光运算系统的制作方法

1.本发明涉及一种进行光运算的光衍射元件。另外，涉及一种具备这种光衍射元件的光运算系统。


背景技术：

2.已知一种光衍射元件，其设计为，具有折射率分别独立设定的多个微单元，使透过各微单元的光相互干涉，从而以光学方式执行预定的运算。关于使用光衍射元件进行的光学方式的运算，与使用处理器进行的电运算相比而言，速度快且消耗功率低。在专利文献1中公开了一种具有输入层、中间层、以及输出层的光神经网络。上述的光衍射元件例如能够作为这种光神经网络的中间层使用。现有技术文献专利文献
3.专利文献1：美国专利第7847225号说明书


技术实现要素：

(一)要解决的技术问题
4.有时，在运算中需要参照运算前的信息及运算后的信息双方。例如，缺陷提取运算是这种运算的一例，所述缺陷提取运算从图像中提取被摄体的缺陷，通过将运算后的图像与运算前的图像进行合成，从而能够获得使检查者容易目视确认被摄体在什么部位有什么缺陷的图像。但是，关于在现有的使用光衍射元件的光运算系统中得到的信号光，仅包含表示运算后的信息的信号光，不包含表示运算前的信息的信号光。因此，现有的光衍射元件不适于需要参照运算前的信息及运算后的信息双方的运算。
5.本发明一方式针对上述问题而完成，其目的在于，实现一种光运算系统，其除了表示运算后的信息的信号光之外，还能够获得表示运算前的信息的信号光。(二)技术方案
6.本发明一方式的光运算系统具备包含n个(n是2以上的自然数)光衍射元件的光衍射元件组，属于所述光衍射元件组的各光衍射元件由多个单元构成，该多个单元分类成单元c1、单元c2这两个种类的单元，且厚度或折射率相互独立地设定，属于所述光衍射元件组的各光衍射元件的单元c1的厚度或折射率设定为，当遮蔽属于所述光衍射元件组的各光衍射元件的单元c2时，由所述光衍射元件组执行的光运算为恒等运算。(三)有益效果
7.根据本发明一方式，能够实现一种光运算系统，其除了表示运算后的信息的信号光之外，还能够获得表示运算前的信息的信号光。
附图说明
8.图1是表示本发明的一个实施方式的光衍射元件的结构的俯视图。
图2是将图1所示的光衍射元件的一部分放大后的立体图。图3是表示具备图1所示的光衍射元件的光运算系统的主要部位结构的立体图。图4是表示图3所示的光运算系统的第一变形例的立体图。图5是表示图3所示的光运算系统的第二变形例的立体图。图6是表示图3所示的光运算系统的第三变形例的立体图。
具体实施方式
9.(光衍射元件的结构)参照图1及图2对本发明一实施方式的光衍射元件1的结构进行说明。图1是光衍射元件1的俯视图。图2是将光衍射元件1的一部分(在图1中用虚线包围的部分)放大后的立体图。
10.光衍射元件1是平板状的光衍射元件，包含相位变化量相互独立地设定的多个微单元(权利要求书中的“单元”的一例)。在此，微单元是指单元尺寸不足10μm的单元。另外，单元尺寸是指单元面积的平方根。例如，在微单元的俯视图形状是正方形的情况下，所谓的单元尺寸是单元的一边的长度。单元尺寸的下限没有特别限定，例如是1nm。
11.图1所例示的光衍射元件1由呈矩阵状配置的12
×
12个微单元构成。各微单元的俯视图形状是1μm
×
1μm的正方形，光衍射元件1的俯视图形状是12μm
×
12μm的正方形。
12.在光衍射元件1中包含针对不同的光运算提供的微单元c1、微单元c2这两个种类的微单元。微单元c1(在图1中以白色表示的单元)及微单元c2(在图1中以阴影表示的单元)分别呈交错状配置。即配置为，各微单元c1介由其四边分别与四个微单元c2相邻，并且各微单元c2介由其四边分别与四个微单元c1相邻。光衍射元件1进行：(1)通过使透过微单元c1的光相互干涉而实现的第一光运算；以及(2)通过使透过微单元c2的光相互干涉而实现的第二光运算。对于第一光运算、以及第二光运算的内容，将在后面参照不同的附图进行说明。
13.作为对每个单元独立设定构成光衍射元件1的各微单元的相位变化量的方法，可举出(1)对每个微单元独立设定微单元的厚度的方法、(2)独立选择微单元的折射率的方法。在本实施方式中，采用能够通过纳米印刷实现的(1)的方法。在这种情况下，如图2所示，各微单元c1、单元c2由具有正方形底面的四棱柱状的柱构成。
14.(光运算系统的结构)参照图3对包含光衍射元件1的光运算系统10的结构进行说明。图3是表示光运算系统10的结构的立体图。
15.光运算系统10具备：光衍射元件组11、发光装置12、受光装置13。
16.光衍射元件组11由相互平行排列的n个光衍射元件1构成。在此，n是2以上的自然数，在本实施方式中是3。以下，在需要对这些光衍射元件1进行相互区别的情况下，将从发光装置12侧算起第一个光衍射元件1称为第一光衍射元件1a，将从发光装置12侧算起第二个光衍射元件1称为第二光衍射元件1b，将从发光装置12侧算起第三个光衍射元件1称为第三光衍射元件1c。
17.发光装置12是用于生成向光衍射元件组11输入的信号光的装置。发光装置12具有呈矩阵状配置的多个单元，例如由二维显示器构成。发光装置12的单元与光衍射元件1的微
单元例如一一对应。从发光装置12的各单元输出的信号光向与该单元对应的第一光衍射元件1a的微单元输入。
18.透过了第一光衍射元件1a的各微单元c1的信号光主要与透过了第一光衍射元件1a的其它微单元c1的信号光干涉，主要向第二光衍射元件1b的各微单元c1输入。另一方面，透过了第一光衍射元件1a的各微单元c2的信号光主要与透过了第一光衍射元件1a的其它微单元c2的信号光干涉，主要向第二光衍射元件1b的各微单元c2输入。
19.另外，透过了第二光衍射元件1b的各微单元c1的信号光主要与透过了第二光衍射元件1b的其它微单元c1的信号光干涉，主要向第三光衍射元件1c的各微单元c1输入。另一方面，透过了第二光衍射元件1b的各微单元c2的信号光主要与透过了第二光衍射元件1b的其它微单元c2的信号光干涉，主要向第三光衍射元件1c的各微单元c2输入。
20.受光装置13是用于检测从光衍射元件组11输出的信号光的装置。受光装置13具有呈矩阵状配置的多个单元，例如由二维图像传感器构成。受光装置13的单元与光衍射元件1的微单元一一对应。透过了第三光衍射元件1c的各微单元c1的信号光主要与透过了第三光衍射元件1c的其它微单元c1的信号光干涉，主要向在受光装置13中与微单元c1对应的各单元输入。另一方面，透过了第三光衍射元件1c的各微单元c2的信号光主要与透过了第三光衍射元件1c的其它微单元c2的信号光干涉，主要向在受光装置13中与微单元c2对应的各单元输入。
21.光衍射元件1a～1c的各微单元c1的厚度或折射率设定为，当遮蔽光衍射元件1a～1c的各微单元c2时，由光衍射元件组11执行的光运算成为恒等运算。换言之，光衍射元件1a～1c的各微单元c1的厚度或折射率设定为，当遮蔽光衍射元件1a～1c的各微单元c2时，从第三光衍射元件1c的各微单元c1输出的信号光的相位分布或者强度分布与向第一光衍射元件1a的各微单元c1输入的信号光的相位分布或者强度分布一致。另一方面，光衍射元件1a～1c的各微单元c2的厚度或折射率设定为，当遮蔽光衍射元件1a～1c的各微单元c1时，由光衍射元件组11执行的光运算成为恒等运算以外的运算。换言之，光衍射元件1a～1c的各微单元c2的厚度或折射率设定为，当遮蔽光衍射元件1a～1c的各微单元c1时，从第三光衍射元件1c的各微单元c2输出的信号光的相位分布或者强度分布与向第一光衍射元件1a的各微单元c2输入的信号光的相位分布或者强度分布不一致。
22.因此，构成受光装置13的单元中的与光衍射元件1a～1c的微单元c1对应的单元所检测的信号光表示运算前的信息。在此，运算前的信息是指从构成发光装置12的单元中的与光衍射元件1a～1c的微单元c1对应的单元输出的信号光所表示的信息。另一方面，构成受光装置13的单元中的与光衍射元件1a～1c的微单元c2对应的单元所检测的信号光表示运算后的信息。在此，运算后的信息是指通过对从构成发光装置12的单元中的与光衍射元件1a～1c的微单元c1对应的单元输出的信号光所表示的信息实施预先确定的运算而得到的信息。
23.如上所述，根据光运算系统10，能够利用光衍射元件组11实现一边保存运算前的信息一边导出运算后的信息的光运算。作为一例，光运算系统10能够适当地用于缺陷提取运算，该缺陷提取运算从图像中提取被摄体的缺陷。在这种情况下，当在显示器即发光装置12上显示原图像时，能够利用受光装置13分别检测缺陷图像和原图像，所述缺陷图像仅包含从原图像中提取的缺陷，将该缺陷作为被摄体。
24.此外，在本实施方式中，采用的结构为：直接向光衍射元件组11输入从发光装置12输出的信号光，并且直接向受光装置13输入从光衍射元件组11输出的信号光，但本发明不限于此。例如，也可以采用如下的结构：在从发光装置12输出的信号光的光路上配置单一或者多个其它光衍射元件，并向光衍射元件组11输入透过了这个或者这些光衍射元件的光。另外，也可以采用如下的结构：在从光衍射元件组11输出的信号光的光路上配置单一的或者多个其它光衍射元件，并向受光装置13输入透过了这个或者这些光衍射元件的光。在图4～图6中示出这样的变形例。图4所示的光运算系统10a采用的结构为：在光衍射元件组11的前级配置单一的光衍射元件14，并向光衍射元件组11输入从该光衍射元件14输出的信号光。图5所示的光运算系统10b采用的结构为：在光衍射元件组11的后级配置单一的光衍射元件15，并向该光衍射元件15输入从光衍射元件组11输出的信号光。图6所示的光运算系统10c采用的结构为：在光衍射元件组11的前级配置单一的光衍射元件14，并且在光衍射元件组11的后级配置单一的光衍射元件15。
25.(总结)本发明的方式1的光运算系统具备包含n个(n是2以上的自然数)光衍射元件的光衍射元件组，属于所述光衍射元件组的各光衍射元件由多个单元构成，该多个单元的厚度或折射率相互独立地设定，并分类成两个种类的单元c1、单元c2，属于所述光衍射元件组的各光衍射元件的单元c1的厚度或折射率设定为，当遮蔽属于所述光衍射元件组的各光衍射元件的单元c2时，由所述光衍射元件组执行的光运算为恒等运算。
26.根据上述的结构，能够从第n个光衍射元件的单元c2输出表示运算后的信息的信号光，并且能够从第n个光衍射元件的单元c1输出表示运算前的信息的信号光。
27.在本发明的方式2的光运算系统中，采用的结构为：在方式1的结构的基础上，在属于所述光衍射元件组的各光衍射元件中，单元c1及单元c2分别呈交错状配置。
28.根据上述的结构，能够从第n个光衍射元件的单元c2输出表示运算后的信息的信号光，并且能够从第n个光衍射元件的单元c1输出表示运算前的信息的信号光。
29.在本发明的方式3的光运算系统中，采用的结构为：在方式1或者2的结构的基础上，还具备配置于属于所述光衍射元件组的第一个光衍射元件的前级的1个以上的其它光衍射元件、以及配置于属于所述光衍射元件组的第n个光衍射元件的后级的1个以上的其它光衍射元件中的一方或者双方。
30.根据上述的结构，能够向所述光衍射元件组输入从配置于所述第一个光衍射元件的前级的1个以上的其它光衍射元件输出的信号光，以及/或者，能够向配置于所述第n个光衍射元件的后级的1个以上的其它光衍射元件输入从所述光衍射元件组输出的信号光。
31.在本发明的方式4的光运算系统中，采用的结构为：在方式1～3的任一结构的基础上，还具备：发光装置，其生成向属于所述光衍射元件组的第一个光衍射元件输入的信号光，或者生成向配置于所述第一个光衍射元件的前级的1个以上的其它光衍射元件输入的信号光；以及受光装置，其检测由属于所述光衍射元件组的第n个光衍射元件输出的信号光，或者检测从配置于所述第n个光衍射元件的后级的1个以上的其它光衍射元件输出的信号光。
32.根据上述的结构，利用构成受光装置的单元中的与光衍射元件的单元c1对应的单元，能够检测表示运算前的信息的信号光。或者，能够向构成其它光衍射元件的单元中的与
光衍射元件的单元c1对应的单元输入表示运算前的信息的信号光。在此，运算前的信息是指从构成发光装置的单元中的与光衍射元件的单元c1对应的单元输出的信号光所表示的信息。另外，根据上述的结构，利用构成受光装置的单元中的与光衍射元件的单元c2对应的单元，能够检测表示运算后的信息的信号光。或者，能够向构成其它光衍射元件的单元中的与光衍射元件的单元c2对应的单元输入表示运算后的信息的信号光。在此，运算后的信息是指通过对构成发光装置的单元中的与光衍射元件的单元c2对应的单元输出的信号光所表示的信息实施预先确定的运算而得到的信息。
33.在本发明的方式5的光运算系统中，在方式1～4的任一结构的基础上，属于所述光衍射元件组的各光衍射元件的单元c2的厚度或折射率设定为，当遮蔽属于所述光衍射元件组的各光衍射元件的单元c1时，由所述光衍射元件组执行的光运算为恒等运算以外的运算。
34.根据上述的结构，能够从第n个光衍射元件的单元c2输出表示运算后的信息的信号光，并且能够从第n个光衍射元件的单元c1输出表示运算前的信息的信号光。
35.(附录事项)本发明不限于上述的实施方式，可以在权利要求所示的范围内进行各种变更，关于对在上述的实施方式中分别公开的技术方案进行适当组合而得到的实施方式，也包含于本发明的技术范围内。
36.此外，本说明书中的“光衍射元件”是将表示一信息(例如一图像)的光信号转换成表示另一信息(例如另一图像)的光信号的元件。因此，与将表示一图像的电信号转换为表示另一图像的电信号的元件被称为滤波器的情况是相同的含义，本说明书的“光衍射元件”可以被改称为“光滤波器”。在这种情况下，本说明书中公开的光运算系统也能够如以下那样呈现。
37.方式a的光运算系统具备包含n个(n是2以上的自然数)光滤波器的光滤波器组，属于所述光滤波器组的各光滤波器包含多个单元，所述多个单元的折射率相互独立地设定，并分类成两个种类的单元c1、单元c2，属于所述光滤波器组的各光滤波器的单元c1的折射率设定为，从第n个光滤波器的单元c1输出的信号光的相位分布与向第一个光滤波器的单元c1输入的信号光的相位分布一致。
38.在方式b的光运算系统中，采用的结构为：在方式a的结构的基础上，在属于所述光滤波器组的各光滤波器中，单元c1及单元c2分别呈交错状配置。
39.在方式c的光运算系统中，采用的结构为：在方式a或者b的结构的基础上，还具备配置于所述第一个光滤波器的前级的1个以上的其它的光滤波器、以及配置于所述第n个光滤波器的后级的1个以上的其它的光滤波器中的一方或者双方。
40.在方式d的光运算系统中，采用的结构为：在方式1～3的任一结构的基础上，还具备：发光装置，其生成向所述第一个光滤波器输入的信号光，或者生成向配置于所述第一个光滤波器的前级的1个以上的其它的光滤波器输入的信号光；以及受光装置，其检测从所述第n个光滤波器输出的信号光，或者检测从配置于所述第n个光滤波器的后级的1个以上的其它的光滤波器输出的信号光。附图标记说明
41.1、1a～1c-光衍射元件；10-光运算系统；11-光衍射元件组；12-发光装置；13-受光
装置。