JP2564852B2

JP2564852B2 - 光ａ−ｄ変換器

Info

Publication number: JP2564852B2
Application number: JP62251077A
Authority: JP
Inventors: 肇坂田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1987-05-21
Filing date: 1987-10-05
Publication date: 1996-12-18
Anticipated expiration: 2011-12-18
Also published as: JPS6456426A

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、特に非線形光素子か
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精度、高速度にデ
ジタル処理することが行われている。

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ビット用のＡ−Ｄ変換
器の処理速度はかなり高速な素子で現在約0.1μsec程度
である。

処理画素数が例えば100×100画素であると画像全体で
約1msecの処理時間を要する。又1000×1000画素である
と約100msecとなり、かなり処理時間が長くなってく
る。

この為、最近電気的処理に代わって光学的処理を利用
して高速度化を図ろうとすることが例えば特開昭54-117
56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グ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値化を行っている。

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
の光電変換素子、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変換器の提供を目的とする。

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階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、該しきい値を
基準として同時に第１出力光と第２出力光の２種類の出
力光を生ず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、該非線形光素子は入
力光が該しきい値以下のときは第１出力光としてティジ
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
としてティジット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こ
とである。

特に本発明では前記光Ａ−Ｄ変換器は前記非線形光素
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する光Ａ−Ｄ変換手段
を有していることを特徴としている。

（実施例）第１図（Ａ）は本発明の光Ａ−Ｄ変換器の一実施例の
ブロック図である。同図において10は光Ａ−Ｄ変換手段
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。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アナログ量より成る入力光L1
を光Ａ−Ｄ変換手段10の非線形光素子12に入力してい
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を非線形光素子12に入力する。非線形光素
子12は一定のしきい値を有し、例えば第２図（Ａ），
（Ｂ）に示すように入力光の強度Ｉはしきい値I_t以下の
ときは第１出力光Ｔとして同図（Ａ）に示すティジット
０を意味するデジタル信号に相当する強度I₀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_R0の光を各々出力している。

又、入力光の強度Ｉがしきい値I_t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I₁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Ｉからしきい値
を差し引いた光強度に比例する強度I_R1の光を各々出力
している。

このように非線形光素子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。

そして非線形光素子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は非
線形光素子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、非線形光素子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では入力光を第２図（Ｃ）に示すように一定の増幅率
で例えば非線形光素子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に対し非線形光素子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変換している為、
量子化レベル数が増大しても、即ちビット数が増大して
も同一の構成で実行することができる特長を有してい
る。又、任意のビット数が得られる為、画像の階調を適
切に設定することができる特長を有している。

第１図（Ｂ）は本発明の光Ａ−Ｄ変換器の他の一実施
例のブロック図である。同図において第１図（Ａ）と同
一要素には同符番を付している。

本実施例は被処理画像として多色画像を用いた場合を
示している。入力部11は白色光源1aと被処理用の多色画
像1bを有している。多色画像1bとしては例えばカラーフ
ィルム、カラープリント若しくはCRTや液晶表示装置等
である。

本実施例では透過光を使用しているが多色画像1bの種
類により反射光を使用する場合もある。16は３原色分離
手段16である。入力部11は光Ａ−Ｄ変換する画像情報等
のアナログ量より成る多色入力光LL1を３原色分離手段1
6に入力している。本実施例では３原色分離手段16は空
間的に多色画像情報からの多色入力光LL1を３原色の画
像情報の光LB,LG,LRに分離し出力している。17は波長変
換手段であり３つの波長変換素子17B,17G,17Rを有し、
該波長変換素子は入力してきた３原色に係る光LR,LG,LB
を全て同一の波長の光LL3に変換して出力している。100
は光Ａ−Ｄ変換装置であり単色用の光Ａ−Ｄ変換を行う
もので基本的に第１図（Ａ）で示した光Ａ−Ｄ変換手段
と同様の３つの光Ａ−Ｄ変換手段10を有している。光Ａ
−Ｄ変換手段10は一定の波長より成るアナログ画像情報
をデジタル化処理し、デジタル画像情報の一定波長の光
LL4として出力部15に入力している。

本実施例において入力部11では被処理用の多色画像1b
から多色入力光LL1を多色画像1bに白色光を照射し、該
多色画像からの透過光若しくは反射光より得ているが、
発光型のディスプレイ装置に被処理画像が描かれている
場合は、それより発光される光を多色入力光LL1として
用いても良い。

３原色分離手段16としては例えば多層膜の干渉フィル
ターや第１図（Ｃ）に示す色分解プリズム等が適用可能
である。本実施例では干渉フィルターを用いた場合を示
しており、青フィルター16Bで青色光を透過、緑色光と
赤色光を反射させ、緑フィルター16Gで緑色光を反射、
赤色光を透過させ、赤フィルター16Rで赤色光を反射さ
せ、これにより３原色に分離した色光LB,LG,LRの画像情
報を得ている。

波長変換手段17の波長変換素子17B,17G,17Rとしては
入力波長で書込んだ画像情報を各種の波長の光で読み出
すことにより、同一画像を異なる出力波長の光で得られ
るものであり、通常、受光部と光変調部から成ってい
る。

受光部の感度は波長によって異なる為、読み出し光の
強度を３原色の感度に応じて各々調整している。調整方
法としては例えば比視感度に合うように３原色の各色光
強度を単色用の光Ａ−Ｄ変換手段10の波長へ変換しても
良く、又特定の規則に従い制御しても良い。

本実施例では波長変換素子17B,17G,17Rとしては、所
謂光描込み型空間光変調器を用いている。受光層17aと
して光伝導性を有するCdSを用い、光変調層17b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17a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17bとしては液晶以外に電気光学効果を持つものと
してPLZT,LiNbO₃,Bi₁₂SiO₂₀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17aには各色に応じた画
像が描き込まれ、しかる後に各光変調層17bへ同一波長
を持つ光を偏光ビームスプリッター17cを介して入射さ
せ、偏光ビームスプリッター17cを通して反射光として
同一波長よりなる各色の情報を持つ画像を得ている。

第１図（Ｄ）は本発明の光Ａ−Ｄ変換器の他の一実施
例のブロック図である。同図において第１図（Ｂ）に示
す要素と同一要素には同符番を付している。

本実施例は多色画像情報から特定色の画像情報を順次
時系列的に分離抽出している。入力部11は第１図（Ｂ）
に示す３原色分離手段16の機能を有しており、例えば光
Ａ−Ｄ変換を施すアナログ量より成る多色画像情報から
特定色の情報を分離抽出した光LLL1を波長変換手段17に
入力している。入力部11における1cは光源部であり、３
原色を選択的に発光する光源11B,11G,11Rを有し、各色
の光源を交互に点灯して多色画像1bを照明し、３原色の
光LLL1を出力している。

この他、例えば白色光源と３原色の色フィルターを用
いて順に照明し３原色の光を得るようにしても良い。波
長変換手段17は１つの波長変換素子より成り、入力して
きた特定色の光LLL1を画像の強度情報を持ったまま定め
られた波長を有する光LLL2に変換し、定められた波長に
対応した第１図（Ａ）で示した光Ａ−Ｄ変換手段と同様
の単色用の光Ａ−Ｄ変換手段10に入力している。

光Ａ−Ｄ変換手段10は入力画像をＡ−Ｄ変換処理して
デジタル画像情報の一定波長の光LLL3として出力手段15
に入力している。このような処理を前と異なる特定色の
情報について同様に行っている。

通常、特定色としては赤色，緑色，青色の３原色を選
びこれらの各色について前記処理工程を順次行ってい
る。

本実施例では１つの光Ａ−Ｄ変換手段で処理出来るの
で装置全体が簡素化される特長がある。

次に本実施例の動作原理の具体例について説明する。

第４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５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５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５図（Ａ）のアナログ情報が入力部11から出力し、
非線形光素子12に達すると予め設定している例えば入力
光強度2^n-1の値をしきい値として第１出力光Ｔは第５図
（Ｂ）に示すデジタル的出力光となり、第２出力光Ｒは
第５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５図（Ｂ）の出力形態は入力光の強度がしきい値2
^n-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５図（Ｃ）の出力形態は入力光がしきい値2^n-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
し再び非線形光素子12に入力される帰還系での損失を考
慮してしきい値2^n-1で処理し出力した非線形光素子での
強度の２倍となる値が、該非線形光素子12に入射するよ
うな増幅を受け第５図（Ｄ）に示す強度分布となる。

従って、非線形光素子12に再入力するときの非線形光
素子のしきい値2^n-1で一定であるが実質上判別するしき
い値は前回の1/2の2^n-2となる。この為非線形光素子12
からは第１出力光Ｔとして第５図（Ｆ）に示すような2
^n-2の大きさのビット出力を、第２出力光Ｒとして第５
図（Ｅ）に示すような2^n-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ビット数繰り返してMSB（2
^n-1）からLSB（2⁰）まで順に例えば第６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６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。

次に第１図（Ａ），（Ｂ），（Ｄ）に示す各構成要素
の具体例について説明する。第７図は本発明に係る非線
形光素子12としてファブリペロー共振器を利用した一実
施例の概略図である。本実施例ではファブリペロー共振
器71中に非線形の屈折率を持つ物質72を配置し、入射光
強度Ｉによって共振器条件を変化させ射出光強度を制御
している。

即ち、共振器ミラーの反射率の選択、膜構成（材質の
選択、膜厚設定）等を特定することにより同図に示すよ
うな入力光強度Ｉに対して第１出力光Ｔと第２出力光Ｒ
の２つの出力光を得ている。

光増幅素子14としては２種類あり、１つは純鈍光型で
他の１つは増幅器の際光−電気−光と変化させた光電型
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。

鈍純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、AlGaAs/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８図に
示すようにトランジスタ的に増幅を行う非線形光素子
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
₁₂SiO₂₀等がある。この他BSO（Bi₁₂SiO₂₀）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。

光電型としてはCCD、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LiNbO₃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３図に示すような構成とすれば第１図（Ａ）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９図から第15図は各々順に本発明の実施例１〜
７の概略図である。

実施例１〜７においてはアナログ入力画像として簡単
のため第１図（Ａ）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第１図（Ｂ）若しくは同図（Ｄ）
に示すように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
９図から第15図において10は光Ａ−Ｄ変換手段である。

第９図に示す実施例１では４ビットの光Ａ−Ｄ変換を
行っている。同図において91は照明光源でGaAlAs/GaAs
半導体レーザ（波長830nm）等から成っている。92はア
ナログ入力画像で例えば白黒フィルムより成っている。
93はビームスプリッター、94は光増幅素子でGaAlAs/GaA
s半導体レーザ等から成っている。95は非線形光素子でG
aAsとGaAlAsを交互に積層したMQW（マルチ、クオンタ
ム、ウエル）構造を持つ光双安定素子等から成ってい
る。96は光遅延素子で光ファイバーを用い遅延時間を１
ビット処理時間に相当する長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を付してい
る。

本実施例では非線形光素子95に入力したアナログ入力
画像92は2³の大きさのビット出力を第１出力光Ｔとして
ビットプレーン97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94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94で増幅さ
れ、光遅延素子96で遅延された後、ビームスプリッター
93で反射し、前記のプロセスと同様に非線形光素子95に
入力し、次は非線形光素子95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94の方向に第２出力光Ｒとして
出力している。以下同様にして非線形光素子95からはビ
ット数に応じて2¹,2⁰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、光増幅素子及び非線形光素子の応答時間が
凡そ10nsec、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1
00mとした。４ビットを処理するのに結局２μsecだけ要
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。

又、本実施例において同様の構成で10ビットの光Ａ−
Ｄ変換を行った。

非線形光素子95としてはInSbを非線形媒質としたファ
ブリ・ペロー・エタロンを使用した。照明光源91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InSbを励起し、このとき非線形光素子95
は第２図（Ａ），（Ｂ）の入出力特性を示す。応答時間
及び緩和時間は凡そ１μsec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、自然発光が本
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94を通過する時間
はシステム内では無視できる。

光遅延素子96はKRS-5（TlBr-TlI）からなる赤外用フ
ァイバーを500mの長さで用い、５μsecの遅延時間を得
た。その結果、10ビット処理時間は凡そ50μsecであ
る。

第10図に示す実施例２では８ビットの光Ａ−Ｄ変換を
行っている。本実施例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で行って
いる。

同図において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1msec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。103は反射鏡、104はクロック素子であ
り約5msec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非線形光素子95より光
蓄積素子101を介し、光蓄積素子102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非線形光素子95をへて光
蓄積素子101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91としてはArレーザ（波長514.
5nm）を用い、非線形光素子95としてはZnSeとThF₄と交
互に配した干渉フィルターを用いている。非線形光素子
95はArレーザ光を吸収して屈折率が変化し、第２図
（Ａ），（Ｂ）に示す様な第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1msec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10msecであり、８ビットの処理
では約80msec要している。

例えばフィルムの解像度を1000×1000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11図に示す実施例３ではアナログ入力画像92からの
情報を光増幅素子111と光遅延素子112そして非線形光素
子95とから成る光Ａ−Ｄ変換器内をビット数に応じて往
復させ非線形光素子95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111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。

非線形光素子95と光増幅素子111とは、GaAsからな
り、従って照明光源91もGaAs半導体レーザからの波長83
0nmの光を用いる。光パルス持続時間は10nsec、非線形
光素子95の応答時間は5nsec、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100nsec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100
nsecとなる。

第12図に示す実施例４では外部光を利用して光遅延や
光増幅を行っている。

図中121はBaTiO₃（チタン酸バリウム）の光誘起屈折
率効果を利用した２液混合による光増幅素子であり、ル
ープ内信号光と外部制御用のポンプ光とのエネルギーの
遺り取りを行う事により光増幅を行う。126は信号光に
エネルギーを与える該ポンプ光である。122,123は何れ
も、ZnSと液晶とを組み合わせた光書込み型空間光変調
素子であり、124,125は各々、122,123を制御し、読出し
を行う制御光である。

又、非線形光素子95は第10図で用いたのと同様の干渉
フィルターである。従って、本実施例で使用される光源
は、全て第10図と同様のArレーザ（波長514.5nm）であ
る。

以下、動作を説明していく。第１の状態では、空間光
変調素子122及び光増幅素子121には、制御光124が照射
されて、オン状態となっている。空間光変調素子123に
は制御光125は照射されておらず、オフ状態である。こ
の時、空間光変調素子122を出射した光は光増幅素子121
に達し、増幅されて非線形光素子95を動作させる。デジ
タル化した出力光は外部へ出射し、残った情報光は、空
間光変調素子123に書込まれる。第２の状態では空間光
変調素子122と光増幅素子121が照射を受けず、オフ状態
となる。逆に空間光変調素子123は制御光125が照射され
オン状態となる。この時空間光変調素子123を出射した
情報は空間光変調素子122に書込まれる。以上の過程を
経て１ビット分の処理が行われる。以下、同様にして第
１、第２の過程を順次繰り返して光Ａ−Ｄ変換が行われ
る。

第13図に示す実施例５では１ビットの光Ａ−Ｄ変換を
行っている。同図においては照明光源91でアナログ入力
画像92を照明し、アナログ入力画像92を非線形光素子95
を通過させた後、２値化したデジタル出力画像97として
出力している。

本実施例では単純な構成で２次元アナログ画像を瞬時
にデジタル画像に変換することが可能である。

第14図に示す実施例６では４ビットの光Ａ−Ｄ変換を
行っている。同図において141〜144は非線形光素子、15
0は反射鏡である。アナログ入力画像92は第１の非線形
光素子141に入力し、このうちデジタル信号である第１
出力光T1は透過する。又、アナログ信号である第２出力
光R1は反射し、更に反射鏡150で反射した後、第２の非
線形光素子142に入力する。このうちデジタル信号であ
る第２出力光T2は透過し、アナログ信号である第２出力
光R2は反射し、反射鏡150を介して第３の非線形光素子1
43に入力する。

以下、同様に各非線形光素子143,144から順に第1,第
２出力光T3,T4を得ている。

本実施例における各非線形光素子のしきい値は光の通
過順に1/2ずつ低くなるように設定している。例えば非
線形光素子141からは最上位のビットプレーンを得てい
る。これにより前段の１つの下位のディジットの判定を
するようにしている。即ち、非線形光素子141〜144から
の第１出力光T1〜T4より順次2³,2²,2¹,2⁰の各位のティ
ジットに相当する２値画像を得ている。

第15図に示す実施例７は８ビットの光Ａ−Ｄ変換を行
っている。本実施例では８つの非線形光素子151〜158は
全て同一のしきい値を有し、又、全て同一の入出力特性
を有している。

そして各非線形光素子と反射鏡150との間には第１図
（Ａ）に示す光増幅素子と同様の光増幅素子149が各々
配置されている。即ち光増幅素子149は入射光の強度が
次の非線形光素子に対して２倍となるように途中の光損
失を考慮して増幅している。

本実施例において全ての非線形光素子のしきい値が同
一である点及びアナログ入力画像92が非線形光素子151
に入射し、デジタル信号の第１出力光Ｔを透過させアナ
ログ信号の第２出力光Ｒを反射し、該第２出力光Ｒを次
の非線形光素子152に順次入力していく過程は、光増幅
素子149を介した点を除いて第14図に示す実施例と同一
である。

本実施例においては非線形光素子151からは最上位（M
SB）のビットプレーンが得られ非線形光素子158からは
最下位（LSB）のビットプレーンが得られる。

本実施例では特に光遅延素子を必要としない。この為
非線形光素子と光増幅素子の応答時間のみによって全体
の処理時間が決定される。

（発明の効果）以上のように本発明によれば所定の非線形光素子を有
した光Ａ−Ｄ変換手段を利用することにより高速、高精
度な光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光Ａ−
Ｄ変換処理が可能となる。

又、処理画像が多色画像であっても３原色の画像情報
を空間的、若しくは時系列に分離抽出し平行処理を行う
ことにより高速、高精度の光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（Ａ），（Ｂ）．（Ｄ）は本発明の一実施例の基
本構成のブロック図、第１図（Ｃ）は第１図（Ｂ）の一
部分を変更したときの説明図、第２図（Ａ），（Ｂ），
（Ｃ）は第１図に示す各要素の入出力特性の説明図、第
３図は第１図の一部分を変更したときの一実施例のブロ
ック図、第４図はアナログ入力画像の一例を示す説明
図、第５図（Ａ）〜（Ｆ）は各々本発明に係る非線形光
素子の入出力特性を説明する為の概略図、第６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７図は本発明に係る非線形光素子を非線形ファ
ブリ・ペロー共振器で構成したときの入出力情報の説明
図、第８図は本発明の光Ａ−Ｄ変換器で用いた光増幅素
子り入出力特性の説明図、第９図〜第15図は各々本発明
の具体的な実施例の概略図である。図中、10は光Ａ−Ｄ変換手段、11は入力部、12,95は非
線形光素子、14,94,111,121は光増幅素子、13,96,112は
光遅延素子、15は出力部、91は照明光源、92はアナログ
入力画像、93はビームスプリッター、97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、10
3は反射鏡、17,104はクロック素子、71はファブリ・ペ
ロー共振器、122,123は空間光変調器、124,125は空間光
変調器制御光、126は光増幅素子用ポンプ光である。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】入力光に対して一定のしきい値を有し、該
しきい値を基準として同時に第１出力光と第２出力光の
２種類の出力光を生ず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
光素子は入力光が該しきい値以下のときは第１出力光と
してティジット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出力光としてティジット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
出力することを特徴とする光Ａ−Ｄ変換器。
【請求項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
る特許請求の範囲第１項記載の光Ａ−Ｄ変換器。
【請求項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特
許請求の範囲第２項記載の光Ａ−Ｄ変換器。
【請求項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特許請求の
範囲第３項記載の光Ａ−Ｄ変換器。
【請求項５】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特許請求
の範囲第１項記載の光Ａ−Ｄ変換器。