JPH08262516A - Optical device - Google Patents
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- JPH08262516A JPH08262516A JP6427695A JP6427695A JPH08262516A JP H08262516 A JPH08262516 A JP H08262516A JP 6427695 A JP6427695 A JP 6427695A JP 6427695 A JP6427695 A JP 6427695A JP H08262516 A JPH08262516 A JP H08262516A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、画像処理などに代表さ
れる２次元画像データの並列分散型高速処理を行う光情
報処理装置に必須の２次元画像データの分岐合成または
配置変換が可能な光学装置に関するものである。INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is capable of branching synthesis or layout conversion of two-dimensional image data, which is indispensable for an optical information processing apparatus for performing parallel distributed high-speed processing of two-dimensional image data represented by image processing. The present invention relates to an optical device.
【０００２】[0002]
【従来の技術】光情報処理装置は、光の空間並列性、時
間多重性、波長多重性、相互非干渉性を活かして、特に
２次元画像データを高速に処理するものである。目的と
する機能などに対応して、各種のアーキテクチャやアル
ゴリズムが提案されている。これらのアーキテクチャや
アルゴリズムを実現するのに必須の機能の１つが、２次
元画像データの分岐合成機能や配置変換機能である。2. Description of the Related Art An optical information processing apparatus is one for processing two-dimensional image data particularly at high speed by utilizing spatial parallelism of light, time multiplexing, wavelength multiplexing and mutual incoherence. Various architectures and algorithms have been proposed according to the desired functions. One of the indispensable functions for realizing these architectures and algorithms is a two-dimensional image data branching synthesis function and a layout conversion function.
【０００３】従来、２次元画像データの分岐合成は、一
般的な光学技術、すなわち、レンズミラー、偏向ビーム
スプリッタ等のいわゆるバルク型光学素子を用いた光学
系で実行されてきた。しかしながら、この構成では、各
素子の精密な位置調整が必要であり、しかも、各素子が
離散的に位置されるため、分岐合成光学系装置全体を小
型化することは非常に困難であった。これを解決するた
めに、ファイバプレートを用いた分岐合成光学装置が提
案されている。Conventionally, branching and combining of two-dimensional image data has been carried out by a general optical technique, that is, an optical system using a so-called bulk type optical element such as a lens mirror and a deflecting beam splitter. However, in this configuration, it is necessary to precisely adjust the position of each element, and each element is positioned discretely, so it is very difficult to downsize the entire branching and combining optical system device. In order to solve this, a branching / combining optical device using a fiber plate has been proposed.
【０００４】以下、従来のファイバプレートを用いた２
次元画像のための分岐合成光学装置を図６を参照しなが
ら説明する。図６において、６１と６２は互いに平行な
平面内にその光軸を有するファイバプレートであり、光
軸を含む平面に垂直な方向に沿って順次積層接着されて
いる。ファイバプレート６１の光軸は図中の実線矢印で
示し、ファイバプレート６２の光軸は図中の破線矢印で
示した。ファイバプレート６１と６２を積層したファイ
バプレートブロック６５は、それぞれの光軸を含む平面
に垂直で互いに平行な光学研磨された表面６６と６７を
有する。In the following, a conventional fiber plate 2 is used.
A branching / combining optical device for a three-dimensional image will be described with reference to FIG. In FIG. 6, reference numerals 61 and 62 denote fiber plates having their optical axes in mutually parallel planes, which are sequentially laminated and bonded along a direction perpendicular to the plane including the optical axis. The optical axis of the fiber plate 61 is shown by a solid line arrow in the figure, and the optical axis of the fiber plate 62 is shown by a broken line arrow in the figure. Fiber plate block 65, which is a stack of fiber plates 61 and 62, has optically polished surfaces 66 and 67 perpendicular to the plane containing the respective optical axes and parallel to each other.
【０００５】各ファイバプレート６１、６２の厚さが２
次元画像データの画素の大きさに比べ十分に薄い場合、
ファイバプレートブロック６５に表面６６から入射した
２次元入力画像データ６３を担う光のうち、ファイバプ
レート６１の部分に入射した光は実線矢印に沿って伝搬
し、ファイバプレート６２の部分に入射した光は波線矢
印に沿って伝搬する。これにより、分岐された２次元出
力画像データ６４が得られる。また、逆に２次元出力画
像データ６４を入力データとして、逆方向の伝搬を用い
れば、２次元入力画像データ６３のような２次元画像デ
ータを合成することもできる。The thickness of each fiber plate 61, 62 is 2
If it is sufficiently thin compared to the pixel size of the 3D image data,
Of the light that carries the two-dimensional input image data 63 that is incident on the fiber plate block 65 from the surface 66, the light that is incident on the fiber plate 61 portion is propagated along the solid arrow and the light that is incident on the fiber plate 62 portion is Propagate along the wavy arrow. As a result, the branched two-dimensional output image data 64 is obtained. On the contrary, if the two-dimensional output image data 64 is used as the input data and the backward propagation is used, two-dimensional image data such as the two-dimensional input image data 63 can be combined.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
たバルク型光学素子を用いた従来の構成では、各構成素
子の精密な位置調整が必要であり、装置の機械的安定性
に欠ける。また、装置全体を小型化することが困難であ
るだけでなく、レンズの周辺光量の低下によるによる画
像の不均一性、収差による画像のゆがみが生じてしま
う。他方、上記したファイバプレートを積層した従来の
構成では、ファイバプレートを層状に組み合わせ、ファ
イバを光導波路として用いて光の分配を行うため、光を
多方向に分岐し、光ビームが媒質中で交差するような複
雑な分岐の実現は困難である。しかも、ファイバプレー
トの構造に起因する光の利用効率に限界もあり、例えば
２分岐以上の画像分岐を実現する場合には、２分岐ファ
イバプレートブロックを多段に重ねる必要があり、効率
の問題が一層深刻になる。また、ファイバプレートを層
状に組み合わせた構造により分岐を実行しているため、
４分岐以上の画像の分岐ではモアレが生じてしまい、事
実上分岐が不可能になっている。However, in the conventional structure using the bulk type optical element described above, it is necessary to precisely adjust the position of each constituent element, and the mechanical stability of the device is lacking. In addition, it is difficult to reduce the size of the entire apparatus, and the non-uniformity of the image due to the reduction of the peripheral light amount of the lens and the image distortion due to the aberration occur. On the other hand, in the conventional configuration in which the above fiber plates are laminated, the fiber plates are combined in layers and the light is distributed by using the fiber as an optical waveguide. Therefore, the light is branched in multiple directions and the light beams intersect in the medium. It is difficult to realize such a complicated branch. Moreover, there is a limit to the light use efficiency due to the structure of the fiber plate, and for example, in order to realize image branching of two or more branches, it is necessary to stack the two-branching fiber plate blocks in multiple stages, which further increases the problem of efficiency. Get serious. In addition, because the branch is executed by the structure that combines the fiber plates in layers,
Moire occurs in the bifurcation of images of four or more branches, and bifurcation is virtually impossible.
【０００７】本発明は、このような従来技術の問題を解
決するもので、複雑な２次元画像の分岐合成が可能で、
かつ小型で機械的安定性のある優れた光学装置を提供す
ることを目的とする。The present invention solves the above-mentioned problems of the prior art, and enables complex two-dimensional image bifurcation synthesis.
Another object of the present invention is to provide an excellent optical device that is small in size and has mechanical stability.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の光学装置は、例えば図１に示すように、分
岐集光作用を有する回折パターンアレイ１２と、軸ずれ
集光作用を有する回折パターンアレイ１３とをそれぞれ
透明基板１１の両面に形成し、この透明基板１１の回折
パターンアレイ１２が形成されている表面上に入力側の
透明平板１４を重ね、回折パターンアレイ１３が形成さ
れている表面上に出力側の透明平板１５を重ね合わせた
構成を有する。In order to achieve the above object, the optical device of the present invention, as shown in FIG. 1, for example, has a diffraction pattern array 12 having a branching condensing function and an off-axis converging function. Diffraction pattern arrays 13 having the same are formed on both sides of the transparent substrate 11, and the transparent plate 14 on the input side is superposed on the surface of the transparent substrate 11 on which the diffraction pattern array 12 is formed to form the diffraction pattern array 13. The transparent flat plate 15 on the output side is superposed on the above surface.
【０００９】[0009]
【作用】回折パターンアレイ１２は、入力画像の画素の
ピッチと等しいピッチを持つ集光分岐作用を有する。透
明平板１４の表面に２次元入力画像データ１６を入力す
ると、２次元入力画像データ１６の画素のピッチは集光
分岐作用を有する回折パターンアレイ１２のアレイピッ
チと等しいので、それぞれの画素から発した光は、集光
分岐作用を有する回折パターンアレイ１２の対応する１
つのエレメントに入射する。集光分岐作用を有する回折
パターンアレイ１２に入射した光は、ここで複数の方向
に分岐し、複数本の光ビームになる。分岐した光ビーム
は、透明基板１１の中を伝搬し、軸ずれ集光作用を有す
る回折パターンアレイ１３の対応するエレメントにそれ
ぞれ斜めに入射する。軸ずれ集光作用を有する回折パタ
ーンアレイ１３の中のそれぞれのエレメントは、斜めに
入射した光ビームをガラス基板に垂直な方向で集光する
ように設計されており、２次元入力画像データ１６の画
素数に分岐方向を乗じた数に等しいアレイ数が配置され
ている。各斜め入射光は、軸ずれ集光作用を有する回折
パターン１３の回折効果により透明平板１５中を伝透明
平板１５の表面に垂直な方向に伝搬し、透明平板１５の
回折パターンアレイ１３と接する面とは反対側の表面上
にそれぞれ集光する。こうして透明平板１５の表面上に
は、以上のような各画素毎の光の伝搬により、２次元入
力画像データ１６の分岐画像として２次元出力画像デー
タ１７が復元される。２次元出力画像データ１７を入力
データとして、逆方向の伝搬を用いれば、２次画像デー
タの合成も実行することができる。なお、回折パターン
アレイ１３と透明平板１５を備えない構成では、軸ずれ
が補正されない２次元画像データが得られる。The diffraction pattern array 12 has a converging / branching function having a pitch equal to the pitch of the pixels of the input image. When the two-dimensional input image data 16 is input to the surface of the transparent flat plate 14, the pixel pitch of the two-dimensional input image data 16 is equal to the array pitch of the diffraction pattern array 12 having a converging / branching action. The light corresponds to one of the diffraction pattern array 12 having a converging / branching function.
Incident on two elements. The light incident on the diffraction pattern array 12 having the converging / branching function is branched into a plurality of directions here to become a plurality of light beams. The branched light beams propagate through the transparent substrate 11 and obliquely enter the corresponding elements of the diffraction pattern array 13 having the off-axis focusing function. Each element in the diffraction pattern array 13 having the axis-offset light condensing function is designed to condense the obliquely incident light beam in a direction perpendicular to the glass substrate. An array number equal to the number of pixels multiplied by the branch direction is arranged. Each obliquely incident light propagates in the transparent flat plate 15 in a direction perpendicular to the surface of the transparent flat plate 15 due to the diffraction effect of the diffraction pattern 13 having the off-axis focusing function, and is a surface in contact with the diffraction pattern array 13 of the transparent flat plate 15. The light is focused on the surface opposite to. In this way, the two-dimensional output image data 17 is restored as a branched image of the two-dimensional input image data 16 on the surface of the transparent flat plate 15 by the propagation of light for each pixel as described above. If the two-dimensional output image data 17 is used as the input data and the backward propagation is used, the synthesis of the secondary image data can also be executed. It should be noted that with a configuration that does not include the diffraction pattern array 13 and the transparent flat plate 15, two-dimensional image data in which the axis deviation is not corrected can be obtained.
【００１０】本発明の光学装置は、機能させたい分岐や
合成作用を生じる回折パターンを透明基板や透明平板に
直接形成したり、あるいは回折パターンを形成した光学
薄板を介装して重ね合わせ、その回折パターン形成面上
に、入出力面を固定する目的で透明平板を配置して製作
される。In the optical device of the present invention, a diffraction pattern that causes a desired branching or combination effect is formed directly on a transparent substrate or a transparent flat plate, or an optical thin plate having a diffraction pattern is interposed and superposed. It is manufactured by arranging a transparent flat plate on the diffraction pattern forming surface for the purpose of fixing the input / output surface.
【００１１】本発明の光学装置によれば、画像の分岐、
合成を画素毎に行う構成を有するので、バルクレンズに
ありがちな収差や周辺光量の低下による画像の不均一性
が生じず、均一な分岐、合成画像を得ることができる。
また、エレメントの回折パターンを変えることにより、
各画素ごとに分岐する方向や本数、位置を自由に設定す
ることができ、光の空間伝搬を利用しているため、光が
多方向に分岐し光ビームの交差を伴うような複雑な分
岐、合成が単体デバイスで可能になり、従来のファイバ
プレート型デバイスでは難しかった複雑な分岐や合成も
可能になる。またそのデバイス構造は、光学素子を重ね
合わせて配置または接着しているので、バルク型光学素
子を用いた光学装置に比べ非常に小型で、機械的安定性
も従来のファイバプレートを用いた光学装置に劣ること
はない。このように、本発明の光学装置は、複雑な機能
を必要とする２次元画像の分岐や合成を小型な単体デバ
イスで実現することができる。According to the optical device of the present invention, the image branching,
Since the composition is performed for each pixel, non-uniformity of the image due to the aberration and reduction of the peripheral light which are common in the bulk lens does not occur, and uniform branching and a combined image can be obtained.
Also, by changing the diffraction pattern of the element,
The direction, number, and position of branching can be set freely for each pixel, and because spatial propagation of light is used, complex branching such that light branches in multiple directions and crosses the light beams, The synthesis is possible with a single device, and complex branching and synthesis, which were difficult with conventional fiber plate type devices, are also possible. Moreover, since the device structure is such that optical elements are arranged or adhered in an overlapping manner, it is much smaller than an optical apparatus using a bulk type optical element, and the mechanical stability is also an optical apparatus using a conventional fiber plate. Is not inferior to. As described above, the optical device of the present invention can realize branching and combining of two-dimensional images that require complicated functions with a small single device.
【００１２】[0012]
（実施例１）以下、本発明の第１の実施例について、図
面を参照しながら説明する。図２は２次元画像データを
４分岐する本実施例における光学装置の構成を示したも
のである。図２において、２８は２次元入力画像デー
タ、２９は２次元出力画像データであり、２１は２次元
入力画像データ２８の入力面３０を固定するための入力
側の平板ガラス、２２はいずれか一方の面に分岐集光作
用を有する回折パターンアレイ２３を形成した光学薄板
であり、平板ガラス２１に重ねて接着されている。光学
薄板２２上に回折パターンアレイを形成する方法として
は、光学薄板２２としてＰＭＭＡを用い、ＰＭＭＡの薄
膜上に電子ビームで直接描画したり、または回折パター
ンアレイ２３が描かれているフォトマスクを別途用意
し、光学薄板２２として用意したポリイミド上に転写
し、ドライエッチングにより形成する方法がある。２４
は光学薄板２２が接着されているガラス基板、２５はい
ずれか一方の面に軸ずれ集光作用を有する回折パターン
アレイ２６を形成した光学薄板であり、ガラス基板２４
上の光学薄板２２が接着されている面とは反対側の面上
に接着されている。２７は２次元出力画像データ２９の
出力面３１を固定するための出力側の平板ガラスであ
り、光学薄板２５上に重ねて接着されている。(First Embodiment) A first embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 2 shows the configuration of an optical device in this embodiment that divides two-dimensional image data into four. In FIG. 2, 28 is two-dimensional input image data, 29 is two-dimensional output image data, 21 is an input side flat glass for fixing the input surface 30 of the two-dimensional input image data 28, and 22 is either one. It is an optical thin plate in which a diffraction pattern array 23 having a branching and condensing function is formed on the surface of (1) and is laminated and adhered to the flat glass 21. As a method of forming a diffraction pattern array on the optical thin plate 22, PMMA is used as the optical thin plate 22 and is directly drawn on the thin film of PMMA with an electron beam, or a photomask on which the diffraction pattern array 23 is drawn is separately provided. There is a method in which it is prepared, transferred onto a polyimide prepared as the optical thin plate 22, and formed by dry etching. 24
Is a glass substrate to which the optical thin plate 22 is adhered, and 25 is an optical thin plate having a diffraction pattern array 26 having an off-axis light condensing action formed on either surface thereof.
It is adhered on the surface opposite to the surface on which the upper optical thin plate 22 is adhered. Reference numeral 27 denotes a flat plate glass on the output side for fixing the output surface 31 of the two-dimensional output image data 29, which is laminated and adhered on the optical thin plate 25.
【００１３】次に、本実施例の動作について説明する。
まず１画素からの光の伝搬について説明する。図３
（ａ）は第１の実施例の光学装置の光路について示した
ものである。入力面３０上に置かれた２次元入力画像デ
ータ２８の中の１つの画素から出射した光は、分岐集光
用の回折パターンアレイ２３の対応する１つのエレメン
トに入射する。この入射した光は、分岐集光用の回折パ
ターンアレイ２３により位相変化を受け、拡散しない絞
られたビームとして４方向に分岐される。分岐された４
本の光ビームは、軸ずれ集光用の回折パターンアレイ２
６の４個のエレメントにそれぞれ斜めに入射する。４個
のエレメントの回折パターンは、それぞれ１つの回折パ
ターンを９０°づつ回転させたパターンになっている。
斜めに入射した４本の光ビームは、ここで再び位相変化
を受け、出力面３１に垂直な方向に伝搬し、それぞれ出
力面３１上で集光する。この出力面３１上で集光された
光が、２次元出力画像データ２９の１画素になる。Next, the operation of this embodiment will be described.
First, the propagation of light from one pixel will be described. FIG.
(A) shows the optical path of the optical device of the first embodiment. Light emitted from one pixel in the two-dimensional input image data 28 placed on the input surface 30 enters one corresponding element of the diffraction pattern array 23 for branching and focusing. The incident light undergoes a phase change by the diffractive pattern array 23 for branching and focusing, and is branched in four directions as a focused beam that does not diffuse. Forked 4
The light beam of the book is a diffraction pattern array 2 for concentrating off-axis light.
Each of the four elements of 6 is obliquely incident. The diffraction patterns of the four elements are patterns obtained by rotating one diffraction pattern by 90 °.
The four obliquely incident light beams undergo phase changes again here, propagate in the direction perpendicular to the output surface 31, and are condensed on the output surface 31, respectively. The light condensed on the output surface 31 becomes one pixel of the two-dimensional output image data 29.
【００１４】このような画像の分岐は画素毎に行われ
る。この１画素の分岐をアレイ全体として見れば、入力
２次元入力画像データ２８の４分岐が実行でき、４個の
２次元出力画像データ２９が再生される。２次元入力画
像データ２８の画素のピッチを縦ｐ、横ｐとし、アレイ
数をｍ×ｍとすれば、光学薄板２２上に形成する回折パ
ターンアレイ２３のエレメントはピッチｐ、アレイ数ｍ
×ｍで１個、光学薄板２５上に形成する回折パターンア
レイ２６のエレメントはピッチｐ、アレイ数ｍ×ｍで４
個それぞれ用意すればよい。Such image branching is performed for each pixel. If this one-pixel branch is viewed as the entire array, four branches of the input two-dimensional input image data 28 can be executed, and four two-dimensional output image data 29 are reproduced. If the pixel pitch of the two-dimensional input image data 28 is vertical p, horizontal p, and the number of arrays is m × m, the elements of the diffraction pattern array 23 formed on the optical thin plate 22 have a pitch p and an array number m.
X m, one element of the diffraction pattern array 26 formed on the optical thin plate 25 has a pitch p, and the number of arrays m × m is 4
You only need to prepare each one.
【００１５】次に、本実施例の光学装置のサイズについ
て述べる。図３（ｂ）はある一つの画素からの光ビーム
がガラス基板２４中で生じる４本のビームのうち、対角
に位置する２本の光ビームの光軸を含む平面で切った断
面での光学系を示している。ガラス基板２４中の分岐角
度をθとすると、必要とされるガラス基板２４の厚さｔ
は、次式のように表される。Next, the size of the optical device of this embodiment will be described. FIG. 3 (b) is a cross-sectional view taken along a plane including the optical axes of two light beams diagonally located out of the four beams generated by the light beam from one pixel in the glass substrate 24. The optical system is shown. When the branch angle in the glass substrate 24 is θ, the required thickness t of the glass substrate 24 is t.
Is expressed by the following equation.
【００１６】[0016]
【数１】 [Equation 1]
【００１７】そして、分岐集光用の回折パターンアレイ
２３のエレメントの平板ガラス２１中での焦点距離をｆ
1p、ガラス基板２４中での焦点距離をｆ1s、軸ずれ集光
作用を有する回折パターンアレイ２６のエレメントの平
板ガラス２７中での焦点距離をｆ2p、ガラス基板２４中
での焦点距離をｆ2sとし、図３（ｂ）のような４ｆの光
学系を採用すると、各回折パターンアレイ２３、２６
は、次式を満たす焦点距離を持つエレメントに設計する
必要がある。Then, the focal length of the element of the diffraction pattern array 23 for branching and focusing in the flat glass 21 is f.
1p , the focal length in the glass substrate 24 is f 1s , the focal length in the flat glass 27 of the element of the diffraction pattern array 26 having the off-axis focusing action is f 2p , and the focal length in the glass substrate 24 is f 1s . If 2s is used and a 4f optical system as shown in FIG. 3B is adopted, each diffraction pattern array 23, 26
Must be designed into an element having a focal length that satisfies the following equation.
【００１８】[0018]
【数２】 [Equation 2]
【００１９】以上から本実施例の光学装置の全長Ｔは、 Ｔ＝ｔ＋２ｆ1p＋２ｆ2p となる。例えば２次元入力画像データ２８の画素のピッ
チｐを100 μｍ、アレイ数ｍ×ｍを200 ×200 とした場
合の分岐角度θによる光学装置の全長Ｔと、その分岐角
度θを生じさせるために必要な回折パターンの許容描画
ピッチｄを図４に示した。この図から描画ピッチｄを1.
2 μｍ許容すると、分岐集光作用を有する回折パターン
アレイの分岐角度は15度まで得ることができ、光学装置
の全長Ｔは2.7cm まで小さくできる。From the above, the total length T of the optical device of this embodiment is T = t + 2f 1p + 2f 2p . For example, in order to generate the total angle T of the optical device by the branch angle θ and the branch angle θ when the pixel pitch p of the two-dimensional input image data 28 is 100 μm and the number of arrays m × m is 200 × 200. The allowable drawing pitch d of various diffraction patterns is shown in FIG. From this figure, the drawing pitch d is 1.
When 2 μm is allowed, the branching angle of the diffraction pattern array having the branching and converging function can be obtained up to 15 degrees, and the total length T of the optical device can be reduced to 2.7 cm.
【００２０】従来のファイバプレートを用いた積層光学
系でこのような４分岐の機能を実現するためには、ファ
イバプレート型の光学装置を２個組み合わせて構成しな
ければならず、サイズも大きくなり挿入損失も増加す
る。また、従来のバルク型光学素子でこのような４分岐
の機能を実現する場合には、バルクレンズによる画像の
不均一性や、装置全体が大きく、機械的な安定性が欠け
るとことになる。In order to realize such a four-branching function in a conventional laminated optical system using fiber plates, it is necessary to combine two fiber plate type optical devices and the size becomes large. Insertion loss also increases. Further, in the case where such a function of four branches is realized by the conventional bulk type optical element, it means that the image is not uniform due to the bulk lens and the entire apparatus is large, and mechanical stability is lacking.
【００２１】これに対して、本実施例の光学装置では、
２次元画像データの４分岐が、光学素子を積層構造にし
た単体デバイスにおいて可能になる。また、画素毎に光
を伝搬させるので、バルク型光学素子にありがちな周辺
光量の低下や、収差による画像全体の歪も避けられる。
さらに、光学素子を積層構造にしたので、１度製作した
ら光軸がずれることはなく、機械的、環境的安定性にも
優れている。On the other hand, in the optical device of this embodiment,
Four-division of two-dimensional image data becomes possible in a single device having a laminated structure of optical elements. Further, since the light is propagated for each pixel, it is possible to avoid a decrease in the amount of peripheral light that is likely to occur in the bulk type optical element and distortion of the entire image due to aberration.
Furthermore, since the optical element has a laminated structure, the optical axis does not shift even if it is manufactured once, and it is excellent in mechanical and environmental stability.
【００２２】本実施例では、画像の４分岐について説明
したが、２次元出力画像データ２９の４つのデータを入
力データとし、逆伝搬を用いれば２次元画像データの合
成も実行できる。さらに、分岐集光作用を有する回折パ
ターンアレイ２３と軸ずれ集光作用を有する回折パター
ンアレイ２６のエレメントの回折パターンを変えること
により、任意の数の分岐、合成も可能であるし、数画素
分画像をずらして合成するといったような画像のシフト
合成も可能である。また、分岐集光作用を有する回折パ
ターンアレイ２３と軸ずれ集光作用を有する回折パター
ンアレイ２６のエレメントは、それぞれ１画素の伝搬を
制御しているので、やはりそれぞれのエレメントのパタ
ーンを変えることにより、画像データの並び変え、重み
づけ、フィルタリングなどもできる。In this embodiment, the description has been given of the four-branching of the image, but the four-dimensional data of the two-dimensional output image data 29 is used as the input data and the back propagation can be used to combine the two-dimensional image data. Furthermore, by changing the diffraction patterns of the elements of the diffraction pattern array 23 having the branching light condensing function and the diffraction pattern array 26 having the axis-shifting light converging function, it is possible to branch and combine an arbitrary number of pixels, and to combine several pixels. It is also possible to perform shift combination of images, such as shifting and combining images. Further, since the elements of the diffraction pattern array 23 having the branching light condensing function and the elements of the diffraction pattern array 26 having the axis-shifting light converging function respectively control the propagation of one pixel, it is also possible to change the pattern of each element. , Rearrangement of image data, weighting, filtering, etc. are also possible.
【００２３】このように、本実施例によれば、従来のバ
ルク型の光学素子の組み合わせや、ファイバプレートを
用いた積層光学系では実現が難しかった、複雑で空間的
配置変えを含む画像データの分岐合成が、単体デバイス
で可能になるという特有の効果を有する。As described above, according to this embodiment, it is difficult to realize the conventional combination of bulk type optical elements and the laminated optical system using the fiber plate, and the image data including the complicated spatial arrangement is changed. Branch synthesis has the unique effect that it is possible with a single device.
【００２４】なお、本実施例では、分岐集光作用を有す
る回折パターンアレイ２３を光学薄板２２上に形成した
が、光学薄板２２を省略して、ガラス基板２４や平板ガ
ラス２１上に直接描画してもかまわない。また、望む回
折効果を得るために、種々の回折パターンを形成した光
学薄板２２を複数枚使用してもよい。同様に、軸ずれ集
光作用を有する回折パターンアレイ２６を光学薄板２５
上に形成したが、光学薄板２５を省略して、ガラス基板
２４や平板ガラス２７上に直接形成してもかまわない。
また、望む回折効果を得るために、種々の回折パターン
を形成した光学薄板２５を複数枚使用してもよい。In this embodiment, the diffraction pattern array 23 having a branching and condensing function is formed on the optical thin plate 22, but the optical thin plate 22 is omitted and the pattern is directly drawn on the glass substrate 24 or the flat glass 21. It doesn't matter. Further, in order to obtain the desired diffraction effect, a plurality of optical thin plates 22 having various diffraction patterns may be used. Similarly, the diffraction pattern array 26 having an off-axis focusing function is attached to the optical thin plate 25.
Although it is formed above, the optical thin plate 25 may be omitted and formed directly on the glass substrate 24 or the flat glass 27.
Further, in order to obtain a desired diffraction effect, a plurality of optical thin plates 25 having various diffraction patterns may be used.
【００２５】さらに、軸ずれを補正しなくてもよい場合
は、光学薄板２５および平板ガラス２７を取り除き、回
折パターンアレイ２６のないガラス基板２４の表面を出
力面３１としてもかまわない。Further, when it is not necessary to correct the axis deviation, the optical thin plate 25 and the flat glass plate 27 may be removed and the surface of the glass substrate 24 without the diffraction pattern array 26 may be used as the output surface 31.
【００２６】また本実施例では、光が伝搬する光学系を
４ｆの構成としたが、平板ガラス２１、２７、ガラス基
板２４の厚さおよび分岐集光作用を有する回折パターン
アレイ２３、軸ずれ集光用の回折パターンアレイ２６の
エレメントの焦点距離を適当に変えることにより、画素
の大きさの倍率を変えることも可能である。In the present embodiment, the optical system for propagating light has a structure of 4f, but the flat glass 21, 27, the thickness of the glass substrate 24, the diffraction pattern array 23 having a branching and condensing function, and the axis offset collection. By appropriately changing the focal length of the elements of the diffraction pattern array 26 for light, it is possible to change the magnification of the pixel size.
【００２７】（実施例２）次に、本発明の第２の実施例
について、図面を参照しながら説明する。図５は２次元
画像データを分岐する本実施例における光学装置の構成
を示したものである。図５において、５８は２次元入力
画像データ、５９は２次元出力画像データであり、５１
は２次元入力画像データ５８の入力面４０を固定するた
めの入力側の平板ガラス、５２はいずれか一方の面に分
岐作用を有する回折パターン５３を形成した光学薄板で
あり、平板ガラス５１に重ねて接着されている。４２は
平板ガラス５１に重ねて接着された平板マイクロレンズ
アレイ、５４は平板マイクロレンズ４２に重ねて接着さ
れたガラス基板、５５はいずれか一方の面に軸ずれ集光
作用を有する回折パターンアレイ５６を形成した光学薄
板であり、ガラス基板５４上の光学薄板５２が接着され
ている面とは反対側の面に接着されている。５７は２次
元出力画像データの出力面４１を固定するための出力側
の平板ガラスであり、光学薄板５５に重ねて配置されて
いる。(Second Embodiment) Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 5 shows the configuration of the optical device in this embodiment that branches two-dimensional image data. In FIG. 5, reference numeral 58 is two-dimensional input image data, 59 is two-dimensional output image data, and 51
Is a flat glass plate on the input side for fixing the input surface 40 of the two-dimensional input image data 58, and 52 is an optical thin plate having a diffraction pattern 53 having a branching action on either one of the flat glass plates 51. Are glued together. 42 is a flat plate microlens array that is laminated and adhered to the flat plate glass 51, 54 is a glass substrate that is laminated and adhered to the flat plate microlens 42, and 55 is a diffraction pattern array 56 having an off-axis condensing action on either surface. Is formed on the glass substrate 54, and is bonded to the surface of the glass substrate 54 opposite to the surface to which the optical thin plate 52 is bonded. Denoted at 57 is a flat plate glass on the output side for fixing the output surface 41 of the two-dimensional output image data, which is arranged so as to overlap the optical thin plate 55.
【００２８】次に、本実施例の動作について説明する。
本実施例では、画像の４分岐の場合について説明する。
まず１つの画素からの光の伝搬について説明する。平板
ガラス５１の入力面４０上に置かれた２次元入力画像デ
ータ５８の中の１つの画素から出射した光は、平板ガラ
ス５１中を伝搬し、光学薄板５２上に形成された分岐用
の回折パターン５３の１つのエレメントに入射する。こ
の入射した光は、分岐用の回折パターン５３により４方
向に分岐する位相の変化を受ける。そして、すぐ隣に配
置された平板マイクロレンズアレイ４２の１個のレンズ
に入射して集光作用の位相の変化を受ける。分岐用の回
折パターン５３と平板マイクロレンズアレイ４２の両方
から位相変化を受けた光は、拡散しない絞られた４本の
ビームとして４方向に分岐する。分岐された４本の光ビ
ームは、ガラス基板５４中を伝搬し、ガラス基板５４の
隣に接着された光学薄板５５上に形成された軸ずれ集光
用の回折パターンアレイ５６のエレメントにそれぞれ斜
めに入射する。以降、第１の実施例と同様に光が作用
し、装置全体でも第１の実施例と同様な作用を受け、２
次元画像データの４分岐が実行できる。Next, the operation of this embodiment will be described.
In the present embodiment, the case of 4-branching of an image will be described.
First, the propagation of light from one pixel will be described. The light emitted from one pixel in the two-dimensional input image data 58 placed on the input surface 40 of the flat glass 51 propagates through the flat glass 51 and is diffracted for branching formed on the optical thin plate 52. It is incident on one element of the pattern 53. The incident light undergoes a change in the phase of splitting in four directions by the splitting diffraction pattern 53. Then, the light is incident on one lens of the flat plate microlens array 42 arranged immediately adjacent to the flat microlens array 42, and the phase of the condensing action is changed. The light that has undergone the phase change from both the branching diffraction pattern 53 and the flat plate microlens array 42 is branched in four directions as four narrowed beams that do not diffuse. The four branched light beams propagate in the glass substrate 54, and are oblique to the elements of the diffraction pattern array 56 for concentrating off-axis light formed on the optical thin plate 55 adhered next to the glass substrate 54. Incident on. After that, light acts as in the first embodiment, and the entire device receives the same action as in the first embodiment.
Four branches of three-dimensional image data can be executed.
【００２９】本実施例では、画像の４分岐について説明
したが、２次元出力画像データ５９の４つのデータを入
力データとし、逆伝搬を用いれば２次元画像データの合
成も実行できる。さらに、分岐作用を有する回折パター
ン５３と軸ずれ集光用の回折パターンアレイ５６のエレ
メントの回折パターンを変えることにより、任意の数の
分岐、合成も可能であるし、シフト合成も可能である。In the present embodiment, the description has been given of the four-branching of the image, but the four-dimensional data of the two-dimensional output image data 59 is used as the input data, and the two-dimensional image data can be combined by using the back propagation. Further, by changing the diffraction pattern 53 having a branching action and the diffraction patterns of the elements of the diffraction pattern array 56 for concentrating off-axis light, it is possible to perform an arbitrary number of branching and combining, or shift combining.
【００３０】また、本実施例では、平板マイクロレンズ
アレイ４２を用いているので、アレイピッチや焦点距離
に制約があり、第１の実施例ほどの設計の自由度はない
が、平板マイクロレンズは光の位相を連続的に変化させ
るため、集光効率は高い。さらに、光学薄板５２に形成
する回折パターン５３は、回折格子のような簡単なパタ
ーンでもかまわないので、簡単で、精度、効率の良い装
置が実現できる。このように、本実施例によれば、望む
分岐合成機能が、平板マイクロレンズアレイを使った構
成でも可能ならば、比較的簡単で効率の良い装置が実現
できるという特有の効果を有する。Further, in this embodiment, since the flat plate microlens array 42 is used, the array pitch and the focal length are limited, and the flatness of the flat plate microlenses is not as great as that of the first embodiment. Since the phase of light is continuously changed, the light collection efficiency is high. Further, since the diffraction pattern 53 formed on the optical thin plate 52 may be a simple pattern such as a diffraction grating, a simple, highly accurate and efficient device can be realized. As described above, according to the present embodiment, if the desired branching / synthesizing function can be achieved by the configuration using the flat plate microlens array, a relatively simple and efficient device can be realized.
【００３１】また、本実施例では、分岐作用を有する回
折パターン５３を光学薄板５２上に形成したが、光学薄
板５２を省略して、ガラス基板５４や平板マイクロレン
ズアレイ４２、平板ガラス５１上に直接形成してもかま
わない。また、望む回折効果を得るために、種々の回折
パターンを形成した光学薄板５２を複数枚使用してもよ
い。同様に、軸ずれ集光作用を有する回折パターンアレ
イ５６を光学薄板５５上に形成したが、光学薄板５５を
省略して、ガラス基板５４や平板ガラス５７上に直接形
成してもかまわない。また、望む回折効果を得るため
に、種々の回折パターンを形成した光学薄板５５を複数
枚使用してもよい。また、軸ずれを補正しなくてもよい
場合は、光学薄板５５および平板ガラス５７を取り除
き、回折パターンアレイ５６のないガラス基板５４の表
面を出力面４１としてもかまわない。Further, in the present embodiment, the diffraction pattern 53 having the branching action is formed on the optical thin plate 52, but the optical thin plate 52 is omitted and the glass substrate 54, the flat plate microlens array 42, and the flat glass 51 are formed. It may be formed directly. Further, in order to obtain a desired diffraction effect, a plurality of optical thin plates 52 having various diffraction patterns may be used. Similarly, although the diffraction pattern array 56 having the axis-shifting light condensing function is formed on the optical thin plate 55, the optical thin plate 55 may be omitted and may be directly formed on the glass substrate 54 or the flat glass 57. Further, in order to obtain a desired diffraction effect, a plurality of optical thin plates 55 having various diffraction patterns may be used. Further, when it is not necessary to correct the axis deviation, the optical thin plate 55 and the flat glass 57 may be removed and the surface of the glass substrate 54 without the diffraction pattern array 56 may be used as the output surface 41.
【００３２】さらに、本実施例では、平板ガラス５１と
ガラス基板５４の間に介装する光学薄板５２と平板マイ
クロレンズアレイ４２の積層順序を変えても、同様な効
果を有する。Further, in this embodiment, even if the stacking order of the optical thin plate 52 and the flat plate microlens array 42 interposed between the flat glass plate 51 and the glass substrate 54 is changed, the same effect can be obtained.
【００３３】[0033]
【発明の効果】以上のように、本発明による光学装置
は、透明基板の一方の平面上に分岐集光用の回折パター
ンアレイ、または分岐用の回折パターンと集光用のマイ
クロレンズアレイを重ねて配置し、その上に透明平板を
重ねて配置した構成を有することにより、さらには透明
基板の他方の面に軸ずれ集光用の回折パターンアレイと
透明平板を重ねて配置した構成を有することにより、従
来のバルク型の光学素子の組み合わせや、ファイバプレ
ートを用いた単体デバイスでは実現が難しかった、複雑
な画像データの分岐合成または配置変換を、小型の単体
デバイスで実現できるという優れた効果を有する。As described above, in the optical device according to the present invention, the diffraction pattern array for branching and focusing, or the diffraction pattern for branching and the microlens array for focusing are superposed on one plane of the transparent substrate. By arranging the transparent flat plate on top of it, and further by arranging the transparent flat plate on the transparent flat plate, the diffraction pattern array for off-axis focusing and the transparent flat plate are stacked on the other surface of the transparent substrate. As a result, it has the excellent effect that it is possible to realize complex branching synthesis or layout conversion of image data with a small single device, which was difficult to achieve with a conventional combination of bulk type optical elements or a single device using a fiber plate. Have.
【図１】本発明の概念を説明するための光学装置の構成
を示す概略斜視図FIG. 1 is a schematic perspective view showing the configuration of an optical device for explaining the concept of the present invention.
【図２】本発明の第１の実施例における光学装置の構成
を示す概略斜視図FIG. 2 is a schematic perspective view showing the configuration of the optical device according to the first embodiment of the invention.
【図３】（ａ）第１の実施例における光学装置の光路を
示す概略斜視図 （ｂ）第１の実施例における光学装置の断面での光路を
示す概略断面図FIG. 3A is a schematic perspective view showing an optical path of the optical device according to the first embodiment. FIG. 3B is a schematic sectional view showing an optical path at a cross section of the optical device according to the first embodiment.
【図４】第１の実施例における分岐角度θによる光学装
置の全長Ｔと、分岐角度を生じさせるために必要な回折
素子の許容形成ピッチの関係を示す特性図FIG. 4 is a characteristic diagram showing the relationship between the total length T of the optical device according to the divergence angle θ and the allowable formation pitch of the diffractive element necessary to generate the divergence angle in the first embodiment.
【図５】本発明の第２の実施例における光学装置の構成
を示す概略斜視図FIG. 5 is a schematic perspective view showing a configuration of an optical device according to a second embodiment of the present invention.
【図６】従来のファイバプレートを中心とした光学装置
の構成を示す概略分解斜視図FIG. 6 is a schematic exploded perspective view showing the configuration of a conventional optical device centering on a fiber plate.
１１ 透明基板 １２、１３ 回折パターンアレイ １４、１５ 透明平板 １６ ２次元入力画像データ １７ ２次元出力画像データ ２１ 平板ガラス ２２ 光学薄板 ２３ 回折パターンアレイ ２４ ガラス基板 ２５ 光学薄板 ２６ 回折パターンアレイ ２７ 平板ガラス ２８ ２次元入力画像データ ２９ ２次元出力画像データ ３０ 入力面 ３１ 出力面 ４０ 入力面 ４１ 出力面 ４２ 平板マイクロレンズアレイ ５１ 平板ガラス ５２ 光学薄板 ５３ 回折パターン ５４ ガラス基板 ５５ 光学薄板 ５６ 回折パターンアレイ ５７ 平板ガラス ５８ ２次元入力画像データ ５９ ２次元出力画像データ 11 transparent substrate 12, 13 diffraction pattern array 14, 15 transparent flat plate 16 two-dimensional input image data 17 two-dimensional output image data 21 flat glass 22 optical thin plate 23 diffraction pattern array 24 glass substrate 25 optical thin plate 26 diffraction pattern array 27 flat glass 28 Two-dimensional input image data 29 Two-dimensional output image data 30 Input surface 31 Output surface 40 Input surface 41 Output surface 42 Flat microlens array 51 Flat glass 52 Optical thin plate 53 Diffraction pattern 54 Glass substrate 55 Optical thin plate 56 Diffraction pattern array 57 Flat glass 58 two-dimensional input image data 59 two-dimensional output image data
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 若 林 信 一 神奈川県川崎市多摩区東三田３丁目10番１ 号 松下技研株式会社内 (72)発明者 武 内 喜 則 神奈川県川崎市多摩区東三田３丁目10番１ 号 松下技研株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Shinichi Wakabayashi Shinichi Wakabayashi 3-10-1 Higashisanda, Tama-ku, Kawasaki City, Kanagawa Prefecture Matsushita Giken Co., Ltd. (72) Yoshinori Takeuchi Tama-ku, Kawasaki City, Kanagawa Prefecture 3-10-1 Higashisanda Matsushita Giken Co., Ltd.
Claims (16)
明平板と、光の分岐集光作用を有する回折パターンアレ
イと、２次元画像データを出力する透明基板とを重ね合
わせた構成を有する光学装置。1. An optical system having a structure in which an input-side transparent flat plate to which two-dimensional image data is input, a diffraction pattern array having a light branching and condensing function, and a transparent substrate for outputting two-dimensional image data are superposed. apparatus.
の透明基板側の面に形成されていることを特徴とする請
求項１記載の光学装置。2. The optical device according to claim 1, wherein the diffraction pattern array is formed on a surface of the input side transparent flat plate on the transparent substrate side.
と透明基板との間に介装された光学薄板に形成されてい
ることを特徴とする請求項１記載の光学装置。3. The optical device according to claim 1, wherein the diffraction pattern array is formed on an optical thin plate interposed between a transparent plate on the input side and a transparent substrate.
側透明平板側の面に形成されていることを特徴とする請
求項１記載の光学装置。4. The optical device according to claim 1, wherein the diffraction pattern array is formed on a surface of the transparent substrate on the input side transparent flat plate side.
平板と、光の分岐作用を有する回折パターンと、光の集
光作用を有する平板マイクロレンズアレイと、２次元画
像データを出力する透明基板とを重ね合わせた構成を有
する光学装置。5. An input-side transparent flat plate to which secondary image data is input, a diffraction pattern having a light branching action, a flat plate microlens array having a light converging action, and a transparent light which outputs two-dimensional image data. An optical device having a structure in which a substrate is superposed.
マイクロレンズアレイ側の面に形成されていることを特
徴とする請求項５記載の光学装置。6. The optical device according to claim 5, wherein the diffraction pattern is formed on the surface of the input side transparent flat plate on the side of the flat plate microlens array.
レイの入力側透明平板側の面に形成されていることを特
徴とする請求項５記載の光学装置。7. The optical device according to claim 5, wherein the diffraction pattern is formed on the surface of the flat plate microlens array on the input side transparent flat plate side.
マイクロレンズアレイとの間に介装された光学薄板に形
成されていることを特徴とする請求項５記載の光学装
置。8. The optical device according to claim 5, wherein the diffraction pattern is formed on an optical thin plate interposed between the input side transparent flat plate and the flat plate microlens array.
平板と、光の集光作用を有する平板マイクロレンズアレ
イと、光の分岐作用を有する回折パターンと、２次元画
像データを出力する透明基板とを重ね合わせた構成を有
する光学装置。9. An input-side transparent flat plate to which secondary image data is input, a flat plate microlens array having a light converging action, a diffraction pattern having a light branching action, and a transparent that outputs two-dimensional image data. An optical device having a structure in which a substrate is superposed.
アレイの透明基板側の面に形成されていることを特徴と
する請求項９記載の光学装置。10. The optical device according to claim 9, wherein the diffraction pattern is formed on the surface of the flat plate microlens array on the transparent substrate side.
クロレンズアレイ側の面に形成されていることを特徴と
する請求項９記載の光学装置。11. The optical device according to claim 9, wherein the diffraction pattern is formed on the surface of the transparent substrate on the side of the flat plate microlens array.
アレイと透明基板との間に介装された光学薄板に形成さ
れていることを特徴とする請求項９記載の光学装置。12. The optical device according to claim 9, wherein the diffraction pattern is formed on an optical thin plate interposed between the flat plate microlens array and the transparent substrate.
れる側の面に、軸ずれ集光作用を有する回折パターンア
レイと、出力側透明平板とを重ね合わせた構成を有する
請求項１から１２のいずれかに記載の光学装置。13. A structure in which a diffraction pattern array having an off-axis focusing function and an output-side transparent flat plate are superposed on the surface of the transparent substrate on which the two-dimensional image data is output. The optical device according to any one of 1.
が、透明基板の出力側透明平板側の面に形成されている
ことを特徴とする請求項１３記載の光学装置。14. The optical device according to claim 13, wherein the diffraction pattern array for concentrating off-axis light is formed on the surface of the transparent substrate on the output side transparent flat plate side.
が、透明基板と出力側透明平板との間に介装された光学
薄板に形成されていることを特徴とする請求項１３記載
の光学装置。15. The optical device according to claim 13, wherein the diffraction pattern array for concentrating off-axis light is formed on an optical thin plate interposed between a transparent substrate and an output-side transparent flat plate. .
が、出力側透明平板の透明基板側の面に形成されている
ことを特徴とする請求項１３記載の光学装置。16. The optical device according to claim 13, wherein the diffraction pattern array for concentrating off-axis light is formed on the transparent substrate side surface of the output side transparent flat plate.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06427695A JP3380352B2 (en) | 1995-03-23 | 1995-03-23 | Optical device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06427695A JP3380352B2 (en) | 1995-03-23 | 1995-03-23 | Optical device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08262516A true JPH08262516A (en) | 1996-10-11 |
| JP3380352B2 JP3380352B2 (en) | 2003-02-24 |
Family
ID=13253543
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP06427695A Expired - Lifetime JP3380352B2 (en) | 1995-03-23 | 1995-03-23 | Optical device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3380352B2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022176459A1 (en) * | 2021-02-19 | 2022-08-25 | 株式会社フジクラ | Optical computation device and optical computation method |
| WO2022176460A1 (en) * | 2021-02-18 | 2022-08-25 | 株式会社フジクラ | Optical computation device and optical computation method |
-
1995
- 1995-03-23 JP JP06427695A patent/JP3380352B2/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022176460A1 (en) * | 2021-02-18 | 2022-08-25 | 株式会社フジクラ | Optical computation device and optical computation method |
| WO2022176459A1 (en) * | 2021-02-19 | 2022-08-25 | 株式会社フジクラ | Optical computation device and optical computation method |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3380352B2 (en) | 2003-02-24 |
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