JPS63214708A - 光フアイバ映像中継装置用のホログラフイツク映像増強装置 - 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、全体として光ファイバ映像中断装置における
映像伝送を増強する装置に関するものであシ、更に詳し
くいえば、たわみ性光ファイバ束により送られるカラ映
像儂の増強にホログラフィック光学素子を使用すること
に関するものである。

〔従来の技術〕

光ファイバ光中継装置による映像の伝送は、医療用内視
傭および軽量ビデオ表示装置等においてかなシ使用され
ている。しかし、伝送の質についていくつかの問題が認
められている。光ファイバ束を通じて送られる映像の質
と解像力は多心光ファイバ構造の小径光ファイバに二り
全体的に向上している。多心光ファイバは、１本のスト
ランドに融着されるいくつかの光学的に異なる被着され
た光ファイバで構成されるが、その多心光ファイバ構造
はたわむことができるほど依然として細い。

そのような光ファイバ束は高い解像力を示すが、多心光
ファイバの寸法に対応する総体的なパターンをしばしば
示す（そのパターンは固定されたパターンノイズまたは
チキンワイヤ効果とも呼ばれる）。また、多心光ファイ
バが１本でも折れると送られている映像から相当数の映
像点が無くなる。

１個の映像点からの光を何本かの光ファイバへ空間的に
またはスペクトル的に拡張する、すなわち、冗長伝送す
ることにより、それらの問題を最少限に抑える各糧の技
術が開発されている。各映像点が種々の光ファイバによ
シ順次伝送されるように、空間的な技術は光ファイバ束
を映像平面内で迅速に動かす。多重プリズム構成のよう
な空間的な拡張技術は光ファイバ束を通じて伝送する前
に映像を散乱させ、伝送後に映像を再結合する。

この技術により各映像点の種々、の色を種々の光ファイ
バにより伝送できる。そのような散乱技術の結果として
解像力が高くなシ、固定パターンノイズが無くなり、折
れた光ファイバによる映像点の消失が無くカる。それら
の技術は良く機能するが、多くの表示層ｆｌＫおけるそ
れらの技術の使用が妨げられるような欠点もある。空間
的な散乱技術はエネルギーを消費する機械的な装置を必
要とするが、スペクトル的な散乱技術は比較的大きくて
重く、かつ映像の収差を生ずるプリズムをしばしば利用
する。

従来提案された別の技術は刻線された回折格子（ｒｕｌ
ｅｄ　　ｇｒａｔｉｎｇ）を使用することである。

光ファイバ映像伝送を増強するためにスペクトル散乱技
術においてプリズムの代りにそのような回折格子を使用
することによるいくつかの利点は、回折格子が物理的に
小さく、軽いことである。更に、刻線され九回折格子は
プリズムよりも大きいスペクトル散乱を行うから、より
狭い通過帯域の装置に使用できる。

〔解決課題〕

しかし、刻線された回折格子の使用には大きな欠点が伴
う。プリズムでは１つの波長に対する偏差を零とするよ
うに設計で逃るが、回折格子ではそのようにすることは
できない。零偏差というの拡、中心光ビーム光路が、回
折装置への入射点の前および射出点の後で偏向しないこ
と、すなわち、入射ビームと射出ビームの光路が互いに
平行であることを意味する。もつとも、両方の光路は必
ずしも一直線上にある必要はない。零偏差を達成するた
めに、刻線された回折格子に回折プリズムまたは平面鏡
を組合わせることができるが、そうするとプリズム構成
と同様に面倒な装置となる。刻線された回折格子の別の
主な欠点は隣接する回折次数（ａｄｊａｃｅｎｔ　ｏｒ
ｄｅｒｓ）が存在することである。隣接する回折次数が
存在すると中継すべき映像の角度視野すなわち寸法が制
限される。刻線された回折格子の別の欠点はゴーストお
よび迷光である。

ホモグラフィック光学素子（Ｈｏｇ）を使用することも
従来の多くの用途において採用されてきた。

しかし、それら従来の技術のいずれも本発明におけるＨ
ＯＥの応用を示唆したものはない。本発明において用い
られるＨＯＥの特徴、たとえば大きな散乱、は従来技術
においては利点であるよりも問題であると考えられてお
シ、したがって本発明がもつと以前に開発されることが
妨げられてきたものである。光ファイバ伝送におけるＨ
ＯＥのそのような特注は驚くべき新事実である。

〔発明の概要〕

本発明は刻線された回折格子構成の前記諸欠点を解消し
、しかも光ファイバ映像中継装置におけるプリズム構成
よりも優れた点を保持するものである。本発明の装置は
光ファイバ束映像中継装置の映像伝送を増強（ｅｎｈａ
ｎｃｅ）　　するためにＨＯＥ技術を利用するものでお
る。ＨＯＥは回折格子を備えることができる。

映像増強装置のａｏｇは１つの波長における零個差を達
成できて、それ自体が２個またはそれ以上のプリズムの
組合わせである直視プリズムと同じ利点が得られる。１
個のプリズム自体は零個差を示さないから、単一のユニ
ットとして構成されるとしてもプリズムを組合わせる必
要がある。ＨＯＥ装置には、刻線された回折格子に共通
に生ずるゴーストが生じカい。ＨＯＥに生ずる迷光（ａ
ｔｒａ７　ｌｉｇｈｔ）のレベルは最良の刻線された回
折格子の迷光のレベルより少くとも１桁低い。刻線され
た回折格子における迷光のレベルによシ制限される溝の
間隔が狭くなると解像力が高くなるから、ＨＯＥの信号
対ノイズ比は最良の刻線された回折格子の信号対ノイズ
比よシ高い。刻線された回折格子には存在しない大きな
利点は、ＨＯｆｆｉが収差補正および光学豹変（ｏｐｔ
ｌｃａｌ　ｐｏｗｅｒ　）を含むことができ、したがっ
て通常の光学部品が不要となることである。ＨＱＥの伝
送効率は刻線された回折格子の伝送効率に匹敵し、狭い
スペクトル源の伝送効率よりも高い。ＨＯＥは刻線され
た回折格子よシはるかに大きい寸法で利用できる。

）１０Ｅの価格はＨＯＥと同等の刻線された回折格子の
価格に匹敵する。− 〔実施例〕 以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。

この明細書において使用する「ビーム」という用語は１
本または複数の光線を指すものとする。

第１図は本発明のホログラフィック映像増強装＆１０の
一実施例を示すものである。映像源３０はＣＲＴ、後方
から照明されたスライドまたはその他類似のものである
。第２図にも示されている原映像２６のビクセルが光ビ
ーム３９の形で光路４０に沿って送られ、レンズ２２に
よシ光路４２上に集束される。光路４２に沿う光ビーム
３９はホログラフィック光学素子（Ｈｏｔ、すなわちｈ
ｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ　ｏｐｔｉｃａｌ　ｅｌｅｍｅｎ
ｔ）　１８に入射し、ＨＯＥｌＢによシ波長が異なる複
数の光ビーム３９ａ、３９ｂ、３９ｃ　に散乱させられ
る。それらの光ビームはそれぞれ光路４３，４４．４５
に沿って進む。

ＨＯＥｌＢの回折の原理を第３図に示す。光路４２に沿
い、ＨＯＥｌＢを通って光路１１に沿って進む光ビーム
３９は零次の回折である、すなわち、回折されず、した
がって光の強さのほとんどを占めるととくなる。光ビー
ム３９は複数の光路１５に沿って波長に従ってスペクト
ル的に回折される。

その回折の次数はプラス１であって、光路１１に沿う零
次の回折の光の強さよシ十分に低い強さを有する。ＨＯ
ＥｌＢの回折された光の強さは高次の（プラスマイナス
〕回折においては低くなる。第１図に示されている実施
例はマイナス１の次数の回折を用いる。この場合には第
３図において光路４２に沿う光ビーム３９は、光路１３
に沿って波長に従ってスペクトル的に回折される。第３
図の光路１３は第１図の光路４３，４４．４５に対応す
る。

第１図において、光ビーム３９ｍ、３９ｂ、３１１ｃは
光ファイバ束１２の端面１４に入射する。光ファイバ束
１２の端面に投写された映像３２が第４図に示されてい
る。光路４３，４４，４５からの光ビーム３９ａ、３９
ｂ、３９ｃは光ファイバ束１２内の複数の光路４６，４
７．４８を通って端面１６に至る。その結果として光フ
ァイバ束１２の端面１６に生じ九映像３４が第５図に示
されている。

その端面１６から光ビーム３９　ａ　ｐ　３９　ｂ　＋
　３９　ｃが複数の光路４９，５０．５１をたどってＨ
ｏｇ２０に入射し、そのＨＯＩ２Ｇにおいてそれらの光
ビームは再結、合して光ビーム３９になシ、その光ビー
ム３９は光路５２をたどってコリメータレンズ２４に入
射する。そのレンズによシ平行にされた光ビーム３９は
光路５３に沿って進んで映ｆｆ１３６（第６図）中にビ
クセルを形成する。そのビクセルは観察者２Ｂによシ見
られる。

ＨＯｇ２０　の構造は、ＨＯＥ１８の光軸を中心として
、またはａｏｇｚｏの格子線に平行な光軸を中継装置と
して１８０度回転させられていることを除き、ＨＯＥ　
１８　の構造に類似する。ＨＯＥ２Ｇは第３図に示され
ているようにマイナス１次で機能する。第１図に示され
ている光路４９，５０，５１捻第３図に示されている光
路群１３に対応するが、光が＃！３図の光路１３，４２
上のＥＯＥ２０　　を通って右から左へ進むと仮定して
いる。Ｉ（ＯＥ２０の動作はＨＯｇ１８　の動作とは逆
である。

第７図は、光ファイバ束１２を通る光がスペクトル的に
回折されない時に観察者２８が見る典型的な映像を示す
ものである。その映像はスペクトル的に回折されていな
いから、映像の各ビクセルの光ビームを光ファイバ束１
２中の何本かの光ファイバを通ることができるようにす
る。光ファイバ１２を通じて送られる回折されない映像
の典型的な徴候は固定されたパターンノイズ５８（＠７
図）、いわゆるチキンワイヤ効果と呼ばれるものである
。固定されたパターンノイズ５８は、映像とともに見ら
れる光ファイバ束１２内の光ファイバまたは光ファイバ
束の構造に起因するものである。ｔＪ７図の映像３８の
点５４．５６は折れた光ファイバに起因するものである
。第１図において、ＨＯＥ１８は、映像ビクセルの光ビ
ーム３９が何本かの光ファイバを通って送られるのに類
似するやシ方で光ビームをスペクトル的に散乱させるこ
とＫより、点５４と５６における映像３８のビクセルを
光ファイバ束１２の他の光ファイバを通って送らせる。

いいかえれば、光ファイバにより点５４゜５６へ送るべ
きビクセルは折れていない光ファイバにより異なる波長
で送られ、ＨＯｆｆｉ２０によシ再結合される。

中心の光路４０，４２，４４を進む第１図に示されてい
る光ビーム３９は端面１４に垂直な光ファイバ束１２の
平らな端部１４には入射しないととに気がつくであろう
。原則として、光ファイバ束１２内の光ファイバ１３を
通じて送られる光ビーム３９ｂ　はそれが進んでいる間
は同じ方位平面内にあり、第１図および第９図に示すよ
うに、長手軸６５に対して同じ角度人を成して出る。実
際には、平らな端部に角度人で入射する、小さいが、有
限の直径の光ビーム３９ｂは、光ファイバ１３内の小さ
いねじれ成分と多数の反射の丸めに、光ファイバ束１２
の光ファイバ１３から出る時に長手軸６５に対して角度
人を成す円錐６Ｔの環に入るように、方位方向に徐々に
散乱する。その効果により、光ファイバ束１２を通じて
送られている光ビーム３９ｂ　が大幅に減衰される結果
となる。

第８図に示されている実施例８０は、第１図に示されて
いる実施例１０における光ビームがそのように減衰する
という潜在的な問題を大幅に解消するものである。九と
えば、ｆｓ８図において、光ビーム３９ｂは他の光路の
うちで中心の光路４゜、４２，４４，４４ａを進む。光
路４４ａを進む光ビーム３９ｂは光ファイバ束１２の光
ファイバの端面１４に垂直に、すなわち、長手軸６５に
対して角度を成さずに入射するから、方位方向に散乱し
ない。長手軸６５に対する入射角度Ａは、付加ＨＯＥ回
折格子１９と２１を用いることにょシ、零にされる、す
なわち、中心光ビーム３９ｂ　の零備差を維持する。そ
の光ビーム３９ｂは端面１６を長手軸６５に対して平行
に出る。

本発明のホログラフィック映像増強装置の機械的麿設計
および位置合わせは容易である。実施例８０においては
、光路４４ａ　　と５０は長手軸６５に平行である。ま
た、この実施例８ｏは、まっすぐ彦光ファイバ束１２に
用いられた時は、互いに一線上に整列された中心光路４
０．４２，５２゜５３を有する。

実施例８０の動作においては、光ビーム３９は光ファイ
バ２２内の光路４０と４２を進んでＨＯＢ１８に入射す
る。光ビーム３９は光ビーム３３ａ。

３９ｂ、３９ｃにスペクトル的に回折させられる。

それらの光ビーム３９ａｅ３９ｂ＋３９ｃ　は光路４３
゜４４．４５をそれぞれ進む。第３図を参照して先に説
明したように、その回折はマイナス１次の回折である。

光ビーム３９ａｓ３９ｂｓ３９ｃはＨＯＩ　１９に入射
する。光ビーム３９ａ、３９ｂ、３９ｃ　は波長が異な
るから、ＨＯｇ１９　はそれらの光ビームを異なる角度
で回折させる。ＨＯＥ１８　Ｋよって波長に応じて回折
された光ビーム３９　ａ　ｐ　３９　ｂ　＊　３９　ｃ
は光路４３ｍ、４４ｍ、４５ａに沿って進んで、種々の
光ファイバの端面１４に入射する。光ビーム３９ｍ、３
９ｂ、３９ｃ　は光ファイバ束１２．０内の光路４６．
４７．４８をそれぞれ進んで端面１６に到達する。光ビ
ーム３９ｍ、３９ｂ、３９ｃは光ファイバ束１２の端面
１６を出てから光路４９，５０．５１を進んでＨＯＥ２
１　　に入射する。ａｏｇｚｌは光ビーム３９　＠＋　
３９　ｂ　＊　３９　ｃ　をそれぞれの波長に応じて異
なる角度で回折させる。ＨＯＥ２１０機能はＩ（０１１
ｉ：１９　の機能とは逆である。）ＩＯＩ２１　　はＨ
ＯＥ１９の光軸に対して１８０度回転させられる。光ビ
ーム３９ａｒ３９Ｊ３９ｃ　はＨＯＥ２０において光ビ
ーム３９に再結合される。そのＨＯＥ２０の機能はＨＯ
Ｅｉ８の機能の逆である。光ビーム３９は光路５２に沿
って進んで映像形成光学素子２４を通って光路５３を進
み、観察者２８が見る映像３６中のビクセルを構成する
。

第１０図は第８図に示されている実施例８０を変更した
ものである別の実施例７０を示す。ＨＯＥの進歩した技
術と発展のために、映像形成光学素子２２と第８図に示
されているコリメータレンズ２４の度をそれぞれＨＯＥ
ｌｌ　と９０（第９図）に組込むことができる。映像源
３０からの原映像２６中のビクセルの光ビーム３９は光
路４０を進み、ＨＯＥｌｌによシ集束され、回折される
。同様に、実施例８０の動作におけるように、光ビーム
３９は種々の波長の複数の光ビーム３９ａ、３９ｂ。

３９ｃ　に回折され、それらの光ビームは複数の光路４
３，４４．４５をたどってＨＯＥｌｌに入射する。その
ＨＯＪｊ９　は光ビーム３９ｍ、３９ｂ、３９ｃを更に
回折して、それらの光ビームを光路４３龜。

４４Ｂ＋４５ｍ　をたどらせる。そしてそれらの光ビー
ムは光ファイバ束１２の端面１４に入射する。

光ビーム３９ｍ、３９ｂ、３９ｃは光ファイバ束１２中
の光路４Ｂ、４７．４８を通って端面１６から出、複数
の光路４９，５０．５１を通ってＨｏｇ２１に入射する
。ＨＯ［ｉ：２１　　は、第８図に示されている実施例
８０におけるのと同様に、）ＩＯＩｉ８１９Ｏ機能とは
逆に機能する。ＨＯＥ２１　　は光ビーム３９ｍ＋　３
９　ｂ　ｅ　３９　ｃ　を回折する。回折されたそれら
の光ビームは光路４９ｍ、５０ｍ、５１ｍ　を進んでＨ
ＯＥ９０に入射する。そのＨＯＥによシ光ビーム３９ｍ
、３９ｂ、３９ｃは光ビーム３９に再結合される。

ＨＯＥ９０　の光学的な度が光ビーム３９を平行にして
光路５３をたどらせ、観察者２８が見る映像３６中のビ
クセルを構成する。

ＨＯＥ１８　と２０の代シに、第１０図に示されている
実施例ＴＯについて説明したＨＯｇ８８．９０をそれぞ
れ用いることによシ、集束レンズおよび映像形成レンズ
の必要を無くすように１第１図に示されている実施例を
変更できる。ＨＯＥｌｌとｇＯＫ持たせられてレンズ２
２と２４の必要性を無くした光学豹変のために、本発明
の実施例は非常に少い部品で構成できる。

以上説明した全ての実施例におけるＨｏｇは通常のブレ
ーズされた（ｂｌａｚｅｄ）ものまたはその他の種類の
ものとすることができる。ブレーズされた）１０Ｂは狭
帯域の光に対して構成されたものであって、ある回折次
数において効率が最高となるようにされている。通常の
ＨＯＥは光ファイバ束によシ広い帯域の光を通すことが
好ましい。特殊な機能が組込まれた他の種類のＨＯＥを
、設計者または使用者の希望に応じて本発明の上記実施
例およびその他の実施例において利用できる。

本発明は、光ファイバ伝送における映像増強のために）
（０１技術を新規に用いることに関するものである。本
発明の装置用は構造が簡単で、容易かつ安価に製作でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の装置の一実施例の概略側面図、第２図
は原映像を示す線図、第３図は種々の回折次数における
ＨＯＥ格子のある典型的な特徴を示す線図、第４図は光
ファイバ束の入射端部に現れ九映像を示すａ図、第５図
は光ファイバ束の射出端部に現われた映像を示す線図、
第６図はＨＯＥが所定場所に置かれている時に観察者に
よシ見られる送られた映像を示す線図、第７図はＨＯＥ
が所定場所に置かれていない時に観察者が見る送られた
映像の例を示す線図、第８図は本発明の装置の第２の実
施例の概略側面図、第９図は光ファイバに斜めに入射す
る光尾の効果を示す斜視図、第１０図は本発明の装置の
第３の実施例を示す概略側面図である。 １０．７０．８０・・・・ホログラフィック映像増強装
置、１２・・・・光ファイバ束、１３・−・・光ファイ
バ、１８，１９．２Ｇ、２１．８Ｂ、９０・・・−ａ　
ｏ　ｖ　ｓ　　２２・・・−レンズ、２４・・・・コリ
メータレンズ。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）光ファイバ映像中継装置を通じて送るために原映
   像をスペクトル的に散乱された映像に変換するスペクト
   ル散乱手段と、 前記光ファイバ映像中継装置からの前記スペクトル的に
   散乱させられた映像を前記原映像にホログラフィック的
   に再結合するスペクトル再結合手段と、 を備えることを特徴とする光ファイバ映像中継装置用の
   ホログラフィック映像増強装置。
2. （２）第１の単一の光路に沿う映像形成光ビームを、複
   数の光路の第１のセットに沿う複数のスペクトル的に散
   乱させられたビームのセットに散乱させる第１のホログ
   ラフィック光学素子手段と、複数の光ファイバを有する
   光ファイバ束であって、前記複数の光路の第１のセット
   に沿う前記複数のスペクトル的に散乱させられたビーム
   のセットが前記光ファイバ束の第１の端部に入り、複数
   の光路の第２のセットに沿って前記光ファイバ束を通っ
   て送られ、かつ前記束の第２の端部から複数の光路の第
   ３のセットへ出るようにする前記光ファイバ束と、 前記複数の光路の第３のセットからのスペクトル的に散
   乱させられた前記複数のビームのセットを第２の単一の
   光路に沿う前記映像形成光ビームに再結合する第２のホ
   ログラフィック光学素子手段と、 を備えることを特徴とする光ファイバ束伝送のためのホ
   ログラフィック映像増強装置。
3. （３）請求項２記載の装置において、前記第１のホログ
   ラフィック光学素子手段は前記第１の単一光路に沿う前
   記光ビームのスペクトル散乱のために少くとも２つの回
   折格子を備え、したがって複数の光路の前記第１のセッ
   トの中心光路に沿う光ビームが前記第１の単一の光路に
   沿う前記光ビームに平行であることを特徴とする装置。
4. （４）請求項３記載の装置において、前記第２のホログ
   ラフィック光学素子手段は複数の光路の前記第３のセッ
   トに沿う前記光ビームのスペクトル再結合のために少く
   とも２つの回折格子を備え、複数の光路の前記第３のセ
   ットの中心光路に沿う光ビームが前記第２の単一の光路
   に沿う前記光ビームに平行であることを特徴とする装置
   。