TW299549B - - Google Patents

Description

299549 A7 B7 五、發明説明（1 ) 發明範圍 本發明係關於此種光學影像處理器，其中影像資料儲存 於一非線性介質中，其分給增益。 技術背景 光學影像處理器可以完成許多種光學處理已經被認可很 久了。例如，影像關聯器是一種型式的影像處理器，其可 用作樣式辨識。一種影像關聯器稱爲”共同傅立葉轉換光 學關聯器"。在這些裝置中，爲方便參考圖1來描述，傅立 葉轉換透鏡8 0作用在—對同調影像表示—參考r和一未知 物體S n在傅葉轉換透鏡之焦平面中產生的光學強度分 佈被記綠在一非線性介質2 5中，其典型地包含一光折射材 料。此關聯器的輸出由作用在此記錄的樣式上之傅立葉轉 換透鏡（也表示於圖中之透鏡8 0 )所產生。此輸出影像的二 邊緣區域的每一個（對稱於r和s之間間距的中心放置）包 含一強度分佈相應於R和S之間的乘關聯一關聯峰値的 位置等於一 R特徵的位置，類似S。峰値的高度測量類似 的程度。此類的關聯器描述於，例如，H. Rajbenbach等人 的''用於機械人應用的小型光折射關聯器，·，應用光學3〗森 (1992 年）5666 至 5674頁。此系統使用一 Bi12SiO20(BSO) 當作光折射介質。用此材料，達成一大約50 ms的典型反 應時間。使用一大約丨mm厚的晶體，可以獲得〇. 1 %至1 % 的繞射效率。 第二種關聯器稱爲”凡德魯特（Vanderlugt)光學2 5關聯器 "。這些裝置描述在，例如，D. T. Η _劉等人，M使用光折 -4 - 本紙張尺度磚用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（210χ 297公楚） * . 0¾ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

經濟部中央標準局負工消费合作社印製 經濟部中央標準局貝工消费合作社印製 A7 ----____. B7____ 五、發明説明（2 ) 射绅化鎵之即時凡德魯特光學關聯器”，應用光學3 t卷 (1%2年）第5675至5680頁。在這些關聯器中，參考圖2以 便於描述’例如，S影像的傅立葉轉換用參考光束5和其的 干涉而寫在非線性介質2 5中，其典型地爲一平面波。此關 聯器的輸出由使用透鏡8 4來產生，以產生R影像的傅立葉 轉換’其打在此光折射介質上。像在圖中所描述的，使用 透k 8 2既可產生s影像的傅立葉轉換，也可產生來自於此 非線性介質之輸出的反傅立葉轉換。 由D. T. H.劉等人所描述的系統使用一砷化鎵的晶體， 5 mm厚，當作光折射介質。可獲得小於〇1 %的繞射效率 。測量之最短的反應時間是〇 8 ms在雷射強度大約是1 5 W / c m 2 時。 美國專利書序號[C h i u 2 - 2 7 - I ]發表一種光學影像關聯器 ，其使用半絕緣複量子井（SI_MQW)結構的非線性光學特 性。此葯統可以完成關聯操作在丨"s内，而繞射效率小於 3%。 像以上描述的那些已知光學影像處理器的—個限制爲， 他們使用的非線性材料是被動結構，其吸收重要量的光能 。結果，此影像.處理器的輸出通常比輸入信號的大小要小 到二個數量級。可以使用更有效率的光折射材料以降低此 光學吸收，但增加了降低反應時間的麻煩。 因此’希望提供—光學影像處理器，其具有快速的反應 時間，因此可以處理大量的資料，而在相同的時間傳遞增 ϋ至輸出信號而不是消耗。 -5- 本·尺度適fi中國國家蘇 —‘--·------^------ΐτ------.^ (請先閱讀背而之注意事項再填寫本f ) 299549 A7 B7 經濟部中央標準扃員工消費合作社印製 真、發明説明（3 發明摘要 本發明係關於此種光學影像處理器，其包括 — 輸入源和輸出源("光"意味包括電磁光譜：：；同=的 像紅外線輻射）。此輸入源提供輸入光束，其。見#刀， 制光束和一信號光束。此處理器更包括用：=括-扛 間強度調制圖樣的裝置，相應於至少_ 輪入光空 用以產生此調制圖樣的傅立葉轉換；和— 霞鉍 記錄此傅立葉轉換成爲一吸收調制射性介質用以 以及用以根據此記錄的圖樣來調制此輸 圖水 的處理器不同，本發明之處理器的非線性介質包2二技術 增益介質，像—垂直腔表面發射雷射或—光學^氣二^ 質。楮由使用-主動介質，此產生的處理器提供；出並 顯不此已知處理器少的功率消耗而沒有反應時間上重要的 犧牲。結果’若干此種的處理可以階梯狀的在 考慮功率衰減。此外，可以使用此程序 、‘' _ 斤以元成不同的處理 功犯，楮由反饋此光學信號由不同的命 介質若干次。 I間位置通過此增益

圖例概I 圖1爲一共同傅立葉轉換光學影像關聯器之概略的方 圖。 圖2爲一凡德魯特光學影像關聯器之概略的方塊圖。 圖3表示- VCSEL結構的例子，在本發明的影像處理卷 中，供給作爲主動增益介質。 -6- I .^-- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

、1T 線 本紙張尺度¥ 標準（CNS ) Λ4規格—（210X297公釐） A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（4 節描述 本發明的處理器將要描述不是一共同傅立葉轉換關聯累 .说是一凡德魯特關聯器。在二種情況中，此處理器的一你 特徵疋已知的。一共同的傅立葉轉換關聯器描述於，例如 前面引用的H. Rajbenbach等人的。一凡德魯特關聯器描这 於，例如前面引用的D_ T. H劉等人的。藉由説明，我 見在概略W &述，參考圓丨，―共同的傅立葉轉換關聯器 我們已經成功地使用在實驗的測$。取代此系統修正的完 成，-凡德魯特關聯器對熟練的開業者已經是顯而易見的 〇 —輸入光的光束由雷射】0所提供，例如其爲一垂直極化 ’ I50mw，單縱向模二極體雷射發光在83〇nm。一輸出 光的光束由雷射2 0提供，例如其爲—垂直極化，單縱向模 一極體雷射發光在85〇 nm。雷射2 〇典 -的功率層次。其發射波長可以是溫度調整：在= 自於光折射介質25的繞射效率最大。每—個雷射1〇和2〇 的先束通過-由透鏡…變形棱鏡對，和—光束增強器所 組成的光學子系統30，40。此子系統増強並使雷射光束 平行。 調制器50範例爲一液晶空間光調制器，冑由Ep議公司 所賣的EpSon晶體影像影視投影器。此調制器具有一 心2.6咖的孔，和320 >< 2 20的像素解析度。此調制器 只像獲得的’顯極器薄膜，其在此調制器併入此關聯 器〈前被除去。此調制器用一來自於影视源6〇之影 .本紙ft尺度家標準（CNS ) Λ4規格（2丨公廣）-—— I . I-- (锖先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ，1Τ -線 A7 _______B7 五、發明説明（5 ) 所驅動以產生一控制光束和一信號光束，其在一闕聯器的 特別情況中相應於一對並排的影像R和S。（在此階段中， 影像是不可見的’因爲其僅存在當極化旋轉時。）極化光 東分光鏡晶體7 0轉換此極化旋轉圖樣成爲一強度調制的圖 樣。 透鏡8 0 ’範例爲一焦距26 cm的雙合透鏡，作用在此輸 入光束上以產生此輸入影像的傅立葉轉換。更正確的敘述 ，仏於透鏡8 0之傅立葉平面處的非線性介質2 5記錄此干 涉圖樣，相應於此相對輸入影像之傅立葉轉換的乘積。 此輸出光束藉由通過此非線性介質讀取此記錄的圖樣。 然後此輸出光束通過透鏡8 0，由於此結果，此記綠的圖樣 的反傅互葉轉換由此輸出光束來完成。然後此輸出光束落 在位於透鏡8 0之後焦平面的ccD照像機〖00上。照像機 的輸出由框架抓取者105所記綠。移去830 nm的假光 源（亦即輸入光束的波長），一中心在85〇 nm (亦即輸出光 束的波長）之帶通干涉濾波器1〇〇置於透鏡8 〇和照像機 I間°爲減少照在照像機丨〇〇上的光強度，一中等密度的 滤、織叫典型地具有密度1}也放置於透鏡和照像機之間 。二光束方塊13〇置於透鏡和照像機之間除去輸出光束的 分量具有零空間頻率〇 广先：技術的處理器不同，本發明之關聯器的非線性介 質2 5是一光學抽機的半導體材料，其傳送增益至一輸入光 東。此種可以使用於本發明的裝置一般地描述於Y Yamamoto等人所著”查^導體雷射中之二放大及哥 本紙張歧—悄 ------- .m - 1 I . (請先閱讀背面之注意事項再填窩本萸) 裝 訂 線 經濟部中央標準局員工消费合作社印製 五、發明説明（6 ) A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 第丨3章，】991年]。hn则^&8咖公司。而先 前技術的處理器使用光折射材料來達到非線性的結果，本 發明的處理器利用非線性的特性是在：f $體材料中本來就 有的。一種光學抽機的半導體材料可以使用的是—垂直腔 表面發射雷射（VCSEL)結構作用低於其發出雷射光的臨界 點。一 VCSEL由一主動增益材料構成，像—砷化鎵/坤化 鎵鋁多層結構，其置於反射鏡之間，形成—法布里-伯羅 (Fabry-Perot)腔。這些結構可以藉由電子的射出來產生增 益。此腔藉由提供反饋至此輸入信號來増加此裝置的效率 ，使總和增益增加超過由此主動増益材料本身所傳送的。 一 VCSEL裝置的非線性本質已經用來説明四波混合，在 Jiang等人，雷射和光電會議，第8卷22〇至225頁，1984 年，0 S A技術摘要系列’美國光學社會雜誌。然而，此告 知並不表示在一光學影像處理器中之V C s E L結構的使用 〇 藉由説明’我們現在概略地描述可以使用在本發明之處 理為的VCSEL裝置。此裝置更完全地描述於共同審理中 的美國專利應用書第[丨DS丨09154]號，標題"具有改善抽 機效率的表面發射雷射"美國專利和商標局同一天申請在 案，而本專利應用書在此併入告知。圖3表示一 VCSEL結 構’設計工作在波長870 nm。上反射鏡1 9由2 5對 A1« iiGa〇 89As(73 7A)和 A1As(625A)的交替層所形成； 而下反射鏡由 29.5 對 Al0.丨丨 Ga0.89As(719A)和 A1As(608A) 所形成。此增益介質由三個GaAs(609A)的主動層所形成， -9- 本紙張尺度.適f中阐國家標隼（CNS ) Λ4规格（21〇XM7公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) •菜. -3 Γ A7 B7 五、發明説明（ 每一層由Al〇 uGa〇 89as(625A)的隨擋層分隔開。— A1〇.丨丨Ga〇.8()As(3丨Μ)的阻擋層插入主動層和每一反射鏡 丨3和丨9之間。此主動層位於支撑於反射鏡丨3和丨9之間駐 波的波腹以使效率最大。下反射鏡丨3的高反射率頻寬相對 於上反射鏡19大約位移〗4nm。反射鏡丨3和19也是”未 衡的”，此項定義於，例如美國專利第4,999 842號 ，下反射鏡]3使用此上反射鏡19較多數目的交替層。从 果，下反射鏡U的反射率在設計的波長上比上反射、'。 =率大。此光學輸出光東會從上反射鏡19發射，V; 其相對於下反射鏡1 3滅少反射率。 U馬 必須注*，關於此半導體材料不需要基於.v - 。例如，Π-V!材料也可以用作主動増益材料。 系汍 f請先閱讀背面之注意事喟再填寫木頁j 訂 經濟部中央樣準局貝工消費合作社印裝 10- 木紙張尺度適Ρ中國國家標準（CNS ) Λ4規格（2丨ΟΧ297公楚）

Claims (1)

1. 299549 A8 B8 C8 D8 申請專利範圍 經濟部中央標準局負工消费合作社印製 一種光學影像處理器，包含： (a) —同碉輸入光束的光源； (b) —同调輪出光束的光源： (c) 用以I在輸入光束相應於至少—第一輸入影像之空 間’強度調制圖樣的裝置： (d) 透鏡用以產生此調制圖樣的傅立葉轉換；以及 () 泉.生’丨只，用以#己錄此傅立葉轉換成一強度調 制圖樣，及用以根據此記錄的圖樣來調制此輸出光 束，該非線性介質包括一主動增益介質。 2. 根據申請專利範圍第，項的裝置，纟中該主動増益介質 包含本質的ΙΠ-V的材料。 3. 根據申請專利範圍第1項的裝置 包含本質的11 _ VI的材料。 4. 根據申請專利範圍第1項的裝置 包含一^射雷射。 5. 根據申請專利範圍第2項的裝置，其中丨丨卜ν的材料包 3坤化錄和坤化鎵銘，AlxGa^As，其中χ是介於〇和1 的數字。 6. 根據申請專利範圍第1項的裝置，其中用以印強度調 制圖樣的裝置包含一本質的，多量子井裝置。 7. 根據申請專利範圍第1項的裝置，其中印記装置包含用 以印在輸入光束上二相應於對應的第—和第二輸入影像 之空間，強度調制圖樣的裝置〇 8. 根據申請專利範圍第1項的裝置，更包含用以印在輪出 1. 其中該主動増益介質 其中該主動增益介質 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本貫) -裝· ，1T -11 衣纸張尺明用中罔國家樣準（CNS > Λ规格（2Η)Χ297公廣 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 光束上相應於一第二輸入影像之空間，強度調制圖樣的 裝置。 9.根據申請專利範圍第1項的裝置，其中此輸入光束包括 一控制光束和一信號光束。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝· *1T 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 -12- 本紙張尺度$用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（2!0X297公釐）