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WO2022004277A1 - 光演算システム - Google Patents

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WO2022004277A1
WO2022004277A1 PCT/JP2021/021373 JP2021021373W WO2022004277A1 WO 2022004277 A1 WO2022004277 A1 WO 2022004277A1 JP 2021021373 W JP2021021373 W JP 2021021373W WO 2022004277 A1 WO2022004277 A1 WO 2022004277A1
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WO
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optical
diffraction element
optical diffraction
signal light
calculation
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PCT/JP2021/021373
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English (en)
French (fr)
Inventor
裕幸 日下
正浩 柏木
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Fujikura Ltd
Original Assignee
Fujikura Ltd
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Publication date
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Priority to EP21831570.3A priority patent/EP4177701A4/en
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    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06N—COMPUTING ARRANGEMENTS BASED ON SPECIFIC COMPUTATIONAL MODELS
    • G06N3/00—Computing arrangements based on biological models
    • G06N3/02—Neural networks
    • G06N3/06—Physical realisation, i.e. hardware implementation of neural networks, neurons or parts of neurons
    • G06N3/067—Physical realisation, i.e. hardware implementation of neural networks, neurons or parts of neurons using optical means
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/18—Diffraction gratings
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; 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
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    • G06N—COMPUTING ARRANGEMENTS BASED ON SPECIFIC COMPUTATIONAL MODELS
    • G06N3/00—Computing arrangements based on biological models
    • G06N3/02—Neural networks
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    • G06N3/045—Combinations of networks
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    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06N—COMPUTING ARRANGEMENTS BASED ON SPECIFIC COMPUTATIONAL MODELS
    • G06N3/00—Computing arrangements based on biological models
    • G06N3/02—Neural networks
    • G06N3/08—Learning methods

Definitions

  • the present invention relates to an optical diffraction element that performs optical arithmetic. Further, the present invention relates to an optical calculation system provided with such an optical diffraction element.
  • Patent Document 1 discloses an optical neural network having an input layer, an intermediate layer, and an output layer. The above-mentioned optical diffraction element can be used, for example, as an intermediate layer of such an optical neural network.
  • the defect extraction operation that extracts the defect of the subject from the image is an example of such an operation, and by synthesizing the image after the operation with the image before the operation, it is possible to find out what kind of defect is in the subject. An image that is easy for the inspector to see can be obtained.
  • the signal light obtained in the conventional optical calculation system using the optical diffraction element includes only the signal light representing the information after the calculation, and does not include the signal light representing the information before the calculation. Therefore, the conventional optical diffraction element is not suitable for the calculation in which both the information before the calculation and the information after the calculation need to be referred to.
  • One aspect of the present invention has been made in view of the above problems, and realizes an optical calculation system capable of obtaining signal light representing information before calculation in addition to signal light representing information after calculation.
  • the purpose is to do.
  • the optical calculation system includes a group of optical diffraction elements including n (n is a natural number of 2 or more) optical diffraction elements, and each optical diffraction element belonging to the optical diffraction element group has a thickness or a thickness. It is a plurality of cells in which the refractive electrodes are set independently of each other, and is composed of a plurality of cells classified into two types of cells C1 and C2. The thickness or refractive index of the light is set so that the optical calculation performed by the light diffusing element group becomes a uniform calculation when the cell C2 of each light diffusing element belonging to the light diffusing element group is masked. ..
  • an optical calculation system capable of obtaining signal light representing information before calculation in addition to signal light representing information after calculation.
  • FIG. 1 It is a top view which shows the structure of the optical diffraction element which concerns on one Embodiment of this invention. It is an enlarged perspective view of a part of the light diffraction element shown in FIG. 1. It is a perspective view which shows the main part structure of the optical calculation system provided with the optical diffraction element shown in FIG. 1. It is a perspective view which shows the 1st modification of the optical calculation system shown in FIG. It is a perspective view which shows the 2nd modification of the optical calculation system shown in FIG. It is a perspective view which shows the 3rd modification of the optical calculation system shown in FIG.
  • FIG. 1 is a plan view of the optical diffraction element 1.
  • FIG. 2 is an enlarged perspective view of a part of the optical diffraction element 1 (a portion surrounded by a broken line in FIG. 1).
  • the optical diffraction element 1 is a flat plate-shaped optical diffraction element, and includes a plurality of microcells (an example of a "cell” in the claims) in which the amount of phase change is set independently of each other.
  • the microcell refers to a cell having a cell size of less than 10 ⁇ m.
  • the cell size refers to the square root of the area of the cell. For example, when the plan view shape of the microcell is square, the cell size is the length of one side of the cell.
  • the lower limit of the cell size is not particularly limited, but is, for example, 1 nm.
  • the optical diffraction element 1 illustrated in FIG. 1 is composed of 12 ⁇ 12 microcells arranged in a matrix.
  • the plan view shape of each microcell is a 1 ⁇ m ⁇ 1 ⁇ m square, and the plan view shape of the light diffraction element 1 is a 12 ⁇ m ⁇ 12 ⁇ m square.
  • the optical diffraction element 1 includes two types of microcells C1 and C2 that are subjected to different optical calculations.
  • the microcells C1 (white cells in FIG. 1) and microcells C2 (shaded cells in FIG. 1) are arranged in a staggered pattern. That is, each microcell C1 is adjacent to the four microcells C2 via each of its four sides, and each microcell C2 is adjacent to the four microcells C1 via each of its four sides. Have been placed.
  • the optical diffraction element 1 has (1) a first optical calculation realized by interfering with the light transmitted through the microcell C1 and (2) interfering with the light transmitted through the microcell C2.
  • the second optical calculation to be realized is performed. The contents of the first optical calculation and the second optical calculation will be described later instead of the drawings to be referred to.
  • each microcell C1 and C2 is composed of a square columnar pillar having a square bottom surface, as shown in FIG.
  • FIG. 3 is a perspective view showing the configuration of the optical calculation system 10.
  • the optical calculation system 10 includes an optical diffraction element group 11, a light emitting device 12, and a light receiving device 13.
  • the optical diffraction element group 11 is composed of n optical diffraction elements 1 arranged in parallel with each other.
  • n is a natural number of 2 or more, and is 3 in this embodiment.
  • the first optical diffraction element 1 counting from the light emitting device 12 side is referred to as the first optical diffraction element 1a, and is counted from the light emitting device 12 side.
  • the second optical diffraction element 1 is referred to as a second optical diffraction element 1b
  • the third optical diffraction element 1 counting from the light emitting device 12 side is referred to as a third optical diffraction element 1c.
  • the light emitting device 12 is a device for generating signal light to be input to the light diffraction element group 11.
  • the light emitting device 12 has a plurality of cells arranged in a matrix, and is composed of, for example, a two-dimensional display.
  • the cell of the light emitting device 12 and the microcell of the light diffraction element 1 have a one-to-one correspondence, for example.
  • the signal light output from each cell of the light emitting device 12 is input to the microcell of the first light diffraction element 1a corresponding to the cell.
  • the signal light transmitted through each microcell C1 of the first light diffraction element 1a mainly interferes with the signal light transmitted through the other microcells C1 of the first light diffraction element 1a, and is mainly used for the second light diffraction. It is input to each microcell C1 of the element 1b.
  • the signal light transmitted through each microcell C2 of the first light diffraction element 1a mainly interferes with the signal light transmitted through the other microcells C2 of the first light diffraction element 1a, and is mainly the second. It is input to each microcell C2 of the optical diffraction element 1b.
  • the signal light transmitted through each microcell C1 of the second light diffraction element 1b mainly interferes with the signal light transmitted through the other microcells C1 of the second light diffraction element 1b, and is mainly a third. It is input to each microcell C1 of the optical diffraction element 1c.
  • the signal light transmitted through each microcell C2 of the second light diffraction element 1b mainly interferes with the signal light transmitted through the other microcells C2 of the second light diffraction element 1b, and is mainly a third. It is input to each microcell C2 of the optical diffraction element 1c.
  • the light receiving device 13 is a device for detecting the signal light output from the light diffraction element group 11.
  • the light receiving device 13 has a plurality of cells arranged in a matrix, and is composed of, for example, a two-dimensional image sensor. There is a one-to-one correspondence between the cell of the light receiving device 13 and the microcell of the light diffraction element 1.
  • the signal light transmitted through each microcell C1 of the third light diffraction element 1c mainly interferes with the signal light transmitted through the other microcells C1 of the third light diffraction element 1c, and is mainly micro in the light receiving device 13. It is input to each cell corresponding to the cell C1.
  • the signal light transmitted through each microcell C2 of the third light diffraction element 1c mainly interferes with the signal light transmitted through the other microcells C2 of the third light diffraction element 1c, and mainly receives light. Is input to each cell corresponding to the microcell C2.
  • the thickness or refractive index of each microcell C1 of the optical diffraction elements 1a to 1c is an equal calculation performed by the optical diffraction element group 11 when the microcells C2 of the optical diffraction elements 1a to 1c are masked. It is set to be. In other words, the thickness or refractive index of each microcell C1 of the optical diffraction elements 1a to 1c is the thickness or refractive index of each microcell C1 of the third optical diffraction element 1c when the microcells C2 of the optical diffraction elements 1a to 1c are masked.
  • the phase distribution or intensity distribution of the signal light output from is set to match the phase distribution or intensity distribution of the signal light input to each microcell C1 of the first light diffraction element 1a.
  • the thickness or refractive index of each microcell C2 of the optical diffraction elements 1a to 1c is constantly determined by the optical calculation executed by the optical diffraction element group 11 when the microcells C1 of the optical diffraction elements 1a to 1c are masked. It is set to be an operation other than the equal operation.
  • the thickness or refractive index of each microcell C2 of the optical diffraction elements 1a to 1c is the thickness or refractive index of each microcell C2 of the third optical diffraction element 1c when the microcells C1 of the optical diffraction elements 1a to 1c are masked.
  • the phase distribution or intensity distribution of the signal light output from is set so as not to match the phase distribution or intensity distribution of the signal light input to each microcell C2 of the first light diffraction element 1a.
  • the signal light detected by the cells corresponding to the microcells C1 of the light diffraction elements 1a to 1c represents the information before the calculation.
  • the information before the calculation refers to the information represented by the signal light output from the cells corresponding to the microcells C1 of the optical diffraction elements 1a to 1c among the cells constituting the light emitting device 12.
  • the signal light detected by the cells corresponding to the microcells C2 of the light diffraction elements 1a to 1c represents the information after the calculation.
  • the information after the calculation is predetermined with respect to the information represented by the signal light output from the cells corresponding to the microcells C1 of the optical diffraction elements 1a to 1c among the cells constituting the light emitting device 12. It refers to the information obtained by performing an operation.
  • the optical calculation system 10 it is possible to realize an optical calculation for deriving the information after the calculation while storing the information before the calculation by using the optical diffraction element group 11.
  • the optical calculation system 10 can be suitably used for a defect extraction calculation for extracting defects of a subject from an image.
  • the defect image including only the defect extracted from the original image and the original image can be detected by the light receiving device 13, respectively.
  • the signal light output from the light emitting device 12 is immediately input to the light diffraction element group 11, and the signal light output from the light diffraction element group 11 is immediately input to the light receiving device 13.
  • the present invention is not limited to this.
  • a single or a plurality of other optical diffraction elements are arranged on the optical path of the signal light output from the light emitting device 12, and the light transmitted through these or these optical diffraction elements is input to the optical diffraction element group 11. May be adopted.
  • the optical calculation system 10A shown in FIG. 4 has a configuration in which a single optical diffraction element 14 is arranged in front of the optical diffraction element group 11 and signal light output from the optical diffraction element 14 is input to the optical diffraction element group 11. Is adopted.
  • the optical calculation system 10B shown in FIG. 4 has a configuration in which a single optical diffraction element 14 is arranged in front of the optical diffraction element group 11 and signal light output from the optical diffraction element 14 is input to the optical diffraction element group 11. Is adopted.
  • the optical calculation system 10C shown in FIG. 6 has a configuration in which a single optical diffraction element 14 is arranged in the front stage of the optical diffraction element group 11 and a single optical diffraction element 15 is arranged in the rear stage of the optical diffraction element group 11. It was adopted.
  • the optical calculation system includes a group of optical diffraction elements including n (n is a natural number of 2 or more) optical diffraction elements, and each optical diffraction element belonging to the optical diffraction element group has a thickness or a thickness. It is a plurality of cells in which the refractive electrodes are set independently of each other, and is composed of a plurality of cells classified into two types of cells C1 and C2. The thickness or refractive index of the light is set so that the optical calculation performed by the light diffusing element group becomes a uniform calculation when the cell C2 of each light diffusing element belonging to the light diffusing element group is masked. ..
  • the signal light representing the information after the calculation is output from the cell C2 of the nth optical diffraction element, and the signal light representing the information before the calculation is output from the cell C1 of the nth optical diffraction element. can do.
  • the cells C1 and C2 are arranged in a staggered pattern in each optical diffraction element belonging to the optical diffraction element group.
  • the configuration is adopted.
  • the signal light representing the information after the calculation is output from the cell C2 of the nth optical diffraction element, and the signal light representing the information before the calculation is output from the cell C1 of the nth optical diffraction element. can do.
  • one or more other optical diffractions arranged in front of the first optical diffraction element belonging to the optical diffraction element group.
  • a configuration is adopted in which one or both of the element and one or more other optical diffraction elements arranged after the nth optical diffraction element belonging to the optical diffraction element group are further provided.
  • signal light output from one or more other optical diffractive elements arranged in front of the first optical diffractive element is input to the optical diffractive element group and / or.
  • the signal light output from the optical diffractive element group can be input to one or more other optical diffractive elements arranged after the nth optical diffractive element.
  • a configuration is adopted in which a light receiving device for detecting signal light output from one or more other light diffusing elements arranged after the nth light diffusing element is further provided. There is.
  • the signal light representing the information before the calculation can be detected by the cell corresponding to the cell C1 of the optical diffraction element.
  • the signal light representing the information before the calculation can be input to the cell corresponding to the cell C1 of the optical diffraction element.
  • the information before the calculation refers to the information represented by the signal light output from the cell corresponding to the cell C1 of the optical diffraction element among the cells constituting the light emitting device.
  • the signal light representing the information after the calculation can be detected by the cell corresponding to the cell C2 of the optical diffraction element.
  • the signal light representing the information after the calculation can be input to the cell corresponding to the cell C2 of the optical diffraction element.
  • the information after the calculation is obtained by performing a predetermined calculation on the information represented by the signal light output from the cell corresponding to the cell C2 of the optical diffraction element among the cells constituting the light emitting device. Refers to the information obtained.
  • the thickness or the refractive index of the cell C2 of each optical diffraction element belonging to the optical diffraction element group is the optical diffraction.
  • the optical calculation executed by the optical diffraction element group is set to be an operation other than the constant calculation.
  • the signal light representing the information after the calculation is output from the cell C2 of the nth optical diffraction element, and the signal light representing the information before the calculation is output from the cell C1 of the nth optical diffraction element. can do.
  • optical diffraction element in the present specification is an element that converts an optical signal representing a certain information (for example, a certain image) into an optical signal representing another information (for example, another image). Therefore, in the same sense that an element that converts an electric signal representing an image into an electric signal representing another image is called a filter, the "optical diffraction element" in the present specification is paraphrased as an "optical filter". be able to.
  • the optical arithmetic system disclosed in the present specification can also be expressed as follows.
  • the optical calculation system includes an optical filter group including n optical filters (n is a natural number of 2 or more), and each optical filter belonging to the optical filter group has a refractive index set independently of each other.
  • the phase distribution of the output signal light is set to match the phase distribution of the signal light input to the cell C1 of the first optical filter.
  • the cell C1 and the cell C2 are arranged in a staggered pattern. ing.
  • one or more other optical filters arranged in front of the first optical filter and the nth optical filter in addition to the configuration of the aspect A or B, one or more other optical filters arranged in front of the first optical filter and the nth optical filter.
  • a configuration is adopted in which one or both of one or more other optical filters arranged in the subsequent stage are further provided.
  • the signal light input to the first optical filter or the signal light arranged in front of the first optical filter 1 A light emitting device that generates signal light to be input to one or more other optical filters, signal light output from the nth optical filter, or one or more arranged after the nth optical filter.
  • a configuration is adopted in which a light receiving device for detecting signal light output from another optical filter is further provided.

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Abstract

演算後の情報を表す信号光に加えて演算前の情報を表す信号光を得ることが可能な光演算システムを実現する。光演算システム（１０）は、ｎ個の光回折素子（１ａ，１ｂ，１ｃ）を含む光回折素子群（１１）を備えている。各光回折素子（１ａ，１ｂ，１ｃ）は、厚み又は屈折率が互いに独立に設定された複数のセルであって、２種類のセルＣ１，Ｃ２に分類される複数のセルにより構成されている。各光回折素子（１ａ，１ｂ，１ｃ）において、セルＣ１の厚み又は屈折率は、光回折素子群（１１）に属する各光回折素子（１ａ，１ｂ，１ｃ）のセルＣ２をマスクしたときに、光回折素子群（１１）により実行される光演算が恒等演算になるように設定されている。

Description

光演算システム
　本発明は、光演算を行う光回折素子に関する。また、そのような光回折素子を備えた光演算システムに関する。
　屈折率が個別に設定された複数のマイクロセルを有し、各マイクロセルを透過した光を相互に干渉させることによって、予め定められた演算を光学的に実行するように設計された光回折素子が知られている。光回折素子を用いた光学的な演算は、プロセッサを用いた電気的な演算と比べて高速且つ低消費電力である。特許文献１には、入力層、中間層、及び出力層を有する光ニューラルネットワークが開示されている。上述した光回折素子は、例えば、このような光ニューラルネットワークの中間層として利用することが可能である。
米国特許第７８４７２２５号明細書
　演算においては、演算前の情報及び演算後の情報の両方を参照する必要が生じることがある。例えば、画像から被写体の欠陥を抽出する欠陥抽出演算は、そのような演算の一例であり、演算前の画像に演算後の画像を合成することによって、被写体のどこにどのような欠陥があるのかを検査者が視認し易い画像を得ることができる。しかしながら、光回折素子を用いた従来の光演算システムにおいて得られる信号光は、演算後の情報を表す信号光のみを含み、演算前の情報を表す信号光を含まない。このため、従来の光回折素子は、演算前の情報及び演算後の情報の両方を参照する必要がある演算に適さなかった。
　本発明の一態様は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、演算後の情報を表す信号光に加えて、演算前の情報を表す信号光を得ることが可能な光演算システムを実現することを目的とする。
　本発明の一態様に係る光演算システムは、ｎ個（ｎは２以上の自然数）の光回折素子を含む光回折素子群を備え、前記光回折素子群に属する各光回折素子は、厚み又は屈折率が互いに独立に設定された複数のセルであって、２種類のセルＣ１，Ｃ２に分類される複数のセルにより構成されており、前記光回折素子群に属する各光回折素子のセルＣ１の厚み又は屈折率は、前記光回折素子群に属する各光回折素子のセルＣ２をマスクしたときに、前記光回折素子群により実行される光演算が恒等演算になるように設定されている。
　本発明の一態様によれば、演算後の情報を表す信号光に加えて演算前の情報を表す信号光を得ることが可能な光演算システムを実現することができる。
本発明の一実施形態に係る光回折素子の構成を示す平面図である。 図１に示す光回折素子の一部分を拡大した斜視図である。 図１に示す光回折素子を備えた光演算システムの要部構成を示す斜視図である。 図３に示す光演算システムの第１の変形例を示す斜視図である。 図３に示す光演算システムの第２の変形例を示す斜視図である。 図３に示す光演算システムの第３の変形例を示す斜視図である。
　〔光回折素子の構成〕
　本発明の一実施形態に係る光回折素子１の構成について、図１及び図２を参照して説明する。図１は、光回折素子１の平面図である。図２は、光回折素子１の一部分（図１において破線で囲んだ部分）を拡大した斜視図である。
　光回折素子１は、平板状の光回折素子であり、位相変化量が互いに独立に設定された複数のマイクロセル（特許請求の範囲における「セル」の一例）を含んでいる。ここで、マイクロセルとは、セルサイズが１０μｍ未満のセルのことを指す。また、セルサイズとは、セルの面積の平方根のことを指す。例えば、マイクロセルの平面視形状が正方形である場合、セルサイズとは、セルの一辺の長さである。セルサイズの下限は、特に限定されないが、例えば１ｎｍである。
　図１に例示した光回折素子１は、マトリックス状に配置された１２×１２個のマイクロセルにより構成されている。各マイクロセルの平面視形状は、１μｍ×１μｍの正方形であり、光回折素子１の平面視形状は、１２μｍ×１２μｍの正方形である。
　光回折素子１には、異なる光演算に供される２種類のマイクロセルＣ１，Ｃ２が含まれている。マイクロセルＣ１（図１において白塗りのセル）及びマイクロセルＣ２（図１において網掛けのセル）は、それぞれ千鳥状に配置されている。すなわち、各マイクロセルＣ１が、その４辺の各々を介して４つのマイクロセルＣ２に隣接すると共に、各マイクロセルＣ２が、その４辺の各々を介して４つのマイクロセルＣ１に隣接するように配置されている。光回折素子１は、（１）マイクロセルＣ１を透過した光を相互に干渉させることにより実現される第１の光演算と、（２）マイクロセルＣ２を透過した光を相互に干渉させることにより実現される第２の光演算と、を行う。第１の光演算、及び、第２の光演算の内容については、参照する図面を代えて後述する。
　光回折素子１を構成する各マイクロセルの位相変化量をセル毎に独立に設定する方法としては、（１）マイクロセルの厚みをマイクロセル毎に独立に設定する方法と、（２）マイクロセルの屈折率を独立に選択する方法と、が挙げられる。本実施形態においては、ナノインプリントにより実現可能な（１）の方法を採用している。この場合、各マイクロセルＣ１，Ｃ２は、図２に示すように、正方形の底面を有する四角柱状のピラーにより構成される。
　〔光演算システムの構成〕
　光回折素子１を含む光演算システム１０の構成について、図３を参照して説明する。図３は、光演算システム１０の構成を示す斜視図である。
　光演算システム１０は、光回折素子群１１と、発光装置１２と、受光装置１３と、を備えている。
　光回折素子群１１は、互いに平行に並べられたｎ個の光回折素子１により構成されている。ここで、ｎは、２以上の自然数であり、本実施形態においては３である。以下、これらの光回折素子１を互いに区別する必要がある場合には、発光装置１２側から数えて１番目の光回折素子１を第１の光回折素子１ａと呼び、発光装置１２側から数えて２番目の光回折素子１を第２の光回折素子１ｂと呼び、発光装置１２側から数えて３番目の光回折素子１を第３の光回折素子１を光回折素子１ｃと呼ぶ。
　発光装置１２は、光回折素子群１１へと入力される信号光を生成するための装置である。発光装置１２は、マトリックス状に配置された複数のセルを有しており、例えば、２次元ディスプレイにより構成される。発光装置１２のセルと光回折素子１のマイクロセルとは、例えば、１対１に対応している。発光装置１２の各セルから出力された信号光は、そのセルに対応する第１の光回折素子１ａのマイクロセルに入力される。
　第１の光回折素子１ａの各マイクロセルＣ１を透過した信号光は、主に第１の光回折素子１ａの他のマイクロセルＣ１を透過した信号光と干渉し、主に第２の光回折素子１ｂの各マイクロセルＣ１に入力される。一方、第１の光回折素子１ａの各マイクロセルＣ２を透過した信号光は、主に第１の光回折素子１ａの他のマイクロセルＣ２を透過した信号光と干渉し、主に第２の光回折素子１ｂの各マイクロセルＣ２に入力される。
　また、第２の光回折素子１ｂの各マイクロセルＣ１を透過した信号光は、主に第２の光回折素子１ｂの他のマイクロセルＣ１を透過した信号光と干渉し、主に第３の光回折素子１ｃの各マイクロセルＣ１に入力される。一方、第２の光回折素子１ｂの各マイクロセルＣ２を透過した信号光は、主に第２の光回折素子１ｂの他のマイクロセルＣ２を透過した信号光と干渉し、主に第３の光回折素子１ｃの各マイクロセルＣ２に入力される。
　受光装置１３は、光回折素子群１１から出力される信号光を検出するための装置である。受光装置１３は、マトリックス状に配置された複数のセルを有しており、例えば、２次元イメージセンサにより構成される。受光装置１３のセルと光回折素子１のマイクロセルとは、１対１に対応している。第３の光回折素子１ｃの各マイクロセルＣ１を透過した信号光は、主に第３の光回折素子１ｃの他のマイクロセルＣ１を透過した信号光と干渉し、主に受光装置１３においてマイクロセルＣ１に対応する各セルに入力される。一方、第３の光回折素子１ｃの各マイクロセルＣ２を透過した信号光は、主に第３の光回折素子１ｃの他のマイクロセルＣ２を透過した信号光と干渉し、主に受光装置１３においてマイクロセルＣ２に対応する各セルに入力される。
　光回折素子１ａ～１ｃの各マイクロセルＣ１の厚み又は屈折率は、光回折素子１ａ～１ｃの各マイクロセルＣ２をマスクしたときに、光回折素子群１１により実行される光演算が恒等演算になるように設定されている。換言すると、光回折素子１ａ～１ｃの各マイクロセルＣ１の厚み又は屈折率は、光回折素子１ａ～１ｃの各マイクロセルＣ２をマスクしたときに、第３の光回折素子１ｃの各マイクロセルＣ１から出力される信号光の位相分布又は強度分布が、第１の光回折素子１ａの各マイクロセルＣ１に入力される信号光の位相分布又は強度分布と一致するように設定されている。一方、光回折素子１ａ～１ｃの各マイクロセルＣ２の厚み又は屈折率は、光回折素子１ａ～１ｃの各マイクロセルＣ１をマスクしたときに、光回折素子群１１により実行される光演算が恒等演算以外の演算になるように設定されている。換言すると、光回折素子１ａ～１ｃの各マイクロセルＣ２の厚み又は屈折率は、光回折素子１ａ～１ｃの各マイクロセルＣ１をマスクしたときに、第３の光回折素子１ｃの各マイクロセルＣ２から出力される信号光の位相分布又は強度分布が、第１の光回折素子１ａの各マイクロセルＣ２に入力される信号光の位相分布又は強度分布と一致しないように設定されている。
　したがって、受光装置１３を構成するセルのうち、光回折素子１ａ～１ｃのマイクロセルＣ１に対応するセルが検出する信号光は、演算前の情報を表す。ここで、演算前の情報とは、発光装置１２を構成するセルのうち、光回折素子１ａ～１ｃのマイクロセルＣ１に対応するセルから出力される信号光の表す情報のことを指す。一方、受光装置１３を構成するセルのうち、光回折素子１ａ～１ｃのマイクロセルＣ２に対応するセルが検出する信号光は、演算後の情報を表す。ここで、演算後の情報とは、発光装置１２を構成するセルのうち、光回折素子１ａ～１ｃのマイクロセルＣ１に対応するセルから出力される信号光の表す情報に対して予め定められた演算を施すことにより得られる情報のことを指す。
　以上のように、光演算システム１０によれば、演算前の情報を保存しながら、演算後の情報を導出する光演算を、光回折素子群１１を用いて実現することができる。一例として、光演算システム１０は、画像から被写体の欠陥を抽出する欠陥抽出演算に好適に利用することができる。この場合、ディスプレイである発光装置１２に原画像を表示すると、原画像から抽出した欠陥のみを被写体として含む欠陥画像と原画像とを、それぞれ受光装置１３にて検出することができる。
　なお、本実施形態においては、発光装置１２から出力される信号光を直ちに光回折素子群１１に入力すると共に、光回折素子群１１から出力される信号光を直ちに受光装置１３に入力する構成を採用しているが、本発明はこれに限定されない。例えば、発光装置１２から出力される信号光の光路上に単一又は複数の他の光回折素子を配置し、この又はこれらの光回折素子を透過した光を光回折素子群１１に入力する構成を採用してもよい。また、光回折素子群１１から出力される信号光の光路上に単一の又は複数の他の光回折素子を配置し、この又はこれらの光回折素子を透過した光を受光装置１３に入力する構成を採用してもよい。このような変形例を図４～図６に示す。図４に示す光演算システム１０Ａは、光回折素子群１１の前段に単一の光回折素子１４を配置し、この光回折素子１４から出力される信号光を光回折素子群１１に入力する構成を採用したものである。図５に示す光演算システム１０Ｂは、光回折素子群１１の後段に単一の光回折素子１５を配置し、光回折素子群１１から出力される信号光をこの光回折素子１５に入力する構成を採用したものである。図６に示す光演算システム１０Ｃは、光回折素子群１１の前段に単一の光回折素子１４を配置すると共に、光回折素子群１１の後段に単一の光回折素子１５を配置する構成を採用したものである。
　（まとめ）
　本発明の態様１に係る光演算システムは、ｎ個（ｎは２以上の自然数）の光回折素子を含む光回折素子群を備え、前記光回折素子群に属する各光回折素子は、厚み又は屈折率が互いに独立に設定された複数のセルであって、２種類のセルＣ１，Ｃ２に分類される複数のセルにより構成されており、前記光回折素子群に属する各光回折素子のセルＣ１の厚み又は屈折率は、前記光回折素子群に属する各光回折素子のセルＣ２をマスクしたときに、前記光回折素子群により実行される光演算が恒等演算になるように設定されている。
　上記の構成によれば、演算後の情報を表す信号光をｎ番目の光回折素子のセルＣ２から出力すると共に、演算前の情報を表す信号光をｎ番目の光回折素子のセルＣ１から出力することができる。
　本発明の態様２に係る光演算システムにおいては、態様１の構成に加えて、前記光回折素子群に属する各光回折素子において、セルＣ１及びセルＣ２は、それぞれ千鳥状に配置されている、という構成が採用されている。
　上記の構成によれば、演算後の情報を表す信号光をｎ番目の光回折素子のセルＣ２から出力すると共に、演算前の情報を表す信号光をｎ番目の光回折素子のセルＣ１から出力することができる。
　本発明の態様３に係る光演算システムにおいては、態様１又は２の構成に加えて、前記光回折素子群に属する１番目の光回折素子の前段に配置された１個以上の他の光回折素子、及び、前記光回折素子群に属するｎ番目の光回折素子の後段に配置された１個以上の他の光回折素子の一方又は両方を更に備えている、という構成が採用されている。
　上記の構成によれば、前記１番目の光回折素子の前段に配置された１個以上の他の光回折素子から出力された信号光を、前記光回折素子群に入力すること、及び／又は、前記光回折素子群から出力された信号光を、前記ｎ番目の光回折素子の後段に配置された１個以上の他の光回折素子に入力することが可能になる。
　本発明の態様４に係る光演算システムにおいては、態様１～３の何れかの構成に加えて、前記光回折素子群に属する１番目の光回折素子に入力する信号光、又は、前記１番目の光回折素子の前段に配置された１個以上の他の光回折素子に入力する信号光を生成する発光装置と、前記光回折素子群に属するｎ番目の光回折素子から出力された信号光、又は、前記ｎ番目の光回折素子の後段に配置された１個以上の他の光回折素子から出力された信号光を検出する受光装置と、を更に備えている、という構成が採用されている。
　上記の構成によれば、受光装置を構成するセルのうち、光回折素子のセルＣ１に対応するセルによって、演算前の情報を表す信号光を検出することができる。或いは、他の光回折素子を構成するセルのうち、光回折素子のセルＣ１に対応するセルに、演算前の情報を表す信号光を入力することができる。ここで、演算前の情報とは、発光装置を構成するセルのうち、光回折素子のセルＣ１に対応するセルから出力される信号光の表す情報のことを指す。また、上記の構成によれば、受光装置を構成するセルのうち、光回折素子のセルＣ２に対応するセルによって、演算後の情報を表す信号光を検出することができる。或いは、他の光回折素子を構成するセルのうち、光回折素子のセルＣ２に対応するセルに、演算後の情報を表す信号光を入力することができる。ここで、演算後の情報とは、発光装置を構成するセルのうち、光回折素子のセルＣ２に対応するセルから出力される信号光の表す情報に対して予め定められた演算を施すことにより得られる情報のことを指す。
　本発明の態様５に係る光演算システムにおいては、態様１～４の何れかの構成に加えて、前記光回折素子群に属する各光回折素子のセルＣ２の厚み又は屈折率は、前記光回折素子群に属する各光回折素子のセルＣ１をマスクしたときに、前記光回折素子群により実行される光演算が恒等演算以外の演算になるように設定されている。
　上記の構成によれば、演算後の情報を表す信号光をｎ番目の光回折素子のセルＣ２から出力すると共に、演算前の情報を表す信号光をｎ番目の光回折素子のセルＣ１から出力することができる。
　〔付記事項〕
　本発明は、上述した実施形態に限定されるものでなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、上述した実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても、本発明の技術的範囲に含まれる。
　なお、本明細書における「光回折素子」は、或る情報（例えば、或る画像）を表す光信号を別の情報（例えば、別の画像）を表す光信号に変換する素子である。このため、或る画像を表す電気信号を別の画像を表す電気信号に変換する素子をフィルタと呼ぶのと同様の意味で、本明細書における「光回折素子」は、「光フィルタ」と言い換えることができる。この場合、本明細書に開示した光演算システムは、以下のように表現することもできる。
　態様Ａに係る光演算システムは、ｎ個（ｎは２以上の自然数）の光フィルタを含む光フィルタ群を備え、前記光フィルタ群に属する各光フィルタは、屈折率が互いに独立に設定された複数のセルであって、２種類のセルＣ１，Ｃ２に分類される複数のセルを含み、前記光フィルタ群に属する各光フィルタのセルＣ１の屈折率は、ｎ番目の光フィルタのセルＣ１から出力される信号光の位相分布が、１番目の光フィルタのセルＣ１に入力される信号光の位相分布と一致するように設定されている。
　態様Ｂに係る光演算システムにおいては、態様Ａの構成に加えて、前記光フィルタ群に属する各光フィルタにおいて、セルＣ１及びセルＣ２は、それぞれ千鳥状に配置されている、という構成が採用されている。
　態様Ｃに係る光演算システムにおいては、態様Ａ又はＢの構成に加えて、前記１番目の光フィルタの前段に配置された１個以上の他の光フィルタ、及び、前記ｎ番目の光フィルタの後段に配置された１個以上の他の光フィルタの一方又は両方を更に備えている、という構成が採用されている。
　態様Ｄに係る光演算システムにおいては、態様１～３の何れかの構成に加えて、前記１番目の光フィルタに入力する信号光、又は、前記１番目の光フィルタの前段に配置された１個以上の他の光フィルタに入力する信号光を生成する発光装置と、前記ｎ番目の光フィルタから出力された信号光、又は、前記ｎ番目の光フィルタの後段に配置された１個以上の他の光フィルタから出力された信号光を検出する受光装置と、を更に備えている、という構成が採用されている。
　　１，１ａ～１ｃ　光回折素子
　　１０　　　　　　光演算システム
　　１１　　　　　　光回折素子群
　　１２　　　　　　発光装置
　　１３　　　　　　　受光装置

Claims (5)

  1. 　ｎ個（ｎは２以上の自然数）の光回折素子を含む光回折素子群を備え、
    　前記光回折素子群に属する各光回折素子は、厚み又は屈折率が互いに独立に設定された複数のセルであって、２種類のセルＣ１，Ｃ２に分類される複数のセルを含み、
    　前記光回折素子群に属する各光回折素子のセルＣ１の厚み又は屈折率は、前記光回折素子群に属する各光回折素子のセルＣ２をマスクしたときに、前記光回折素子群により実行される光演算が恒等演算になるように設定されている、
    ことを特徴とする光演算システム。
  2. 　前記光回折素子群に属する各光回折素子において、セルＣ１及びセルＣ２は、それぞれ千鳥状に配置されている、
    ことを特徴とする請求項１に記載の光演算システム。
  3. 　前記光回折素子群に属する１番目の光回折素子の前段に配置された１個以上の他の光回折素子、及び、前記光回折素子群に属するｎ番目の光回折素子の後段に配置された１個以上の他の光回折素子の一方又は両方を更に備えている、
    ことを特徴とする請求項１又は２に記載の光演算システム。
  4. 　前記光回折素子群に属する１番目の光回折素子に入力する信号光、又は、前記１番目の光回折素子の前段に配置された１個以上の他の光回折素子に入力する信号光を生成する発光装置と、
    　前記光回折素子群に属するｎ番目の光回折素子から出力された信号光、又は、前記ｎ番目の光回折素子の後段に配置された１個以上の他の光回折素子から出力された信号光を検出する受光装置と、を更に備えている、
    ことを特徴とする請求項１～３の何れか一項に記載の光演算システム。
  5. 　前記光回折素子群に属する各光回折素子のセルＣ２の厚み又は屈折率は、前記光回折素子群に属する各光回折素子のセルＣ１をマスクしたときに、前記光回折素子群により実行される光演算が恒等演算以外の演算になるように設定されている、
    ことを特徴とする請求項１～４の何れか一項に記載の光演算システム。
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