JP3865023B2

JP3865023B2 - 光処理方法および光処理装置

Info

Publication number: JP3865023B2
Application number: JP23185698A
Authority: JP
Inventors: 克典河野; 努石井; 和夫馬場
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd; Fujifilm Business Innovation Corp
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1998-08-18
Filing date: 1998-08-18
Publication date: 2007-01-10
Anticipated expiration: 2018-08-18
Also published as: JP2000067459A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、画像などのデータがホログラムとして記録された光記録媒体からデータを読み出す光処理方法および光処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
被測定パターンとマスクパターンとを比較して、両者のパターンの異なる部分のみを検出する欠陥検査装置や、背景光中から新規物体のみを光検出する視覚センサなどの装置においては、通常、２つの画像パターンを検出して、その和と差を演算することにより、２つの画像の違いを識別して、物体の欠陥や移動などを検知している。
【０００３】
このような２つの画像の演算は、通常、コンピュータによって行われる。しかし、コンピュータによる画像処理は、基本的には１画素ごとに逐次演算するため、処理時間が長くなる欠点がある。そのため、実時間で２つの画像の和や差を演算することは、事実上難しい。また、処理時間を短くしようとすると、高速コンピュータや並列コンピュータが必要となるが、これは高価な上、大型であり、実用に適さない。
【０００４】
この問題を解決する方法として、特開平３−１０７８２７号には、コヒーレントなプローブ光およびポンプ光を、互いの偏光方向を平行にして入射させたときに生じる光強度の変化に従って、媒体中に非可逆的な格子を形成するとともに、互いの偏光方向を垂直にして入射させたときに生じる偏光方向の変調に従って、媒体中に可逆的な（一時的な）格子を形成し、前記ポンプ光と同じ偏光方向を有する他のコヒーレントなポンプ光を前記ポンプ光と対向させて入射させたときの、非可逆的な格子によるホログラフィー再生過程と、可逆的な格子による４光波混合過程とによって、それぞれプローブ光の前記ポンプ光と平行および垂直な偏光方向と等しい偏光方向を有する互いに直交した２つの位相共役光を発生させ、この２つの位相共役光を比較することによって、２つの画像の和と差を演算する方法が示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の特開平３−１０７８２７号に示された方法には、以下のような問題がある。上記の方法では、２つの画像のうち、一方は媒体に記録されているホログラムからの再生光（位相共役光）であり、他方は４光波混合によって実時間で得られる再生光（位相共役光）である。したがって、演算する２つの画像を同時に媒体に記録することができない。そのため、上記の方法を画像やデジタルデータを蓄積するホログラムメモリシステムとして用いる場合には、記録されている複数の画像やデジタルデータ間の演算を行うことはできない。また、上記の方法では、得られた演算結果を記録するには別途、蓄積装置が必要となる。
【０００６】
さらに、上記の方法では、２つの画像を同時に媒体に記録することや、２つの画像を同時に実時間で再生することができないため、演算する２つの画像が変化する場合には、２つの画像の和や差などを演算することができないという問題がある。
【０００７】
そこで、この発明は、光記録媒体に記録されている２つの画像などのデータ間で、和または差の演算や論理演算などの任意の演算を、簡便かつ高速に行うことができるようにしたものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明の光処理方法では、
互いに直交する偏光方向を有する２つの信号光が同一の参照光によって同一の領域に記録されている光記録媒体の前記領域に、前記参照光と同じ読み出し光を照射して、互いに直交する偏光方向を有する２つの回折光成分が合成された回折光を得、この回折光から任意の偏光成分を取り出すことによって、前記領域に前記２つの信号光として記録されている２つのデータ間の演算出力を得る。
【０００９】
【作用】
出願人は先に、特願平１０−３２８３４号によって、信号光または参照光の偏光方向を変えて、複数の信号光を複数のホログラムとして、光記録媒体の同一領域に多重に記録することを提案した。
【００１０】
この先願の光記録方法では、信号光と参照光の偏光方向を、互いに平行な方向と互いに直交する方向の２通りとすることによって、入射光の偏光状態に感応して偏光方向を記録できる光記録媒体（以下、偏光感応型の光記録媒体と称する）の同一領域に、２つの信号光を２枚のホログラムとして多重に記録することができる。
【００１１】
これによれば、例えば、第１段階で、信号光と参照光の偏光方向を互いに平行にして、第１の信号光を１枚目のホログラムとして記録し、第２段階で、信号光の偏光方向を９０°回転させることにより、信号光と参照光の偏光方向を互いに直交させて、第２の信号光を２枚目のホログラムとして、１枚目のホログラムが記録された領域に記録することができる。
【００１２】
読み出し時には、２枚のホログラムが記録されている領域に、記録時の参照光と同じ読み出し光を照射することによって、２枚のホログラムから、それぞれ再生像を得ることができる。ただし、１枚目のホログラムからの回折光成分と、２枚目のホログラムからの回折光成分は、互いに偏光方向が直交する。
【００１３】
そこで、回折光の光路に偏光子を配置し、その偏光子の方位（透過軸）を、回折光の互いに偏光方向が直交する２つの回折光成分の偏光方向に、それぞれ一致させることによって、２つの回折像を分離して読み出し、多重記録されている２つのデータを分離して読み取ることができる。
【００１４】
この先願の光記録方法を利用して、この発明の光処理方法では、上述したように、互いに直交する偏光方向を有する２つの信号光が同一の参照光によって同一の領域に記録されている光記録媒体の前記領域に、前記参照光と同じ読み出し光を照射して、互いに直交する偏光方向を有する２つの回折光成分が合成された回折光を得、この回折光から任意の偏光成分を取り出すことによって、前記領域に前記２つの信号光として記録されている２つのデータ間の演算出力を得るものである。
【００１５】
したがって、この発明の光処理方法によれば、光記録媒体に記録されている２つの画像などのデータ間で、和または差の演算や論理演算などの任意の演算を、簡便かつ高速に行うことができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
〔光処理方法の原理〕
図１は、この発明の光処理方法の原理を示す。上述したように、光記録媒体には、互いに直交する偏光方向を有する、１枚目の画像の信号光および２枚目の画像の信号光が、それぞれホログラムとして、同一の参照光によって同一の領域に記録されている。
【００１７】
この２枚のホログラムが記録されている領域に、記録時の参照光と同じ読み出し光を照射することによって、２枚のホログラムから、それぞれ再生像が得られる。ただし、図１に示すように、１枚目のホログラムからの回折光成分Ａ１と、２枚目のホログラムからの回折光成分Ａ２は、互いに偏光方向が直交する。
【００１８】
上述したように、回折光の光路には偏光子を配置する。この偏光子の方位θを０°にして、回折光成分Ａ１の偏光方向と一致させたときには、１枚目のホログラムの回折像のみを分離して取り出すことができる。このとき、回折光成分Ａ１の振幅をＴ１とすると、偏光子を透過する光強度は｜Ｔ１｜²に比例する。
【００１９】
偏光子の方位θを９０°にして、回折光成分Ａ２の偏光方向と一致させたときには、２枚目のホログラムの回折像のみを分離して取り出すことができる。このとき、回折光成分Ａ２の振幅をＴ２とすると、偏光子を透過する光強度は｜Ｔ２｜²に比例する。
【００２０】
偏光子の方位θを４５°にして、２つの回折光成分Ａ１およびＡ２の合成ベクトルの方向と平行にすると、偏光子を透過する光強度は｜Ｔ１＋Ｔ２｜²に比例するようになる。すなわち、θ＝４５°とすることによって、２つの回折光成分Ａ１およびＡ２の和が得られる。
【００２１】
偏光子の方位θを１３５°にして、２つの回折光成分Ａ１およびＡ２の合成ベクトルの方向と直交させると、偏光子を透過する光強度は｜Ｔ１−Ｔ２｜²に比例するようになる。すなわち、θ＝１３５°とすることによって、２つの回折光成分Ａ１およびＡ２の差が得られる。
【００２２】
回折光成分Ａ１およびＡ２として読み出される１枚目および２枚目の画像を、それぞれ図２（Ａ）および（Ｂ）に示すような二値画像とすると、θ＝４５°としたときの加算出力は、同図（Ｃ）に示すような画像となり、θ＝１３５°としたときの減算出力は、同図（Ｄ）に示すような画像となる。同図（Ｄ）の減算出力の画像は、１枚目および２枚目の画像の排他的論理和（ＸＯＲ）である。
【００２３】
また、同図（Ｃ）の加算出力の画像を、コンピュータなどによって、しきい値処理することによって、１枚目および２枚目の画像の、同図（Ｅ）に示すような論理積（ＡＮＤ）の画像、または同図（Ｆ）に示すような論理和（ＯＲ）の画像を得ることができる。
【００２４】
以上のように、この発明によれば、演算する２つの画像をホログラムとして光記録媒体の同一領域に、あらかじめ記録しておくことができる。そして、読み出し時に、回折光の光路中に配置した偏光子の方位を調整するだけで、そのホログラムとして記録されている２つの画像の、和または差や論理演算出力など、任意の演算出力を得ることができる。
【００２５】
〔光処理方法および光処理装置の実施形態〕
図３は、この発明の光処理方法および光処理装置の一実施形態を示す。光源３０からのコヒーレント光を、ビームスプリッタ３１で２つの光に分け、記録時にはシャッタ３２を開けて、ビームスプリッタ３１を透過した光を、レンズ３３および３４によって口径の広い平行光にして、空間光変調器２０に入射させる。
【００２６】
後述するように、コンピュータ５０によって空間光変調器２０に画像を表示して、空間光変調器２０を通過した光として、空間光変調器２０に表示された画像の情報を有する信号光を得、この信号光を１／２波長板２１を通過させて、所定の偏光方向を有する信号光１に変換する。
【００２７】
この１／２波長板２１を通過した信号光１を、レンズ３５によって集光して、上述した偏光感応型の光記録媒体１０に照射する。同時に、ビームスプリッタ３１で反射した光を、参照光２として、ミラー３７および３８で反射させて、光記録媒体１０の信号光１が照射される領域に照射する。これによって、光記録媒体１０中で信号光１と参照光２が干渉して、光記録媒体１０中にホログラムが記録される。
【００２８】
この場合、第１段階では、１枚目の画像として、図２（Ａ）に示したような画像を空間光変調器２０に表示し、１／２波長板２１を、これを通過した信号光１の偏光方向が紙面に垂直（これを０°とする）となるように調整して、信号光１と参照光２を同時に光記録媒体１０に照射することによって、光記録媒体１０中に１枚目のホログラムを記録する。
【００２９】
次に、第２段階では、２枚目の画像として、図２（Ｂ）に示したような画像を空間光変調器２０に表示し、１／２波長板２１を、これを通過した信号光１の偏光方向が紙面に平行（これを９０°とする）となるように調整して、信号光１と参照光２を同時に光記録媒体１０に照射することによって、光記録媒体１０中の１枚目のホログラムが記録された領域に２枚目のホログラムを記録する。
【００３０】
ただし、参照光２の偏光方向は、１枚目のホログラムの記録時と２枚目のホログラムの記録時で同一にする。
【００３１】
読み出し時には、シャッタ３２を閉じて信号光１を遮断し、記録時の参照光２と同じ光を読み出し光３として、光記録媒体１０に照射する。照射された読み出し光３は、光記録媒体１０中に記録されているホログラムによって回折される。
【００３２】
その回折光４を、レンズ３６によって、ＣＣＤなどの光検出器４０上に結像させて、信号光１のデータ画像を読み取る。この場合、レンズ３６と光検出器４０との間に偏光子２２を配置し、図では結線を省略したが、コンピュータ５０によって、この偏光子２２の透過軸を任意の方向に調整することによって、以下のように、１枚目の画像または２枚目の画像のみ、または１枚目の画像と２枚目の画像との間の任意の演算出力を読み出す。
【００３３】
図１において説明したように、１枚目の画像のみを読み出すときには、偏光子２２の透過軸を０°とし、２枚目の画像のみを読み出すときには、偏光子２２の透過軸を９０°とする。第１段階で記録された１枚目のホログラムからの回折光成分Ａ１の振幅をＴ１、第２段階で記録された２枚目のホログラムからの回折光成分Ａ２の振幅をＴ２とすると、偏光子２２の透過軸を０°としたときには、偏光子２２を透過する光強度は｜Ｔ１｜²に比例し、偏光子２２の透過軸を９０°としたときには、偏光子２２を透過する光強度は｜Ｔ２｜²に比例する。
【００３４】
ただし、これは、信号光１の偏光が回折光４に忠実に再生された場合である。実際には、光学系や光記録媒体１０の偏光特性によって、回折光４の偏光方向は信号光１のそれと若干ずれる可能性がある。しかし、その場合でも、多重記録されている２つの画像の偏光方向は互いに直交した関係に保たれているので、偏光子２２の透過軸を適当に調整することによって、２つの画像をクロストークを生じることなく分離して取り出すことができる。
【００３５】
偏光子２２の透過軸を４５°にすれば、偏光子２２を透過する光強度は｜Ｔ１＋Ｔ２｜²に比例するようになり、２つの画像の加算出力が得られる。また、偏光子２２の透過軸を１３５°にすれば、偏光子２２を透過する光強度は｜Ｔ１−Ｔ２｜²に比例するようになり、２つの画像の減算出力が得られる。
【００３６】
振幅Ｔ１およびＴ２で表される２つの画像が、それぞれ、光の「明」（データ“１”）と「暗」（データ“０”）で表される二値画像である場合には、２つの画像の減算出力｜Ｔ１−Ｔ２｜²も二値データとなり、図２（Ｄ）に示したように２つの画像の排他的論理和（ＸＯＲ）と等価になる。
【００３７】
一方、２つの画像の加算出力｜Ｔ１＋Ｔ２｜²は“１＋１”，“１”，“０”の３つの値（明るさ）を有するが、しきい値処理することによって、“１＋１”と“１”を「明」、“０”を「暗」とすれば、図２（Ｆ）に示したように２つの画像の論理和（ＯＲ）が得られ、“１＋１”を「明」、“１”と“０”を「暗」とすれば、図２（Ｅ）に示したように２つの画像の論理積（ＡＮＤ）が得られる。
【００３８】
〔実施例〕
上述した方法で、実際に記録再生を試みた。光記録媒体１０としては、信号光１と参照光２との間の偏光角が、いかなる値のときでも、ホログラムを記録できるものであれば、どのようなものでもよいが、ここでは、図４に示す化学式で表される、側鎖にシアノアゾベンゼンを有するポリエステルを用いた。
【００３９】
この材料は、特願平１０−３２８３４号に詳細に記載されているように、側鎖のシアノアゾベンゼンの光異性化による光誘起異方性（光誘起複屈折性、光誘起２色性）によって、信号光の偏光方向をホログラムとして記録することができる。ホログラム読み出し光の偏光方向を参照光のそれと等しくすれば、信号光と同じ偏光方向を有する回折光を得ることができる。また、信号光または参照光の偏光方向を変えて、複数の信号光を複数のホログラムとして、光記録媒体の同一領域に多重に記録することができる。すなわち、互いに直交する偏光方向を有する２つの信号光を同一の参照光によって光記録媒体の同一の領域に記録し、参照光と同じ読み出し光で読み出すと、信号光と等しい互いに直交する偏光方向を有する２つの回折光成分を同時に得ることができる。また、記録されたホログラムは、室温自然光のもとで数年以上、緩和なく記録が保持される。
【００４０】
光源３０には、光記録媒体１０としての、側鎖にシアノアゾベンゼンを有するポリエステルに感度のあるアルゴンイオンレーザの発振線５１５ｎｍを使用した。空間光変調器２０には、一画素の大きさが４２μｍ×４２μｍで６４０×４８０画素のプロジェクタ用液晶パネル１．３型を用いた。
【００４１】
記録の第１段階では、図２（Ａ）に示した１枚目の画像を、コンピュータ５０で作成して空間光変調器２０に表示し、１／２波長板２１を信号光１の偏光方向が紙面に垂直（０°）となるように調整して、信号光１と参照光２を同時に光記録媒体１０に照射することによって、光記録媒体１０中に１枚目のホログラムを記録した。このとき、参照光２の偏光方向は、信号光１のそれと等しい０°とした。
【００４２】
記録の第２段階では、図２（Ｂ）に示した２枚目の画像を、コンピュータ５０で作成して空間光変調器２０に表示し、１／２波長板２１を信号光１の偏光方向が紙面に平行（９０°）となるように調整して、信号光１と参照光２を同時に光記録媒体１０に照射することによって、光記録媒体１０中の１枚目のホログラムが記録された領域に２枚目のホログラムを記録した。このとき、参照光２の偏光方向は、第１段階と等しい０°とした。
【００４３】
読み出し時には、シャッタ３２を閉じて信号光１を遮断し、記録時の参照光２と同じ光を読み出し光３として、光記録媒体１０に照射した。読み出し光３の偏光方向は、参照光２と等しい０°とした。回折光４をレンズ３６によって光検出器４０上に結像させ、信号光１のデータ画像を読み取った。
【００４４】
偏光子２２の透過軸をほぼ０°にしたときには、図２（Ａ）に示した１枚目の画像が検出され、偏光子２２の透過軸をほぼ９０°にしたときには、図２（Ｂ）に示した２枚目の画像が検出された。
【００４５】
偏光子２２の透過軸をほぼ４５°にしたときには、図２（Ｃ）に示した加算出力の画像が検出され、偏光子２２の透過軸をほぼ１３５°にしたときには、図２（Ｄ）に示した減算出力の画像（排他的論理和の画像）が検出された。また、偏光子２２の透過軸をほぼ４５°にしたときに得られた加算出力の画像を、しきい値を２通りに変えて、しきい値処理することによって、図２（Ｅ）に示した論理積の画像と、図２（Ｆ）に示した論理和の画像とが得られた。
【００４６】
〔他の実施形態〕
偏光感応型の光記録媒体１０の材料としては、側鎖にシアノアゾベンゼンを有するポリエステルに限らず、一般的に、側鎖に光異性化する基を有する高分子または高分子液晶が好適である。また、その光異性化する基としては、アゾベンゼン骨格を含むものが好適であり、その高分子または高分子液晶としては、ポリエステル群から適宜選択した少なくとも１種のモノマー重合体が好適である。
【００４７】
また、光記録媒体１０全体を、このような光誘起異方性を示す材料で形成しないで、ガラス基板などの透明基板の一面側に、このような光誘起異方性を示す材料からなる偏光感応層を形成してもよい。
【００４８】
【発明の効果】
上述したように、この発明の光処理方法および光処理装置によれば、光記録媒体に記録されている２つの画像などのデータ間で、和または差の演算や論理演算などの任意の演算を、簡便かつ高速に行うことができる。さらに、この発明の光処理方法によれば、光記録媒体に記録されているデジタルデータを演算処理して出力するデジタルメモリシステムを実現することができ、コンピュータのＣＰＵの負担を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の光処理方法での信号光の偏光方向、回折光の偏光方向および偏光子の方位の関係を示す図である。
【図２】この発明の光処理方法での入力画像と出力画像の例を示す図である。
【図３】この発明の光処理方法および光処理装置の一実施形態を示す図である。
【図４】この発明の光処理方法で用いる光記録媒体の材料の一例の化学式を示す図である。
【符号の説明】
１…信号光
２…参照光
３…読み出し光
４…回折光
１０…光記録媒体
２０…空間光変調器
２１…１／２波長板
２２…偏光子
３０…光源
３１…ビームスプリッタ
３２…シャッタ
４０…光検出器
５０…コンピュータ

Claims

互いに直交する偏光方向を有する２つの信号光が同一の参照光によって同一の領域に記録されている光記録媒体の前記領域に、前記参照光と同じ読み出し光を照射して、互いに直交する偏光方向を有する２つの回折光成分が合成された回折光を得、この回折光から任意の偏光成分を取り出すことによって、前記領域に前記２つの信号光として記録されている２つのデータ間の演算出力を得ることを特徴とする光処理方法。
請求項１の光処理方法において、
前記回折光から、前記２つの回折光成分の合成ベクトルと平行な偏光成分を偏光子により取り出すことによって、前記演算出力として加算出力を得ることを特徴とする光処理方法。
請求項２の光処理方法において、
前記加算出力を、しきい値処理することによって、前記２つのデータの論理積または論理和を得ることを特徴とする光処理方法。
請求項１の光処理方法において、
前記回折光から、前記２つの回折光成分の合成ベクトルと直交する偏光成分を偏光子により取り出すことによって、前記演算出力として減算出力または排他的論理和を得ることを特徴とする光処理方法。
請求項１〜４のいずれかの光処理方法において、
前記光記録媒体が、少なくとも一面側に、側鎖に光異性化する基を有する高分子または高分子液晶からなる偏光感応層を有することを特徴とする光処理方法。
請求項５の光処理方法において、
前記光異性化する基がアゾベンゼン骨格を含むものであることを特徴とする光処理方法。
請求項５または６の光処理方法において、
前記高分子または高分子液晶が、ポリエステル群から選ばれた少なくとも１種のモノマー重合体であることを特徴とする光処理方法。
互いに直交する偏光方向を有する２つの信号光が同一の参照光によって同一の領域に記録されている光記録媒体の前記領域に、前記参照光と同じ読み出し光を照射して、互いに直交する偏光方向を有する２つの回折光成分が合成された回折光を得る光学系と、
前記回折光から任意の偏光成分を取り出す偏光子と、
この偏光子を透過した偏光成分を検出する光検出器と、
を備える光処理装置。