(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のＶＣＳＥＬ（１）と、該第１のＶＣＳＥＬ（１）から照射される光を平行光とする第１のコリメートレンズ（２）と、該第１のコリメートレンズ（２）からの平行光を受けて、入力画像と比較したい画像を合わせて表示するＥＳＬＭ（３）と、該ＥＳＬＭ（３）からの光をフーリエ変換する第１のフーリエ変換レンズ（４）と、該第１のフーリエ変換レンズ（４）からの光を折り返す第１及び第２の反射ミラー（５，５′）と、前記第１のフーリエ変換レンズ（４）の焦点位置に設置したＯＳＬＭ（６）と、第２のＶＣＳＥＬ（７）と、該第２のＶＣＳＥＬ（７）から照射される光を平行光とする第２のコリメートレンズ（８）と、該第２のコリメートレンズ（８）からの光で前記ＯＳＬＭ（６）に記録された干渉縞を読み出し、その読み出された平行光を受ける第２のフーリエ変換レンズ（９）と、該第２のフーリエ変換レンズ（９）からの光を折り返す第３及び第４の反射ミラー（１０，１０′）とを設け、前記第２のフーリエ変換レンズ（９）の焦点距離に設置した光検出器（１１）とを備え、前記ＯＳＬＭ（６）と、第１の反射ミラー（５）および第４の反射ミラー（１０′）を内側に配置し、その両側に前記第１のＶＣＳＥＬ（１）と第２のＶＣＳＥＬ（７）をそれぞれ配置し、前記ＯＳＬＭ（６）に一時記録されている干渉縞を照射して反射型で読み出し、空間的に並列に光学式結合変換相関演算を行う相関器を具備することを特徴とする多光源小型並列結合変換相関装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像認識やパターン検出などに用いる多光源小型並列結合変換相関装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、このような分野の技術としては、
（１）Ｋ．Ｋｏｄａｔｅ，ｅｔ  ａｌ．：Ａｐｐｌ．Ｏｐｔ．，３８，Ｎｏ．１４，３０６０〜３０６６（１９９９）．
（２）Ｒｉｅｋｏ  Ｉｎａｂａ，ｅｔ  ａｌ．：ＰＲＯＣＥＥＤＩＮＧ  ＯＦ  ＳＰＩＥ  ４０８９，ｐ３８４〜３９２
が開示されている。
【０００３】
従来の小型並列結合変換相関器は、一つの光源からなっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の一つの光源からなる小型並列結合変換相関器は、空間並列数及びシステムの大きさに制限を受ける。また、光強度の空間分布に相関値が左右されるといった問題があった。
【０００５】
本発明は、上記状況に鑑みて、大幅な小型化と並列化、及び光強度分布による相関値のばらつきを低減することができる多光源小型並列結合変換相関装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、多光源小型並列結合変換相関装置において、第１のＶＣＳＥＬ（１）と、この第１のＶＣＳＥＬ（１）から照射される光を平行光とする第１のコリメートレンズ（２）と、この第１のコリメートレンズ（２）からの平行光を受けて、入力画像と比較したい画像を合わせて表示するＥＳＬＭ（３）と、このＥＳＬＭ（３）からの光をフーリエ変換する第１のフーリエ変換レンズ（４）と、この第１のフーリエ変換レンズ（４）からの光を折り返す第１及び第２の反射ミラー（５，５′）と、前記第１のフーリエ変換レンズ（４）の焦点位置に設置したＯＳＬＭ（６）と、第２のＶＣＳＥＬ（７）と、この第２のＶＣＳＥＬ（７）から照射される光を平行光とする第２のコリメートレンズ（８）と、この第２のコリメートレンズ（８）からの光で前記ＯＳＬＭ（６）に記録された干渉縞を読み出し、その読み出された平行光を受ける第２のフーリエ変換レンズ（９）と、この第２のフーリエ変換レンズ（９）からの光を折り返す第３及び第４の反射ミラー（１０，１０′）とを設け、前記第２のフーリエ変換レンズ（９）の焦点距離に設置した光検出器（１１）とを備え、前記ＯＳＬＭ（６）と、第１の反射ミラー（５）および第４の反射ミラー（１０′）を内側に配置し、その両側に前記第１のＶＣＳＥＬ（１）と第２のＶＣＳＥＬ（７）をそれぞれ配置し、前記ＯＳＬＭ（６）に一時記録されている干渉縞を照射して反射型で読み出し、空間的に並列に光学式結合変換相関演算を行う相関器を具備することを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【０００８】
具体例として光源にＶＣＳＥＬ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ−Ｃａｖｉｔｙ−Ｓｕｒｆａｃｅ−Ｅｍｉｔｔｉｎｇ−Ｌａｓｅｒ：面発光レーザ）を用いた場合について示す。
【０００９】
図１、２は光源を１次元状（線状）に並べた場合の多光源小型並列結合変換相関装置の模式図であり、図１は本発明の実施例を示す多光源小型並列結合変換相関装置の平面図、図２は図１の１演算を１次元状に１０組合わせた立体図である。また、図３は光源を２次元状（面状）に並べた場合の多光源小型並列結合変換相関装置の模式図である。
【００１０】
図１において、１は第１のＶＣＳＥＬ（第１の面発光レーザ）、２はコリメートレンズ、３はＥＳＬＭ（Ｅｌｅｃｔｏｒｏｎｉｃ−ａｄｄｒｅｓｓ−Ｓｐａｔｉａｌ−Ｌｉｇｈｔ−Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ：電気書き込み型液晶空間光変調器）、４はフーリエ変換レンズ、５，５′はミラー、６はＯＳＬＭ（Ｏｐｔｉｃａｌ−ａｄｄｒｅｓｓ−Ｓｐａｔｉａｌ−Ｌｉｇｈｔ−Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ：光書き込み型液晶空間光変調器）、７は第２のＶＣＳＥＬ、８はコリメートレンズ、９はフーリエ変換レンズ、１０，１０′はミラー、１１は光検出器（フォトディテクタ）である。
【００１１】
詳細の装置サイズは、ＥＳＬＭのピクセルピッチに１５μｍを用いると、フーリエ変換レンズの開口サイズは１．９２ｍｍ、焦点距離は１１５ｍｍとなり、システム並列数を１０並列とすると、光学系部分の大きさはＬ１：３ｃｍ×Ｌ２：１０ｃｍ×Ｌ３：５ｃｍ程度となる。
【００１２】
次に、図１、２の１次元状（線状）光源配置多光源小型並列結合変換相関装置の動作について説明する。
（１）ＶＣＳＥＬ１を光源とする。
（２）コリメートレンズ２により光源それぞれを平行光とする。
（３）ＥＳＬＭ３に入力画像と比較したい画像を合わせて表示する。
（４）フーリエ変換レンズ４によりフーリエ変換を行う。
（５）ミラー５，５′で折り返す。
（６）フーリエ変換レンズ４の焦点距離位置に設置したＯＳＬＭ６に干渉縞を記録する。
（７）ＶＣＳＥＬ７とコリメートレンズ８で、ＯＳＬＭ６に記録された干渉縞を読み出す平行光を作成する。
（８）ＯＳＬＭ６に一時記録してある干渉縞を照射し反射型で読み出す。
（９）フーリエ変換レンズ９で再びフーリエ変換する。
（１０）ミラー１０，１０′により反射させる。
（１１）フーリエ変換レンズ９の焦点距離に設置したフォトディテクタ１１によって得られた相関信号を取得する。
【００１３】
次いで、図３の２次元状（面状）光源配置多光源小型並列結合変換相関装置の動作について説明する。
【００１４】
この図において、２１は第１のＶＣＳＥＬアレイ、２２はコリメートレンズアレイ、２３はＥＳＬＭ、２４はフーリエ変換レンズアレイ、２５はＯＳＬＭ、２６はキューブビームスプリッタ、２７は第２のＶＣＳＥＬアレイ、２８はコリメートレンズアレイ、２９はフーリエ変換レンズアレイ、３０は光検出器（フォトディテクタアレイ）である。
（１）ＶＣＳＥＬアレイ２１を光源とする。
（２）コリメートレンズアレイ２２により光源からの出射光のそれぞれを平行光とする。
（３）ＥＳＬＭ２３に入力画像と比較したい画像を合わせて表示する。
（４）フーリエ変換レンズアレイ２４によりフーリエ変換を行う。
（５）フーリエ変換レンズアレイ２４の焦点距離位置に設置したＯＳＬＭ２５に干渉縞を記録する。
（６）ＶＣＳＥＬアレイ２７とコリメートレンズアレイ２８で、ＯＳＬＭ２５に記録された干渉縞を読み出す平行光を作成する。
（７）キューブビームスプリッタ２６で、ＶＣＳＥＬアレイ２７からの平行光を折り返しＯＳＬＭ２５に一時記載してある干渉縞を照射し反射型で読み出す。
（８）フーリエ変換レンズアレイ２９で再びフーリエ変換する。
（９）フーリエ変換レンズアレイ２９の焦点距離に設置したフォトディテクタアレイ３０によって得られた相関信号を取得する。
【００１５】
次に、並列演算を可能とする３種類のＪＴＣ（Ｊｏｉｎｔ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ  Ｃｏｒｒｅｌａｔｏｒ）について説明する。
【００１６】
図４は並列演算を可能とする３種類のＪＴＣの模式図であり、図４（ａ）はマルチオブジェクトＪＴＣ、図４（ｂ）は現在のパラレル−ＪＴＣ、図４（ｃ）は本発明にかかる光−パラレル−ＪＴＣの説明図である。ここで、Ａは検出したい入力画像である。
【００１７】
ここで、図４（ａ）のマルチオブジェクトＪＴＣにおける、３１は光源、３２はコリメートレンズ、３３は入力・参照画像、３４は信号面である。また、図４（ｂ）の現在のパラレル−ＪＴＣにおける、４１は光源、４２はコリメートレンズ、４３は入力・参照画像、４４は信号面である。さらに、本発明にかかる図４（ｃ）の光−パラレル−ＪＴＣにおける、５１は複数の光源、５２は複数のコリメートレンズ、５３は入力・参照画像、５４は信号面である。
【００１８】
ここでは、入力画像Ａ、参照画像Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの相関を取ることにする。図４（ａ）に示すマルチオブジェクトＪＴＣ、および図４（ｂ）に示すパラレル−ＪＴＣ（ＰＪＴＣ）では、光源３１，４１を表示画像の大きさに広げる必要があるため光源３１，４１からコリメートンレンズ３２，４２までの距離が長くなる（光源の広がり角による）。これに対して、図４（ｃ）に示す光−パラレル−ＪＴＣでは、光源５１を大きく広げる必要がないため、光源５１からコリメートレンズ５２までの距離を短くすることができる。
【００１９】
次に、上記した各ＪＴＣの光源、入力画像、参照画像の個数とその特徴について説明する。
【００２０】
ここに、光源と入力画像、参照画像の個数を３種のＪＴＣそれぞれに対してまとめた表１を示す。
【００２１】
【表１】
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前述したように、従来の技術（小型並列結合変換相関器）では、空間並列を実現するためにビームを広げる必要があるため、コリメートレンズの焦点距離が長かった（１００ｍｍ程度）。しかし、本発明の多光源にすることで広げる面積は小さくなり、また、コリメートレンズの焦点距離も短くなるため（１５ｍｍ程度）、大幅な小型化が期待できる。
【００２２】
また、１対１並列化を行うことでアレイ数の向上が可能である。さらに多光源では設計の自由度の向上にもつながり、様々な設計が考えられる。
【００２３】
さらに、システムの光源として用いる予定のデバイスＶＣＳＥＬの研究開発が最近活発に行われ、著しく進歩している。これらを総合して、本発明の有用性は高いといえる。
【００２４】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【００２５】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、以下のような効果を奏することができる。
【００２６】
（Ａ）従来の装置は、空間並列を実現するためにビームを広げる必要があり、コリメートレンズの焦点距離が長かった（１００ｍｍ程度）が、本発明の多光源にすることでビームを広げる面積は小さくなり、コリメートレンズの焦点距離も短くなる（１５ｍｍ程度）、大幅な小型化を図ることができる。
【００２７】
（Ｂ）多光源化により光強度の空間分布による相関値のばらつきを低減できる。
【００２８】
（Ｃ）１対１並列化を行うことでアレイ数の向上が可能である。さらに多光源では設計の自由度の向上を図ることができる。
【００２９】
（Ｄ）システムの光源として用いる予定のデバイスＶＣＳＥＬの研究開発が最近活発に行われ、著しく進歩しているため、システムの高性能化が期待できる。
【００３０】
これらを総合して、本発明の有用性は著大であると言える。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施例を示す１次元状（線状）光源配置多光源小型並列結合変換相関装置の平面図である。
【図２】  図１の１演算を１次元状に１０組合わせた立体図である。
【図３】  本発明の実施例を示す２次元状（面状）光源配置多光源小型並列結合変換相関装置の模式図である。
【図４】  並列演算を可能とする３種類のＪＴＣの模式図である。
【符号の説明】
１    第１のＶＣＳＥＬ（第１の面発光レーザ）
２，８，３２，４２    コリメートレンズ
３，２３    ＥＳＬＭ（Ｅｌｅｃｔｏｒｏｎｉｃ−ａｄｄｒｅｓｓ−Ｓｐａｔｉａｌ−Ｌｉｇｈｔ−Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ：電気書き込み型液晶空間光変調器）
４，９    フーリエ変換レンズ
５，５′，１０，１０′    ミラー
６，２５    ＯＳＬＭ（Ｏｐｔｉｃａｌ−ａｄｄｒｅｓｓ−Ｓｐａｔｉａｌ−ｌｉｇｈｔ−Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ：光書き込み型液晶空間光変調器）
７    第２のＶＣＳＥＬ
１１    光検出器（フォトディテクタ）
２１    第１のＶＣＳＥＬアレイ
２２，２８    コリメートレンズアレイ
２４，２９    フーリエ変換レンズアレイ
２６    キューブビームスプリッタ
２７    第２のＶＣＳＥＬアレイ
３０    光検出器（フォトディテクタアレイ）
３１，４１    光源
３３，４３，５３    入力・参照画像
３４，４４，５４    信号面
５１    複数の光源
５２    複数のコリメートレンズ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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