JPH07261648A

JPH07261648A - 画像情報読み出し装置

Info

Publication number: JPH07261648A
Application number: JP4868594A
Authority: JP
Inventors: Kureeberu Gomesu; クレーベルゴメス
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1994-03-18
Filing date: 1994-03-18
Publication date: 1995-10-13

Abstract

(57)【要約】【目的】光ランダムアクセスメモリシステムを構成す
ることができ、更に画像の演算処理を光学的に行うので
高速な並列処理が可能な光演算装置をも構成できる画像
情報読み出し装置を提供することを目的とする。【構成】画像情報が記録された領域であるページ１が
２次元的に複数配置された記録媒体２と、複数のページ
１の画像情報のそれぞれを同一面上の同一領域に集光す
る屈折手段３と、出力面４とから、画像情報読み出し装
置を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、画像情報が記録された
領域であるページを複数２次元的に配置した記録媒体を
利用した画像情報読み出し装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のコンピュータでは、電気的な内部
結合の数が制限されてしまうため、その処理能力に限界
がある。このような問題はフォンノイマン問題と呼ばれ
ており、シーケンシャルなコンピュータにおいて、メモ
リとＣＰＵとの間で多量のデータを高速に転送しなけれ
ばならない場合に、この問題のため大きな制限を受け
る。例えば、スーパーコンピュータ等では、大容量のメ
モリと高い処理能力をもつＣＰＵとを効果的に接続する
ために、接続部での広い帯域幅が必要となる。そのため
フォンノイマン問題を克服することが極めて重要な課題
となっている。そこで、このような広い帯域幅を獲得す
るための方法の一つとして、広い領域の並列性や高速性
を有する光の利用が提案されている（Optics and Super
computing,P.B.Berra et al.,Proceeding of the IEEE,
Vol.77,No.12,December 1989,pp1797-1815等参照）。

【０００３】光をコンピュータに利用したものとして、
ＣＤ−ＲＯＭ等の光メモリがある。ＣＤ−ＲＯＭは、磁
気ディスクよりもアクセス時間が遅いにも拘わらず、高
い記録密度を有することがその特徴である。このほかに
最近注目されている光メモリとして、高速アクセス、高
記録密度、大量なデータの並列処理の可能性をもつ等の
利点を有するページ型ホログラフィックメモリ（page-o
riented holographicmemories：以下ＰＯＨＭｓと略称
する）がある。このＰＯＨＭｓの構成は、それぞれが一
つのページとしてデータをもつホログラムを２次元的に
配列したものである。例えば、画像情報のデータをもつ
ページを読み出すには、参照レーザ光をそのページのホ
ログラムに照射することにより、対応するページのデー
タが出力面に画像として表示される（Page Oriented Ho
lographic Memory Addressing ofOptical Bistable Dev
ices Arrays,H.J.Caulfield,SPIE Vol.769 Workshop on
Photonic Logic and Information Processing(1986),p
p.101-103等参照）。

【０００４】また、画像処理の分野の中では、変換フィ
ルターとして作用する数種のパターンと画像との積演算
の処理が必要とされる。このような種類の画像処理とし
て、圧縮技術に応用される直交変換が挙げられる。直交
変換の具体的なものとしては、離散コサイン変換（Disc
rete Cosine Transfor：以下ＤＣＴと称す）、アダマー
ル変換、ウェーブレット変換等がある。例えば、画像の
ＤＣＴを行うためには、直流成分から原画像に含まれる
最大周波数までのそれぞれの空間周波数に対応した数種
のフィルターと原画像との積演算が必要となる。フィル
ターと画像との空間的な積演算は、それぞれの対応する
画素どうしの積によって行われる。そして、その積演算
の結果の全ての画素値についての和が求められて、画像
中に含まれている各空間周波数に対する成分を抽出する
ことができる。これは、ある関数をフーリエ変換するこ
とによって、その周波数領域での分布が求められること
と類似している。

【０００５】このような画像の空間的な変換処理は、画
素の数やフィルターの数が膨大であるので、計算に対す
る負荷が非常に大きくなってしまう。従って、このよう
な画像処理を電気的なハードウェアで行うと、演算速度
が非常に遅くなり、またコスト的にも高額なハードウェ
アを必要とする等、製品化を図る上でのネックとなって
いる。しかしながら、光の並列性を利用すれば、画像の
変換処理を並列的に行うことができるので、演算速度を
上げることができることとなり、この点で光演算が現在
注目されている。従来の光演算による積演算処理におい
ては、入力画像の変換を光学的に実行するために、入力
しようとする画像（原画像）を複製し、それら複製画像
のそれぞれと変換のためのフィルターの内の１枚との積
演算を行わせる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のＰＯＨＭｓでは、画像情報の記録媒体としてホログ
ラムを用いているため、一般的にノイズが大きい。ま
た、十分に高い回折効率のホログラムが得られていない
ため、読み出しに用いる光源の光の大部分が、回折せず
に透過する０次回折光として出力方向に出射したり、不
必要な高次回折光が発生したりするので、光源の利用効
率が低下するばかりでなく、ＰＯＨＭｓを用いて画像情
報読み出し装置を構成する場合には、これらを考慮して
設計しなければならず、高精度を必要とし、装置自体は
高価格のものとなってしまう。更に、このような原因の
ため、ＰＯＨＭｓにより光ランダムアクセスメモリシス
テムを構成することは、非常に困難である。

【０００７】また、上記従来の光演算による積演算処理
を実行する装置において、レンズアレイを用いて、原画
像の複製画像をレンズアレイのそれぞれのレンズに対応
して出力面上の異なる領域に出力することが考えられる
が、この場合、次のような二つの問題が生じる。

【０００８】第１に、原画像の複製である複製画像のコ
ントラストは、光の回折限界による制限を受け、原画像
を縮小して高解像度の複製画像を得ようとしたとき、光
の回折限界のため解像度が低下し、複製画像における個
々の画素の分離が不可能となってしまう。例えば、回折
限界によるレンズの空間周波数ＭＴＦ（ModulatinalTra
nsfer Function）の特性が良好で、複製画像のコントラ
ストの低下が５０％で使用可能であると仮定しても、複
製画像の解像度は、約１５０lp/mm程度に制限されてし
まう。

【０００９】第２の問題としては、相対的に大きな複製
画像を形成すれば、上記第１の問題は解消されるが、光
学系の明るさと解像度とに関する光学特性を表す開口数
Ｎ.Ａ.の値が限られているので、相対的に大きな複製画
像を形成するためには、原画像を複製する光学システム
も大型化してしまう。

【００１０】本発明は、上記のような課題を解決するた
めになされたものであって、光ランダムアクセスメモリ
システムを構成することができ、更に画像の演算処理を
光学的に行うので高速な並列処理が可能な光演算装置を
も構成できる画像情報読み出し装置を提供することを目
的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明では、画像情報が記録された領域であるペー
ジを複数２次元的に配置した記録媒体からの出力光を、
同一出力面上に出力する画像情報読み出し装置におい
て、複数のページの画像情報のそれぞれを同一出力面上
の同一領域に集光する屈折手段を含んで構成している。

【００１２】また、本発明では、上記の画像情報読み出
し装置において、屈折手段をレンズアレイとしており、
そのレンズアレイとして、フレネルレンズアレイを用い
ている。

【００１３】さらに、本発明では、上記の画像情報読み
出し装置において、複数のページのうちの一つを選択す
る手段を設け、前記記録媒体の画像情報をランダムアク
セスできるように構成している。

【００１４】また、本発明では、上記の画像情報読み出
し装置において、前記複数のページのうちの一つを選択
する手段として、光を空間的に変調する空間光変調素子
を含んで構成している。好ましくは、その空間光変調素
子として、液晶空間光変調素子あるいは音響光学変調素
子を用いている。

【００１５】さらに、本発明では、上記の画像情報読み
出し装置において、光演算手段を設けている。

【００１６】また、本発明では、上記の画像情報読み出
し装置において、光演算手段を和演算を行う光演算手段
としている。その光演算手段として、重みつき和演算を
行う光演算手段としても良い。

【００１７】また、本発明では、上記の画像情報読み出
し装置において、光演算手段が積演算を行う光演算手段
としている。その積演算を行う光演算手段として、積演
算のための変換を行う変換フィルターを複数２次元的に
配置したマスクを用いることができ、その変換フィルタ
ーとしては、離散コサイン変換等の直交変換を行うもの
を用いることができる。

【００１８】

【作用】本発明によれば、画像情報読み出し装置におい
て、上記のように新規な画像情報読み出し装置を構成す
ることにより、光の並列性及び高速性を効果的に利用す
ることができるので、ランダムアクセス可能な画像情報
読み出し装置や、重み付き和演算等の和演算機能を有す
る装置、ＤＣＴ等の直交変換が可能な積演算機能を有す
る装置を実現することができる。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。まず、本発明の第１の実施例について、図
１及び図２を用いて説明する。図１は第１の実施例の構
成を示す斜視図、図２は図１のｘ−ｙ−ｚ軸の３軸にお
けるｚ軸方向から見た側面図である。図１及び図２に示
すように、この画像読み出し装置は、画像情報が記録さ
れた領域であるページ１が２次元的に複数配置された透
過型マスク２と、複数のページ１のそれぞれに対応して
複数のレンズが配置された屈折段であるレンズアレイ３
と、出力面４とから構成される。第１の実施例の構成で
は、図示しない光源からの平行光線が図２の矢印のよう
に入射され、透過型マスク２内の画像情報が記録された
複数のページ１を透過し、複数のページ１の画像情報の
それぞれを同一出力面４上の同一領域に集光するよう
に、ページ１からの透過光がレンズアレイ３によって屈
折される。そして、この屈折光が図１の破線及び図２に
示したように進行し、出力面４の同一領域に集光され、
画像情報の読み出しが行われる。

【００２０】なお、透過マスク２としては、画像情報が
記録されたページから構成されるものであれば良く、例
えば、液晶ディスプレイ等の書き換え可能な媒体や、写
真乾板（写真用フィルム）等の書き換え不可能な媒体を
用いることができる。また、透過マスク２は、取り替え
可能な構成とすることが望ましい。

【００２１】上記第１の実施例において、即ち図１及び
図２において、複数のページ１の内一つを任意に選択し
て出力面４に出力するようにすれば、ランダムアクセス
を行うことができる。また、複数のページ１の画像情報
を同時に出力面４に出力するようにすれば、光演算を行
うことができ、即ち、複数のページ１の画像情報を同時
に、単に空間的に重ね合わせて、出力面４に出力すれば
和演算となる。このとき、複数のページ１の内のいくつ
かを選択して、任意の画像情報の光演算の結果を出力す
るように構成することもできる。

【００２２】ここで、レンズアレイの詳細を図３を用い
て説明する。図３はレンズアレイ３と出力面４との配置
を側面から見た図であり、図中Ｄはレンズアレイレンズ
３から出力面４までの距離、Ｈは出力面４における出力
領域のｘ軸方向の長さ、ｈはレンズアレイを構成する単
一レンズのｘ軸方向の長さ、ｉは単一レンズの位置をそ
れぞれ示している。それぞれの単一レンズの曲面は、あ
る関数で基づくものであり、例えば、図３においての
位置の単一レンズのｘ軸方向の曲面は、図４の関数ｙ＝
ｆ(ｘ)に基づいている。この関数ｆ(ｘ)は、レンズアレ
イレンズ３から出力面４までの距離Ｄがレンズの最大厚
みよりも大きく、また、レンズアレイからから出力した
光線が出力面４の出力領域内に集光されるという条件で
近似すると、２次方程式である式（１）で表される。

【００２３】

【数１】

【００２４】式（１）において、ｎはレンズの材質自体
の屈折率である。例えば、図２での位置のマイクロレ
ンズのｘ軸方向の曲面は、図４の関数ｆ(ｘ)のｈ_-から
ｈ₊までの領域と同形となる。また、レンズアレイを構
成する個々の単一レンズのｘ軸方向の曲面は、式（１）
で示した関数ｆ(ｘ)におけるｈ_-からｈ₊までの領域で決
定されものであり、その領域は式（２）に基づき単一レ
ンズの位置ｉにより決まる。なお、式（２）において、
単一レンズの位置ｉの値は、０から（Ｈ／ｈ−１）まで
の正の整数である。

【００２５】

【数２】

【００２６】上記の説明では、単一レンズのｘ軸方向の
曲面について説明したが、ｚ軸方向の曲面においても全
く同様に決定することができ、例えば、縦横４×４のマ
イクロレンズで構成される正方形のレンズアレイの場
合、図５に示すような曲面の形状になる。そして、図５
の★を付した単一レンズの立体的な形状は、図６に示す
ようになる。

【００２７】以上のようにして、レンズアレイを構成す
る単一レンズを設計することができるが、続いて、レン
ズアレイとしてフレネルレンズアレイを用いる場合の設
計について、図７により説明する。フレネルレンズと
は、例えば、図３のの位置の単一マイクロレンズのｘ
軸方向の曲面、即ち図４に示したような形状をフレネル
レンズとして設計した場合、図７に示すような形状とな
る。つまり、図７に示すように、光路長方向の単一レン
ズの厚さから、光路長が波長の整数倍に相当する厚さを
差し引いて階段状に分割したフレネルレンズは、原理的
に曲線で描いた曲面の単一レンズと全く同等のレンズと
して作用するものである。このようにして、レンズアレ
イをフレネルレンズアレイとすると、例えばプラスティ
ク等の材質から成る薄いレンズでガラスレンズと同様の
作用が得られるので、装置の軽量化や小型化を図ること
ができる。さらに、レンズ曲面を階段状の細かいステッ
プで近似するバイバリーオプティックス技術を用いれ
ば、容易にフレネルレンズアレイを作製することができ
る。

【００２８】第２の実施例として、複数のページの画像
情報のそれぞれを同一出力面上の同一領域に集光する屈
折手段として、ホログラムをもちいた画像情報読み出し
装置について、図８を用いて説明する。図８は、第２の
実施例の構成を示す斜視図である。図８に示すように、
第２の実施例では、図１及び図２に示した第１の実施例
のレンズアレイ３の代わりに、透過型マスク２内の複数
のページ１の画像情報のそれぞれを同一出力面４上の同
一領域に集光する屈折手段として、ホログラム５を用い
て、画像情報読み出し装置を構成している。ここで、ホ
ログラム５は、透過型マスク２内の複数のページ１を透
過した透過光のそれぞれを屈折させ、出力面４の同一領
域に集光されるように作製されているものである。

【００２９】この第２実施例によれば、屈折手段として
フィルム状のホログラムを用いることができるので、装
置を小型化することができる。

【００３０】第３の実施例として、記録媒体のページを
任意に選択して、これらの画像情報をランダムアクセス
可能に読み出せる画像情報読み出し装置について、図９
及び図１０を用いて説明する。図９は第３の実施例の構
成を示す斜視図、図１０は図９のｘ−ｙ−ｚ軸の３軸に
おけるｚ軸方向から見た側面図である。図９及び図１０
に示すように、第３の実施例では、図１及び図２に示し
た第１の実施例の構成に加えて、光源１０、光線の進行
方向を変化させる空間光変調素子である音響光学変調素
子６、及び透過マスク２に対して光線を垂直に入射させ
るためのレンズ７から構成している。

【００３１】このように、第３の実施例によれば、音響
光学変調素子６を用いることによって、透過マスク２内
の複数のページのうちの一つを任意に選択し、その画像
情報を出力できるので、ランダムアクセス可能な画像情
報読み出し装置を実現することができる。また、音響光
学変調素子６を用れば、機械的な機構によって走査する
ような力学的移動を伴わないので、高速化が可能とな
り、１μｓ程度の高速のランダムアクセスが可能とな
る。

【００３２】第４の実施例として、第３の実施例のレン
ズアレイ３とレンズ７とを一体化した画像情報読み出し
装置について、その側面図である図１１を用いて説明す
る。図１１に示すように、第４の実施例では、図９及び
図１０に示した第３の実施例におけるレンズアレイ３と
レンズ７とを一体化した一体化レンズ８を用いて構成し
ている。この場合、レンズ７をフレネルレンズとして、
レンズアレイ３と一体化している。この一体化レンズ８
は、例えば、透過マスク２に対して光線を垂直に入射さ
せる作用を有するフレネルレンズの輪郭を、レンズアレ
イの裏面にエッチングすることによって作製することが
できる。なお、このような一体化レンズ８を用いた場
合、出力面での光学的な歪みを抑えるため、透過マスク
２を一体化レンズ８の後部に接近して配置することが望
ましい。

【００３３】第４の実施例によれば、一体化レンズを用
いているので、装置の部品を削減でき、装置の小型化や
低コスト化を図ることができる。

【００３４】なお、上記第４の実施例では、一体化レン
ズの厚さを薄くして、より一層の装置の小型化を図るた
め、フレネルレンズを用いて、一体化レンズを形成した
が、これに限定されるものではなく、通常の凸レンズ形
状のものを一体化しても良い。

【００３５】第５の実施例について、図１２及び図１３
を用いて説明する。図１２は第５の実施例の構成を示す
斜視図、図１３は図１２のｘ−ｙ−ｚ軸の３軸における
ｚ軸方向から見た側面図である。図１２及び図１３に示
すように、図１及び図２に示した第１の実施例の構成に
加え、空間光変調素子である液晶空間光変調素子９を設
けて、画像情報読み出し装置を構成している。

【００３６】第５の実施例によれば、空間変調素子とし
て液晶空間光変調素子９を用いるので、ランダムアクセ
ス可能な画像情報読み出し装置を実現することができ
る。即ち、液晶空間変調素子９が、透過マスク２の複数
のページのそれぞれの領域に対応して、光線を透過させ
るか、あるいは遮光するような機能を有するものであれ
ば、複数のページのうちの一つを任意に選択してその画
像情報を出力できるので、ランダムアクセス可能とな
る。

【００３７】また、第５の実施例によれば、液晶空間光
変調素子９を用いるので、光演算機能を有する画像情報
読み出し装置をも実現することができる。即ち、液晶空
間変調素子９が、透過マスク２の複数のページの光の透
過率を変化させる機能を有するものであれば、複数のペ
ージからの出力の透過率を任意に変化させて光強度を制
御し、それぞれのページの画像情報を出力面４の同一領
域に同時に出力させることにより、重みつき和演算が行
うことができる。

【００３８】さらに、重みつき和演算について、複数の
ページがそれぞれぞれ複数の画素から構成されており、
かつ、液晶空間光変調素子が複数のページのそれぞれに
対応した複数の領域から構成されている場合について説
明する。透過マスク２内のｉ番目のページのｊ番目の画
素の透過率をｗ_ij、ｉ番目のページに対応する液晶空間
光変調素子のｉ番目の領域の透過率をａ_iとすると、光
強度Ｉの光が入射されたときの出力面４のｊ番目の画素
の光強度ｏ_jは、式（３）のようになる。

【００３９】

【数３】

【００４０】このように、液晶空間光変調素子によっ
て、透過率を制御することによって、それぞれのページ
に重みつけを行うことができる重みつき和演算が可能と
なる。

【００４１】なお、以上の第１〜第５の実施例におい
て、ページの配置及びマイクロレンズの配置が４×４の
正方形のもので説明したが、この数や形状に限定される
ものではない。

【００４２】第６の実施例として、積演算機能を有する
画像情報読み出し装置について説明する。図１４は第６
の実施例の構成を示す斜視図、図１５は図１４のｘ−ｙ
−ｚ軸の３軸におけるｚ軸方向から見た側面図である。
図１４及び図１５に示すように、この画像読み出し装置
は、原画像を表示する空間光変調素子である液晶空間光
変調素子９と、複数の変換フィルター１１が２次元的に
配置された透過型マスク１２と、複数の変換フィルター
１１のそれぞれに対応して複数のレンズが配置された屈
折段であるレンズアレイ３と、出力面４とから構成され
る。第６の実施例の構成では、図示しない光源からの平
行光線が液晶空間光変調素子９の側から入射され、原画
像が表示された液晶空間光変調素子９を透過して、透過
型マスク１２内の複数の変換フィルター１１を透過する
ことにより積演算が実行され、これらの透過光のそれぞ
れを同一出力面４上の同一領域に集光するように、レン
ズアレイ３によって屈折される。そして、この屈折光が
図１４の破線及び図１５に示したように進行し、出力面
４の同一領域に集光され、光演算による原画像の積演算
処理の結果を出力することができるものである。

【００４３】ここで、変換フィルター１１から成る透過
マスク１２としては、光の透過率を制御できるものであ
れば良く、写真乾板（写真用フィルム）や、液晶空間光
変調素子等の空間光変調素子などを用いることができ
る。また、透過マスク１２は、取り替え可能な構成とす
ることが望ましい。

【００４４】なお、図１４及び図１５において、液晶空
間光変調素子９には２×２の四つの画素から成る原画像
が表示されており、透過型マスク１２内には原画像の画
素のそれぞれに対応した２×２の四つの変換フィルター
１１があり、更に変換フィルター１１が２×２の４ブロ
ックに分割されており、また、レンズアレイ３が四つの
レンズから構成されているが、これらは後述の説明と対
応させたものであり、これらの形状と数量に限定される
ものではない。ただし、変換フィルターをブロックに分
割する数は、原画像の画素数と同一となるものである。

【００４５】また、レンズアレイ３は、上記第１〜第５
の実施例と同様、フレネルレンズを用いたフレネルレン
ズアレイにより構成しても良い。

【００４６】変換フィルターを用いた光演算による積演
算処理の詳細について、積演算処理の一つである直交変
換として、ここでは、離散コサイン変換（Discrete Cos
ineTransfor：以下ＤＣＴと称す）を実行するものにつ
いて説明する。原画像が２×２の画素から成り、このそ
れぞれの原画像の画素に対応した四つの変換フィルター
を２×２の４ブロックに分割して、ＤＣＴを実行すると
する。このときの変換フィルターの一例として、図１６
を用いて説明を行う。なお、図１６において、ｉ、ｊ、
ｕ、及びｖは、０から、Ｎ−１の正の整数の値をとるも
のであり（この場合画素が２×２なのでＮは２）、変換
フィルターの位置及び変換フィルター内の分割された領
域即ちブロックの位置を示すものである。

【００４７】図１６においてｕ及びｖで示されたそれぞ
れの四つの変換フィルターと原画像との積演算により、
ＤＣＴの場合にはＤＣＴ成分が得られ、このＤＣＴ成分
は式（４）のように表される。

【００４８】

【数４】

【００４９】式（４）において、ｇ_ijはｉ及びｊで示さ
れる原画像の領域の位置での値（その位置での透過光強
度又は透過率）を示すものであり、Ｔ_uvはｕ及びｖで示
されるＤＣＴ成分の値を示している。

【００５０】そして、ｆ_ij,_uvは、ＤＣＴの基底関数で
あり、式（５）のように表される。

【００５１】

【数５】

【００５２】基底関数により求められる値は、−１から
１までの範囲の値をとるが、光演算では光の透過率の差
異を利用しており、光の透過率は０から１の０又は正の
値となり負にはならない。そこで、まず図１７（ａ）に
示すように、式（５）に１を加算するオフセットを行
い、次に図１７（ｂ）に示すように、２で割って正規化
することによって、透過率に変換させることができる。
なお、このような数値的補正（透過率への変換）は、そ
の詳細をここでは説明しないが、後に、電気的演算によ
って、正しい値に戻すことができる。

【００５３】図１７に示したオフセットと正規化とを行
った数値の透過率を有する変換フィルターから成る透過
マスクのそれぞれの変換フィルターに光を透過させるこ
とにより、それぞれの変換フィルターに対応したＤＣＴ
成分を有する透過光を得ることができる。このような処
理を、４枚の複製画像２９を用いた場合、四つの変換フ
ィルター２１毎に概念的に図に示したのが、図１８
（ａ）〜（ｄ）であり、変換フィルター２１を透過した
光は、レンズ２３で集光され、Ｔ₀₀、Ｔ₀₁、Ｔ₁₀、Ｔ₁₁
の４種類の出力が得られる。

【００５４】第６の実施例では、図１９に示すように、
図１８（ａ）〜（ｄ）のような光演算処理を、複製画像
を用いず１枚の原画像のみで並列的に行う。すなわち、
原画像１９からの光が、透過マスク１２内の変換フィル
ターにより光強度を制御されて、この透過光が屈折手段
１３により屈折され、出力面４上の４箇所の領域に
Ｔ₀₀、Ｔ₀₁、Ｔ₁₀、Ｔ₁₁の４種類の演算結果を光強度に
基づいて出力することができる。

【００５５】ここで、図１８（ａ）〜（ｄ）と図１９と
を比較すると、それぞれの透過率を有する変換フィルタ
ーの領域が異なっている。すなわち、図１６に示したよ
うな、ｕ、ｖ、ｉ、ｊを用いて説明すると表（１）のよ
うになる。

【００５６】

【表１】

【００５７】表（１）では、図１９においてそれぞれの
透過率を有する変換フィルターの領域の位置を、図１８
において同一の透過率を有する変換フィルターの領域の
位置に対応させて示している。表（１）のように、図１
８におけるそれぞれの変換フィルターの領域の位置と図
１９におけるそれとを比較すると、（ｕ，ｖ）と（ｉ，
ｊ）とをちょうど入れ替えたようになっている。

【００５８】上記の表１に示したような図１８と図１９
との変換フィルターの位置関係について、数学的に説明
する。ＤＣＴ成分Ｔは、式（６）、式（７）及び式
（８）のように表すことができる（図１８に相当）。

【００５９】

【数６】

【００６０】

【数７】

【００６１】

【数８】

【００６２】式（６）、式（７）及び式（８）におい
て、［Ｇ_ij，_uv］はＩ×Ｊ個の画素をもつ原画像をＵ×
Ｖ個含む行列、［Ｆ_ij，_uv］はＵ×Ｖ個の変換フィルタ
ーを含む行列であり、［Ｔ_uv］は変換フィルターによっ
て得られる出力であり、ｕとｖとで位置が示される出力
画像の全領域についての和となる。

【００６３】ここで、［Ｇ_ij，_uv］をｉとｊだげで表せ
るように［Ｇ_ij］と置き換え、［Ｆ_ij，_uv］もｉとｊだ
げで表せるように［Ｆ_ij，_uv］★に置き換えて、式
（９）、式（１０）、及び式（１１）のようにＤＣＴ成
分Ｔを書き改めることができる（図１９に相当）。

【００６４】

【数９】

【００６５】

【数１０】

【００６６】

【数１１】

【００６７】ただし、［Ｆ_ij，_uv］はＵ×Ｖ個のＤＣＴ
の基底関数を含む行列であり、例えば、ｉ＝Ｉ、ｊ＝Ｊ
のとき、式（１２）のように表されるものである。

【００６８】

【数１２】

【００６９】このようにして、第６の実施例により、複
数の積演算も、同時に並列的に処理することが可能とな
る。すなわち、原画像のｉ及びｊで示される画素と、そ
のそれぞれに対応した変換フィルターのｉ及びｊで示さ
れる領域とが、光演算による積演算処理を実行すること
ができる。

【００７０】なお、上記第６の実施例では、原画像を表
示する手段として、液晶空間光変調素子を用いたが、こ
れに限定されるものではなく、並列入力が可能な他の空
間光変調素子や、ＣＲＴ、エレクトロルミネセンス、プ
ラズマディスプレイ等の表示素子を用いても良い。

【００７１】第７の実施例として、物体からの光を直接
積演算することができる画像情報読み出し装置につい
て、図２０及び図２１を用いて説明する。図２０は第７
の実施例の構成を示す斜視図、図２１は図２０のｘ−ｙ
−ｚ軸の３軸におけるｚ軸方向から見た側面図である。
図２０及び図２１に示すように、この画像読み出し装置
は、図１４及び図１５に示した第６の実施例において原
画像を表示する液晶空間光変調素子９を、レンズ２０に
置き換えており、他の構成は第６の実施例と同様のもの
である。第７の実施例によれば、入力光（物体からの
光）をレンズ２０によって透過マスク２に結像し、第６
の実施例と全く同様にして、積演算を実行することがで
きる。なお、ここで物体からの光とは、物体からの反射
光であっても良く、また、物体が発光体であればその物
体から発せられた光でも良い。

【００７２】なお、上記第６、７の実施例において、積
演算の例として、直交変換の１種類であるＤＣＴについ
て説明したが、アダマール変換やウェーブレット変換等
の直交変換でも同様に処理することが可能であり、これ
らの他の積演算についても、本願発明を用いることがで
きることはいうまでもない。

【００７３】なお、上記第６、７の実施例において、出
力である演算結果を電気信号にて得たい場合は、出力面
に光電変換素子を配置し、演算結果を電気信号に変換す
るように構成すれば良い。

【００７４】なお、上記実施例では、ランダムアクセス
機能や光演算機能を単独に有する実施例について説明し
たが、これら複数の機能を有する多機能の画像情報読み
出し装置を構成できることは明らかである。

【００７５】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、画像情
報読み出し装置において、光の並列性及び高速性を効果
的に利用できる新規な画像情報読み出し装置を構成して
いるので、ランダムアクセス可能な画像情報読み出し装
置や、重み付き和演算等の和演算機能を有する装置、Ｄ
ＣＴ等の直交変換が可能な積演算機能を有する装置を、
簡単な構成かつ低価格で実現することができる。

【００７６】また、請求項４〜７に記載の本発明によれ
ば、高速な光ランダムアクセスメモリを構成することが
できるので、次世代ＣＤ−ＲＯＭと成り得る高速ランダ
ムアクセス可能な高密度ＲＯＭへ応用することができ
る。また、請求項８〜１４に記載の本発明によれば、重
みつき和演算等の和演算処理や、離散コサイン変換（Ｄ
ＣＴ）等の直交変換を初めとする積演算の並列処理が可
能な光演算装置を構成することができる。

【００７７】さらに、これらの機能を複数備えた多機能
画像情報読み出し装置をも構成することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施例の屈折手段としてレンズアレイを
用いた画像情報読み出し装置の構成を示す斜視図であ
る。

【図２】第１の実施例の屈折手段としてレンズアレイを
用いた画像情報読み出し装置の構成を示す側面図であ
る。

【図３】レンズアレイと出力面との配置を示す側面図で
ある。

【図４】単一レンズの曲面の設計のため関数ｙ＝ｆ
（ｘ）を示す図である。

【図５】レンズアレイの曲面形状を示す図である。

【図６】図５において★を付した単一レンズの立体的形
状を示す斜視図である。

【図７】単一レンズとしてフレネルレンズを用いたとき
の曲面形状を示す図である。

【図８】第２の実施例の屈折手段としてホログラムを用
いた画像情報読み出し装置の構成を示す斜視図である。

【図９】第３の実施例であるランダムアクセス機能を有
する画像情報読み出し装置の構成を示す斜視図である。

【図１０】第３の実施例であるランダムアクセス機能を
有する画像情報読み出し装置の構成を示す側面図であ
る。

【図１１】第４の実施例であるランダムアクセス機能を
有する画像情報読み出し装置の構成を示す側面図であ
る。

【図１２】第５の実施例であるランダムアクセス機能及
び光演算機能を有する画像情報読み出し装置の構成を示
す斜視図である。

【図１３】第５の実施例であるランダムアクセス機能及
び光演算機能を有する画像情報読み出し装置の構成を示
す側面図である。

【図１４】第６の実施例である積演算機能を有する画像
情報読み出し装置の構成を示す斜視図である。

【図１５】第６の実施例である積演算機能を有する画像
情報読み出し装置の構成を示す側面図である。

【図１６】ＤＣＴ変換フィルターの変換係数を説明する
図である。

【図１７】図１６の変換フィルターを光演算に用いるた
めのオフセットと正規化との一例を説明する図である。

【図１８】光演算による積演算の説明図である。

【図１９】第６の実施例による積演算の説明図である。

【図２０】第７の実施例である積演算機能を有する画像
情報読み出し装置の構成を示す斜視図である。

【図２１】第７の実施例である積演算機能を有する画像
情報読み出し装置の構成を示す側面図である。

【符号の説明】

１ページ２，１２透過マスク３レンズアレイ４出力面５ホログラム６音響光学変調素子７，２０，２３レンズ９液晶空間光変調素子１０光源１１，２１変換フィルター１３屈折手段１９原画像２９複製画像

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】画像情報が記録された領域であるページ
を複数２次元的に配置した記録媒体からの出力光を、同
一出力面上に出力する画像情報読み出し装置であって、前記複数のページの画像情報のそれぞれを同一出力面上
の同一領域に集光する屈折手段を含むことを特徴とする
画像情報読み出し装置。
【請求項２】請求項１に記載の画像情報読み出し装置
において、前記屈折手段がレンズアレイであることを特
徴とする画像情報読み出し装置。
【請求項３】請求項１に記載の画像情報読み出し装置
において、前記レンズアレイがフレネルレンズアレイで
あることを特徴とする画像情報読み出し装置。
【請求項４】請求項１、２又は３に記載の画像情報読
み出し装置において、前記複数のページのうちの一つ又
は複数を任意に選択する選択手段を設け、前記記録媒体
の画像情報をランダムアクセスできるようにしたことを
特徴とする画像情報読み出し装置。
【請求項５】請求項４に記載の画像情報読み出し装置
において、前記選択手段として、光を空間的に変調する
空間光変調素子を含むことを特徴とする画像情報読み出
し装置。
【請求項６】請求項４に記載の画像情報読み出し装置
において、前記空間光変調素子が液晶空間光変調素子で
あることを特徴とする画像情報読み出し装置。
【請求項７】請求項４に記載の画像情報読み出し装置
において、前記空間光変調素子が音響光学変調素子であ
ることを特徴とする画像情報読み出し装置。
【請求項８】請求項１〜７のいずれか１項に記載の画
像情報読み出し装置において、光演算手段を設けたこと
を特徴とする画像情報読み出し装置。
【請求項９】請求項８に記載の画像情報読み出し装置
において、前記光演算手段が和演算を行う光演算手段で
あることを特徴とする画像情報読み出し装置。
【請求項１０】請求項９に記載の画像情報読み出し装
置において、前記光演算手段が重みつき和演算を行う光
演算手段であることを特徴とする画像情報読み出し装
置。
【請求項１１】請求項８に記載の画像情報読み出し装
置において、前記光演算手段が積演算を行う光演算手段
であることを特徴とする画像情報読み出し装置。
【請求項１２】請求項１１に記載の画像情報読み出し
装置において、前記積演算を行う光演算手段が前記記録
媒体としてのマスクから成り、該マスクが積演算のため
の変換を行う変換フィルターを複数２次元的に配置した
ものであることを特徴とする画像情報読み出し装置。
【請求項１３】請求項１２に記載の画像情報読み出し
装置において、前記変換フィルターが直交変換を行うも
のであることを特徴とする画像情報読み出し装置。
【請求項１４】請求項１３に記載の画像情報読み出し
装置において、前記変換フィルターが離散コサイン変換
を行うものであることを特徴とする画像情報読み出し装
置。