JP3136071B2

JP3136071B2 - 画像処理装置及び撮像装置

Info

Publication number: JP3136071B2
Application number: JP07089339A
Authority: JP
Inventors: 功史小出
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1995-04-14
Filing date: 1995-04-14
Publication date: 2001-02-19
Anticipated expiration: 2016-02-19
Also published as: JPH08286163A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＣＣＤ等の撮像装置を
使用する場合に発生するモアレを撮像前に除去したり、
特定空間周波数の強調等を行う画像処理装置及び撮像装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ＣＣＤ等の撮像装置の撮像素子において
は、受光素子が集積されて構成されている。したがっ
て、撮像対象をレンズにより縮小、等倍、拡大して撮像
素子面に結像させた場合に、集積された受光素子の配列
の空間周波数程度の像があると、それよりも低周波であ
る縞、いわゆるモアレが発生していた。従来ではそのモ
アレはそのままとするか、結像レンズを前後にズラして
結像面においてピンボケの状態にするとか、あるいは発
生後に電気的に除去していた。

【０００３】一方、そのような特定の空間周波数成分を
取り除く空間周波数フィルタリングをリアルタイムに行
う技術としては、ＩＣフォトマスクの検査への応用があ
る。この技術は、フォトマスクにレーザー光をあてレン
ズによってフーリエ変換をし、マスクによって特定の周
期成分を除去し再びレンズによって逆フーリエ変換をす
るという技術がある。しかし、この場合には、物体に直
接レーザー光を照射しなければならない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】すなわち、従来技術に
基づく装置においては、（イ）モアレ発生より、撮影したその部分がギザギザに
なり、見苦しい。

【０００５】（ロ）発生後に電気的に除去するにはその
処理に時間がかかる。

【０００６】（ハ）空間周波数フィルタリングを光学的
に行う場合、物体に直接レーザ光を照射しなければなら
ないのでＣＣＤカメラ等による自然光の像の処理は出来
ない。

【０００７】等の解決すべき課題が存在していた。

【０００８】本発明は以上の課題を解決するためになさ
れたものであって、撮像素子に撮影対象の像が結像する
前に光学的にモアレを除去したり、特定の空間周波数成
分の強調等を行う画像処理装置及び撮像装置を提供する
ことを目的としている。

【０００９】

【００１０】

【００１１】

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の画像処
理装置は、撮影対象のインコヒーレント像をコヒーレン
ト像に変換するインコヒーレント・コヒーレント変換手
段と、変換したコヒーレント像の空間周波数フィルタリ
ングを行う空間周波数フィルタリング手段とを含む画像
処理装置であって、空間周波数フィルタリング手段が、
コヒーレント像をフーリエ変換及びフーリエ逆変換する
ためのレンズと、撮影対象の特定の空間周波数のホログ
ラムを記録、再生するための液晶空間光変調素子と、コ
ヒーレント光を液晶空間光変調素子に照射する照射手段
とを含み、照射手段が、撮影対象の特定の空間周波数の
成分の光の強度をコヒーレント光の強度と同程度にする
光強度フィルタリング手段を備えることを特徴とする。

【００１３】請求項２に記載の画像処理装置は、撮影対
象のインコヒーレント像をコヒーレント像に変換するイ
ンコヒーレント・コヒーレント変換手段と、変換したコ
ヒーレント像の空間周波数フィルタリングを行う空間周
波数フィルタリング手段とを含む画像処理装置であっ
て、空間周波数フィルタリング手段が、コヒーレント像
をフーリエ変換及びフーリエ逆変換するためのレンズ
と、フィルタとしての固定マスクと、撮影対象の特定の
空間周波数のホログラムを記録、再生するための液晶空
間光変調素子と、コヒーレント光を液晶空間光変調素子
に照射する照射手段とを含み、照射手段が、撮影対象の
特定の空間周波数の成分の光の強度をコヒーレント光の
強度と同程度にする光強度フィルタリング手段を備える
ことを特徴とする。

【００１４】請求項３に記載の画像処理装置は、撮影対
象の像を形成する光をダイクロイックミラーで赤、緑、
青の成分に分け、それぞれの成分による像を３台のイン
コヒーレント・コヒーレント変換手段と３台の空間周波
数フィルタリング手段とで独立に処理することを特徴と
する。

【００１５】

【００１６】

【００１７】

【００１８】請求項４に記載の撮像装置は、自然光又は
照明光によって被写体を撮像する撮像装置であって、被
写体のインコヒーレント像をコヒーレント像に変換する
インコヒーレント・コヒーレント変換手段と、変換した
コヒーレント像の空間周波数フィルタリングを行う空間
周波数フィルタリング手段とを備え、空間周波数フィル
タリング処理された像を取り込む撮像装置であり、空間
周波数フィルタリング手段が、コヒーレント像をフーリ
エ変換及びフーリエ逆変換するためのレンズと、被写体
の特定の空間周波数のホログラムを記録、再生するため
の液晶空間光変調素子と、コヒーレント光を液晶空間光
変調素子に照射する照射手段とを含み、照射手段が、被
写体の特定の空間周波数の成分の光の強度をコヒーレン
ト光の強度と同程度にする光強度フィルタリング手段を
備えることを特徴とする。

【００１９】請求項５に記載の撮像装置は、自然光又は
照明光によって被写体を撮像する撮像装置であって、被
写体のインコヒーレント像をコヒーレント像に変換する
インコヒーレント・コヒーレント変換手段と、変換した
コヒーレント像の空間周波数フィルタリングを行う空間
周波数フィルタリング手段とを備え、空間周波数フィル
タリング処理された像を取り込む撮像装置であり、空間
周波数フィルタリング手段が、コヒーレント像をフーリ
エ変換及びフーリエ逆変換するためのレンズと、フィル
タとしての固定マスクと、被写体の特定の空間周波数の
ホログラムを記録、再生するための液晶空間光変調素子
と、コヒーレント光を液晶空間光変調素子に照射する照
射手段とを含み、照射手段が、被写体の特定の空間周波
数の成分の光の強度をコヒーレント光の強度と同程度に
する光強度フィルタリング手段を備えることを特徴とす
る。

【００２０】請求項６に記載の撮像装置は、被写体の像
を形成する光をダイクロイックミラーで赤、緑、青の成
分に分け、それぞれの成分による像を３台のインコヒー
レント・コヒーレント変換手段と３台の空間周波数フィ
ルタリング手段とで独立に処理することを特徴とする。

【００２１】

【００２２】

【００２３】

【００２４】

【作用】請求項１に記載の画像処理装置は、空間周波数
フィルタリング手段が、コヒーレント像をフーリエ変換
するためのレンズと、撮影対象の特定の空間周波数のホ
ログラムを記録、再生するための液晶空間光変調素子
と、コヒーレント光を液晶空間光変調素子に照射する照
射手段とを含み、照射手段が、撮影対象の特定の空間周
波数の成分の光強度をコヒーレント光の強度と同程度に
する光強度フィルタリング手段を備えるので、フーリエ
変換像の位相共役光を発生させ、再びレンズによって逆
フーリエ変換し、特定の空間周波数成分が強調された像
を得ることができる。

【００２５】請求項２に記載の画像処理装置は、空間周
波数フィルタリング手段が、コヒーレント像をフーリエ
変換するためのレンズと、フィルタとしての固定マスク
と、撮影対象の特定の空間周波数のホログラムを記録、
再生するための液晶空間光変調素子と、コヒーレント光
を液晶空間光変調素子に照射する照射手段とを含み、照
射手段が、撮影対象の特定の空間周波数の成分の光の強
度をコヒーレント光の強度と同程度にする光強度フィル
タリング手段を備えるので、フーリエ変換したコヒーレ
ント像を固定マスクを透過させ、同時にフーリエ変換像
の位相共役光を発生させ、再びレンズによって逆フーリ
エ変換し、モアレ成分などの特定の空間周波数成分を除
去するとともに特定の空間周波数成分が強調された像を
得ることができる。

【００２６】請求項３に記載の画像処理装置において
は、撮影対象の像を形成する光をダイクロイックミラー
で赤、緑、青の成分に分け、それぞれの成分による像を
３台のインコヒーレント・コヒーレント変換手段と３台
の空間周波数フィルタリング手段とで独立に処理するの
で、撮影前に赤、緑、青のそれぞれの成分の特定の空間
周波数成分を除去したり、特定の空間周波数成分を強調
することができる。

【００２７】

【００２８】

【００２９】

【００３０】請求項４に記載の撮像装置においては、空
間周波数フィルタリング手段が、コヒーレント像をフー
リエ変換するためのレンズと、被写体の特定の空間周波
数のホログラムを記録、再生するための液晶空間光変調
素子と、コヒーレント光を液晶空間光変調素子に照射す
る照射手段とを含み、照射手段が、被写体の特定の空間
周波数の成分の光の強度をコヒーレント光の強度と同程
度にする光強度フィルタリング手段を備えるので、フー
リエ変換像の位相共役光を発生させ、再びレンズによっ
て逆フーリエ変換し、特定の空間周波数成分が強調され
た像を得、その後に撮像することができる。

【００３１】請求項５に記載の撮像装置においては、空
間周波数フィルタリング手段が、コヒーレント像をフー
リエ変換するためのレンズと、フィルタとしての固定マ
スクと、被写体の特定の空間周波数のホログラムを記
録、再生するための液晶空間光変調素子と、コヒーレン
ト光を液晶空間光変調素子に照射する照射手段とを含
み、照射手段が、被写体の特定の空間周波数の成分の光
の強度をコヒーレント光の強度と同程度にする光強度フ
ィルタリング手段を備えるので、フーリエ変換したコヒ
ーレント像を固定マスクを透過させ、同時にフーリエ変
換像の位相共役光を発生させ、再びレンズによって逆フ
ーリエ変換し、モアレ成分などの特定の空間周波数成分
を除去するとともに特定の空間周波数成分が強調された
像を得、その後に撮像することができる。

【００３２】請求項６に記載の撮像装置においては、被
写体の像を形成する光をダイクロイックミラーで赤、
緑、青の成分に分け、それぞれの成分による像を３台の
インコヒーレント・コヒーレント変換手段と３台の空間
周波数フィルタリング手段とで独立に処理するので、撮
影前に赤、緑、青のそれぞれの成分の特定の空間周波数
成分を除去したり、特定の空間周波数成分を強調し、そ
の後に撮像することができる。

【００３３】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。

【００３４】まず、第１の実施例について説明する。図
１は本発明の装置の構成図である。図１においては、
（１）は画像処理装置であり、（２）はＨｅ−Ｎｅレー
ザであり、（３）はビームエキスパンダーであり、
（４）はハーフミラーであり、（５）は偏光板であり、
（２０）は液晶空間光変調素子であり、（６）は結像レ
ンズであり、（７）は撮影対象であり、（８）はハーフ
ミラーであり、（９）はフーリエ変換レンズであり、
（１０）は固定マスクであり、（１１）はミラーであ
り、（１３）はＣＣＤ（受光面）である。

【００３５】図２は本発明による画像処理装置の動作順
序を説明するための図である。第１段階（Ｓ１）は、結
像レンズ（６）と液晶空間光変調素子（２０）とＨｅ−
Ｎｅレーザ（２）とビームエキスパンダー（３）とハー
フミラー（４）と偏光板（５）とによって実施される。
すなわち、これらによって、液晶空間光変調素子（２
０）の光導電層（２２）面に形成された撮影対象のイン
コヒーレント像をコヒーレント像に変換するインコヒー
レント・コヒーレント変換が実施される。第２段階（Ｓ
２）はハーフミラー（８）とフーリエ変換レンズ（９）
とマスク（１０）とミラー（１１）とによって実施され
る。すなわち、これらによって、変換された撮影対象
（７）のコヒーレント像の空間周波数フィルタリングが
実施される。以下、この二つの段階に分けてそれぞれを
説明する。

【００３６】まず、第１段階における撮影対象のインコ
ヒーレント・コヒーレント変換について説明する。図１
において、撮影対象（７）からの自然光、すなわち、イ
ンコヒーレント光がレンズ（６）を通して、液晶空間光
変調素子（２０）の光導電層へと入射し、撮影対象
（７）が光導電層（２２）面に結像する。Ｈｅ−Ｎｅレ
ーザ（２）からのコヒーレント光はビームエキスパンダ
ー（３）によってそのビーム径が広げられ光束（１２）
になる。光束（１２）の偏光方向は図中αの実線矢印の
方向である。光束（１２）はハーフミラー（４）を介し
て液晶空間光変調素子（２０）の液晶層に入射される。
液晶層に入射した光束（１２）は液晶空間光変調素子の
誘電体多層膜ミラーによって反射される。このようにし
て液晶層を通った光束（１２）はその位相に変調を受け
る。液晶空間光変調素子（２０）の光導電層（２２）に
光があたっていない部分からの反射光の偏光方向は図中
βの点線矢印の方向になり入射光に対して偏光方向を９
０°回転する。光が強くあたっている部分からの反射光
は位相の変調を受けないので図中αの実線矢印の方向の
偏光である。光が弱くあたっている部分からの反射光の
偏光方向は図中αとβの方向の中間の方向となる。これ
らの反射光はハーフミラー（４）により進行方向を変え
て、偏光板（５）を透過する。偏光板（５）は図中αの
方向の成分のみを透過させるように配置されているの
で、図中γの方向に偏光している光はここでカットさ
れ、図中αの方向の成分のみが透過する、つまり、光導
電層（２２）にあたっている光の強度が強ければ強いほ
ど偏光板（５）を透過する光が多くなる。この結果とし
て、結像レンズ（６）によって光導電層（２２）の面に
結像した撮影対象（７）の像がコヒーレント像へと変換
される。以下に本発明に使用している液晶空間光変調素
子（２０）の詳細な説明をする。

【００３７】図３は本発明に用いられた液晶空間光変調
素子（２０）の断面図である。図３において、（２３
ａ）と（２３ｂ）とはガラス基板、（２４ａ）と（２４
ｂ）とはＩＴＯ等の透明電極（２５ａ）と（２５ｂ）と
はネマティック液晶をティルト配向させるための配向
膜、（２２）は水素化アモルファスシリコン（ａ−Ｓ
Ｉ：Ｈ）等の光導電層、（２８）はＴｉＯ₂等の高屈折
率誘電体とＳｉＯ₂等の低屈折率誘電体を交互に多層積
層した誘電体多層膜ミラー、（２６ａ）と（２６ｂ）と
はスペーサー、（２１）は液晶層、（２７）は交流電圧
源である。

【００３８】光導電層（２２）であるａ−Ｓｉ：Ｈ膜の
形成は、透明電極（２４ａ）としてＩＴＯが形成された
書き込み側のガラス基板（２３ａ）上に、Ａｒ（アルゴ
ン）とＨ₂（水素）との混合ガス中でＳｉターゲットを
用いて、スパッタ法により成膜を行い、イントリンシッ
クなａ−Ｓｉ：Ｈ膜（２２）を得る。このように形成し
たａ−Ｓｉ：Ｈ膜（２２）の特性は、例えば、暗導電率
が約１０^-10Ｓ／ｃｍ、光導電率が約１０^-7Ｓ／ｃｍで
あり、その膜厚は約１．５μｍである。ここで、本実施
例による液晶空間光変調素子（２０）に用いる光導電膜
であるａ−Ｓｉ：Ｈ膜（２２）としては、暗導電率と光
導電率との比が２桁以上もあり、特に１００Ｈｚ以上の
周波数で駆動する場合には、光導電率が１０^-8Ｓ／ｃｍ
以上であることが望ましい。

【００３９】誘電体多層膜ミラー（２８）は十分に光導
電率の低い半導体と低屈折率誘電体とを交互に多層積層
したものであり、本実施例では、十分に光導電率の低い
半導体としてａ−Ｓｉ：Ｈを、低屈折率誘電体として二
酸化シリコンを用いた。

【００４０】配向膜（２５ａ）と（２５ｂ）とは、ネマ
ティック液晶をティルト配向させるためのものであっ
て、ＳｉＯをガラス基板面の法線方向に対して８５°の
角度で斜方蒸着により形成することが望ましい。

【００４１】このように形成した配向膜（２５ａ）と
（２５ｂ）とを対向させ、スペーサ（２６ａ）と（２６
ｂ）とにより隙間を形成し、この隙間にネマティック液
晶を充填し、厚さ３μｍの液晶層を形成する。本実施例
では、ネマティック液晶として、位相シフト量を十分に
大きくするために大きな複屈折を示すものが望ましく、
例えばメルク社のＥ４４を使用し得る。なお、本実施例
では、ネマティック液晶が印加される電圧の強さに応じ
て、ガラス基板面とほぼ平行な状態からガラス基板面と
垂直の状態に配向する正の誘電異方性を示すネマティッ
ク液晶をホモジニアス配向にして用いたが、負の誘電異
方性を示すネマティック液晶をホメオトロピック配向に
して用いても良い。

【００４２】このようにして作製された本実施例の液晶
空間光変調素子の構造において、位相シフト量は、低い
空間周波数（位相回折格子）では、ネマティック液晶の
複屈折と液晶層の厚さとの積になり、液晶層の厚さの厚
い方が位相シフト量は大きくなるが、高い空間周波数で
は、むしろ液晶層の厚さの薄い方が位相シフト量は大き
くなる。従って、高空間周波数で十分な位相変調を得る
ためには、この高空間周波数領域で十分な位相シフト量
を得ることができるように、液晶層の厚さは薄い方が望
ましく、本実施例では約３μｍである。また、ａ−Ｓ
ｉ：Ｈ膜（２２）の膜厚は、ａ−Ｓｉ：Ｈ膜（２２）と
液晶層（２１）との電気容量の比から液晶層と同程度か
それ以上が望ましいが、本実施例の液晶空間光変調素子
（２０）においては、数１００ｌｐ／ｍｍ以上の高空間
周波数で十分な位相変調を得るために、ａ−Ｓｉ：Ｈ膜
（２２）の膜厚を液晶層（２１）より薄い１．５μｍと
するのが望ましい。

【００４３】このようにして構成された液晶空間光変調
素子（２０）の動作について、図４を用いて説明する。
図４は液晶空間光変調素子（２０）のガラス基板（２３
ａ）と（２３ｂ）と透明電極（２４ａ）と（２４ｂ）と
を省略した断面図である。図１で示したように、液晶空
間光変調素子（２０）の光導電層（２２）面には撮影対
象（７）がレンズ（６）によって結像される。この像に
よって光導電層（２２）に空間的インピーダンス分布が
形成される。さらに、液晶層（２１）と光導電層（２
２）は直列的に電気接続されているため、これらのイン
ピーダンス変化は、液晶層（２１）への印加電圧の空間
的変化として反映される。この電圧の空間的変化に応じ
て液晶分子の配向方向が変化し位相分布が形成され、撮
影対象（７）の像が液晶層（２１）上に位相分布として
転写される。

【００４４】このようにして、撮影対象（７）の像が液
晶空間光変調素子（２０）の液晶層（２１）に位相分布
として記録される。記録された位相分布はＨｅ−Ｎｅレ
ーザ（２）からのコヒーレント光である光束（１２）に
よって読み出される。このときに撮影対象（７）がその
強度が位相変化量で表されるコヒーレント像へと変換さ
れる。この光は偏光板（５）を透過することによって、
光強度で表されるコヒーレント像へと変換される。

【００４５】つぎに、第２段階における空間周波数フィ
ルタリングについて説明する。図１において、上記のよ
うにしてコヒーレント像へと変換された撮影対象（７）
はハーフミラー（８）を透過し、液晶空間光変調素子
（２０）の液晶層（２１）面から焦点距離の位置に配置
されたフーリエ変換レンズ（９）によって集光され、フ
ーリエ変換レンズ（９）の後焦点面に、そのフーリエ変
換像を形成する。フーリエ変換レンズ（９）の後焦点面
には固定マスク（１０）が配置されている。固定マスク
（１０）は図６に示すように、ＣＣＤ受光面（１３）の
受光素子の配列（図５）のフーリエ変換パターンを写真
フィルムに感光させ現像・定着したものである。この固
定マスク（１０）の作成には本発明の画像処理装置
（１）で使用するＨｅ−Ｎｅレーザ（２）と同じ光源
と、レンズ（９）と同じレンズを用いて作成すればよ
い。マスク作成の際には、写真フィルムをレンズの焦点
距離の位置からわずかにずらしてフーリエ変換像をピン
ボケの状態にしてやることでＣＣＤ受光素子の配列の空
間周波数付近をカットするフィルターを作成することが
出来る。このようにして、撮影対象（７）のコヒーレン
ト像のフーリエ変換像がこの固定マスク（１０）を透過
することによって、ＣＣＤの受光素子の配列と同じ空間
周波数付近の成分が除去される。固定マスク（１０）を
透過した光はミラー（１１）によって反射され再びフー
リエ変換レンズ（９）によって逆フーリエ変換を受けレ
ンズ前焦点面にその逆変換像が形成される。本実施例で
は一つのフーリエ変換レンズ（９）でフーリエ順逆変換
を行っているので、フーリエ変換レンズ（９）の前焦点
面と偏光板（５）の間にハーフミラー（８）を設け逆変
換像をＣＣＤ受光面へと導いている。

【００４６】以上説明したように、撮影対象（７）をＣ
ＣＤで撮像する場合にモアレ発生の原因であるＣＣＤの
受光素子の配列の空間周波数と同程度の空間周波数をＣ
ＣＤによる撮像前にリアルタイムで除去することができ
る。

【００４７】また、図７に示すようにＣＣＤ受光素子の
配列がデルタ配列である場合には固定マスク（１０）は
図８に示すものを用いればよい。

【００４８】つぎに、第２の実施例について説明する。

【００４９】第１の実施例では空間周波数フィルタリン
グ手段として固定マスクを用いていたが、これを液晶空
間光変調素子に変えることも可能である。以下、図面を
参照しながら説明する。図１２は空間周波数フィルタリ
ング手段として液晶空間光変調素子を使用した場合の本
発明の装置の構成を示す図面である。

【００５０】図１２において、（１）は画像処理装置で
あり、（２）はＨｅ−Ｎｅレーザであり、（３）はビー
ムエキスパンダーであり、（４）はハーフミラーであ
り、（５）は偏光板であり、（２０）は液晶空間光変調
素子であり、（６）は結像レンズであり、（７）は撮影
対象であり、（８）はハーフミラーであり、（９）はフ
ーリエ変換レンズであり、（５０２）はハーフミラーで
あり、（５０３）はビームエキスパンダーてあり、（５
２０）は液晶空間光変調素子であり、（１３）はＣＣＤ
（受光面）である。

【００５１】本実施例の構成の実施例１の構成と異なる
部分はＨｅ−Ｎｅレーザ（２）からのコヒーレント光を
ハーフミラー（５０２）によって分割し、さらに、ビー
ムエキスパンダー（５０３）によってビーム径を広げフ
ーリエ変換レンズ（９）の後焦点面を照射していること
と、実施例１では、空間周波数フィルタリング手段が固
定マスクとミラーとを用いていたが、本実施例では、液
晶空間光変調素子（５２０）を用いている。本実施例で
新たに加わったハーフミラー（５０２）とビームエキス
パンダー（５０３）と液晶空間光変調素子（５２０）以
外の動作は実施例１と同じである。すなわち撮影対象
（７）のインコヒーレント像をコヒーレント像に変換し
フーリエ変換レンズ（９）によって、該コヒーレント像
をフーリエ変換することは実施例１と同じである。

【００５２】ハーフミラー（５０２）はＨｅ−Ｎｅレー
ザ（２）からのコヒーレント光を分割し、更にビームエ
キスパンダー（５０３）によってそのビーム径を広げ、
フーリエ変換レンズ（９）の後焦点面に置かれている液
晶空間光変調素子（５２０）を照射している。液晶空間
光変調素子（５２０）は実施例１の液晶空間光変調素子
（２０）と同じものである。このようにして液晶空間光
変調素子（５２０）には撮影対象（７）のフーリエ変換
像とビームエキスパンダー（５０３）からの平面波がそ
れぞれ入射される。このように入射したコヒーレント光
はお互いに干渉し光導電層（５２２）に干渉縞を形成す
る。光導電層（５２２）に形成した干渉縞はそのまま液
晶層（５２１）に位相格子として転写される。この干渉
縞は撮影対象（７）のフーリエ変換ホログラムとなって
いる。このようにして記録された位相型のホログラム
は、ビームエキスバンダー（５０３）からの平面波のう
ち液晶空間光変換素子（５２０）の液晶層（５２１）と
光導電層（５２２）との界面で反射された光によって読
み出されることになる。その結果、フーリエ変換レンズ
（９）の前焦点面から後焦点面へと伝播している光の位
相共役光が発生する。発生した撮影対象（７）のフーリ
エ変換像の位相共役光はフーリエ変換レンズ（９）によ
って逆フーリエ変換されハーフミラー（８）を介してフ
ーリエ変換レンズ（９）からその焦点距離分離れた位置
のＣＣＤ（受光面）（１３）へと導かれる。このように
して撮影対象（７）の復元像がＣＣＤ（受光面）（１
３）に結像するわけである。

【００５３】液晶空間光変調素子（５２０）に形成する
位相格子はビームエキスパンダー（５０３）からの平面
波とフーリエ変換レンズ（９）からのフーリエ変換像と
の干渉によるものであるが、その干渉縞のコントラスト
はこの２つのコヒーレント光の強度がほぼ等しい場合に
大きい。干渉縞のコントラストが大きいほど、液晶層に
転写された位相格子の回折効率が大きくなる、したがっ
て、発生する位相共役光の光量も大きくなる。フーリエ
変換レンズ（９）からのフーリエ変換像の光強度は撮影
対象（７）像の空間周波数によってフーリエ変換面の特
定の部分に、その空間周波数の成分が大きいほど大きな
強度となっている。したがって、ビームエキスパンダー
（５０３）からの光の強度をＮＤフィルターによって、
撮影対象（７）の特定の空間周波数の成分の光の強度と
同じにしてやることで、その空間周波数の成分の光によ
る干渉縞のコントラストを強調させてやることができ
る。また、逆に言えば、そのようにして調節された光と
強度が大きく異なるようなフーリエ変換像との干渉縞は
そのコントラストが悪いので、その空間周波数に対応す
る位相共役光は発生しにくくなる。結果的に、撮影対象
（７）の特定の空間周波数を強調したフーリエ変換ホロ
グラムが液晶空間光変調素子（５２０）に記録され、読
み出されて位相共役光が発生し、フーリエ変換レンズ
（９）によって逆フーリエ変換されて、撮影対象（７）
の特定の空間周波数を強調した復元像がＣＣＤ（受光
面）に結像する。

【００５４】以上説明したように、本実施例によれば、
実施例１に示したモアレ発生の原因であるＣＣＤの受光
素子の配列の空間周波数付近をカットすることにとどま
らず、特定の空間周波数の強調やカットやエッジ検出を
リアルタイムで処理することが可能となる。また、空間
周波数フィルタリング手段に液晶空間光強調素子（５２
０）を用いているので固定マクスが不要であるので、位
置合わせなどの面倒な処理がなくなる。

【００５５】つぎに、第３の実施例について説明する。
第１の実施例と第２の実施例とにおいては、フィルタと
してそれぞれ、固定マスクを用いる方法、液晶空間光変
調素子を用いる方法であったが、図１３に示すように、
液晶空間光変調素子（５２０）の液晶層（５２１）の面
に第１の実施例で示した固定マスクを配置することによ
り、常にモアレを除去しつつ第２の実施例のような任意
の空間周波数フィルタリングを行うことも可能である。

【００５６】つぎに、第４の実施例について説明する。
第１の実施例と第２の実施例と第３の実施例とは、１つ
のグレースケールの画像の処理について述べたものであ
るが、以下の実施例は、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色
（Ｂ）成分を持つカラー画像の場合である。図９は、本
実施例の構成を表した図である。図９においては、
（７）は撮影対象であり、（６）は結像レンズであり、
（１００）はダイクロイックミラーであり、（１０２
ａ）と（１０２ｂ）と（１０２ｃ）とはそれぞれＨｅ−
Ｎｅレーザであり、（１０３ａ）と（１０３ｂ）と（１
０３ｃ）とはそれぞれビームエキスパンダーであり、
（１０４ａ）と（１０４ｂ）と（１０４ｃ）とはそれぞ
れハーフミラーであり、（１０５ａ）と（１０５ｂ）と
（１０５ｃ）とはそれぞれ偏光板であり、（１０８ａ）
と（１０８ｂ）と（１０８ｃ）とはそれぞれハーフミラ
ーであり、（１０９ａ）と（１０９ｂ）と（１０９ｃ）
とはそれぞれフーリエ変換レンズであり、（１１０ａ）
と（１１０ｂ）と（１１０ｃ）とはそれぞれ固定マスク
であり、（１１１ａ）と（１１１ｂ）と（１１１ｃ）と
はそれぞれミラーであり、（１１２ａ）と（１１２ｂ）
と（１１２ｃ）とはそれぞれ光束であり、（１２０ａ）
と（１２０ｂ）と（１２０ｃ）はそれぞれ液晶空間光変
調器であり、（１３０ａ）と（１３０ｂ）と（１３０
ｃ）とはそれぞれＣＣＤ（受光面）である。

【００５７】本実施例で説明する画像処理装置にはダイ
クロイックミラー（１００）が設けられている。このダ
イクロイックミラー（１００）は結像レンズ（６）側か
ら光が入射されると、図面上方向に赤色（Ｒ）成分、図
面右側方向に緑色（Ｇ）成分、図面下方向に青色（Ｂ）
成分というように、波長ごとに光を分けるようになって
いる。したがって、撮影対象（７）は結像レンズ（６）
により、（１２０ａ）、（１２０ｂ）、（１２０ｃ）の
液晶空間光変調器に、それぞれＲ、Ｇ、Ｂの像が結像さ
せられる。各色成分に分けられた撮影対象（７）の像
は、それぞれ第１の実施例に示して来たような処理が施
されて、（１３０ａ）、（１３０ｂ）、（１３０ｃ）の
ＣＣＤによって、それぞれモアレが除去されたＲ、Ｇ、
Ｂの像を取り込むことになる。ここで用いられる（１１
０ａ）、（１１０ｂ）、（１１０ｃ）は、例えば、デル
タ配列をしたＣＣＤによってモアレが発生していた場合
には、図１０に示すようなそれぞれの色に対応するＣＣ
Ｄの画素のみの配列のフーリエ変換像（図１１）のもの
を使用すれば良い。

【００５８】つぎに、第５の実施例について説明する。
第１の実施例、第２の実施例、第３の実施例、第４の実
施例では画像処理装置として説明した。そのためレーザ
光源にはＨｅ−Ｎｅレーザを用いたが、これらのレーザ
光源を半導体レーザーに替えてやることで、家庭用ビデ
オカメラなどのコンパクトな撮像装置の光学系として用
いることが可能となる。使用する半導体レーザは光磁気
ディスクやコンパクトディスク等に用いられている赤外
（λ６８０ｎｍ）のものを用いることができ、それは非
常に安価である。ここで注意しなければならないこと
は、このような半導体レーザーは一般的にマルチモード
発振であるために時間的コヒーレントが悪いので可干渉
距離が非常に短い。従って、実施例２のように２つの光
束の干渉を利用する場合に、例えば、図１２のレーザ出
射口から液晶空間光変調素子（２０）の液晶層（２１）
側をへて液晶空間光変調素子（５２０）の光導電層（５
２２）に至る光束（１２）の光路長とハーフミラー（５
０２）とビームエキスパンダー（５０３）をへて液晶空
間光変調素子（５２０）の光導電層（５２２）に至る光
束の光路長の差がゼロになるようにすることが必要にな
る。

【００５９】

【００６０】

【００６１】

【００６２】

【発明の効果】請求項１に記載の画像処理装置によれ
ば、フーリエ変換像の位相共役光を発生させ、再びレン
ズによって逆フーリエ変換し、特定の空間周波数成分が
強調された像を得ることができる。したがって、リアル
タイムでの特定空間周波数成分の強調等の処理が可能と
なる。

【００６３】請求項２に記載の画像処理装置によれば、
フーリエ変換したコヒーレント像を固定マスクを透過さ
せ、同時にフーリエ変換像の位相共役光を発生させ、再
びレンズによって逆フーリエ変換し、モアレ成分などの
特定の空間周波数成分を除去するとともに特定の空間周
波数成分が強調された像を得ることができる。

【００６４】請求項３に記載の画像処理装置によれば、
撮影対象の像を形成する光をダイクロイックミラーで
赤、緑、青の成分に分け、それぞれの成分による像を３
台のインコヒーレント・コヒーレント変換手段と３台の
空間周波数フィルタリング手段とで独立に処理するの
で、撮影前に赤、緑、青のそれぞれの成分の特定の空間
周波数成分を除去したり、特定の空間周波数成分を強調
することができる。

【００６５】

【００６６】

【００６７】

【００６８】請求項４に記載の撮像装置によれば、フー
リエ変換像の位相共役光を発生させ、再びレンズによっ
て逆フーリエ変換し、特定の空間周波数成分が強調され
た像を得、その後に撮像することができる。したがっ
て、リアルタイムでの特定空間周波数成分の強調等の処
理が可能となる。

【００６９】請求項５に記載の撮像装置によれば、フー
リエ変換したコヒーレント像を固定マスクを透過させ、
同時にフーリエ変換像の位相共役光を発生させ、再びレ
ンズによって逆フーリエ変換し、モアレ成分などの特定
の空間周波数成分を除去するとともに特定の空間周波数
成分が強調された像を得、その後に撮像することができ
る。したがって、モアレの発生を抑えることができ、撮
像した像を再生する場合にモアレによるギザギザの発生
がなくなる。さらに、撮像前の光学的処理であるので従
来のように撮像後に電気的な処理を行うことが不要にな
る。また、リアルタイムでの特定空間周波数成分の強調
等の処理が可能となる。

【００７０】請求項６に記載の撮像装置によれば、被写
体の像を形成する光をダイクロイックミラーで赤、緑、
青の成分に分け、それぞれの成分による像を３台のイン
コヒーレント・コヒーレント変換手段と３台の空間周波
数フィルタリング手段とで独立に処理するので、撮影前
に赤、緑、青のそれぞれの成分の特定の空間周波数成分
を除去したり、特定の空間周波数成分を強調し、その後
に撮像することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の装置の構成を示す図で
ある。

【図２】本発明による画像処理装置の動作順序を説明す
るための図である。

【図３】本発明の構成要素の１つである液晶空間光変調
素子の構造を示す図である。

【図４】本発明の構成要素の１つである液晶空間光変調
素子において、液晶層への位相回折格子の転写のメカニ
ズムを説明するための図である。

【図５】ＣＣＤ受光面の受光素子の配列（ストライプ配
列）を表した図である。

【図６】図５に示す配列であるＣＣＤを用いる場合の固
定マスクを表した図である。

【図７】ＣＣＤ受光面の受光素子の配列（デルタ配列）
を表した図である。

【図８】図７に示す配列であるＣＣＤを用いる場合の固
定マスクを表した図である。

【図９】本発明の第４の実施例の装置の構成を示す図で
ある。

【図１０】カラーのデルタ配列のＣＣＤのＲ、Ｇ、Ｂの
いずれか１色の受光素子を抜き出した図である。

【図１１】本発明の第４の実施例のマスクであり、図１
０のフーリエ変換像である。

【図１２】本発明の第２の実施例の装置の構成を示す図
である。

【図１３】本発明の第３の実施例の空間周波数フィルタ
リング手段である固定マスクと液晶空間光変調素子との
組み合わせを示す図である。

【符号の説明】

１画像処理装置２、１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃＨｅ−Ｎｅレーザ３、１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃ、５０３ビームエ
キスパンダー４、８、１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃ、５０２ハー
フミラー５、１０５ａ，１０５ｂ，１０５ｃ偏光板６結像レンズ７撮影対象９、１０９ａ，１０９ｂ，１０９ｃフーリエ変換レン
ズ１０、１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ固定マスク１１、１１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃミラー１２、１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃ光束１３、１３０ａ，１３０ｂ，１３０ｃＣＣＤ（受光
面）２０、１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃ、５２０液晶
空間光変調素子２１、５２１液晶層２２、５２２光導電層２３ａ，２３ｂガラス基板２４ａ，２３ｂ透明電極２５ａ，２５ｂ配向膜２６ａ，２５ｂスペーサー２７交流電圧源２８誘電体多層膜ミラー１００ダイクロイックミラー

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02F 1/13 505 G02B 27/46 G02F 1/135 G03H 1/02 G03H 1/16

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】撮影対象のインコヒーレント像をコヒー
レント像に変換するインコヒーレント・コヒーレント変
換手段と、変換したコヒーレント像の空間周波数フィル
タリングを行う空間周波数フィルタリング手段とを含む
画像処理装置であって、前記空間周波数フィルタリング手段が、コヒーレント像
をフーリエ変換及びフーリエ逆変換するためのレンズ
と、撮影対象の特定の空間周波数のホログラムを記録、
再生するための液晶空間光変調素子と、コヒーレント光
を前記液晶空間光変調素子に照射する照射手段とを含
み、前記照射手段が、撮影対象の特定の空間周波数の成
分の光の強度を前記コヒーレント光の強度と同程度にす
る光強度フィルタリング手段を備えることを特徴とする
画像処理装置。
【請求項２】撮影対象のインコヒーレント像をコヒー
レント像に変換するインコヒーレント・コヒーレント変
換手段と、変換したコヒーレント像の空間周波数フィル
タリングを行う空間周波数フィルタリング手段とを含む
画像処理装置であって、前記空間周波数フィルタリング手段が、コヒーレント像
をフーリエ変換及びフーリエ逆変換するためのレンズ
と、フィルタとしての固定マスクと、撮影対象の特定の
空間周波数のホログラムを記録、再生するための液晶空
間光変調素子と、コヒーレント光を前記液晶空間光変調
素子に照射する照射手段とを含み、前記照射手段が、撮
影対象の特定の空間周波数の成分の光の強度を前記コヒ
ーレント光の強度と同程度にする光強度フィルタリング
手段を備えることを特徴とする画像処理装置。
【請求項３】撮影対象の像を形成する光をダイクロイ
ックミラーで赤、緑、青の成分に分け、それぞれの成分
による像を３台のインコヒーレント・コヒーレント変換
手段と３台の空間周波数フィルタリング手段とで独立に
処理することを特徴とする請求項１または請求項２に記
載の画像処理装置。
【請求項４】自然光又は照明光によって被写体を撮像
する撮像装置であって、被写体のインコヒーレント像を
コヒーレント像に変換するインコヒーレント・コヒーレ
ント変換手段と、変換したコヒーレント像の空間周波数
フィルタリングを行う空間周波数フィルタリング手段と
を備え、空間周波数フィルタリング処理された像を取り
込む撮像装置であり、前記空間周波数フィルタリング手段が、コヒーレント像
をフーリエ変換及びフーリエ逆変換するためのレンズ
と、被写体の特定の空間周波数のホログラムを記録、再
生するための液晶空間光変調素子と、コヒーレント光を
前記液晶空間光変調素子に照射する照射手段とを含み、
前記照射手段が、被写体の特定の空間周波数の成分の光
の強度を前記コヒーレント光の強度と同程度にする光強
度フィルタリング手段を備えることを特徴とする撮像装
置。
【請求項５】自然光又は照明光によって被写体を撮像
する撮像装置であって、被写体のインコヒーレント像を
コヒーレント像に変換するインコヒーレント・コヒーレ
ント変換手段と、変換したコヒーレント像の空間周波数
フィルタリングを行う空間周波数フィルタリング手段と
を備え、空間周波数フィルタリング処理された像を取り
込む撮像装置であり、前記空間周波数フィルタリング手段が、コヒーレント像
をフーリエ変換及びフーリエ逆変換するためのレンズ
と、フィルタとしての固定マスクと、被写体の特定の空
間周波数のホログラムを記録、再生するための液晶空間
光変調素子と、コヒーレント光を前記液晶空間光変調素
子に照射する照射手段とを含み、前記照射手段が、被写
体の特定の空間周波数の成分の光の強度を前記コヒーレ
ント光の強度と同程度にする光強度フィルタリング手段
を備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項６】被写体の像を形成する光をダイクロイッ
クミラーで赤、緑、青の成分に分け、それぞれの成分に
よる像を３台のインコヒーレント・コヒーレント変換手
段と３台の空間周波数フィルタリング手段とで独立に処
理することを特徴とする請求項４または請求項５に記載
の撮像装置。