JPH01302376A - 画像情報処理装置及び画像情報記録装置 - Google Patents

画像情報処理装置及び画像情報記録装置

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JPH01302376A
JPH01302376A JP13333588A JP13333588A JPH01302376A JP H01302376 A JPH01302376 A JP H01302376A JP 13333588 A JP13333588 A JP 13333588A JP 13333588 A JP13333588 A JP 13333588A JP H01302376 A JPH01302376 A JP H01302376A
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modulation element
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Makoto Kato
誠 加藤
Sadakichi Hotta
定吉 堀田
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、大量の画像情報を高品質かつ高密度ホログラ
ムの形態で記録するシステムに関する。
本発明はまた、画像情報とりわけ一連の映像信号をホロ
グラムに記録し、像再生過程で鮮明な3次元画像合成を
可能とする新規画像情報処理システムを提供するもので
ある。
従来の技術 近年情報記録再生システムとして各種の電子的、磁気的
、光学的あるいはこれらの複合された媒体を用いた技術
が開発されている。その中で画像情報を高品質高密度に
記録可能なホログラムメモリは1960年代以降各方面
0注目を集め、コンピューターメモリ、あるいはビデオ
メモリへの応用等が盛んに研究された。また3次元(3
−D)表示技術の研究開発は芸術から教育、医療分野に
も及ぶ広がりを見せている。たとえば3−D物体を各方
面から写真に写しておき、これを−枚のシート状ホログ
ラムに合成して、視差を有する3−D像表示可能とした
ホログラフィック・ステレオグラムが開発され、レーザ
あるいは非レーザ光源(白色光光源も可)で再生して相
当の画質を実現している。
本発明の適用分野は以下に述べる3−D表示目的だけに
限定されるものではないが、ここではまず従来の技術と
対比するために、前記ホログラフィックステレオグラム
について述べる。第6図は従来のホログラフィックステ
レオグラムのホログラム記録光学系を模式的に示す。ま
ず同図(a)のように380“回転可能な台3001の
3−D物体を微小角づつ見る方向の異なる一連の2次元
画像として映写機39で写す。次に、同図(b)のよう
に撮影されたフィルム310をレーザービーム10で照
射し、レンズ15.30.31を介してスリット開口を
有するスクリーン32に投射して、その背面に設けられ
たフィルム状媒体33にホログラムを記録する。ここで
参照光源は上方の点34から入射させる。なお、ビーム
は35の位置に収束する。第7図はこうして得られた一
連のホログラム列を円筒状に形成して、像合成する原理
図である。同図(a)は発散レーザ光100を用いてホ
ログラム列330を照射する方式で、400の位置に目
をおくと、両眼401.402に入射する再生画像が各
々異なり視差の効果を有する3−D像302が得られる
。同図(b)は白色光源で同様の3−D像表示を行うこ
とができる例を示す。この場合は目の位置を、ホログラ
ム330のやや後方において色分散を生じた回折像成分
410〜430の一部(例えば中央の緑色像420)の
みを見るように設計可能である。
発明が解決しようとする課題 従来のステレオグラムにおいては、実際の3−D物体を
一度写真フィルムに撮影する過程が必要であり、現像処
理の後、さらに写真の各駒をホログラムに変換する過程
と合わせて完全に分離された二つの光学系から構成され
ていた。そのため実時間記録はもちろん不可能であり、
ホログラフィックステレオグラムの用途も限定されてき
た。この他にも、今日、画像処理の多くの部分が映像情
報、特にビデオ信号として処理記憶されており、これを
直接空間変調素子(以下SLMと称する)を介してホロ
グラムに変換し、かつ再生像を有効に利用できる技術が
強く望まれる。ところが、入力画像をSLMを用いて次
々にホログラムに記録変換するには、使用するSLMの
光学特性との整合性が必要で■SLMに入射する光束の
入射角と記録光学系との波面整合、■高品質画像再生を
可能とするホログラム記録のために従来困難とされたス
ペックルノイズをどのように抑圧するか、■それに伴っ
てSLMをどのように構成するか、等々の諸課題があっ
た。
課題を解決するための手段 本発明では上述の課題を解決するために、■空間周波数
帯域の制限された拡散板゛を用いた光学系、さらに望ま
しくは、■SLMに上記拡散板を組み込んだ光学系によ
って高品質高密度ホログラム記録を可能とした新規な手
段を備えている。本発明では更に前記ホログラム記録用
SLM実現のために、SLMの各画素(具体的には画素
電極など)に対応して所定の位相領域を設けた高性能拡
散板を組み込んだ構成によって、単純な光学系でも高品
質高密度の安定なホログラム記録が実行される手段を備
えたものである。
作用 本発明では、SLMを介して連続階調画像のホログラム
を記録する場合に、■帯域制限拡散板の導入により、開
口幅の狭いホログラムでもスペックルノイズの抑圧が可
能となり、また、■平行波によるSLM照射でSLMの
画面位置による変調特性の歪がない均一なホログラム記
録が可能となる。特にSLMの画素電極に対応して帯域
制限された位相領域を前記電極近傍に正確に配置するこ
とにより、ホログラム記録光学系中でSLMと拡散板の
画素合わせの複雑な微調整を要することなくスペックル
ノイズを抑圧した高品質高密度ホログラム記録が容易に
行える。
実施例 第1図は、本発明の一実施例によるアクティブマトリッ
クス型液晶パネルに基づ<SLM3000の概略構成を
示す。同図において361,382は互いに直交させた
偏向板、391〜394は二次元配列の画素電極の一断
面、371〜374は前記画素電極に一対一に対応する
凹凸型の位相段差で、ガラス基板370の片側面に形成
され、対向電極383と配向膜382でおおわれ、スペ
ーサ380を介してツイストネマチイック(TN)液晶
350をサンドイッチしている。前記段差構造を別にす
れば、一般に液晶パネルの構造原理は当該業者には衆知
であろう。例えば、第1図のような構成の高画質アクテ
ィブマトリクス型素子として、田中他;  ra  S
i TFTを用いた3インチカラー液晶TV」、ナシe
ナルテクニカルレボ−)(National  Tec
hnicalReport)、vol、33.Nol 
(1987)pp64〜75等に示されているものが望
ましい。さて、第1図で位相段差は基準面Oレベルから
d、2d、3dの4レベルが設けられてあり、これは後
述の本発明の別の実施例で示す第4図(b)のごとく、
入射する平行単色光に対しく0、π/2.π、3/2π
)のいずれか1つの位相変位を与えるものである。第1
図では対向電極、配向膜を均一に形成しているので、液
晶の屈折率をa、ガラス基板370のそれをbとすると
き、光波長をλとして (a−b)d=λ/2 と設計する。このような一連の擬似ランダム位相配列を
用いた拡散板については、たとえばY、  Nakay
ama  and  M、Kato;”Diffuse
r  with  pseudorandom  1)
hase  5equenCel  ”ジャーナル オ
ブ オプティカル ソサIティ オプアメリカ(J、o
pt、Soc、Am、、)v。
1、 69.  No、  10  (1979)  
p、  1367〜1372等に開示されている。本実
施例では、ここで画素電極391〜394等を上記位相
領域391〜394の如く、一対一に対向させて、あた
かも後述する第4図(a)の開口列391,392.3
93.  ・・・のように配列するところが重要である
。別の実施例としては一画素電極に整数個の位相領域を
対応させてもよい。しかし、−対一の対応をとる場合に
もっとも高密度記録が可能となり、また素子製作上の精
度も実用的な値となる。たとえば画素開口(等価値)を
D=150μmとすれば、フーリエ変換ホログラムのサ
イズHは波長λ= 488 n ffh  レンズ焦点
距離f=70mmとしてH(2λf)/D  0.45
mmが得られる。このように画素電極対応で位相板を組
み込むことにより、SLMは平行光入射で動作し、かつ
必要最少限の拡散効果を位相分布として与えた波面を出
射する理想的なコヒーレント素子となる。従来のランダ
ムな拡散板ではホログラム素子が限られた開口となると
スペックルノイズが著しく画質を低下させるので、ホロ
グラフィックステレオグラムでは使用されず、SLMを
用いた光学系でも同様であった。そのため、ホログラム
記録面での物体光は画像の低域酸9分がそのエネルギー
の大半を占め、良好な階調特性が得られ難い事情にあっ
た。また、参照光量を大幅に増すと回折効率が低下した
。本発明のような拡散板を用いるとスペックル抑圧、高
回折効率、ならびに高密度記録が同時に実現され、かつ
階調性のよい高画質再生が可能となる。
第2図は、本発明の別の実施例になるSLMの概略構成
(断面)を示す。第1図との違いは、位相板が段差のな
い屈折率差だけの画素領域331゜332、・・・、3
34等によって(0,2/π。
π、3/2π)といった位相系列を構成している点であ
る。この場合も画素電極391〜394は、位相領域3
31〜334とほぼ一対−に対応していることが肝要で
ある。なお、第、1図の場合とも直線偏光レーザを用い
る場合には偏向板362は不要である。第3図は、第1
.第2図に示したような構造のSLM3を画像入力手段
として用いたホログラフィックステレオグラム用ホログ
ラム記録光学系の概略構成を示す。第6図と対比して説
明すれば、収束レンズ14がSLM3の後側にあり、S
、LM3は平行単色光(レーザ光)で照射されている。
このように配置することによって結像レンズ15の口径
を大きくすることなく、均一で大型のホログラムを記録
でき、しかも全画面で変調歪のない良好なホログラム記
録特性が得られる。
第4図は、本発明のさらに別の光学系の実施例を説明し
た概念図で、位相板の位相配列2OL、202.203
.  ・・・(部分パターン)(b)に対応して微小開
口列391,392,393.  ・・・を一対一に設
けたサンプリングメツシュ(a)を重ねた拡散板2を(
C)のごとく平行単色光束102で垂直入射して、第3
図のごと< S LMS上にレンズ51.52で結像す
るものである。レンズ51.52はフーリエ変換レンズ
を図示したように組み合わせて配列することが望ましい
。この場合のSLM3は従来の液晶パネルの他、任意の
空間変調素子が使用できる。ただし、各位相領域201
,202.  ・・・がSLMの画素電極391.39
2.  ・・Φに一対一に対応するようにして用いる必
要があるが、レンズ系51.52の焦点深度が若干ある
ので、発散角δθにもかがねらず、SLM中(電極近傍
)では垂直入射の平行波面となり、やはり場所による歪
のない均一な変調が可能となる。
第5図は、本発明の更に別の実施例を示す概略構成で、
規範構造は液晶ライトバルブとして知られたコヒーレン
ト、インコヒーレント変換素子の一種であるが、そのコ
ヒーレント光側の片面に位相板470を形成している。
すなわち、ライトバルブ4の右方より入力画像情報がイ
ンコヒーレントな書き込み光11によって入射し、透明
電極460上に結像されると、その結像パターンに対応
した電界がフォトコンダクタ(例えばCd5)ff44
0にかかり、インピーダンスが低下して画像に相当する
電圧パターンが液晶層450に加わる。
そこで、左方より単色の偏光した平行光束を入射させる
と、偏光方向は電圧パターンに応じて回転され、光束1
2を偏向板を通して読み出せば濃淡画像が得られること
になる。ここで書き込み方は他にレーザ走査画像であっ
てもよく、インコヒーレント光の必要性は必ずしもない
。しかしコヒーレント光を使う読出し側には、先の実施
例で示した位相板を470の液晶側に形成することによ
って、高品質な画像読出しを可能とじうるちのであり、
ハーフミラ−等を介して、読出画像のホログラムを記録
する場合、もしくは各種の画像処理用途におけるスペッ
クルノイズ抑圧効果は先の実施例と同様に得られる。
以上、液晶デバイスを中心に電気的に画像入力可能な空
間変調素子ないしコヒーレント・インコヒーレント変換
素子とこれらを用いたホログラム記録光学系について述
べたが、本発明は更に別の材料を用いたSLMl たと
えばB50(Bit2Si 02@)系のSLM、DK
DP−8LMといった素子にも適用可能である。また拡
散板きして4レベルの擬似ランダム位相系列以外の位相
配列たとえば3レベル(0,π/3.2/3π)の拡散
板も目的に応じて使用できるし、第4図のような光学系
で、一部の位相板をSLM3に組み込み他の残りは外部
の位相板2としてもよい。また本発明のホログラム記録
光学系は第3図のような装置の他、SLMを用いた一般
の画像記録光学系、特にフーリエ変換ホログラム記録装
置において有用性を発揮しうる。
発明の効果 以上のように本発明になる画像情報処理装置及び画像情
報記録装置は、SLMの画像情報構成面(パターン変調
面)に、帯域制限された拡散板を一体化する形か、もし
くは等測的に結像して、しかも垂直入射波面を用いて全
画面にわたって歪のない空間変調素子を実現できる。
SLMを用いた階調画像のホログラム記録においてスペ
ックルノイズ抑圧、高回折効率と階調再現性のよいこと
は、ビデオ情報メモ1ハ あるいはまた医療診断用の断
層写真合成による立体視をはじめとする各種コヒーレン
ト画像情報記録に多大の効果を有するものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例としてのSLMの概略図、第
2図は本発明の別のSLMの実施例の概略図、第3図は
本発明の一実施例の装置の主要部の概略図、第4図(C
)は本発明の実施例として図は本発明のさらに別の実施
例としてSLMの概略図、第6図(a)、  (b)は
従来のホログラフィックステレオダラムの記録系の概念
図、第7図(a)、  (b)は同じ〈従来のホログラ
フィックステレオグラム再生系の概念図である。 10・・・平行単色光束、3.4.3100・・・SL
M、  14. 15. 30. 31. 51. 5
2・・・レンズ、370,331’〜334,470.
391〜394・・・位相板、33・φ・ホログラム記
録媒体。 代理人の氏名 弁理士 中尾敏男 はか1名377〜.
374−一一位、相反差 36ど                      
         \?−−拡歎戚 、E/、、9!−−−シンス°。 第 4 区                   乙
l〜乙B−J立雀り咬羞l/−−書込み尤 J!3−一フAA/五課体 /θ0− レープ光 3θ2.Jガ−3−04

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)電気信号もしくは書き込み光によって空間的にパ
    ターン情報を形成する空間変調素子において、実質的に
    前記パターン情報形成面に所定の位相変位を与える位相
    領域を設けてなる画像情報処理装置。
  2. (2)所定の位相変位が(0、π/2、π、3/2π)
    、もしくは(0、π/3、2/3π)の各位相を配列し
    た擬似ランダム位相系列によって与えられることを特徴
    とする特許請求の範囲第1項記載の画像情報処理装置。
  3. (3)電気信号によって空間的にパターン情報を形成す
    る空間変調素子において、前記電気信号を入力する画像
    電極に対応する形で所定の位相変位を与える位相領域を
    設けてなる画像情報処理装置。
  4. (4)ホログラム記録光学系において単色平行光束で照
    射される空間変調素子と、前記素子に近接して配置し、
    前記素子を透過あるいは反射後の光束を広げるレンズと
    、投影レンズと、円柱レンズと、スリット状開口とを少
    なくとも具備した画像情報記録装置。
  5. (5)単色平行光で照明される所定位相板を、空間変調
    素子に結像して被変調波面を形成したことを特徴とする
    特許請求の範囲第4項記載の画像情報記録装置。
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