JPH02103013A - 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、コヒーレント照明下において、入力画像であ
る透過物体の像を複数個同時に得るための光学装置に関
する。

〔従来の技術〕

光情報処理、或いはいわゆる「光コンピユーテイング」
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、遇過率或いは位相で情報化された画像（ｉ
３過物体）の像を同時に多数個骨て、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、簡便な構成で、透過物体の像を同時に
多数個結像するための光学装置が必要となる。

従来、この種の装置としては第２図或いは第３図に示す
ものが知られている。

第２図の装置では、Ｈｅ　−Ｎｅレーザ１から射出した
コヒーレント光がビームエキスパンダ２で空間的に広が
った平行光束となり、人力画像を成す透過物体３を照明
する。

透過物体３の直後には、二次元的に格子状に多数のピン
ホールを配列したピンホールアレイ４が配置され、その
後方にレンズ５が配置されている。

透過物体３はレンズ５の前側焦点面の近傍に配置しであ
る。

このような構成によって、レンズ５の後側焦点面６に透
過物体３のフーリエ変換パターンが多数個骨られる。透
過物体３の複素透過率をｆ（×、ｙ）。

ピンホールアレイ４を、ピンホール径を十分に小さいと
仮定してデイラックのδ−関数で表わせば、ピンホール
アレイ４でサンプリングされたｆ　（ｘ、　ｙ）は、 となる。

なお（１）式でｐ、ｑはピンホールのピンチである。

従って、レンズ５によって得られる（１）式のフーリエ
変換パターンは、Ｆ（ξ１η）をｆ（ｘ、ｙ）のフーリ
エ変換とすれば、 となり、ｆ（ｘ、ｙ）のフーリエ変換Ｆ（ξ、η）がξ
１η面、即ちレンズ５の後側焦点面に多数個骨られる。

なお（２）式で、＊の記号はコンボリューションを表わ
し、また１／ρ゛、１／ｑ”は、フーリエ変換面でのＦ
（ξ、η）の形成されるピッチを表わす。

ｐとｐ’、ｑとｑｏは比例し、従ってピンホールアレイ
のピッチと、フーリエ変換パターンのピッチは反比例す
る。

第２図には示して１・ないが、図の光学系の後方にレン
ズ１枚を追加し、フーリエ変換Ｆ（ξ、η）を再度フー
リエ変換する事により、入力画像ｆ　（ｘ、ｙ）の共役
像が多数個骨られることは明らかである。

一方、第３図は、計算機ホログラムを用いて構成した多
数個のフーリエ変換パターンを得る従来技術の第２の例
である。

第３図の装置においても、第２図装置と同様な構成で得
られた平行なコヒーレント光束で透過物体３を照明する
。この透過物体３の後方に計算機ホログラム７が配置さ
れている。

計算機ホログラム７は、平行なコヒーレント照明を参照
光としたとき、ホログラム面から所定間隔だけ離れた位
置に、マトリクス状に配列した点像アレイを再生するよ
うにコーディングされている。

具体的には、第４図に示すように、いわゆるフレネルゾ
ーンプレートが多数個ずれて重なっているようなパター
ンが記録されている（第４図には便宜上２′パターンの
み示しである）。

以上のような構成で、計算機ホログラムによって再生さ
れた各点像を中心に、透過物体３のフーリエ変換パター
ンを得る事が出来る。

第２図の装置と同様、この光学系の後方にレンズ１枚を
追加し、計算機ホログラムによって得たフーリエ変換パ
ターンのフーリエ変換を行う事によ□す、入力画像の共
役像が多数個骨られる事は言うまでもない。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、第２図に示した第１の従来技術では、ピ
ンホールで物体をサンプリングするため、ピンホールを
透過する光量が著しく小さく、得られるフーリエ変換パ
ターンが極めて暗い事にある。

これを避けるためにピンホール径を大きくすると、フー
リエ変換パターンに、ピンホールの複素透過率ｈ（ｘ、
ｙ）のフーリエ変換Ｈ（ξ１η）が加味され、前述の（
２）式は、 即ち、ピンホールｈ（ｘ’、ｙ）が大きくなると、その
フーリエ変換＋１（ξ、η）のカットオフは低周波側に
動くため、得られるフーリエ変換パターンは、高周波の
情報が欠除したものになるという欠点がある。

従って、これを再度フーリエ変換して得るｆ（ｘ、ｙ）
の共役像も同様にｆ（ｘ、ｙ）の微細な構造が欠除した
ものになってしまう。

また第３図、第４図に示した第２の従来技術では、多数
個のフレネルゾーンプレートを重ねた計算機ホログラム
を用いた場合、フーリエ変換パターンを得るために必要
な＋１次回折光の他に、０次、−１次、±２次等不要な
回折光が生じるばかりでなく、各ゾーンプレートの相互
干渉（いわゆるモワレ）による回折光も発生し、フーリ
エ変換パターンに、これら不要回折光によるノイズパタ
ーンが著しく重なってしまい、この後、入力画像の共役
像を得る時に、これらノイズ成分を除去する事が難しい
という欠点があった。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明のコヒーレント光学装置は、コヒーレント光照明
源と、１次元又は２次元に微小レンズ群を配列した第１
のレンズアレイ　（Ａ）と、この第２レンズアレイ後方
に配置された第１のレンズ（Ｂ）と、この第１レンズの
後方に配置された、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（Ｃ）と、この透過物体の後方
に配置された第２のレンズ（Ｄ）と、この第２レンズの
後方に配置した第２レンズアレイ　（Ｅ）とを備える。

そして上記構成要素Ａ−Ｅの条件は次の通りとする。

すなわち第１レンズ（Ｂ）は、第１レンズアレイ　（Ａ
）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１３ｉ１Ｚ可能なレンズ径
とし、透過物体（Ｃ）は、第１レンズアレイ　（Ａ）の
各微小レンズから射出し、第１レンズ（Ｂ）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レンズ（Ｄ）は、第１レンズアレイ　（Ａ）の各微
小レンズから射出し第１レンズ（Ｂ）及び透過物体（Ｃ
）を透過した光束のうち少くとも２つ以上の光束を透過
せしめるレンズ径とする。そして第２レンズ（Ｄ）の後
方に透過物体のフーリエ変換パターンを少くとも２つ以
上同時に形成する。

第２レンズアレイ　（Ｅ）は上記フーリエ変換パターン
アレイの後方に位置させ、このレンズアレイによって、
上記フーリエ変換パターンアレイを再度フーリエ変換す
る事によって、この第２レンズアレイの後方に透過物体
（Ｃ）の実像を少くとも２つ以上同時に形成する。

また、第１レンズアレイ　（Ａ）の個々の微小レンズの
絞りの存在する面と、透過物体（Ｃ）の存在する面とを
共役関係とする。

〔作　用〕

コヒーレント照明下で入力画像の共役像を多数個結像さ
せるに当り、従来は不可欠であった、ピンホールアレイ
や計算機ホログラム等を用いる事なく、充分な光量を持
った鮮明な共役像を、不要なノイズ光が重なることなし
に得る事ができる。

〔実施例〕

以下本発明を図面に示した実施例に基づいて詳細に説明
する。

第１図において１０は、多数の微小レンズ１１を平面内
で１次元又は２次元に配列した第１のレンズアレイであ
り、例えば透明なガラス基板中にイオンの拡散で屈折率
分布型レンズ部分を一体的に形成した平板マイグロレン
ズから成る。

この第２レンズアレイ１０は、絞り１２を介してコヒー
レント照明光１３によって照明されている。

照明については、先に示した従来技術のそれと同じであ
ってよい。

第１レンズアレイ１０を透過した光ビームは、個々のレ
ンズ１１でそれぞれ収束光となり、１度無点を結んだ後
発散光となる。

第１レンズアレイ１０の後方には、第１のレンズ１４が
配置されている。第１のレンズ１４の前側焦点面と、第
１レンズアレイ１０の後側焦点面はほぼ一致するように
第１のレンズ１４が置かれている。

また第１のレンズ１４の瞳面ば、第１レンズアレイ１０
の各々のレンズから射出して第１のレンズ１４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。光レンズアレイ１０の各々のレンズ１１から射出
された光ビーム１５は、第１のレンズ１４によってコリ
メートされ、第１のレンズ１４の後側焦点位置で空間的
に重なる。人力画像である透過物体１６は、この位置に
配置されている。

透過物体１６の後方にはさらに第２のレンズ１７が置か
れている。透過物体１６は、この第２のレンズ１７の前
側焦点面の近傍に置かれ、且つ、第２のレンズ１７の瞳
面の大きさは、レンズアレイ１０中の個々の微小レンズ
１１を透過し、さらに第１のレンズ１４、透過物体１６
を透過したすべての光束が入射し得る大きさを持ってい
る。

以上の様に各光学素子を配する事によって、透過物体１
６のフーリエ変換パターンがフーリエ変換面１８、即ち
、第２のレンズ１７の後側焦点位置に多数個同時に得ら
れる。

さらに、各フーリエ変換パターンの後方に、第１レンズ
アレイ１０と同様にして多数の微小レンズを配列した第
２のレンズアレイ１９を、その前側焦点面がフーリエ変
換面１８とほぼ一致するように配置する事によって、第
２のレンズアレイ１９の後側焦点面２０に、各フーリエ
変換パターンのフーリエ変換像、即ち入力画像である透
過物体１６の共役像を多数仙骨る事が出来る。

この時、第１のレンズアレイＩＯの絞り１２が、このレ
ンズアレイ１０の主平面近傍に存在する場合、この絞り
１２のフレネル回折パターンが人力画像面及び共役像面
（第２レンズアレイ１９の後側焦点面２０）に乗ってし
まい、光量ムラの原因になるが、ここでは第１レンズア
レイ１０の絞り１２を、第１レンズアレイ１０の前側焦
点面に置いているため、絞り１２と透過物体１６が共役
関係になり、従って、第２レンズアレイ１９の後側焦点
面２０上に得た多数個の共役像に、フレネル回折による
光量ムラが生じる事を抑えることができる。

以上に説明した実施例では、各構成部品の間隔を第１レ
ンズ１４或いは第２レンズ１７の焦点距離だけ離して配
置したが、例えば透過物体１６と第２レンズ１７の距離
を短かくする等してもよ（、得たい共役像の大きさや各
共役像の間隔等によって、各構成部品の配置は、適当に
変えても構わない。

〔発明の効果〕

本発明によれば、従来コヒーレント照明下で人力画像の
共役像を多数個結像させるに当り、不可欠であったピン
ホールアレイや計算機ホログラム等を用いる事なく、充
分な光量を持った鮮明な共役像を不要なノイズ光が重な
る事なしに得る事が出来る。構成部品についても、２組
のレンズと、２組の微小レンズアレイで構成可能であり
、微小レンズアレイは、例えばプラスチックモールドで
作製したり、イオン交換技術を用いて屈折率分布型レン
ズアレイとして作製したりできるため、計算機ホログラ
ムの作製に比べ、極めて容易に作製可能である。

以上の様に、本発明により、簡単な構成で、高品質且つ
鮮明な入力画像の共役像を多数得る事が出来る。

【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、第２図は従
来装置の第１の例を示す側断面図及び要部正面図、 第３図は従来装置の第２の例を示す側断面図、第４図は
、第３図の装置で用いる計算機ホログラムのパターンを
示す正面図である。 １０・・・第２レンズアレイ　　　１１・・・微小レン
ズ１２・・・絞り　　　１３・・・コヒーレント照明光
１４・・・第１レンズ　　　１５・・・光ビーム１６・
・・透過物体（入力画像）１７・・・第２レンズ１８・
・・フーリエ変換面　　１９・・・第２レンズアレイ２
０・・・第２レンズアレイの後側焦点面第２　図　（従
来技術） 第４ｖ！ｅｌ −一一二、＼二巨ミ 手続補正四 事件の表示 特願昭６３−２５６８２４号 特公昭　　−号 発明の名称 コヒーレント光学装置 補正をする者 事件との関係　特許出願人 住所　大阪府大阪市東区道修町４丁目８番地名称（４０
０）日木板硝子株式会社 代表者　中　　島　　達　　二

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 コヒーレント光照明源と、１次元又は２次元に微小レン
   ズ群を配列した第１のレンズアレイと、該第１レンズア
   レイ後方に配置された第１のレンズと、該第１レンズの
   後方に配置された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、該透過物体の後方に配置され
   た第２のレンズと、該第２レンズ後方に配置した第２レ
   ンズアレイとを備え、前記第１レンズは、第１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、第１レンズアレイの各微小レンズ
   から射出し前記第１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レンズは、第１レンズアレイの各微小レンズか
   ら射出し第１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せしめ、且つ、前記第２
   レンズの後方に透過物体のフーリエ変換パターンを少く
   とも２つ以上同時に形成し、 第２レンズアレイは前記フーリエ変換パターンアレイの
   後方に位置させ、該フーリエ変換パターンアレイを第２
   レンズアレイにより再度フーリエ変換する事によって、
   該第２レンズアレイの後方に前記透過物体の実像を少く
   とも２つ以上同時に形成し、且つ第１レンズアレイの個
   々の微小レンズの絞りの存在する面と、前記透過物体の
   存在する面が共役関係にある事を特徴とするコヒーレン
   ト光学装置。