JPH0293525A

JPH0293525A - 光像情報直接伝送系

Info

Publication number: JPH0293525A
Application number: JP24439188A
Authority: JP
Inventors: Takao Matsumoto; 松本　隆男; Kazuhiro Noguchi; 一博野口
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: NTT Inc
Priority date: 1988-09-30
Filing date: 1988-09-30
Publication date: 1990-04-04

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、光導波路を用いて光像情報を直接伝送する技
術に関し、特に多モード光導波路を用いた光像情報直接
伝送系に関するものである。

［従来の技術］光導波路を用いて光像情報を直接伝送する従来技術、な
らびにそれらが有していた問題点を以下に述べる。

（ａ）バンドル・ファイバ伝送これは、多数本の光ファイバを束状にし、１本の光ファ
イバごとに１つの画素の光像情報を伝送することにより
、全体として１つの完全な光画像情報を伝送する方法で
ある。これには、画像を構成する全画素に対応した多数
本の光ファイバを必要とし、しかもそれらを規則正しく
配列した光ファイバ束を準備しなければならないこと、
光フアイバ間の結合の度合により画像が劣化するため、
伝送距離を長くできないこと、といった問題点があった
。

（ｂ）像情報を波長情報に置き換えた伝送これは、伝送
する画像の画素ごとに波長を割り当て、画像情報を波長
情報に置き換えて１本の光導波路を用いて伝送する方法
である。これには、波長分画用の光学部品が必要である
こと、広いスペクトル幅をもつ照射用光源、あるいは発
光波長が素子ごとに異なる発光素子アレイが必要である
こと、といった問題点があった。

（Ｃ）位相共役によってモード位相補償を行った伝送多モード光導波路では、モードごとに位相定数が異なる
。したがって、光像情報を直接伝送しようとすると、距
離とともに像パターンが変化することになる。ここでい
う位相共役によってモード位相補償を行う伝送とは、位
相共役素子を多モード光導波路の途中に挿入し、この素
子がもつ位相反転効果を利用して素子前後の位相変化を
相殺する方法である。これにより、原理上、多モード光
導波路の出射端では、入射端と同じ像パターンを再現す
ることができる。この方法には、位相共役素子という特
殊な光学部品が必要なこと、素子前後の多モード光導波
路の特性が一致している必要があること、多モード光導
波路に対する外乱の影舌な受は易いこと、といった問題
点があった。

（ｄ）像情報を伝搬角情報に置き換えた伝送これは、伝
送する像の画素ごとに多モード光導波路の中を伝搬する
光信号の伝搬角を割り当て、光像情報を伝搬角情報に置
き換えて伝送する方法である。この方法では、多モード
光導波路の出射部において、複数の受光素子を使って伝
搬角ごとの光信号を独立に受信する。多モード光導波路
内の光の伝搬角は、伝搬モードと対応している。したが
ってこの方法では、モード変換の存在によって高分解能
受信が難しくなること、多モード光導波路に対する外乱
によって特性が大幅に劣化すること、といった問題点が
あった。

［発明が解決しようとする課題］そこで、本発明の目的は、多モード光導波路を用いた伝
送系において、高い分解能をもち、かつ外乱の影響を受
けることなく、光像情報を直接伝送できる伝送系を提供
することにある。

［課題を解決するための手段］このような目的を達成するために、本発明は、複数のモ
ードを同時に伝送可能な多モード光導波路と、光の強度
分布を検出可能な光検出素子アレイと、ニューラル・ネ
ットワークとを具え、光像情報信号を多モード光導波路
の一方の端部からこの多モード光導波路に導いて伝搬さ
せ、この多モード光導波路の他方の端部から出力として
得られる光像情報信号を光検出素子アレイに導き、光検
出素子アレイから得られる電気信号を、ニューラル・ネ
ットワークに結合させ、かかるニューラル・ネットワー
クから光像情報出力信号を取り出すようにしたことを特
徴とする。

ここで、ニューラル・ネットワークは、光検出素子アレ
イから得られる電気信号を受ける複数の入力ポートと、
複数の入力ポートからの信号を重み付けして加算する加
算処理手段および加算処理手段からの信号に対して非線
形処理を施す非線形処理手段を含む複数の処理手段と、
複数の処理手段の相互間を結合する結線手段とを具えて
構成することができる。

［作　用］本発明は、１本の多モード光導波路を用いて光像情報直
接伝送系を構成し、その受信側に配置する受光素子アレ
イにニューラル・ネットワークを接続し、それにより、
１本の多モード光導波路を用いて光像情報を直接伝送す
る。これに対して、従来の多モード光導波路を用いた光
像情報直接伝送系では、受信側に配置する受光素子アレ
イにはニューラル・ネットワークが接続されておらず、
受光素子アレイ・エレメントからの出力信号はそのまま
利用されていた。

［実施例］以下に図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する
。

第１図は、本発明の一実施例を示す。ここで、１は多そ
−ド光導波路、２は光信号源、３はアレイ状受光素子、
４はニューラル・ネットワーク、５は出力ポートである
。光信号源２は、光強度が１次元的に分布している場合
もあるし、あるいはまた、光強度が２次元的に分布して
いる場合もある。アレイ状受光素子３も、複数の受光素
子が１次元的に分布している場合もあるし、あるいはま
た、２次元的に分布している場合もある。さらに、６は
光信号源２から発せられた入射光信号、７は多そ−ド光
導波路から出る出射光信号である。８はアレイ状受光素
子３とニューラル・ネットワーク４とを接続する複数の
結線、９はアレイ状受光素子３の光・電気変換機能によ
って得られる電気信号、ｌＯはニューラル・ネットワー
ク４からの出力信号である。

ここで、ニューラル・ネットワーク４とは、複数の入力
ポートからの信号を重み付けして加算する加算処理部と
、この加算処理部からの信号に対して非線形処理を施す
非線形処理部とを有する複数の処理エレメント、および
これら処理エレメントの相互間を結合する複数の結線エ
レメントによって構成される信号処理ネットワークを意
味する。

第１図において、光信号源２からの入射光信号６は、多
モード光導波路１に入射し、その中を伝搬する。その伝
搬後、多モード光導波路１から出た出射光信号７は、ア
レイ状受光素子３に導かれる。アレイ状受光素子３で得
られる電気信号９は、複数の結＆９８を介して、ニュー
ラル・ネットワーク４に導かれる。これら電気信号９は
ニューラル・ネットワーク４内で処理され、その結果、
出力信号ｌＯが出力ポート５から得られる。光信号源２
と多モード光導波路１との間、および多モード光導波路
１とアレイ状受光素子３との間には、必要に応じて光を
集束するためにレンズが設けることもできる。

多モード光導波路ｌではモードごとに伝搬定数が異なり
、しかも外乱によってモード間の結合状態が変化する。

そのため、多モード光導波路１に入射したとぎの像情報
が、かかる多モード光導波路！を伝搬した後も保たれて
いるようにすることは困難である。また、像情報が２次
元の場合、多モード光導波路ｌ内の伝搬角が同じである
ような情報エレメントは互いに混合されるため、像情報
は実質的には１次元の情報となってしまう。このような
ことから、多モード光導波路１の出射部で、入射部と同
じ像情報を得ることは困難あるいは不可能となってしま
う。

この問題を解決するために、第１図示の実施例では、ア
レイ状受光素子３の直後にニューラル・ネットワーク４
を接続している。

第２図はかかるニューラル・ネットワーク４０代表的な
構成例を示す、ここで、１１は入力ポート、１２は処理
エレメントである。　１３は処理エレメント１２を構成
する加算処理部、１４は同じく処理エレメント１２を構
成する非線形処理部、１５は処理エレメント１２を結合
する結線エレメントである。加算処理部１３では、それ
に接続されている複数の結線エレメント１５から入って
くる信号に重み付けを行い、それらを加算する機能を有
している。また、非線形処理部１４では、加算処理部１
３から入ってくる信号に対して非線形処理を行う、すな
わち、例えば、入力信号レベルが一定のしきい値より大
きいときには出力信号“ｌ”を出力し、逆に小さいとき
には出力信号“０”を出力するような処理を行う。

第２図の例では、入力ポート１１と出力ポート５が分離
した構造になフているが、例えばこれらが共用されたよ
うな他の構造のニューラル・ネットワークも提案されて
いる。

ニューラル・ネットワークは、よく知られているように
、内部のパラメータを適当に設定することにより、入力
信号と出力信号との関係を自由に設定できる。また、ニ
ューラル・ネットワークでは、連想記憶や認識のような
機能に見られるように、人力信号のわずかな変化に対し
て出力信号が変化しないようにすることも可能である。

さらに、学習の機能に見られるように、いくつかの入出
力信号の組合せをニューラル・ネットワークに例示する
ことにより、自動的に内部パラメータを変化させて、所
望の人出力関係を有するようにすることもできる。した
がって、第１図のような構成によれば、多モード光導波
路ｌで撹乱を受けた像情報を、ニューラル・ネットワー
ク４で復元することが可能である。

第３図は、第１の具体的実施例である。ここで、１６＾
および１６Ｂはレンズ、１７は１次元のアレイ状発光素
子、１８は１次元アレイ状受光素子、１９は１次元のア
レイ状発光素子１７を駆動する電気信号である。１次元
のアレイ状受光素子１８から電気信号９が得られる。１
次元のアレイ状発光素子１７は、レンズ１６Ａを介して
、多モード光導波路１の入射端に結合している。また、
多モード光導波路１の出射端は、レンズｌ’６　Ｂを介
して、１次元のアレイ状受光素子１８に結合している。

１次元のアレイ状発光素子１７の一方の端にあるエレメ
ント１７−１から発した光は、多モード光導波路１中を
小さな伝搬角で伝搬する。１次元のアレイ状発光素子１
７の他方の端にあるエレメント１７−２から発した光は
、多モード光導波路１中を大きな伝搬角で伝搬する。多
モード光導波路１におけるモード結合やその変動によっ
て、伝搬する光ごとの伝搬角は撹乱を受ける。従って、
１次元のアレイ状受光素子１８で得られる複数の電気信
号９は、１次元のアレイ状発光素子１７を駆動した複数
の電気信号１９とは異なったものとなる。しかしながら
、１次元のアレイ状受光素子１８で得られる複数の電気
信号９をニューラル・ネットワーク４によって処理する
ことによって、多モード光導波路１内の撹乱の影響を補
償することができる。

第４図は、本発明の第２の具体的実施例である。ここで
、２１は２次元の光信号源、２２は２次元に配列された
アレイ状受光素子である。２次元の光信号源２１から発
せられた光信号は多モード光導波路１に結合し、それに
よって複数のモードが励振されて多モード光導波路ｌ内
を伝搬していく。

多モード光導波路１の出射端では、その近視野像が２次
元アレイ状受光素子２２に結ばれるようになっている。

この２次元アレイ状受光素子２２に結ばれる像は、２次
元の光信号源２１の像とは異なったものとなる。その理
由のひとつは、多モード光導波路１内を伝搬するモード
の伝搬定数がモード毎に異なっているため、多モード光
導波路ｌの入射端における近視野像と出射端における近
視野像とが全く違ったものとなることである。もうひと
つの理由は、多モード光導波路１の入射端に配置したレ
ンズ１６＾によって像の変換がありうることである。し
かしながら、この実施例でも、２次元のアレイ状受光素
子２２で得られる複数の電気信号はニューラル・ネット
ワーク４によって処理されるため、多モード光導波路１
伝搬時に発生する像変換を補償することができる。

上記説明では述べなかったが、ニューラル・ネットワー
ク４は、電子回路または光学回路からなるハードウェア
で構成する場合もあるし、あるいは、入出力端子を持ち
ソフトウェアによって制御される計算機の形態の場合も
ある。

［発明の効果］以上説明したように、本発明によれば、１本の多モード
光導波路を用いて光像情報を直接伝送することができる
。したがって、従来の光通信技術を用いる方法のように
、光・電気変換部や電気・光変換部を光導波路の入射端
側に準備をする必要がなく、光像情報を直接に伝送処理
するので、伝送系の構成を簡便にすることができる。こ
のことは、厳しい環境下で２次元像情報を検知するため
のたとえば微小なセンサを必要とするような場合に有効
となる。

しかもまた、従来の光通信技術では、波長多重の技術を
使わない限り、ｌ木の多量−ド光導波路内に複数の伝送
チャンネルを設けることは、上述したように、電気系や
光学系の構成が複雑になってしまうので、困難であった
。しかしながら、本発明によれば、モードに伝送チャン
ネルを対応させることにより、１本の多モード光導波路
内に複数の伝送チャンネルを設けることが可能となる。

このことは、！木の光ファイバを用いて多チャンネル伝
送を行うような場合に有効となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す構成図、第２図は第１
図示のニューラル・ネットワークの構成例を示す構成図
、第３図は本発明の第１の具体的実施例を示す構成図、第４図は本発明の第２の具体的実施例を示す構成図であ
る。１・・・多モード光導波路、２・・・光信号源、３・・・アレイ状受光素子、４・・・ニューラル・ネットワーク、５・・・出力ポート、６・・・入射光信号、７・・・出射光信号、８・・・結線、９・・・電気信号、ｌＯ・・・出力信号、１１・・・入力ポート、１２・・・処理エレメント、１３・・・加算処理部。１４・・・非線形処理部、１５−・・結線エレメント、１６Ａ、１６［１・・・レンズ、１７・・・１次元のアレイ状発光素子、１８・・・１次
元のアレイ状受光素子、１９、２０・・・電気信号、２１・・・２次元の光信号源、２２・・・２次元のアレイ状受光素子。

Claims

【特許請求の範囲】１）複数のモードを同時に伝送可能な多モード光導波路
と、光の強度分布を検出可能な光検出素子アレイと、ニ
ューラル・ネットワークとを具え、光像情報信号を前記多モード光導波路の一方の端部から
前記多モード光導波路に導いて伝搬させ、前記多モード光導波路の他方の端部から出力として得ら
れる光像情報信号を前記光検出素子アレイに導き、前記光検出素子アレイから得られる電気信号を、前記ニ
ューラル・ネットワークに結合させ、前記ニューラル・ネットワークから光像情報出力信号を
取り出すようにしたことを特徴とする光像情報直接伝送
系。２）前記ニューラル・ネットワークは、前記光検出素子
アレイから得られる電気信号を受ける複数の入力ポート
と、前記複数の入力ポートからの信号を重み付けして加算す
る加算処理手段および前記加算処理手段からの信号に対
して非線形処理を施す非線形処理手段を含む複数の処理
手段と、前記複数の処理手段の相互間を結合する結線手段とを具えたことを特徴とする請求項１記載の光像情報直接
伝送系。