(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超短光パルス光源と当該超短光パルス光源から発振する超短光パルスを空間的に所望の波面および２次元分布に整形する光学系とからなる照明手段、
分散素子と第１のフーリエ変換レンズと第１のフィルタと第２のフーリエ変換レンズとからなり、前記照明手段から発する超短光パルスを２次元スペクトログラムに変換する２次元スペクトログラム発生手段、
第１の空間光変調器からなる２次元情報表示手段、
書込用光源と第２の空間光変調器と多重結像光学系とからなる２次元情報書込手段、および、
第３のフーリエ変換レンズと第４のフーリエ変換レンズとからなり、前記２次元情報表示手段の第１の空間光変調器を経由した前記２次元スペクトログラム発生手段による２次元スペクトルグラムを１次元時間情報に変換する時間情報発生手段を備えており、
前記２次元情報表示手段が、第２の空間光変調器に表示される２次元情報をブロック単位に分割して第１の空間光変調器に書き込むことを特徴とする超高速次元変換装置。
【請求項２】
超短光パルス光源と当該超短光パルス光源から発振する超短光パルスを空間的に所望の波面および２次元分布に整形する光学系とからなる照明手段、
分散素子と第１のフーリエ変換レンズと第１の分散素子アレイと第２のフーリエ変換レンズとからなり、前記照明手段から発する超短光パルスを２次元スペクトログラムに変換する２次元スペクトログラム発生手段、
第１の空間光変調器からなる２次元情報表示手段、
書込用光源と第２の空間光変調器と多重結像光学系とからなる２次元情報書込手段、および、
第３のフーリエ変換レンズと第４のフーリエ変換レンズと第２の分散素子アレイと第５のフーリエ変換レンズとからなり、前記２次元情報表示手段の第１の空間光変調器を経由した前記２次元スペクトログラム発生手段による２次元スペクトルグラムを１次元時間情報に変換する時間情報発生手段を備えており、
前記２次元情報表示手段が、第２の空間光変調器に表示される２次元情報をブロック単位に分割して第１の空間光変調器に書き込むことを特徴とする超高速次元変換装置。
【請求項３】
第１の空間光変調器が反射型であることを特徴とする請求項１または２記載の超高速次元変換装置。
【請求項４】
第１の空間光変調器がＲＯＭ型であり、２次元情報書込手段が不要とされていることを特徴とする請求項１または２記載の超高速次元変換装置。
【請求項５】
２次元情報書込手段が、書込用光源としての光源アレイおよび照明用レンズアレイと、第２の空間光変調器と、多重結像光学系としてのレンズアレイおよびレンズとによって構成されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の超高速次元変換装置。
【請求項６】
２次元情報書込手段が、第２の空間光変調器と、多重結像光学系としてのレンズアレイおよびレンズとによって構成され、第２の空間光変調器が書込用光源としても機能する自己発光型であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の超高速次元変換装置。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれかに記載の超高速次元変換装置と、当該超高速次元変換装置における時間情報発生手段より発生された１次元時間情報を伝送する伝送手段とを備えていることを特徴とする超高速次元変換伝送装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この出願の発明は、超高速次元変換装置および超高速次元変換伝送装置に関するものである。さらに詳しくは、この出願の発明は、時空間テラ光情報変換・伝送システムなどに有用な、超短光パルスを用いて２次元情報を１次元時間情報に高速に変換し伝送する、新しい超高速次元変換装置および超高速次元変換伝送装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子計算機やデジタルカメラをはじめとする電子機器の性能向上と普及により、大容量な２次元情報を手軽に扱えるようになってきている。また、大容量２次元情報を通信系を用いて伝送することも頻繁に行なわれるようになってきたため、通信系のトラフィックは爆発的に増大している。今後もその傾向は続き、将来的には動画や３次元情報を１次元時間情報に高速に変換する技術が必須となる。
【０００３】
ところが、２次元情報を１次元時間情報に変換するために必要とされる現存の電子デバイスが高速化を制限しているため、ストレスなく高速な変換を可能とする技術の実現が切望されていた。
【０００４】
そこで、このような高速変換の実現を試みる技術として、特開平１１−４６３０４に記載のものが提案されている。この技術は、１つの超短光パルスを周波数（もしくは波長）と時間に展開した２次元スペクトログラムに２次元情報を重畳して読み出すことにより、高速に１次元時間情報への変換を可能ならしめている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この特開平１１−４６３０４に記載の変換技術にあっても、以下のような問題点があった。
【０００６】
すなわち、１つの超短光パルスを周波数と時間に展開した２次元スペクトログラムの情報点数には制限があるため、超短光パルスに重畳させ１次元情報に変換する２次元情報の容量を大きくできないのである。
【０００７】
この出願の発明は、以上のとおりの事情に鑑みてなされたものであり、従来技術の問題点を解消し、超短光パルスに重畳できる以上の容量を有する高精細画像に対しても、リアルタイムで１次元時間情報に変換と伝送を可能にする、新しい超高速次元変換装置および超高速次元変換伝送装置を提供することを課題としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この出願の発明は、上記の課題を解決するものとして、第１に、超短光パルス光源と当該超短光パルス光源から発振する超短光パルスを空間的に所望の波面および２次元分布に整形する光学系とからなる照明手段、分散素子と第１のフーリエ変換レンズと第１のフィルタと第２のフーリエ変換レンズとからなり、前記照明手段から発する超短光パルスを２次元スペクトログラムに変換する２次元スペクトログラム発生手段、第１の空間光変調器からなる２次元情報表示手段、書込用光源と第２の空間光変調器と多重結像光学系とからなる２次元情報書込手段、および、第３のフーリエ変換レンズと第４のフーリエ変換レンズとからなり、前記２次元情報表示手段の第１の空間光変調器を経由した前記２次元スペクトログラム発生手段による２次元スペクトルグラムを１次元時間情報に変換する時間情報発生手段を備えており、前記２次元情報表示手段が、第２の空間光変調器に表示される２次元情報をブロック単位に分割して第１の空間光変調器に書き込むことを特徴とする超高速次元変換装置を提供する。この装置では、第２の空間光変調器に表示される２次元情報を複数のブロックに分割し、書き込むブロックのみを表示させる。各ブロック内の２次元情報は、多重結像光学系を用いて１枚の２次元情報をブロック単位で１次元の時間情報に変換できる。このため、超短光パルスに重畳できる容量以上の大容量２次元情報を高速に１次元時間情報に変換することができるのである。
【０００９】
この出願の発明は、第２に、超短光パルス光源と当該超短光パルス光源から発振する超短光パルスを空間的に所望の波面および２次元分布に整形する光学系とからなる照明手段、分散素子と第１のフーリエ変換レンズと第１の分散素子アレイと第２のフーリエ変換レンズとからなり、前記照明手段から発する超短光パルスを２次元スペクトログラムに変換する２次元スペクトログラム発生手段、第１の空間光変調器からなる２次元情報表示手段、書込用光源と第２の空間光変調器と多重結像光学系とからなる２次元情報書込手段、および、第３のフーリエ変換レンズと第４のフーリエ変換レンズと第２の分散素子アレイと第５のフーリエ変換レンズとからなり、前記２次元情報表示手段の第１の空間光変調器を経由した前記２次元スペクトログラム発生手段による２次元スペクトルグラムを１次元時間情報に変換する時間情報発生手段を備えており、前記２次元情報表示手段が、第２の空間光変調器に表示される２次元情報をブロック単位に分割して第１の空間光変調器に書き込むことを特徴とする超高速次元変換装置を提供する。この装置でも、上記第１の装置と同様に、第２の空間光変調器に表示される２次元情報を複数のブロックに分割し、その個々のブロック内の２次元情報を順次第１の二次元情報表示手段に書き込む手段として多重光学系を用いるため、１枚の２次元情報をブロック単位で１次元の時間情報に変換できる。このため、超短光パルスに重畳できる容量以上の大容量２次元情報を高速に１次元時間情報に変換することができるのである。
【００１０】
この出願の発明は、第３には、上記第１の空間光変調器が反射型であることを特徴とする超高速次元変換装置をも提供する。この装置でも、上記第１、第２の装置と同様に、第２の空間光変調器に表示される２次元情報を複数のブロック単位に分け、多重結像光学系を用いてブロック単位で２次元情報を１次元情報に変換できる。このため、超短光パルスに重畳できる容量以上の大容量２次元情報を高速に１次元時間情報に変換することができるのである。
【００１１】
この出願の発明は、第４には、上記第１の空間光変調器がＲＯＭ型であり、２次元情報書込手段が不要とされていることを特徴とする超高速次元変換装置をも提供する。この装置では、予め第１のＲＯＭ型空間光変調器に書き込まれているブロック単位の２次元情報を１次元情報に変換できる。このため、超短光パルスに重畳できる容量以上の大容量２次元情報を高速に１次元時間情報に変換することができるのである。
【００１２】
この出願の発明は、第５には、上記２次元情報書込手段が、書込用光源としての光源アレイおよび照明用レンズアレイと、第２の空間光変調器と、多重結像光学系としてのレンズアレイおよびレンズとによって構成されていることを特徴とする超高速次元変換装置をも提供する。この装置であれば、１枚の２次元情報をブロック単位で順次読み出すことが可能な２次元情報書込手段を実現でき、超短光パルスに重畳できる容量以上の大容量２次元情報を高速に１次元時間情報に変換することができるのである。
【００１３】
この出願の発明は、第６には、上記２次元情報書込手段が、第２の空間光変調器と、多重結像光学系としてのレンズアレイおよびレンズとによって構成され、第２の空間光変調器が書込用光源としても機能する自己発光型であることを特徴とする超高速次元変換装置をも提供する。この装置であれば、１枚の２次元情報をブロック単位で順次読み出すことが可能な２次元情報書込手段を実現でき、超短光パルスに重畳できる容量以上の大容量２次元情報を高速に１次元時間情報に変換することができるのである。
【００１４】
また、この出願の発明は、第７には、上記の超高速次元変換装置と、当該超高速次元変換装置における時間情報発生手段より発生された１次元時間情報を伝送する伝送手段とを備えていることを特徴とする超高速次元変換伝送装置をも提供する。この装置によれば、超高速次元変換装置によって第２の空間光変調器に表示される２次元情報を複数のブロック単位に分け、多重結像光学系を用いてブロック単位で２次元情報を１次元情報に変換でき、さらにそれを伝送手段によって高速伝送できる。このため、超短光パルスに重畳できる容量以上の大容量２次元情報を高速に１次元時間情報に変換し伝送することができるのである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
［第１の実施形態］
図１は、この出願の発明の超高速次元変換装置および超高速次元変換伝送装置の一実施形態を例示したものである。この図１の実施形態は、照明手段（１）、２次元スペクトログラム発生手段（２）、２次元情報表示手段（３）、２次元情報書込手段（４）、時間情報発生手段（５）、伝送手段（６）によって構成されており、照明手段（１）と２次元スペクトログラム発生手段（２）と２次元情報表示手段（３）と２次元情報書込手段（４）と時間情報発生手段（５）は超高速次元変換装置を構成し、この超高速次元変換装置と伝送手段（６）で超高速次元変換伝送装置が構成されている。
【００１６】
照明手段（１）は、超短光パルス光源（１０）、レンズ（１１）（１２）によって構成されており、超短光パルス光源（１０）から発振する超短光パルスをレンズ（１１）（１２）により空間的に所望の波面および２次元分布に整形することによって、コリメート光を発生させる。
【００１７】
２次元スペクトログラム発生手段（２）は、分散素子（２０）、第１のフーリエ変換レンズ（２１１）、第１のフィルタ（２２１）、第２のフーリエ変換レンズ（２３１）で構成される。このとき、第１のフーリエ変換レンズ（２１１）の後側焦平面と第２のフーリエ変換レンズ（２３１）の前側焦平面をほぼ一致させ、分散素子（２０）を第１のフーリエ変換レンズ（２１１）の前側焦点位置を含む面Ｒ０面にほぼ一致させ、さらに第１のフィルタ（２２１）を第１のフーリエ変換レンズ（２１１）の後側焦平面Ｆ１面にほぼ一致させてそれぞれ配置させる。なお、ここでは、第１のフーリエ変換レンズ（２１１）および第２のフーリエ変換レンズ（２３１）はともに、シリンドリカルフーリエ変換レンズとなっている。
【００１８】
この２次元スペクトログラム発生手段（２）の機能について、図２および図３を用いてさらに説明する。分散素子（２０）上において、照明手段（１）によりコリメートとされた超短光パルスが照射される領域は、時間とともにｘ軸に沿って移動する。その結果、超短光パルスの時間遅延が空間で生じる。このとき、分散素子（２０）の波数ベクトルはｘ軸に平行であるので、超短光パルスはｘ軸方向に関して分散する。
【００１９】
ここで、時刻ｔｋに分散素子（２０）に照射される超短光パルスの振る舞いと、超短光パルスが分散素子（２０）上にスキャンするときの特定の波長λｋによる光パルスの振る舞いを、別々に説明する。
【００２０】
まず、図２（ａ）（ｂ）を用いて、時間ｔｋに分散素子（２０）上の素片Ｐ０によって分散される光パルスの振る舞いについて説明する。時刻ｔｋに超短光パルスが分散素子（２０）上の素片Ｐ０に照射されると、超短光パルスは、分散素子（２０）によって回折し、波長λ１、λ２、・・・、λＮに分光される。そして、第１のフーリエ変換レンズ（２１１）によってフーリエ変換され、第１のフィルタ（２２１）上のｘ軸に沿って波長の分布が生じる。このとき、第１のフーリエ変換レンズ（２１１）は、ｙ軸方向には作用しないので、Ｆ１面上では、ｙ軸方向に沿って同一の波長が分布することになる。ここで、第１のフィルタ（２２１）は、図２（ａ）のような開口（２２１ａ）を持つので、光パルスはｙ軸方向に異なる波長で切り出される。第１のフィルタ（２２１）を出射した各波長は互いにほぼ平行に、かつほぼ等しい方向に伝搬し、第２のフーリエ変換レンズ（２３１）によってｘ軸方向に関して逆フーリエ変換される。この結果、分散素子（２０）上の素片Ｐ０と共役な焦平面Ｒ１面上のＰ１上に光パルスが照射される。このとき、図２（ｂ）に示すようにＰ１部にはｙ軸に沿って異なる波長が分布している。
【００２１】
次に、図３を用いて、光パルスのある特定の波長による振る舞いについて説明する。図３は、時刻ｔ１からｔＮへ変化する間での波長λｋの軌跡を示している。分散素子（２０）は、第１のフーリエ変換レンズ（２１１）の前側焦平面Ｒ０面にほぼ一致しているため、超短光パルスが分散素子（２０）上を移動しながら照射しても、分散素子（２０）で分光される各波長はほぼ同じ角度を保ったまま第１のフーリエ変換レンズ（２１１）に入射する。つまり、波長がλｋの光パルスは、時刻が変化しても第１のフィルタ（２２１）の同一領域を透過することになる。この第１のフィルタ（２２１）上で時間とともに変化するのは第１のフィルタ（２２１）への入射角である。したがって、Ｒ１面上の２次元情報表示手段（３）を構成する第１の空間光変調器（３０）に書き込まれた２次元情報の各行（つまり横方向）の情報は、図３に示されるように必ず同一の波長λｋの光パルスで挿引されて読み出される。
【００２２】
結局、図２と図３から、超短光パルスが分散素子（２０）上でスキャンされると、第１の空間光変調器（３０）上の２次元情報は、図４に示すように、ｙ軸方向には波長で展開され、ｘ軸方向には時間に展開された２次元スペクトログラムにより照射される。
【００２３】
次に、２次元情報書込手段（４）について説明する。２次元情報書込手段（４）は、書込用光源（４０）、第２の空間光変調器（４２）、レンズアレイ（４３）、結像レンズ（４４）によって構成されている。レンズアレイ（４３）と結像レンズ（４４）は多重結像光学系を構成している。
【００２４】
第２の空間光変調器（４２）上には２次元情報がブロック単位で書き込まれており、書込用光源（４０）はこの第２の空間光変調器（４２）全域をほぼ一様に照明する。２次元情報の各ブロックと第１の空間光変調器（３０）は、レンズアレイ（４３）および結像レンズ（４４）によって共役な関係にあるので、２次元情報の各ブロックを、第１の空間光変調器（３０）の同一領域に書き込むことができる。
【００２５】
次に、時間情報発生手段（５）について説明する。時間情報発生手段（５）は、第３のフーリエ変換レンズ（５１１）、第２のフィルタ（５２１）、第４のフーリエ変換レンズ（５４１）で構成されている。第３のフーリエ変換レンズ（５１１）はシリンドリカルフーリエ変換レンズである。
【００２６】
この場合、図５に示したように、まず、第３のフーリエ変換レンズ（５１１）と第４のフーリエ変換レンズ（５４１）によって、Ｒ１面上の素片Ｐ１の情報は、共役な焦平面Ｒ２面上に伝送される。ここで、第４のフーリエ変換レンズ（５４１）がｙ軸方向に関してパワーを有しているので、Ｒ１面上のｙ軸方向に関しては空間的に収縮される。Ｒ１面上のＰ１は、ｙ軸方向に異なる波長で読み出されるので、Ｒ２面上の点Ｐ２に集光する光は、それぞれ異なる波長の重ね合わせとなり、時間波形を生成することになる。また、超短光パルスは分散素子（２０）上で挿引されるため、Ｒ２面上では、２次元情報の各列毎に対し、時間波形への変換が行なわれ、図６（ａ）に示すように、１次元時間情報がｘ軸上に沿って空間に展開される。つまり、１次元時間情報は、Ｒ２面上でｘ軸の負の方向から正の方向に順次表示される。ｘ軸を時間軸と見なすと、１次元時間情報は図６（ｂ）のように表現できる（ただし、ｘ軸と時間軸の符号は反転している）。
【００２７】
なお、この時間情報発生手段（５）は、第２のフィルタ（５２１）がなくても、第３のフーリエ変換レンズ（５１１）および第４のフーリエ変換レンズ（５４１）のみで機能する。
【００２８】
伝送手段（６）は、光ファイバ（６０）で構成され、時間情報発生手段（５）によって上述したように生成された１次元時間情報を入射して伝送する。
【００２９】
以上のような構成により、１枚の２次元情報をブロック単位で１次元時間情報に変換できるため、超短光パルスに重畳できる情報点数以上の大容量・高精細画像を１次元時間情報に高速に変換させて伝送させることができるのである。
【００３０】
［第２の実施形態］
図７は、この出願の発明の超高速次元変換装置および超高速次元変換伝送装置の別の一実施形態を例示したものである。この図７の実施形態は、照明手段（１）、２次元スペクトログラム発生手段（２）、２次元情報表示手段（３）、２次元情報書込手段（４）、時間情報発生手段（５）、伝送手段（６）によって構成されており、照明手段（１）と２次元スペクトログラム発生手段（２）と２次元情報表示手段（３）と２次元情報書込手段（４）と時間情報発生手段（５）は超高速次元変換装置を構成し、この超高速次元変換装置と伝送手段（６）で超高速次元変換伝送装置が構成されている。
【００３１】
照明手段（１）は、超短光パルス光源（１０）、レンズ（１１）（１２）、シリンドリカルレンズ（１３）（１４）からなり、超短光パルス光源（１０）から発振する超短光パルスをレンズ（１１）（１２）およびシリンドリカルレンズ（１３）（１４）により空間的に所望の波面および２次元分布に整形することによって、シート状にコリメートされた超短光パルスを発生させる。
【００３２】
２次元スペクトログラム発生手段（２）は、分散素子（２０）、第１のフーリエ変換レンズ（２１２）、第１の分散素子アレイ（２２２）、第２のフーリエ変換レンズ（２３２）で構成される。このとき、第１のフーリエ変換レンズ（２１２）の後側焦平面と第２のフーリエ変換レンズ（２３２）の前側焦平面をほぼ一致させ、分散素子（２０）を第１のフーリエ変換レンズ（２１２）の前側焦点位置を含む面Ｒ０面にほぼ一致させ、さらに第１の分散素子アレイ（２２２）を第１のフーリエ変換レンズ（２１２）の後側焦平面Ｆ１面にほぼ一致させてそれぞれ配置させる。
【００３３】
この２次元スペクトログラム発生手段（２）の機能についてさらに説明する。分散素子（２０）上において、照明手段（１）によりシート状にコリメートされた超短光パルスが照射される領域は、時間とともにｘ軸に沿って移動する。その結果、超短光パルスの時間遅延が空間で生じる。このとき、分散素子（２０）の波数ベクトルはｘ軸に平行であるので、超短光パルスはｘ軸方向に関して分散する。
【００３４】
ここで、図８を用いて、時間ｔｋに分散素子（２０）上の素片Ｐ０によって分散される光パルスの振る舞いについて説明する。時刻ｔｋに超短光パルスが分散素子（２０）上の素片Ｐ０に照射されると、超短光パルスは、分散素子（２０）によって回折し、波長λ１、λ２、・・・、λＮに分光される。そして、第１のフーリエ変換レンズ（２１２）によってフーリエ変換され、第１の分散素子アレイ（２２２）上のｘ軸に沿って波長の分布が生じる。このとき、Ｆ１面上では、ｙ軸方向に沿って同一の波長が分布することになる。ここで、第１の分散素子アレイ（２２２）は、図９に示すように、それぞれの波数ベクトルの向きはｙ軸に平行で且つ周期構造が異なる分散素子アレイである。波長毎に分散した光パルスは、対応する第１の分散素子アレイ（２２２）によってｙ軸方向に異なる角度で回折されるが、第２のフーリエ変換レンズ（２３２）によってＲ２面上のＰ１部分に図１０に示すように分布する。これは、前述の図３（ｂ）と同様である。
【００３５】
以上により、分散素子（２０）上で超短光パルスが照射される領域が時間とともにｘ軸に沿って移動すると、２次元情報表示手段（３）を構成する第１の空間光変調器（３０）上の２次元情報は、図４に示すように、ｙ軸方向には波長で展開され、ｘ軸方向には時間に停会された２次元スペクトログラムにより照射される。
【００３６】
次に、２次元情報書込手段（４）について説明する。２次元情報書込手段（４）は、光源アレイ（４１ａ）、照明用レンズアレイ（４１ｂ）、第２の空間光変調器（４２）、レンズアレイ（４３）、結像レンズ（４４）によって構成されている。レンズアレイ（４３）と結像レンズ（４４）は多重結像光学系を構成しており、光源アレイ（４１ａ）および照明用レンズアレイ（４１ｂ）は書込用光源として設けられている。
【００３７】
第２の空間光変調器（４２）上には２次元情報が書き込まれており、光源アレイ（４１ａ）および照明用レンズアレイ（４１ｂ）によってこの２次元情報をブロック毎に照明する。２次元情報の各ブロックと第１の空間光変調器（３０）は、レンズアレイ（４３）および結像レンズ（４４）によって共役な関係にあるので、２次元情報の各ブロックを、第１の空間光変調器（３０）の同一領域に書き込むことができる。
【００３８】
次に、時間情報発生手段（５）について説明する。時間情報発生手段（５）は、第３のフーリエ変換レンズ（５１２）、第４のフーリエ変換レンズ（５３２）、第２の分散素子アレイ（５５２）、第５のフーリエ変換レンズ（５４２）で構成されている。
【００３９】
この場合、図１１（ａ）（ｂ）に示したように、まず、第３のフーリエ変換レンズ（５１２）と第４のフーリエ変換レンズ（５３２）によって、Ｒ１面とＲ２面は共役であるので、Ｒ２面上のＰ２に、Ｒ１面上のＰ１がｙ軸に関して波長分布が反転した分布が現れる。ここで、λ１とλＮは、分散素子（２０）で生じた波長毎の回折角と、分散素子（２０）とＲ２面間にある光学素子の持つ倍率に起因した角度でＲ２面に入射する。Ｒ２面に配置される第２の分散素子アレイ（５５２）は、図１２に示すようにｙ軸方向に分布した波長毎に対応する回折格子アレイによって構成され、Ｒ２面を出射するときには等しい角度で伝搬するように機能する。この第２の分散素子アレイ（５５２）を出射した各波長は互いに平行光となって第５のフーリエ変換レンズ（５４２）に入射し、その後側焦平面であるＦ３面にｙ軸方向に関して収縮される。つまり、Ｒ１面上のＰ１は、ｙ軸方向に異なる波長で読み出されるので、Ｒ３面上の点Ｐ３に集光する光は、それぞれ異なる波長の重ね合わせとなり、時間波形を生成することになる。また、超短光パルスは分散素子（２０）上で挿引されるため、Ｒ２面上では、２次元情報空間に展開される。つまり、１次元時間情報は、Ｒ２面上でｘ軸の負の方向から正の方向に順次表示される。ｘ軸を時間軸と見なすと、１次元時間情報は図６（ｂ）のように表現できる（ただし、ｘ軸と時間軸の符号は反転している）。
【００４０】
伝送手段（６）は、光ファイバ（６０）で構成され、時間情報発生手段（５）によって上述したように生成された１次元時間情報を入射して伝送する。
【００４１】
以上のような構成により、１枚の２次元情報をブロック単位で１次元時間情報に変換できるため、超短光パルスに重畳できる情報点数以上の大容量・高精細画像を１次元時間情報に高速に変換させて伝送させることができるのである。
【００４２】
［第３の実施形態］
図１３および図１４は、各々、この出願の発明の超高速次元変換装置および超高速次元変換伝送装置のさらに別の一実施形態を例示した斜視図および平面図である。この図１３，１４の実施形態は、第２の実施形態で使用している２次元情報表示手段（３）の第１の空間光変調器（３０）を反射読出し型のものに置き換え、さらに２次元情報書込手段（４）の第２の空間光変調器（４２）を自己発光型のものに置き換えており、それ以外の構成と機能は第２の実施形態とほぼ同様であるので、ここでは、反射型空間光変調器（３０Ｒ）と２次元情報書込手段（４）についてのみ説明する。
【００４３】
２次元情報表示手段（３）の反射型空間光変調器（３０Ｒ）は、図１３および図１４に示すように、２次元情報書込手段（４）によって書き込む側の反対側に２次元スペクトログラムを照射することにより、２次元情報書込手段（４）によって書き込まれた２次元情報を読み出すことができる。
【００４４】
２次元情報書込手段（４）は、第２の空間光変調器（４２）が自己発光型のもの（自己発光型空間光変調器（４２Ｓ））であるため、第２の実施形態における光源アレイ（４１ａ）と照明用レンズアレイ（４１ｂ）が不要となり、自己発光型空間光変調器（４２Ｓ）、レンズアレイ（４３）、結像レンズ（４４）のみで構成されている。自己発光型空間光変調器（４２Ｓ）は、２次元情報を表示するのと同時に、発光の機能、つまり書込用光源としての機能も有しているので、２次元情報をブロック単位で表示および発光することで、第１および第２の実施形態で示した２次元情報書込手段（４）と同様な機能を実現することができる。
【００４５】
以上のような２次元情報表示手段（３）および２次元情報書込手段（４）を有する構成により、１枚の２次元情報をブロック単位で１次元時間情報に変換できるため、超短光パルスに重畳できる情報点数以上の大容量情報を１次元時間情報に高速に変換して伝送させることができるのである。なお、この際２次元情報を画像とすれば、大容量・高精細画像の伝送が、また、暗号化コードとすればより複雑な暗号化信号が、また、ヘッダ情報とすれば、より広範なヘッダを用いた通信が可能となるなど、従来例に比べてより高性能な画像伝送装置あるいは光通信装置を構成することができる。さらには、第１の実施形態における書込用光源（４０）や第２の実施形態における光源アレイ（４１ａ）および照明用レンズアレイ（４１ｂ）が不要なので、より簡素、且つ小型な構成とすることができる。
【００４６】
【実施例】
［実施例１］
前述したこの出願の発明の第１の実施形態の一実施例について、図１を用いて説明する。
【００４７】
照明手段（１）において、まず、超短光パルス光源（１０）としては、中心波長８００ｎｍ、波長帯域４０ｎｍ、パルス幅１００ｆｓｅｃのＴｉ：サファイヤのフェムト秒レーザを採用する。レンズ（１１）（１２）としてはそれぞれ焦点距離１０ｍｍおよび２００ｍｍのレンズを採用し、ビーム径をほぼ３０ｍｍに拡大したコリメート光を分散素子（２０）に入射させる。
【００４８】
２次元スペクトログラム発生手段（２）において、分散素子（２０）としては、サイズが２０ｍｍで１０８２ｌｐ／ｍｍの回折格子を用い、照明手段（１）からの超短光パルスが６０度で入射するように配置する。第１のフーリエ変換レンズ（２１１）としては焦点距離１００ｍｍのシリンドリカルレンズ、第１のフィルタ（２２１）としては分光された各波長が全域に分布するように４．３３ｍｍ×４．３３ｍｍのサイズのフィルタ、第２のフーリエ変換レンズ（２３１）としては焦点距離１００ｍｍのシリンドリカルレンズを用いる。
【００４９】
２次元情報表示手段（３）において、第１の空間光変調器（３０）としては、有機ポリマー系の材料を使用した振幅変調用の空間光変調器を採用し、第１のフーリエ変換レンズ（２１１）と第２のフーリエ変換レンズ（２３１）によるｘ軸方向に関する倍率は−１．０であるので、約２０ｍｍ×約２０ｍｍのサイズの２次元情報を表示するようにする。
【００５０】
２次元情報書込手段（４）においては、書込用光源（４０）としてハロゲン光源、第２の空間光変調器（４２）として液晶ディスプレイ、レンズアレイ（４３）として開口サイズ４ｍｍ×４ｍｍ、焦点距離２０ｍｍのレンズを５×５個並べたもの、結像レンズ（４４）として焦点距離１００ｍｍのレンズをそれぞれ採用する。この場合、液晶ディスプレイ上には全体サイズが２０ｍｍ×２０ｍｍの２次元情報が書き込まれ、４ｍｍ×４ｍｍサイズのブロック単位で順次第１の空間光変調器（３０）に書き込まれる。
【００５１】
時間情報発生手段（５）においては、第３のフーリエ変換レンズ（５１１）として焦点距離１００ｍｍのシリンドリカルレンズ、第２のフィルタ（５２１）として振幅型のフィルタ、第４のフーリエ変換レンズ（５４１）として焦点距離１００ｍｍのレンズをそれぞれ採用する。
【００５２】
伝送手段（６）においては、光ファイバ（６０）としてシングルモードファイバを用いる。
【００５３】
以上の構成により、１枚の２次元情報をブロック単位で１次元時間情報に変換でき、超短光パルスに重畳できる情報点数以上の大容量・高精細画像を１次元時間情報に高速に変換させて伝送させることができる。
【００５４】
なお、伝送手段（６）としては、マルチモードファイバの光ファイバ（６０）を用いてもよく、マルチモードやシングルモードを問わず他のファイバや、もしくは導波路などであってもよい。
【００５５】
また、第１の空間光変調器（３０）に使用される材料は、強度変調型、位相変調型、無機材料、有機材料を問わず、フォトリフラクティブ、フォトクロミック、バクテリオロドプシン、有機系液晶などを用いてもよい。
【００５６】
また、第１の空間光変調器（３０）に表示する２次元情報はホログラムでもよい。
【００５７】
また、第１の空間光変調器（３０）は、書き換え可能なものの他に、ＲＯＭ型のものでももちろんよく、その場合には２次元情報書込手段（４）は必要でない。
【００５８】
また、照明手段（１）において超短光パルス光源としては、もちろんファイバレーザをはじめ種々の超短光パルス光源が利用できる。
【００５９】
［実施例２］
前述したこの出願の発明の第２の実施形態の一実施例について、図７を用いて説明する。
【００６０】
照明手段（１）において、まず、超短光パルス光源（１０）としては、中心波長１５５０ｎｍ、波長帯域４０ｎｍの半導体レーザをパルス圧縮した光源を採用する。レンズ（１１）（１２）としてはそれぞれ焦点距離１０ｍｍおよび１００ｍｍで、ビーム径をほぼ１０ｍｍに拡大するレンズを採用し、さらにシリンドリカルレンズ（１３）（１４）としてはそれぞれ焦点距離１５０ｍｍおよび１０ｍｍのシリンドリカルレンズを採用し、シート状のコリメータ光を分散素子（２０）に入射させる。
【００６１】
２次元スペクトログラム発生手段（２）において、分散素子（２０）としては、サイズが１４ｍｍで５５８．７ｌｐ／ｍｍの反射型回折格子を用い、照明手段（１）からの超短光パルスが６０度で入射するように配置する。第１のフーリエ変換レンズ（２１２）としては焦点距離１６０ｍｍのもの、第１の分散素子アレイ（２２２）としてはサイズ３．６ｍｍのもの、第２のフーリエ変換レンズ（２３２）としては焦点距離１６０ｍｍのものをそれぞれ用いる。
【００６２】
２次元情報表示手段（３）においては、第１の空間光変調器（３０）として、有機ポリマー系の材料を使用した振幅変調用の空間光変調器を採用し、第１のフーリエ変換レンズ（２１２）と第２のフーリエ変換レンズ（２３２）によるｘ軸方向に関する倍率は−１．０であるので、約１０ｍｍ×約１０ｍｍのサイズの２次元情報を表示するようにする。
【００６３】
２次元情報書込手段（４）においては、光源アレイ（４１ａ）としてＬＥＤアレイ、照明用レンズアレイ（４１ｂ）としてＬＥＤアレイに対応するレンズアレイ、第２の空間光変調器（４２）として液晶ディスプレイ、レンズアレイ（４３）として開口サイズ４ｍｍ×４ｍｍ、焦点距離４０ｍｍのレンズを５×５個並べたもの、結像レンズ（４４）として焦点距離１００ｍｍのレンズをそれぞれ採用する。この場合、液晶ディスプレイ上には全体サイズが１０ｍｍ×１０ｍｍの２次元情報が書き込まれ、４ｍｍ×４ｍｍサイズのブロック単位で順次第１の空間光変調器（３０）に書き込まれる。
【００６４】
時間情報発生手段（５）においては、第３のフーリエ変換レンズ（５１２）および第４のフーリエ変換レンズ（５３２）としていずれも焦点距離１６０ｍｍのレンズ、第２の分散素子アレイ（５５２）として回折格子アレイ、第５のフーリエ変換レンズ（５４２）として焦点距離４０ｍｍの対物レンズをそれぞれ採用する。
【００６５】
伝送手段（６）においては、光ファイバ（６０）としてフッ化樹脂を用いたマルチモードファイバを採用する。
【００６６】
以上の構成により、１枚の２次元情報をブロック単位で１次元時間情報に変換でき、超短光パルスに重畳できる情報点数以上の大容量・高精細画像を１次元時間情報に高速に変換させて伝送させることができる。
【００６７】
なお、伝送手段（６）としては、シングルモードファイバの光ファイバ（６０）を用いてもよく、構成材料を問わず、マルチモードやシングルモードも問わず他のファイバや、もしくは導波路などであってもよい。
【００６８】
また、第１の空間光変調器（３０）に使用される材料は、強度変調型、位相変調型、無機材料、有機材料を問わず、フォトリフラクティブ、フォトクロミック、バクテリオロドプシン、有機系液晶などを用いてもよい。
【００６９】
また、第１の空間光変調器（３０）に表示する２次元情報はホログラムでもよい。
【００７０】
また、第１の空間光変調器（３０）は、書き換え可能なものの他に、ＲＯＭ型のものでももちろんよく、その場合には２次元情報書込手段（４）は必要でない。
【００７１】
また、第２の空間光変調器（４２）は、液晶ディスプレイ以外にも、たとえば、この部分が複数のファイバを束ねたファイババンドルの断面を２次元情報としてみなした構成であってもよい。その場合には、たとえば光通信分野などの基幹系とメトロ系間の光パルス信号の繰り返し速度が大きく異なる部分でのクロスコネクトスイッチ等としての利用も可能になる。
【００７２】
［実施例３］
前述したこの出願の発明の第３の実施形態の一実施例について、図１２，１３を用いて説明する。
【００７３】
照明手段（１）においては、まず、超短光パルス光源（１０）として、中心波長５３２ｎｍ、波長帯域４０ｎｍ、パルス幅１００ｆｓｅｃのフェムト秒ファイバレーザを採用する。レンズ（１１）（１２）としてはそれぞれ焦点距離１０ｍｍおよび１００ｍｍで、ビーム径をほぼ１０ｍｍに拡大するレンズを採用し、さらにシリンドリカルレンズ（１３）（１４）としてはそれぞれ焦点距離１５０ｍｍおよび１０ｍｍのシリンドリカルレンズを採用して、シート状のコリメータ光を分散素子（２０）に入射させる。
【００７４】
２次元スペクトログラム発生手段（２）においては、分散素子（２０）として、サイズが１４ｍｍで２６５８．３ｌｐ／ｍｍの透過型回折格子を用い、照明手段（１）からの超短光パルスが４５度で入射するように配置する。第１のフーリエ変換レンズ（２１２）としては焦点距離４０ｍｍのもの、第１の分散素子アレイ（２２２）としてはサイズ５．８ｍｍのもの、第２のフーリエ変換レンズ（２３２）としては焦点距離４０ｍｍのものをそれぞれ用いる。
【００７５】
２次元情報表示手段（３）においては、第１の反射型空間光変調器（３０Ｒ）としてＰＡＬＳＬＭを採用し、第１のフーリエ変換レンズ（２１２）と第２のフーリエ変換レンズ（２３２）によるｘ軸方向に関する倍率は−１．０であるので、約１０ｍｍ×約１０ｍｍのサイズの２次元情報を表示するようにする。
【００７６】
２次元情報書込手段（４）においては、第２の自己発光型空間光変調器（４２Ｓ）として有機ＥＬ、レンズアレイ（４３）として開口サイズ２ｍｍ×２ｍｍ、焦点距離５０ｍｍのレンズを５×５個並べたもの、結像レンズ（４４）として焦点距離１００ｍｍのレンズをそれぞれ採用する。この場合、有機ＥＬ上には全体サイズが１０ｍｍ×１０ｍｍの２次元情報が書き込まれ、５ｍｍ×５ｍｍサイズのブロック単位で順次第１の反射型空間光変調器（３０Ｒ）であるＰＡＬＳＬＭに書き込まれる。
【００７７】
時間情報発生手段（５）においては、第３のフーリエ変換レンズ（５１２）および第４のフーリエ変換レンズ（５３２）としてそれぞれ焦点距離７０ｍｍおよび６０ｍｍのレンズ、第２の分散素子アレイ（５５２）として回折格子アレイ、第５のフーリエ変換レンズ（５４２）として焦点距離１０ｍｍの対物レンズをそれぞれ採用する。
【００７８】
伝送手段（６）においては、光ファイバ（６０）としてフッ化樹脂を用いたマルチモードファイバを採用する。
【００７９】
以上の構成により、１枚の２次元情報をブロック単位で１次元時間情報に変換でき、超短光パルスに重畳できる情報点数以上の大容量・高精細画像を１次元時間情報に高速に変換させて伝送させることができる。
【００８０】
なお、伝送手段（６）としては、シングルモードファイバの光ファイバ（６０）を用いてもよく、構成材料を問わず、マルチモードやシングルモードも問わず他のファイバや、もしくは導波路などであってもよい。
【００８１】
もちろん、この発明は以上の例に限定されるものではなく、細部については様々な態様が可能である。
【００８２】
【発明の効果】
以上詳しく説明したとおり、この出願の発明の超高速次元変換装置および超高速次元変換伝送装置によれば、超短光パルスに重畳できる情報点数以上の高精細・大容量の画像情報を多重結像光学系によってブロック単位で空間光変調器に書き込んで、１つの超短光パルスから展開された２次元スペクトログラムによる読み出しを逐次的に行なうことができ、その結果、高精細・大容量の画像情報を超高速にリアルタイムで伝送することができるようになる。また、レートの低いデバイスとレートの速い信号との間の帯域マッチングや暗号化やヘッダ処理などの各種通信処理の大容量化、高性能化も図れる。
【００８３】
以上により、たとえば、高精細・大容量の動画像のリアルタイム伝送が可能となり、遠隔医療や遠隔教育等のマルチメディア通信への応用も可能で、また光通信分野において低ビットレートの信号を結集して高ビットレートへの信号に変換する装置やクロスコネクト装置や暗号化、ヘッダ処理などの光通信装置としても利用可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この出願の発明の第１の実施形態を例示した斜視図である。
【図２】（ａ）（ｂ）は、各々、第１の実施形態における２次元スペクトログラム発生手段を説明するための図である。
【図３】第１の実施形態における２次元スペクトログラム発生手段を説明するための別の図である。
【図４】２次元スペクトログラムを例示した図である。
【図５】第１の実施形態における時間情報発生手段を説明するための図である。
【図６】１次元時間情報を例示した図である。
【図７】この出願の発明の第２の実施形態を例示した斜視図である。
【図８】第２の実施形態における２次元スペクトログラム発生手段を説明するための図である。
【図９】第２の実施形態における第１の分散素子アレイを説明するための図である。
【図１０】２次元スペクトログラムの分布を例示した図である。
【図１１】（ａ）（ｂ）は、各々、第２の実施形態における時間情報発生手段を説明するための図である。
【図１２】第２の実施形態における第２の分散素子アレイを説明するための図である。
【図１３】この出願の発明の第３の実施形態を例示した斜視図である。
【図１４】この出願の発明の第３の実施形態を例示した平面図である。
【符号の説明】
１  照明手段
１０  超短光パルス光源
１１，１２  レンズ
１３，１４  シリンドリカルレンズ
２  ２次元スペクトログラム発生手段
２０  分散素子
２１１  第１のフーリエ変換レンズ
２２１  第１のフィルタ
２２１ａ  開口
２３１  第２のフーリエ変換レンズ
２１２  第１のフーリエ変換レンズ
２２２  第１の分散素子アレイ
２３２  第２のフーリエ変換レンズ
３  ２次元情報表示手段
３０  第１の空間光変調器
３０Ｒ  反射型空間光変調器
４  ２次元情報書込手段
４０  書込用光源
４１ａ  光源アレイ
４１ｂ  照明用レンズアレイ
４２  第２の空間光変調器
４２Ｓ  自己発光型空間光変調器
４３  レンズアレイ
４４  結像レンズ
５  時間情報発生手段
５１１  第３のフーリエ変換レンズ
５２１  第２のフィルタ
５４１  第４のフーリエ変換レンズ
５１２  第３のフーリエ変換レンズ
５３２  第４のフーリエ変換レンズ
５４２  第５のフーリエ変換レンズ
５５２  第２の分散素子アレイ
６  伝送手段
６０  光ファイバ
【図１】
0003916932.tif 000002
【図２】
0003916932.tif 000003
【図３】
0003916932.tif 000004
【図４】
0003916932.tif 000005
【図５】
0003916932.tif 000006
【図６】
0003916932.tif 000007
【図７】
0003916932.tif 000008
【図８】
0003916932.tif 000009
【図９】
0003916932.tif 000010
【図１０】
0003916932.tif 000011
【図１１】
0003916932.tif 000012
【図１２】
0003916932.tif 000013
【図１３】
0003916932.tif 000014
【図１４】
0003916932.tif 000015