JP2889659B2 - 光機能素子 - Google Patents
光機能素子Info
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- JP2889659B2 JP2889659B2 JP2142447A JP14244790A JP2889659B2 JP 2889659 B2 JP2889659 B2 JP 2889659B2 JP 2142447 A JP2142447 A JP 2142447A JP 14244790 A JP14244790 A JP 14244790A JP 2889659 B2 JP2889659 B2 JP 2889659B2
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- light receiving
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- dimensionally
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- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
- Image Analysis (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は光機能素子に関する。
［従来の技術］ 画像パターンを入力して、そのエッジを抽出したり重
心を抽出したりすることは画像情報処理において極めて
重要である。
心を抽出したりすることは画像情報処理において極めて
重要である。
発明者は先にエッジ抽出や重心抽出を行い得る光機能
素子とし第４図（Ａ）に示す如きものを提案した。
素子とし第４図（Ａ）に示す如きものを提案した。
図に於いて符号３はバクテリオロドプシンを配向した
微小な素子を配列した転送層を示す。転送層３における
上記素子の配列は１次元的でも２次元的でも良いがここ
では説明の簡単のために１次元的な配列とし素子は図の
左右方向に１列に配列されているとする。
微小な素子を配列した転送層を示す。転送層３における
上記素子の配列は１次元的でも２次元的でも良いがここ
では説明の簡単のために１次元的な配列とし素子は図の
左右方向に１列に配列されているとする。
転送層３の片側には透明な水素イオン供給層１が設け
られ、他方の側には拡散層５が設けられている。
られ、他方の側には拡散層５が設けられている。
転送層３とともに拡散層５を挟むようにして検出層７
が設けられている。検出層７は微小なpH電極を、転送層
３に於ける素子の配列と対応して配列させたものであ
る。転送層３における個々の素子はこれに光を照射した
とき、水素イオン供給層１の水素イオンを拡散層５側へ
転送するように、バクテリオロドプシンの配向がなされ
ている。第４図（Ｂ）以下に於いて横軸Ｘは同図（Ａ）
に於ける左右方向に対応している。
が設けられている。検出層７は微小なpH電極を、転送層
３に於ける素子の配列と対応して配列させたものであ
る。転送層３における個々の素子はこれに光を照射した
とき、水素イオン供給層１の水素イオンを拡散層５側へ
転送するように、バクテリオロドプシンの配向がなされ
ている。第４図（Ｂ）以下に於いて横軸Ｘは同図（Ａ）
に於ける左右方向に対応している。
転送層３に水素イオン供給層１を介して第４図（Ｂ）
のような１次元的な空間強度分布をもった光パターンを
入力すると、光照射されたバクテリオロドプシン配向素
子は水素イオン供給層１から水素イオンを拡散層５へ転
送する。個々の素子の水素イオン転送量は素子に照射さ
れた光の強度に比例する。
のような１次元的な空間強度分布をもった光パターンを
入力すると、光照射されたバクテリオロドプシン配向素
子は水素イオン供給層１から水素イオンを拡散層５へ転
送する。個々の素子の水素イオン転送量は素子に照射さ
れた光の強度に比例する。
一つの素子によって拡散層５へ転送された水素イオン
はガウス関数型の濃度分布をもって拡散層５中に拡散す
る。そして転送された全水素イオンの拡散は、このよう
な素子ごとのガウス関数型の拡散を重ね合わせたものと
なり、説明中の例では拡散層５中の水素イオン濃度ρの
Ｘ方向の分布は第４図（Ｃ）に示すように全体としてガ
ウス関数状となる。
はガウス関数型の濃度分布をもって拡散層５中に拡散す
る。そして転送された全水素イオンの拡散は、このよう
な素子ごとのガウス関数型の拡散を重ね合わせたものと
なり、説明中の例では拡散層５中の水素イオン濃度ρの
Ｘ方向の分布は第４図（Ｃ）に示すように全体としてガ
ウス関数状となる。
この濃度ρの分布を検出層７で検出し、その結果をＸ
に就いて２度微分すると第４図（Ｄ）に示すような曲線
が得られる。この曲線のゼロクロス点は図に示すように
入力光パターンのエッジ部に相当するので、上記ゼロク
ロス点を求めることによりエッジ検出を行うことができ
る。
に就いて２度微分すると第４図（Ｄ）に示すような曲線
が得られる。この曲線のゼロクロス点は図に示すように
入力光パターンのエッジ部に相当するので、上記ゼロク
ロス点を求めることによりエッジ検出を行うことができ
る。
また、検出層７が検出する水素イオン濃度は時間とと
もにガウス関数型を保ちつつその半値幅が広がる様に変
化するので、このことを利用すると重心抽出を行うこと
も出来る。
もにガウス関数型を保ちつつその半値幅が広がる様に変
化するので、このことを利用すると重心抽出を行うこと
も出来る。
［発明が解決しようとする課題］ 上記の光機能素子はバクテリオロドプシンという生体
材料を用いているため量産性は必ずしも良くない。また
量産した場合、個々の光機能素子の性能の均一化を実現
するのも難しい。
材料を用いているため量産性は必ずしも良くない。また
量産した場合、個々の光機能素子の性能の均一化を実現
するのも難しい。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、生
体材料を用いることなくエッジ抽出や重心抽出を行い得
る光機能素子の提供を目的とする。
体材料を用いることなくエッジ抽出や重心抽出を行い得
る光機能素子の提供を目的とする。
［課題を解決するための手段」 以下、本発明を説明する。
請求項１の光機能素子は、光受容手段と、拡散手段
と、受光層と、信号処理手段とを有する。
と、受光層と、信号処理手段とを有する。
「光受容手段」は、１次元的もしくは２次元的に入射
する光パターンを受光して、上記光パターンを光により
再生する。光受容手段の構成には、前記バクテリオロド
プシンのような生体材料は使用されない。
する光パターンを受光して、上記光パターンを光により
再生する。光受容手段の構成には、前記バクテリオロド
プシンのような生体材料は使用されない。
「拡散手段」は、光受容手段により再生された光パタ
ーンを光学的に拡散させて光信号とする。
ーンを光学的に拡散させて光信号とする。
「受光層」は、受光素子を１次元もしくは２次元に配
列してなり、拡散手段から所定の距離を隔して配備され
上記光信号を光電変換する。
列してなり、拡散手段から所定の距離を隔して配備され
上記光信号を光電変換する。
「信号処理手段」は、受光層の出力に空間微分処理を
行う。
行う。
請求項２の光機能素子は上記請求項１の光機能素子の
構成に加えて変位手段を有する。
構成に加えて変位手段を有する。
「変位手段」は、拡散手段と受光層との間の間隔を変
化させる。
化させる。
請求項１の光機能素子は重心抽出等の特徴抽出もしく
はエッジ抽出を行うことができる。
はエッジ抽出を行うことができる。
請求項２の光機能素子は上記特徴抽出およびエッジ抽
出を行うことができる。
出を行うことができる。
光受容手段と拡散手段とは必ずしも別体である必要は
なく、例えば拡散板自体をもって光受容手段と拡散手段
とを兼ねたものとして使用できる。
なく、例えば拡散板自体をもって光受容手段と拡散手段
とを兼ねたものとして使用できる。
［作用］ 第３図（Ａ）に於いて符号16は拡散板を示している。
拡散板16は例えば摺りガラス等である。
拡散板16は例えば摺りガラス等である。
この拡散板16に第３図（Ａ）に示すようにδ関数的な
光強度の光パターンを照射した場合を考えると、この光
パターンは１点に集中した光であり、拡散板16の作用に
より光の集中位置を中心とした拡散光DLが発生する。
光強度の光パターンを照射した場合を考えると、この光
パターンは１点に集中した光であり、拡散板16の作用に
より光の集中位置を中心とした拡散光DLが発生する。
この拡散光DLを、拡散板16に平行で同板16からd1,d2
（＞d1）,d3（＞d2）の距離離れた平面上で光強度測定
すると、それぞれ第３図（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）に示す
ような光強度分布を得ることが出来る。
（＞d1）,d3（＞d2）の距離離れた平面上で光強度測定
すると、それぞれ第３図（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）に示す
ような光強度分布を得ることが出来る。
これら強度分布は、何れも近似的にガウス関数と見做
すことが出来る。請求項１、２の発明はこのことを利用
する。
すことが出来る。請求項１、２の発明はこのことを利用
する。
また上記近似的なガウス関数と見做し得る光強度分布
は光強度分布を測定する面と拡散板16との距離が大きく
なるに従い、ガウス関数の半値幅が拡大するように変化
する。即ち、物質拡散では拡散物質の濃度分布がガウス
関数である場合、濃度分布を表すガウス関数は、時間経
過とともに半値幅が拡大するように変化するが、拡散板
16で拡散された光の強度分布に於いては強度分布を測定
する面の拡散板16からの距離が上記濃度分布に於ける時
間に対応するのである。
は光強度分布を測定する面と拡散板16との距離が大きく
なるに従い、ガウス関数の半値幅が拡大するように変化
する。即ち、物質拡散では拡散物質の濃度分布がガウス
関数である場合、濃度分布を表すガウス関数は、時間経
過とともに半値幅が拡大するように変化するが、拡散板
16で拡散された光の強度分布に於いては強度分布を測定
する面の拡散板16からの距離が上記濃度分布に於ける時
間に対応するのである。
請求項２の発明はこの事実を利用する。
［実施例］ 以下、具体的な実施例に即して説明する。
第１図（Ａ）は、請求項１の発明の１実施例を略示し
ている。
ている。
符号10は受光素子を１列にアレイ配列した受光素子ア
レイであり、符号14は発光素子を１列にアレイ配列した
発光素子アレイである。これら各アレイ10、14に於いて
受光素子、発光素子の配列は互いに対応している。
レイであり、符号14は発光素子を１列にアレイ配列した
発光素子アレイである。これら各アレイ10、14に於いて
受光素子、発光素子の配列は互いに対応している。
符号12は制御回路を示す。制御回路12は受光素子アレ
イ10の出力を受けて、この入力に応じて発光素子アレイ
14を発光させる。即ち、発光素子アレイ14は受光素子ア
レイ10の受光した１次元的な光パターンを再生する。
イ10の出力を受けて、この入力に応じて発光素子アレイ
14を発光させる。即ち、発光素子アレイ14は受光素子ア
レイ10の受光した１次元的な光パターンを再生する。
従って、受光素子アレイ10と発光素子アレイ14と制御
回路12とは光受容手段を構成する。
回路12とは光受容手段を構成する。
発光素子アレイ14の発光面には拡散手段としての拡散
板16が配備され、発光素子アレイ14に再生された光パタ
ーンを拡散光DLによる光信号に変換する。
板16が配備され、発光素子アレイ14に再生された光パタ
ーンを拡散光DLによる光信号に変換する。
拡散板16から所定距離離れた位置には受光層18が拡散
板16に平行に設けられている。
板16に平行に設けられている。
受光層18は発光素子アレイ14における発光素子の配列
に対応させて受光素子を図の左右方向に１列にアレイ配
列したものである。
に対応させて受光素子を図の左右方向に１列にアレイ配
列したものである。
受光層18の出力は信号処理手段としての演算回路20に
入力するようになっている。
入力するようになっている。
第１図（Ａ）に於いて、発光素子アレイ14の発光面に
於いて図の左右方向にＸ軸を設定し、受光層18の受光面
に於いて図の左右方向にｘ軸を設定する。
於いて図の左右方向にＸ軸を設定し、受光層18の受光面
に於いて図の左右方向にｘ軸を設定する。
今、Ｘ軸に於いて座標X0にある一つの発光素子が発光
したとき、受光層18の出力を座標ｘの関数としてＷ（x,
X0）とする。座標X0に応するｘ座標をx0とすると、Ｗ
（x,X0）は座標x0にピークをもつガウス関数類似の関数
である。
したとき、受光層18の出力を座標ｘの関数としてＷ（x,
X0）とする。座標X0に応するｘ座標をx0とすると、Ｗ
（x,X0）は座標x0にピークをもつガウス関数類似の関数
である。
そこで、光受容手段の受光素子アレイ10にある強度分
布の光パターンが照射されたとして、この光パターン
が、発光素子アレイ14に強度分布ｆ（Ｘ）の光パターン
として再現されたものとすると、このとき受光層18から
出力されるのは、 Ｄ＝∫Ｗ（x,X0）ｆ（X0）dX0 である。
布の光パターンが照射されたとして、この光パターン
が、発光素子アレイ14に強度分布ｆ（Ｘ）の光パターン
として再現されたものとすると、このとき受光層18から
出力されるのは、 Ｄ＝∫Ｗ（x,X0）ｆ（X0）dX0 である。
この出力をＸで２回微分すると d2D/dx2＝∫（d2W（x,X0）/dx2）ｆ（X0）dX0 が得られる。上述のようにＷ（x,X0）はガウス関数に類
似でX0,xはこの関数には（ｘ−X0）の形で入っているの
で、上の式は結局次のように表すことができる。
似でX0,xはこの関数には（ｘ−X0）の形で入っているの
で、上の式は結局次のように表すことができる。
−∫（d2W（x,X）/dX2）ｆ（Ｘ）dX Ｗ（x,X）がガウス関数で近似できることを考える
と、この式は入力の光パターンｆ（Ｘ）に▽2G演算子を
作用させたのと同じことになる。
と、この式は入力の光パターンｆ（Ｘ）に▽2G演算子を
作用させたのと同じことになる。
従って、この演算結果のゼロクロス点として入力パタ
ーンのエッジ部を検出できる。
ーンのエッジ部を検出できる。
即ちこの装置で行っているエッジ検出はマール−ヒル
ドレス等により提案された▽2G演算子によるエッジ抽出
と同等のものである。
ドレス等により提案された▽2G演算子によるエッジ抽出
と同等のものである。
具体的な例として第１図（Ｂ）のような光パターンを
入力させると、受光層18からは同図（Ｃ）に示す様な出
力Ｄが得られ、これを空間に就いて２回微分すると同図
（Ｄ）のごとくなり、そのゼロクロス点として入力パタ
ーンのエッジを検出できる。
入力させると、受光層18からは同図（Ｃ）に示す様な出
力Ｄが得られ、これを空間に就いて２回微分すると同図
（Ｄ）のごとくなり、そのゼロクロス点として入力パタ
ーンのエッジを検出できる。
なお、拡散板16と受光層18との間隔は、上記の如きエ
ッジ抽出が適切に行われるような「所定の距離」に定め
られる。
ッジ抽出が適切に行われるような「所定の距離」に定め
られる。
第２図（Ａ）は請求項２の発明の１実施例を略示して
いる。煩雑を避けるため混同の恐れが無いと思われるも
のに就いては、第１図に於けると同一の符号を用いた。
第１図の実施例との違いは、第２図（Ａ）の実施例では
変位手段17が設けられ、受光層18を図の上下方向へ変位
させることができることである。
いる。煩雑を避けるため混同の恐れが無いと思われるも
のに就いては、第１図に於けると同一の符号を用いた。
第１図の実施例との違いは、第２図（Ａ）の実施例では
変位手段17が設けられ、受光層18を図の上下方向へ変位
させることができることである。
この実施例の場合も第１図（Ａ）の実施例の場合と同
様にしてエッジ抽出ができることは容易に理解されるで
あろう。
様にしてエッジ抽出ができることは容易に理解されるで
あろう。
この実施例では上記エッジ抽出の外に、重心等の特徴
抽出が可能である。重心抽出の場合を例にとって説明す
る。
抽出が可能である。重心抽出の場合を例にとって説明す
る。
今、入力された光パターンが第２図（Ｂ）の如きもの
であるとする。この２つのパルス状の入力点の中間点が
重心である。
であるとする。この２つのパルス状の入力点の中間点が
重心である。
このような入力パターンの場合、拡散板16と受光層18
の間隔が小さいと、受光層18の出力D1は第２図（Ｃ）に
示すような２山の分布となる。
の間隔が小さいと、受光層18の出力D1は第２図（Ｃ）に
示すような２山の分布となる。
そこでこの場合、受光層18を変位手段17により拡散板
16から遠ざけるように変位させ、受光層18の出力D2が第
２図（Ｄ）に示すような１山の分布になるようにする。
この出力に対し演算回路20により空間微分を１回施すと
その結果は第２図（Ｅ）に示す如きものとなり、そのゼ
ロクロス点は入力光パターンの重心に対応する。このよ
うにして重心抽出が可能である。
16から遠ざけるように変位させ、受光層18の出力D2が第
２図（Ｄ）に示すような１山の分布になるようにする。
この出力に対し演算回路20により空間微分を１回施すと
その結果は第２図（Ｅ）に示す如きものとなり、そのゼ
ロクロス点は入力光パターンの重心に対応する。このよ
うにして重心抽出が可能である。
ここで説明した重心抽出は数学的にはザイベルト−ワ
イマン等による特徴抽出と等価であり、この実施例によ
ると上記の重心抽出のほか、線の端点位置や交点位置の
検出も可能である。
イマン等による特徴抽出と等価であり、この実施例によ
ると上記の重心抽出のほか、線の端点位置や交点位置の
検出も可能である。
［発明の効果］ 以上、本発明に依れば新規な光機能素子を提供でき
る。この光機能素子は上記の如き構成となっているから
作製が容易で均質なものを容易に大量生産でき、しかも
エッジ抽出や特徴抽出を良好に行うことができる。
る。この光機能素子は上記の如き構成となっているから
作製が容易で均質なものを容易に大量生産でき、しかも
エッジ抽出や特徴抽出を良好に行うことができる。
なお第１図、第２図の実施例に於いて光受容手段を取
り除き、光パターンを直接拡散板16上に入射させても上
記と同様の結果が得られる。即ち前述したように拡散板
単独で、光受容手段と拡散手段とを兼ねることが出来る
のである。
り除き、光パターンを直接拡散板16上に入射させても上
記と同様の結果が得られる。即ち前述したように拡散板
単独で、光受容手段と拡散手段とを兼ねることが出来る
のである。
また、光受容手段、拡散手段と受容層を２次元的に構
成して、２次元的な光パターンに対してエッジ抽出や特
徴抽出を行うこともできる。
成して、２次元的な光パターンに対してエッジ抽出や特
徴抽出を行うこともできる。
第１図は請求項１の発明の１実施例を説明するための
図、第２図は請求項２の発明の１実施例を説明するため
の図、第３図は本発明の原理を説明するための図、第４
図は従来技術を説明するための図である。 10……受光素子アレイ、12……制御回路、14……発光素
子アレイ、16……拡散板、18……受光層
図、第２図は請求項２の発明の１実施例を説明するため
の図、第３図は本発明の原理を説明するための図、第４
図は従来技術を説明するための図である。 10……受光素子アレイ、12……制御回路、14……発光素
子アレイ、16……拡散板、18……受光層
Claims (2)
- 【請求項１】１次元的もしくは２次元的に入射する光パ
ターンを受光して、上記光パターンを光により再生す
る、非生体材料による光受容手段と、 この光受容手段により再生された光パターンを光学的に
拡散させて光信号とする拡散手段と、 受光素子を１次元もしくは２次元に配列してなり、上記
拡散手段から所定の距離を隔して配備され上記光信号を
光電変換する受光層と、 この受光層の出力に空間微分処理を行う信号処理手段と
を有する光機能素子。 - 【請求項２】１次元的もしくは２次元的に入射する光パ
ターンを受光して、上記光パターンを光により再生す
る、非生体材料による光受容手段と、 この光受容手段により再生された光パターンを光学的に
拡散させて光信号とする拡散手段と、 受光素子を１次元もしくは２次元に配列してなり、上記
光信号を光電変換する受光層と、 この受光層の出力に空間微分処理を行う信号処理手段
と、 上記拡散手段と受光層との間の間隔を変化させる変位手
段とを有する光機能素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2142447A JP2889659B2 (ja) | 1990-05-31 | 1990-05-31 | 光機能素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2142447A JP2889659B2 (ja) | 1990-05-31 | 1990-05-31 | 光機能素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0434524A JPH0434524A (ja) | 1992-02-05 |
| JP2889659B2 true JP2889659B2 (ja) | 1999-05-10 |
Family
ID=15315525
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2142447A Expired - Lifetime JP2889659B2 (ja) | 1990-05-31 | 1990-05-31 | 光機能素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2889659B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4397549B2 (ja) * | 2001-07-04 | 2010-01-13 | 株式会社リコー | ビームプロファイル検証方法 |
| CN100371676C (zh) * | 2006-11-01 | 2008-02-27 | 北京航空航天大学 | 快速高精度光斑图像质心定位方法及装置 |
| US7847225B2 (en) | 2008-05-02 | 2010-12-07 | Hiroshima University | Optical neural network |
-
1990
- 1990-05-31 JP JP2142447A patent/JP2889659B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0434524A (ja) | 1992-02-05 |
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