JPH083694B2 - 形状識別装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、レンズを用いて物体形状のフーリエ変換を
光学的に行ない、フーリエ変換ホログラムの手法を用い
て製作したマッチトフィルタと相関をとることにより形
状識別を行なう装置に関する。

［従来技術の説明］ 上記タイプの形状識別装置として従来、第７図に示す
装置が知られている（例えばVander Lugt.A.“Signal d
efection by compley spacial filtering"IEEE Trans I
nform.Theory IT−10;2（1964））。

第７図の装置では、（イ）に示すように形状既知の入
力像91が単一レンズ92によりホログラム乾板93にフーリ
エ変換像を形成する。この乾板93には参照光94が入射し
ており、フーリエ変換像と干渉パターンを作りホログラ
フとして記録される。

このホログラフがマッチトフィルタとして作用する。
形状識別に当っては、（ロ）に示すように既知像91との
相関を見ようとする形状未知入力像95にコヒーレント平
行光100を照射し、レンズ96でフーリエ変換させてホロ
グラフ93に入射させる。もし入力像95が既知入力像91と
同一形状であれば、コリレーションを示す光97がホログ
ラフ93によって形成され、コリレーシン光97を検出器98
で検出することによって形状識別を行なうことができ
る。

上記装置は物体形状のフーリエ変換像の相関をとって
いるので形状の違いに対して高感度で識別行なうことが
できる。

［発明の解決しようとする問題点］ しかしながら上記従来装置では、入力像、レンズ、マ
ッチトフィルタを個々に空間的に配置しており、多種類
の形状識別を行なうには、書き込み時には都度入力像と
乾板を変えて露光する必要があり、また再生時にはマッ
チトフィルタをその都度変えて精密にアライメントし直
さなければならないという問題があった。

［問題点を解決するための手段］ レンズ系による透過型フーリエ変換ホログラムを用い
た形状識別装置において、フーリエ変換レンズとして、
多数のレンズを光軸を平行にし間隔をおいて配置した状
態で一体化したレンズアレイを用い、このレンズアレイ
に対向させて、感光性材料から成り予めレンズアレイと
一体固着した状態で露光形成した基準パターンのホログ
ラム像を有するマッチトフィルタを、前記一体固着状態
で配備した。

上記のレンズアレイとしては、ガラス、プラスチック
等の透明基板内に、基板材よりも屈折率が大な断面が略
半円形のレンズ作用部分をイオン交換、CVD堆積等の手
段で多数配列形成した平板マイクロレンズが好適である
が、他に屈折率分布型ロッドレンズを多数集束して接合
一体化したロッドレンズアレイ等も用いることができ
る。

またマッチトフィルタを形成する感光性材料をレンズ
アレイと一体化するに当っては、レンズアレイの端面に
結像するようレンズ基板の厚みあるいはロッドレンズ長
を選び、このレンズ面に感光性材料を直接積層する構造
をとることができる。あるいはレンズ面と感光性材料面
との間に適当なスペーサー部材を介在させて一体固着し
た構造としてもよい。

例えば、ホログラフ用の銀塩乳剤あるいはダイクロメ
ティクジェル等の液状感光性材料をレンズ面に塗布した
り、あるいは焦点位置に感光面が位置するように厚みを
選んだ透明基板の面に上記感光剤を塗布して、該板をレ
ンズ面に貼り合せる方法で作成できる。

さらにレンズ面と感光性材料との間に一定間隙をおい
て周辺にスペーサーを介在させて一体固着するようにし
てもよい。

［作 用］ 形状既知の基準パターンのホログラム像をマッチトフ
ィルタに固定形成する書き込み時と、このマッチとフィ
ルタを用いて形状未知の入力像との相関をとる読み出し
時において、個々のレンズと個々のマッチトフィルタと
の相対位置関係が一定不変であるため、面倒な光軸合せ
操作が不要となり、また光軸合せ操作時の位置ずれ誤差
を生じないため、極めて高精度の形状識別を実現でき
る。

また特定の形状未知像をレンズアレイ、マルチレンズ
等で多数化してこれを入力像として用いることにより、
１つの感光面上に形成した多数種類の基準パターンの各
マッチトフィルタと上記未知像との相関比較を同時に行
なうことができ、形状識別の処理速度を極めて高速化す
ることができる。

［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図および第２図は書き込み時の状態を示すそれぞ
れ斜視図及び側断面図であり、図中１は、形状識別の際
の比較基準となる基準パターン（図示例ではアルファベ
ット文字）２を多数形成した原画スクリーンであり、こ
の原画スクリーン１から一定間隔をおいて結像レンズ３
を配置し、さらにこの結像レンズ３から所定間隔をおい
てホログラム光学系10を配置する。ホログラム光学系10
は、平行平面をもつ透明基板11A中に屈折率が相対的に
大なレンズ部分11Bを多数一体形成したレンズアレイ体1
1の基板面に感光性材料12を一体固着して構成されてい
る。

上記のような一体化されたレンズアレイ体11は、例え
ば透明ガラス基板の片面をマスク材で被覆してこのマス
ク材の各レンズ位置に対応する箇所に小開口を設け、こ
の開口を通して、基板ガラスの屈折率を増加させるTl,C
s,Li,Ag等のイオンをガラス中のイオンとの交換で基板
内に拡散させることによって製作できる。

またレンズアレイ体11におけるレンズ部分11Bの個数
と配置間隔は、原画スクリーン上の各基準パターン２の
像が個々のレンズと対応するように設定する。

上記装置において原画スクリーン１の背後から平行な
コヒーレント光４を照射すると、基準パターン２の各実
像が結像レンズ３によって５の位置に結像する。そして
この実像結像面５がレンズアレイ体11の焦点面となるよ
うに予め各素子間間隔が設定してある。

面５上に結像した基準パターン実像６は、レンズアレ
イ体11の各レンズ部分11Bにより感光材層12上にフーリ
エ変換像を形成する。このときレンズアレイ体11の面に
対し斜め方向からコヒーレントな参照光７を入射させて
感光材層12上に入力像のホログラフを書き込み、その後
感光材層12を現像することによりマッチトフィルタアレ
イを作成する。

上記のホログラム光学系10を用いて形状識別装置を構
成するには、第３図および第４図に示すように、形状未
知の像20（図示例でＡの文字）を再成面21上の、レンズ
アレイ体11の各レンズ部分11B………に対応した位置に
多数個形成する。そして再成面21の背後からコヒーレン
トな平行光４を照射して各像を照らし、結像レンズ３で
レンズアレイ体11の焦点面５に結像させる。この像はそ
れぞれ個々のレンズ部分11B……によりマッチトフィル
タアレイ８上に個々のフーリエ変換された像として入射
する。この入射像がマッチトフィルタアレイ８に書き込
まれている特定像と一致する場合には、該像箇所からコ
リレーションビーム９が発生する。このビーム９とレン
ズ22で集光し、二次元撮像素子23で受光することによ
り、その受光位置から、フィルタアレイ８上のどのマッ
チトフィルタと相関があるかを知ることができ、これに
より未知形状20の形状認識を行なうことができる。

第５図にホログラム光学系10の他の構造例を示す。本
例では前述実施例と同様にして作成した平板レンズアレ
イ11の、レンズ面露出基板面周辺にスペーサー部材24を
介在させて、感光層12を一面に形成した乾板25を一体に
接合した構造としている。

次に本発明の具体的数値例について説明する。レンズ
アレイ体11として、30mm×30mm×2mm厚みのガラス基板
中にイオン交換法により屈折率勾配型レンズ部分11B
を、250μｍの間隔でたて、横各120個並べてマトリクス
状に形成した平板マイクロレンズを製作した。各レンズ
部分の焦点距離は590μｍ、バックフォーカス560μｍ、
レンズの直径は250μｍであった。この平板マイクロレ
ンズアレイに第５図のように市販（アグファ社製）のホ
ログラフ用乾板25を、乳剤面がレンズの焦点に位置する
ようにスペーサー24を介在させて接着した。そして120
個×120個のレンズのうち、角部の５×５個のレンズを
用いて以下の実験を行なった。

まず、基準パターンとしてアルファベットのＡからＺ
までの25文字をケント紙上に５×５のマトリクス状に2.
5cmおきに並べて書き、これをミニコピーフィルム上に1
0分の１に縮小転写して書き込み用の入力像を形成し
た。このフィルムに、コリメートしたHe−Neレーザ光を
入射し、さらにレンズを用いて10分の１に縮小し像間隔
が平板マイクロレンズのレンズ間隔250μｍに等しくな
るようにレンズに入射させた。同時に、同一のHe−Neレ
ーザから出射された光をビームスプリッタで分割して取
り出し、コリメータでビーム幅を広げてこれを参照光と
して平板マイクロレンズを通して乾板に入射した。参照
光とレンズ光軸との成す角度は５度に設定した。このと
き物体光と参照光の強度比は途中に挿入したアッテネー
タを用いて１対２とし、また入力光強度は約７μW/cm²
として20秒前後の露光を行なったときに最良の結果を得
た。露光後乾板をアグファ社製リファイナルで６分現像
し、１％酢酸で30秒停止後、30秒水洗、G350で４分定着
し、20分水洗後乾燥して形状識別の実験を行なった。

まず書き込みパターンを製作する時と同じ手法を用い
て、ケント紙上にＡの文字を５×５のマトリクス状に並
べ、ミニコピーフィルム上に10分の１に縮小して再生用
のパターンを作った。このミニコピーフィルムに、書き
込み時と同じようにコリメートしたHe−Neレーザ光を入
射して平板マイクロレンズの焦点面上に250μｍ間隔で
像が並ぶように10分の１に縮小した。縮小した像は各レ
ンズによりフーリエ変換されマッチトフィルタに入射し
た。

本実験では再生用パターンが全てＡの文字であったの
で、書き込み時にＡのあった箇所から強い回折光が得ら
れ、再生時の入力パターンがＡであることが確認され
た。

第６図（イ）に書き込み時の入力文字（基準パター
ン）、同図（ロ）に再生時の入力文字（識別しようとす
る未知パターン）、同図（ハ）にそれぞれの光出力相対
強度を示す。第６図（ハ）のように、両パターンが一致
する箇所（左上隅）ではマッチングしていないパターン
部分に比べて３倍近くの強度比で光出力が得られた。

［発明の効果］ 本発明によれば、多チャンネルの一括した形状識別が
可能となるとともに、再生時に、フーリエ変換レンズと
ホログラフマッチトフィルタとの光軸合せを必要とせ
ず、両者の相対位置関係が書き込み時と同一のまま維持
されているので、極めて精密な形状識別を実現できる。

特に、フーリエ変換を利用した従来の形状識別装置に
おいては、物体の形状が同じであっても僅かに物体が回
転しただけで相関が得られなくなり、異なった形状とし
て識別されてしまうという問題があったが、平板マイク
ロレンズアレイを用いると、数万ないし数十万個のレン
ズを二次元マトリクス状に配置した極めて高集積度のレ
ンズアレイも容易に得られ、例えば各レンズ列に対して
３度おきに回転させたパターンを用意すれば前述したよ
うな像の回転に対する問題を解決でき、120通りの回転
を含めた形状識別が可能となる。本発明に係る形状識別
装置は、ロボット等に組み込むことにより部品の形状判
定、向きの判定等の識別に利用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明で使用するホログラム光学系へ基準パタ
ーンのホログラフを書き込む方法を示す斜視図、第２図
は第１図の側断面図、第３図は本発明の形状識別装置を
示す斜視図、第４図は第３図装置の側断面図、第５図は
本発明で使用するホログラム光学系の他の構造例を示す
側断面図、第６図（イ）ないし（ハ）はそれぞれ実験に
用いた基準パターン、被識別パターン、及び両者の相関
比較で得られた光出力相対強度を示す図、第７図は従来
の形状識別装置を示す図である。 １……原画スクリーン、２……基準パターン、3,22……
レンズ、４……コヒーレント平行光、５……実像形成
面、６……実像、７……参照光、８……マッチトフィル
タアレイ、10……ホログラム光学系、11……レンズアレ
イ、11A……透明基板、11B……レンズ部分、12……感光
材層、20……形状未知像、21……再成面、23……二次元
撮像素子、24……スペーサー、25……乾板

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】レンズ系による透過型フーリエ変換ホログ
   ラムを用いた形状識別装置において、フーリエ変換レン
   ズとして、多数のレンズを光軸を平行にし間隔をおいて
   配置した状態で一体化したレンズアレイを用い、このレ
   ンズアレイに対向させて、感光性材料から成り予めレン
   ズアレイと一体固着した状態で露光形成した基準パター
   ンのホログラム像を有するマッチトフィルタを、前記一
   体固着状態で配備したことを特徴とする形状識別装置。