JP2005294944A - 光画像伝送システム、光画像送信装置、光画像受信装置及び光画像伝送方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 複数の画像情報を含んだ信号光を生成して送信し、当該信号光を受信して目的の画像情報を選択的に取り出すことが可能な光画像伝送システムを提供する。
【解決手段】 周波数の異なる光ビームからなる複数の光画像情報Ｓ１〜Ｓｎを生成し、前記複数の光画像情報Ｓ１〜Ｓｎを重畳し信号光Ｓとして自由空間又はイメージファイバ等の光導波路を通じて送信する光画像送信装置１００と、当該送信された前記信号光Ｓを受信し、前記周波数の相違に基づいて前記各光画像情報Ｓ１〜Ｓｎを選択的に検出する光画像受信装置２００とを備えている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、空間的な光強度分布によって表される画像（光画像情報と呼ぶ）の送受信を行う光画像伝送システム、光画像送信装置、光画像受信装置及び光画像伝送方法に関する。より詳しくは、自由空間又はイメージファイバ等の光導波路を通じて光画像情報の伝送を行う光画像伝送システム、光画像送信装置、光画像受信装置及び光画像伝送方法に関するものである。

現在、日常生活のあらゆる場面においてインターネット等の情報伝送技術が利用されている。なかでも、光ファイバやイメージファイバ等の光伝送媒体を用いた情報の伝送技術は、伝送速度や伝送容量などのメリットから更なる普及が期待されている。特に、光の干渉を利用した伝送技術（コヒーレント光伝送などと呼ばれる）は、受信感度等の優位性により将来の展開が注目されている。

コヒーレント光伝送技術は、次のような光ヘテロダイン技術を用いている。まず、送信側から信号光が送信される。信号光は、例えば画像情報など所定の情報を含んだ光信号である。受信側では、この信号光と僅かに周波数（波長）の異なる参照光を発生させ、ビームスプリッタ等を用いて信号光と重畳させて干渉光を生成する。干渉光は、信号光と参照光との差の周波数（ビート周波数などと呼ばれる）を有している。そして、干渉光をフォトダイオード等の光検出器を用いて検出し、それを解析することによって信号光に含まれる情報を取得するようになっている。

なお、参照光の強度をＩ_ｒ、信号光の強度をＩ_ｓとし、更に両光波の間の周波数差及び位相差をそれぞれｆ_ｉｆ及びΔθとすると、光検出器からは次式に示すようなヘテロダイン信号が出力される（例えば、非特許文献１を参照）。

式（１）の右辺第３項は交流電気信号であり、その周波数ｆ_ｉｆは参照光と信号光が干渉されて発生する上記のビート周波数である。ヘテロダイン信号の交流成分の周波数ｆ_ｉｆは、このビート周波数である。また、式（１）の右辺第１項及び第２項はヘテロダイン信号の直流成分であり、干渉光の背景光の信号強度に対応している。

下記の特許文献１は、従来の光伝送技術の一例を開示するものである。当該文献には、光信号と、第１の局部発振光と、第１の局部発振光と予め決められた周波数差を持った第２の局部発振光とを混合する手続きと、該混合する手続きによって得られた複数の周波数成分から予め決められた２つの周波数成分を選択する手続きと、上記の選択された２つの周波数成分を混合する手続きとを含むことにより、光信号に対する受信感度の向上を図った高周波信号伝送方法が記載されている。

将来においては、ユーザ側の利便性等を考慮すると、より多くの情報を一度に伝送できるような伝送方式が主流になると考えられるが、このような従来の光伝送技術では、光信号に複数の情報を含ませて送信するとともに、受信側において当該複数の情報から目的の情報を選択的に取り出すことが可能な伝送方式を実現することは困難である。特に、複数の画像情報を単一の光信号として送信し、目的の画像情報を抽出して取得することは、現在のところ実現化に至っていない。

特開２００２−９７０５号公報（請求項） 吉沢、瀬田編、「光ヘテロダイン技術（改訂版）」、新技術コミュニケーションズ（２００３）、ｐ．２

本発明は、以上のような事情に鑑みてなされたもので、複数の画像情報を含んだ信号光を生成して送信するとともに、当該信号光を受信して目的の画像情報を選択的に取り出すことが可能な光画像伝送システム及び光画像伝送方法を提供することを目的としている。

また、本発明は、複数の画像情報を含んだ信号光を生成し、所定の光画像受信装置に送信することが可能な光画像送信装置を提供することを他の目的としている。

また、本発明は、所定の光画像送信装置から送信された複数の画像情報を含んだ信号光を受信し、当該信号光から目的の画像情報を選択的に取り出すことが可能な光画像受信装置を提供することを更に他の目的としている。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、周波数の異なる光ビームからなる複数の光画像情報を生成し、前記複数の光画像情報を重畳し信号光として送信する光画像送信手段と、当該送信された前記信号光を受信し、前記周波数の相違に基づいて前記各光画像情報を選択的に検出する光画像受信手段と、を備えていることを特徴とする光画像伝送システムである。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の光画像伝送システムであって、前記光画像送信手段は、複数の前記光画像情報を生成する画像生成手段と、当該生成された複数の前記光画像情報の周波数を各々異なる周波数だけ変調する周波数変調手段と、当該周波数変調された複数の前記光画像情報を重畳して前記信号光を生成する光画像情報重畳手段と、当該生成された前記信号光を前記光画像受信手段に送信する送信手段と、を備えていることを特徴とする。

また、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の光画像伝送システムであって、前記画像生成手段は、画像を表示する複数の表示手段と、当該表示された画像に向けて光ビームを出射する光源とを備え、前記光画像情報は、当該光源からの光ビームに照射された前記画像により形成されることを特徴とする。

また、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の光画像伝送システムであって、前記光源は、前記複数の表示手段の各々に対して設けられていることを特徴とする。

また、請求項５に記載の発明は、請求項３に記載の光画像伝送システムであって、前記光源は、前記複数の表示手段より少ない個数だけ設けられ、前記画像生成手段は、いずれかの前記光源からの光ビームを２つ以上の前記表示手段に導く導光手段を更に備えていることを特徴とする。

また、請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の光画像伝送システムであって、前記導光手段は光ファイバであることを特徴とする。

また、請求項７に記載の発明は、請求項５に記載の光画像伝送システムであって、前記導光手段は、前記光源からの光ビームの光路を分割する光分割部材を含む光学系であることを特徴とする。

また、請求項８に記載の発明は、請求項２ないし請求項７のいずれか一項に記載の光画像伝送システムであって、前記周波数変調手段は、音響光学変調器であることを特徴とする。

また、請求項９に記載の発明は、請求項１に記載の光画像伝送システムであって、前記光画像送信手段は、画像を表示する複数の表示手段と、当該複数の表示手段の各々に対して設けられ、各々周波数の異なる光ビームを出射する複数の光源と、当該光源からの光ビームに照射された前記画像により形成される前記複数の光画像情報を重畳して前記信号光を生成する光画像情報重畳手段と、前記生成された前記信号光を前記光画像受信手段に送信する送信手段と、を備えていることを特徴とする。

また、請求項１０に記載の発明は、請求項３ないし請求項９のいずれか一項に記載の光画像伝送システムであって、前記表示手段は、前記光源からの光ビームを透過させる液晶ディスプレイであることを特徴とする。

また、請求項１１に記載の発明は、請求項２ないし請求項９のいずれか一項に記載の光画像伝送システムであって、前記光画像情報重畳手段は、互いに直交する方向から入射される２つの前記光画像情報を重畳するビームスプリッタであることを特徴とする。

また、請求項１２に記載の発明は、請求項１に記載の光画像伝送システムであって、前記光画像受信手段は、前記信号光に含まれる前記複数の光画像情報のいずれの周波数とも異なる周波数の参照光を出射する参照光源と、前記光画像送信手段から送信された前記信号光と前記参照光源からの前記参照光とを重畳して、前記各光画像情報の周波数と前記参照光の周波数との差をビート周波数とする複数の干渉光成分を含んだ干渉光を生成する参照光重畳手段と、当該生成された干渉光から前記各干渉光成分を選択的に検出する検出系と、を備えていることを特徴とする。

また、請求項１３に記載の発明は、請求項１２に記載の光画像伝送システムであって、前記光画像受信手段は、前記検出系により検出された前記干渉光成分に基づいて、当該干渉光成分に対応する前記光画像情報が示す画像を復元する画像復元処理手段を更に備えていることを特徴とする。

また、請求項１４に記載の発明は、請求項１２又は請求項１３に記載の光画像伝送システムであって、前記検出系は、前記生成された前記干渉光の強度を前記各干渉光成分のビート周波数に同期した変調周波数で周期的に変調する強度変調手段と、前記強度変調された前記干渉光を受光し、電気信号に変換して出力する光検出手段と、を含んでいることを特徴とする。

また、請求項１５に記載の発明は、請求項１４に記載の光画像伝送システムであって、前記検出系は、前記生成された干渉光を複数の光路に分割する干渉光分割手段を更に備え、前記強度変調手段及び前記光検出手段は、前記分割された前記複数の干渉光の各光路上に各々配置されていることを特徴とする。

また、請求項１６に記載の発明は、請求項１４又は請求項１５に記載の光画像伝送システムであって、 前記強度変調手段は、前記干渉光を前記変調周波数にて周期的に遮断するシャッタであることを特徴とする。

また、請求項１７に記載の発明は、請求項１４又は請求項１５に記載の光画像伝送システムであって、前記光検出手段は、ＣＣＤカメラであることを特徴とする。

また、請求項１８に記載の発明は、請求項１に記載の光画像伝送システムであって、前記光画像送信手段は、画像を表示する複数の表示手段と、当該表示された画像に向けて光ビームを出射する光源とを含み、複数の前記光画像情報を生成する画像生成手段と、当該生成された前記複数の光画像情報の周波数を各々異なる周波数だけ変調する周波数変調手段と、当該周波数変調された前記複数の光画像情報を重畳して前記信号光を生成する光画像情報重畳手段と、当該生成された前記信号光を前記光画像受信手段に送信する送信手段とを備えており、前記光画像送信手段の前記光源から出射された光ビームを前記光画像受信手段に導く光ビーム導光手段を更に備え、前記光画像受信手段は、前記光画像送信手段からの前記信号光と前記光ビーム導光手段により導光された前記光ビームとを重畳して、前記各光画像情報の周波数と前記光ビームの周波数との差をビート周波数とする複数の干渉光成分を含んだ干渉光を生成する参照光重畳手段と、当該生成された干渉光から前記各干渉光成分を選択的に検出する検出系とを備えている、ことを特徴とする。

また、請求項１９に記載の発明は、請求項１ないし請求項１８のいずれか一項に記載の光画像伝送システムであって、前記光画像送信手段は、自由空間、又は前記光画像情報を伝送可能なイメージファイバ等の光導波路を通じて前記信号光を前記光画像受信手段に伝送することを特徴とする。

また、請求項２０に記載の発明は、光ビームからなる複数の光画像情報を生成する画像生成手段と、当該生成された複数の前記光画像情報の周波数を各々異なる周波数だけ変調する周波数変調手段と、当該周波数変調された複数の前記光画像情報を重畳して信号光を生成する光画像情報重畳手段と、前記周波数の相違に基づいて前記各光画像情報を選択的に検出する光画像受信装置に対し、当該生成された前記信号光を自由空間又はイメージファイバ等の光導波路を通じて所定の光画像受信装置に送信する送信手段と、を備えていることを特徴とする光画像送信装置である。

また、請求項２１に記載の発明は、請求項２０に記載の光画像送信装置であって、前記画像生成手段は、画像を表示する複数の表示手段と、当該表示された画像に向けて光ビームを出射する光源とを備え、前記光画像情報は、当該光源からの光ビームに照射された前記画像により形成されることを特徴とする。

また、請求項２２に記載の発明は、請求項２０に記載の光画像送信装置であって、前記周波数変調手段は、音響光学変調器であることを特徴とする。

また、請求項２３に記載の発明は、所定の光画像送信装置から自由空間又はイメージファイバ等の光導波路を通じて送信された、周波数の異なる光ビームからなる複数の光画像情報を含んだ信号光を受信する受信手段と、前記複数の光画像情報のいずれの周波数とも異なる周波数の参照光を出射する参照光源と、前記信号光と前記参照光源からの前記参照光とを重畳して、前記各光画像情報の周波数と前記参照光の周波数との差をビート周波数とする複数の干渉光成分を含んだ干渉光を生成する参照光重畳手段と、当該生成された干渉光から前記各干渉光成分を選択的に検出する検出系と、を備えていることを特徴とする光画像受信装置である。

また、請求項２４に記載の発明は、請求項２３に記載の光画像受信装置であって、前記検出系により検出された前記干渉光成分に基づいて、当該干渉光成分に対応する前記光画像情報が示す画像を復元する画像復元処理手段を更に備えていることを特徴とする。

また、請求項２５に記載の発明は、請求項２３又は請求項２４に記載の光画像受信装置であって、前記検出系は、前記生成された前記干渉光の強度を前記各干渉光成分のビート周波数に同期した変調周波数で周期的に変調する強度変調手段と、前記強度変調された前記干渉光を受光し、電気信号に変換して出力する光検出手段と、を含んでいることを特徴とする。

また、請求項２６に記載の発明は、請求項２５に記載の光画像受信装置であって、前記検出系は、前記生成された干渉光を複数に分割する干渉光分割手段を更に備え、前記強度変調手段及び前記光検出手段は、前記分割された前記複数の干渉光の各光路上に各々配置されていることを特徴とする。

また、請求項２７に記載の発明は、請求項２５又は請求項２６に記載の光画像受信装置であって、前記強度変調手段は、前記干渉光を前記変調周波数にて周期的に遮断するシャッタであることを特徴とする。

また、請求項２８に記載の発明は、周波数の異なる光ビームからなる複数の光画像情報を生成し、前記複数の光画像情報を重畳して信号光を生成し、当該生成された信号光を自由空間又は前記光画像情報を伝送可能なイメージファイバ等の光導波路を通じて送信する光画像送信ステップと、当該送信された前記信号光を受信し、前記周波数の相違に基づいて前記各光画像情報を選択的に検出する光画像受信ステップと、を備えていることを特徴とする光画像伝送方法である。

なお、本発明において、「ビート周波数に同期した変調周波数」の「同期」とは、変調周波数が当該ビート周波数と（ほぼ）同一である場合、変調周波数が当該ビート周波数のｎ倍である場合、及び１／ｎ倍である場合を示すものとする（ここで、ｎは２以上の整数とする）。

本発明によれば、光画像送信手段（光画像送信装置）は、周波数の異なる複数の光画像情報からなる信号光を生成して光画像受信手段に向けて送信し、また、光画像受信手段（光画像受信装置）は、当該送信された信号光を受信し、周波数の違いに基づいて各光画像情報を選択的に検出するように構成されている。したがって、複数の画像情報を単一の信号光として送信できるとともに、この信号光から目的の画像情報を選択的に取り出すことが可能である。

以下、本発明の実施形態の一例について、図面を参照しながら詳細に説明する。

〔システム構成〕
図１は、本発明に係る光画像伝送システムの好適な一実施形態の概略構成を示している。この光画像伝送システムは、周波数の異なる光ビームからなる複数の光画像情報を生成し、この複数の光画像情報を重畳し信号光として送信する光画像送信装置１００と、この光画像送信装置１００から送信された信号光を受信し、上記周波数の相違に基づいて各光画像情報を選択的に検出する光画像受信装置２００とを含んで構成されている。光画像送信装置１００と光画像受信装置２００とは、自由空間、すなわち伝送される信号が周囲の物体の影響を受けない空間、を通じて信号光の送受信を行うようになっている。なお、光画像送信装置１００と光画像受信装置２００とを、光画像情報を伝送可能なイメージファイバ等の光導波路によって接続し、この光導波路を通じて信号光の送受信を行うように構成してもよい。

ここで、光画像送信装置１００は、本発明にいう光画像送信手段を構成し、また、光画像受信装置２００は、本発明の光画像受信手段を構成している。

（光画像送信装置の構成）
光画像送信装置１００は、レーザ光等のコヒーレント光を出力する光源１−１〜１−ｎと、この光源１−１〜１−ｎからの光ビームを平行光束とするとともにそのビーム径を拡大するレンズ系２−１〜２−ｎと、ユーザの要求に応じて各種の画像を表示し、レンズ系２−１〜２−ｎを通過した光ビームが透過することによって表示画像の情報を含んだ光ビーム（光画像情報Ｓ１〜Ｓｎと呼ぶ）を生成する液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）３−１〜３−ｎと、光画像情報Ｓ１〜Ｓｎの周波数をシフトさせる周波数シフタ４−１〜４−ｎと、各々周波数がシフトされた光画像情報Ｓ１〜Ｓｎを重畳して信号光Ｓを生成するビームスプリッタ５−１〜５−（ｎ−１）及び反射鏡５−ｎと、信号光Ｓを自由空間を通じて光画像受信装置２００に送信するための送信手段６とを含んでいる。このように、信号光Ｓには複数の光画像情報Ｓ１〜Ｓｎが含まれている。ここで、ｎは２以上の整数である。

光源１−１〜１−ｎは、例えば任意の半導体レーザなどによって構成され、連続光やパルス光などを適宜発光可能とされている。光源１−１〜１−ｎから出射される光ビームは、その可干渉距離（コヒーレント長）が伝送距離以上、すなわち光画像送信装置１００と光画像受信装置２００との間の距離以上であることが好ましい。例えば、市販のコヒーレント長が数キロメートル〜数十キロメートルの半導体レーザなどを用いることができる。ここで、光源１−１〜１−ｎは、例えば各々同一の周波数の光ビームを出力するように構成されている。

ＬＣＤ３−１〜３−ｎは、ユーザの要求に応じて各々異なる画像を表示可能に構成されている。光画像送信装置１００は、例えばコンピュータ装置に接続されており、ユーザは、このコンピュータ装置を操作することによって各ＬＣＤ３−１〜３−ｎに表示する画像を設定するようになっている。ここで、「画像」とは、絵、写真等のイメージやパターン、更には各種の文字など、ＬＣＤ３−１〜３−ｎに表示されるあらゆる形態の情報を意味するものとする。

周波数シフタ４−１〜４−ｎは、例えば音響光学変調器などによって構成され、複数の光画像情報Ｓ１〜Ｓｎを各々異なる周波数だけシフトさせるようになっている。したがって、光源１−１〜１−ｎからの光ビームの周波数は同一であることから、光画像情報Ｓ１〜Ｓｎは、各々異なる周波数を有している。なお、各周波数シフタ４−１〜４−ｎによる周波数のシフト量は、光源１−１〜１−ｎからの光ビームの周波数と比較して微少な量でよい。

送信手段６は、生成された信号光Ｓのビーム径を拡大するとともに平行光束とするレンズ系によって構成されている。当該レンズ系は、例えば、単一のレンズ（コリメータレンズなど）であってもよいし、複数のレンズを組み合わせたレンズ群を含む光学望遠鏡などであってもよい。なお、光導波路を通じて信号光Ｓを伝送する場合、送信手段６は、生成された信号光Ｓのビーム径を当該光導波路の径に適合させる送信用インターフェイスによって構成される。

なお、各周波数シフタ４−１〜４−ｎによって光画像情報Ｓ１〜Ｓｎに与えられる周波数シフト量の情報（周波数シフト量情報と呼ぶ）など、光画像送信装置１００の各種の設定情報を光画像受信装置２００に伝送する構成を光画像送信装置１００に設けることができる。当該設定情報を伝送するための手段としては、例えば、光画像送信装置１００と光画像受信装置２００とを電話回線や光ファイバ等を介したネットワークで接続し、当該ネットワークを通じて上記設定情報を伝送するように構成できる。また、光画像送信装置１００と光画像受信装置２００とを例えば無線ＬＡＮ等の無線通信手段によって通信可能に接続し、当該無線通信手段を用いて上記設定情報を伝送するようにしてもよい。

ここで、光源１−１〜１−ｎとＬＣＤ３−１〜３−ｎは、本発明にいう画像生成手段を構成する。特に、ＬＣＤ３−１〜３−ｎは、本発明の表示手段を構成する。また、周波数シフタ４−１〜４−ｎは、本発明の周波数変調手段を構成する。更に、ビームスプリッタ５−１〜５−（ｎ−１）及び反射鏡５−ｎは、本発明の光画像情報重畳手段を構成している。

（光画像受信装置の構成）
光画像受信装置２００は、光画像送信装置１００から自由空間を通じて送信された信号光Ｓを受信するための受信手段１０と、受信された信号光Ｓに重畳される参照光Ｒを出射する光源１１と、参照光Ｒを平行光束とするとともにそのビーム径を拡大するレンズ系１２と、このレンズ系１２を経由した参照光Ｒと受信された信号光Ｓとを重畳して干渉光Ｌを生成するビームスプリッタ１３とを備えている。

更に、光画像受信装置２００は、ビームスプリッタ１３にて生成された干渉光Ｌを３つの光路に分割する２つのビームスプリッタ１４−１、１４−２と、各光路の干渉光を所定の周波数で周期的に遮断してサンプリングを行う液晶シャッタ等の高速シャッタなどからなるシャッタ１５−１、１５−２、１５−３と、サンプリングされた各干渉光を受光し、光電変換して電気信号を出力する蓄積型の２次元光センサアレイであるＣＣＤカメラ１６−１、１６−２、１６−３とを備えている。

受信手段１０は、光画像送信装置１００から自由空間を通じて送信された信号光Ｓを受けて、そのビーム径を参照光Ｒのビーム径に適合するように縮小するレンズ系によって構成されている。当該レンズ系は、例えば、単一のレンズであってもよいし、複数のレンズを組み合わせたレンズ群を含む光学望遠鏡などにより構成される。それにより、ＣＣＤカメラ１６−１〜１６−３には、受信手段１０によって調整されたビーム径の干渉光Ｌ１〜Ｌ３が入射されることとなる。なお、光導波路を通じて信号光Ｓを伝送する場合、受信手段１０は、当該光導波路の径からなる信号光Ｓのビーム径を参照光Ｒのビーム径に適合させる受信用インターフェイスによって構成される。

光源１１は、レーザ光を出射する半導体レーザなどにより構成され、信号光Ｓに含まれる光画像情報Ｓ１〜Ｓｎのいずれとも異なる周波数の光ビームからなる参照光Ｒを出力する。光源１１から出射される光ビームは、当該参照光Ｒが各光画像情報Ｓ１〜Ｓｎと干渉可能なように、各光画像情報Ｓ１〜Ｓｎに十分に近い周波数を有している。例えば、光源１１からの光ビームの周波数は、光源１−１〜１−ｎからの光ビームの周波数と同一に設定できる。このとき、参照光Ｒと各光画像情報Ｓ１〜Ｓｎとの周波数差は、各周波数シフタ４−１〜４−ｎによる周波数シフト量と等しくなる。また、光源１１としては、出力する光ビームの周波数を変更可能なものが好ましい。それにより、送信側の各光源１−１〜１−ｎが出力する光ビームの周波数が異なる場合であっても、各光画像情報Ｓ１〜Ｓｎと同一又は近い周波数の参照光Ｒを提供することが可能となる。

ビームスプリッタ１３に入射する信号光Ｓは、複数の光画像情報Ｓ１〜Ｓｎを含んでいる。したがって、ビームスプリッタ１３により生成される干渉光Ｌは、参照光Ｒと光画像情報Ｓ１とが干渉して形成される干渉光成分Ｌ１と、参照光Ｒと光画像情報Ｓ２とが干渉して形成される干渉光成分Ｌ２と、・・・・、参照光Ｒと光画像情報Ｓｎとが干渉して形成される干渉光成分Ｌｎとからなる複数の干渉光成分を含んでいる。このとき、各干渉光成分Ｌ１〜Ｌｎの周波数は、対応する周波数シフタ４−１〜４−ｎによる周波数シフト量である。

なお、シャッタ１５−１、１５−２、１５−３は、それぞれＣＣＤカメラ１６−１、１６−２、１６−３の直前に配置されている必要はなく、ビームスプリッタ１４−１、１４−２による干渉光Ｌの分岐点からＣＣＤカメラ１６−１、１６−２、１６−３とを結ぶ各光路上の任意の位置に配設することが可能である。すなわち、シャッタ１５−１、１５−２、１５−３は、各干渉光Ｌを周期的に遮断することにより、ＣＣＤカメラ１６−１、１６−２、１６−３による受光量を周期的に０に変調することが可能な位置に配置されていれば十分である。

ここで、光源１１は、本発明にいう参照光源を構成する。また、ビームスプリッタ１３は、本発明の参照光重畳手段を構成し、ビームスプリッタ１４−１、１４−２は、本発明にいう干渉光分割手段を構成する。更に、シャッタ１５−１〜１５−３及びＣＣＤカメラ１６−１〜１６−３は、本発明の検出系を構成し、シャッタ１５−１〜１５−３は、本発明の強度変調手段を構成し、ＣＣＤカメラ１６−１〜１６−３は、本発明の光検出手段を構成している。

図示は省略するが、光画像受信装置２００は、各シャッタ１５−１〜１５−３の開閉タイミングを制御するタイミング信号を生成するための構成として、パルス信号を発生させるパルス信号発生器と、このパルス信号の位相をシフトさせて当該タイミング信号を各シャッタ１５−１〜１５−３に出力する位相シフタとを備えている。位相シフタは、例えば各シャッタ１５−１〜１５−３毎に設けられており、各シャッタ１５−１〜１５−３に対するタイミング信号の位相をそれぞれ独立にシフトさせる。それにより、各シャッタ１５−１〜１５−３は、それぞれに独立したタイミングで動作するようになっている。

各シャッタ１５−１〜１５−３は、位相シフタからのタイミング信号に基づいて所定の周波数（本発明において変調周波数と称することとする）で干渉光Ｌをそれぞれ周期的に遮断することにより、各干渉光のサンプリングを行う。それにより、各ＣＣＤカメラ１６−１〜１６−３は、対応する干渉光Ｌを周期的に受光することとなり、各光路の干渉光Ｌを周期的なパルス光として受光する。このとき、各シャッタ１５−１〜１５−３はそれぞれ独立して開閉されるため、ＣＣＤカメラ１６−１〜１６−３によりそれぞれ検出される干渉光Ｌのパルスは、所定の位相差を有するものとなる。ＣＣＤカメラ１６−１〜１６−３は、各ピクセルにて受光された干渉光Ｌを光電変換し、その変換結果であるヘテロダイン信号をコンピュータ２０に出力する。ヘテロダイン信号は、検出された干渉光の強度及び位相を反映した電気信号である。

コンピュータ２０は、ＣＣＤカメラ１６−１〜１６−３から出力されるヘテロダイン信号に基づいて後述の演算処理を実行する。更に、コンピュータ２０は、当該演算処理の結果を解析して、各光画像情報Ｓ１〜Ｓｎが示す画像、すなわちＬＣＤ３−１〜３−ｎに表示された画像を復元する。復元された画像は、コンピュータ２０の図示しないモニタ装置等の表示装置に表示される。このようなコンピュータ２０は、上記のような演算を行うための演算プログラムを格納するＲＯＭやハードディスクドライブ等の記憶装置と、当該演算プログラムを実行するＣＰＵとを含んで構成される。当該コンピュータ２０は、本発明にいう「画像復元処理手段」を構成している。なお、本発明の画像復元処理手段としては、このようなコンピュータを光学的構成を格納する筐体の外部に設けたり、同一筐体内に配置させたりすることができる。

なお、上述のように、周波数シフタ４−１〜４−ｎによる周波数シフト量情報などの設定情報を光画像送信装置１００から伝送する形態を適用する場合には、当該設定情報を受信するための手段を光画像受信装置２００に設ける。

〔伝送形態〕
続いて、以上のような構成の光画像伝送システムによる複数の光画像情報の伝送形態について図面を適宜参照しながら説明する。

まず、光画像送信装置１００のユーザは、各ＬＣＤ３−１〜３−ｎに所望の画像を表示させる。また、各周波数シフタ４−１〜４−ｎの周波数シフト量が設定される。当該シフト量は、ユーザが手入力することにより設定してもよいし、所定のデフォルト値を使用してもよい。

光源１−１から出射された光ビームは、レンズ系２−１によってそのビーム径が拡大される。そして、ＬＣＤ３−１を透過してその表示画像の情報を含んだ光ビーム（光画像情報Ｓ１）となる。この光画像情報Ｓ１は、周波数シフタ４−１によって所定量の周波数シフトを受ける。光源１−２〜１−ｎから出射された光ビームも、同様の光画像情報Ｓ２〜Ｓｎとなる。上述のように、光画像情報Ｓ１〜Ｓｎは、それぞれ異なる周波数を有している。これら複数の光画像情報Ｓ１〜Ｓｎは、ビームスプリッタ５−１〜５−（ｎ−１）及び反射鏡５−ｎによって重畳されて信号光Ｓを形成する。この信号光Ｓは、送信手段６によりビーム径が拡大され、自由空間（又は光導波路；以下同様）を通じて光画像受信装置２００に向けて送信される。

光画像受信装置２００の受信手段１０は、光画像送信装置１００から送信された信号光Ｓを受けてそのビーム径を縮小して参照光Ｒのビーム径に適合させる。

なお、周波数シフタ４−１〜４−ｎによる周波数シフト量情報などの光画像送信装置１００の設定情報を光画像受信装置２００に伝送する場合、光画像送信装置１００は、信号光Ｓの送信と（ほぼ）同時のタイミングで当該設定情報を光画像受信装置２００に伝送する。伝送された周波数シフト量情報は、光画像受信装置２００の図示しないＣＰＵ等の制御手段に送られる。当該制御手段は、この周波数シフト情報を、シャッタ１５−１〜１５−３の開閉周波数を設定するための上記パルス信号発生器の制御に用いる。その他の設定情報が光画像送信装置１００から伝送される場合、光画像受信装置２００は、その設定情報を装置の制御等のために適宜利用できるように構成することが可能である。

受信手段１０によってビーム径が適合された信号光Ｓは、ビームスプリッタ１３により、光源１１からの参照光Ｒと重畳されて干渉光Ｌを形成する。干渉光Ｌは、上述のように、信号光Ｓの各光画像情報Ｓ１〜Ｓｎと参照光Ｒとが干渉して形成される干渉光成分Ｌ１〜Ｌｎを含んでいる（図２を参照）。各干渉光成分Ｌ１〜Ｌｎは、上記の式（１）に示したように、干渉光Ｌの背景光からなる直流成分と、うなりの周波数（ビート周波数）を有する交流成分（ビート信号）とが重畳されたものと考えることができる。

干渉光Ｌは、ビームスプリッタ１４−１によって２つに分割され、その一部がシャッタ１５−１を介してＣＣＤカメラ１６−１により検出される。

また、ビームスプリッタ１４−１を透過した干渉光Ｌは、次のビームスプリッタ１４−２によって更に二分され、その一部がシャッタ１５−２を介してＣＣＤカメラ１６−２により検出される。

ビームスプリッタ１４−２を透過した干渉光Ｌは、シャッタ１５−３を介してＣＣＤカメラ１６−３によって検出される。

ここで、ビームスプリッタ１４−１による干渉光の分割率、つまり透過される干渉光と反射される干渉光Ｌとの強度比は２：１であることが望ましい。すなわち、ビームスプリッタ１４−１は、入射光の２／３を透過させ、１／３を反射させる特性を有していることが望ましい。また、ビームスプリッタ１４−２により透過される干渉光Ｌと反射される干渉光Ｌとの強度比は１：１であることが望ましい。すなわち、ビームスプリッタ１４−２は、入射光の１／２を透過させ、１／２を反射させる特性を有していることが望ましい。これにより、各ＣＣＤカメラ１６−１、１６−２、１６−３により検出される干渉光Ｌは、それぞれ等しい強度レベルとされるので、後述の演算処理を行うのに好適である。ただし、分割される干渉光の強度比はこれに限定されるものではなく、適宜設定することが可能である。

上記の図２及び図３〜図５は、シャッタ１５−１〜１５−３による干渉光Ｌのサンプリング形態を説明するための図である。ここで、周波数シフタ４−１〜４−ｎは各々異なるシフト量を付与することから、干渉光成分Ｌ１〜Ｌｎは各々異なる周波数を有している。したがって、各シャッタ１５−１〜１５−３は、干渉光Ｌから各干渉光成分Ｌ１〜Ｌｎを選択的に抽出してサンプリングすることができる。

図３（Ａ）は、信号光Ｓの光画像情報Ｓ１と参照光Ｒとからなる干渉光成分Ｌ１の時間波形を示している。図３（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）は、それぞれシャッタ１５−１、１５−２、１５−３の開閉動作を制御するサンプリング関数の一例を示している。これらサンプリング関数の周波数は、干渉光成分Ｌ１の周波数に等しいか、もしくはそれに近い値に設定されている。

図３（Ｂ）に示すサンプリング関数をｍ_１（ｔ）とする。シャッタ１５−１は、このサンプリング関数ｍ_１（ｔ）に基づいて周期的に開閉（ｏｎ−ｏｆｆ）させることにより干渉光成分Ｌ１のサンプリングを行う。サンプリング関数ｍ_１（ｔ）は、５０％ｄｕｔｙの矩形列からなる波形を有し、その周波数ｆ_ｓｍは、上述のように干渉光成分Ｌ１の周波数ｆ_ｉｆに等しいか、もしくはそれに近い値に設定されている（すなわち、ｆ_ｓｍ＝ｆ_ｉｆもしくはｆ_ｓｍ≒ｆ_ｉｆとされる）。

サンプリング関数ｍ_１（ｔ）によれば、干渉光成分Ｌ１の位相０〜πの範囲がサンプリングされる。ここで、サンプリング関数ｍ_１（ｔ）の周波数ｆ_ｓｍと式（１）に示すような干渉光成分Ｌ１のビート周波数ｆ_ｉｆとの差（δｆ＝｜ｆ_ｉｆ−ｆ_ｓｍ｜）は、蓄積型光センサであるＣＣＤカメラ１６−１の応答周波数に比べて十分小さく設定されている。それにより、干渉光成分Ｌ１の各周期においてほぼ同じ位相範囲がサンプリングされるようになっている。このとき、干渉光成分Ｌ１を受光したＣＣＤカメラ１６−１からの出力ｉ_１（ｔ）は、受光時間内にＣＣＤカメラ１６−１に蓄積された光電荷量に比例しており、具体的には次式によって与えられる（例えば、Ｍ．Ａｋｉｂａ、Ｋ．Ｐ．Ｃｈａｎ、Ｎ．Ｔａｎｎｏ、「Ｏｐｔｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ」、Ｖｏｌ．２８、８１６（２００３）を参照）。

ここで、＜−＞はＣＣＤカメラ１６−１の蓄積効果による時間平均を表している。また、φは検出の初期位相値を表し、Ｋ_１はビームスプリッタ１４−１の反射率とＣＣＤカメラ１６−１の光電変換率を含めた光検出効率を表している。

同様に、干渉光成分Ｌ１は、図３（Ｃ）に示すサンプリング関数ｍ_２（ｔ）に基づいてその開閉タイミングが制御されるシャッタ１５−２によってサンプリングが施されてＣＣＤカメラ１６−２により検出される。このサンプリング関数ｍ_２（ｔ）は、サンプリング関数ｍ_１（ｔ）と同一の周波数ｆ_ｓｍを有し、５０％ｄｕｔｙの矩形列の波形を有するものである。ここで、サンプリング関数ｍ_２（ｔ）は、サンプリング関数ｍ_１（ｔ）に対して位相差Δθ_１，２を有する。この位相差Δθ_１，２は、位相シフタによる位相のシフト量をあらかじめ設定することによって生成される。以上のような条件の下に、式（２）と同様の原理で、ＣＣＤカメラ１６−２からは次のような出力ｉ_２（ｔ）が得られる。

ただし、Ｋ_２は、ビームスプリッタ１４−１の透過率と、ビームスプリッタ１４−２の反射率と、ＣＣＤカメラ１６−２の光電変換率とを含めた光検出効率である。

式（２）と式（３）から分かるように、ＣＣＤカメラ１６−１、１６−２からの出力には、信号光Ｓと参照光Ｒの強度Ｉ_ｓ、Ｉ_ｒの項とともに、干渉光成分Ｌ１の振幅√（Ｉ_ｓＩ_ｒ）及び位相（２πδｆｔ＋φ）、（２πδｆｔ＋Δθ_１，２）に関わる項がそれぞれ含まれている。

更に、干渉光成分Ｌ１は、図３（Ｄ）に示すサンプリング関数ｍ_３（ｔ）に基づいてその開閉タイミングが制御されるシャッタ１５−３によってサンプリングが施されＣＣＤカメラ１６−３により検出される。このサンプリング関数ｍ_３（ｔ）は、サンプリング関数ｍ_１（ｔ）と同一の周波数ｆ_ｓｍを有し、５０％ｄｕｔｙの矩形列の波形を有するものである。ここで、サンプリング関数ｍ_３（ｔ）は、サンプリング関数ｍ_１（ｔ）に対して位相差Δθ_１，３を有する。この位相差Δθ_１，３は、位相シフタによる位相のシフト量をあらかじめ設定することによって生成される。このとき、式（２）と同様の原理で、ＣＣＤカメラ１６−３からは次のような出力ｉ_３（ｔ）が得られる。

ただし、Ｋ_３は、ビームスプリッタ１４−１、１２のそれぞれの透過率、及びＣＣＤカメラ１６−３の光電変換率を含めた光検出効率である。

図４及び図５に示す干渉光成分Ｌ２及びＬｎも、同様の原理によってサンプリングされ、各ＣＣＤカメラ１６−１、１６−２、１６−３により検出される。

〔演算処理〕
式（２）、（３）、（４）に示す各ＣＣＤカメラ１６−１、１６−２、１６−３から出力された電気信号は、コンピュータ２０に送信される。コンピュータ２０は、これらの出力結果を用いて以下に説明するような演算を実行することにより、干渉光成分Ｌ１の背景光、すなわち干渉光Ｌの背景光に対応する式（１）に示す直流成分と、干渉光成分Ｌ１の信号強度及び位相の空間分布とを算出する。コンピュータ２０は、この干渉光成分Ｌ１の強度及び位相の分布に基づいて、当該干渉光成分Ｌ１に対応する光画像情報Ｓ１の画像、すなわちＬＣＤ３−１に表示された画像を形成する。

ここで、図３（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）に示すように、サンプリング関数ｍ_１（ｔ）とサンプリング関数ｍ_２（ｔ）との位相差Δθ_１，２は−π／２に設定され、サンプリング関数ｍ_１（ｔ）とサンプリング関数ｍ_３（ｔ）との位相差Δθ_１，３はπ／２に設定されているものとする。このとき、干渉光成分Ｌ１の背景光からなる直流成分の強度Ｓ_１と位相直交成分（ｓｉｎ成分とｃｏｓ成分）Ｓ_２及びＳ_３は、それぞれ以下の式により表される。

したがって、３つのＣＣＤカメラ１６−１、１６−２、１６−３のうち２台のＣＣＤカメラ１６−２、１６−３からの電気信号に基づいて、干渉光Ｌの背景光に対応する直流成分の強度を算出することができる。

式（６）と式（７）を用いると、干渉光成分Ｌ１の振幅は次のように表される。

ここで、右辺に係る比例定数はπ／４である。したがって、式（５）により求めた直流成分を用いることにより、干渉光成分Ｌ１の振幅を算出することができる。したがって、上記直流成分とヘテロダイン信号の振幅とを足し合わせることにより、干渉光成分Ｌ１の強度を求めることができる。

更に、当該伝送システムの光画像受信装置２００によれば、次のような伝送方法により干渉光成分Ｌ１の位相の空間分布を求めて画像化することができる。

ある受光時間ｔ＝ｔ_１について、式（６）及び式（７）に示す干渉光成分Ｌ１の干渉成分Ｓ_２（ｔ_１）及びＳ_３（ｔ_１）が取得されると、これら双方の干渉成分の比を取ることによって次式に示すような信号が得られる。

この式（９）から分かるように、信号Ｓ_４は干渉光成分Ｌ１の振幅には依存せず、その位相情報のみを含んでいる。したがって、２次元光センサアレイであるＣＣＤカメラ１６−１、１６−２、１６−３の各ピクセルにより出力される干渉光成分Ｌ１の位相φ（ｘ、ｙ、ｔ_１）は、次式のように表される。ここで、（ｘ、ｙ）は、これらＣＣＤ上に設定された各ピクセルの位置座標を示している。

この式（１０）の第２項２πδｆｔ_１は、ゼロあるいはほぼゼロの周波数δｆを有する交流信号の受光時間ｔ_１における瞬時位相値であり、ＣＣＤカメラ１６−１、１６−２、１６−３のピクセルの位置（すなわち変数ｘ、ｙ）によらず一定であると仮定できる。したがって、ＣＣＤカメラ１６−１、１６−２、１６−３上のある座標ｘ＝ｘ_１、ｙ＝ｙ_１に位置するピクセルにおけるヘテロダイン信号の位相φ（ｘ_１、ｙ_１、ｔ_１）に対する、各ピクセルからの信号の位相差を求めることにより、干渉光成分Ｌ１の位相の空間分布を求めることができる。この位相情報を用いることにより、復元画像の精度を向上させることができる。

更に、上記の位相情報を用いると、干渉光成分Ｌ１の周波数情報を取得することができる。すなわち、干渉光成分Ｌ１に対応するヘテロダイン信号の周波数ｆ_ｉｆとサンプリング周波数ｆ_ｓｍとの周波数差δｆは、ある２つの受光時間ｔ＝ｔ_１及びｔ＝ｔ_２における位相の算出結果φ（ｘ、ｙ、ｔ_１）及びφ（ｘ、ｙ、ｔ_２）に基づき次式を用いて算出される。

サンプリング周波数ｆ_ｓｍは既知であるので、式（１１）による算出結果からヘテロダイン信号の周波数ｆ_ｉｆ、つまり干渉光成分Ｌ１の周波数を算出することができる。

図４及び図５に示す干渉光成分Ｌ２及びＬｎについても、同様の原理によってその強度及び位相の空間分布を求めることができる。

本実施形態の光画像伝送システムは、例えば次のような形態で使用される。光画像送信装置１００を或るビルディング内に設置し、光画像受信装置２００をそのビルディングと通りを挟んで位置する他のビルディングに設置する。更に、光画像送信装置１００の送信手段６を構成する光学望遠鏡を当該他のビルディングに向けて配置し、光画像受信装置２００の受信手段１０を構成する光学望遠鏡を送信手段６から送信される信号光Ｓを受光可能な位置に配置する。光画像送信装置１００のユーザは、伝送したい複数の画像をＬＣＤ３−１〜３−ｎに表示させて光画像情報Ｓ１〜Ｓｎを含む信号光Ｓを送る。光画像受信装置２００のユーザは、伝送された信号光Ｓに含まれる光画像情報Ｓ１〜Ｓｎのうち所望のものを選択的に取得することができる。

なお、当該光画像伝送システムは、このような近距離間の光画像伝送への適用に限定されるものではなく、例えば光学望遠鏡の倍率を適宜調整するなどしてより長距離の伝送に利用することも可能である。

〔変形例〕
以下、上記実施形態の光画像伝送システムの各種の変形例について、図面を参照しながら説明する。

（第１の変形例）
図６は、第１の変形例の概略構成を示す。同図に示す光伝送システムは、図１に示した上記実施形態とほぼ同様の構成を備えている。本変形例の光伝送システムの光画像送信装置１００は、複数の光源１−１〜１−ｎに代えて、単一の光源１を備えている。この光源１から出力された光ビームは、本発明にいう導光手段を構成する光ファイバ４００の一端に入射される。この光ファイバ４００の他端は、複数（ｎ個）に分割されている。それにより、光源１からの光ビームは、ｎ個の光路に分割され、各レンズ系２−１〜２−ｎに入射され、各ＬＣＤ３−１〜３−ｎ及び各周波数シフタ４−１〜４−ｎを経由して光画像情報Ｓ１〜Ｓｎが形成される。この光画像情報Ｓ１〜Ｓｎは、ビームスプリッタ５−１〜５−（ｎ−１）及び反射鏡５−ｎにより重畳されて信号光Ｓを生成し、送信手段６によって光画像受信装置２００に送信される。光画像受信装置２００は、上記実施形態と同様の処理によって各光画像情報Ｓ１〜Ｓｎを選択的に検出する。

このような第１の変形例によれば、複数の光画像情報Ｓ１〜Ｓｎを生成するために必要な光源が１つで済むので、光画像送信装置１００の省電力化を図ることが可能となる。

なお、第１の変形例のような効果を享受するためには、光画像送信装置１００の光源の個数は、生成される光画像情報の個数よりも少なければ十分である。例えば、５個の光画像情報を生成する場合において光源を２つ配設し、第１の光源からの光ビームの光路を２つに分割して第１及び第２の光画像情報の生成に用いるとともに、第２の光源からの光ビームの光路を３つに分割して第３ないし第５の光画像情報の生成に用いるように構成することができる。

（第２の変形例）
図７は、第２の変形例の概略構成を示す。同図に示す光伝送システムは、図１に示した上記実施形態とほぼ同様の構成を備えている。本変形例の光伝送システムの光画像送信装置１００は、第１の変形例と同様に、単一の光源１を備えている。この光源１から出力された光ビームは、本発明にいう導光手段を構成するビーム分割光学系５００に入射される。このビーム分割光学系５００は、光源１からの光ビームの光路を分割するビームスプリッタ等の光分割部材や、光ビームを反射する反射鏡等の反射部材を含んで構成されており、光源１からの光ビームを複数（ｎ個）に分割して各レンズ系２−１〜２−ｎに入射させるように作用する光学系である。各レンズ系２−１〜２−ｎに入射された光ビームは、各ＬＣＤ３−１〜３−ｎ及び各周波数シフタ４−１〜４−ｎを経由して光画像情報Ｓ１〜Ｓｎを形成する。この光画像情報Ｓ１〜Ｓｎは、ビームスプリッタ５−１〜５−（ｎ−１）及び反射鏡５−ｎにより重畳されて信号光Ｓを生成し、送信手段６によって光画像受信装置２００に送信される。光画像受信装置２００は、上記実施形態と同様の処理によって各光画像情報Ｓ１〜Ｓｎを選択的に検出する。

このような第２の変形例によれば、第１の変形例と同様に、複数の光画像情報Ｓ１〜Ｓｎを生成するために必要な光源が１つで済むので、光画像送信装置１００の省電力化を図ることが可能となる。また、第１の変形例の場合と同様に、光画像送信装置１００の光源の個数は、生成される光画像情報の個数よりも少なければ十分である。

（第３の変形例）
図８は、第３の変形例の概略構成を示す。同図に示す光伝送システムは、図１に示した上記実施形態とほぼ同様の構成を備えている。本変形例の光伝送システムの光画像送信装置１００は、生成される光画像情報Ｓ１〜Ｓｎと同じ個数の光源１−１′〜１−ｎ′を備えている一方、図１に示した周波数シフタ４−１〜４−ｎを備えていない。光源１−１′〜１−ｎ′は、各々異なる周波数の光ビームを出力する。それにより、周波数シフタ４−１〜４−ｎを備えなくとも、周波数の異なる複数の光画像情報Ｓ１〜Ｓｎを生成することができる。なお、当該変形例の構成を適用する場合、光画像受信装置２００の光源１１は、出力する参照光Ｒの周波数を変更可能なものとする。それにより、抽出目的の光画像情報とほぼ同一の周波数の参照光Ｒを光源１１から出射して好適な干渉光Ｌを生成することができる。光画像受信装置２００による各光画像情報Ｓ１〜Ｓｎの検出処理は、上記実施形態と同様である。

本変形例によれば、周波数シフタ４−１〜４−ｎを設ける必要がないので、光画像送信装置１００の構成を簡易化することができる。

（第４の変形例）
図９は、第４の変形例の概略構成を示す。同図に示す光伝送システムは、図１に示した上記実施形態とほぼ同様の構成を備えている。本変形例の光伝送システムの光画像受信装置２００には、参照光Ｒを出力するための光源が設けられていない。その代わりに、光画像送信装置１００の光源１からの光ファイバ６００が設けられている。この光ファイバ６００は、本発明にいう光ビーム導光手段を構成するもので、光源１から出射された光ビームを光画像受信装置２００に導き、参照光Ｒとして使用するためのものである。

なお、光源１から出射される光画像情報生成用の光ビームの一部を光ファイバ６００にて光画像受信装置２００に導光してもよいし、光画像生成用の光ビームとは別に光源１から出力される光ビームを導光するようにしてもよい。前者のケースは、生成された信号光Ｓをそのまま光画像受信装置２００に送信するとともに、光画像受信装置２００にてリアルタイムで光画像情報の抽出を行う場合などに利用される。また、後者のケースは、光画像受信装置２００のユーザが光画像情報の抽出を行うときに、光画像送信装置１００に対して要求を送信し、光画像送信装置１００はその要求を受けて光源１を作動させて光ビームを出力して参照光Ｒとして使用する構成などに対して適用することができる。

（その他の変形例）
上記実施形態では、本発明の強度変調手段として高速シャッタ等のシャッタ１５−１〜１５−３を備える構成を採用したが、強度変調手段はこれに限定されるものではない。例えば、干渉光を完全に遮断するこのようなシャッタ手段に代えて、干渉光を透過させる透過率を周期的に増減させることが可能な例えばＳＬＭ（Ｓｐａｔｉａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ；空間光変調素子）などを設けることにより、ＣＣＤ等の光検出手段により受光される干渉光の強度を変調させて干渉光をサンプリングすることができる。すなわち、シャッタ手段は、光検出手段に受光される干渉光の強度を０と１００（最高強度）との間で切り換えるものであるが、本発明の強度変調手段としては、干渉光の強度を例えば１０と８０との間で周期的に切り換えるような構成を適用することが可能である。

更に、干渉光の強度変調は、２値間での切り換えだけではなく、３値以上の間を周期的に切り換える方式や、２値間を周期的にかつ連続的に変化させる方式を、サンプリング態様などに応じて採用することが可能である。なお、強度変調の幅は、ＣＣＤカメラの感度等を勘案して決定すればよい。本発明の強度変調手段としては、干渉光の強度を周期的に変調させることが可能であれば、いかなる構成を採用してもよい。強度変調手段と光検出手段とを一体的に構成することも可能である。

ビームスプリッタ１３、１４−１、１４−２としては任意の形態のものを用いることができるが、キューブ型のビームスプリッタを用いると、空気との境界面における反射光がＣＣＤカメラ１６−１〜１６−３に入射してしまうおそれがあるため、プレート型やウェッジ型などのビームスプリッタを用いることが好ましい。また、ビームスプリッタ５−１〜５−（ｎ−１）についても、信号光Ｓに対する上記反射光の影響を考慮してプレート型やウェッジ型のビームスプリッタを用いることが好ましい。

光画像受信装置２００には３つの単体のＣＣＤカメラ１６−１〜１６−３が設けられているが、例えば３ＣＣＤタイプのカラーＣＣＤカメラのような３枚式ＣＣＤカメラ（ユニット）を使用し、各ＣＣＤチップの前位置に強度変調手段を配設することにより外見上１つのＣＣＤカメラとして構成してもよい。それにより、装置構成の簡略化や装置内の省スペース化などを図ることができる。

また、１つのＣＣＤカメラの受光面を複数の領域に分割し、各領域の前位置に強度変調手段を配置することにより、ＣＣＤカメラの各領域を１つのＣＣＤカメラに見立てて干渉光を検出するように構成することもできる。このとき、ＣＣＤカメラの当該複数の領域を覆う大きさの液晶ＳＬＭ等からなる強度変調手段を１つ配置し、ＣＣＤカメラの各領域に対応する強度変調手段の領域をそれぞれ制御することにより干渉光の検出を行うようにしてもよい。このような構成によれば、装置構成の簡略化や装置内の省スペース化を図ることができる。また、複数のＣＣＤカメラを互いに同期制御させてサンプリングする必要がなくなるので、制御系の簡略化を図ることも可能となる。

更に、ＣＣＤカメラ１６−１〜１６−３に蓄積された電荷の直流成分のオフセット調整や交流信号のゲイン調整を適宜行うことにより、検出される干渉光Ｌが形成する干渉縞のコントラストを向上させるように構成してもよい。

光画像受信装置２００では、サンプリング関数ｍ_１（ｔ）とサンプリング関数ｍ_２（ｔ）との位相差Δθ_１，２を−π／２に設定し、サンプリング関数ｍ_１（ｔ）とサンプリング関数ｍ_３（ｔ）との位相差Δθ_１，３をπ／２に設定することにより、各干渉光成分のサンプリングを行うようになっているが、これに限定されるものではない。

また、光画像受信装置２００は、ビート周波数と（ほぼ）等しいサンプリング周波数にて干渉光成分のサンプリングを行うように構成されているが、これに限定されるものではない。例えば、サンプリング周波数として、抽出したい干渉光成分のビート周波数の整数倍の周波数を適用すれば、干渉光の複数の位相範囲をそれぞれ周期的にサンプリングすることができる。この方法によれば、干渉光の各周期について複数の位相範囲をサンプリングできるので、干渉光をより詳細に解析することが可能となり、計測精度の向上が期待される。

一方、ビート周波数の整数分の１（１／ｎ）倍のサンプリング周波数を適用することも可能である。この方法によれば、干渉光の所定の位相範囲がｎ周期おきにサンプリングされるので、強度変調手段による強度の切り換えがビート周波数に追いつかないような場合に有効に利用することができる。

なお、サンプリング周波数は、上述のように、光画像送信装置１００から送信された周波数シフタ４−１〜４−ｎによる周波数シフト量の設定情報に基づいて制御されるが、当該シフト量として所定のデフォルト値を常に用いる場合、光画像送信装置１００から当該設定情報を送信する必要はなく、光画像受信装置２００も当該デフォルト値にてサンプリングを行うように構成してもよい。

本発明の光画像受信装置に用いられるサンプリング関数は、５０％ｄｕｔｙのものを用いることが好ましい。すなわち、５０％未満のｄｕｔｙである場合にはＣＣＤカメラ１６−１〜１６−３に受光される光量が減少し干渉光の検出効率が低下し、一方、５０％を超えるｄｕｔｙ比であっても検出効率がダウンしてしまうからである。ただし、５０％以外のｄｕｔｙのサンプリング関数を用いてよいことはいうまでもない。

また、本発明の光画像受信装置に用いられるサンプリング関数としては、シャッタ１５−１〜１５−３の開閉タイミングを好適に切り換えるために、図３等に示すような矩形の波形を用いることが好ましい。ただし、正弦波や三角波などの矩形以外の波形からなるサンプリング関数を適宜用いることも可能である。

本発明に係る光画像受信装置は、上記実施形態のように干渉光を３つの光路に分割する構成に限定されるものではなく、分割される光路数は任意である。複数の光路に分割する場合には、各光路上にＣＣＤ等の光検出手段を設けるとともに、１つの光路を除く全ての光路上に強度変調手段を設ける構成とするか、又は全ての光路上に強度変調手段を設ける構成とすることが好ましい。前者の構成では、強度変調手段が配置されない光路を伝搬する干渉光成分を連続的に受光することにより、その直流成分を求めることが可能である。なお、干渉光Ｌの検出方法や演算方法に応じて、分割された複数の光路のうち任意数の光路上に強度変調手段を設ける構成を適宜採用することができる。

また、本発明に係る光画像受信装置の光検出手段としては、上述したＣＣＤカメラ１６−１〜１６−３の他にも、積算回路を備えたラインセンサなどを適用することができる。本発明の光検出手段は、干渉光を受光して光電変換する機能と、受光した干渉光に基づく電荷を蓄積する機能との双方を備えている限り、１次元ないし２次元のあらゆる構成のものを用いることが可能である。ただし、伝送に係る画像、すなわちＬＣＤ３−１〜３−ｎに表示される画像が２次元画像である場合（通常は２次元画像である）には、光検出手段も２次元センサであることが好ましい。

光画像送信装置及び／又は光画像受信装置の光学系の一部に光ファイバ（バンドル）を設けて導光部材として用いることにより、装置設計上の自由度を高めたり、装置のコンパクト化を図ったりすることができる。

以上に詳述した構成は、本発明の実施形態の一例に過ぎないものであり、本発明の要旨の範囲内において各種の変形を施すことができる。

本発明に係る光画像伝送システムの構成の一例を示す概略図である。 本発明に係る光画像受信装置によって検出される干渉光の時間波形を示すグラフ図である。 本発明に係る光画像受信装置による干渉光の第１の干渉光成分のサンプリング態様の一例を説明するための図である。図３（Ａ）は、第１の干渉光成分の時間波形を示すグラフである。図３（Ｂ）は、第１の干渉光成分をサンプリングするための第１のサンプリング関数の波形の一例を示すグラフである。図３（Ｃ）は、第１の干渉光成分をサンプリングするための第２のサンプリング関数の波形の一例を示すグラフである。図３（Ｄ）は、第１の干渉光成分をサンプリングするための第３のサンプリング関数の波形の一例を示すグラフである。 本発明に係る光画像受信装置による干渉光の第２の干渉光成分のサンプリング態様の一例を説明するための図である。図４（Ａ）は、第２の干渉光成分の時間波形を示すグラフである。図４（Ｂ）は、第２の干渉光成分をサンプリングするための第１のサンプリング関数の波形の一例を示すグラフである。図４（Ｃ）は、第２の干渉光成分をサンプリングするための第２のサンプリング関数の波形の一例を示すグラフである。図３（Ｄ）は、第２の干渉光成分をサンプリングするための第４のサンプリング関数の波形の一例を示すグラフである。 本発明に係る光画像受信装置による干渉光の第ｎの干渉光成分のサンプリング態様の一例を説明するための図である。図５（Ａ）は、第ｎの干渉光成分の時間波形を示すグラフである。図５（Ｂ）は、第ｎの干渉光成分をサンプリングするための第１のサンプリング関数の波形の一例を示すグラフである。図５（Ｃ）は、第ｎの干渉光成分をサンプリングするための第２のサンプリング関数の波形の一例を示すグラフである。図５（Ｄ）は、第ｎの干渉光成分をサンプリングするための第３のサンプリング関数の波形の一例を示すグラフである。 本発明に係る光画像伝送システムの第１の変形例の構成の一例を示す概略図である。 本発明に係る光画像伝送システムの第２の変形例の構成の一例を示す概略図である。 本発明に係る光画像伝送システムの第３の変形例の構成の一例を示す概略図である。 本発明に係る光画像伝送システムの第４の変形例の構成の一例を示す概略図である。

符号の説明

１００ 光画像送信装置
１−１〜１−３ 光源
２−１〜２−ｎ レンズ系
３−１〜３−ｎ 液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）
４−１〜４−ｎ 周波数シフタ
５−１〜５−（ｎ−１） ビームスプリッタ
５−ｎ 反射鏡
６ 送信手段
Ｓ１〜Ｓｎ 光画像情報
Ｓ 信号光
２００ 光画像受信装置
１０ 受信手段
１１ 光源
１２ レンズ系
１３、１４−１、１４−２ ビームスプリッタ
１５−１〜１５−３ シャッタ
１６−１〜１６−３ ＣＣＤカメラ
２０ コンピュータ
Ｌ 干渉光
Ｌ１〜Ｌｎ 干渉光成分

Claims (28)

1. 周波数の異なる光ビームからなる複数の光画像情報を生成し、前記複数の光画像情報を重畳し信号光として送信する光画像送信手段と、
   当該送信された前記信号光を受信し、前記周波数の相違に基づいて前記各光画像情報を選択的に検出する光画像受信手段と、
   を備えていることを特徴とする光画像伝送システム。
2. 前記光画像送信手段は、
   複数の前記光画像情報を生成する画像生成手段と、
   当該生成された複数の前記光画像情報の周波数を各々異なる周波数だけ変調する周波数変調手段と、
   当該周波数変調された複数の前記光画像情報を重畳して前記信号光を生成する光画像情報重畳手段と、
   当該生成された前記信号光を前記光画像受信手段に送信する送信手段と、
   を備えていることを特徴とする請求項１に記載の光画像伝送システム。
3. 前記画像生成手段は、画像を表示する複数の表示手段と、当該表示された画像に向けて光ビームを出射する光源とを備え、
   前記光画像情報は、当該光源からの光ビームに照射された前記画像により形成されることを特徴とする請求項２に記載の光画像伝送システム。
4. 前記光源は、前記複数の表示手段の各々に対して設けられていることを特徴とする請求項３に記載の光画像伝送システム。
5. 前記光源は、前記複数の表示手段より少ない個数だけ設けられ、
   前記画像生成手段は、いずれかの前記光源からの光ビームを２つ以上の前記表示手段に導く導光手段を更に備えていることを特徴とする請求項３に記載の光画像伝送システム。
6. 前記導光手段は光ファイバであることを特徴とする請求項５に記載の光画像伝送システム。
7. 前記導光手段は、前記光源からの光ビームの光路を分割する光分割部材を含む光学系であることを特徴とする請求項５に記載の光画像伝送システム。
8. 前記周波数変調手段は、音響光学変調器であることを特徴とする請求項２ないし請求項７のいずれか一項に記載の光画像伝送システム。
9. 前記光画像送信手段は、
   画像を表示する複数の表示手段と、
   当該複数の表示手段の各々に対して設けられ、各々周波数の異なる光ビームを出射する複数の光源と、
   当該光源からの光ビームに照射された前記画像により形成される前記複数の光画像情報を重畳して前記信号光を生成する光画像情報重畳手段と、
   前記生成された前記信号光を前記光画像受信手段に送信する送信手段と、
   を備えていることを特徴とする請求項１に記載の光画像伝送システム。
10. 前記表示手段は、前記光源からの光ビームを透過させる液晶ディスプレイであることを特徴とする請求項３ないし請求項９のいずれか一項に記載の光画像伝送システム。
11. 前記光画像情報重畳手段は、互いに直交する方向から入射される２つの前記光画像情報を重畳するビームスプリッタであることを特徴とする請求項２ないし請求項９のいずれか一項に記載の光画像伝送システム。
12. 前記光画像受信手段は、
    前記信号光に含まれる前記複数の光画像情報のいずれの周波数とも異なる周波数の参照光を出射する参照光源と、
    前記光画像送信手段から送信された前記信号光と前記参照光源からの前記参照光とを重畳して、前記各光画像情報の周波数と前記参照光の周波数との差をビート周波数とする複数の干渉光成分を含んだ干渉光を生成する参照光重畳手段と、
    当該生成された干渉光から前記各干渉光成分を選択的に検出する検出系と、
    を備えていることを特徴とする請求項１に記載の光画像伝送システム。
13. 前記光画像受信手段は、前記検出系により検出された前記干渉光成分に基づいて、当該干渉光成分に対応する前記光画像情報が示す画像を復元する画像復元処理手段を更に備えていることを特徴とする請求項１２に記載の光画像伝送システム。
14. 前記検出系は、
    前記生成された前記干渉光の強度を前記各干渉光成分のビート周波数に同期した変調周波数で周期的に変調する強度変調手段と、
    前記強度変調された前記干渉光を受光し、電気信号に変換して出力する光検出手段と、
    を含んでいることを特徴とする請求項１２又は請求項１３に記載の光画像伝送システム。
15. 前記検出系は、前記生成された干渉光を複数の光路に分割する干渉光分割手段を更に備え、
    前記強度変調手段及び前記光検出手段は、前記分割された前記複数の干渉光の各光路上に各々配置されていることを特徴とする請求項１４に記載の光画像伝送システム。
16. 前記強度変調手段は、前記干渉光を前記変調周波数にて周期的に遮断するシャッタであることを特徴とする請求項１４又は請求項１５に記載の光画像伝送システム。
17. 前記光検出手段は、ＣＣＤカメラであることを特徴とする請求項１４又は請求項１５に記載の光画像伝送システム。
18. 前記光画像送信手段は、画像を表示する複数の表示手段と、当該表示された画像に向けて光ビームを出射する光源とを含み、複数の前記光画像情報を生成する画像生成手段と、当該生成された前記複数の光画像情報の周波数を各々異なる周波数だけ変調する周波数変調手段と、当該周波数変調された前記複数の光画像情報を重畳して前記信号光を生成する光画像情報重畳手段と、当該生成された前記信号光を前記光画像受信手段に送信する送信手段とを備えており、
    前記光画像送信手段の前記光源から出射された光ビームを前記光画像受信手段に導く光ビーム導光手段を更に備え、
    前記光画像受信手段は、前記光画像送信手段からの前記信号光と前記光ビーム導光手段により導光された前記光ビームとを重畳して、前記各光画像情報の周波数と前記光ビームの周波数との差をビート周波数とする複数の干渉光成分を含んだ干渉光を生成する参照光重畳手段と、当該生成された干渉光から前記各干渉光成分を選択的に検出する検出系とを備えている、
    ことを特徴とする請求項１に記載の光画像伝送システム。
19. 前記光画像送信手段は、自由空間、又は前記光画像情報を伝送可能なイメージファイバ等の光導波路を通じて前記信号光を前記光画像受信手段に伝送することを特徴とする請求項１ないし請求項１８のいずれか一項に記載の光画像伝送システム。
20. 光ビームからなる複数の光画像情報を生成する画像生成手段と、
    当該生成された複数の前記光画像情報の周波数を各々異なる周波数だけ変調する周波数変調手段と、
    当該周波数変調された複数の前記光画像情報を重畳して信号光を生成する光画像情報重畳手段と、
    前記周波数の相違に基づいて前記各光画像情報を選択的に検出する光画像受信装置に対し、当該生成された前記信号光を自由空間又はイメージファイバ等の光導波路を通じて所定の光画像受信装置に送信する送信手段と、
    を備えていることを特徴とする光画像送信装置。
21. 前記画像生成手段は、画像を表示する複数の表示手段と、当該表示された画像に向けて光ビームを出射する光源とを備え、
    前記光画像情報は、当該光源からの光ビームに照射された前記画像により形成されることを特徴とする請求項２０に記載の光画像送信装置。
22. 前記周波数変調手段は、音響光学変調器であることを特徴とする請求項２０に記載の光画像送信装置。
23. 所定の光画像送信装置から自由空間又はイメージファイバ等の光導波路を通じて送信された、周波数の異なる光ビームからなる複数の光画像情報を含んだ信号光を受信する受信手段と、
    前記複数の光画像情報のいずれの周波数とも異なる周波数の参照光を出射する参照光源と、
    前記信号光と前記参照光源からの前記参照光とを重畳して、前記各光画像情報の周波数と前記参照光の周波数との差をビート周波数とする複数の干渉光成分を含んだ干渉光を生成する参照光重畳手段と、
    当該生成された干渉光から前記各干渉光成分を選択的に検出する検出系と、
    を備えていることを特徴とする光画像受信装置。
24. 前記検出系により検出された前記干渉光成分に基づいて、当該干渉光成分に対応する前記光画像情報が示す画像を復元する画像復元処理手段を更に備えていることを特徴とする請求項２３に記載の光画像受信装置。
25. 前記検出系は、
    前記生成された前記干渉光の強度を前記各干渉光成分のビート周波数に同期した変調周波数で周期的に変調する強度変調手段と、
    前記強度変調された前記干渉光を受光し、電気信号に変換して出力する光検出手段と、
    を含んでいることを特徴とする請求項２３又は請求項２４に記載の光画像受信装置。
26. 前記検出系は、前記生成された干渉光を複数に分割する干渉光分割手段を更に備え、
    前記強度変調手段及び前記光検出手段は、前記分割された前記複数の干渉光の各光路上に各々配置されていることを特徴とする請求項２５に記載の光画像受信装置。
27. 前記強度変調手段は、前記干渉光を前記変調周波数にて周期的に遮断するシャッタであることを特徴とする請求項２５又は請求項２６に記載の光画像受信装置。
28. 周波数の異なる光ビームからなる複数の光画像情報を生成し、前記複数の光画像情報を重畳して信号光を生成し、当該生成された信号光を自由空間又は前記光画像情報を伝送可能なイメージファイバ等の光導波路を通じて送信する光画像送信ステップと、
    当該送信された前記信号光を受信し、前記周波数の相違に基づいて前記各光画像情報を選択的に検出する光画像受信ステップと、
    を備えていることを特徴とする光画像伝送方法。
    

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