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相関演算光学装置

国内特許コード P110003028
整理番号 RJ005P21
掲載日 2011年6月15日
出願番号 特願2002-186167
公開番号 特開2004-029421
登録番号 特許第4009835号
出願日 平成14年6月26日(2002.6.26)
公開日 平成16年1月29日(2004.1.29)
登録日 平成19年9月14日(2007.9.14)
発明者
  • 松岡 克典
  • 笠井 一郎
出願人
  • 国立研究開発法人産業技術総合研究所
発明の名称 相関演算光学装置
発明の概要 【課題】全長を短縮した相関演算光学装置を提供すること。
【解決手段】コヒーレント光を発する光源11と、フーリエ変換光学系と、被識別パターンを表示する第1の空間変調素子21と、前記フーリエ変換光学系によって生成される前記被識別パターンのフーリエ像の相関演算を行なう第2の空間変調素子23と、逆フーリエ変換用光学系と、前記第2の空間変調素子による相関演算の結果に応じた信号を出力する読出部32とを備えた相関演算光学装置であって、前記フーリエ変換光学系及び前記第1の空間変調部の間に配置された前段第2反射板41と、前記フーリエ変換光学系及び前記第2の空間変調素子の間に配置された前段第1反射板42と、前記逆フーリエ変換用光学系及び前記第2の空間変調素子の間に配置された後段第2反射板43と、前記逆フーリエ変換用光学系及び前記読出部の間に配置された後段第1反射板44とを備える。
【選択図】 図1
従来技術、競合技術の概要


近年、フーリエ変換レンズ、相関演算素子を使用するパターン認識装置が研究開発されている。このパターン認識装置においては、フーリエ変換レンズの前方焦点位置に表示された図形などの被識別パターンを、位相の揃ったコヒーレント光で照射することによって、フーリエ変換レンズの後方焦点位置に配置された相関演算素子上に被識別パターンのフーリエ像を形成し、このフーリエ像と相関演算素子に予め記録されている基準パターンに対する情報との相関演算を実行し、その演算結果によってパターン認識が行われる。ここで、前方焦点とは光学系に対して右側から入射する平行光が集光する点であり、後方焦点とは光学系に対して左側から入射する平行光が集光する点である。



図7は、従来の相関演算光学装置の概略構成を示す断面図である。この相関演算光学装置は、光源11及び光源からの光を平行光とするコリメータレンズ12を備えた照明部1と、第1の空間変調素子21及びフーリエ変換レンズ22を備えた前段演算部2と、相関演算を行う第2の空間変調素子23及び逆フーリエ変換用レンズである集光レンズ31を備えた後段演算部3と、読出部32とを備えて構成されている。第1の空間変調素子21は、被識別パターンを表示し、フーリエ変換レンズ22の前側焦点位置における光軸に垂直な平面内に配置されており、例えば透過型の液晶表示パネルなどが使用され得る。第2の空間変調素子23は、フーリエ変換レンズ22の後方焦点位置における光軸に垂直な平面内に配置されている。



光源11から発せられたコヒーレント光は、コリメータレンズ12によって平行光にされ、第1の空間変調素子21に照射され、第1の空間変調素子21に表示された被識別パターンを反映した光としてフーリエ変換レンズ22に照射される。フーリエ変換レンズ22は、照射された光のフーリエ変換を行う。即ち、フーリエ変換レンズ22は、第1の空間変調素子21に表示された被識別パターンのフーリエ像を第2の空間変調素子23上に生成する。第2の空間変調素子23は、生成されたフーリエ像に対して、その位相、周波数、又は位相及び周波数による空間周波数フィルタリングなどを用いた相関演算を行う。この演算結果は、第2の空間変調素子23から平行光として出力され、集光レンズ31によって、第2の空間変調素子23に対して第1の空間変調素子21と共役な平面に配置されている読出部32に投影される。読出部32には、例えばCCD素子が使用され、投影された光の輝度、空間的広がりに応じた電気信号が読出部32によって観測される。



第2の空間変調素子23は所定の文字、図形などのパターンに対応して生成されており、第1の空間変調素子21上に表示される被識別パターンが、第2の空間変調素子23に対応する所定のパターンに一致又は近似する場合、高輝度の点として読出部32に観測される。読出部32としてCCD素子を使用した場合、CCD素子から鋭いピークの電気信号が出力される。第1の空間変調素子21上に表示される被識別パターンが、第2の空間変調素子23に対応する所定のパターンと異なる場合、その類似度に応じて、比較的低輝度の広がった領域として観測され、これによって、CCD素子から比較的なだらかな低レベルの信号が出力される。従って、例えばCCD素子からの出力信号レベルを基準レベルと比較することによって、第1の空間変調素子21上に表示される被識別パターンが所望のパターンであるか否かを判断すること、即ちパターン認識が可能となる。

産業上の利用分野


本発明はフーリエ変換光学系を用いてパターン相関演算を行う光学装置に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
コヒーレント光を発する光源、
フーリエ変換光学系と、該フーリエ変換光学系の前方焦点位置に配置されて被識別パターンを表示する第1の空間変調素子とを装備した前段演算部、
前記フーリエ変換光学系の後方焦点位置に配置されて前記フーリエ変換光学系によって生成される前記被識別パターンのフーリエ像の相関演算を行なう第2の空間変調素子と、該第2の空間変調素子が前方焦点位置に位置するように配置された逆フーリエ変換用光学系とを装備した後段演算部、
前記逆フーリエ変換用光学系の後方焦点位置に配置され前記第2の空間変調素子による相関演算の結果に応じた信号を出力する読出部、及び
前記第1の空間変調素子から前記読出部に至る光路中に配置された反射装置を備えた相関演算光学装置であって、
前記反射装置は、
i) 前記第1及び第2の空間変調素子の間に配置された前段第1反射面及び前段第2反射面、並びに
ii)前記第2の空間変調素子及び前記読出部の間に配置された後段第1反射面、及び後段第2反射面の内、
前記i)及びii)の少なくとも一方を備えており、
前記i)の前記前段第2反射面は、前記第1の空間変調素子から前記前段第1反射面に向かう光を透過させる透過機能と、前記前段第1反射面で反射された光を該前段第1反射面側へ反射する反射機能とを備え、前記前段第1反射面は、前記第1の空間変調素子を経て前記前段第2反射面を透過した光を反射する反射機能と、該反射光が前記前段第2反射面により反射された光を透過させる透過機能とを備えたものであり、
前記ii)の前記後段第2反射面は、前記第2の空間変調素子から前記後段第1反射面に向かう光を透過させる透過機能と前記後段第1反射面で反射された光を該後段第1反射面側へ反射する反射機能とを備え、前記後段第1反射面は、前記第2の空間変調素子を経て前記後段第2反射面を透過した光を反射する反射機能と、該反射光が前記後段第2反射面により反射された光を透過させる透過機能とを備えたものであることを特徴とする相関演算光学装置。

【請求項2】
前記反射装置の反射面は、光学的なパワーを有する曲面を有することを特徴とする請求項1に記載の相関演算光学装置。

【請求項3】
前記反射装置は、前記前段第1反射面又は前記後段第1反射面が偏光選択反射面であり、前記透過機能及び反射機能を得るために、前記光源と前記前段第2反射面との間及び前記フーリエ変換光学系と前段第1反射面との間に各々配置され光の偏光面を回転させるλ/4位相板、又は、前記第2の空間変調素子と前記後段第2反射面との間及び前記逆フーリエ変換用光学系と後段第1反射面との間に各々配置され光の偏光面を回転させるλ/4位相板を備えていることを特徴とする請求項1又は2に記載の相関演算光学装置。

【請求項4】
前記反射装置は、前記透過機能及び反射機能を得るために、
前記フーリエ変換光学系の光軸付近が透光部とされその周囲部の前記第2の空間変調素子の側の面が鏡面とされた前記前段第2反射面、及び前記フーリエ変換光学系の光軸付近であって前記第1の空間変調素子の側の面が鏡面とされその周囲部が透光部とされた前記前段第1反射面、又は、
前記逆フーリエ変換用光学系の光軸付近であって前記読出部の側の面が鏡面とされその周囲部が透光部とされた前記後段第2反射面、及び前記逆フーリエ変換光学系の光軸付近が透光部とされその周囲部の前記第2の空間変調素子の側の面が鏡面とされた前記後段第1反射面を備えていることを特徴とする請求項1又は2に記載の相関演算光学装置。

【請求項5】
前記反射装置が、前記前段第1反射面及び前段第2反射面、並びに前記後段第1反射面及び後段第2反射面の双方を備え、
前記第1の空間変調素子及び前記第2の空間変調素子は反射型であり、間にフーリエ変換光学系を置いて配置されており、
前記光源は、前記フーリエ変換光学系に対して前記第2の空間変調素子と同じ側に配置され、
前記光源から発せられるコヒーレント光は、前記前段第1反射面及び前段第2反射面によって反射され前記第1の空間変調素子に入射し、
該第1の空間変調素子に入射した光は、該第1の空間変調素子によって反射され、さらに前記前段第2反射面及び前段第1反射面によって反射され、前記フーリエ変換光学系を経ることによりフーリエ像を前記第2の空間変調素子に生成し、
該フーリエ像を生成した光は、前記第2の空間変調素子によって反射され、前記前段第1反射面及び前段第2反射面は、該反射光に対して各々前記後段第2反射面及び後段第1反射面として作用して反射を行ない、前記フーリエ変換光学系は該反射光に対して逆フーリエ変換用光学系として作用し、逆フーリエ変換光は前記読出部に入射することを特徴とする請求項1、2又は4に記載の相関演算光学装置。

【請求項6】
複数の前記光源が前記フーリエ変換光学系の光軸の回りに配置され、
前記フーリエ変換光学系、前記前段第1反射面及び前段第2反射面は、前記光源から発せられた光が共通の第1の空間変調素子に到達するように配置され、且つ前記第1の空間変調素子で反射された光が、前記各光源に対応して前記フーリエ変換光学系の光軸の回りに配置された前記第2の空間変調素子に到達するように配置されていることを特徴とする請求項5に記載の相関演算光学装置。

【請求項7】
前記前段第1反射面及び前段第2反射面の組、並びに、前記後段第1反射面及び後段第2反射面の組の少なくとも一方の組の反射面が光学的なパワーを有する曲面を有し、
前記前段第1反射面及び前段第2反射面が光学的なパワーを有する曲面を有する場合、前記フーリエ変換光学系が、前記前段第1反射面及び前段第2反射面によって構成され、
前記後段第1反射面及び後段第2反射面が光学的なパワーを有する曲面を有する場合、前記逆フーリエ変換用光学系が、前記後段第1反射面及び後段第2反射面によって構成されることを特徴とする請求項1~6の何れか1項に記載の相関演算光学装置。
国際特許分類(IPC)
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出願権利状態 登録
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