JP2553614B2 - コヒーレント光学装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、コヒーレント光照明下において、透過物体
のフーリエ変換パターンを複数個同時に得るための光学
装置に関するものである。

〔従来の技術〕

光情報処理、或いはいわゆる「光コンピューティン
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、透過率或いは位相で情報化された画像
（透過物体）のフーリエ変換を同時に多数個得て、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フーリエ変
換パターンを同時に多数個得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３図、或いは第４図に
示すものが知られている。

第３図は、HeNe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、透過物体（３）を照明している。透過
物体（３）の直後に２次元的に格子状に配列したピンホ
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ている。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得られる。

透過物体（３）の複素透過率をｆ（x,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
してディラックの関数で表わせば、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。（p,qはピンホールのピッチ）。

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（ξ，η）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，
η面、即ち、レンズ（５）の後側焦点面に多数個得られ
る。

上記式で＊はコンボリューションを表わす。また、1/
p′,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ｑ′は比例する。
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。

一方、第４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
を参照光とした時、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５図に
示されるようにいわゆるフレネルゾーンブレートが、多
数個ずれて重なっている様なパターンが記録されてい
る。なお、第５図には、便宜上、２パターンのみ示して
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。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、第３図の装置の欠点は、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。

これをさけるために、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（ξ，η）が加味され、（２
式）は、 の様に書き直される。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（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。

また第４図の構成では、多数個のフーリエ変換パター
ンを得ようとして、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うと
いった欠点がある。

〔問題点を解決するための手段〕

コヒーレント照明のともに、微小レンズを同一平面上
で１次元又は２次元的に多数配列した微小レンズアレイ
を配置し、このレンズアレイの後方に第１の単レンズ、
透過物体、第２の単レンズをこの順に配列する。

上記第１レンズは、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
束を透過させるに充分なレンズ径とする。

また透過物体は、レンズアレイの各微小レンズから射
出して第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する。

さらに第２レンズは、レンズアレイの各微小レンズか
ら射出して第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させるに充分なレンズ
径とする。

以上のように光学系を構成し、上記第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
上同時に形成させる。

〔作 用〕

上記構成によれば、透過物体のフーリエ変換パターン
を多数個、充分な光量を確保し不要な迷光ノイズなし
に、各フーリエ変換パターンの空間周波数分布が均一な
状態で得ることができる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図に基づいて説明する。

第１図において、微小レンズを同一平面内で一次元又
は二次元的に多数配列して成る微小レンズアレイ（８）
が平行なコヒーレント光によって照明されている。照明
については、従来装置と同様であってよい。微小レンズ
アレイ（８）を透過したビーム（14）は、個々のレンズ
（8A）でそれぞれ収束光となり、１度焦点を結んだあ
と、発散光となる。微小レンズアレイ（８）の後方に
は、第１のレンズ（９）が配置されている。第１のレン
ズの前側焦点面と、微小レンズアレイ（８）の後側焦点
面はほぼ一致するように第１のレンズ（９）が置かれて
いる。また第１のレンズ（９）の瞳面は、微小レンズア
レイ（８）の各々のレンズから射出して第１のレンズに
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。

微小レンズアレイ（８）の各々のレンズから射出され
たビーム（14）は、第１のレンズ（９）によってコリメ
ートされ、第１のレンズ（９）の後側焦点位置で空間的
に重なる。フーリエ変換を作るべき入力画像である透過
物体（３）は、この位置に配置されている。

透過物体（３）の後方にはさらに第２のレンズ（10）
が置かれている。透過物体（３）はこの第２のレンズ
（10）の前側焦点面の近傍に置かれ、かつ、第２のレン
ズ（10）の瞳面の大きさは、各々の微小レンズを透過
し、さらに第１のレンズ（９）、透過物体（３）を透過
したすべての光束が入射しう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
（３）のフーリエ変換パターンがフーリエ変換面（1
1）、即ち、第２のレンズ（10）の後側焦点位置に多数
個同時に得られる。

なお、上述した一実施例では、各構成部品の間隔を第
１のレンズ（９）或いは第２のレンズ（10）の焦点距離
だけ離して配置したが、例えば、透過物体（３）と第２
のレンズ（10）の距離を短かくする事してもよく、得た
いフーリエ変換パターンの大きさや各フーリエ変換パタ
ーンの間隔等によって、各構成部品の配置は、適当に変
えても構わない。

また、コヒーレントな照明下において、物体の複製像
を多数個得たい場合があるが、このような場合は、第２
図の様に、各フーリエ変換パターンに対応して、第２の
微小レンズアレイ（12）を配置する事によって、第２の
微小レンズアレイ（12）の後側焦点に位置する像面（1
3）に、透過物体（３）のコヒーレントな複製像を多数
個得る事ができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、従来、多数個のフーリエ変換パター
ンを作製するのに不可欠だ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
明なフーリエ変換パターン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、微小レンズア
レイで構成可能であり、微小レンズ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ガラ
ス板中に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、高品質で鮮
明なフーリエ変換パターン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図は本発明の他の実施例を示す側断面図、 第３図は従来装置の一例を示す側断面図、 第４図は従来装置の他の例を示す側断面図、 第５図は第４図の装置で使用する計算機ホログラムを示
す正面図である。 （３）……透過物体、（８），（12）……微小レンズア
レイ、（10）……第１のレンズ、（11）……フーリエ変
換面、（13）……像面。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】コヒーレント照明下に、微小レンズを１次
   元又は２次元に配列した微小レンズアレイを備え、前記
   微小レンズアレイの後方に第１のレンズを備え、前記第
   １のレンズの後方に、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を配置し、前記透過物体の後
   方に第２のレンズを備え、前記第１のレンズは、前記微
   小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つ以上の光束が第１のレンズを
   透過可能なレンズ径を持ち、前記透過物体は、前記各微
   小レンズから射出し前記第１の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のレンズは、前記各微小レンズ
   から射出し、前記第１のレンズ及び前記透過物体を透過
   した光束のうち少くとも２つ以上の光束を透過せしめ、
   かつ、前記第２のレンズの後方に、前記透過物体のフー
   リエ変換パターンを少くとも２つ以上同時に形成する事
   を特徴とするコヒーレント光学装置。