JPH0355530A - コヒーレント光学装置 - 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、コヒーレント光照明下において、入力情報物
体である透過物体のフーリエ変換パターン又は実像を複
数個同時に得るための光学装置に関するものである． 〔従来の技術〕 光情報処理、或いはいわゆる「光コンピューティング」
と呼ばれる分野では、光の並列性を生かした高速の行列
演算、画像間演算等を行なおうとするアプローチがあり
、この中で、透過率或いは位相で情報化された画像（透
過物体）のフーリエ変換又は実像を同時に多数個得て、
その各々に特定の画像演算を行なわせようとするものが
ある．このような場合、簡便な構戒で透過物体のフーリ
エ変換パターンを同時に多数個得るための光学装置又は
、透過物体の複製像（実像〉を同時に多数個得るための
光学装置が必要となる．さて、コヒーレント照明下にお
けるこのような光情報処理は、入力画像に対する様々な
演算処理をその実像面で行う場合と、空間周波数面（フ
ーリエ変換面）で行う場合があり、前者では入力画像の
実像を多数個同時に得る事により処理の高速並列化が可
能になり、後者では入力画像のフーリ工変換を多数個同
時に得る事により、処理の高速並列化が可能になる． 実像面の処理とフーリエ変換面の処理は各々異なった特
徴を持っているが、その中でも注目に値するのが、入力
物体の位置情報に対する違いである． 一般に、入力画像とその実像との位置関係は、１対１に
決り、入力画像の位置が動けばその実像の位置も動くが
、フーリエ変換像は、入力画像がその面内で位置を変え
ても全く動かないという性質がある． 即ち、物体の位置情報を得ようとする場合は実像に対し
て処理を行う場合が多く、位置によらず、その物体の形
状がどのようなものであるかをＬｙ２識しようとする場
合はフーリエ変換像に対して処理を行う場合が多い。

例えば、イメージスキャナやＣＯＤカメラ等で文字を入
力し、その文字認識を行う様な場合、入力された像の文
字の位置は、文字とＣＯＤカメラ等の相対位置ズレによ
り常に一定の位置にあるとは限らない．このような場合
、文字の位置が若干ズレていても、文字の認識情報は正
確に得る必要があり、従って入力文字のフーリエ変換に
対し、比較対象となる文字のフーリエ変換を重ね合せ、
入力文字と比較文字との相互相関を情報として取り出す
事により、位置ズレに依存せずに文字の認識情報を得よ
うとする事が多い （詳細は、例えば、飯塚啓吾著「光工学」第９章？参照
）。

しかしながら、フーリエ変換面での処理は、逆に人力情
報に対し位置情報を欠落させるため、例えば、ｒｘ”Ｊ
．ｒｌｌ■０」の様な上付、下付き文字等の識別は出来
なくなり、この様な場合は実像を取扱う必要が生じる， 即ち、認識する対象によって、実像面での処理に有効で
ある場合と、フーリエ変換面での処理が有効である場合
があり、また、これらを同時に併用する事によって効率
的で高性能な認識が実現できる場合がある。

このような実像面での処理とフーリエ変換面での処理を
併用しようとする場合、これまでは個々に光学系を組む
必要があり、入力情報の表示装置レンズ等すべて２つず
つ必要であり、コスト、組立調整工数、スペースの占有
等の点から極めて効率の悪いものだった。

Ｃ問題点を解決するための手段〕 上記問題点を解決する本発明の光学装置は、第１の微小
レンズアレイと、第１のレンズと、透過率又は位相の少
くとも一方が空間的に分布した透過物体と、第２のレン
ズと、第２の微小レンズアレイとをこの順序でコヒーレ
ント照明下に配列して構成される。そして上記各要素の
相互関係を次の通りとする。すなわち、第ｌのレンズは
、第■の微小レンズアレイの各微小レンズから射出した
コヒーレント光束のうち少くとも２つ以上の光束が透過
可能なレンズ径とする。

透過物体は、上記微小レンズから射出し第１のレンズを
透過した光束のうち、少くとも２つ以上の光束が同時に
照明している領域に配置する。第２のレンズは、上記微
小レンズから射出して第１のレンズ及び透過物体を透過
した光束のうち少くとも２つ以上の光束を透過させ得る
レンズ径とする． さらに、前記第１の微小レンズアレイは、少くとも２種
類以上の異なる焦点距離を持つ微小レンズによって構或
する。

以上の構成によって、第２レンズの後方又は第２微小レ
ンズアレイの後方に、前記透過物体のフ一リエ変換パタ
ーン又は実像を少くとも２つ以上同時に形威させる。

〔作　用〕

単一の光学系で、入力画像のフーリエ変換パターンと、
入力画像の実像を同時に多数個、同一平面上に得る事が
でき、性格の異なる２つの処理を各々並列化する事がで
きる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図に基づいて説明する。

第１図において、微小レンズを同一平面内で一次元又は
二次元的に多数配列して或る第１の微小レンズアレイ１
が平行なコヒーレント光によって照明されている．照明
については、従来装置と同様であってよい。微小レンズ
アレイ１を透過したビームは、個々のレンズＩＡ．ＩＢ
でそれぞれ収束光となり、１度焦点を結んだあと、発散
光となる．微小レンズアレイ１の後方には、第１のレン
ズ２が配置されている。

微小レンズアレイ１は、すべて同一の焦点距離を持った
微小レンズで構成されているのではなく、異なった焦点
距離を持つ微小レンズを含んでいる。

本実施例では微小レンズは２種類で、一方は焦点距離ｈ
（図中の微小レンズＩＡ〉，一方は焦点距離ｒ＋’（同
Ｉ　Ｂ．　ｆｌ＜［１　’　）であるとしている．なお
、図ではＩＡ．ＩＢ共各１コずつしか描かれていないが
、実際はＩＡ，ＩＢ共多数個作製されている． このような同一基板上に焦点距離の異なる微小レンズを
持つ微小レンズアレイを作製するためには、例えば公知
のイオン交換法を用いて、透明ガラス基板表面に形威し
た多数個のマスク開口から↑ｌイオン等の基板ガラスの
屈折率を高めるイオンを拡散していき、屈折率分布型の
レンズアレイを形成すればよい。焦点距離の異なるレン
ズはマスクの開口の径を変えてやる事により、同一基板
上に同時に作製できる。

さて、第１のレンズ２は、微小レンズＩＡＯ後側焦点面
と第１のレンズの前側焦点面がほぼ一致するように置か
れている。また、第ｌのレンズ２の瞳面ば、微小レンズ
アレイｌの各々のレンズから射出して第１のレンズに向
って発散する光束をすべて入射できるだけの大きさを持
っている。

微小レンズアレイ１の各々のレンズから射出されたビー
ム３は、第１のレンズ２を通ってさらに伝幡していき、
第１のレンズ２の後側焦点位置で空間的に重なる。フー
リエ変換を作るべき入力画像である透過物体４は、この
位置に配置されている． 透過物体４の後方にはさらに第２のレンズ５が置かれて
いる。透過物体４はこの第２のレンズ５の前側焦点面の
近傍に置かれ、かつ、第２のレンズ５の瞳面の大きさは
、各々微小レンズを透過し、さらに第１のレンズ２、透
過物体４を透過したすべての光束が入射しうる大きさを
持っている．以上の様に各光学素子を配置すると、微小
レンズＩＡを通った光３Ａは、第２のレンズ５の後側焦
点位置に透過物体４のフーリエ変換を形威する。

一方微小レンズＩＢを通った光は、ｆ，　’　＞ｆ，で
ある事から、透過物体４を発散光で照明する事になり、
従って、図示されている様に、微小レンズでＩＢを通っ
た光のつくる透過物体４のフーリ工変換は、第２のレン
ズ５の後側魚点面位置よりもさらに遠方に形戊される（
図中６の面）。

ここで、第２のレンズ５の後例焦点面上に、第２の微小
レンズアレイ７を配置する。第２の微小レンズアレイ７
は、第ｌの微小レンズアレイ１と同様に例えばガラス基
板上の特定位置に微小レンズ群を配列したものであるが
、第２の微小レンズアレイ７を構或する各微小レンズ７
Ａは、第１の微小レンズＩＡを通った光が入射する位置
にのみ置き、第１の微小レンズＩＢを通った光が入射す
る位置は、レンズを設けず単なるガラス基板素通しの状
態にする。

さらに、第２の微小レンズアレイ７の各微小レンズ７Ａ
の後側焦点面は、先の面６と一敗させるようにする． 以上の様に構或すると、出力面６上には、微小レンズＩ
Ａを通ってさらに微小レンズ７Ａを通った光が到達する
位置に、透過物体４の実像が形成され、微小レンズＩＢ
を通った光が到達する位置に、透過物体４のフーリエ変
換が形成される。前述の様に、微小レンズはＩＡ，ｔｓ
，　　７Ａ共すべて、多数個設けられているので、出力
面６上には、透過物体４の実像とフーリエ変換パターン
が同時に多数個得られる。

〔発明の効果］ 従来、フーリエ変換と実像を得るためＱこは別々の異っ
た光学系を組む必要があったが、本発明により、同一の
光学系上の同一の平面上に同時にフーリエ変換と実像を
多数個得る事が出来る様になり、コスト、組立調整工数
、スペース占有体積等の点を大幅に改善する事が出来、
フーリエ面と実像面での処理を併用する事により、文字
Ｐ！識をはじめとする様々な光情報処理の自由度を大幅
に向上する事が出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す側断面図である。 ｌ・・・第１の微小レンズアレイ、ＩＡ．ＩＢ・・・第
１の微小レンズ、２・・・第１のレンズ、３・・・光線
、４・・・透過物体〈入カパターン）、５・・・第２の
レンズ、６・・・出力面、７・・・第２の微小レンズア
レイ、７Ａ・・・第２の微小レンズ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　コヒーレント照明下に第１の微小レンズを１次元又は
   ２次元に配列した微小レンズアレイを備え、前記微小レ
   ンズアレイの後方に第１のレンズを備え、前記第１のレ
   ンズの後方に、透過率又は位相の少くとも一方が空間的
   に分布した透過物体を配置し、前記透過物体の後方に第
   ２のレンズを備え、前記第１のレンズは、前記微小レン
   ズアレイの各微小レンズから射出したコヒーレント光束
   のうち少くとも２つ以上の光束が透過可能なレンズ径を
   持ち、前記透過物体は、前記各微小レンズから射出し前
   記第１のレンズを透過した光束のうち、少くとも２つ以
   上の光束が同時に照明している領域に配置され、前記第
   ２のレンズは、前記各第１の微小レンズから射出して前
   記第１のレンズ及び前記透過物体を透過した光束のうち
   少くとも２つ以上の光束を透過せしめ、かつ、前記第２
   のレンズの後方に少くとも１つ以上の微小レンズアレイ
   （第２の微小レンズアレイ）を備え、かつ、前記第１の
   微小レンズアレイは少くとも２種類以上の異なる焦点距
   離を持つ微小レンズで構成され、第２のレンズの後方又
   は第２の微小レンズアレイの後方に前記透過物体のフー
   リエ変換パターン又は実像を少くとも２つ以上同時に形
   成する事を特徴とするコヒーレント光学装置。