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JP2617175B2 - 光学相関メモリ処理システム - Google Patents

光学相関メモリ処理システム

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Publication number
JP2617175B2
JP2617175B2 JP61070658A JP7065886A JP2617175B2 JP 2617175 B2 JP2617175 B2 JP 2617175B2 JP 61070658 A JP61070658 A JP 61070658A JP 7065886 A JP7065886 A JP 7065886A JP 2617175 B2 JP2617175 B2 JP 2617175B2
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JP
Japan
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axis
recording medium
wavelength
light source
signal
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Application number
JP61070658A
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JPS61226776A (ja
Inventor
ジー レイブ ケネス
Original Assignee
グラマン エアロスペース コーポレーション
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by グラマン エアロスペース コーポレーション filed Critical グラマン エアロスペース コーポレーション
Publication of JPS61226776A publication Critical patent/JPS61226776A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP2617175B2 publication Critical patent/JP2617175B2/ja
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    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06E—OPTICAL COMPUTING DEVICES; COMPUTING DEVICES USING OTHER RADIATIONS WITH SIMILAR PROPERTIES
    • G06E3/00—Devices not provided for in group G06E1/00, e.g. for processing analogue or hybrid data
    • G06E3/001—Analogue devices in which mathematical operations are carried out with the aid of optical or electro-optical elements
    • G06E3/005—Analogue devices in which mathematical operations are carried out with the aid of optical or electro-optical elements using electro-optical or opto-electronic means

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
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  • Nonlinear Science (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Holo Graphy (AREA)
  • Automatic Focus Adjustment (AREA)
  • Optical Head (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、ホログラム要素を構成して使用する方法お
よびシステムに関し、特に多数の波長での光学適合フィ
ルタの記録およびこれら適合フィルタを使用する方法お
よびシステムに関する。
「従来技術」 ホログラム光学要素の構成において、第１の構成ビー
ムは記録媒体に入射するように投影される。公知のよう
に、この記録媒体は、感光乳剤、重クロム酸ゼラチンあ
るいは感光ポリマー等で、ガラス板、薄いフィルム等の
好適な基板上にコーティングできる。同時に、第２の構
成ビームは、好ましくはレーザであるコヒーレントな電
磁放射の同一光源から、記録媒体上で第１の構成ビーム
と重複するように記録媒体に入射するような角度で、指
向される。この記録媒体上に入射された２種類のビーム
の重複の結果は、記録媒体上に至近間隔で配置されたラ
イン（縞）の強度あるいは位相分布として記録された光
学干渉模様である。もし、第１の入射ビームが記録媒体
の面に直交するならば、レンズに形成されたライン間の
間隔ｂは、次の等式で決定される。
ｂ＝λ/sinθ （１） 但し、λは第１および第２構成ビームの波長、θは記
録媒体の面および第２の構成ビーム間の角度である。
使用において、ホログラムレンズが平行放射ビームで
照射されるならば、軸外焦点が達成される。もし、ビー
ムが平行のままで波長が変化したならば、第１のものと
は異なったオフセット角度および焦点距離を有する第２
の軸外焦点が得られる。この結果は、ホログラムが物理
的には、基本的に高度に複雑な回折格子である事実に帰
結する。ホログラムレンズで分散される、波長λを有す
る平行光線の焦点距離Ｆおよび角度θは、次の等式で各
々与えられる。
sinθ＝ｍλ/b （２） Ｆ＝λｃ×Fc/λ （３） 但し、λｃおよびFcは、ホログラムを構成するために
使用されるビームの波長および焦点距離であり、ｂはホ
ログラムに形成されたライン配列の間隔である。λおよ
びＦは各々再生波長および焦点距離として参照される。
従って、ホログラムレンズで分散された、２種類の異
なった波長λ０およびλ１の平行ビームの分散過度θ０
およびθ１間の関係は、次の（４）式で与えられる。
これら２個の光線の焦点距離F0およびF1間の関係は、
次の（５）式で与えられる。
適合フィルタは、光学相関システムにおいて、視野の
情景即ち視界内の選択された目標の存在を検知するため
に使用されるホログラム要素の１つの型である。適合フ
ィルタを構成するためには、信号ビームとして参照され
平行化構成ビームの１つが、選択された目標像を通るよ
うにそれを通過することにより、空間的に変調される。
そして、２個の構成ビームは、適合フィルタ面で結合さ
れて、選択された目標に独特の回折パターンを形成す
る。適合フィルタが光学相関システムに使用された場合
には、平行光ビームが、ある選択された視界を通過し
て、適合フィルタに送られる。この適合フィルタの出力
は、逆変換レンズに指向される光ビームである。もし、
選択された目標が視界にないならば、適合フィルタの出
力がかなり弱く、かつ拡散し、その出力が逆変換レンズ
を通過した時にも拡散したままである。しかし、目標が
視界に存在するならば、適合フィルタを通過する光は平
行化され、逆変換レンズが適合フィルタからの出力ビー
ムの焦点を合わせる。
この逆変換レンズの焦点には、光感知検知器が配置さ
れる。この検知器上に光が集光されると、出力信号を発
生する。この出力信号は、目標確認システムが使用され
た装置に依存して、ある種の装置を起動するために使用
される。このような装置としては、例えば単純な警報器
あるいは複雑な誘導システムが可能である。
ある波長で適合フィルタを製造し、第２の波長で該適
合フィルタを使用することがしばしば有利である。例え
ば、ある像は、適合フィルタにおいて青色スペクトルの
波長で最良に記録されるが、赤色スペクトルの波長が最
良に再生される。更に、ある状況においては、適合フィ
ルタが作成された同じ波長で操作された時に、操作用光
信号が適合フィルタ内に形成された像を変更する傾向を
持っている。この傾向は、もし適合フィルタが適合フィ
ルタを製造する時に使用された波長から異なった波長で
操作されたならば、かなり減少する。
「発明が解決しようとする問題点」 従来、個々の光学システム、多重波長での容易に適合
フィルタを製造し、あるいは操作するようになっていな
かった。この融通性を有するシステムは、光学システム
を異なる波長で機能させる任意の方法において、該シス
テムの多様な要素を再配置することが（特に不可能では
ないにしても）困難である人工衛星等の遠隔地におい
て、特に有利である。このようなシステムでは、多重波
長で適合フィルタを操作するためにシステムを本質的に
変更する必要性および消費時間が除かれるので、研究所
あるいは同様の設置場所において大きな有用性を有す
る。
「問題点を解決するための手段」 本発明は、多数の波長で電磁光源ビームを発生する発
生手段と、この電磁光源ビームの通路に配置されて電磁
光源ビームを信号ビームおよび参照ビームに分割させる
分割手段とを有する光学相関メモリ処理システムを提供
する。本システムでは、この信号ビームは第１軸線に沿
って像手段を通り、信号ビームが空間的に変調される。
この第１軸線に平行な第２軸線には記録媒体が配置され
る。また、第１軸線には、像手段から信号ビームを受信
してこれをフーリエ変換し、フーリエ変換された信号ビ
ームを記録媒体に偏向する信号ビーム偏向手段が配置さ
れる。一方、参照ビームの通路において、第１および第
２軸線に平行な第３軸線には、該参照ビームを前記記録
媒体に偏向し、記録媒体で参照ビームと信号ビームとを
干渉させる参照ビームの偏向手段が配置される。また、
前記第２軸線に沿って前記記録媒体に移動させ、該記録
媒体において前記参照ビームと前記信号ビームとを複数
の電磁光源ビーム波長において干渉させる移動手段が設
けられている。
ここで、目的とする像を前記記録媒体上に干渉縞とし
て記録させる場合は前記目的とする像を前記像手段と
し、前記記録媒体上に記録された目的とする像と別の像
との相関をとる場合は前記別の像を前記像手段として前
記記録媒体上で干渉させるようにする。
また、本発明は、ある第１波長で電磁光源ビームを発
生し、該電磁光源ビームを信号ビームおよび参照ビーム
に分割し、前記信号ビームを第１軸線に沿って指向さ
せ、該信号ビームをある像により空間的に変調し、前記
信号ビームのフーリエ変換し、このフーリエ変換された
信号ビームを前記第１軸線に平行な第２軸線に配置され
た記録媒体へ偏向し、前記参照ビームが前記記録媒体上
で前記信号ビームと干渉するように該参照ビームを指向
させ、前記電磁光源ビームの波長を前記第１波長と異な
る第２波長に変更し、前記記録媒体を前記第２軸線に沿
って移動させて、前記第２波長において前記参照ビーム
と前記信号ビームとを該記録媒体上で干渉させる光学記
録媒体の処理方法を提供する。
本発明の第１の実施例によれば、制御できる波長を有
する単色平行光源ビームは、該光源ビームを信号および
参照ビームに分割する第１光学要素に指向している。本
発明の第１実施例によれば、第１光学要素が光線分割器
である。この光線分割器の第１出力ビームは信号ビーム
として使用され、信号ビームを空間的に変調する像を通
して指向する。この信号ビームは、その後ホログラムレ
ンズのような第２光学要素に指向され、第１次の信号
（出力）ビームが、適合フィルタを記録するために使用
される媒体上に集光される。一方光線分割器の第２出力
ビームは、参照ビームとして使用され、鏡で反射され、
適合フィルタ用の記録媒体に参照ビームを指向させる、
例えば回折格子の第３光学要素に指向される。
本発明の第２実施例によれば、透過光学回折格子が第
１光学要素として使用され、反射鏡が第３光学要素とし
て使用される。回折格子からの第０次出力ビームは、信
号ビームとして使用され、該ビームを空間的に変調する
像を通して第２光学要素に指向し、その後適合フィルタ
用の記録媒体上に至る。回折格子からの第１次出力ビー
ムは参照ビームとして使用され、このビームを適合フィ
ルタ記録媒体に反射させる鏡で反射される。
本発明の両者の実施例では、参照および信号ビーム
が、適合フィルタ用の（適合フィルタあるいはフーリエ
変換ホログラムが形成される）記録媒体上で干渉する。
このシステムは、追加パラメータを選択し、ある種の制
限内で操作することにより、適合フィルタ記録媒体にお
いて、多数の光学ビーム波長で、常に信号ビームのフー
リエ変換および参照ビーム間に干渉を誘発するように操
作できる。
本発明を実施するシステムは、各々が個別の波長を有
して分散要素に指向される多数の放射源を用いてもよ
く、これら光源が選択的に活性化されて種々の波長を放
射する。これの代りに、信号源の波長が変化できる。好
ましく、パラメトロン（パラメトリック）変換器のよう
な単一放射源を用いてもよい。
本発明に使用される放射源は、単発的あるいは連続的
出力を有する、液体、固体あるいはガスのレーザのよう
な好適な型を使用できる。当業者が容易に理解できるよ
うに、レーザは記録媒体の感度に十分に答えるパワー出
力を持たなければならない。もし、結晶型のパラメトロ
ン変換器が用いられたならば、レーザは、使用された結
晶の周波数の縮退周波数に好ましく接近する動作波長を
有することが必要である。
勿論、放射は電磁スペクトルの可視領域で実施される
が、他の波長もある場合好ましく用いられることが認識
される。同様に、レーザは好ましい放射源であり、従っ
て放射源はレーザとして参照され、出力がレーザビーム
として参照されることが認識される。勿論、このテクノ
ロジの選択が、本発明の範囲を制限するために構成した
ものでないことは明白である。
好ましくは、第２光学要素からの第０次出力ビームか
らのエネルギが、放射波長に同期して、該ビームを回
折、屈折あるいは偏向させる第４光学要素にわたされ
る。この偏向ビームは、放射センサで監視され、センサ
からの情報がシステム制御機能用に使用される。
この第４の光学要素は、第２分散要素からの第０次出
力ビームの光路に挿入されるプリズムでもよい。もし、
光源ビームの波長が変化したならば、第４分散要素のビ
ーム出力の偏向角度も変化する。フォトダイオード群あ
るいはフォトセル群のような感光素子の配列物は、プリ
ズムからの出力ビームの通路に配置されて、プリズムか
らの屈折光を受光した感光素子からの出力が光源ビーム
の波長を示す。この感光素子の出力は、適合フィルタが
記録される媒体を、光源ビームの波長に依存する異なっ
た位置に移動させるための制御に使用される。
「実施例」 図面を参照して、第１図は本発明の第１の光学システ
ムを示している。レーザ102のような略固定波長の単色
平行光エネルギの（電磁）光源は、パラメトロン（パラ
メトリック）変換器あるいは相互作用器106に向けられ
る出力ビーム104を発生する。レーザ102は、5,000Å近
傍の波長の連続出力を発生するアルゴンイオンレーザの
ようなガス型が好ましい。あるいはイットリウム・アル
ミニウム・ガーネット（YAG）連続波レーザあるいは炭
酸ガスレーザのような他の好適なレーザも用いることが
できる。勿論、用いられる放射源の種類に関わらず、十
分な高出力レベルを有することが必須である。
パラメトロン変換器は、電界、応力のような１つ以上
の力、あるいはその温度変化が異方性（複屈折性）の結
晶物質に印加される装置で、この変化が、一波長および
周波数での入射電磁入力を、異なった波長および周波数
を有する出力に変換するために使用される。光学パラメ
トロン発信器および変調器に用いられる原理の代表例
は、米国特許第3,328,723号に記載されている。これら
装置は公知であるので、簡潔および明快な記載のために
詳述しない。
パラメトロン変換器106の表面には、メッキ技術のよ
うな好適な方法で電極110および112が取付けられる。こ
れら電極はパラメトロン変換器106の結晶物質に電界を
印加できるように、電圧源に接続される。このパラメト
ロン変換器においては、公知の特性により、ビームが通
過する時、出力されるビームの波長が、電極間の電界強
度（電圧）Ｅに対し次の（６）式に従って変化する。
λＥ＝λ０＋Δλ＝λ０＋f1（Ｅ） （６） 但し、λ０はＥが０ボルト時の出力ビームの波長、Δ
λはλ０からの波長変化、f1（Ｅ）は、Δλを決定す
る、印加される電界強度の関数である。
ニオブ酸リチウム結晶については、ΔλがＥの平方根
に比例して変化し、100ボルト/cmの電界強度が約22nmの
波長のずれを生じさせることが発見されている。
相互作用器106から出力されるエネルギビーム114は、
好ましくはビーム114を第１出力ビーム120および第２出
力ビーム122に分割するビーム分割器116であるところの
第１光学要素に指向される。分割器116からの第１出力
ビーム120は、信号ビームとして参照され、該ビームを
空間変調する像124を貫通する。この変調された信号ビ
ームは、好ましくはホログラムレンズ126である第２光
学要素に指向され、ホログラムレンズ126の第１次出力
ビーム130が、適合フィルタを記録するために使用され
た媒体132に指向される。分割器116からの第２出力ビー
ム122は、参照ビームとして参照され、回折格子136であ
るところの第３光学要素に、鏡134によって指向され
る。この回折格子136は、記録媒体132上に参照ビーム12
2を偏向して、信号ビームと干渉させ、媒体132上に記録
可能な回折格子パターンを生じさせる。
本発明によれば、予め選択された最大波長λ０および
最小波長λ１間のある波長でシステム100を操作し、シ
ステムの所定のパラメータを選択し、その他の関連する
制限範囲内で該システムを操作することにより、λ０お
よびλ１間多数の波長で記録媒体132上に信号ビームの
フーリエ変換および参照ビーム間の干渉を常に誘発する
ように使用することができる。これによれば、これら制
限波長間の多数の波長で媒体132に適合フィルタを製作
できる。
まず、焦点距離を示す２個のベクタF0およびF1およ
び、ホログラムレンズ126で分散された２種類の波長λ
０およびλ１の平行光の第１図に示す分散角を考慮す
る。
F0−F1＝Ｘ （７） F0およびF1をおよび項で示すと、 ＝（x0 ＋y0 ）−（x1 ＋y1 ） （８） ＝（x0−x1）＋（y0−y1） （９） 第１図に示す角度を用いて、第10式が容易に導かれ
る。
＝（F0 cosθ０−F1 cosθ１）＋ （F0 sinθ０−F1 sinθ１） （10） 勿論、ホログラムレンズ126に適用できるものである
が、ホログラム要素に関する前述の議論から第４および
５式を合同して、 F0/F1＝λ1/λ０＝sinθ1/sinθ０ （11） 上記等式を再配列すると、次のようになる。
F0sinθ０＝F1sinθ１ （12） 従って、（10）式の成分を相互に打消すと、 ＝（F0 cosθ０−F1 cosθ１） （13） となる。これは、ホログラムレンズ126を通して分散さ
れる像のフーリエ変換の焦点が光源からのビームを軸線
AA′に平行な軸線BB′に沿って移動することを示してい
る。従って、システム100の第１の制限は、媒体132が、
軸線AA′および鏡134および回折格子136間の参照ビーム
の軸線CC′に甲である軸線BB′に沿って移動することで
ある。
この軸線BB′に沿って移動する焦点距離ｘ、次の等式
で示される。
ｘ＝F0cosθ０−F1cosθ１ （14） また、基本の三角関数原理から sin2θ１＋cos2θ１＝１ （15） 従って、 第16式の右側を第14式のcosθ１と置換して、 第４式から sinθ１＝λ1/λ０・sinθ０ （18） 第５式から F1＝λ0/λ１・F0 （19） 第18および19式の右側を第17式のsinθ１およびF1と
各々置換して、 この等式を単純化すると、 第21式において、波長λ０およびλ１間の特定波長λ
１に関するｘを表すように式を一般式すると、次のよう
に示される。
従って、システム100の第２の制限は、光源ビーム114
の波長がλ０からλ１に変化した時に、媒体132が第22
式に従って軸線BB′に沿って移動することである。
軸線AA′からの媒体132の初期横変位ｆは、次の等式
で求められ、 ｆ＝F0 sinθ０ （23） ホログラムレンズ126からの媒体132の初期長手変位ｇ
は、次の第24式で求められる。
ｇ＝F0cosθ０ （24） 更に、システム100が設定しなければならないパラメ
ータは、軸線BB′および参照軸線CC′間の横変位ｈと、
要素126および136間の分散面間の長手変位ｄである。
第１図から、第３光学要素136の分散面および媒体132
の記録面間の長手変位は、距離がR0あるいはR1の水平成
分で表されるか、あるいは、「ｄ＋（F0あるいはF1の水
平成分）」で表されるかに関わらず同じであることがわ
かる。この事実は数学的に次の式で示される。
R0 cosφ０＝F0 cosθ０＋ｄ （25） R1 cosφ１＝F1 cosθ１＋ｄ （26） 第１図から、以下のこともわかる。
ｈ＝R0 sinφ０＝R1 sinφ１ （27） 第27式は次の式に各々再構成できる。
R0＝h/sinφ０ （28） R1＝h/sinφ１ （29） 第28式の右側を第25式のR0と置換して、 ｈ（cosφ0/sinφ０）＝F0 cosθ０＋ｄ （30） が得られ、これを単純化して次の式が得られる。
h cotφ０＝F0cosθ０＋ｄ （31） 第31式は、ｈを独立させて次の式に再構成できる。
ｈ＝F0 cosθ tanφ０＋d tanφ０ （32） 一方、第29式の右側を第26式のR1と置換して、 ｈ（cosφ1/sinφ１）＝F0 cosθ１＋ｄ （33） が得られ、これを単純化して次の式が得られる。
h cotφ１＝F1cosθ１＋ｄ （34） 第34式は、ｈを独立させて次の式に再構成できる。
ｈ＝F1 cosθ1 tanφ１＋d tanφ１ （35） ｈを消去したｄを求めるためには、第32式から第35式
が減算される。
ｈ−ｈ＝F0 cosθ0 tanφ０＋d tanφ０ −（F1 cosθ1 tanφ１＋d tanφ１） （36） 従って、 ０＝F0 cosθ0 tanφ０＋d tanφ０ −（F1 cosθ1 tanφ１＋d tanφ１） （37） 更に単純化すると、 d tanφ１−d tanφ０＝ F0 cosθ０・tanφ０−F1cosθ１・tanφ１ （38） よってｄは、 ｄを消去したｈを求めるためには、第34式の左右項が
第31式の左右項から各々減算される。
h cotφ０−h cotφ１＝ F0 cosθ０＋ｄ−（F1 cosθ１＋ｄ） （40） これを単純化して、次の第41式が得られる。
ｈ（cotφ０−cotφ１）＝F0 cosθ０＋F1 cosφ１ （4
1） よって、ｈは次の式で求めらる。
従って、光源からのビームの最大波長λ０および最小
波長λ１、最大焦点距離F0、最小焦点距離F1、最小信号
ビーム偏向角θ０、最大信号ビーム偏向角θ１最小参照
ビーム角度φ０および最大参照ビーム角度φ１の各初期
値が、媒体132の初期位置を決定する初期パラメータ
ｈ、ｄ、ｆおよびｇを決定する。その次の任意の光源ビ
ーム波長に関しては、距離ｘが決定でき、従って、媒体
132が、該異なった波長で媒体132上に適合フィルタを製
造する状態を生じさせるように移動する。この適合フィ
ルタは、フィルタ作成に使用される波長に関わらず、常
に次の等式で得られるシステム定数Ｓを持っている。
Ｓ＝1/（λＦ） （43） 光源ビーム波長に従う最適位置に媒体132を移動させ
るためには、種々の手段が使用されるが、好ましい実施
例では第１図に示すような自動制御構成が用いられる。
この配列において、ホログラムレンズ126からの第０次
出力ビーム140は、第１図に示すように、屈折プリズム1
42等の第４光学要素に指向されている。公知のように、
プリズムは、回折格子と同様に、入射ビームを波長に従
って屈折する。従って、プリズム142からの出力ビーム1
44の偏向角は、光源ビーム114の波長を決定するために
モニターできる。等業者が容易に理解できるように、２
個の平面波を干渉させ、この干渉を記録して作られる単
純なホログラム格子は、プリズム142と置換できる。プ
リズム142からの出力ビーム144は、プリズムで屈折され
たビーム144の偏向がみられる点から等距離で配列され
た受光センサ150の配列146に指向されている。単位長毎
の受光センサ150の数は、媒体132に望まれる移動の増分
幅で決定される。単位長当たりセンサ150の数が増える
程、微細な制御が可能となる。
動作において、分散要素142に入射するビームの波長
が変化した場合には、出力ビーム144が偏向して、セン
サ150を照光し、信号が、照光されたセンサから発生す
る。この発生された信号は、光電制御器152に導かれ、
制御器152は順に制御信号を発生する。この制御信号
は、媒体132用の駆動器154に導かれて、駆動器154は媒
体132を光源ビーム114の波長に従って位置させる。
光電制御器152には種々の要素あるいは回路が使用で
きる。同様に、駆動器154として種々の特定の装置が使
用でき、これら要素や装置は当業者で容易に構成でき
る。例えば駆動器154は、機械的、ピエゾ電気的、ある
いは磁気電気的に操作できる装置で構成できる。これら
光電制御器152および適合フィルタ駆動器154は、本発明
の実施に必須でないので、明細書および図面に詳述しな
い。センサ配列146で発生された信号は、パラメトロン
変換器106に印加される電圧、従って光源ビーム114の波
長を制御するためにも使用される。このセンサ配列146
から出力される信号に応答して光源ビーム114の波長を
変化させるための一制御構成が、米国特許第4,250,465
号に詳述されている。
第２図は、本発明による第２実施例のシステム200の
部分を示している。このシステム200は、システム100に
非常に類似し、図面において対応する要素には同一の符
号を付している。これらシステム100および200間の原理
的差異は、システム200の第１光学要素が透過光学回折
格化202を備え、システム200の第３光学要素が鏡204を
備えたことである。システム200の他の要素は、第２図
に示すように、パラメトロン変換器106、第２光学要素1
26、適合フィルタ用の記録媒体132で、システム100に使
用されたものと同一である。更に、システム200は、第
１図の適合フィルタ駆動器および駆動制御器も含んでい
る。システム200のこれら構成要素は、図を明快にする
ために第２図に示さない。
動作において、パラメトロン変換器106の出力ビーム1
14は回折格子202を貫通する。回折格子は、入射エネル
ギービームを次の式に滋賀い、複数の第０次、第１次、
第２次等のビームに回折することが公知である。
sinθｉ±sinθｄ＝ｍλ/d （44） 但し、θｉは回折格子に対する法線から測定された入
力ビームの入射角度、θｄは回折格子に対する法線から
測定された出力ビーム偏向角度、ｍは次数で、０、１、
２等、λはエネルギビームの波長、ｂは格子線の間隔、
正負符号は入射ビームおよび偏向ビームが回折格子法線
の同じ側にあるか、あるいは反対側にあるか依存する。
単純化のために、入射ビームは、θｉ＝０、θｄ＝ｍ
λ/bになるように、回折格子の平面に直交すると仮定す
る。格子202の第０次出力ビームが回折されないで格子2
02に直行し、第１次出力ビームが特定角度で回折され、
図示しない第２次出力ビームがそれよりも大きい角度で
回折されることが理解される。高次出力ビームは、第１
次出力ビームよりもっと大きく回折するので、より大き
い回折が好ましいと考えられる場合は、システム200に
用いてもよい。しかし、通常第１次ビームのエネルギが
高次ビームのそれより大きく、従って第１次ビームが好
ましい。回折格子の格子線は、選択された次数の効率を
向上させるように成形できる。更に、各次数毎に、（０
度）ビームの反対側に、同角度であるが、反対の符号の
回折を持つ他のビームが存在することに注目すべきであ
る。しかし、明確化のため、第２次ビームあるは高次ビ
ームは図面に示さない。以下の記載では、回折格子202
の出力ビームの偏向角および他の関連の量が、特に注釈
しない限り、第１次のビームに関係する。
回折格子202の第０次出力ビームは、システム200の信
号ビーム120として使用され、像124を通ってホログラム
レンズ126に向かう。ホログラムレンズ126からの出力ビ
ーム130は、焦点距離F0おび記録面の直行線から角度θ
０で記録媒体132に指向される。格子202からの第１次出
力ビームは、システム200の参照ビーム122として使用さ
れ、鏡204に向けられる。この鏡204は、格子202および
ホログラムレンズ126間の信号ビーム120の軸線に平行な
平坦反射面を有し、参照ビーム122を反射させて適合フ
ィルタ記録媒体132上に最適角φ０で衝突させている。
システム100と同様に、システム200は、予め選択され
た最大波長λ０および最小波長λ１間の波長システム20
0を操作し、パラメータを選択し、他の関連する制限範
囲内で操作することにより、常に、λ０およびλ１間の
多数の波長で記録媒体132上に信号ビーム120のフーリエ
変換および参照ビーム122間の干渉を誘発できる。シス
テム100に関連して説明した同じ理由から、第１の制限
は、記録媒体132が、信号ビーム軸線AA′、および軸線C
C′として参照される鏡204の軸線に平行な軸線BB′に沿
って移動することである。第２の制限は、光源ビーム11
4の波長がλ０からλ１に変化した時に、記録媒体132が
軸線BB′に沿って次の等式に沿う距離ｘ移動することで
ある。
軸線AA′からの記録媒体132の初期変位ｆは、次の等
式で求められ、 ｆ＝F0 sinθ０ （46） ホログラムレンズ126からの記録媒体132の初期変位ｇ
は、次の等式で求められる。
ｇ＝F0 cosθ０ （47） システム200の残りのパラメータは、第１および第２
光学要素202および126の分散面間の初期長手距離ｄ、お
よび軸線BB′および参照軸線CC′間の横変位ｈである。
これらパラメータは次のように決定される。
まず、第２図を参照すると、第１光学要素202の分散
面および記録媒体132の記録面間の長手変位は、距離がm
0、m1、n0あるいはn1項により表されるか、あるいは、
「ｄ＋F0あるいはF1の水平成分」項により表されるかに
関わらず同じになる。この事実は次のように示される。
m0＋n0＝ｄ＋F0 cosθ０ （48） m1＋n1＝ｄ＋F1 cosθ１ （49） 第２図は次のことを示している。
ｈ＝R0 sinφ０＝R1 sinφ１ （50） 第50式は次のように再構成できる。
R0＝h/sinφ０ （51） R1＝h/sinφ１ （52） 更に、軸線AA′およびCC′間の横距離は、距離が、P0
あるいはP1の垂直成分により表されるか、あるいは、
「ｈ＋ｆ」項により表されるかに関わらず同じになる。
この事実は次のように示される。
ｈ＋ｆ＝P0sinφ＝P1sinφ１ （53） 上記等式を再配列すると、次のようになる。
P0＝（ｈ＋ｆ）/sinφ０ （54） P1＝（ｈ＋ｆ）/sinφ１ （55） 第２図は以下のことも示す。
m0＝P0 cosφ０ （56） n0＝R0 cosφ０ （57） m1＝P1 cosφ１ （58） n1＝R1 cosφ１ （59） 第56、第57、第58および59式のP0、R0、P1およびR1に
第54、第51、第55および52式の右項に各々代入して、次
の式が各々求められる。
m0＝（ｈ＋ｆ）cosφ0/sinφ０＝（ｈ＋ｆ）cotφ０ （60） n0＝h cosφ0/sinφ０＝h cotφ０ （61） m1＝（ｈ＋ｆ）cosφ1/sinφ１＝（ｈ＋ｆ）cotφ１（6
2） n1＝h cosφ1/sinφ１＝h cotφ１ （63） 第48式のm0およびn0第60および61式の右項を代入し
て、次の式が求められる。
（ｈ＋ｆ）cotφ０＋h cotφ０＝ｄ＋F0 cosθ０（64） この等式は次の第65、第66および67式を経て単純化さ
れる h cotφ０＋f cotφ０＋h cotφ０＝ｄ＋F0 cosθ０ （65） 2h cotφ０＋f cotφ０＋F0 cosθ０ （66） 2h cotφ０＝ｄ＋F0 cosθ−f cotφ０ （67） 第67式のｆに第46式の右項に体入して、次の第68式が
求められる。
2h cotφ０＝ｄ＋F0 cosθ０−F0 sinθ0 cotφ０ （68） 第68式は再配列されてｈは、 と表される。第49式のm1およびn1に第62および63式の右
項目に代入して、次の式が求められる。
（ｈ＋ｆ）cotφ１＋h cotφ1d＋F1 cosθ１ （70） この等式は次の第71、第72および73式を経て単純化さ
れる。
h cotφ１＋f cotφ１＋h cotφ１＝ｄ＋F1 cosφ１ 2h cotφ１＋f cotφ１＝ｄ＋F1 cosφ１ （72） 2h cotφ１＝ｄ＋F1 cosθ１−f cotφ１ （73） 第２図から次の等式が求められる。
ｆ＝F1 sinθ１ （74） 第73式のｆに第74式の右項に代入して、次の第75式が
求められる。
2h cotφ１＝ｄ＋F1 cosθ１−F1 sinθ1 cotφ１ （75） 第75式が再配列されて、ｈは以下のようになる。
ｈを消去したｄを求めるためには、第76式の左右項が
第69式の左右項から各々減算される。
これは、次の段階で単純化、再配列される。
第46および74式は、以下のことを示す。
F1 sinθ１＝F0 sinθ０ （80） 第79式の項目が相互に打消しあって次のように単純化
される。
ｄ（tanφ１−tanφ０）＝F0 cosθ０・tanφ０ −F1 cosθ１・cotφ１ （81） よって、ｄは、 ｄは消去したｈを求めるためには、第75式の左右項が
第68式の左右項から各々減算される。
2h cotφ０−2h cotφ１＝（ｄ＋F0 cosθ０− F0 sinθ０・cotφ０）−（ｄ＋F1 cosθ１− F1 sinθ１・cotφ１） （83） これを単純化して、次の第84式が得られる。
2h（cotφ０−cotφ１）＝F0 cosθ０−F0 sinθ０・co
tφ０ −F1 cosθ１＋F1 sinθ１・cotφ１ （84） よって、以下に再構成される。
ｈ＝（F0 cosθ０−F0 sinθ０・cotφ０−F1 cosθ１
＋ F1 sinθ１・cotφ）/2（cotφ０−cotφ１） （85） 従って、光源ビームの最大波長λ０および最小波長λ
１、最大焦点距離F0、最小焦点距離１、最小信号ビーム
偏向角θ０、最大信号ビーム偏向角θ１、最小参照ビー
ム角度φ０および最大参照ビーム角度φ１の各初期値
が、システム200の媒体132の初期位置を決定する初期パ
ラメータｈ、ｄ、ｆ、およびｇを決定する。その次の任
意の光源ビーム波長λ１に関しては、距離ｘが決定で
き、従って、媒体132は、該異なった波長では媒体132上
に適合フィルタを製造する状態を生じさせるように移動
する。システム200では、システム100と同様に、適合フ
ィルタ132が、その作成に作用される波長に関わらず、
常に次の等式で得られるシステム定数Ｓを持っている。
Ｓ＝1/（λＦ） （86） 両者のシステム100および200は本発明の実施に効果的
に用いられるが、システム100は、実際問題として、よ
り多数の波長が使用できるので好ましい。
システム100を議論する時、特に有用な値は、次の式
で示される比μである。
μ＝λ0/λ１ （87） 第４および５式は、この比が他の種々の比と等しいこ
とを示している。特に、 μ＝sinθ0/sinθ１＝F1/F0 （88） 要素136が回折格子であるので、第44式はシステム100
の参照ビーム122の回折角度φに適用される。従って、 sinφ０＝ｍλ0/b （89） sinφ１＝ｍλ1/b （90） 第89および90式は次の式に再構成できる。
λ０＝b sinφ0/m （91） λ１＝b sinφ1/m （92） 第87式の入０およびλ１に第91および92式の右項を代
入して、 第３図は、以下の所定値に対するφ０の関数としてシ
ステム100用のｄおよびｈの可能な範囲の値を示してい
る。
F0＝207.4mm θ０＝7.7゜および μ＝1.2958 ｄが負の場合には、分散要素136は分散要素126の右側
に配置される。第３図は、ｈおよびｄ間の反比例の関係
を示している。即ち、F0、θ０およびμの設定値毎に、
ｈが増加するとｄが減少し、ｈが減少するとｄが増加す
る。ｈおよびｄに対して特定の最適値が存在しない。し
かし、現実問題として、システム100の要素の寸法は、
これら要素間の間隔により低い制限をもたらす。
当業者が理解できることであるが、システム100およ
び200は、本発明の範囲を越えないで種々の方法および
種々の要素において使用できる。例えば、システム100
および200は、多数の波長での単一の適合フィルタと同
様に、異なった波長で２個以上の適合フィルタを製造す
るために使用できる。また、システム100および200は、
第１図および第２図に示す透過フィルタと同様に、反射
型適合フィルタを構成することも可能である。第４図を
参照すると、もし、反射型適合フィルタ302がシステム1
00あるいは200に構成されたならば、適合フィルタは、
反射面が軸線BB′に位置合わせされ、この軸線BB′に沿
って第22式あるいは第45式に従って、移動する。勿論、
システム100の回折格子136あるいはシステム200の鏡204
のいずれかの参照ビーム偏向要素を、AA′軸線の上側あ
るいは下側に配置できる。
第５図および第６図を参照にすると、もし、第３分散
要素134あるいは204が軸線AA′の上側、即ち記録媒体13
2から見て軸線AA′の反対側に位置するならば、第42式
あるいは第85式で決定されるパラメータｈは、軸線AA′
および参照軸線CC′間の横方向の距離である。
第７図を参照すると、システム100あるいは200の信号
ビーム分散要素は、多重ホログラムレンズ304が使用で
き、開口絞り306がホログラムレンズ304および記録媒体
132間のビーム130の光路に配置されて、多重ホログラム
レンズからの一連の露光を記録媒体132上に記録できる
ように制御することができる。適合フィルタ132におけ
る結果は、非コヒーレントに付加されたホログラムレン
ズの配列である。これの代わりに、第８図で教示される
ように、接触スクリーン310および従来のフーリエ変換
レンズ312がシステム100あるいは200の信号ビーム分散
要素として用いられて、コヒーレントに付加された形態
で多重像適合フィルタを製造してもよい。
第９、第10および11図は、異なった波長の光源ビーム
114を発生する、本発明の実施に使用できる３種類の方
法を示している。第９〜11図に示す配列においては、第
１および２図の実施例と違って、分散要素116あるいは2
02に入射する放射の波長は、その変動がパラメトロン変
換器によって影響されず、放射の波長自体の変化での変
動である。放射源の波長変化は、種々の方法、例えば各
々が個別の波長を有する複数のレーザを用いて、あるい
は各々がレーザ等で励起された時に各々が特有の波長を
放射する複数の有機染料セルを用いて達成される。
色素レーザが波長源として用いられた時には、アルゴ
ンイオンあるいはクリプトンイオンレーザのような高強
度の放射源が有機色素溶液を光学的に「ポンプ」する。
この色素溶液は、ポンプ波長より長い波長で蛍光を発す
る。十分な力のレーザ「ポンプ」によって、転化および
光学的利得が、広い範囲の波長で反省される。同調素子
を含む光学共鳴器は、十分な利得を有する任意の範囲に
おけるコヒーレントな放射を引き出すために用いられ
る。4,200Å以下から9,500Å以上の波長のレーザは、種
々のレーザパラメータ、色素および光学色素を最適化し
て達成できる。
単一レーザおよび1,000Åの限られた波長帯域をカバ
ーする色素、あるいは、4,000Å程の合計波長帯域を持
つ複数のレーザー・色素の組み合わせを用いることがで
きる。もし、複数のレーザー・色素の組み合わせが使用
されたならば、後述するビーム再結合手段が使用され
て、システム100あるいは200の第１分散要素に入力ビー
ムを向かわせる。
各々が個別の波長を持つ複数のレーザ402を使用した
装置を、第９図に示す。波長選択器404は、ある制御さ
れた方法でレーザを選択的に活性化する。各レーザ402
からの放射エネルギは好適な光学再結合器406により集
められ、再結合器からの単一出力ビーム410がシステム1
00あるいは200の第１分散要素に指向される。第１図を
参照すると、第１分散要素からの信号ビーム120はシス
テムの第２分散要素に指向され、第２光学要素からの軸
上の第０次出力ビームが第４光学要素142を通るように
指向される。この第４光学要素からの出力は、前述した
ように受光センサ配列146に放射される。システム100あ
るいは200で、第９図に示す複数のレーザ402が光源ビー
ムとして使用された時には、受光センサ配列146の１個
のフォト感知器150が、活性化されるレーザに従い記録
媒体132を位置させるために、各レーザと連携する。
複数の個別波長源を用い、ビーム再結合手段を用いた
本発明の他の実施例が、第10図に示されている。レーザ
422のような種々の波長源は、単一平面に順次位置合わ
せされている。各レーザ422は、同一面に配置される異
なった鏡424に指向され、これら鏡424は、反射ビームが
鏡424の中心を通る軸線426に沿って進むように配置され
る。特に、端側のレーザ422aは二色（半透明）鏡424aに
指向する個別の波長λａの出力ビームを持ち、反射出力
ビームが軸線426に沿って進む。この軸線426は、その後
複数の二色鏡424b、424cおよび424dを貫通しており、反
射出力ビームは平面鏡430で反射する。第２のレーザ422
bは二色鏡424bに指向する個別の波長λｂの出力ビーム
を持ち、反射出力ビームが軸線426に沿って平面鏡430に
指向している。この配列における他のレーザの各々は、
関連する二色鏡で反射する出力を有し、これら反射によ
り結合出力が鏡430によって、システム100あるいは200
の第１分散要素に供給される。
この実施例においては、二色鏡424が、複数のレーザ4
22の個別波長の出力ビームを結合するために使用されて
いる。この２色鏡は、選択された角度で、選択された波
長で入射したビームを反射し、それ以外の波長は全部透
過させる特性を持っている。従って、鏡424bは、λｂが
入射する角度で、λａを透過し、λｂを反射するので、
λａおよびλｂが結合される。操作において、波長選択
器432は、出力が所望の波長を持つ特定のレーザを活性
化する。この波長は、関連の二色鏡で反射させられる
が、光路内にある他の二色鏡は透過して、平面鏡に再指
向されて、システム100あるいは200の第１分散要素を通
過し、本発明の教示に従って前述したように用いられ
る。
複数の個別波長源およびビーム再結合手段を用いた本
発明の他の実施例が、第11図に示されている。この実施
例において、ビーム結合手段としてホログラムレンズ44
2が使用される。この装置は種々の波長のレーザ444を備
えており、各出力ビームはホログラムフィック再結合器
442に指向され、該再結合器からの出力ビーム446はシス
テム100あるいは200の第１分散要素を通過し、本発明の
教示に従って用いられる。システム100あるいは200の適
合フィルタ132を製造するための放射光源ビームを発生
する好適光源の選択は、波長選択器450で実施される。
このホログラフィック再結合器442は、ホログラムレ
ンズを逆モードで使用したものである。所定の波長を持
つ光源444をホログラフィック再結合器442から特定の角
度および距離に配置することにより、各光源444から
は、活性時に、システム100あるいは200の第１分散要素
に指向するように同一的に方向付けられたビームが得ら
れる。
第12図は、適合フィルタが本発明に従って製造された
記録媒体132を使用した光学相関システム500を示してい
る。単色レーザ504からのコヒーレントな平行ビーム502
は、これをビーム510および512に分割する分割器506に
指向される。ビーム510は、写真フィルムである像514′
を通過し、その後ホログラムレンズ516に至る。像514を
通過中に、レーザビームは像の模様で変調増幅される。
像514の全領域がビーム510で照明されることを確保する
ために、レーザ504の出力のビームの拡大を行てもよ
い。また、ビーム減少光学機器を像514およびホログラ
ムレンズ516間に置いて、ビーム510をホログラム領域に
圧縮してもよい。第12図には、これら光学機器が示され
ていないが、必要ならば、容易にシステム500に挿入で
きる。
ホログラムレンズ516の出力ビーム520は、適合フィル
タ132に対して指向されている。像514および適合フィル
タ132がホログラムレンズ516から、ホログラムレンズの
焦点距離分離れて空間配置された場合には、ホログラム
レンズが像514上の全模様のフーリエ変換を形成し、変
調された出力ビーム520は、像510上に入力する光景上の
あらゆる物体についての、軸中心における重畳されたス
ペクトルとして、適合フィルタに到達する。当業者が容
易に理解できるように、ホログラムレンズ516は、従来
フーリエ変換レンズおよび接触スクリーンの組み合わせ
に置換できる。適合フィルタ132の出力ビームは、球面
レンズを通って光学検知器524の受光面に送られる。こ
の光学検知器524は、図示のようにテレビカメラの管の
前面スクリーン、あるいは半導体光学検知器あるいは他
の好適な検知器でよい。
適合フィルタ132には、選定された目標の光景の回折
模様が記録される。もし、入力ビーム520で形成された
模様が適合フィルタに記録された模様と一致したなら
ば、適合フィルタの出力ビームは、かなり強いかなりコ
ヒーレントな出力ビームであり、レンズ522はその出力
ビームを光学検知器524の受光面の特定位置に集光させ
て、その位置で明るいスポットを形成する。もし、ビー
ム520で形成される回折格子の模様が適合フィルタ132に
記録された模様に一致しなかったならば、適合フィルタ
の出力ビームは、かなり拡散して弱く、この結果、光学
検知器524の面に弱い拡散した光を放射する。光学検知
器524は、光を感知して、十分な強度の光のスポットが
検知器の面に合焦点された時に、電流のような信号を発
生する。この信号は、目標確認システムを使用したシス
テムに依存して、ある種の装置に起動するために使われ
る。このような装置としては、例えば単純な警報器、複
数な誘導システムが可能である。
本発明によれば、適合フィルタが形成された記録媒体
を、システム500で異なる波長の光源ビーム502で使用す
ることができ、軸線AA′およびBB′間、および、軸線B
B′およびCC′間の初期変位が第23式および第42式で各
々得られ、要素524および516間、および、要素516およ
び132間の長手変位は、第39式および第24式によって得
られる。適合フィルタ132は、光源ビーム502の軸線AA′
に平行な軸線BB′に沿って第22式によって平行移動され
る。
第１図を第12図と比較すると、システム100がシステ
ム500に容易に変形できることが示される。特に、レン
ズ522および光学検知器524は、システム100に形成され
てもよく、これによれば、このシステムをシステム500
に変換するためにシステム100にレンズ522および検知器
524を追加する必要がない。この場合、システム100は、
推測される目標自体の光景である像124を、推測目標を
有するであろう光景の視界を持つ像514を単純に置換す
ることにより、システム500に変換される。従って、本
発明の教示に追従して、種々の波長で適合フィルタを記
録し、使用し、あるいは再生するような光学システムを
仕様構成できる。
システム100の要素116、134および136に相当するビー
ム分割器506、鏡526および回折格子530は、光学相関シ
ステム500の操作に必須なものではない。レンズ522およ
び検知器530の位置合わせ用に有用な要素506、526およ
び530は、適合フィルタ132の出力ビームが、回折格子53
0で回折した時のビーム512の軸線に沿うので有用であ
る。勿論、システム100をシステム500に変換した時に
は、分割器506、鏡526および回折格子530を維持するこ
とが、これら要素を取り外し、次にシステム500が適合
フィルタ製造システム100に逆変換される時にそれら再
配置することよりも容易である。
認識されるであろうが、システム200も光学相関シス
テムに容易に変形できる。これは、最初にシステム200
に、システム500のレンズ522および光学検知器524に類
似するレンズおよび光学検知器を追加し、第２に像124
の代わりに推測目標を有する可能性のある光景の像を置
いて実施される。実際、光学検知器およびそれ用の集束
レンズは、システム200に恒久的に固定してもよく、シ
ステム200の要素132の外側に恒久的に配置されてもよ
い。
完成直後の好ましい実施例の記載においては、写真フ
ィルムが光景即ち像514を観察するために使用された。
光学相関システム500は、実時間の目標認識用に、ある
いは特定の目的地へ予め設定された進路に沿って移動す
る飛行機の実案内用に使用してもよい。このような目的
のためには、像514が、第13図に概略的に示すライブ景
色変換器に取って代われる。ライブ景色変換器は、レー
ザビームを変調増幅してコヒーレントな像とし、この結
果例えば、透過媒体あるいは反射面の変調を通したコヒ
ーレント像が得られる。この変調器は、レンズシステム
を通して直接景色を目視する時には光互換性物質あるい
は可変屈折率の結晶を含んでもよく、あるいは、ビデオ
システムを通して間接的に目視する時には走査センサ技
術を用いてもよい。変換をなすために使用される特別の
変換器あるいは方法は、本発明の核心ではない。重大な
考慮点は、多重ビーム発生ホログラム516への入力は、
観察領域から反射もしくは出射される非コヒーレント
で、多色性の、平行化されていない光エネルギの、振幅
変調された、コヒーレントな、平行化された単色像であ
ることである。好適な変換器は商業的に供給可能で、文
献に詳しく載っており、従ってここは更に詳述しない。
第14図は、適合フィルタが作られる記録媒体132を使
用する別の光学相関システム600を示している。テレビ
・モニタからの出力でよい入力像602は、レンズ604を通
って液晶光弁606に指向される。同時に、単色レーザ光
源からのコヒーレントな平行ビーム610は、ビームを信
号ビーム614および参照ビーム616に分割する分割器612
に指向される。信号ビーム614は光弁606の出力側に指向
される。この光弁606は、入力像ビーム602の強度の関数
としての信号ビーム614を変調し、ビーム分割器612およ
び検光子620を通して反射し、強度変調されたコヒーレ
ント信号ビーム614を形成する。
その後、信号ビーム614は、該ビームを適合フィルタ1
32に指向させる接触スクリーン622およびホログラム624
を通過する。参照ビーム616は、偏向回転子626を貫通
し、鏡630で反射され、参照ビーム616を適合フィルタ13
2に偏向させる回折格子632に指向される。この偏向回転
子626は、参照ビーム616が検光子620で偏光される信号
ビーム614と同一の偏向状態で適合フィルタ132に到着す
ることを確保させる。信号ビーム614および参照ビーム6
16は適合フィルタ132で相互干渉し、干渉出力がレンズ6
34を通って光学検知器636に指向される。システム600の
適合フィルタ、レンズ634および検知器636は、システム
500の適合フィルタ、レンズ526および光学検知器530の
操作方法と同一の方法で操作されて、もし選択された目
標が像ビーム602に存在する場合に警報信号を発生す
る。
システム500および600は、記録された単一像を持つ適
合フィルタ132を用いて記載されたが、多重像が記録さ
れた適合フィルタが本発明の実施に使用されてもよい。
勿論、システム500および600には反射適合フィルタが用
いられてもよい。更に、システム500および600は、シス
テム100および200と同様に、システム200から形成され
た相関システムの種々の要素と同様に異なった光学配置
で配置されてもよい。特に、第５図および第６図を参照
して、参照ビーム分散要素は、要素132から軸線AA′の
反射側に配置されてもよい。更に、第９図、第10図およ
び第11図に示すような多くの配列がシステム500および6
00に使用されて、種々の波長の光源ビームを発生するよ
うにしてもよい。
「発明の効果」 この発明の光学相関メモリ処理システムによれば、記
録媒体を、移動手段により、用いられる電磁光学ビーム
の波長に応じた所定の位置に第２軸線に沿って移動させ
ることによって、前記記録媒体において、参照ビーム偏
向手段からの参照ビームと信号ビーム偏向手段からのフ
ーリエ変換された信号ビームとを前記波長において干渉
させることができる。ある波長で情報を記録し、該情報
を別の波長で再生することがしばしば望まれるが、本発
明によるシステムによれば、１つのシステムによって、
その使用の目的や状況に最も適した光源ビームの波長を
選択し、この波長により適合フィルタを製造し、かつ、
別の波長で再生することが、複雑な付属装置や複雑な作
業工程を必要とせずに行える。
また、第１〜第３軸線が平行であるので、各光学要素
に関する適切な設置位置が容易に算出でき、設置機構の
設計が容易、かつ、より省スペースなシステムの構築が
可能である。また、偏向前の信号ビームおよび参照ビー
ムの光軸調整、および、各ビームの偏向方向の調整が容
易である。更に、光源ビームの波長の変化に伴う記録媒
体の動作距離の算出が容易であるという利点がある。
従って、例えばこのシステムを目標確認システムに応
用する場合でも、良好な制御状態で使用でき、かつ収納
のスペースを要しないので、遠隔に置かれ、限られたス
ペースを有する人工衛星等での使用に適するとともに、
作業の省力化が実現される。
ここに開示した目標確認システムは、広義に解釈して
多数の応用例に適用できる物体認識装置である。本発明
は、フィルムあるいは実観察により、空域偵察システ
ム、航空官制および誘導システムに応用できる。
本発明は、認識対象の目標あるいは物体がタイプある
いは印刷字体で書かれていれば、郵便および並変え（ソ
ーティング）検査に使用でき、目標が動物の組織および
体液内の生物学的物体であれば、医療診断に使用でき、
製品検査にも使用でき、目標が指紋であれば、犯罪捜査
に使用でき、あるいは目標が例えば箱内あるいは組立ラ
インに沿って移動する物体であれば、ロボット制御シス
テムに使用でき利点が得られる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明による光学相関メモリ製造システムの第
１実施例の機能的ブロック図、第２図は本発明による光
学相関メモリ製造システムの第２実施例の機能ブロック
図、第３図は第１図の光学相関メモリ製造システムの種
々のパラメータ間の関係を示す２個のグラフ図、第４図
は第１図および第２図のシステムに使用される透過適合
フィルタを示す概略図、第５図は第２図に示すシステム
の１要素の光学変位を示す概略図、第６図は第１図に示
すシステムの種々の要素の光学変位を示す概略図、第７
図は多重光学メモリ装置を記録する多重ホログラムレン
ズおよび開口絞りを使用した第１図のシステムの変形バ
ージョンの概略図、第８図は多重像光学メモリ装置を製
造するのに使用される第１図のシステムの第２変形バー
ジョンの概略図、第９図は第１図および第２図のシステ
ムに使用される、異なった波長での光源ビームを生み出
す別の配列のブロック図、第10図は異なった波長でビー
ムを形成する第３の配列の概略図、第11図は本発明の実
施に使用される種々の波長で光源ビームを製造する他の
方法を示す概略図、第12図は本発明の教示によって製造
された適合フィルタを用いた光学相関システムのブロッ
ク図、第13図は第12図に示すシステムに使用されるライ
ブ景色変換器の概略図、第14図は本発明によって製造さ
れた適合フィルタを用いた第２の光学相関システムのブ
ロック図である。 100……システム、102……レーザ、104……出力ビー
ム、106……パラメトロン変換器、114……光源ビーム、
116……分割器、120……信号ビーム、120……参照ビー
ム、126……ホログラムレンズ、132……記録媒体、136
……回折格子、304……多重ホログラムレンズ。

Claims (18)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】多数の波長で電磁光源ビームを発生する発
    生手段と、 前記電磁光源ビームの通路に配置されて、該電磁光源ビ
    ームを信号ビーム及び参照ビームに分割し、この信号ビ
    ームを第１軸線に沿って指向される分割手段と、 前記信号ビームの通路に配置されて、前記信号ビームを
    空間的に変調する像手段と、 前記第１軸線に平行な第２軸線に配置される記録媒体
    と、 前記第１軸線に配置されて、前記像手段から前記信号ビ
    ームを受信してこれをフーリエ変換し、このフーリエ変
    換された信号ビームを前記記録媒体に偏向する信号ビー
    ム偏向手段と、 前記参照ビームの通路における、前記第１および第２軸
    線に平行な第３軸線に配置されて、前記参照ビームを該
    記録媒体に偏向し、該記録媒体において前記参照ビーム
    と前記信号ビームとを干渉させる参照ビーム偏向手段
    と、 前記第２軸線に沿って前記記録媒体を移動させ、該記録
    媒体において前記参照ビームと前記信号ビームとを複数
    の電磁光源ビーム波長において干渉させる移動手段とを
    備え、 目的とする像を前記記録媒体上に干渉縞として記録させ
    る場合は前記目的とする像を前記像手段とし、前記記録
    媒体上に記録された目的とする像と別の像との相関をと
    る場合は前記別の像を前記像手段として前記記録媒体上
    で干渉させる光学相関メモリ処理システム。
  2. 【請求項２】前記発生手段は、第１波長λ０および第２
    波長λ１の間の多数の波長で電磁光源ビームを発生し、 前記信号ビーム偏向手段は、焦点距離F0で前記第１軸線
    から角度θ０を通って波長λ０の前記信号ビームを偏向
    し、焦点距離F1で該第１軸線から角度θ１を通って波長
    λ１の信号ビームを偏向し、 前記参照ビーム偏向手段は、前記第３軸線から角度φ０
    を通って波長λ０の前記参照ビームを偏向し、該第３軸
    線から角度φ１を通って波長λ１の参照ビームを偏向
    し、 前記信号ビーム偏向手段は、長手方向に前記参照ビーム
    偏向手段から次の等式で求められる距離ｄ移動し、 前記第１および第２軸線間の横距離ｆは、次の等式で求
    められ、 ｆ＝F0 sinθ０ 該記録媒体は、長手方向に前記信号ビーム偏向手段から
    次の等式で求められる距離ｇ離れて配置され、 ｇ＝F0 cosθ０ 前記第２および第３軸線間の横距離ｈは、 の等式で求められた特許請求の範囲第１項記載のシステ
    ム。
  3. 【請求項３】前記第２および第３軸線間の横距離ｈは、 ｈ＝［F0 cosθ０−F0 sinθ０・cotφ０−F1 cosθ１＋F1 sinθ１・cotφ１］
    /2（cotφ０−cotφ１） の等式で求められた特許請求の範囲第２項記載のシステ
    ム。
  4. 【請求項４】前記発生手段は、第１波長λ０および第２
    波長λ１の多数の波長で電磁光源ビームを発生し、 前記信号ビーム偏向手段は、焦点距離F0で前記第１軸線
    から角度θ０を通って波長λ０の前記信号ビームを偏向
    し、焦点距離F1で該第１軸線から角度θ１を通って波長
    λ１の信号ビームを偏向し、 前記参照ビーム偏向手段は、前記第３軸線から角度φ０
    を通って波長λ０の前記参照ビームを偏向し、該第３軸
    線から角度φ１を通って波長λ１の参照ビームを偏向
    し、 該記録媒体は前記第１軸線の第１の横側に配置され、 前記参照ビーム偏向手段は前記第１軸線の第２の横側に
    配置され、 前記信号ビーム偏向手段は、長手方向に前記電磁光源ビ
    ームを分割させる手段から次の等式で求められる距離ｄ
    離れて配置され、 前記第１および第２軸線間の横距離ｆは次の等式で求め
    られ、 ｆ＝F0 sinθ０ 該記録媒体は、長手方向に前記信号ビーム偏向手段から
    次の等式で求められる距離ｇ離れて配置され、 ｇ＝f0 cosθ０ 前記第２および第３軸線間の横距離ｈは、 ｈ＝［F0 cosθ０−F0 sinθ０・cotφ０−F1 cosθ１＋F1 sinθ１・cotφ１］
    /2（cotφ０−cotφ１） の等式で求められた特許請求の範囲第１項記載のシステ
    ム。
  5. 【請求項５】前記第２および第３軸線間の横距離ｈは、 の等式で求められた特許請求の範囲第４項記載のシステ
    ム。
  6. 【請求項６】前記信号ビーム偏向手段は、焦点距離F0で
    前記第１軸線から角度θ０を通って波長λ０の信号ビー
    ムを偏向し、 更に、前記電磁光源ビームの波長がλ０からλ１に変化
    して、複数の電磁光源ビーム波長で前記記録媒体で前記
    参照ビームおよび該信号ビームのフーリエ変換間に干渉
    を誘発した時に、該記録媒体を前記第２軸線に沿って次
    の等式で求められる距離ｘ 移動させる手段を備えた特許請求の範囲第１項記載のシ
    ステム。
  7. 【請求項７】前記記録媒体は、前記電磁光源ビームの波
    長がλ０からλ１に変化して、複数の電磁光源ビーム波
    長で前記記録媒体で前記参照ビームおよび該信号ビーム
    のフーリエ変換間に干渉を誘発した時に、該記録媒体を
    前記第２軸線に沿って次の等式で求められる距離ｘ 移動させる手段を備えた特許請求の範囲第２項から第５
    項までのいずれかに記載のシステム。
  8. 【請求項８】前記電磁光源ビームを分割させるが回折格
    子であり、 前記信号ビーム偏向手段がホログラムレンズであり、 前記参照ビーム偏向手段が前記第３軸線に位置合わせさ
    れた平坦反射面を有する鏡である特許請求の範囲第１
    項、第２項および第５項のいずれかに記載のシステム。
  9. 【請求項９】前記電磁光源ビームを分割させる手段が回
    折格子であり、 前記信号ビーム偏向手段がホログラムレンズであり、 前記参照ビーム偏向手段が前記参照ビームを適合フィル
    タに指向させる回折格子と、前記第３軸線に位置合わせ
    された平坦反射面を有する鏡とを含む特許請求の範囲第
    １項、第３項および第４項のいずれかに記載のシステ
    ム。
  10. 【請求項１０】該記録媒体移動手段は、前記電磁光源ビ
    ームの波長を検知して、該電磁光源ビームを示す第１の
    信号を発生する検知手段と、 該記録媒体に接続された駆動器と、 前記検知手段からの該第１信号を受信して、該駆動器
    に、該記録媒体を前記第２軸線に沿って移動させる第２
    信号を送信する制御器とを備えた特許請求の範囲第２項
    から第９項までのいずれかに記載のシステム。
  11. 【請求項１１】該記録媒体は、光学パターンを記憶する
    適合フィルタを有し、該適合フィルタの出力ビームの通
    路に配置されて、該記録媒体で前記電磁光源ビームのパ
    ターンが前記記録された光学メモリに適合した時に、信
    号を発生する光学検知器を備えた特許請求の範囲第１項
    から第７項までのいずれかに記載のシステム。
  12. 【請求項１２】ある第１波長で電磁光源ビームを発生
    し、 該電磁光源ビームを信号ビームおよび参照ビームに分割
    し、 前記信号ビームを第１軸線に沿って指向させ、 該信号ビームをある像により空間的に変調し、 前記信号ビームをフーリエ変換し、このフーリエ変換さ
    れた信号ビームを前記第１軸線に平行な第２軸線に配置
    された記録媒体へ偏向し、 前記参照ビームが前記記録媒体上で前記信号ビームと干
    渉するように該参照ビームを指向させ、 前記電磁光源ビームの波長を前記第１波長と異なる第２
    波長に偏向し、 前記記録媒体を前記第２軸線に沿って移動させて、前記
    第２波長において前記参照ビームと前記信号ビームとを
    該記録媒体上で干渉させる方法であり、 目的とする像を前記記録媒体上に干渉縞として記録させ
    る場合は前記目的とする像を前記空間変調のための像と
    し、前記記録媒体上に記録された目的とする像と別の像
    との相関をとる場合は前記別の像を前記空間変調のため
    の像として前記記録媒体上で干渉させる光学記録媒体の
    処理方法。
  13. 【請求項１３】波長λ０での電磁光源ビームは焦点距離
    F0で前記第１軸線から角度θ０で該記録媒体に偏向し、
    波長λ１での光源ビームは焦点距離F1で該第１軸線から
    角度θ１で該記録媒体に偏向し、 波長λ０で参照ビームは前記第１軸線に平行な第３軸線
    から角度φ０で記録媒体に偏向し、波長λ１での参照ビ
    ームは該第３軸線から角度φ１で、焦点距離F1で該記録
    媒体に偏向し、 前記電磁光源ビームの波長がλ０からλ１に変化した時
    に、該記録媒体を該第２軸線に沿って次の等式で求めら
    れ距離ｘを 移動させる段階を備えた特許請求の範囲第12項記載の処
    理方法。
  14. 【請求項１４】該記録媒体には駆動器が接続され、 該記録媒体の移動段階は、電磁光源ビームの波長を検知
    し、該電磁光源ビームの波長変化に応答して、前記第２
    軸線に沿って該記録媒体を移動させる該駆動器に信号を
    送信することを含む特許請求の範囲第12項記載の処理方
    法。
  15. 【請求項１５】前記第１軸線には、前記電磁光源ビーム
    を信号ビームおよび参照ビームに分割する第１光学要素
    が配置され、 該第１軸線には前記信号ビームのフーリエ変換を該記録
    媒体に偏向させる第２光学要素が配置され、 前記第３軸線には前記参照ビームを該記録媒体に偏向さ
    せる第３光学要素が配置され、 前記第２光学要素は、長手方向に前記第１光学要素から
    次の等式で求められる距離ｄ離れて配置され、 前記第１および第２軸線間の横距離ｆは次の等式で求め
    られ、 ｆ＝F0 sinθ０ 前記電磁光源ビームの波長がλ０である場合に、 （ｉ）該記録媒体は、長手方向に前記信号ビーム偏向手
    段から次の等式で求められる距離ｇ離れて配置され、 ｇ＝F0 cosθ０ （ii）前記第２および第３軸線間の横距離ｈは、 ｈ＝［F0 cosθ０−F0 sinθ０・cotφ０−F1 cosθ１＋F1 sinθ１・cotφ１］
    /2（cotφ0/cotφ１） の等式で求められた特許請求の範囲第13項記載の処理方
    法。
  16. 【請求項１６】前記第１軸線には、前記電磁光源ビーム
    を信号ビームおよび参照ビームに分割する第１光学要素
    が配置され、 該第１軸線には前記信号ビームのフーリエ変換を該記録
    媒体に偏向させる第３光学要素が配置され、 該記録媒体は前記第１軸線の第１の横側に配置され、 第３軸線および第１軸線の第２の横側には前記参照ビー
    ムを該記録媒体に偏向させる第３光学要素が配置され、 前記第２光学要素は、長手方向に前記第１光学要素から
    次の等式で求められる距離ｄ離れて配置され、 前記第１および第２軸線間の横距離ｆは次の等式で求め
    られ、 ｆ＝F0 sinθ０ 前記電磁光源ビームの波長がλ０である場合に、 （ｉ）該記録媒体は、長手方向に前記信号ビーム偏向手
    段から次の等式で求められる距離ｇ離れて配置され、 ｇ＝F0 cosθ０ （ii）前記第２および第３軸線間の横距離ｈは、 ｈ＝［F0 cosθ０−F0 sinθ０・cotφ０−F1 cosθ１＋F1 sinθ１・cotφ１］
    /2（cotφ０−cotφ１） の等式で求められた特許請求の範囲第13項記載の処理方
    法。
  17. 【請求項１７】前記第１軸線には、前記電磁光源ビーム
    を信号ビームおよび参照ビームに分割する第１光学要素
    が配置され、 該第１軸線には前記信号ビームのフーリエ変換を該記録
    媒体に偏向させる第２光学要素が配置され、 前記第３軸線には前記参照ビームを該記録媒体に偏向さ
    せる第３光学要素が配置され、 前記第２光学要素は、長手方向に前記第１光学要素から
    次の等式で求められる距離ｄ離れて配置され、 前記第１および第２軸線間の横距離ｆは次の等式で求め
    られ、 ｆ＝F0 sinθ０ 前記電磁光源ビームの波長がλ０である場合に、 （ｉ）該記録媒体は、長手方向に前記信号ビーム偏向手
    段から次の等式で求められる距離ｇ離れて配置され、 ｇ＝F0 cosθ０ （ii）前記第２および第３軸線間の横距離ｈは、 の等式で求めら特許請求の範囲第13項記載の処理方法。
  18. 【請求項１８】前記第１軸線には、前記電磁光源ビーム
    を信号ビームおよび参照ビームに分割する第１光学要素
    が配置され、 該第１軸線には前記信号ビームのフーリエ変換を該記録
    媒体に偏向させる第２光学要素が配置され、 該記録媒体は前記第１軸線の第１の横側に配置され、 第３軸線および該第１軸線の第２の横側には前記参照ビ
    ームを該記録媒体に偏向させる第３光学要素が配置さ
    れ、 前記第２光学要素は、長手方向に前記第１光学要素から
    次の等式で求められる距離ｄ離れて配置され、 前記第１および第２軸線間の横距離ｆは次の等式で求め
    られ、 ｆ＝F0 sinθ０ 前記電磁光源ビームの波長がλ０である場合に、 （ｉ）該記録媒体は、長手方向に前記信号ビーム偏向手
    段から次の等式で求められる距離離れて配置され、 ｇ＝F0 cosθ０ （ii）前記第２および第３軸線間の横距離ｈは、 の等式で求められた特許請求の範囲第12項記載の処理方
    法。
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