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技術 画像の輪郭の抽出方法、撮影装置の焦点合わせ方法、距離の測定方法、原画像の修復方法、原画像から微構造を検出する方法および画像の輪郭の抽出装置

出願人 日本碍子株式会社
発明者 大杉幸久
出願日 1995年12月6日 (24年1ヶ月経過) 出願番号 1995-344392
公開日 1997年6月20日 (22年6ヶ月経過) 公開番号 1997-159421
状態 特許登録済
技術分野 光学的手段による測長装置 光学的距離測定 回折格子、偏光要素、ホログラム光学素子 回折格子、ホログラム光学素子 ホログラフィ
主要キーワード 結合帯 光伝導効果 半波電圧 光透過性媒体 平面研磨機 有機液晶 交差角度θ 修復画像
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図面 (13)

解決手段

フォトリフラクティブ効果を有する材質からなる記録部と、この記録部に対して直流電圧印加するための直流電源とを備えているホログラム記録再生素子17を使用する。参照光4Dと、原画像の各部分の明度に対応した位相情報を担っている物体光3Fとを記録部に対して照射することによって、記録部中に干渉縞を記録する。この際物体光3Fの強度が、原画像の各部分の明度に対応した強度分布を有しており、かつ物体光3Fの強度を参照光4Dの強度以上とし、記録部に再生光を照射する。これによって、原画像の輪郭が抽出された再生像が得られる。

概要

背景

ホログラフィーは、完全な波面の再生技術として、干渉測定光情報処理光学素子に応用されている。ホログラムの記録やホログラフィー干渉法を行うためには、現在のところ、銀塩感光材料を使用することが一般的であり、感度分解能は優れている。しかし、銀塩感光材料を使用すると、当然、現像処理というプロセスが必要である。このために、Bi1 2 SiO2 0 単結晶を初めとするフォトリフラクティブ結晶光誘起屈折効果を示す結晶)は、リアルタイムホログラム(RH)素子として盛んに検討されている(例えば、「レーザー科学研究報告書」1990年,Mar.第1〜9頁「BSO単結晶のホログラフィー記録特性について」参照)。これらの材料は、電圧印加するだけで、ホログラムを記録することができ、そのまま再生できるので、特にリアルタイムホログラム素子素材として注目を集めている。

一方、ホログラムの寸法については、干渉測定、光情報処理、光学素子の諸用途においては、使用目的に応じた制約はあるものの、必ずしも大きな寸法の素子を必要とはしていない。しかし、最近実用化が待望されている3次元ディスプレー用途では、ホログラム素子の寸法を、ある程度以上大きくすることが絶対に必要である。なぜなら、3次元ディスプレー用途においては、人の立体認識を可能とするためには、人の両眼視差を利用する必要があるが、このためにはホログラム素子の寸法が両目の間隔(50mm程度)以上でなければならないからである。

しかし、リアルタイムホログラム素子の寸法の上限は、干渉縞を記録する記録部材であるBSO単結晶の形状、寸法によって物理的に制限されてしまい、具体的には最大でも十数mm×十数mmであった。この寸法上の制限のために、現在のところ、リアルタイムホログラム素子の用途は、干渉測定および光情報処理のみに限定されている。しかし、リアルタイムホログラムは、今後特に実用化が強く要望されている技術であり、具体的には、3次元CADシステム等の3次元図像表示システム出力機器としての応用が待望されている。従って、リアルタイムホログラム素子の大型化が強く望まれている。

概要

フォトリフラクティブ効果を有する材質からなる記録部と、この記録部に対して直流電圧を印加するための直流電源とを備えているホログラム記録再生素子17を使用する。参照光4Dと、原画像の各部分の明度に対応した位相情報を担っている物体光3Fとを記録部に対して照射することによって、記録部中に干渉縞を記録する。この際物体光3Fの強度が、原画像の各部分の明度に対応した強度分布を有しており、かつ物体光3Fの強度を参照光4Dの強度以上とし、記録部に再生光を照射する。これによって、原画像の輪郭が抽出された再生像が得られる。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
3件

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請求項1

フォトリフラクティブ効果を有する材質からなる記録部と、この記録部に対して直流電圧印加するための直流電源とを備えているホログラム記録再生素子を使用し、参照光と、原画像の各部分の明度に対応した位相情報を担っている物体光とを前記記録部に対して照射することによって前記記録部中に干渉縞を記録し、この際前記物体光の強度が前記原画像の各部分の明度に対応した強度分布を有しており、かつ前記物体光の強度を前記参照光の強度以上とし、前記記録部に再生光を照射することによって、前記原画像の輪郭が抽出された再生像を得ることを特徴とする、画像の輪郭の抽出方法

請求項2

前記物体光として、前記原画像のフレネル回折光を前記記録部に対して照射することを特徴とする、請求項1記載の画像の輪郭の抽出方法。

請求項3

前記物体光を前記記録部上で結像させることを特徴とする、請求項1記載の画像の輪郭の抽出方法。

請求項4

前記物体光の強度が前記参照光の強度の3倍以上であることを特徴とする、画像の輪郭の抽出方法。

請求項5

撮影装置焦点が被写体の位置に合うように撮影装置の焦点距離を調節するための方法であって、フォトリフラクティブ効果を有する材質からなる記録部と、この記録部に対して直流電圧を印加するための直流電源とを備えているホログラム記録再生素子を使用し、前記被写体を撮影して撮影像を得、参照光と、前記撮影像の各部分の明度に対応した位相情報を担っている物体光とを前記記録部に対して照射することによって前記記録部中に干渉縞を記録し、この際前記物体光の強度が前記撮影像の各部分の明度に対応した強度分布を有しており、かつ前記物体光の強度を前記参照光の強度以上とし、前記記録部に再生光を照射することによって、前記撮影像の輪郭が抽出された再生像を得、この輪郭の光強度を測定し、前記輪郭の光強度が最大値となるように前記焦点距離を調節することを特徴とする、撮影装置の焦点合わせ方法。

請求項6

撮影装置から被写体までの距離を測定する方法であって、フォトリフラクティブ効果を有する材質からなる記録部と、この記録部に対して直流電圧を印加するための直流電源とを備えているホログラム記録再生素子を使用し、前記被写体を撮影して撮影像を得、参照光と、前記撮影像の各部分の明度に対応した位相情報を担っている物体光とを前記記録部に対して照射することによって前記記録部中に干渉縞を記録し、この際前記物体光の強度が前記撮影像の各部分の明度に対応した強度分布を有しており、かつ前記物体光の強度を前記参照光の強度以上とし、前記記録部に再生光を照射することによって、前記撮影像の輪郭が抽出された再生像を得、この輪郭の光強度を測定し、前記再生像において前記輪郭の光強度が最大となったときの前記撮影装置の焦点距離に基づいて、撮影装置から被写体までの距離を読み取ることを特徴とする、距離の測定方法

請求項7

原画像を修復する方法であって、フォトリフラクティブ効果を有する材質からなる記録部と、この記録部に対して直流電圧を印加するための直流電源とを備えているホログラム記録再生素子を使用し、参照光と、前記原画像の各部分の明度に対応した位相情報を担っている物体光とを前記記録部に対して照射することによって前記記録部中に干渉縞を記録し、この際前記物体光の強度が前記原画像の各部分の明度に対応した強度分布を有しており、かつ前記物体光の強度を前記参照光の強度以上とし、前記記録部に再生光を照射することによって、前記原画像の輪郭が抽出された再生像を得、次いで前記原画像の各部分の光強度を前記再生像の各部分の光強度と合成することによって前記原画像を修復することを特徴とする、画像の修復方法

請求項8

均一な原画像の中に微構造を有する原画像から前記の微構造を検出する方法であって、フォトリフラクティブ効果を有する材質からなる記録部と、この記録部に対して直流電圧を印加するための直流電源とを備えているホログラム記録再生素子を使用し、参照光と、前記原画像の各部分の明度に対応した位相情報を担っている物体光とを前記記録部に対して照射することによって前記記録部中に干渉縞を記録し、この際前記物体光の強度が前記原画像の各部分の明度に対応した強度分布を有しており、かつ前記物体光の強度を前記参照光の強度以上とし、前記記録部に再生光を照射することによって再生像を得、この再生像から前記の微構造を検出することを特徴とする、原画像から微構造を検出する方法。

請求項9

フォトリフラクティブ効果を有する材質からなる記録部と、この記録部に対して直流電圧を印加するための直流電源とを備えているホログラム記録再生素子、参照光の照射装置、原画像の各部分の明度に対応した位相情報を担っている物体光を前記記録部に対して照射する照射装置であって、前記物体光の強度が前記原画像の各部分の明度に対応した強度分布を有する物体光を照射する物体光の照射装置、前記物体光の強度を前記参照光の強度以上とするための強度調整装置、および前記記録部に再生光を照射する再生像の照射装置を備えていることを特徴とする、画像の輪郭の抽出装置

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0001

本発明は、Bi1 2 SiO2 0 単結晶等のフォトリフラクティブ結晶からなるホログラムを使用した、画像の輪郭抽出方法および装置に関すものであり、更に、この方法を利用した撮影装置焦点合わせ方法、距離の測定方法および原画像修復方法に関するものである。

背景技術

0002

ホログラフィーは、完全な波面の再生技術として、干渉測定光情報処理光学素子に応用されている。ホログラムの記録やホログラフィー干渉法を行うためには、現在のところ、銀塩感光材料を使用することが一般的であり、感度分解能は優れている。しかし、銀塩感光材料を使用すると、当然、現像処理というプロセスが必要である。このために、Bi1 2 SiO2 0 単結晶を初めとするフォトリフラクティブ結晶(光誘起屈折効果を示す結晶)は、リアルタイムホログラム(RH)素子として盛んに検討されている(例えば、「レーザー科学研究報告書」1990年,Mar.第1〜9頁「BSO単結晶のホログラフィー記録特性について」参照)。これらの材料は、電圧印加するだけで、ホログラムを記録することができ、そのまま再生できるので、特にリアルタイムホログラム素子素材として注目を集めている。

0003

一方、ホログラムの寸法については、干渉測定、光情報処理、光学素子の諸用途においては、使用目的に応じた制約はあるものの、必ずしも大きな寸法の素子を必要とはしていない。しかし、最近実用化が待望されている3次元ディスプレー用途では、ホログラム素子の寸法を、ある程度以上大きくすることが絶対に必要である。なぜなら、3次元ディスプレー用途においては、人の立体認識を可能とするためには、人の両眼視差を利用する必要があるが、このためにはホログラム素子の寸法が両目の間隔(50mm程度)以上でなければならないからである。

0004

しかし、リアルタイムホログラム素子の寸法の上限は、干渉縞を記録する記録部材であるBSO単結晶の形状、寸法によって物理的に制限されてしまい、具体的には最大でも十数mm×十数mmであった。この寸法上の制限のために、現在のところ、リアルタイムホログラム素子の用途は、干渉測定および光情報処理のみに限定されている。しかし、リアルタイムホログラムは、今後特に実用化が強く要望されている技術であり、具体的には、3次元CADシステム等の3次元図像表示システム出力機器としての応用が待望されている。従って、リアルタイムホログラム素子の大型化が強く望まれている。

発明の開示

0005

本発明者は、この問題を解決するべく研究を進め、特願平7−245105号明細書に開示したように、寸法の大きなBSO単結晶ブールを作製し、この単結晶ブールから、例えば幅60mm以上の大寸法のホログラムを切り出し、ホログラムの記録再生を実施することに成功した。また、特願平7−245105号明細書においては、複数のBSO単結晶板接合することによって、大面積のホログラムを作製し、これにホログラムの記録および再生を行うことに成功した。

0006

ところが、この研究の過程において、思いがけずも、ホログラムの記録再生装置を使用して、原画像の輪郭線の強度が、輪郭線の中や外の部分の強度よりもはるかに大きくなった。即ち、画像の輪郭のみを強調し、抽出した再生像が得られることを発見した。そして、更に研究を進め、こうした画像の輪郭が抽出できる具体的条件を特定し、本発明を完成するに至った。

0007

即ち、本発明は、フォトリフラクティブ効果を有する結晶からなる記録部と、この記録部に対して直流電圧を印加するための直流電源とを備えているホログラム記録再生素子を使用し、参照光と、原画像の各部分の明度に対応した位相情報を担っている物体光とを記録部に対して照射することによって記録部中に干渉縞を記録し、この際物体光の強度が原画像の各部分の明度に対応した強度分布を有しており、かつ物体光の強度を参照光の強度以上とし、記録部に再生光を照射することによって、原画像の輪郭が抽出された再生像を得ることを特徴とする、画像の輪郭の抽出方法に係るものである。

0008

ここで、光誘起屈折効果を有する材質としては、フォトリフラクティブ結晶や、光誘起屈折効果を示す有機液晶材料を例示することができるが、これらの材質は特に限定はされない。ただし、現在の時点では、Bi1 2 SiO20 単結晶、Bi1 2 GeO2 0 単結晶、LiNbO3 単結晶等が好ましく、このうち光誘起効果の感度が大きいBi1 2 SiO2 0 単結晶が特に好ましい。このようなフォトリフラクティブ単結晶は、いわゆる体積ホログラムボリュームホログラム)と呼ばれるものである。体積ホログラムにおいては、再生光の入射角角度選択性が厳しい。即ち、再生光の入射角度に板する回折効率の変化の幅は、数mradと非常に狭く、いわゆるBragg条件を満たす方向にしか回折しない。

0009

ホログラムの記録と再生とを行う素子を構成するためには、光誘起屈折効果を示す材質からなる記録部に電極を形成し、所定の直流電圧を記録部に印加できるようにする必要がある。この電極としては、透明電極と不透明電極とのいずれも使用することができる。こうした透明電極の材質としては、酸化スズ膜酸化インジウムスズ膜等を例示することができる。また、不透明電極の材質としては、金属ペーストと呼ばれる、銀粉等の導電材料を含有させた導電接着剤や、アルミニウム、金、クロムチタン等の金属膜を例示することができる。

0010

ホログラムの記録再生に使用できる物体光、参照光、再生光としては、特に限定はない。しかし、物体光の波長は、光誘起屈折効果を示す材質が光伝導効果を示す波長の範囲内でなければならない。また、再生光の波長は、光誘起屈折効果を示す材質が光伝導効果を示さない波長の範囲内でなければならない。従って、物体光の波長の範囲と再生光の波長の範囲とは、異なっている。例えば、Bi1 2 SiO2 0 単結晶を使用した場合には、これが光伝導効果を示す波長488nmのアルゴンイオンレーザー光を物体光として好ましく使用でき、再生光としては、Bi1 2 SiO2 0 単結晶が光伝導効果を示さない波長633nmのヘリウムネオンレーザー光を好ましく使用できる。

0011

従来、リアルタイムホログラムの記録においては、レーザー光散乱板に透過させることによってレーザー光を散乱光とし、原画像を記録したフィルムにこの散乱光を透過させ、この散乱光を記録部上に照射していた。なぜなら、リアルタイムホログラム素子が体積ホログラムであり、体積ホログラムにおいては前記した特定のブラッグ回折条件を満たす方向にしか回折光出射しない。従って、物体光として平行光を使用すると、ホログラムの記録部からの出射光も平行なコリメート光となり、観察者が3次元の再生像を観察することができなくなるからである。

0012

こうした散乱光においては、散乱光の各部分に原画像を反映した位相情報が保持されているが、しかし散乱光の各部分の光強度は、記録部の各部分においてほぼ均一である。また、当然、参照光の方は、原画像に関する情報を保持しておらず、また光強度はほぼ均一とされている。

0013

しかし、本発明者は、こうした常識を破り、原画像の各部分の明度に対応した位相情報を担っている物体光において、物体光の強度が原画像の各部分の明度に対応した強度分布を有している物体光を、参照光と共に記録部上に照射した。こうした物体光を記録部上に照射するためには、具体的には次の方法がある。

0014

(1)原画像のフレネル回折光を記録部に対して照射する。フレネル回折光とは、一般的には、光源や回折スクリーンが、回折を生成させるための部材から有限の距離にあるときの回折光を言う。本発明においてフレネル回折光を得るためには、原画像を、フィルム等の光透過性媒体上に記録し、参照光と同じ位相を有するコヒーレント光をこの光透過性媒体に対して透過させる。この際、散乱板等は使用しない。こうしたフレネル回折光においては、原画像における各部分の明暗が、フレネル回折光の強度分布として現れる。ただし、後述するように、原画像における強度分布から見て、特に輪郭の近くで強度にグラデーションが発生する。

0015

(2)物体光を記録部上で結像させる。このためには、原画像を、フィルム等の光透過性媒体上に記録し、参照光と同じ位相を有するコヒーレント光をこの光透過性媒体に対して透過させ、次いでこの透過光結像レンズに透過させ、記録部上に結像させる。記録部上においては、原画像の明暗に対応する強度分布がそのまま現れる。

0016

本発明において原画像の輪郭とは、原画像において光強度が相対的に高い領域と相対的に低い領域との境界を意味している。この際、前記の領域間における光強度の倍率は、2倍以上であることが好ましい。

0017

以下、更に具体的に本発明の内容を説明する。図1は、本発明者が実際に作製し、画像の輪郭を抽出する実験を行った光学系を模式的に示す図である。ホログラム素子17を所定位置に設置する。ホログラム素子17の正負の各電極は、直流電源18およびアース19に対して接続されている。波長λ1 のレーザー光3Aを光源1から出射させ、このレーザー光3Aをハーフミラー2で2つに分割する。ハーフミラー2を透過したレーザー光3Bは、光量を調節するための強度調整装置5を透過する。これによって透過光3Cの光量(強度)が所定値に調節される。この透過光3Cは、ミラー13、レンズ6を通り、ここでいったん集光され、拡散球面波3Dとなり、これがコリメートレンズ7に入射し、コリメート光(平行光)3Eとなる。コリメート光3Eは、原画像が印刷された透明フィルム8を透過し、フレネル回折光3Fとなる。フレネル回折光3Fがホログラム記録再生素子17に照射される。

0018

一方、光源1から出射したレーザー光3Aのうち、ハーフミラー2で反射された光4Aは、光量を調節するための強度調整装置9を透過する。これによって透過光4Bの光量(強度)が所定値に調節される。次いで、レーザー光4Bは、集光レンズ10を透過して拡散球面波4Cとなり、これがコリメートレンズ11を透過して参照光4Dとなり、ホログラム17の光照射面ないし主面へ照射される。この物体光3Fと参照光4Dとは、互いに交差角度θで交わる。

0019

再生時には、レーザー光源12からレーザー光14Aが出射し、レーザー光14Aが集光レンズ15を透過して拡散球面波14Bとなり、これがコリメートレンズ16を透過して再生光14Cとなり、ホログラム記録再生素子17の光照射面へ照射される。

0020

ここで、ホログラム記録再生素子17における干渉縞の記録と再生との状態について説明する。フォトリフラクティブ結晶等への干渉縞の記録の機構については、以下のように考えられている。こうした結晶は、結合帯(ヴァレンバンド)と導電帯との間に所定のバンドギャップを有しており、また結合帯以外に、電子を導電帯に供給するエネルギー準位を有している。この結晶に対して、直流電圧を印加しつつ、物体光と参照光とを照射すると、両者の干渉によって結晶内に、明暗(干渉縞)が生ずる。

0021

この干渉縞の形態は、物体光が担う位相情報によって決定される。干渉によって生じた明るい部分では、フォトンが吸収され、電子が導電帯に励起され、この電子が電界によってドリフトを起こす。光の弱い領域内では、導電帯に空のトラップ準位が多数存在しているので、ドリフトした電子が、このトラップ準位に捕捉される。この結果、干渉縞の明暗のパターンに対応した空間電荷分布が、結晶内に形成され、これに応じて空間的に分布した電界E1 が発生する。この電界E1 が、印加電界E0 と合成され、電界E2 を生成する。印加電界を十分に大きくすることによって、結晶内における光強度と電界分布とのずれはなくなってくる。光の強い場所では、結晶内における電界が低くなり、光の弱い場所では、電界が高くなる。この結晶の電気光学効果によって、屈折率電界強度とは、下式に従って比例する。

0022

Δn=±(1/2)(n0 )3 rE2

0023

この結果、光強度の弱い部分では、屈折率楕円体が相対的に大きく歪むことになる。この固有偏光方向の再生照明光に対して、2つの異なったホログラム格子が生ずる。再生像では、原画像の明暗が再現されるはずである。

0024

しかし、原画像によって得られたフレネル回折光をホログラム素子に照射した場合には、次の現象が生ずるものと考えられる。例えば、原画像が、図2(a)に示すような光強度I0 の分布を有しているものとする。ただし、図2(a)における横軸は原画像における相対的位置を示している。また、実際の原画像は1次元ではないが、ここでは説明の便宜のために一次元における光強度等を示すことにする。この光強度I0 は、境界t1 とt2 との間ではパルス状に強くなっており、t0 とt1 との間、および境界t2 とt3 との間では、光強度I0 が弱くなっているものとする。この原画像を使用して得られたフレネル回折光3F(図1参照)においては、図2(b)に示すように、原画像の全体の明暗は、巨視的に見ると保持されている。ただし境界t1 およびt2 においては、光強度I1 の変化は緩やかになっており、グラデーションが生じている。

0025

このフレネル回折光3Fを素子17に照射する。この際、素子17の記録部は光伝導効果を有している。即ち、入射光の強度が大きい場所では抵抗率が小さくなり、強度が小さい場所では抵抗率が大きくなる。従って、素子17の記録部においては、記録部の主面を平面的に見て、図2(b)に示すような強度分布の光が照射されており、従ってこの光強度分布に応じて抵抗率が変化する。この結果、図2(c)に示すように、結晶の抵抗率ρが変化する。この際、境界t1 、t2 においては、やはり抵抗率にグラデーションが生じている。

0026

これと同時に、素子には直流電界が印加されているので、結晶の各点の電界強度は各点の抵抗率ρの大きさに比例する。従って、フレネル回折光が明るい部分では抵抗率ρが小さくなり、電界強度が小さくなる。一方、フレネル回折光が暗い部分では抵抗率ρが大きくなり、電界強度が大きくなる。そして、回折効率は、結晶の各点における印加電界の2乗に比例する。このために、図2(d)に示すように、回折効率η1 が変化するはずである。即ち、原画像の明るい部分(t1 とt2 との間)では、回折効率η1 が小さくなり、原画像の暗い部分(t0 とt1 との間、t2 とt3 との間)では、回折効率η1 が大きくなるはずである。

0027

この一方、前記した機構によって、原画像の明るい部分と暗い部分とにそれぞれ対応する位相情報を担った干渉縞が結晶内に屈折率の変化として記録されており、この寄与を考慮すると、図3(a)に示すように、回折効率η2は、原画像にほぼ対応したパターンを示すはずである。この結果、図3(b)に示すように、原画像の明るい部分(t1 とt2 との間)では、フレネル回折光の光強度が大きいことによる抵抗率の減少に起因して、回折効率ηが減少する。これに同時に、原画像の暗い部分(t0 とt1 との間、およびt2 とt3 との間)では、原画像がもともと暗いことから、再生像は暗い。

0028

この際、原画像の明暗の境界t1 およびt2 の周辺においては、いずれの寄与を考慮しても、回折効率が、原画像の明るい部分に対し相対的に大きくなり、再生像が明るくなるものと考えられる。

0029

ただし、物体光の強度に対して参照光の強度の方が大きい場合には、参照光の光強度はほぼ均一であることから、素子上での光強度の分布が均一に近くなり、このために原画像の輪郭を抽出する作用が乏しくなったものと考えられる。この輪郭の抽出現象を一層顕著に発揮させるためには、参照光の光強度に対する物体光の光強度の倍率を3倍以上とすることが好ましく、5倍以上とすることが特に好ましい。

0030

上記した例においては、再生像を変化させるためには、透明フィルムを取り替える必要がある。しかし、原画像を保持する媒体として、電磁的に原画像を保持し、原画像の記録と消去とをリアルタイムで行える媒体を使用することによって、リアルタイムで再生像を変化させることができる。こうした媒体としては、例えば、リアルタイムで駆動できる液晶素子ポッケルス空間光変調素子を例示することができる。

0031

図4は、こうした原画像を入射させるための光学系の一例を示すブロック図である。原画像の表示装置22に対向する位置に撮像管21が設置されており、撮像管21が図示しない公知の画像処理装置および液晶素子駆動装置を介して液晶素子20に接続されている。この液晶素子20に対してコリメート光3Eを照射し、この透過光3Fとしてフレネル回折光を得る。

0032

図5は、本発明の他の実施形態に係る輪郭抽出装置を模式的に示すブロック図である。ここで、図1と同じ部材には同じ符号を付け、その説明は省略する。この装置の駆動方法は、基本的に図1の装置と同じである。ただし、レーザー光36を、原画像を保持している透明フィルム8上に照射し、この透過光37を結像レンズ21に透過させ、この透過光(物体光)42をホログラム記録再生素子17上に結像させる。

0033

この場合の作用を説明する。前記したように、原画像が、図6(a)に示すような光強度I0 の分布を有しているものとする。ホログラム記録再生素子17上に結像している物体光42においては、原画像の全体の明暗がほぼそのまま保持されている。前記したように、入射光の強度が大きい場所では抵抗率が小さくなり、電界強度が小さくなる。一方、入射光の強度が小さい場所では、抵抗率が大きくなり、電界強度が大きくなる。そして、回折効率は、結晶の各点における印加電界の2乗に比例する。このために、図6(b)に示すように、回折効率η1 が変化するはずである。即ち、原画像の明るい部分(t1 とt2 との間)では、回折効率η1 が小さくなり、原画像の暗い部分(t0 とt1 との間、t2 とt3 との間)では、回折効率η1 が大きくなるはずである。この際、結像した物体光42においては、境界t1 、t2 の周辺では、フレネル回折光を使用した場合と比較して、相対的に急峻な変化が生じており、グラデーションが小さい。

0034

この一方、前記した機構によって、原画像の明るい部分と暗い部分とにそれぞれ対応する位相情報を担った干渉縞が結晶内に屈折率の変化として記録されている。この寄与を考慮すると、図6(c)に示すように、回折効率η2は、原画像にほぼ対応したパターンを示すはずである。この結果、図6(d)に示すように、原画像の明るい部分では、回折効率ηが減少する。原画像の暗い部分では、原画像がもともと暗いことから、回折効率ηが減少する。

0035

この際、原画像の明暗の境界t1 およびt2 の周辺においては、回折効率が相対的に大きくなり、また原画像も境界の近辺では明るいために、再生像が明るくなるものと考えられる。

0036

更に、本発明者は、前記した原画像の輪郭の抽出装置を利用し、撮影装置の焦点が被写体の位置に合うように撮影装置の焦点距離を調節するための方法を開発することに成功した。この発明について、更に具体的に説明する。

0037

即ち、図7に示すように、図1図6に示したようなホログラム記録再生装置25を使用する。被写体23を撮影装置24によって撮影し、撮影像を得る。この撮影像を原画像として使用し、装置25を使用して、撮影像の各部分の明度に対応した位相情報を担っている物体光と、全体にほぼ均一な光強度を有している参照光とを、記録部に対して照射する。これによって、記録部中に干渉縞を記録し、撮影像の輪郭が抽出された再生像を得る。

0038

輪郭の抽出装置25の再生像において、輪郭の光強度を測定する装置26を設置し、輪郭の測定値を焦点距離の制御装置38へと送る。制御装置38を使用して、撮影装置24の焦点距離を制御できるようになっている。このような焦点距離の制御装置自体は、カメラ業界において公知のものである。この焦点の制御装置を利用し、ホログラム再生像における輪郭の光強度が最大となるように、焦点距離を調節する。

0039

ここで、輪郭の抽出を本発明に従って行わない場合には、得られた撮影像から焦点が合ったかどうかを判定する必要がある。しかし、焦点が合った場合でも、焦点が外れた場合でも、得られた撮影像における光強度はまったく変化がないために、光強度の測定によって焦点が合ったかどうかを判定することはできない。このために、カメラ業界においては、各種の電磁波を使用して被写体までの距離を測定する技術が実施されている。しかし、本発明は、こうした技術とはまったく異なり、撮影像自体から焦点を調整する方法を見いだしたものである。

0040

また、上記した技術を転用することによって、被写体までの距離を測定することができるようになった。即ち、再生像において輪郭の光強度が最大となるように撮影装置24の焦点距離を調整した後に、この焦点距離から、被写体までの実際の距離を読み取ることができる。

0041

ただし、前記の距離測定方法では、被写体の表面が滑らかであって、同じ色を持つ曲面である場合には、各点のレンズからの距離を測定することはできない。こうした曲面においては、焦点の合った画像と焦点が合わない画像との間で差がないからである。例えば、図8(a)に示すように、被写体の曲面27が滑らかであるとする。こうした場合には、距離測定用の画像の投射装置28を設置し、装置28から、距離測定に適した投射像を、図8(b)に示すように、曲面27に対して投射する。本実施例では、格子模様40を使用している。こうした投射像としては、格子模様、市松模様斑点模様といったように、輪郭が明瞭な画像を使用することが好ましい。

0042

図8(c)は、画像の投射装置28を例示する模式図である。照明31から出射した光32Aを、距離測定用の画像がプリントされた透明フィルム33へと投射する。このフィルム33からの透過光32Bは、結像レンズ34を透過し、この透過光32Cが曲面27に投射される。

0043

この曲面27を撮影し、その撮影像を原画像として、前記のホログラム記録および再生を実施すると、再生像において、投射像40のうち焦点の合った領域29内にある部分の光強度は大きくなり、焦点の合わない領域30内にある部分の光強度は小さくなる。これによって、撮影装置のレンズから焦点の合った領域29内の投射像40までの距離を知ることができる。この距離は、むろん曲面27の領域29までの距離と一致している。

0044

また、本発明者は、前記した輪郭の抽出方法を応用することによって、焦点の合っていない原画像を修復し、被写体の画像に一層近い修復画像を得る方法を開発した。即ち、被写体の光強度I3 が、例えば図9(a)に示すような強度分布を有しているものとする。この被写体を撮影して得られた原画像においては、焦点が合っていなかったために、原画像の強度I4 の分布は、図9(b)に示すように、境界t1 とt2 との周辺でそれぞれなだらかなグラデーションを形成しているものとする。従来、こうしたピントぼけた原画像を修復する方法としては、コンピューターを使用した画像処理方法が知られている。

0045

しかし、本発明の方法においては、前記したようなホログラム記録再生素子を使用する。そして、物体光は、原画像の各部分の明度に対応した強度分布を有している。前記したようにしてホログラムの記録および再生を行い、ホログラムの再生像を得る。この再生像の強度I5 は、図9(c)に示すような強度分布を有している。そして、図9(b)に示すような、原画像の各部分の光強度I4 を、図9(c)に示す再生像の各部分の光強度I5 と合成する。この結果、図9(d)に示すように、原画像の強度I4 は、t1 、t2 の周辺で実際の値よりも減少しており、即ち輪郭が不鮮明になっているのであるが、これを前記のうにして得られた、輪郭線が強調された再生像の光強度I5 と合成することによって、被写体と類似した光強度の分布を有する修復画像を得ることができる。

0046

なお、原画像の光強度とホログラムの再生像の光強度とが合成された画像を得るためには、例えば、原画像を透明フィルムに焼き付け、次いで再生像をこれと同じ透明フィルムに二重に焼き付ける方法がある。また、原画像および再生像をそれぞれいったん撮像管によって別個に撮影し、原画像の光強度の分布と再生像の光強度の分布とをそれぞれ算出し、プロセッサー内で各光強度の分布を合成し、この合成された光強度の分布を有する画像を新たに出力することも考えられる。

0047

また、本発明の輪郭抽出方法を利用することによって、均一な原画像の中に微構造を有する原画像から、微構造を検出する方法を開発した。例えば、工業製品の表面に微細な傷がある場合には、通常は工業製品の表面は均一な色彩に彩色されており、かつ凹凸等もないことが多く、この背景の中に微細な傷等が紛れ込んでいても、外観観察によって直ちに発見しにくいことが多い。

0048

しかし、本発明によれば、前記のホログラム記録再生素子を使用し、前記の輪郭抽出方法に従って再生像を得る。この場合、均一な背景の中に紛れ込んでいた傷等の微細構造が前記のプロセスにおいて強調され、これによって簡単に発見し易いようになる。

0049

以下、更に具体的な実験結果について述べる。
(ホログラム記録再生装置の製造)直径80mm、長さ100mmのBi1 2 SiO2 0 単結晶のブールを製造した。ルツボとしては、直径150mm、高さ150mmの円筒形状の白金製ルツボを使用した。ルツボ内に、Bi1 2 SiO2 0 の焼結体14kgを収容し、これを900℃に加熱して融液を生成させた。白金製アフターヒーターを使用することによって、ブールの引き上げ方向の上方における10mmまでの間の温度勾配を50〜75℃/cmに調整し、これに引き続く150mmに至るまでの温度勾配を10℃/cmに調整した。引き上げ速度を1〜1.5mm/時間とし、引き上げ軸の回転速度を10rpmとした。得られた単結晶の特性を、以下の表1に示す。

0050

格子定数10.103×10-10 m
密度9.2g/cm3
誘電率 56(100kHz)
屈折率2.53(λ=633nm)
暗抵抗101 4 Ω・cm
光導電性108 Ω・cm(λ=458nm、2.5mW/cm2 )
半波電圧3900V(λ=633nm)
ベルデ定数3.67×10- 3 /Oe・cm(λ=633nm)
9.33×10- 4 /Oe・cm(λ=1150nm)

0051

このブールから、直径80mm、厚さ3mmのホログラム記録部を切り出した。記録部の一対の主面を平面研磨機研磨加工し、各平面度を0.6μmとした。次いで、酸化インジウムリン製の透明電極膜を、記録部の一対の端面にスパッタリング法によって形成した。

0052

(ホログラムの記録および再生実験)図1図3に示す装置を使用し、ホログラムの記録および再生実験を行った。物体光および参照光としては、波長488nmのアルゴンイオンレーザー光を使用した。物体光と参照光との交差角度θを10°とした。寸法50mm×50mmの透明フィルムに原画像を記録し、フレネル回折光を得た。書き込み用のアルゴンイオンレーザー光の全強度を1mJ/cm2 とした。物体光と参照光との強度の比率は、5:1、3:1、1:1、1:2、1:5とした。再生光として、波長633nmのヘリウムネオンレーザー光を使用した。ホログラム記録再生素子17の中心点に向かって再生光を入射させた。

0053

この結果、いずれの場合においても、再生像が原画像に相当する位置に再生されており、これによって原画像における奥行きが、再生されたホログラフィーにおいても再現されていることが分かった。このホログラフィーの奥行きは、両眼視差を利用して確認することができるものであった。そして、物体光と参照光との強度の比率が5:1、3:1、1:1である場合には、原画像よりも輪郭が強調された再生像が得られた。しかし、物体光と参照光との強度の比率が1:2、1:5である場合には、こうした輪郭の強調された画像は得られなかった。ここで、物体光と参照光との強度の比率が5:1の場合に、輪郭の強調が特に顕著になった。物体光と参照光との強度の比率が1:5である場合について図10に再生像を示し、物体光と参照光との強度の比率が1:1である場合について図11に再生像を示し、物体光と参照光との強度の比率が5:1である場合について図12に再生像を示す。

発明の効果

0054

以上述べてきたように、本発明によれば、原画像の輪郭、即ち明暗の境界を強調し、あるいは抽出できるような新たな光学的な処理方法および装置を提供することができる。

図面の簡単な説明

0055

図1本発明の実施例に係る輪郭の抽出装置を模式的に示すブロック図である。
図2(a)は、原画像における光強度の分布を示すグラフであり、(b)は、フレネル回折光における光強度の分布を示すグラフであり、(c)は、結晶の各点における抵抗率ρの分布を示すグラフであり、(d)は、抵抗率の分布に対応するべき回折効率の分布を示すグラフである。
図3(a)は、原画像の明暗に対応する位相情報に応じて再生されるべき再生像の各点における回折効率の分布を示すグラフであり、(b)は、再生像における回折効率の分布を示すグラフである。
図4本発明の装置において使用できる、原画像をリアルタイムでホログラム記録再生装置に対して供給するための光学系を模式的に示すブロック図である。
図5本発明の更に他の実施例に係る輪郭の抽出装置を模式的に示すブロック図である。
図6(a)は、原画像における光強度の分布を示すグラフであり、(b)は、抵抗率の分布に対応するべき回折効率の分布を示すグラフであり、(c)は、原画像の明暗に対応する位相情報に応じて再生されるべき再生像の各点における回折効率の分布を示すグラフであり、(d)は、再生像における回折効率の分布を示すグラフである。
図7撮影装置の焦点合わせに使用できる光学系を模式的に示すブロック図である。
図8(a)は、距離の測定に使用できる光学系を模式的に示すブロック図であり、(b)は、曲面27上に別個の投射像を投射した状態を示す平面図であり、(c)は、投射像を投射するための光学系を模式的に示す図である。
図9(a)は、被写体における光強度の分布を示すグラフであり、(b)は、修復するべき原画像における光強度の分布を示すグラフであり、(c)は、再生像における光強度の分布を示すグラフであり、(d)は、(b)および(c)に示す各光強度を合成した場合のグラフである。
図10物体光と参照光との強度の比率が1:5である場合におけるホログラムの再生像を撮影した写真である。
図11物体光と参照光との強度の比率が1:1である場合におけるホログラムの再生像を撮影した写真である。
図12物体光と参照光との強度の比率が5:1である場合におけるホログラムの再生像を撮影した写真である。

--

0056

3A物体光および参照光を構成するレーザー光3Eコリメート光3Fフレネル回折光 4D 参照光 5 物体光の強度調整装置 8原画像が印刷された透明フィルム9 参照光の強度調整装置14C再生光17ホログラム素子18直流電源20液晶素子21撮像管22 原画像の表示装置23 被写体 24撮影装置25輪郭の抽出装置26 輪郭の光強度を測定する装置28 画像の投射装置38プロセッサー40格子模様(投射像)
42ホログラム記録再生素子17上に結像している物体光 I0 原画像の光強度 t1 、t2境界η1屈折率分布に対応するべき回折効率
η2 原画像の明暗に対応するべき回折効率 η 再生光の回折効率

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