像処理装置について図２を用いて説明する。図２に
示されるように、光画像処理装置は、処理対象の画像を
表示する画像表示手段１０１と、その画像を読み出すた
めの光を発生させる読み出し光発生手段１０２と、読み
出された画像にフーリエ変換を施すフーリエ変換光学系
１０３と、フーリエ変換が施された画像に対してフィル
タリングを行なうためのフィルタリング手段１０４と、
フィルタリングが施された光束に逆フーリエ変換を施す
逆フーリエ変換光学系１０５と、逆フーリエ変換が施さ
れた画像を獲得するフィルタリング画像獲得手段１０６
とを備えている。

【００２２】画像表示手段１０１は、電気アドレス型で
透過型の液晶１１１と、その手前すなわち読み出し光発
生手段１０２側に配置された偏光子１２１と、液晶１１
１の後ろすなわちフーリエ変換光学系１０３側に配置さ
れた検光子１２２とを備えている。

【００２３】読み出し光発生手段１０２は、レーザー光
を発するＨｅ−Ｎｅレーザー１１２と、レーザー光を集
光する集光レンズ１１３と、その焦平面に配置されたピ
ンホール１１４と、ピンホール１１４からのレーザー光
を平行化するコリメートレンズ１１５とを備えている。

【００２４】フーリエ変換光学系１０３は、焦点距離ｆ
のフーリエ変換レンズ１１７を備えている。フィルタリ
ング手段１０４への入射角θgは０度に設定されてい
る。

【００２５】フィルタリング手段１０４は、電気アドレ
ス型で透過型の液晶１１８と、その手前すなわちフーリ
エ変換光学系１０３側に配置された偏光子１２３と、液
晶１１８の後ろすなわち逆フーリエ変換光学系１０５側
に配置された検光子１２４とを備えている。

【００２６】逆フーリエ変換光学系１０５は、焦点距離
がｆ１の逆フーリエ変換レンズ１１９を備えている。フ
ィルタリング画像獲得手段１０６は、ＣＣＤカメラ１２
０を備えている。

【００２７】Ｈｅ−Ｎｅレーザー１１２から発せられた
レーザー光は、集光レンズ１１３によって集光され、ピ
ンホール１１４を通過したレーザー光は、コリメータレ
ンズ１１５によって平行光束に変えられる。この平行光
束は、画画像表示手段１０１である偏光子１２１と電気
アドレス型透過型液晶１１１と検光子１２２を透過する
ことで、電気アドレス型で透過型の液晶１１１に表示さ
れている処理対象の画像を読み出す。

【００２８】画像を読み出した光束は、フーリエ変換レ
ンズ１１７によってフーリエ変換が施され、偏光子１２
３を透過し、その後ろ側像平面に配置されている電気ア
ドレス型で透過型の液晶１１８の表示面に入力画像のフ
ーリエ変換像を形成する。この液晶１１８の表示面に形
成されたフーリエ変換像は、透過型液晶１１８に表示さ
れている関数と重ね合わさることでフィルタリングが行
なわれる。

【００２９】フィルタリングが施された光束は、検光子
１２４を透過し、逆フーリエ変換レンズ１１９によって
逆フーリエ変換が施され、入力画像に対してフィルタリ
ングが行なわれた画像が、ＣＣＤカメラ１２０によって
得られる。

【００３０】この装置において、液晶１１１の表示サイ
ズＷiと、読み出し光の波長λと、フーリエ変換レンズ
１１７の焦点距離ｆと、液晶１１８の最小ピクセル間隔
ｐと、液晶１１８の表示サイズＷfと、フィルタリング
手段１０４への入射角θg(＝０)は、前述の(1)式、すな
わち、 arctan(Ｗi/(２ｆ))＜arcsin(λ/(２ｐcosθg)) ・・・(1) を満たしている。

【００３１】従って、フィルタリング手段１０４で発生
する±１次以上の回折光は、０次の回折光と重なること
がない。その結果、ＣＣＤカメラ１２０は、正しくフィ
ルタリングされた画像を獲得することができる。

【００３２】［変形例］本発明の第一実施形態の変形例
を図３を用いて説明する。上述した第一実施形態との構
成上の相違個所を以下に述べる。読み出し光発生手段１
０２は、光源としてＨｅ−Ｎｅレーザーに代えてレーザ
ーダイオード(ＬＤ)１３２を備えている。画像表示手段
１０１は、偏光ビームスプリッター１４０と電気アドレ
ス型で反射型の液晶１３１を備えている。フィルタリン
グ手段１０４は、偏光ビームスプリッター１４１と電気
アドレス型で反射型の液晶１３８を備えており、フィル
タリング手段１０４への入射角度は同様に０度に設定さ
れている。その他の構成は第一実施形態と同じである。

【００３３】読み出し光発生手段１０２において、ＬＤ
１３２から発せられた光束は集光レンズ１１３で集光さ
れ、ピンホール１１４を通過した光は、コリメートレン
ズ１１５によって平行光束に変えられる。読み出し光発
生手段１０２で生成された平行光束は、偏光ビームスプ
リッタ１４０を透過し、電気アドレス型で反射型の液晶
１３１で反射され、液晶１３１に表示されている画像を
読み出す。

【００３４】画像を読み出した光束は、偏光ビームスプ
リッタ１４０で反射され、フーリエ変換レンズ１１７に
よって収束光束に変えられる。この収束光束は、偏光ビ
ームスプリッター１４１で反射され、フーリエ変換レン
ズ１１７の後ろ側焦平面に配置された電気アドレス型で
反射型の液晶１３８にそのフーリエ変換像を形成する。

【００３５】液晶１３８はフィルタリングを施す関数を
表示しており、これが形成されたフーリエ変換像と重ね
合わさることでフィルタリングが行なわれる。液晶１３
８で反射されたフィルタリングの施された光束は、偏光
ビームスプリッタ１４１を透過し、逆フーリエ変換レン
ズ１１９によって逆フーリエ変換が施され、フィルタリ
ングが行なわれた画像がＣＣＤカメラ１２０で獲得され
る。

【００３６】この装置において、液晶１３１の表示サイ
ズＷiと、読み出し光の波長λと、フーリエ変換レンズ
１１７の焦点距離ｆと、液晶１３８の最小ピクセル間隔
ｐと、液晶１３８の表示サイズＷfと、フィルタリング
手段１０４への入射角θg(＝０)は、前述の(1)式、すな
わち、 arctan(Ｗi/(２ｆ))＜arcsin(λ/(２ｐcosθg)) ・・・(1) を満たしている。

【００３７】従って、フィルタリング手段１０４で発生
する±１次以上の回折光は、０次の回折光と重なること
がない。その結果、ＣＣＤカメラ１２０は、正しくフィ
ルタリングされた画像を獲得することができる。

【００３８】本変形例では、画像表示手段１０１に反射
型の液晶１３１が適用され、またフィルタリング手段１
０４に反射型の液晶１３８が適用されており、光軸が曲
げられているため、装置の全長の短縮を図ることができ
る。

【００３９】(具体例１)画像表示手段１０１に表示され
る入力画像がＸＧＡの１０２４×７６８画素の内で７１
０×７１０画素を用いており、その大きさＷiが２０ｍ
ｍ、一方、フィルタリング手段１０４の液晶の大きさＷ
fが１０ｍｍ、そのピクセル間隔ｐが２０μｍ、使用波
長λが６３３ｎｍの条件において、θg＝０を考慮する
と、フーリエ変換光学系の焦点距離ｆが満たすべき条件
は、(１)式より、ｆ＞６３２となる。従って、フーリエ
変換光学系に、例えば、焦点距離ｆ＝６５０ｍｍのレン
ズを適用すればよい。その結果、画像表示手段１０１に
表示される入力画像が大きくとも、０次の回折光が他の
次数の回折光と重ならない光学系を得ることができる。

【００４０】(具体例２)画像表示手段１０１はＸＶＧＡ
の１０２４×７６８画素を表示可能であり、７６８×７
６８画素に処理対象の画像を表示し、その入力画像の大
きさＷiが１５ｍｍ、一方、フィルタリング手段１０４
の液晶の大きさＷfが１０ｍｍ、そのピクセル間隔ｐが
１０μｍ、使用波長λが６９０ｎｍの条件において、θ
g＝０を考慮すると、フーリエ変換光学系の焦点距離ｆ
が満たすべき条件は、(１)式より、ｆ＞２１８となる。
従って、フーリエ変換光学系に、例えば、焦点距離ｆ＝
２２０ｍｍのレンズを適用すればよい。この具体例で
は、フィルタリング手段１０４にピクセル間隔の小さい
液晶を用いることによって、フーリエ変換光学系の焦点
距離ｆの許容値が大幅に短縮されている。その結果、コ
ンパクトでありながら、０次の回折光が他の次数の回折
光と重ならない光学系を得ることができる。

【００４１】［第二実施形態］本発明の第二実施形態の
光画像処理装置を図４を用いて説明する。図４から分か
るように、本実施形態の光画像処理装置は、フィルタリ
ング手段１０４が液晶１１８の手前に配置された回折格
子１０７を更に有している以外は、第一実施形態(図２)
の装置と同じである。

【００４２】回折格子１０７は、例えば、縦横ともに同
じピッチｑを有しており、ピッチｑは、液晶１１８のピ
クセル間隔ｐに対して、前述の(2)式、すなわち、ｎ×ｑ＝ｐ・・・(2) を満たしている。例えば図５に示されるように、回折格
子１０７は、液晶１１８のピクセル間隔ｐの半分に等し
いピッチｑを有している。ここに、回折格子１０７のピ
ッチｑは例えばその溝１０７ａの間隔で特定され、液晶
１１８のピクセル間隔ｐは例えばその画素の配線１１８
ａの間隔で特定される。

【００４３】さらに、回折格子１０７は、フィルタリン
グ手段１０４の液晶１１８のピクセルに整列している。
これは、図５において、回折格子１０７が、液晶１１８
の配線１１８ａが回折格子１０７の溝１０７ａと重なる
ように、液晶１１８に対して配置されていること意味し
ている。

【００４４】図４において、読み出し光発生手段１０２
によって生成された平行光束である読み出し光は、画像
表示手段１０１の電気アドレス型で透過型の液晶１１１
に表示されている画像を読み出し、フーリエ変換レンズ
１１７によってフーリエ変換が施され、フィルタリング
手段１０４に入射する。

【００４５】フィルタリング手段１０４に入射した光束
は、偏光子１２３を経て、回折格子１０７に入射する。
入射した光束は回折格子１０７のピッチｑで回折され、
更に、フィルタリング手段である液晶１１８によってフ
ィルタリングが施される。

【００４６】図５に示されるように、回折格子１０７は
液晶１１８に対して、ピクセルの配線１１８ａが回折格
子１０７の溝１０７ａと重なるように配置されているの
で、その回折光は回折格子１０７のピッチｑによって生
じる回折方向に伝播する。

【００４７】０次光は、第一実施形態と同様、逆フーリ
エ変換レンズ１１９を透過し、フィルタリングが行なわ
れた画像が、フィルタリング画像獲得手段１０６である
ＣＣＤカメラ１２０で得られる。

【００４８】この装置において、液晶１１１の表示サイ
ズＷiと、読み出し光の波長λと、フーリエ変換レンズ
１１７の焦点距離ｆと、回折格子１０７のピッチｑと、
液晶１１８の表示サイズＷfと、フィルタリング手段１
０４への入射角θg(＝０)は、前述の(3)式、すなわち、 arctan(Ｗi/(２ｆ))＞arcsin(λ/(２ｑcosθg)) ・・・(3) を満たしている。

【００４９】従って、フィルタリング手段１０４で発生
する±１次以上の回折光は、０次光と重なることがな
い。その結果、ＣＣＤカメラ１２０は、正しくフィルタ
リングされた画像を獲得することができる。

【００５０】(具体例３)画像表示手段１０１である液晶
１１１に表示される入力画像の大きさＷiが２０ｍｍ、
一方、フィルタリング手段１０４である液晶１１８の大
きさＷfが５ｍｍ、そのピクセル間隔ｐが５μｍ、回折
格子１２０のピッチｑが１μｍ、使用波長λが６３３ｎ
ｍの条件に対して、フーリエ変換光学系の焦点距離ｆが
満たすべき条件は、(3)式より、ｆ＞３０ｍｍとなる。
一方、入力画像を表示する液晶１１１のピクセル間隔ｐ
が１５μｍであるので、フーリエ変換を施すと、その空
間周波数成分は、ｆ×λ/ｐの領域に広がる。それがフ
ィルタリング手段である液晶１１８の全領域に対応する
ためには、ｆ＝(Ｗf/２)×ｐ/λ＝５９．２４ｍｍが必
要となるので、従って、フーリエ変換光学系に、例え
ば、焦点距離ｆ＝６０ｍｍのレンズを適用すればよい。

【００５１】このように回折格子を用いることで、フィ
ルタリング手段の液晶１１８のピクセル間隔を問題にせ
ずに、０次の回折光が他の次数の回折光と重ならない、
具体例１に比べて更にコンパクトな光学系を得ることが
できる。

【００５２】［第三実施形態］本発明の第三実施形態の
光画像処理装置について図６を用いて説明する。

【００５３】図６に示されるように、画像表示手段１０
１は、電気アドレス型で透過型の液晶１７２と、その前
後に配置された偏光子１７１と検光子１７３とを備えて
いる。読み出し光発生手段１０２は、レーザーダイオー
ド(ＬＤ)１３２と、レーザー光を集光する集光レンズ１
１３と、その焦平面に配置されたピンホール１１４と、
ピンホール１１４からのレーザー光を平行化するコリメ
ートレンズ１１５とを備えている。

【００５４】フィルタリング手段１０４は、電気アドレ
ス型で反射型の液晶１７６と、その前段に配置された偏
光子１７４と、液晶１１８の後段に配置された検光子１
７５とを備えている。フーリエ変換光学系１０３は、焦
点距離ｆのフーリエ変換レンズ１１７を備えている。ま
た、逆フーリエ変換光学系１０５は、焦点距離がｆ１の
逆フーリエ変換レンズ１１９を備えている。フィルタリ
ング画像獲得手段１０６は、ＣＣＤカメラ１２０を備え
ている。

【００５５】この光学系では、フィルタリング手段１０
４への入射角θg、より詳しくは、フィルタリング手段
１０４の液晶１７６に対する入射角θgは、０度以外の
値に設定されている。

【００５６】ＬＤ１３２で発せられたレーザーは集光レ
ンズ１１３によって集光され、その焦平面に配置された
ピンホール１１４を通過した光はコリメータレンズ１１
５によって平行光束に変えられる。この平行光束は画像
表示手段１０１に表示されている処理対象の画像を読み
出す。画像を読み出した光束はフーリエ変換レンズ１１
７によってフーリエ変換が施され、フィルタリング手段
１０４に入射する。

【００５７】フィルタリング手段１０４に入射した光束
は、偏光子１７４を経て、その後ろ側像平面に配置され
ている電気アドレス型で反射型の液晶１７６に入射角θ
gで入射し、その面に入力画像のフーリエ変換像を形成
する。液晶１７６の表示面に形成されたフーリエ変換像
は、液晶１７６に表示されている関数と重ね合わさるこ
とでフィルタリングが行なわれる。

【００５８】フィルタリングが施された光束は、反射角
θgで反射され、検光子１７５を経て、逆フーリエ変換
光学系１０５である逆フーリエ変換レンズ１１９によっ
て逆フーリエ変換が施され、その結果がフィルタリング
画像獲得手段１０６であるＣＣＤカメラ１２０で得られ
る。

【００５９】この装置において、液晶１７２の表示サイ
ズＷiと、読み出し光の波長λと、フーリエ変換レンズ
１１７の焦点距離ｆと、液晶１７６の最小ピクセル間隔
ｐと、液晶１７６の表示サイズＷfと、液晶１７６への
入射角θgは、前述の(1)式、すなわち、 arctan(Ｗi/２ｆ)＜arcsin(λ/２ｐcosθg) ・・・(1) を満たしている。

【００６０】従って、フィルタリング手段１０４で発生
する±１次以上の回折光は、０次の回折光と重なること
がない。その結果、ＣＣＤカメラ１２０は、正しくフィ
ルタリングされた画像を獲得することができる。

【００６１】この装置では、フィルタリング手段１０４
に反射型の液晶１７６が適用されており、光軸が折り曲
げられているため、装置の全長の短縮を図ることができ
る。

【００６２】(具体例４)画像表示手段１０１である電気
アドレス型で透過型の液晶１７２に表示される入力画像
の大きさＷiが１０ｍｍ、一方、フィルタリング手段１
０４である電気アドレス型で反射型の液晶１７６の大き
さＷfが５ｍｍ、そのピクセル間隔ｐが１５μｍ、使用
波長λが６９０ｎｍ、入射角θgが−３０度の条件にお
いて、フーリエ変換光学系の焦点距離ｆが満たすべき条
件は、(１)式より、ｆ＞＝１８９ｍｍとなる。従って、
フーリエ変換光学系に、例えば、焦点距離ｆ＝１９０ｍ
ｍのレンズを適用すればよい。その結果、画像表示手段
１０１に表示される入力画像が大きく、それを読み出し
た光束をフィルタリング手段に対して斜めに入射させて
も、０次の回折光が他の次数の回折光と重ならない光学
系を得ることができる。

【００６３】［第四実施形態］本発明の第四実施形態の
画像処理装置を図８を用いて説明する。本実施の形態は
図３に示した第１の実施の形態の変形例の画像表示手段
１０１が画像読み出し手段２０１となっている。液晶１
３１に代わって被検物体である半導体基板２００が被検
物体ホルダー２０２に保持されている。読み出し光発生
手段１０２ではレーザダイオード１３２から出射した光
束は集光レンズ１１３で集光され、ピンホール１１４を
へてコリメートレンズ１１５によって平行光束がを生成
される。読み出し光発生手段１０２で生成された平行光
束は無偏光ビームスプリッタ２０４を透過し、被検物体
ホルダー２０２に保持してある半導体基板２００に入射
し、半導体基板２００から反射した光束は半導体基板上
の情報を読み出す。

【００６４】画像を読み出した光束は無偏光ビームスプ
リッタ２０４で反射され、フーリエ変換光学系１０３で
あるフーリエ変換レンズ１１７に入射する。フーリエ変
換レンズ１１７に入射した光束は偏光ビームスプリッタ
ー１４１で反射され、フーリエ変換レンズ１１７の後ろ
側焦平面に配置された電気アドレス型で反射型の液晶１
３８にそのフーリエ変換像を形成する。

【００６５】電気アドレス型で反射型の液晶１３８と偏
光ビームスプリッタ１４１がフィルタリング手段１０４
となっている。電気アドレス型で反射型の液晶１３８に
はフィルタリングを施す関数が表示されており、形成さ
れたフーリエ変換像のフィルタリングが行われ、その結
果の光束は電気アドレス型で反射型の液晶１３８で反射
され、さらに偏光ビームスプリッタ１４１を透過し、逆
フーリエ変換光学系１０５である逆フーリエ変換レンズ
１１９に入射する。逆フーリエ変換レンズ１１９に入射
した光束は、逆フーリエ変換が施され、その結果がＣＣ
Ｄカメラ１２０で獲得される。

【００６６】この様な構成を取ることで、半導体基板２
００にあるパターンの異常や、半導体基板２００上のゴ
ミなどに関する情報を、フィルタリングを行うことで精
度良く検出する事が可能となる。さらに、半導体基板２
００上での位相の情報も光を用いて読み出しているの
で、位相情報に関するフィルタリングができ、例えば、
半導体基板上にある位相物体の可視化なども可能とな
る。

【００６７】また、この装置において、レーザダイオー
ド１３２の波長をλ、画像読み出し手段２０１で検出す
る領域（読み出し光を入射させる領域）のサイズを
Ｗ_i'、フーリエ変換光学系１０３の焦点距離をｆ、フィ
ルタリング手段のピクセルサイズｐを（11）式を満たす
ように選択することで、フィルタリング手段のピクセル
で生じる回折光の0次光とその他の次数の光が重なり合
わない様になる。 arctan(Ｗ_i'/(２ｆ))＜arcsin(λ/(２ｐcosθg)) ・・・(11)

【００６８】（具体例５）ここで画像読み出し手段２０
１における演算対象物体における読み出し領域Ｗ _i'が１
００ｍｍ、一方、フィルタリング手段１０４である電気
アドレス型で反射型の液晶１３８の大きさＷ_fを５ｍ
ｍ、その画素のピクセル間隔ｐを７μm、とし、使用波
長λを６９０ｎｍとすると、フーリエ変換光学系での焦
点距離ｆが満たすべき条件は(11)式より、f＞＝1014mm
となる。、従ってフーリエ変換光学系にｆ＝１０２０ｍ
ｍのレンズを適用すれば良い。このように、焦点距離を
選択することで0次の光が他の次数と重ならずに、演算
可能なシステムが構築できる。

【００６９】これまで、いくつかの実施の形態について
図面を参照しながら具体的に説明したが、本発明は、上
述した実施の形態に限定されるものではなく、その要旨
を逸脱しない範囲で行なわれるすべての実施を含む。

【００７０】例えば、上述した実施形態では、画像表示
手段とフィルタリング手段は、液晶を用いたものを例示
したが、その他のピクセル構造を有する空間光変調器を
用いてもよい。また、光学系をカスケードにならべて、
複数のフィルタリング手段を用いてもよく、これによ
り、一度のフィルタリング処理だけでなく、より複雑な
フィルタリングも行なうことができる。光学系を並列に
配置してもよく、これにより、複数のフィルタリング処
理を同時に行なうこともできる。

【発明の効果】本発明によれば、０次の回折光が他の次
数の回折光と重ならない光学系を備える光画像処理装置
が実現されるので、正しくフィルタリングされた画像を
獲得できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基本原理を説明するための図である。

【図２】本発明の第一実施形態の光画像処理装置の光学
系を示している。

【図３】本発明の第一実施形態の変形例の光画像処理装
置の光学系を示している。

【図４】本発明の第二実施形態の光画像処理装置の光学
系を示している。

【図５】図４に示される液晶と回折格子の相互の配置関
係を示している。

【図６】本発明の第三実施形態の光画像処理装置の光学
系を示している。

【図７】従来の光画像処理装置の光学系を概略的に示し
ている。

【図８】本発明の第四実施形態の光画像処理装置の光学
系を示している。

【符号の説明】

１０１画像表示手段１０２読み出し光発生手段１０３フーリエ変換光学系１０４フィルタリング手段１０５逆フーリエ変換光学系１０６フィルタリング画像獲得手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】処理対象の画像を表示する画像表示手段
と、その画像表示手段に表示されている画像を読み出す
ための光を発生させる読み出し光発生手段と、読み出さ
れた画像にフーリエ変換を施すフーリエ変換光学系と、
フーリエ変換が施された画像に対してフィルタリングを
行なうためのピクセル構造を持つフィルタリング手段
と、フィルタリングが施された光束に逆フーリエ変換を
施す逆フーリエ変換光学系と、逆フーリエ変換が施され
た画像を獲得するフィルタリング画像獲得手段とを備え
ている画像処理装置において、画像表示手段の表示サイズＷiと、読み出し光の波長λ
と、フーリエ変換光学系のレンズの焦点距離ｆと、フィ
ルタリング手段の最小ピクセル間隔ｐと、表示サイズＷ
fと、フィルタリング手段への入射角θgとが、フィルタ
リング手段において発生する０次の回折光とその他の次
数の回折光が重なり合わないように選ばれていることを
特徴とする画像処理装置。
【請求項２】請求項１において、フィルタリング手段
は、それに沿って多数のピクセルがマトリックス状に並
ぶ互いに直交する二本の軸を有しており、それぞれの軸
方向に対して、Ｗi＞Ｗfのとき、 arctan(Ｗi/(２ｆ))＜arcsin(λ/(２ｐcosθg)) ・・・(1) を満たすことを特徴とする、請求項１に記載の画像処理
装置。
【請求項３】請求項１において、フィルタリング手段
は、行なうフィルタリングに対応した関数を表示するた
めの表示素子と、この表示素子に隣接して配置された回
折格子とを有しており、回折格子のピッチｑは、ｎ×ｑ＝ｐ・・・(2) を満たし、ここにｎは自然数であり、回折格子はピクセ
ル構造に対して整列しており、 arctan(Ｗi/(２ｆ))＞arcsin(λ/(２ｑcosθg)) ・・・(3) を満たすことを特徴とする、請求項１に記載の画像処理
装置。
【請求項４】演算対象の物体に対して光を当ててその物
体情報を読み出す画像読み出し手段と、画像読み出し手
段により物体の情報を読み出すための光を発生させる読
み出し光発生手段と、読み出された画像にフーリエ変換
を施すフーリエ変換光学系と、フーリエ変換が施された
画像に対してフィルタリングを行うためのフィルタリン
グ手段と、フィルタリングが施された光束にさらに逆フ
ーリエ変換を施す逆フーリエ変換光学系と、逆フーリエ
変換を施された画像を獲得するフィルタリング画像獲得
手段を有する画像処理装置において、画像読み出し手段
で演算対象の物体に読み出し光を当てて読み出すサイズ
をＷ_i'、読み出し光の波長をλ、フーリエ変換光学系の
レンズの焦点距離をｆ、フィルタリング手段の最小ピク
セル間隔をｐ、表示サイズをＷ_fとし、フィルタリング
手段への入射角をθ_gとする時、フィルタリング手段において発生する回折光の０次光と
その他の次数の光が重なり合わない様にＷ_i'、λ、f、
ｐ、Ｗ_f、θgを選択したことを特徴とする光画像処理装
置。
【請求項５】請求項４において、フィルタリング手段
は、それに沿って多数のピクセルがマトリックス状に並
ぶ互いに直交する二本の軸を有しており、それぞれの軸
に対して、Ｗ_i'＞Ｗ_fの時 arctan(Ｗ_i’/(２ｆ))＜arcsin(λ/(２ｐcosθ_g)) ・・・(11) を満たすことを特徴とする光画像処理装置。
【請求項６】請求項５において、フィルタリング手段の
近傍にフィルタリング手段の最小ピクセルサイズｐより
細かいピッチｑの回折格子を配置することを特徴とする
光画像処理装置。
【請求項７】請求項６において、上記回折格子のピッチ
ｑがｎ×ｑ＝ｐ n:自然数・・・(12) を満たすことを特徴とする光画像処理装置。
【請求項８】請求項６または請求項７において、 arctan(Ｗ_i’/(２ｆ))＞arcsin(λ/(２ｑcosθg)) ・・・(13) を満たすことを特徴とする光画像処理装置。