JPH01271730A - 光ａ−ｄ変換器 - 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） 本発明は光Ａ−Ｄ変換器に関し、特に非線形ファブリペ
ロー共振器から出力される２種類の出力光を利用した光
学的並列処理が可能な高精度の光Ａ−Ｄ変換器に関する
ものである。

（従来の技術） 近年画像処理分野や画像通信分野等においては画像に関
するアナログ画像情報を光、又は電気的なデジタル情報
に変換する所謂Ａ−Ｄ変換器を用い該Ａ−Ｄ変換器より
得られたデジタル情報を計算機で高粒度、高速度にデジ
タル処理することが行なわれている。

このうち特に画像処理分野における技術は発達が著しく
、多種、多様でしかも高速及び高精度なＡ−Ｄ変換器が
求められている。

一般に画像処理において高精度化を図ろうとすると１枚
の画像の画素数が増加する。一方最近は１枚の画像の情
報量が増加してきている。従って１画素当りの処理時間
は従来以上に高速度に処理することが要求されている。

例えば具体的数値を挙げると１０ビツト用のＡ−り変換
素子の処理速度はかなり高速な素子で現在約０．１μｓ
ｅｃ程度である。

処理画素数が例えば１００Ｘ　１００画素であると画像
全体で約１　ｍ５ｅｃの処理時間を要する。又１０００
Ｘ１０００画素であると約１０Ｏｎ＋ｓｅｃとなり、か
なり処理時間か長くなってくる。

この為、最近電気的処理に代わって光を利用して並列に
処理を行ない高速度化を図ろうとすることが例えば特開
昭５４−１１７５６号公報や特開昭５８−１５３９２１
号公報等で提案されている。同公報では電気的アナロク
情報を光信号に置き換えると同時に濃度フィルター若し
くは音響光学効果を用いた光学的処理により量子化を行
い量子化レベルに応じて電気信号として２値化を行フて
いる。

しかしながらこれらの公報では量子化段階のみ光信号を
用いている為、２値化する段階で量子化レベル数だけの
充電変換素子、符号発生回路等を必要とする。この為量
子化レベル数が処理ビット数に応じて増大すると構成が
それにつれて繁雑となり、又光学的処理が一部にしか使
われていない為、全体として高速度化が困難であった。

又、電気的チップを使用せずにＡ−Ｄ変換を行う方法が
例えば特開昭５８−１５２２２５号公報で提案されてい
る。しかしながら同公報では光学的アナログ量を単に２
段階に区別するものであり使用用途が極めて限られてい
る。

以上のように従来の画像処理においては光学的にＡ−Ｄ
変換を行うことにより高速度化を図ることが大変困難で
あった。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は高速度でしかも高精度に２次元的な並列処理が
可能な特に画像処理や画像通信等の分野に好適な光Ａ−
Ｄ変換器の提供を特徴とする特に本発明は非線形光素子
として最適化された非線形ファブリペロー共振器を用い
ることにより高蹟度な光Ａ−Ｄ変換器の提供を１」的と
している。

本発明の更なる目的は画像処理においては１画素のビッ
ト数が任意に設定でき画像の諧調性を適切に設定するこ
とができる光Ａ−Ｄ変換器の提供にある。

本発明の更なる目的は多色画像情報から特定色、例えば
３原色の画像情報を空間的若しくは時系列的に分離抽出
し、並列処理を行うことにより多色画像情報であっても
効率的にしかも高速処理が可能な光Ａ−Ｄ変換器の提供
にある。

（問題点を解決するための手段） 入力光に対して一定のしきい値を有し、入力光が該しき
い値以下のときは第１出力光としてディジット０を意味
するデジタル信号に相当する強度の光を、第２出力光と
して該入力光強度に比例した強度の光を各々出力し、入
力光が該しきい値以上のときは第１出力光としてディジ
ット１を意味するデジタル信号に相当する強度の光を、
第２出力光として該入力光強度から該しきい値を差し引
いた光強度に比例する光を各々出力する非線形光素子を
有する光Ａ−Ｄ変換手段を利用した光Ａ−り変換器にお
いて、該非線形光素子は非線形ファブリペロー共振器か
ら成り、該非線形ファブリペロー共振器における入射側
と透過側のミラーの反射率を各々ＲＦ、ＲＢとし、共振
器内の吸収係数をα、共振器長をｄとしたとき 一２αｄ ＲＢｅ−２ａｄ−０．１５≦　ＲＦ≦　ＲＢｅ　　　　
＋　０．１５なる条件を満足することである。

（実施例） 第１図は本発明の光Ａ−Ｄ変換器の第１実施例のブロッ
ク図である。同図において１０は光Ａ−Ｄ変換器であり
、非線形光素子１２と光遅延素子１３そして光増幅素子
１４を有している。

尚、非線形光素子１２と光遅延素子１３そして光増幅素
子１４は光Ａ−Ｄ変換手段の一部を構成している。

１１は入力部であり、例えば光Ａ−Ｄ変換する為の画像
情報等の１次元又は２次元的なアナログ量より成る入力
光Ｌ１を光Ａ−Ｄ変換器１０の非線形光素子１２に入力
している。本実施例における非線形光素子１２は入力光
Ｌ１に対して一定のしきい値を有し、該しきい値を基準
にして同時にデジタル信号より成る第１出力光Ｔとアナ
ログ信号より成る第２出力光Ｒの２種類の出力光を出力
する非線形ファブリペロー共振器（以下［ファブリペロ
ー共振器」という。）を利用している。

光遅延素子１３は非線形光素子１２から入力されてくる
第２出力光Ｒを一定時間遅延させて出力している。光増
幅素子１４は光遅延素子１３から入力されてくる第２出
力光Ｒを一定の増幅率で線形に増幅した後、非線形光素
子１２に入力光として再入力している。１５は出力部で
ある。

本実施例においては入力部１１からのアナログ信号より
成る入力光Ｌ１をファブリペロー共振器１２に入力する
。ファブリペロー共振器１２は一定のしきい値を有し、
例えば第２図（八）　、　（Ｂ）に示すように入力光Ｌ
１の光強度Ｉがしきい値Ｉ、以下のときは第１出力光Ｔ
として同図（Ａ）に示すディジット０を意味するデジタ
ル信号に相当する強度Ｉ。の光を、第２出力光Ｒとして
同図（Ｂ）に示す入力光の強度に比例した強度Ｉ　ＲＱ
の光を各々出力している。

又、入力光の強度Ｉがしきい値Ｉｔ以上のときは第１出
力光Ｔとして同図（Ａ）に示すディジット１を意味する
デジタル信号に相当する強度１１の光を、第２出力光Ｒ
として同図（Ｂ）に示すように入力光強度■からしきい
値を差し引いた光強度に比例する強度ＩＲＩの光を各々
出力している。

このようにファブリペロー共振器１２からの第１出力光
Ｔは第２図（Ａ）に示すステップ状のデジタル信号であ
り、第２出力光Ｒは第２図（Ｂ）に示すように入力光強
度が一定値までは該入力光強度に比例し、一定値に達す
ると一時０となり再び入力光強度に比例して線形に増加
するアナログ信号となっている。

そしてファブリペロー共振器１２からの出力光のうち第
２出力光Ｒを光遅延素子１３に入射させている。光遅延
素子１３はファブリペロー共振器１２からの第２出力光
を光増幅素子１４で増幅して非線形光素子１２に再入力
させる帰還系の任意の一部に設けられており、ファブリ
ペロー共振器１２で処理される情報が帰還中に先の光情
報と混合しないようにタイミングをとる為に一定時間遅
延させている。光遅延素子１３で遅延された第２出力光
Ｒは光増幅素子１４に入射する。光増幅素子１４では入
力光を一定の増幅率で例えばファブリペロー共振器１２
に入力光強度に対して２倍となるように増幅している。

以上のように本実施例では光Ａ−Ｄ変換手段１０におい
て、アナログ信号である入力光Ｌ１に対しファブリペロ
ー共振器１２を介した帰還系を構成することにより該光
Ａ−Ｄ変換手段１０より順次デジタル信号である第１出
力光Ｔを得ている。

このように本実施例の光Ａ−Ｄ変換器は入力から出力に
至る情報を全て光で処理してＡ−Ｄ変換している。

尚、本実施例において光情報が短いパルス光であり、帰
還中に時間の前後で混合する心配のない場合は光遅延素
子１３を省いても良い。

本実施例で用いた非線形ファブリへロー共振器は、例え
ば非線形屈折率を有する媒質をファブリペロー共振器内
に配置した構成より成り、入力光強度によって透過光強
度（第１出力光に相当）及び反射光強度（第２出力光に
相当）が非線形に変化する非線形な光機能素子としての
作用を有している。

本実施例ではこのときの入力光−透過光及び入力光−反
射光の光強度特性を最適化するため前述の如くファブリ
ペロー共振器における非線形媒質の吸収係数、共振器長
、共振器ミラーの入射側と透過側の各反射率等や共振器
の共振条件からの初期位相ずれ等を設定することを特徴
としている。

第３図（Ａ）は本実施例に係るファブリペロー共振器の
一実施例の概略図である。同図において３１は入射側の
ミラー（前面ミラー）で強度反射率ＲＦを有し、３２は
透過側のミラー（後面ミラー）で強度反射率ＲＢを有し
ている。３３は非線形媒質であり吸収係数α、ファプリ
ベロー共振器長ｄを有し、屈折率ｎはｎ＝ｎ、＋ΔｎＩ
ｃで表わしている。ここでｎ。は暗状態での屈折率であ
り、ＩＣは内部光強度であり、Δｎは内部光強度に応し
た非線形屈折率係数である。３４は入力光であり光強度
をＩ。、３５は透過光で通常第１出力光の機能を果たし
光強度をＩｔ、３６は反射光で通常、第２出力光の機能
を果たし光強度をＩＲとしている。

ファブリペロー共振器の透過率Ｔを Ｔ　−１ｔ／　１．　　　　　・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・（＋）とすれば、透過率Ｔは共振
器をチューニングすることにより変化する。最も透過率
Ｔの高くなる共振状態はｍを整数、λを使用波長とする
とのときに得られる。

又、ファブリペロー共振器では内部光強度と透過光強度
との間で次の関係が成立する。

Ｉア＝　Ｂ　−１ｃ　　　　　・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・（３）但し、Ｂは以下のように表
わされる。

（１）及び（３）式より となる。

共振状態は入力光強度■。の共振による増大効果で内部
光強度■。が大きくなって実現する。屈折率が内部光強
度ＩＣに依存する様子は、ｎ≠ｎｏ＋　Δｎｌｃ　　　
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（５）の
如く表わされる。

これを用いてはファブリへロー共振器のチューニングの
様子を表わす式は以下のようになる。

但し、 Ｒａ＝　５７［。−αｄ δ。は初期位相ずれであり、共振状態との関係は第３図
（Ｂ）に示すようになっている。第４図（Ａ）に（３）
式と（６）式におけるＴとＩＣを示す。（３）式と（５
）式よりＩＣを除去してＩｏとＩＴの関係を第４図（Ｂ
）に示す。第４図（Ｂ）においてＩ。が０から増大する
につれてＩＴは徐々に増大する。しかし■。がＥ点に達
するとＩＴはジャンプしＦ点に達する。逆にＩ。を減少
させると■。は上のブランチを通フてＧ点まで減少しＧ
点でＨ点まで落下する。このように１、の適切な範囲で
双安定現象が起きている。

本実施例で使用される光Ａ−Ｄ変換器では非線形ファブ
リペロー共振器に入力する光はパルス的であり、帰還し
て再び光が入力する間に毎回入力光は０となり、つまり
リセットされるため、実際に重要な入出力特性は第４図
（Ｂ）の下側ブランチを通る曲線となる。しきい値１ｔ
ｈはＥ点である。前述のメカニズムは透過光について説
明したが、反射側についても全く同様にして得ることが
可能である。

尚、この場合は以下の２式について解くことになる。

ｒｎ　−１，−Ｃ・■６　　　　　　・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・（７）但し 第５図はこのとき得られる双安定性を示す人出力特性の
概略図である。実際に光Ａ−Ｄ変換器に関わる人出力特
性は第５図の上側ブランチを通る曲線である。

前述の如く、高精度な光Ａ−Ｄ変換器を実現するために
は非線形ファブリペロ−共振器が第２図（Ａ）　、　（
Ｂ）に示すような入出力特性に近いことが望ましい。即
ち、透過側入出力特性については、階段状が望ましく、
又反射側人出力特性については、しきい値で急峻な変化
を持ち、それ以外は直線的な鋸歯波状が望ましい−。

本実施例では高精度の光Ａ−Ｄ変換器を得る為に前述の
如く各要素を設定している。即ち、入力光強度Ｉ。と透
過光強度■、との関係を式で表わすと（３）　、　（４
）　、　（５）　、　（６）式からＩｔ［１＋　　Ｆｓ
ｉｎ２（２πｄ−６口・Ｉｔ　／（Ｂ・　λ）÷δ）〕
−〕Ｂ−Ｄ−１−０　　　　　　　　・・・・・・・・
・・・・（９）という超越方程式が得られる。

但し δ　−２πｄ−ｎｏ／λ＋　δ０ である。

同様に入力光強度Ｉ。と反射光強度ＩＲとの関係は（７
）　、　（８）　、　（５）式から以下の超越方程式で
得られる。

（Ｔｏ　−Ｉｎ）４］　＋　Ｆｓｉｎ２［２πｄ・Δｎ
・（Ｔｏ　−Ｉｎ）／（Ｃ・　λ）＋６月　−（ニーＤ
−１，＝　０・・・・・・・・・・・・（１０） （９）弐及び（１０）式の超越方程式を解くことにより
、例えば第６図及び第７図で示すような人出力関係が得
られる。式及び図から人出力の関係は以下の包絡線で挾
まれる。

透過側は Ｉｔ　−Ｂ−Ｄ−ＩＯ・−−−−・−・−・−（１１）
Ｉｔ−Ｂｌ１Ｍｏ／（］”Ｆ）　　　−−・・−・−・
−・−（１２）書き換えると −αｄ ■、＝　１．（］−ＲＦ）（１−ＲＢ）　ｅ　　　／　
（１−Ｒ，）２・・・・・・・・・・・・（ＩＩ）’ −αｄ ＩＬ　＝　１０（１−ＲＰ）（］−１１ａ）　ｅ　　　
／　（１＋　Ｒａ）２・・・・・・・・・・・・（＋２
）’ 反射側は ＩＲ＝（Ｉ　−Ｃ−Ｄ　／　（１＋　Ｆ））　・■。

・・・・・・・・・・・・（１３） ＩＲ−（１−Ｃ−Ｄ　）　・■。

・・・・・・・・・・・・（１４） 書き換えると ＩＲ＝　Ｉｏ（履”ｇ’ｅ　−”　）２／　（＋”　ｎ
、）２・・・・・・・・・・・・（＋３）　’Ｉｎ　−
１ｏ（ｚ−Ｊ’Ｆ；’ｅ　−”　）２／　（ｌ−Ｒａ）
２・・・・・・・・・・・・（１４）　′となる。

光Ａ−Ｄ変換器を高精度に実現するために、この非線形
ファブリペロー共振器の入出力特性において最も重要な
点は、入力光強度がしきい値を越える位置で、反射光強
度が急激にドロップすることである。

つまり入力しきい値前後の出力値の差、つまり０Ｎ−Ｏ
ＦＦ比を可能な限り大きく設定することが非線形ファブ
リペロー共振器の最適化につながる。そのための最も効
果的な方法は第６図、第７図の下側包絡線の傾きを０に
近づけることである。

透過側は（１２）　’式より （１−ＲＦ）　（］−Ｒｅ）　　→　０　　・・・・・
・・・・・・・（１５）同様に反射側は（１４）′式よ
り ＲＰ／ＲＩｌ　−＋　ｅ″２ａｄ　　・・・・・・・・
・・・・（１６）となる。

次に具体的な実施例について説明する。

非線形ファブリペロー共振器の吸収量αｄを０．５と固
定し、入力しきい値前後での出力値を計算し、０Ｎ１０
ＦＦ比としてプロットした図を第８図、第９図に示す。

同図においては（１５）式（１６）式の傾向が良く示さ
れている。

同図に示すように透過側と反射側とでは最適設計の範囲
が異なってくる。光Ａ−Ｄ変換のためには一般にはしき
い値で出力値が０から遠ざかればその値だけフィードバ
ックされて誤差を生じるから特に反射側の人出力特性が
重要となってくる。

一方、透過側の出力値は、ディジタル値としてとらえる
点及びフィードバックしない点から反射側はど条件がき
びしくない。

この為、光Ａ−Ｄ変換器を設計する基本として非線形フ
ァブリへロー共振器の共振器ミラー反射率を ＲＦ／　Ｒ１１→ｅ−２°’　　　−・・・・−（１６
ａ）の如く設定することが好ましい。

特に本実施例においてはファブリペロー共振器における
各要素を Ｒ，ｅ　−２”　−０．１５≦ＲＰ≦Ｒａ　ｅ−２Ｃ１
ｄ＋　０．１５・・・・・・・・・・・・（１７） の如く設定するのが光Ａ−Ｄ変換を高精度に行うのに好
ましい。

又、第７図かられかるように下側包絡線の傾きが０に近
づくのは必須条件であるが、同時にト側包絡線の傾きが
あまり小さくならないようにすることが重要である。つ
まり反射光の強度が極端に低いと光利用率が低くなり、
且つ光増幅器の増幅利得を高めなければならず、光Ａ−
Ｄ変換器全体のシステムとして好ましくない。この傾向
は第９図にも表われている。

ＲＰ／ＲＢ＝ｅ−２０ｄの近傍に最適条件が存在するが
、その中でもＲ，、Ｒ，が比較的大きな状態の方か望ま
しいことが明らかである。

多くの場合、少なくともＲ，、ＲＢのいずれかが反射率
０．３以上つまり３０％以上であることが望ましい。特
にＲ，の値が大きい場合の方がさらに望ましい。

尚本実施例においてはα・ｄつまり非線形媒質での吸収
量が小さいほど（＋６ａ）式でのＲＰ　／　ＲＢの値は
１に近づき、従って（１５）式で示す傾向を同時に満足
する条件が出てくる。

本実施例では便宜上、固定パラメータとした吸収係数α
やファブリペロー共振器長ｄなども素子の設計において
は、重要なパラメータである。

第１０図、第１１図に人出力特性の測定例を示す。ここ
で設計した値ＲＰ／Ｒｅ　＝０．３１０．８　＝−αｄ ０．３７５はｅ　　　　＝　０．３６８に近（（１６ａ
）式をほぼ満足している。そのため反射光強度がしきい
値で、０近くに落ちることが明らかである。

本実施例において入力画像としては例えば写真フィルム
、写真プリント、種々のプリントのようなハードコピー
やＣＲＴ、液晶表示装置あるいは空間光変調器のような
ソフトコピーなどか挙げられる。

光Ａ−Ｄ変換器への入力光は入力画像に応じて透過光で
あったり、反射光であフたり、或は自然光によるもので
あったりする。又、非線形ファブリペロー共振器の波長
感度に合わせて空間光変調器などを用いて波長変換する
ことも可能である。

第１２図は本発明において入力画像から光Ａ−Ｄ変換器
への入力方法の具体的な一実施例の概略図である。

本実施例では所謂光描込み型空間光変調器を用いている
。受光層１２３として光伝導性を有するＣｄｓを用い、
光変調層１２４として受光量に応じてＣｄｓの電界が変
化するのを利用して電界変化を起こす液晶を用いている
。

この他、受光層１２３として半導体を用いたフォトダイ
オード、フォトトランジスタを用いても良い。又光変調
層１２４としては液晶以外に電気光学効果を持つものと
してＰＬ７．Ｔ、　ＬｔＮｂＯ３，Ｂ１１２Ｓ１０２０
等を用いても良い。更に同一波長を持つ光を出力する手
段として発光ダイオード、半導体レーザー等を用いても
良い。

本実施例においては各受光層１２３に入力画像１２２が
描き込まれ、しかる後に光変調層１２４ヘフアブリベロ
ー共振器に応じた波長を持つ光１２７偏光ビームスプリ
ッタ−１２５を介して入射させ、偏光ビームスプリッタ
−１２５を通して反射光１２８として該波長よりなる入
力画像情報を持つ画像を得ている。

次に本実施例の動作原理の具体例について説明する。

第１３図は２次元アナログ量より成るデジタル変換すべ
き一画像の一例である。本実施例では簡単の為、同図の
ｘ−ｘ′線上の画像を抽出して第１４図（Ａ）に示す強
度分布のアナログ画像をデジタル画像に変換する場合に
ついて説明する。

第１４図（Ａ）において横軸は空間的位置、縦軸は光強
度であり、以下これをｎビットの２値情報にデジタル化
する場合について説明する。

第１４図（Ａ）のアナログ情報が入力部１１から出力し
、ファブリペロー共振器１２に達すると予め設定してい
る例えば入力光強度２°−１の値をしきい値として第１
出力光Ｔは第１４図（Ｂ）に示すデジタル的出力光とな
り、第２出力光Ｒは第１４図（Ｃ）に示す同図（Ａ）か
ら同図（Ｂ）を引いたようなアナログ的出力光となる。

第１４図（Ｂ）の出力形態は入力光の強度がしきい値２
°−１を超えた場合にディジット１に相当する値を出力
し、超えない場合はディジット０に相当する値を出力し
ている。つまりｎビットの最上位（ＭＳＢ）を表わして
いる。

第１４図（Ｃ）の出力形態は入力光がしきい値２ｎ−１
以下の情報を表わしている。そして同図（Ｃ）に示す形
態の第２出力光Ｒは光遅延素子１３を通って光増幅素子
１４に達し再びファブリペロー共振器１２に入力される
帰還系での損失を考慮してしきい値２ｎ−１で処理し出
力したファブリペロー共振器での強度の２倍となる値が
、該ファブリペロー共振器１２に入射するような増幅を
受は第１４図（Ｄ）に示す強度分布となる。

従って、ファブリペロー共振器１２に再入力するときの
ファブリペロー共振器のしきい値は２ｎ−１で一定であ
るが実質上判別するしきい値は前回の％の２ｎ−２とな
る。この為ファブリペロー共振器１２からは第１出力光
Ｔとして第１４図（Ｆ）に示すような２°−２の大きさ
のビット出力を、第２出力光Ｒとして第１４図（Ｅ）に
示すような２°−２以下の情報を各々出力する。

本実施例では以上の動作をピット数縁り返してＭＳＢ　
（２’−’　）からＬＳＢ（２°）まで順に例えば第１
５図に示すような１，０．１，１．・・・の様なデジタ
ル化した画像情報を得ている。

尚、第１５図では横軸を画素で区切って表わしている。

以上の説明では１次元画像情報が並列に処理されている
が無論実際には２次元画像が並列に処理されていること
になる。

光増幅素子１４としては２種類あり、１つは線光型で他
の１つは増幅器の際光−電気−光と変化させた充電型で
ある。本実施例では所望の線形の増幅が得られるもので
あればいずれも適用可能である。

線光型としては増幅用レーザを利用したものがあり、利
得を有する媒質中への入射光を増幅させた後、射出させ
ている。利得の大きなレーザ媒質なら波長に合わせて選
べば使用可能である。

例えば、へｌＧａへｓ／ＧａＡｓ半導体レーザ、金属蒸
気レーザ、或は色素レーザ等を用いた光増幅素子が適用
可能である。

又、入出力特性の非線形性を利用して例えば第１６図に
示すようにトランジスタ的に増幅を行う非線形素子や、
或は光誘起屈折率効果を有する結晶中で信号光とポンプ
光を混合させ、ポンプ光のエネルギーを信号光に移送さ
せることにより増幅を行う素子を利用することも可能で
ある。

光誘起屈折率効果の大きな結晶としては、ＢａＴｉＯ３
，Ｂｉ、２ＳｉＯ２，等がある。この他Ｂ５０（口１１
２ＳｉＯ□。）や液晶等の空間光変調器を利用して光増
幅素子を構成しても良い。

充電型としてはＣＯＤ、フォトトランジスタ、光導電層
とＰＬＺＴ若しくは液晶を組み合わせたもの、光電子増
幅管を利用したマイクロチャンネルプレートとＬｉＮｂ
Ｏ５を組み合わせたもの等が使用可能である。

光遅延素子１３として遅延時間が固定のものは光ファイ
バを利用したものがある。短い光パルスを信号光として
利用する場合、ファイバ中の分散により光パルスが長く
なるのが問題となる場合にはファイバの折り返し端に位
相共役板を設置すれば良い。

又、遅延時間が可変で制御可能なものとしては光蓄積素
子若しくは空間光変調器とクロック素子とを組み合わせ
て第１７図に示すような構成とすれば第１図と同様の光
Ａ−Ｄ変換器を達成することができる。

次に本発明の各実施例の具体的な構成例について説明す
る。第１８図、第２１図、第２２図は各々順に本発明の
実施例２〜４の概略図である。

実施例２〜４においてはアナログ入力画像として簡単の
ため第１図に基づく単色の例えば白黒の画像を用いた場
合を示したが、アナログ入力画像として多色の画像を用
いる場合には３原色分離手段と波長変換手段を入力部と
光Ａ−Ｄ変換手段との間に設けた構成とすれば良い。

第１８図に示す実施例２では４ビツトの光Ａ−Ｄ変換を
行っている。同図において＋２１は照明光源でＧａＡｌ
Ａｓ／ＧａＡｓ半導体レーザ（波長８３０ｎｍ　）等か
ら成っている。１２２はアナログ入力画像で、ここでは
連続的に諧調の異なる白黒フィルムより成っている。１
８１はビームスプリッタ−１１４は光増幅素子でＧａＡ
ｌＡｓ／ＧａＡｓ半導体レーザ等から成っている。１２
はＧａＡｓとＧａＡｌＡｓを交互に積層したＭＱＷ（マ
ルチ、りオンタム、ウェル）構造を持つ非線形ファ　ヘ
ブリベロー共振器から成っている。１３は光遅延素子で
光ファイバーを用い遅延時間を１ビツト処理時間に相当
する長さとなるようにして用いている。尚、以下の実施
例で同一要素には同符番な付している。

本実施例ではファブリペロー共振器１２に入力したアナ
ログ入力画像＋２２は２３の大きさのピット出力を第１
出力光Ｔとしてビットプレーン１８２に出力し、同時に
残りの２３以下のアナログ画像情報を光増幅素子１４の
方向に第２出力光Ｒとして出力している。第２出力光Ｒ
は光増幅素子１４で増幅され、光遅延素子１３で遅延さ
れた後、ビームスプリッタ−１８１で反射し、前記のプ
ロセスと同様にファブリペロー共振器１２に入力し、次
はファブリペロー共振器１２より２２の大きさのビット
出力を第１出力光Ｔとして出力し、同時に２２以下のア
ナログ画像情報を光増幅素子１４の方向に第２出力光Ｒ
として出力している。以下同様にしてファブリペロー共
振器１２からはビット数に応じて２′、２°に相当する
デジタル画像情報を第１出力光として出力している。

本実施例では入力光としては、１００ｎｓｅｃのパルス
光を用いており、光増幅素子及びファブリペロー共振器
の応答時間が凡そ］０ｎｓｅｃ、非線形光素子の緩和時
間は凡そ４０ｎｓｅｃである。

１周回時間を５００ｎｓｅｃとする為、光ファイバの長
さを１０Ｏｎ＋とじた。４ビツトを処理するのに結局２
μｓｅｃたけ要した。ただし、本処理では画像情報を並
列に扱う為、実質的処理速度は極めて高くなっている。

本実施例におけるファブリペロー共振器の入力−透過特
性及び入力−反射特性を第１９図（八）。

（Ｂ）に示す。同図におけるファブリペロー共振器を用
いたときの４ビツト処理の結果を第２０図に示す。

本実施例においては吸収係数α（μｍ−１）と共振器長
ｄ（μｍ）の積αｄはαｄ＝０．１としており、従って
共振器ミラーの反射率Ｒ，，ＲＩｌは−２αｄ Ｒｐ　／　ＲＢ　＝ｅ　　　　の条件からＲＰ　／　Ｒ
Ｂ＝　０．８ となる。ここではＲｒ　”０．７　、　　Ｒｎ　＝０．
８５としている。

本実施例によれば第１９図に示すように透過側はステッ
プ状の入出力特性か得られ、且つ反射側はしきい値で出
力値が０となる鋸歯状の人出力特性が得られる。

尚、第２０図において横軸は入力アナログ量を諧調で表
わしたものであり、縦軸はデジタル量である。直線は理
想的結果でありそれに対して階段状の線は本実施例の結
果である。

本実施例において処理情報を確めるためＡ−Ｄ変換を実
行した後、入力量との比較のために各ディジットに重み
を掛けてアナログ量へ戻す手続きを行なった。非線形フ
ァブリペロー共振器での損失や、その他の光路での損失
を加味して光増幅器の増幅利得を３．１倍とした。

尚、本実施例においてＩｎＳｂを非線形媒質としたファ
ブリ・ベロー共振器を構成しても良い。照明光源１２１
として、波長１０．６μｍの炭酸ガスレーザを使用する
ことにより、レーザ光がＩ　ｎＳｂを励起し、このとき
ファブリペロー共振器１２は第２図（Ａ）　、　（Ｂ）
の人出力特性を示す。応答時間及び緩和時間は凡そ１μ
ｓｅｃである。光増幅素子は共振器を形成しない炭酸ガ
スレーザを配置し、自然発光が木システムの信号レベル
を侵さない程度に励起しておく事により実現した。従っ
て、光増幅素子１４を通過する時間はシステム内では無
視できる。

以上の構成により前述の実施例２と同様な光Ａ−Ｄ変換
を行ない同様の結果を得た。

第２１図に示す実施例３では光遅延を光ファイバーの代
わりに光蓄積素子とクロック素子との組み合わせより行
っている。

第２１図において１０１，１０２は光蓄積素子であり、
ＢＳＯや液晶を組み合わせた空間光変調器等から成って
おり、応答時間は約１　ｍ５ｅｃである。このうち光蓄
積素子１０１は光増幅機能を有している。＋０３は反射
鏡、１０４はクロック素子であり約５　ｍ５ｅｃの間隔
で光蓄積素子１０１，１０２を制御している。

本実施例では光遅延を次のようにして行っている。即ち
、光蓄積素子１０１がセット状態で光蓄積素子１０２が
ウェイティング状態のとき画像情報はファブリペロー共
振器１２５より光蓄積素子１０１を介し、光蓄積素子１
０２に蓄積される。次に光蓄積素子１０２がセット状態
で光蓄積素子１０１がウェイティング状態のときは画像
情報はファブリベ０−共振器１２をへて光蓄積素子１０
１に蓄積される。そして再び光蓄積素子１０１がセット
状態になれば増幅されて出射し、光蓄積素子１０２に蓄
積する。以上をビット数だけ繰り返して処理を行ってい
る。

本実施例では照明光源＋２１としてはＡｒレーザ（波長
５１４．５ｎｍ　）を用い、ファブリペロー共振器１２
としてはＺｎ５ｅとＴｈＦ４とを交互に配している。

ファブリペロー共振器１２はＡｒレーザ光を吸収して屈
折率が変化する。

本実施例では吸収係数αと共振器長ｄとの積αｄを０．
１とした。第２２図（Ａ）はこのときの入力しきい値で
のＯＮ１０　Ｆ　Ｆ比を重みとして表わした説明図であ
る。

同図は共振器ミラーの反射率ＲＦ及びＲＩｌを全範囲で
ながめたものである。０Ｎ１０ＦＦ比の高−２αｄ　。

い条件はＲＦ／　ＲＢ　”　ｅ　　　　玉０．８に沿フ
て存在し、且つＲ，、Ｒ，がある程度大きな値を有する
範囲に限られている。

第２２図（Ｂ）はＯＮ１０　Ｆ　Ｆ比の高い領域の拡大
図である。同図から明らかのようにＲＦ／−２αｄ Ｒｎ＝ｅ　　　　に沿って最適条件が集中している。

本実施例においては第１９図に示すような第１出力光と
第２出力光を出力している。このときの応答時間は約１
　ｍ５ｅｃである。

以上のような各要素の処理時間により本実施例における
光信号の１周回時間は１０ｍ５ｅｃであり、８ピツトの
処理では約８０ｍ５ｅｃ要している。

例えばフィルムの解像度を＋０００ｘ　１０００とすれ
ば１画素当りの処理速度は１μｓｅｃ以下と高速処理が
可能である。

第２３図に示す実施例４ではアナログ入力画像１１２か
らの情報を光増幅素子Ｉｌｌと光遅延素子１１２そして
ファブリペロー共振器１２とから成る光Ａ−Ｄ変換器内
をビット数に応じて往復させファブリペロー共振器１２
より順次第１出力光Ｔとしてデジタル画像を得ている。

光増幅素子Ｉｌｌは反射光を増幅する機能を有しており
、光遅延素子１１２は光増幅素子１１１への入射光と出
射光が混合しないように十分パルス光を遅延させている
。

ファブリペロー共振器１２と光増幅素子１１１とは、Ｇ
ａＡｓからなり、従って照明光源１２１もＧａＡｓ半導
体レーザからの波長８３０ｎｍの光を用いる。光パルス
持続時間は］０ｎｓｅｃ、ファブリへロー共振器１２の
応答時間は５　ｎ５ｅｃ、緩和時間は４０ｎｓｅｃ、光
増幅素子１１１の必要時間は、以上に比べたら無視でき
る大きさである。光遅延時間をｌ００ｎｓｅｃとする為
、光ファイバーを２０ｍの長さとした。従って、ビット
・レートは１００ｎｓｅｃとなる。

以上の各実施例では光Ａ−Ｄ変換器内に１つの非線形フ
ァブリペロー共振器を設け、帰還を行なうことにより処
理を行なった例を示したが、例えば複数の非線形ファブ
リペロ−共振器を設け、順次ディジットを出力しても良
い。

又、以上の各実施例では非線形ファブリへロー共振器の
しきい値は固定であり、光増幅器を用いて相対的にしき
い値を各ディジットに合わせて変化させたが、例えば光
増幅器を用いず、非線形ファブリペロー共振器のしきい
値を制御してＡ−Ｄ変換を行なっても良い。この場合も
、本発明の特徴である共振器ミラーの反射率、吸収係数
、共振器長の関係式は同様に成り立つ。

（発明の効果） 本発明によれば非線形光素子として非線形ファブリペロ
ー共振器を用い、該ファブリペロー共振器を構成する共
振器ミラーの反射率、共振器内での光吸収量等のパラメ
ータを適切に設定することにより高速でしかも高精度の
光Ａ−Ｄ変換器を達成することができる。

又、情報の２次元並列処理が極めて容易に実現すること
ができる為、画像処理に伴うＡ−Ｄ変換の高速化が容易
となり、更に他の並列処理システムにも円滑に接続可能
なＡ−Ｄ変換処理が可能となる。

その他、光の持つ並列性から将来期待される光コンピユ
ーテイングの並列ディジタル情報入力手段としても好適
な光Ａ−Ｄ変換器を達成することができる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の一実施例の基本構成のブロック図、第
２図（Ａ）　、　（Ｂ）は第１図に示す非線形光素子の
人出力特性の説明図、第３図（八）　、　（Ｂ）は本発
明に係る非線形ファブリペロー共振器の説明図、第４図
〜第７図は本発明に係る非線形ファブリペロー共振器の
人出力特性の説明図、第８．第９図、第２２図（Ａ）　
、　（Ｂ）は本発明に係る非線形ファブリペロー共振器
のしきい値における出力値のＯＮ１０　Ｆ　Ｆ比を表わ
す説明図、第１０図。 第１１図、第１９図は本発明に係る非線形ファブリペロ
ー共振器の入出力強度特性の測定例を示す図、第１２図
は本発明に係る被処理画像の入力手段の説明図、第１３
図はアナログ入力画像の一例を示す説明図、第１４図（
Ａ）〜（Ｆ）は各々本発明に係る非線形光素子の人出力
特性を説明する為の概略図、第１５図は本発明の光Ａ−
Ｄ変換器で処理出力されたデジタル情報の説明図、第１
６図は本発明で用いた光増幅器の人出力特性の一例を示
す図、第１７図は第１図の実施例の一部分を変更したと
きの一実施例のブロック図、第１８図。 第２１図、第２３図は各々本発明の具体的な実施例の概
略図である。第２０図は本発明の光Ａ−Ｄ変換器を用い
てＡ−Ｄ変換を行なった結果を示す説明図である。 図中、ＩＯは光Ａ−Ｄ変換手段、１１は入力部、１２は
ファブリペロー共振器、＋４．Ｉｌｌは光増幅素子、１
３，１１２は光遅延素子、１５は出力部、１２１は照明
光源、１２２はアナログ入力画像、１８１はビームスプ
リッタ−１１８２はビット・プレーン化したデジタル画
像、１６，１０１，１０２は光蓄積素子、１０３は反射
鏡、１７，１０４はクロック素子である。 特許出願人　　キャノン株式会社 第　　　　３　　　　図　（Ａ） 第　　　　３　　　　図　（’Ｂ） 第　　　４　　　図（、Ｂ） ζ〕 ＯＸロロロ◇０◇の ◇０◇０の×××× ◇◇ののｏｘｘｘｘ ◇のｘｘｘｘｘｘｘ ＬＩＬＩ’１　　　　　０Ｂ’Ｏ○９ 明唄測梗ヱ 第　　　１２　　　図 妹■ガ榔 ｂ」 こ

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）入力光に対して一定のしきい値を有し、入力光が
   該しきい値以下のときは第１出力光としてディジット０
   を意味するデジタル信号に相当する強度の光を、第２出
   力光として該入力光強度に比例した強度の光を各々出力
   し、入力光が該しきい値以上のときは第１出力光として
   ディジット１を意味するデジタル信号に相当する強度の
   光を、第２出力光として該入力光強度から該しきい値を
   差し引いた光強度に比例する光を各々出力する非線形光
   素子を有する光Ａ−Ｄ変換手段を利用した光Ａ−Ｄ変換
   器において、該非線形光素子は非線形ファブリペロー共
   振器から成り、該非線形ファブリペロー共振器における
   入射側と透過側のミラーの反射率を各々ＲＦ、ＲＢとし
   、共振器内の吸収係数をα、共振器長をｄとしたとき ＲＢｃ＾−＾２＾α＾ｄ−０．１５≦ＲＦ≦ＲＢｅ＾−
   ＾２＾α＾ｄ＋０．１５なる条件を満足することを特徴
   とする光Ａ−Ｄ変換器。
2. （２）前記光Ａ−Ｄ変換手段は前記非線形光素子からの
   第２出力光を予め設定した増幅処理を行う光増幅素子を
   介した後、該非線形光素子に入力光として再入力する構
   成の光学的な帰還系を有していることを特徴とする請求
   項１記載の光Ａ−Ｄ変換器。
3. （３）前記第２出力光はアナログ信号光であり、前記光
   増幅素子は入力されたアナログ信号光の強度を該アナロ
   グ信号光が前記非線形光素子に再入力するとき２倍とな
   るように増幅処理をしていることを特徴とする請求項２
   記載の光Ａ−Ｄ変換器。
4. （４）前記非線形光素子と前記光増幅素子とを光学的に
   帰還配置した帰還系の光路中の一部にこれらの各素子間
   での光信号が互いに混合しないように光遅延を行う為の
   光遅延素子を設けたことを特徴とする請求項３記載の光
   Ａ−Ｄ変換器。
5. （５）前記光Ａ−Ｄ変換手段は前記非線形光素子のしき
   い値を前記第２出力光が該非線形光素子に再入力すると
   き１／２倍となるような制御部を有していることを特徴
   とする請求項１記載の光Ａ−Ｄ変換器。
6. （６）前記光Ａ−Ｄ変換手段は前記非線形光素子からの
   第２出力光を、該非線形光素子に入力光として再入力す
   る構成の光学的な帰還系を有していることを特徴とする
   請求項５記載の光Ａ−Ｄ変換器。
7. （７）前記非線形光素子を有した帰還系の光路中の一部
   に光信号が該非線形光素子内で互いに混合しないように
   光遅延を行う為の光遅延素子を設けたことを特徴とする
   請求項６記載の光Ａ−Ｄ変換器。
8. （８）前記光Ａ−Ｄ変換手段への入力光は３原色分離手
   段により多色画像情報から空間的若しくは時系列的に得
   た３原色の画像情報を有する光を波長変換手段に入力し
   、該波長変換手段により各々一定の波長より成る画像情
   報に変換した光であることを特徴とする請求項１記載の
   光Ａ−Ｄ変換器。