JPS62194221A - 画像シフト装置 - Google Patents

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〕 本発明は画像シフト装置に関する。画像シフト装置は光
学系中に用いられて画像情報を担持せる光束をシフトさ
せる作用を有する。

〔従来の技術〕

従来一般に使用されている画像シフト装置としては、平
行平板、ミラー、プリズム及びレンズ等の光学部品を機
械的手段によシ駆動せしめて光束シフトを行なうものや
、電気光学結晶と複屈折材料とを組合わせて常光線と異
常光線とを分離することによシ光速シフトを行なうもの
が用いられていた。

第７図は、平行平板を用いた２次元画像シフト装置の概
略構成を示す図である。

図において、５２は入力画像であり、５４は結像レンズ
であり、５６は第１の光透過性平行平板であシ、５８は
該平行平板をＹ方向の軸のまわシに回動させるための駆
動モータであり、６０は第２の光透過性平行平板であり
、６２は該平行平板をＸ方向のまわシに回動させるため
の駆動モータであり、６４は２次元受光素子アレイであ
る。入力画像５２の１点から出た光は結像レンズ５４に
よシ集束せしめられた後に第１及び第２の平行平板５６
．６０ｔ−通過して受光素子アレイ６４上に結像せしめ
られる。この結像位置は第１及び第２の平行平板の回動
位置によシ異なる。即ち、第８図に示される様に、同一
の入射光束６８に対しても、平行平板７０の傾きによっ
て実線及び点線で示す様に受光素子アレイ７２上での結
像位置が変化するのであシ、第７図の装置において第１
の平行平板５６をＹ方向の軸のまわシに適宜の角度回動
させ且つ第２の平行平板６０ｔｌ−Ｘ軸のまわシに適宜
の角度回動させることによシ受光素子アレイ６４上の任
意の位置に結像せしめることが可能である。

第９図は電気光学結晶と複屈折材料とを用いた画像シフ
ト装置の概略構成を示す図である。

図にオイテ、７４はＢＳＯ、ＬｉＮｂ０．　、　ＫＤＰ
　、　ＰＬＺＴなどの第１の電気光学結晶であシ、７６
．７８は該結晶の両面に付されＩＴＯなどからなる透明
電極であり、８０は方解石などの第１の複屈折材料であ
り、８２は７４と同様な第２の電気光学結晶であり、８
４．８６は該結晶の両面に付され７６と同様な透明゛電
極であシ、８８は８０と同様な但し厚さがその半分の第
２の複屈折材料である。かくして、第１の電気光学結晶
７４に入射した直線偏光９０は該結晶に印加する電圧を
適宜調節することによシ該結晶を出射後第１の複屈折材
料８０に入射して常光線９２または異常光線９４となシ
、該材料を出射後第２の電気光学結晶８２に入射した直
線偏光は該結晶に印加する電圧を適宜調節することによ
シ該結晶を出射後第２の複屈折材料８８に入射してそれ
ぞれ常光線９６または異常光線９８、及び常光線１００
または異常光線１０２となシ該材料を出射する。この様
に電気光学結晶７４．８２に印加する電圧を調節するこ
とによシ入射光をシフトさせることができ、電気光学結
晶と複屈折材料との組を更に多段とすることによりシフ
トの段数を更に増加させることができる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかるに、上記第７図に示される様な画像シフト装置は
画像情報光束を一括して平行平板によυシフトするもの
であるため、該平行平板の回動スペースをかなシ大きく
とらざるを得す、また駆動モータもかなり大きなものが
必要となる。このため、装置の小型化が困難であり、更
に動作速度の高速化も困難であるという問題があった。

また、上記第９図に示される様な画像シフト装置はシフ
トの段階数を増加させるためには多くの材料を使用する
必要があり、装置の小型化が困難であるという問題があ
った。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明によれば、以上の如き従来技術の問題点を解決す
るものとして、変調度が可変のグレーティング構造を有
し、該グレーティング構造に画像光束を入射せしめて回
折次数に応じた回折角の方゛向に所望の強度の回折光束
としてシフト画像光束を出射せしめ得ることを特徴とす
る、画像シフト装置が提供される。

〔実施例〕

以下、図面を参照しながら本発明の具体的実施例を説明
する。

第１図は本発明装置の第１の実施例を示す部分断面図で
ある。

図において、２は基板である。該基板は透明であシ、且
つその上面にレリーフ状のグレーティングが形成されて
いる。４及び６は透明電極であシ、その間には液晶層８
が介在せしめられている。２つの電極４，６には電源１
０によシ所望の電圧を印加することができる。以上によ
ジグレーティング構造が構成される。

本実施例においては、上方から光束１２を入射せしめる
と、グレーティング構造のために回折が生じ、下方へと
Ｏ次回折光（即ち透過光）１４．１次回折光１６．２次
回折光１８が出射する。尚、第１図においては３次以上
の回折光束は図示を省略されている。

ｍ次の回折光の回折角θ。は次式で与えられる。

θ。＝画一１（ｍλ／／［） ここで、λは入射光束の波長であＦ）Ａはグレーティン
グの周期である。

かくして、本実施例装置の下方にて適宜の距離隔てられ
た位置で観察することによシ、１次以上の回折光をシフ
ト光束として検出することができる。尚、回折角が小さ
い場合には適当なレンズ光学系を設けてシフト量を拡大
することができる。

ここで、各次数の回折光束の強度はグレーティングの変
調度を変化させることにより制御することができる。

グレーティングの変調度の変化はたとえばグレーティン
グの屈折率差の変化またはグレーティングの厚さの変化
により実現できる。

ラマン−ナス領域でのｍ次の回折光の回折効率η。は次
式で与えられる。

η。＝ＪＩｌｎ（２χＴ） ここでＪｒｎはｍ次のベッセル関数を表わし、χはグレ
ーティングの結合係数であシ、ではグレーティングの厚
さである。χはグレーティング形状と屈折率差とから求
められ、正弦波状のレリーフ形状を有し屈折率差がΔｎ
であるとすると、２は次式で与えられる。

χ＝ＨΔｎ／λ 第２図は各次数の回折効率と変調度２χＴとの関係？示
すグラフである。負の次数の回折効率は絶対値の等しい
正の次数の回折効率が等しい。例えば最初に電圧を印加
しない状態で２χＴ　＝　１．８巳となる様に屈折率差
Δ。及びグレーティング厚さＴを調整しておくとＯ次±
１次、±２次の回折光束にそれぞれ０．．１　、０．３
４　、０．１の割合で光パワーが分割される。この状態
から変調度が２χＴ　＝　２．４となる様に屈折率差Δ
ｎを変化させると０次、±１次、±２次の回折光束にそ
れぞれ０．０　、０．２７　、０．１９の割合で光ノゼ
ワーが分割される。

上記第１の実施例においては、電源１０で液晶層８に印
加する電圧を変化させることによってグレーティング構
造の屈折率差を変化させ、かくして変調度を変化させ、
各次数の回折光の強度比を変化させることができる。

液晶は一般に大きな屈折率変化が得られるため広い範囲
で変調度２χＴを調整できる。

尚、グレーティングの変調度を変化させる手段としでは
、本実施例における様に液晶を用いるものの外に、電気
光学結晶を用いるものや弾性表面波素子を用いるもの等
を例示することができる。

また、上記第１の実施例において示されたラマン−ナス
型グレーティングでは複数の回折光束が現われるが、グ
レーティングをブレーズ化グレーティングとしたυブラ
ッグ型グレーティングとしたシすることにより所望の次
数の回折光束を選択的に励起して画像シフトを行なうこ
ともできる。

第３図は本発明装置の第２の実施例を示す部分断面図で
ある。本図においては上記第１図におけると同様の部材
には同一の符号が付されておシ、ここではその説明を省
略する。

第２図において、入射光束１２は入力画像情報の１画素
を担持せる光束である。

本実施例においては、グレーティング構造によシ回折せ
しめられた光束は光検出器アレイ２０によシ検出される
。光検出器アレイ２０の各受光要素２０−１．２０−２
　、・・・の配置ピッチは入力画像情報の１画素の大き
さと等しく、またグレーティング構造と光検出器アレイ
２０との間隔は、図示される様に、隣接次数の回折光束
がちょうど隣接する受光要素に入射する様に定められて
いる。

本実施例装置においては、入力画像情報の全ての画素に
ついて上記入射光束１２と同様な回折による光束シフト
が行なわれ、かくして入力画像情報の各画素を離散的な
回折光束によって空間的にシフトさせて近接する画素の
重み付けされた加算処理がなされている。

本実施例装置によシ平均化処理を行なう場合の具体例を
以下に説明する。

画像情報の平均化処理は、たとえば１番目の入力画素の
光強度がＥｌである場合に五査目の出力画素の光強度Ｇ
１として Ｇ　ｉ　＝　’　（Ｅｌ−１＋１４　＋Ｅｌ＋１）を得
ることによ９行なわれる。これは即ち、両隣シの入力画
素との均等配分を得ることに相当し、２次以上の回折効
率が無視できるとすれば、０次回折効率と±１次回折効
率とを等しくしてＯ次回折光束の強度と±１次回折光束
の強度とを等しくすればよいことが分る。

また、画像情報の平均化処理を１番目の出力画素の光強
度Ｇｉとして Ｃｉ　”　、　（ｇｉ−ｚ　＋Ｅｉ−１＋Ｅｉ　＋Ｅｉ
＋１＋Ｅｌ＋２　）を得ることによシ行なうこともでき
る。これは即ち、近接する両隣シの２つづつの入力画素
との均等配分を得ることに相当し、この場合には０次。

±１次及び±２次の５つの回折光束を利用する。

この場合は回折効率比を任意に選択することはできない
ため、それぞれ３種の回折効率比を与える変調度の条件
を設定し、各変調度に対応した照射時間を決定しておく
ことによって各次数へのトータルのエネルギー量を均等
に分割することができる。数値例の１例を示すと、ラマ
ン−ナス型グレーティングにおいて２χＴ＝１．０　、
２．０．３．０の３つの変調度を設定すると０次、±１
次、±２次の回折効率はそれぞれ Ｃ０，５８５，０，１９４，０，０１３）　　　　　２
χＴ＝１．０（０，０５０，０，３３３，０，１２５：
］　　　　　２χＴ　＝　２．０（０，０６８，０，１
１５，０，２３６）　　　　　２ＺＴ＝３．０となる。

この３つの変調度の対応する照射時間をそれぞれｔｘ＋
ｔｚｐｔｓとすると、各次数へのトータルのエネルギー
の分割量が均等になるためにはｔｌ　ｔ　ｔ、ｐ　ｔａ
の相対比を（１０，８８３，０１） と置けばよいことがわかる。すなわち、２χＴ＝１．０
の変調度で１時間単位、２χＴ＝２．０　、３．０では
それぞれ０．８８　、３．０１時間単位で連続して入力
を行えばよいことがわかる。

以上の様な処理を行なう場合の光検出器アレイ２０とし
てはＣＯＤ等の露光量の積算されるタイプのものが好ま
しい。

第４図は本発明装量の第３の実施例を示す斜視図である
。

本実施例は、上記第２の実施例で示される様なグレーテ
ィング構造ｔ−２次元に拡張した２次元グレーティング
構造２２と該２次元グレーティング構造２２に対応する
２次元光検出器アレイ２４とからなる２次元画像シフト
のための装置でおる。

本実施例装置においては、Ｘ方向及びＹ方向のそれぞれ
に関して上記第２の実施例と同様な作用がなされる。

たとえば、本実施例装置のグレーティング構造２２の上
方から２方向に第５図に示される様な入力画像情報（即
ち画素２６，２７の濃度のみが１で他の画素の濃度はＯ
）を入射させた場合に、Ｘ方向及びＹ方向のｖ４接各１
画素との平均化処理により得られる光検出器アレイ２４
の出力画像情報は第６図に示される様になる。第６図に
おいて２６’　、　２７’は入力画像情報の画素２６．
２７に対応する画素であシ、該画素を含む６つの画素の
濃度が１／３となり、該画素２６’、２７’の双方に隣
接する画素２８’、２９’の濃度が２／３となシ、他の
画素の濃度は０となる。

〔発明の効果〕

以上の様な本発明の画像シフト装置によれば、グレーテ
ィング構造での回折によシ画像シフトが行なわれるため
、駆動にスペースを要せず、また駆動のための手段のス
ペースもそれ程大きくとられることはないので、装置の
小型化及び高速応答が実現できる。

また１本発明装置はブレーナ構造とすることができるた
め２次元画像シフトも簡単な構成で実現でき、大面積化
も容易である。

更に、本発明装置によれば同時に複数のシフト画像を得
ることができ、これに基づき高速の画像処理が可能とな
る。

また、グレーティング構造の変調度が可変であるので種
々の応用に対する適応性が高い。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第３図は本発明装置の部分断面図である。 第２図はグレーティングの変調度と回折効率との関係を
示すグラフである。 第４図は本発明装置の斜視図である。 第５図は入力画像情報の・母ターン図であシ、第６図は
出力画像情報のパターン図である。 第７図及び第９図は従来の画像シフト装置の構成図であ
シ、第８図は第７図の装置の作用の説明図である。 ２：基板、４，６：電極、８：液晶層、ｌｏ：電源、２
０：光検出器アレイ、２２：２次元グレーティング構造
、２４：２次元光検出器アレイ。 代理人　弁理士　　山　下　穣　平 第１図 ｆｍ崖 第３図 第４図 第５［ 第６図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）変調度が可変のグレーティング構造を有し、該グ
   レーティング構造に画像光束を入射せしめて回折次数に
   応じた回折角の方向に所望の強度の回折光束としてシフ
   ト画像光束を出射せしめ得ることを特徴とする、画像シ
   フト装置。
2. （２）回折光束の光路上に光検出器アレイが配置されて
   おり、入射画像光束の各画素について隣接次数の回折光
   束が該光検出器アレイの隣接受光要素に入射する様に該
   受光要素の配列ピッチ及びグレーティング構造と光検出
   器アレイとの距離が設定されている、特許請求の範囲第
   １項の画像入力装置。