DE69023820T2 - Holographisches optisches Gerät. - Google Patents
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Description
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine optische holografische Einrichtung zum Aufzeichnen und Rekonstruieren optischer Hologramme in der optischen Informationsverarbeitungs- oder Anzeigetechnologie. Die vorliegende Erfindung bezieht sich ferner auf eine optische Verbindungseinrichtung zum effektiven Umschalten von optischen Wegen in der optischen Informationsverarbeitung, in der optischen Kommunikation und der optischen Messung. Die vorliegende Erfindung bezieht sich ferner auf eine Einrichtung zur Anwendung der optischen Korrelationsverarbeitung an einein zweidimensionalen Bild, welches von einem Bildsensor, wie z.B. einer CCD-Kamera, erhalten wird, um eine automatische Mustererkennung oder Messung im Bereich der optischen Informationsverarbeitung und der optischen Messung zu bewirken. Die vorliegende Erfindung bezieht sich weiter auf ein Verfahren zum Betreiben einer holografischen Anwendungseinrichtung zuin Anwenden der optischen Korrelationsverarbeitung an einem zweidimensionalen Bild, welches von einer Bilderzeugungsvorrichtung, wie z.B. einer CCD-Kamera, erhalten wird, um eine automatische Mustererkennung und Messung im holografischen Anwendungsbereich der optischen Informationsverarbeitung und der optischen Messung zu bewirken, oder zum Rekonstruieren von holografischen Bildern.
- Es sind viele Anstrengungen gemacht worden, um ein Echtzeithologramm unter Verwendung eines auf Licht ansprechenden Flüssigkristallichtventils zu realisieren. Das auf Licht ansprechende Flüssigkristallichtventil verwendet im wesentlichen einen verdrehten nematischen Flüssigkristall (TN-Typ-Flüssigkristall). Ferner verwendet das herkömmliche auf Licht ansprechende Flüssigkristallichtventil eine fotoleitfähige Schicht, welche aus einem Wismuth-Silikatkristall (Bi&sub1;&sub2; SiO&sub2;&sub0;-Kristall) zusammengesetzt ist, um ein Hologramm aufzuzeichnen, um den Wellenzahlunterschied von Hologramminterferenzstreifen zu verringern und um die Aufzeichnungsdichte und den Kontrast rekonstruierter Bilder zu verbessern, wodurch eine Aufzeichnungsdichte von 50- 60 lp/mm und ein Kontrast des rekonstruierten Bildes von 1:30 erhalten werden, wie in A. A. Vasil'ev et al., Sov. J. Quantum Electron. 14(2), Feb. 276-277 (1984).
- Die das herkömmliche auf Licht ansprechende Flüssigkristallichtventil verwendende holografische Einrichtung weist jedoch eine niedere Aufzeichen- und Reproduktionsgeschwindigkeit von einigen hundert msec auf sowie einen ungenügenden Kontrast des rekonstruierten Bildes. Ferner weist die herkömmliche Einrichtung ein Handhabungsproblem auf, wie zum Beispiel, daß das auf Licht ansprechende Flüssigkristallichtventil in einem dunklen Raum gelagert werden muß, während eine Spannung an dieses angelegt ist, um das Hologramm über eine lange Zeitdauer hinweg beizubehalten. Ferner besteht ein weiteres Problem darin, daß ein äußerst großes Interferometer erforderlich ist, aufgrund eines kleinen Winkels zwischen dem Referenzlicht und dem Signallicht.
- Im allgemeinen ist die optische Verbindung als eine wichtige Grundtechnologie im Bereich der optischen Informationsverarbeitung, der optischen Kommunikation und der optischen Messung untersucht worden. Die optische Informationsverarbeitung weist eine Schlüsseltechnologie auf, wie zum Beispiel die optische Verbindung zwischen OEICS und die Verbindung zwischen Neuronen in neuronalen Netzwerken. Eine derartige Verbindung ist durch Verwendung von Hologrammen realisiert worden, die durch eine Silbersalzfotografie, einen Thermoplasten oder nicht linearen optischen Kristall, wie z.B. einem BaTiO&sub3; Einkristall, gebildet worden sind. Im Bereich der optischen Kommunikation und der optischen Messung werden im allgemeinen das Umschalten von optischen Wegen und Spektrometern mit einem Spiegel, einem halbverspiegelten Prisma oder einem Beugungsgitter durchgeführt. Ferner kann im Bereich der optischen Kommunikation eine Holografie, wie die vorangehend mit Bezug auf die optische Informationsverarbeitung erwähnte, für den optischen Austausch verwendet werden.
- Bezüglich des herkömmlichen optischen Teilungselements, wie z.B. einem Spiegel, einem halbverspiegelten Prisma und einem Beugungsgitter, ist jedoch der Lichtweg im allgemeinen festgelegt, und ein wahlweises Umschalten des Lichtwegs wird durch mechanische Mittel durchgeführt, wodurch Probleme verursacht werden, wie z.B. eine geringe Schaltgeschwindigkeit und eine schwierige Justierung. Das Hologramm mit Verwendung der Silbersalzfotoplatte weist ein entsprechendes Problem darin auf, daß das Umschalten des Lichtwegs schwierig ist. Bezüglich des Hologramms, welches Thermoplaste oder einen nicht linearen optischen Kristall, wie z.B. den BaTiO&sub3;-Einkristall, verwendet, ist ein wahlweises Umschalten des Lichtwegs möglich, der Thermoplast erfordert jedoch einen großen Antriebsstrom und weist eine lange Ansprechzeit im Bereich von mindestens einigen hundert msec auf. Der BaTiO&sub3;-Einkristall wird im Temperaturbereich von ungefähr 20ºC-130º betrieben, und daher kann er nicht in einem niedrigeren Temperaturbereich verwendet werden. Ferner weist dieser Probleme auf, wie z.B., daß eine Größe des Kristalls beschränkt ist und der Kristall ziemlich teuer ist.
- Herkömmlicherweise weist der optische Korrelator, welcher ein Fourier-Transformationshologramm verwendet (als ein angepaßtes Filter) ein hohes S/R-Verhältnis auf. Daher ist er häufig zur Untersuchung der Mustererkennung in den optischen Computern verwendet worden. Im allgemeinen wird eine fotografische Trockenplatte dazu verwendet, ein Fourier-Transformationshologramm zu erzeugen, in Anbetracht ihrer hohen Auflösung und des weiten dynamischen Bereichs. D.h., ein Fourier-Hologramm des Code- oder Referenzbildes wird aufgezeichnet und auf der Trockenplatte entwickelt. Dieses Verfahren kann jedoch Code-Bilder nicht in Echtzeit überschreiben. Die Fig. 13 zeigt einen optischen Korrelator, welcher einen räumlichen optisch beschreibbaren TN- Flüssigkristallmodulator verwendet, der zum Bewirken der Mustererkennung in Echtzeit betreibbar ist.
- In Fig. 13 emittiert eine Lichtquelle 201 Licht, welches durch einen Strahlaufweiter 202 aufgeweitet wird und dann durch einen Strahlteiler 203 in zwei Strahlen aufgeteilt wird. Derjenige der beiden Strahlen, welcher durch den Strahlteiler 203 hindurchgeht, wird durch einen Strahltei-1er 204 wiederum in zwei Strahlen aufgeteilt. Derjenige der beiden Strahlen, welcher durch den Strahlteiler 204 hindurchgeht, beleuchtet ein Codebild auf einer Codeplatte 205, um ein entsprechendes kohärentes Codebild zu bilden. Danach wird das kohärente Codebild durch die erste Fourier- Transformationslinse 206 Fourier-transformiert und bestrahlt danach eine Schreib-Seite eines auf Licht ansprechenden TN-Flüssigkristallichtventils 234, um dadurch ein Fourier-Codebild zu bilden. Andererseits wird der durch den Strahlteiler 204 reflektierte andere Strahl durch den ersten Spiegel 208 wieder reflektiert, um danach die Schreib-Seite des TN-Flüssigkristallichtventils 234 in der Form eines Referenzstrahls zu bestrahlen, um mit dem Fourier-Codebild zu interferieren, um Interferenzstreifen zu bilden. Die Interferenzstreifen werden dann auf dem TN- Flüssigkristallichtventil 234 in Form eines Fourier-Code- Hologramms mit einer Grauskala aufgezeichnet. Ferner wird der durch den Strahlteiler 203 reflektierte andere Strahl aufeinanderfolgend durch den zweiten Spiegel 209 und den dritten Spiegel 210 reflektiert und bestrahlt ein Eingangsbild auf der Eingangsplatte 211, um das Eingangsbild in ein entsprechendes kohärentes Eingangsbild umzuwandeln. Das kohärente Eingangsbild wird durch die zweite Fourier-Transformationslinse 212 Fourier-transformiert und bestrahlt dann durch einen polarisierenden Strahlteiler 213 eine Lese-Seite des TN-Flüssigkristallichtventils 234, um das Fourier-Eingangsbild zu bilden. Daher wird das Fourier- Code-Hologramm von dem auf Licht ansprechenden TN-Flüssigkristallichtventil 234 gelesen. Das gelesene Bild wird dann durch die dritte Fourier-Transformationslinse 214 Fouriertransformiert, um das Korrelationsbild zu erzeugen, welches eine Korrelationsfunktion und eine Faltungsfunktion zwischen dem Codebild und dem Eingangsbild und einem Licht der Ordnung null enthält. Die Intensität der Korrelationsfunktion wird durch einen Fotodetektor 215 erfaßt, um eine Erkennung durchzuführen.
- Bei einem derartigen Aufbau ist die Codeplatte 205 an der vorderen Fokusebene der ersten Fourier-Transformationslinse 206 angeordnet. Das auf Licht ansprechende TN-Flüssigkristallichtventil 234 ist an der hinteren Fokusebene der ersten Fourier-Transformationslinse 206 angeordnet und an der hinteren Fokusebene der zweiten Fourier-Transformationslinse 212 und an der vorderen Fokusebene der dritten Fourier-Transformationslinse 214. Die Eingangsplatte 211 ist an der vorderen Fokusebene der zweiten Fourier- Transformationslinse 212 angeordnet. Der Fotodetektor 215 ist an der hinteren Fokusebene der dritten Fourier-Transformationslinse 214 angeordnet.
- In dem Aufbau der Fig. 13 kann das auf Licht ansprechende TN-Flüssigkristallichtventil 234 durch einen Wismuth-Silikat-(Bi&sub1;&sub2;SiO&sub2;&sub0;)-Kristall oder einen Lithiumniobat--(LiNbO&sub3;)- Kristall ersetzt werden, welcher einen auf Licht ansprechenden räumlichen Lichtmodulator bildet, der gemäß dem Pockel-Effekt eines elektrooptischen Kristalls oder dem Fotoleitungseffekt betrieben wird. Ferner wird an Stelle des auf Licht ansprechenden räumlichen Lichtmodulators eine Bilderzeugungsvorrichtung, wie zum Beispiel eine CCD-Kamera, verwendet, um das Fourier-Code-Hologramm in ein entsprechendes elektrisches Signal umzuwandeln, welches dann auf einem Flüssigkristallbildschirm oder einem magnetooptischen räumlichen Lichtmodulator angezeigt wird, wie beispielsweise in K.H. Liu, J.A. Davis und R.A. Lilly, Optics Letters, 27, 1988 und in D.L. Flannery, J.S. Loomis und M.E. Milkovich, Applied Optics, 27, 1988 offenbart.
- Bei dem herkömmlichen optischen Korrelator, welcher einen auf Licht ansprechenden räumlichen Lichtmodulator als ein angepaßtes Filter des Fourier-Code-Hologramms verwendet, weist jedoch der auf Licht ansprechende räumliche Lichtmodulator eine relativ geringe Auflösung auf. Ferner ist, obwohl das Bild in einer Grauskala aufgezeichnet werden kann, der dynamische Bereich relativ schmal, so daß ein kompliziertes Fourier-Hologramm nicht aufgezeichnet werden kann und das S/R-Verhältnis bei der Mustererkennung schlecht ist. Die Geschwindigkeit der Mustererkennung ist im Bereich von einigen hundert msec zum Überschreiben des Fourier-Hologramms, was in der Praxis nicht ausreichend ist.
- Bezüglich des anderen herkömmlichen optischen Korrelators, welcher einen elektrisch ansprechenden, räumlichen Lichtmodulator als ein angepaßtes Filter eines Fourier-Code- Hologramms verwendet, kann das Fourier-Code-Hologramm binär gemacht werden, um das S/R-Verhältnis zu verbessern, und die Überschreibgeschwindigkeit des Fourier-Code-Hologramms liegt im Bereich von einigen 10 msec, um einen schnellen Betrieb zu erhalten; die Auflösung ist jedoch im Bereich von einigen lp/mm, also relativ gering, so daß eine komplizierte Bilderkennung nicht durchgeführt werden kann.
- Herkömmlicherweise umfaßt ein Hologrammaufzeichnungsmedium ein auf Licht ansprechendes TN-Flüssigkristallichtventil in einer holografischen Anwendungseinrichtung, wie z.B. einem optischen Korrelator, welcher ein Fourier-Hologramm als ein angepaßtes Filter verwendet, und einer Hologrammvorrichtung zum Rekonstruieren holografischer Eingangsbilder. Das herkömmliche auf Licht ansprechende TN-Flüssigkristallichtventil weist jedoch eine relativ geringe Auflösung auf. Ferner ist, obwohl das Bild in einer Grauskala aufgezeichnet werden kann, der dynamische Bereich relativ klein, so daß ein kompliziertes Fourier-Hologramm nicht aufgezeichnet werden kann und das S/R-Verhältnis bei der Mustererkennung schlecht ist. Die Geschwindigkeit der Mustererkennung im Bereich von einigen hundert msec zum Überschreiben des Fourier-Code-Hologramms, was in der Praxis nicht ausreicht.
- Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine holografische Einrichtung vorgesehen, umfassend: ein holografisches Aufzeichnungsmedium, ein Interferometer zum Bestrahlen des Aufzeichnungsmediums gleichzeitig mit einem kohärenten Referenzlichtstrahl, welcher eine sphärische Welle oder eine ebene Wellenfront aufweist, mit einem kohärenten Signallichtstrahl, welcher Bildinformationen enthält zur Interferenz miteinander, um darauf ein holografisches Gitter zu bilden, sowie Mittel zum Bestrahlen des holografischen Gitters mit einem kohärenten Lese-Lichtstrahl in der entgegengesetzten Richtung zu dem Referenzlichtstrahl, um die Bildinformation zu rekonstruieren, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufzeichnungsmedium ein auf Licht ansprechendes Flüssigkristallichtventil umfaßt, bestehend aus einer ferroelektrischen Flüssigkristallschicht, welche in Antwort auf eine angelegte Spannung optisch bistabile Charakteristiken aufweist, einem Paar von Flüssigkristallausrichtungsschichten, welche die ferroelektrische Flüssigkristallschicht zwischen sich sandwichartig aufnehmen, einer fotoleitfähigen Schicht, einer optisch reflektierenden Schicht, welche zwischen der fotoleitfähigen Schicht und einer der Flüssigkristallausrichtungsschichten angeordnet ist, einem Paar von transparenten Substraten, welche die Schicht sandwichartig zwischen sich aufnehmen, und Mitteln zum Anlegen der Spannung.
- Insbesondere ist das Interferometer von dem Mach-Zehnder- Typ, welcher in seinem Signallicht-Erzeugungsweg einen optischen Verschluß, Mittel zum Eingeben einer Bildinformation und ein optisches Bilderzeugungssystem zum optionellen optischen Fourier-Transformieren der Eingangsbildinformation und dann zum Vergrößern desselben umfaßt, um eine Bilderzeugung auf einer optischen Schreib-Seite des auf Licht ansprechenden Flüssigkristallichtventils zu bewirken. Durch einen derartigen Aufbau kann eine äußerst kleine holografische Einrichtung erhalten werden, um das Aufzeichnen und Auslesen eines Hologramms in Echtzeit zu bewirken.
- Durch einen derartigen Aufbau wird die Aufzeichnungsgeschwindigkeit des Hologramms schneller als 100 msec und die Reproduktionsgeschwindigkeit wird schneller als 1 msec, um dadurch einen sehr schnellen Betrieb zu erhalten, und der Kontrast des rekonstruierten Bildes nimmt auf mehr als 1:50 zu, wodurch die vorangehend angegebenen Probleme gelöst werden. Durch einen derartigen Aufbau kann eine äußerst kleine holografische Einrichtung erhalten werden, um das Problem des Stands der Technik zu lösen.
- Das auf Licht ansprechende Flüssigkristallichtventil wird in der erfindungsgemäßen holografischen Einrichtung durch die folgenden beiden Schritte betrieben. In dem ersten Schritt wird, während eine gesamte Schreib-Seite des Flüssigkristallichtventils durch ein Lösch-Licht bestrahlt wird, ein Mittel zum Anlegen der Spannung desselben mit einer Gleichspannungs-Bias-Spannung versorgt, welche ausreichend höher ist, als eine untere Schwellenspannung, die unter dem beleuchteten oder hellen Zustand der fotoleitfähigen Schicht bestimmt wird, oder mit einer Gleichspannungs-Bias-Spannung, welche optionell mit einer Wechselspannung mit 100 Hz-50 kHz überlagert ist, um dadurch den ferroelektrischen Flüssigkristall in einem von zwei bistabilen Zuständen auszurichten, um diesen Zustand zu speichern oder zu halten. Alternativ wird, ohne die optische Schreib-Seite zu bestrahlen, an das Mittel zum Anlegen der Spannung eine Gleichspannungs-Bias-Spannung angelegt, welcher optionell eine Wechselspannung von 100 Hz-50 kHz überlagert ist und welche ausreichend höher ist als eine obere Schwellenspannung, welche unter dem dunklen Zustand bestimmt wird, um den Flüssigkristall in einem der bistabilen Zustände auszurichten und diesen Zustand zu speichern.
- In dem zweiten Schritt werden, während das Mittel zum Anlegen der Spannung eine Gleichspannungs-Bias-Spannung mit entgegengesetzter Polarität anlegt, der optionell eine Wechselspannung mit 100 Hz-50 kHz überlagert ist, und die niedriger ist als die obere Schwellenspannung, die für den dunklen Zustand bestimmt ist, und höher ist als die untere Schwellenspannung, die für den hellen Zustand bestimmt ist, das Referenzlicht und das Signallicht gleichzeitig eingestrahlt, um auf der Schreib-Seite des Flüssigkristallichtventils zu interferieren, um dadurch das Hologramm zu bilden.
- Während des zweiten Schritts arbeitet das Mittel zum Eingeben der Bildinformation zum Eingeben der Bildinformation in das Signallicht. Dieses Mittel kann ein Flüssigkristallichtventil umfassen, einen Flüssigkristallbildschirm, eine elektrochemische Anzeigevorrichtung sowie eine magnetooptische Anzeigevorrichtung. Die eingegebene Bildinformation wird optionell durch eine Fourier-Transformationslinse Fourier-transformiert und wird dann durch eine Aufweitungslinse aufgeweitet, um dadurch die Erzeugung des Eingangsbildes auf der Schreib-Fläche des Flüssigkristallichtventils zu bewirken.
- In dem zweiten Schritt werden Interferenz streifen an einem durch das Referenz- und das Signallicht bestrahlten Bereich erzeugt. Dann erzeugt die fotoleitfähige Schicht Ladungsträger in sich, entsprechend den hellen Bändern der Interferenzstreifen, so daß die erzeugten Ladungsträger durch die Gleichspannungs-Bias-Spannung in der Richtung des elektrischen Felds driften, um dadurch lokal die Schwellenspannung zu senken. Daher wird die Bias-Spannung mit der entgegengesetzten Polarität, welche höher ist als die untere Schwellenspannung, an die ferroelektrische Flüssigkristallschicht entsprechend den hellen Bändern der Interferenzstreifen angelegt, um eine selektive Inversion der spontanen Dipole der ferroelektrischen Flüssigkristallmoleküle zu induzieren, um dadurch selektiv den einen bistabilen Zustand in den anderen bistabilen Zustand umzuschalten, um das Hologramm aufzuzeichnen. Das so erzeugte Hologramm kann von dem auf Licht ansprechenden Flüssigkristallventil durch einen Lesestrahl mit der gleichen Wellenfront wie diejenige des Referenzlichtstrahls in der entgegengesetzten Richtung zum Rekonstruieren des Eingangsbildes gelesen werden.
- Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist eine holografische Einrichtung vorgesehen, umfassend ein holografisches Aufzeichnungsmedium, ein Interferometer zum Bestrahlen des Aufzeichnungsmediums gleichzeitig mit einem kohärenten Referenzlichtstrahl, welcher eine sphärische Welle oder eine ebene Wellenfront aufweist mit einem kohärenten Signallichtstrahl, welcher eine Bildinformation enthält, zur Interferenz miteinander, um darauf ein holografisches Gitter zu bilden, sowie Mittel zum Bestrahlen des holografischen Gitters mit einem kohärenten Leselichtstrahl in der entgegengesetzten Richtung zu dem Referenzlichtstrahl, um die Bildinformation zu rekonstruieren, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufzeichnungsmedium ein auf Licht ansprechendes Flüssigkristallichtventil umfaßt, bestehend aus einer ferroelektrischen Flüssigkristallschicht, welche in Antwort auf eine angelegte Spannung optisch bistabile Charakteristiken aufweist, einem Paar von Flüssigkristallausrichtungsschichten, welche die ferroelektrische Flüssigkristallschicht sandwichartig zwischen sich aufnehmen, einer fotoleitfähigen Schicht, einer optisch reflektierenden Schicht, welche zwischen der fotoleitfähigen Schicht und einer der Flüssigkristallausrichtungsschichten angeordnet ist, einem Paar von transparenten Substraten, welche zwischen sich die Schichten sandwichartig aufnehmen, und Mitteln zum Anlegen der Spannung.
- In einer Ausführungsform ist ein optisches System, welches Lichtstrahlen mit optischen Verschlüssen erzeugt, vorgesehen zum Steuern des Blockierens und Transmittierens von Licht zum Erzeugen von mehr als einem Eingangsstrahl. Das holografische Aufzeichnungsmedium umfaßt ein auf Licht ansprechendes Flüssigkristallichtventil, bestehend aus einer fotoleitfähigen Schicht, einer optisch reflektierenden Schicht, einem Paar von Flüssigkristallausrichtungsschichten, einer ferroelektrischen Flüssigkristallschicht, welche bei einer angegelegten Spannung in ihrer optischen Reflektivität bistabile Speichercharakteristiken aufweist, Mitteln zum Anlegen der Spannung und einem Paar von transparenten Substraten. Durch einen derartigen Aufbau wird das Hologramm momentan aufgezeichnet und gelöscht, um einen Eingangslichtstrahl wahlweise aufzuteilen, um einen gewünschten optischen Ausgangsweg zu erhalten, um dadurch eine optische Verbindung zu bewirken. Das Bündeln oder Aufweisen des Referenzlichts kann dazu verwendet werden, ein gebündeltes oder zerstreutes Ausgangslicht zu erzeugen. Ferner kann ein Einfallswinkel zwischen dem Eingangs- und dem Referenzlicht auf ein vorbestimmtes Maß gesetzt werden, um eine spektrale Separation zu bewirken, wodurch eine optische Verbindungseinrichtung des Typs für allgemeine Anwendungen vorgesehen wird zur Verwendung in der optischen Informationsverarbeitung, der optischen Kommunikation und der optischen Messung.
- Durch einen derartigen Aufbau kann ein schnelles selektives Schalten von optischen Wegen mit einer Ansprechzeit von weniger als 500 usec erhalten werden. Der Betriebsbereich ist von -20ºC bis zu 60ºC erweitert, was ausreicht, um einen Betrieb bei Raumtemperatur zu ermöglichen. Die effektive Fläche des Hologrammaufzeichnungsmediums wird um mehr als 4 cm² erweitert, um eine kostengünstige optische Verbindungseinrichtung vorzusehen, wodurch die vorangehend angegebenen Probleme des Stands der Technik gelöst werden.
- Im Betrieb ist das das Signaleingangslicht erzeugende optische System mit einem optischen Verschluß versehen, um das Blockieren und den Durchgang des Lichts zu steuern. Der Verschluß wird offen gehalten, um das Referenz- oder Eingangslicht durchzulassen, um eine Interferenz zwischen diesen auf der fotoleitfähigen Schicht des auf Licht ansprechenden Flüssigkristallichtventils zu bewirken, um dadurch auf diesem das Hologramm zu erzeugen, um die optische Verbindung oder Verteilung durchzuführen. Ein Lese- Licht bestrahlt das Hologramm auf einer Lese-Seite des auf Licht ansprechenden Flüssigkristallichtventils derart, daß das Lese-Licht durch das Hologramm gebeugt wird, um das Ausgangslicht in einer gewünschten Richtung zu erzeugen. Daher ist, um eine Interferenz zwischen dem Referenz- und dem Eingangslicht bei verschiedenen Einfallswinkeln zu erzeugen, das optische System, welches das Eingangslicht erzeugt, mit dem optischen Verschluß versehen, um das Blockieren und Durchlassen der mehreren Lichtstrahlen steuern zu können, um den Einfallswinkel gemäß einer Richtung des Ausgangslichts auszuwählen, um das Hologramm sequentiell aufzuzeichnen und zu löschen, um dadurch wahlweise zwischen mehreren Ausgangslichtwegen umzuschalten.
- Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine optische Korrelationseinrichtung zur optischen Korrelation eines zweidimensionalen Code-Bildes mit einem zweidimensionalen Eingangsbild unter Verwendung von kohärentem Licht vorgesehen, um automatisch ein vorgegebenes Eingangsmuster zu erkennen, wobei die Einrichtung einen binären räumlichen Lichtmodulator umfaßt, umfassend ein holografisches Aufzeichnungsmedium und ein Interferometer zum Bestrahlen des Aufzeichnungsmediums.
- In einer Ausführungsform ist ein angepaßtes Filter durch ein Fourier-transformiertes Hologramm eines Code-Bildes gebildet unter Verwendung eines kohärenten Referenzlichts, und das angepaßte Filter wird durch ein Fourier-transformiertes Eingangsbild ausgelesen, wobei das Ergebnis daraus wiederum Fourier-transformiert wird, um ein Korrelationsbild zwischen dem Code-Bild und dem Eingangsbild zu erzeugen. Das Fourier-Transformationshologramm wird in dem angepaßten Filter in der binären Form aufgezeichnet, um dadurch eine Korrelationsbildausgabe zu erzeugen, welche ein sehr hohes S/R-Verhältnis aufweist. Insbesondere kann das angepaßte Filter einen überschreibbaren räumlichen Lichtmodulator umfassen, wie zum Beispiel einen auf Licht ansprechenden räumlichen Lichtmodulator, welcher ein optisch modulierendes Material verwendet, bestehend aus einem Flüssigkristall, welcher in Antwort auf eine angelegte Spannung eine bistabile Reflexionsvermögens-Speichercharakteristik aufweist, wodurch eine schnelle und genaue Mustererkennung ermöglicht wird.
- Die erfindungsgemäße optische Korrelationseinrichtung zum Durchführen einer optischen Korrelationsverarbeitung eines zweidimensionalen Bildes, welches von einer CCD-Kamera erhalten wird, unter Verwendung eines kohärenten Lichts, um eine automatische Erkennung und Messung eines gegebenen Musters durchzuführen, umfaßt Mittel zum Konvertieren von wenigstens einem Code-Bild, umfassend wenigstens ein Anpassungsbild, und wenigstens einem Eingangsbild in ein entsprechendes kohärentes Code-Bild und kohärentes Eingangsbild, Mittel zur Fourier-Transformation des kohärenten Code-Bilds und des kohärenten Eingangsbilds in ein Fourier- Code-Bild und ein Fourier-Eingangsbild unabhängig voneinander, Mittel zum Ermöglichen, daß ein kohärentes Referenzlicht mit sphärischer Welle oder einer ebenen Welle mit dem Fourier-Code-Bild interferiert, um ein Fourier-Code-Hologramm zu bilden, Mittel, umfassend einen binären räumlichen Lichtmodulator zum Umwandeln des Fourier-Hologramms in ein binäres Intensitätsverteilungsbild und zum Aufzeichnen desselben, Mittel zum Lesen des binären Intensitätsverteilungsbilds, welches auf dem binären räumlichen Lichtmodulator aufgezeichnet ist, unter Verwendung des Fourier-Eingangsbilds und Mittel zur Fourier-Transformation des gelesenen binären Intensitätsverteilungsbilds in ein Korrelationsbild und zum Umwandeln des Korrelationsbilds in ein entsprechendes Ausgangssignal. Durch einen derartigen Aufbau kann die Mustererkennung bei einem komplexen Referenzbild mit einem hohen S/R-Verhältnis durchgeführt werden. Insbesondere umfaßt der räumliche Lichtmodulator ein auf Licht ansprechendes Flüssigkristallichtventil, bestehend aus einer fotoleitfähigen Schicht, einer optisch reflektierenden Schicht, einem Paar von Flüssigkristallausrichtungsschichten, einer ferroelektrischen Flüssigkristallschicht mit bistabilen Speichercharakteristiken in ihrem optischen Reflexionsvermögen und einer daran angelegten Spannung, Mitteln zum Anlegen der Spannung und einem Paar von transparenten Substraten. Durch einen derartigen Aufbau kann das binäre Fourier-Hologramm leicht erzeugt werden, und das Fourier-Hologramm der Referenzbilder kann mit hoher Geschwindigkeit im Bereich von einigen msec überschrieben werden, wodurch eine schnellere Bilderkennung als bei dem herkömmlichen optischen Korrelator ermöglicht wird.
- Durch den vorangehend beschriebenen Aufbau kann das Fourier-Hologramm des Code-Bildes auf dem binären räumlichen Lichtmodulator in der Form eines optisch binären Intensitätsverteilungsbildes aufgezeichnet werden. Daher sind die erzeugten Hologramminterferenzstreifen scharf, um eine klarere Korrelationsfunktion zu erzeugen, um dadurch das S/R-Verhältnis der Mustererkennung zu verbessern.
- Das auf Licht ansprechende Flüssigkristallichtventil umfaßt die fotoleitfähige Schicht, eine Reflexionsschicht, ein Paar von Flüssigkristallausrichtungsschichten, ferroelektrische Flüssigkristallschichten, welche in ihrem optischen Reflexionsvermögen bistabile Speichercharakteristiken aufweisen sowie eine daran angelegte Spannung, Mittel zum Anlegen der Spannung und ein Paar von transparenten Substraten, um als die binäre Aufzeichnungsvorrichtung selbst zu dienen. Daher kann, ohne eine zusätzliche Bildverarbeitung, das an der binären Aufzeichnungsvorrichtung bestrahlte und gebildete Fourier-Hologramm automatisch binär ausgebildet und in der Form der binären Intensitätsverteilung aufgezeichnet werden. Ferner weisen die ferroelektrischen Flüssigkristallmoleküle ein Dipolmoment auf, welches in Antwort auf ein externes elektrisches Feld umgekehrt werden kann, um das Hologramm aufzuzeichnen und zu löschen, um eine schnelle Aufzeichnung und Reproduktion des Hologramms im msec-Bereich zu ermöglichen, um dadurch eine äußerst schnelle Bilderkennung zu erhalten.
- Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Betreiben einer holografischen Einrichtung, eines optischen Verbindungsschalters oder einer optischen Korrelationsvorrichtung vorgesehen, wobei das Verfahren umfaßt: Das kontinuierliche Bestrahlen des auf Licht ansprechenden ferroelektrischen Flüssigkristallichtventils durch die kohärenten Schreib-Lichtstrahlen, welche das holografische Gitter bilden, und den kohärenten Lese-Lichtstrahl, das Betreiben der Mittel zum Anlegen einer Spannung, um kontinuierlich eine Impulsspannung an das auf Licht ansprechende ferroelektrische Flüssigkristallichtventil anzulegen, so daß die Spannungspolarität an der fotoleitfähigen Schicht entweder positiv, negativ oder null ist, wobei das holografische Gitter gelöscht wird, während die positive Spannung angelegt ist, das holografische Gitter geschrieben wird, während die negative Spannung angelegt wird und das holografische Gitter gelesen wird, während die negative Spannung oder die Null-Spannung angelegt wird, und das Steuern der Impulsspannung durch Einstellen ihrer Amplitude, Frequenz und Impulsbreite, während die positive, die negative oder die Null-Spannung angelegt wird, um die Qualität des holografischen Gitters oder die Intensität des Leselichtstrahls zu regulieren.
- Ein optischer Korrelator arbeitet derart, daß ein Code-Bild in ein kohärentes Code-Bild umgewandelt und dann Fouriertransformiert wird. Danach wird das Fourier-Code-Bild in der Form eines binären Hologramms auf einem auf Licht ansprechenden ferroelektrischen Flüssigkristallichtventil aufgezeichnet, bestehend aus einer fotoleitfähigen hydrogenisierten, amorphen Siliziumschicht, einer Reflexionsschicht mit einer vorgegebenen Transmissivität, einem Paar von Flüssigkristallausrichtungsschichten, einer ferroelektrischen Flüssigkristallschicht mit bistabilen Speichercharakteristiken in ihrem Reflexionsvermögen und einer daran angelegten Spannung, Mitteln zum Anlegen der Spannung und einem Paar von transparenten Substraten. Das aufgezeichnete binär ausgebildete Hologramm wird durch ein Leselicht ausgelesen, welches aus einem Fourier-Eingangshologramm gebildet wird, und wird dann in ein Korrelationsbild transformiert, welches durch einen Detektor erfaßt werden kann.
- Eine holografische Einrichtung arbeitet derart, daß ein Eingangsbild in ein kohärentes Eingangsbild umgewandelt und dann optisch Fourier-transformiert wird. Danach wird das Eingangsbild in der Form eines binären Hologramms an einem auf Licht ansprechenden ferroelektrischen Flüssigkristallichtventil aufgezeichnet, bestehend aus einer fotoleitfähigen, hydrogenisierten amorphen Siliziumschicht, einer Reflexsionsschicht mit einer vorgegebenen Transmissivität, einem Paar von Flüssigkristallausrichtungsschichten, einer ferroelektrischen Flüssigkristallschicht, welche eine bistabile Speichercharakteristik in ihrem Reflexionsvermögen aufweist und eine daran angelegte Spannung, Mitteln zum Anlegen der Spannung und einem Paar von transparenten Substraten. Das aufgezeichnete binär ausgebildete Hologramm wird durch ein kohärentes Leselicht ausgelesen und optionell Fourier-transformiert, um ein Ausgangsbild zu erzeugen, welches durch einen Detektor erfaßt werden kann.
- Während des kontinuierlichen Einstrahlens eines Schreib- Lichts, welches die Fourier-Hologrammstreifen bildet, oder des Eingangsbilds selbst, und des Lese-Lichts, welches das Fourier-Eingangsbild bildet, oder welches aus einer kohärenten squärischen oder ebenen Welle besteht, werden die Mittel zum Anlegen der Spannung betrieben, um kontinuierlich an das auf Licht ansprechende ferroelektrische Flüssigkristallichtventil eine Impulsspannung anzulegen, so daß die Spannungspolarität der fotoleitfähigen, hydrogenisierten amorphen Siliziumschicht sequentiell und zyklisch zwischen positiv, negativ und null wechselt. Das Löschen des Bilds wird durchgeführt, während die positive Spannung angelegt ist, das Schreiben des Bilds wird durchgeführt, während die negative Spannung angelegt ist, und das Lesen des Bilds wird durchgeführt, während die negative Spannung und die Null-Spannung angelegt ist. Die Impulsspannung wird zum Einstellen ihrer Amplitude, Frequenz und Impulsbreite, während die positive, die negative und die Null-Spannung angelegt werden, gesteuert, um eine Intensität oder Qualität des Bilds zu regulieren, wodurch ein schneller Betrieb der Einrichtungen erhalten wird und die Steuerung der Ausgangscharakteristiken derselben vereinfacht wird.
- Wenn ein Lese-Licht auf eine Lese-Seite des auf Licht ansprechenden ferroelektrischen Flüssigkristallichtventils, welches in der holografischen Anwendung verwendet wird, gestrahlt wird, dann erreicht das einfallende Licht teilweise die fotoleitfähige, hydrogenisierte, amorphe Siliziumschicht durch den dielektrischen Spiegel als die reflektierende Schicht in dem Lichtventil und wird im Oberflächenbereich der fotoleitfähigen Schicht in der Tiefe von ungefähr 1 um absorbiert, da der dielektrische Spiegel eine optische Transmissivität aufweist, die ausreicht, um zu ermöglichen, daß das einfallende Lese-Licht auf die fotoleitfähige Schicht einwirkt. Die Absorption induziert Paare von Elektronen und Löchern, so daß die Elektronen sich zu einer positiven Elektrode bewegen und die Löcher sich zu einer negativen Elektrode bewegen. Da in dem intrinsischen oder undotierten, hydrogenisierten amorphen Silizium die Mobilität der Elektronen einige Male bis zu einige Zehnmale größer ist als diejenige der Löcher, sind die Elektronen bei der elektrischen Leitfähigkeit dominant.
- Daher werden in dem Zustand, in dem ein Lösch-Licht in der Form des Lese-Lichts eingestrahlt wird, wenn die transparente Elektrode, die zwischen dem transparenten Substrat und der fotoleitfähigen, hydrogenisierten amorphen Siliziumschicht in dem dielektrischen Spiegel gegenüberliegender Beziehung gebildet ist, auf eine positiven Spannung gehalten ist, die indizierten Elektronen zur Seite der positiven Spannung über die fotoleitfähige Schicht hinweg abgezogen, so daß deren Impedanz plötzlich gesenkt wird, um die ferroelektrischen Flüssigkristallmoleküle umzudrehen, um dadurch auf den dunklen oder gelöschten Zustand zu schalten. Wenn andererseits die transparente Elektrode auf einer negativen Spannung gehalten wird, dann sind die beweglichen Träger die Löcher, und die Löcher können aufgrund ihrer geringen Nobilität nicht effektiv bewegt werden, so daß die Impedanz der fotoleitfähigen Schicht im wesentlichen nie gesenkt wird. Daher schalten die ferroelektrischen Flüssigkristallmoleküle nicht in den anderen bistabilen Zustand, und daher kann kein Löschen bewirkt werden.
- Wenn ein Schreib-Licht auf eine Schreib-Seite des Lichtventils gestrahlt wird, welche der Lese-Seite entgegengesetzt ist, während die Elektrode auf der negativen Spannung ist, werden Paare von Elektronen und Löchern in einem Oberflächenbereich der fotoleitfähigen Schicht auf der Schreib-Seite induziert, so daß die elektronischen Ladungsträger in Richtung der Flüssigkristallschicht durch die fotoleitfähige Schicht hindurch bewegt werden, um lokal deren Impedanz in einem selektiv mit dem Schreib-Licht bestrahlten Bereich zu senken. Daher wird an die Flüssigkristallmoleküle eine ausreichende Spannung angelegt, um in einen hellen oder Schreib-Zustand umzuschalten, im Gegensatz zu dem dunklen oder Lösch-Zustand, wodurch ein Bild geschrieben wird.
- Daher kann gemäß dem vorangehend beschriebenen Betriebsverfahren, da der in dem auf Licht ansprechenden ferroelektrischen Flüssigkristallichtventil vorgesehene dielektrische Spiegel eine optische Transmissivität aufweist, die ausreicht, um zu ermöglichen, daß das Lese-Licht die fotoleitfähige, hydrogenisierte amorphe Siliziumschicht beeinflußt, dann, wenn die fotoleitfähige, hydrogenisierte, amorphe Siliziumschicht auf der positiven Spannung gehalten wird, das Bild auf dem Lichtventil durch Bestrahlen mit Lösch-Licht von der Lese-Seite her gelöscht werden, um das Lichtventil zurückzusetzen oder zu initialisieren. Andererseits kann, wenn die fotoleitfähige Schicht auf der negativen Spannung gehalten ist, ein holografisches Bild in dem Lichtventil durch Bestrahlen mit Schreib-Licht von der Schreib-Seite her geschrieben werden.
- Fig. 1 ist ein Basis-Strukturdiagramm der ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen holografischen Einrichtung;
- Fig. 2 ist eine Schnittansicht eines auf Licht ansprechenden Flüssigkristallichtventils, welches bei der erfindungsgemäßen holografischen Einrichtung verwendet wird;
- Fig. 3 ist ein Basis-Strukturdiagramm einer Modifikation der ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen holografischen Einrichtung, welche ein Mach- Zehnder Interferometer verwendet;
- Fig. 4 zeigt die Beziehung zwischen der Wellenzahl der holografischen Interferenz streifen und der Beugungseffizienz bei der erfindungsgemäßen und einer herkömmlichen holografischen Einrichtung;
- Fig. 5 ist ein schematisches Diagramm, welches die zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen optischen Verbindungseinrichtung zeigt;
- Fig. 6 ist eine Schnittansicht eines auf Licht ansprechenden Flüssigkristallichtventils, welches in der erfindungsgemäßen optischen Verbindungseinrichtung verwendet wird;
- Fig. 7 ist ein schematisches Diagramm, welches eine Modifikation der zweiten Ausführungsform zeigt, wobei die erfindungsgemäße optische Verbindungseinrichtung zur konvergierenden Verteilung von Licht verwendet wird;
- Fig. 8 ist ein schematisches Diagramm, welches eine weitere Modifikation der zweiten Ausführungsform zeigt, wobei die erfindungsgemäße optische Verbindungseinrichtung zur Mehrfachverbindung verwendet wird;
- Fig. 9 ist ein Graph, welcher die Beziehung zwischen der Verbindungseffizienz und dem Einfallswinkel des Eingangsstrahls bezüglich des Referenzstrahls bei der erfindungsgemäßen optischen Verbindungseinrichtung zeigt;
- Fig. 10 ist ein schematisches Diagramm, welches die dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen binären optischen Korrelators zeigt;
- Fig. 11 ist ein schematisches Diagramm, welches eine Modifikation der dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen binären optischen Korrelators zeigt, welcher ein Interferometer des Mach-Zehnder-Typs verwendet;
- Fig. 12 ist ein schematisches Diagramm, welches eine weitere Modifikation der dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen optischen Korrelators zeigt, welcher ein Interferometer des Michelson- Typs verwendet;
- Fig. 13 ist ein schematisches Diagramm, welches den herkömmlichen optischen Korrelator zeigt;
- Fig. 14 ist ein Diagramm, welches ein Beispiel eines Eingangsbildes und eines Code-Bildes zeigt;
- Fig. 15 ist ein Diagramm, welches ein Korrelations-Spitzen-Bild zeigt;
- Fig. 16 ist ein schematisches Diagramm, welches den gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren betriebenen holografischen, binären optischen Korrelator zeigt;
- Fig. 17 ist ein Diagramm, welches optische Ansprechcharakteristiken des auf Licht ansprechenden ferroelektrischen Flüssigkristallichtventils zeigt, das gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben wird;
- Fig. 18 ist ein schematisches Diagramm, welches eine holografische Einrichtung des Fourier-Transformationstyps zeigt, welche gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben wird;
- Fig. 19 ist ein schematisches Diagramm, welches die holografische Einrichtung zeigt, die mit dem erfindungsgemäßen Betriebsverfahren verwendet wird;
- Fig. 20 ist ein Graph, welcher die Beziehung zwischen der Spannungsimpulsbreite und der Spannungsamplitude zeigt, bei welcher die Korrelations-Spitzen- Intensität bei dem binären, optischen holografischen Korrelator, welcher gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben wird, maximal wird;
- Fig. 21 ist ein Graph, welcher die Beziehung zwischen der Impulsspannungsfrequenz und der Korrelations- Spitzen-Intensität in dem binären, optischen holografischen Korrelator, welcher gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben wird, zeigt;
- Fig. 22 ist eine Schnittansicht, welche eine Struktur des auf Licht ansprechenden ferroelektrischen Flüssigkristallichtventils zeigt, das bei holografischen Anwendungen verwendet wird und gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben wird; und
- Fig. 23 ist eine Explosionsansicht des räumlichen Flüssigkristallichtmodulators, welcher in verschiedenen Formen für die erfindungsgemäßen Einrichtungen verwendet wird.
- Nachfolgend werden Ausführungsformen der erfindungsgemäßen holografischen Betriebseinrichtung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Die Fig. 1 ist ein Basis-Strukturdiagramm einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen holografischen Einrichtung. In Fig. 1 kann eine Schreib- Laser-Quelle 1 einen Gaslaser, wie z.B. einen He-Ne-Laser, oder einen Festkörper-Laser, wie z.B. einen Halbleiter- Laser und einen YAG-Laser, umfassen. Von der Laser-Quelle 1 emittiertes kohärentes Licht wird durch einen ersten Strahlaufweiter 2 auf einen gewünschten Strahlpunkt aufgeweitet und wird dann durch einen Strahlteiler 2 in zwei Wege geteilt. Einer der beiden aufgeteilten Strahlen wird durch den ersten Spiegel 7 reflektiert und bestrahlt dann die Schreib-Seite eines auf Licht ansprechenden Flüssigkristallichtventils 6 als Referenzlicht. Der andere aufgeteilte Strahl geht dann durch Mittel 4 zum Eingeben einer Bildinformation und wird dann durch eine Fourier-Transformationslinse 5 Fourier-transformiert, um danach als Signallicht 11 die Schreib-Seite des Flüssigkristallichtventils 6 zu bestrahlen. Daher interferieren das Referenzlicht 12 und das Signallicht 11 miteinander auf der Schreib-Seite des Lichtventils 6, um dadurch ein Intensitätsmuster von Interferenzstreifen zu bilden, welche an dem auf Licht ansprechenden Flüssigkristallichtventil 6 als Hologramminterferenzstreifen aufgezeichnet werden.
- Die Mittel 4 zum Eingeben einer Bildinformation können ein in Fig. 1 gezeigtes auf Licht ansprechendes Flüssigkristallichtventil 6 umfassen, einen Flüssigkristallbildschirm, eine elektrochemische Anzeigevorrichtung, eine magnetooptische Anzeigevorrichtung, wie z.B. eine Faraday-Zelle, sowie andere statische Vorrichtungen, wie z.B. eine fotografische Trockenplatte.
- In Fig. 1 wird, bevor das Referenzlicht 12 und das Signallicht 11 miteinander zum Aufzeichnen des Hologramms auf dem Lichtventil 6 miteinander interferieren, an das Lichtventil 6 eine Spannung angelegt, welche größer ist als die obere Schwellenspannung in dem dunklen Zustand oder größer ist als die untere Schwellenspannung in dem hellen Zustand, um das Lichtventil gleichmäßig zu löschen oder zurückzusetzen. Dabei wird, wenn die Spannung, die größer ist als die untere Schwellenspannung, angelegt wird, um ein Löschen zu verursachen, gleichzeitig das Referenzlicht 12 gleichförmig auf die Schreib-Seite des Lichtventils gestrahlt, während die Mittel 4 zum Eingeben einer Bildinformation blockiert oder geschlossen sind.
- Dann emittiert eine zweite Laserquelle 8 ein kohärentes Licht, welches durch einen Strahlaufweiter 9 auf einen gewünschten Strahldurchmesser aufgeweitet wird und danach durch einen Spiegel 10 reflektiert wird, um Lese-Licht 13 in der zum Referenzlicht 12 axial entgegengesetzten Richtung zu bilden, um eine Lese-Seite des Lichtventils 6 zu beleuchten. Durch einen derartigen Vorgang kann das an dem auf Licht ansprechenden Lichtventil aufgezeichnete Hologramm in der Form eines Rekonstruktionslichts 14 gelesen werden, wie in Fig. 1 gezeigt. Wenn eine Größe des durch das Signallicht 11 gebildeten Fourier-Transformationsbildes nicht geeignet wäre, würde eine zusätzliche Linse, welche eine geeignete Brennweite aufweist, hinter der hinteren Fokusebene der Fourier-Transformationslinse angeordnet werden, um das Fourier-Transformationsbild auf eine gewünschte Größe zu vergrößern, um die Schreib-Seite des Flüssigkristallichtventils zu bestrahlen. Die Mittel 4 zum Eingeben einer Bildinformation und das Flüssigkristallichtventil 6 sind in der vorderen bzw. der hinteren Fokusebene der Fourier-Transformationslinse 5 angeordnet.
- Nachfolgend wird eine Beschreibung des auf Licht ansprechenden Flüssigkristallichtventils gegeben. Die Fig. 2 ist eine Schnittansicht des auf Licht ansprechenden Flüssigkristallichtventils, welches bei der erfindungsgemäßen holografischen Einrichtung verwendet wird.
- Im Gegensatz zu dem Aufbau des herkömmlichen Flüssigkristallichtventils umfaßt die Flüssigkristallschicht einen ferroelektrischen Flüssigkristall mit einer Bistabilität der optischen Transmissivität oder Reflexivität in Antwort auf eine angelegte Spannung. Die Flüssigkristallschicht ist sandwichartig zwischen einem Paar von transparenten Substraten 15a und 15b angeordnet, welche aus Glas oder Kunststoff gebildet sind. Die Substrate 15a und 15b weisen darauf jeweilige transparente Elektrodenschichten 16a und 16b sowie jeweilige Ausrichtungsschichten 17a und 17b auf, welche durch Schrägverdampfung von Siliziummonoxid bei einem Einfallswinkel von 75º - 85º bezüglich der Normalen der transparenten Substrate gebildet werden. Das Paar transparenter Substrate 15a und 15b ist miteinander mit einem Zwischenraum dazwischen gekoppelt, welcher durch ein Abstandselement 23 gesteuert wird, so daß die Ausrichtungsschichten 17a und 17b einander gegenüberliegen, um zwischen sich die ferroelektrische Flüssigkristallschicht 18 aufzunehmen. Ferner sind eine fotoleitfähige Schicht 19, eine optische Abschirmungsschicht 20 und ein dielektrischer Spiegel 21 der Reihe nach auf der transparenten Elektrodenschicht 16a der optischen Schreib-Seite zwischen der Elektrode 16a und der Ausrichtungsschicht 17a angeordnet. Antireflexionsbeschichtungen 22a und 22b sind auf jeweiligen Außenseiten des transparenten Substrats 15a auf der Schreib-Seite und des transparenten Substrats 15b auf der Lese-Seite gebildet.
- Die ferroelektrische Flüssigkristallschicht 18 enthält eine ferroelektrische Flüssigkristallzusammensetzung, bestehend aus einer Ester-Typ SmC-Flüssigkristallmixtur, zu welcher eine optisch aktive Substanz hinzugefügt ist. Die Ester-Typ SmC-Flüssigkristallmixtur umfaßt zu einem Teil 4-((4'- Octyl)phenyl) benzoesäure (3''-fluoro, 4''-octyloxy)phenylester und zum anderen Teil 4-((4'Octyloxy)phenyl) benzoesäure (3''-fluoro, 4''-Octyloxy)phenylester. Zu dieser Mixtur werden 25 Gew.% einer optisch aktiven Substanz aus 5-octyloxynaphtalencarbonsäure, 1'-cyanoethylester hinzugefügt, um die ferroelektrische Flüssigkristallzusammensetzung zu bilden.
- Ferner umfaßt die fotoleitfähige Schicht 19 hydrogenisiertes amorphes Silizium (a - Si : H), welches bei Verarbeitungstemperaturen des auf Licht ansprechenden Flüssigkristallichtventils bis zu 200ºC thermisch stabil ist, welches unter dunklen Zuständen einen hohen spezifischen Widerstand aufweist und welches unter dem hellen Zustand eine hohe Fotoleitfähigkeit aufweist.
- Während an die transparenten Elektrodenschichten 16a und 16b eine Gleichspannungs-Biasspannung mit entgegengesetzter Polarität angelegt wird, welcher optionell eine Wechselspannung von 100 Hz - 50 kHz überlagert wird und welche geringer ist als die obere Schwellenspannung, welche für den dunklen Zustand der fotoleitfähigen Schicht bestimmt wird, und höher ist als die untere Schwellenspannung, welche für den hellen Zustand der fotoleitfähigen Schicht bestimmt wird, werden das Referenzlicht 12 und das Signallicht 11 gleichzeitig zum Interferieren miteinander auf die Schreib-Seite des Flüssigkristallichtventils durch das transparente Substrat 15 hindurch gestrahlt, um dadurch das Hologramm aus Interferenzstreifen zu bilden.
- Dann erzeugt die fotoleitfähige Schicht 19 Ladungsträger in sich entsprechenden hellen Bändern der Interferenz streifen, so daß die erzeugten Ladungsträger durch die Gleichspannungs-Biasspannung in der Richtung des elektrischen Felds driften, um dadurch lokal die Schwellenspannung zu senken. Daher wird die Biasspannung mit entgegengesetzter Polarität, welche niedriger ist als die Schwellenspannung, an die ferroelektrische Flüssigkristallschicht entsprechend den hellen Bändern der Interferenzstreifen angelegt, um eine selektive Inversion der spontanen Dipole der ferroelektrischen Flüssigkristallmoleküle zu induzieren, um dadurch wahlweise von dem einen bistabilen Zustand zu dem anderen bistabilen Zustand umzuschalten, um das Hologramm aufzuzeichnen. Ein derartig aufgezeichnetes Hologramm kann von dem auf Licht ansprechenden Flüssigkristallichtventil durch Lese-Licht ausgelesen werden, welches die gleiche Wellenfront in der entgegengesetzten Richtung wie das Referenzlicht aufweist, um das Eingangsbild zu rekonstruieren. Das Lese-Licht, welches von einem Bereich reflektiert worden ist, in dem die hellen Bänder der holografischen Interferenzringe aufgezeichnet sind, wird bezüglich seiner Polarisationsebene um 90º gedreht, während das verbleibende Lese- Licht ohne einer Drehung der Polarisationsebene von den anderen Bereichen, wo die dunklen holografischen Interferenzstreifen aufgezeichnet sind, reflektiert wird. Dementsprechend kann das Bild sowohl aus der Wellenfront, welche die um 90º gedrehte Polarisationsebene aufweist und die hellen Interferenzbänder wiedergibt, als auch aus der anderen Wellenfront rekonstruiert werden, welche die nicht gedrehte Polarisationsebene aufweist und die dunklen Interferenzbänder oder die negativen holografischen Interferenzstreifen wiedergibt. Daher kann das Hologrammbild ohne optische Absorption durch Bestrahlen der Lese-Seite des Flüssigkristallichtventils durch das Lese-Licht rekonstruiert werden.
- Alternativ ist das Lese-Licht ein linear polarisiertes Licht mit einer Polarisationsebene parallel zu (oder orthogonal zu) der vorgegebenen Ausrichtungsrichtung der Flüssigkristallmoleküle. Dieses Lese-Licht wird durch die optische Reflexionsschicht reflektiert und geht durch einen Polarisator mit einer orthogonal zu (oder parallel zu) der Polarisationsrichtung des reflektierten Lese-Lichts angeordneten Polarisationsachse, um dadurch die Hologramminterferenzringe in der Form einer Lichtintensitätsinformation auszulesen, um das Bild aus dem Hologramm zu rekonstruieren. In dem Fall, in dem die Hologramminterferenzstreifen in der Form einer optischen Intentsitätsinformation ausgelesen werden, kann jedoch nur ein Teil des Lese-Lichts von dem Bereich, in dem die Hologramminterferenzstreifen aufgezeichnet sind (oder dem Bereich, in dem sie nicht aufgezeichnet sind), verwendet werden, wodurch die Hologramm- Rekonstruktionseffizienz gesenkt wird.
- Nachfolgend wird eine Beschreibung einer Rekonstruktion aus dem Hologramm unter Verwendung eines Mach-Zehnder Interferometers gegeben. Die Fig. 3 ist ein Basis-Strukturdiagramm, welches die erfindungsgemäße holografische Einrichtung zeigt, die ein Mach-Zehnder-Interferometer verwendet. In Fig. 3 wird von einer Laser-Quelle 26 emittiertes kohärentes Licht durch einen Strahlaufweiter 27 auf einen gewünschten Strahldurchmesser aufgeweitet und wird danach durch den ersten Strahlteiler 28 in zwei optische Wege aufgeteilt. Einer der aufgeteilten kohärenten Lichtstrahlen wird durch den zweiten Strahlteiler 29 wieder aufgeteilt und geht dann durch den dritten Strahlteiler 24, um als Referenzlicht 40 eine Schreib-Seite eines auf Licht ansprechenden Flüssigkristallichtventils 35 zu bestrahlen.
- Andererseits geht der durch den ersten Strahlteiler aufgeteilte andere Teil des kohärenten Lichts durch Mittel zum Eingeben einer Bildinformation in der Form eines Flüssigkristallbildschirms 30, um kohärentes Licht zu bilden, welches die Bildinformation enthält, und dieses in eine Fourier-Transformationslinse 31 einzugeben. Das kohärente Licht wird dann durch die Fourier-Transformationslinse 31 Fourier-transformiert und wird durch den ersten Spiegel 32 reflektiert. Der Flüssigkristallbildschirm 30 ist in einer vorderen Fokusebene der Fourier-Transformationslinse 31 angeordnet, und das Fourier-Bild der durch den Flüssigkristallbildschirm 30 eingegebenen Bildinformation wird an einer hinteren Fokusebene der Fourier-Transformationslinse 31 gebildet. Das Fourier-Bild wird durch eine Abbildungslinse 33 in Signallicht umgewandelt, um durch den dritten Strahlteiler 34 die Schreib-Seite des auf Licht ansprechenden Flüssigkristallichtventils 35 zu bestrahlen, um ein vergrößertes Bild zu erzeugen. In dieser Stufe ist der Winkel zwischen dem Signallicht 39 und dem Referenzlicht 40 durch Verschieben des ersten Spiegels 32 parallel zur Richtung der Fourier-Transformationslinse 31 und durch Ändern des Einfallswinkels des kohärenten Lichts von der Fourier-Transformationslinse 31 eingestellt. Zu dieser Zeit wird, wie mit Bezug auf die Fig. 1 beschrieben, das auf Licht ansprechende Flüssigkristallichtventil 25 anfangs in dem gelöschten Zustand gehalten. Danach wird an das Lichtventil eine Gleichspannungs-Biasspannung angelegt, welcher optionell eine Wechselspannung mit 100 Hz bis 50 kHz überlagert ist und welche einen Spannungspegel aufweist, welcher geringer ist als die obere Schwellenspannung für den dunklen Zustand und höher ist als die untere Schwellenspannung für den hellen Zustand. In diesem Zustand bestrahlen das Referenzlicht 40 und das Signallicht 39 gleichzeitig die Schreib-Seite des Flüssigkristallichtventils 35, um darauf das Hologramm zu bilden, welches die durch den Flüssigkristallbildschirm 30 eingegebene Bildinformation enthält. Somit wird das Hologramm gespeichert.
- Ferner erreicht der andere Teil des durch den zweiten Strahlteiler 29 aufgeteilten kohärenten Lichts einen optischen Verschluß 36. Wenn der Verschluß 36 offen ist, dann geht das kohärente Licht durch den Verschluß 36 und wird dann durch den zweiten Spiegel 37 reflektiert. Danach wird das reflektierte kohärente Licht durch den vierten Strahlteiler 38 reflektiert, um ein Lese-Licht 41 zu bilden, welches eine optische Achse aufweist, die mit der derjenigen des Referenzlichts ausgerichtet ist, um eine Lese-Seite des auf Licht ansprechenden Flüssigkristallichtventils 35 zu bestrahlen. Das Lese-Licht 41, welches auf das Lichtventil 35 auftrifft, wird durch das auf dem Lichtventil aufgezeichnete holografische Interferenzmuster gebeugt, um ein Rekonstruktionslicht 42 zu bilden, welches zum Reproduzieren der Eingangsbildinformation dient.
- Nachfolgend wird eine Beschreibung des Aufzeichen- und Rekonstruktions-Merkmals des holografischen Bilds in der erfindungsgemäßen holografischen Einrichtung gegeben. Die Fig. 4 ist ein Graph, welcher die Beziehung zwischen einer Wellenzahl der holografischen Interferenzstreifen und einer Beugungseffizienz bei der erfindungsgemäßen und bei einer herkömmlichen holografischen Einrichtung zeigt. In Fig. 4 bezeichnet die horizontale Achse die Wellenzahl der holografischen Interferenzstreifen, wenn ein Signallicht mit einer kohärenten ebenen Wellenfront dazu verwendet wird, das Hologramm auf dem auf Licht ansprechenden Flüssigkristallichtventil aufzuzeichnen, und die vertikale Achse bezeichnet die Beugungseffizienz, welche durch einen Relativwert bezüglich der maximalen Beugungseffizienz wiedergegeben ist, die durch die herkömmliche holografische Einrichtung unter Verwendung eines herkömmlichen auf Licht ansprechenden Flüssigkristallichtventils erhalten wird. Wie man aus der Figur erkennen kann, weist die erfindungsgemäße holografische Einrichtung eine verbesserte Beugungseffizienz im Bereich unter 300 (1/mm) der Wellenzahl der holografischen Interferenzstreifen auf, im Vergleich mit der Einrichtung, welche das herkömmliche auf Licht ansprechende Flüssigkristallichtventil verwendet. Die Beugungseffizienz ist jedoch oberhalb von 300 (1/mm) der Wellenzahl der holografischen Interferenzringe bei der erfindungsgemäßen Einrichtung abrupt verringert, was durch Schwingungen etc. hervorgerufen werden kann.
- Wie vorangehend beschrieben, ist es wünschenswert, die erfindungsgemäße holografische Einrichtung unter 300-400 (1/mm) der Wellenzahl der holografischen Interferenzstreifen zu betreiben, und daher wird ein Winkel zwischen dem Referenzlicht und dem Signallicht in den Ausführungsformen der Fig. 1 und 3 auf einen kleinen Wert unter 6º-7º gesetzt. Daher kann das Mach-Zehnder Interferometer eine Verlängerung des optischen Wegs vermeiden, was ansonsten erforderlich wäre, um den Winkel zwischen dem Referenzlicht und dem Signallicht zu verringern, wodurch ein Vergrößern der Gesamtabmessungen der Einrichtung vermieden wird, um dadurch die Anbringung von Mitteln zum Eingeben einer Bildinformation, eines optischen Fourier-Transformationssystems oder eines optischen Bilderzeugungssystem in dem optischen Interferenzsystem zu vereinfachen.
- Ferner kann bei der erfindungsgemäßen holografischen Einrichtung das auf Licht ansprechende Flüssigkristallichtventil ein schnelles Aufzeichnen des Hologramms unter 100 usec/Rahmen durch Verwendung einer Laserlichtquelle bewirken, welche aus einem 20 mW He-Ne-Laser zur Hologrammaufzeichnung besteht. Ferner kann die die Hologrammrekonstruktion umfassende Gesamtverarbeitung schnell im Bereich von weniger als 1 msec durchgeführt werden. Dies bedeutet, daß das Aufzeichnen und Rekonstruieren des Hologramms mit einer herkömmlichen Videorate betrieben werden kann, was zum Erhalten einer Bildverarbeitung in Echtzeit dient. Ferner kann die in Fig. 3 gezeigte erfindungsgemäße holografische Einrichtung zum Rekonstruieren eines Bilds aus einem Hologramm mit einem beträchtlich hohen Kontrastverhältnis von 1 : 50 bis 1 : 200 betrieben werden.
- Wie vorangehend beschrieben, ist die Erfindung auf eine holografische Einrichtung gerichtet, welche ein Interferometer zum gleichzeitigen Einstrahlen eines Referenzlichts, welches aus einer sphärischen oder einer ebenen Welle besteht, und eines Signallichts, welches eine Bildinformation enthält, auf ein Bildaufzeichnungsmedium aufweist, so daß sie miteinander interferieren, um ein Hologramm aufzuzeichnen, sowie Mittel zum Bestrahlen des Hologramms durch das Lese-Licht in der entgegengesetzten Richtung zu dem Referenzlicht, um dadurch die Bildinformation zu rekonstruieren. Das Bildaufzeichnungsmedium umfaßt eine fotoleitfähige Schicht, eine optisch reflektierende Schicht, ein Paar von Flüssigkristallausrichtungsschichten, eine ferroelektrische Flüssigkristallschicht, welche bistabile Speichercharakteristiken in ihren optischen Reflexionseigenschaften und eine angelegte Spannung aufweist, Mittel zum Anlegen der Spannung und ein Paar von transparenten Substraten. Insbesondere ist das Interferometer von dem Mach-Zehnder-Typ, welcher einen optischen Verschluß umfaßt, der dessen Signallichtmittel zum Eingeben einer Bildinformation bildet, sowie ein optisches Bilderzeugungssystem zum optionellen optischen Fourier-Transformieren der Eingangsbildinformation und dann zum Vergrößern dergleichen, um das Bild auf einer optischen Schreib-Seite des auf Licht ansprechenden Flüssigkristallichtventils aufzuzeichnen. Durch einen derartigen Aufbau kann eine extrem kleine holografische Einrichtung erhalten werden, um das Hologramm in Echtzeit aufzuzeichnen und auszulesen, wodurch ein beträchtlicher Vorteil bei der optischen Informationsverarbeitungstechnologie und der Anzeigetechnologie erreicht wird. Insbesondere ist die Erfindung bei der optischen Mustererkennungstechnologie vorteilhaft, welche bei einem optischen Korrelator verwendet wird, der ein holografisches Gitter des Vander-Lugt-Typs verwendet.
- Die Fig. 5 ist ein schematisches Diagramm, welches die zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen optischen Verbindungseinrichtung zeigt, die drei optische Systeme zur Erzeugung von Eingangsstrahlen aufweist. In Fig. 5 wird ein durch eine Laserquelle 101 emittierter Laserstrahl durch einen Strahlaufweiter 102 auf einen vorgegebenen Durchmesser aufgeweitet und tritt dann in einen ersten halbdurchlässigen Spiegel 103 ein, welcher zum Aufteilen desselben in einen Signaleingangsstrahl und einen Referenzstrahl dient. Wenn ein auf Licht ansprechendes Flüssigkristallichtventil 111 einen relativ kleinen Hologrammbildungsbereich erfordert, dann kann der Strahlaufweiter 102 entfernt werden. Einer der aufgeteilten Strahlen von dem ersten halbdurchlässigen Spiegel 103 wird durch den ersten Spiegel 106 reflektiert und bestrahlt dann eine Schreib- Seite des auf Licht ansprechenden Flüssigkristallichtventils 111 in der Form des Referenzstrahls 112. Der andere von dem halbdurchlässigen Spiegel 103 aufgeteilte Strahl wird durch den zweiten halbdurchlässigen Spiegel 104, den dritten halbdurchlässigen Spiegel 105 und den zweiten Spiegel 107 nacheinander aufgeteilt und reflektiert, um dadurch nacheinander in den ersten optischen Verschluß 108, den zweiten optischen Verschluß 109 und den dritten optischen Verschluß 110 einzutreten. In dieser Stufe geht, wenn der erste optische Verschluß 108 offengehalten ist und die anderen Verschlüsse 109 und 110 geschlossen sind, das Laserlicht nur durch den ersten Verschluß 108, um die Schreib-Seite des Lichtventils 111 in Form des ersten Eingangsstrahls 113 zu bestrahlen, auf welcher Seite der erste Eingangsstrahl 113 mit dem Referenzstrahl 112 interferiert, um an dem Lichtventil 111 ein Hologramm zu bilden.
- In diesem Zustand bestrahlt ein Quellenstrahl 116 eine Lese-Seite des Lichtventils 111 in der entgegengesetzten Richtung zu dem Referenzstrahl 112 derart, daß der Quellenstrahl 116 durch das Hologramm gebeugt wird, um den ersten Ausgangsstrahl 117 in der gleichen Richtung wie diejenige des ersten Eingangsstrahls 113 zu erzeugen.
- In einer entsprechenden Art und Weise interferieren, wenn der zweite Verschluß 109 offengehalten ist und die anderen Verschlüsse 108 und 112 geschlossen sind, der Referenzstrahl 112 und der zweite Eingangsstrahl 114 miteinander, um ein weiteres Hologramm auf dem Lichtventil 111 zu bilden. Das gemeinsame Quellenlicht 116 wird durch dieses Hologramm gebeugt, um den zweiten Ausgangsstrahl 116 in der gleichen Richtung wie diejenige des zweiten Eingangsstrahls 114 zu erzeugen. Wenn der dritte Verschluß 110 offengehalten ist und die anderen Verschlüsse 108 und 109 geschlossen sind, dann interferieren der Referenzstrahl 112 und der dritte Eingangsstrahl 115 miteinander, um ein weiteres Hologramm auf dem Lichtventil 111 zu bilden. Das Quellenlicht 116 wird durch dieses Hologramm gebeugt, um den dritten Ausgangsstrahl 119 in der gleichen Richtung wie diejenige des dritten Eingangsstrahls 115 zu erzeugen. Durch eine derartige Steuerung der Transmission des ersten Verschlusses 108, des zweiten Verschlusses 109 und des dritten Verschlusses 110 kann der Lichtweg momentan ausgewählt werden, um die selektive optische Verbindung zu erreichen. Der erste halbdurchlässige Spiegel 103, der zweite halbdurchlässige Spiegel 104, der dritte halbdurchlässige Spiegel 105, der zweite Spiegel 107, der erste Verschluß 108, der zweite Verschluß 109 und der dritte Verschluß 110 bilden das optische System, welches Eingangslicht zum Erzeugen von mehr als einem Eingangsstrahl erzeugt.
- Die Laserquelle 101 umfaßt einen Helium-Neonlaser. Ansonsten kann diese einen Argonionenlaser oder einen Halbleiterlaser umfassen. Der erste Verschluß 108, der zweite Verschluß 109 und der dritte Verschluß 110 umfassen mechanische Verschlüsse. Ansonsten können diese optische Verschlüsse umfassen, welche einen ferroelektrischen Flüssigkristall verwenden. Ferner ist jedes optische System derart eingerichtet, daß die maximale optische Wegdifferenz zwischen dem Referenzstrahlweg und dem jeweiligen von erstem Eingangsstrahlweg, zweitem Eingangsstrahlweg und drittem Eingangsstrahlweg auf weniger als die Kohärenzlänge der Laserquelle 101 gesetzt ist.
- Da das Hologramm minimale Interferenzstreifen von 2-4 um aufweist, welche auf dem bei der erfindungsgemäßen optischen Verbindungseinrichtung verwendeten auf Licht ansprechenden Flüssigkristallichtventil 111 aufzeichenbar sind, ist der Einfallswinkel zwischen dem Eingangsstrahl und dem Referenzstrahl auf höchstens 9º gesetzt. Ferner ist das Intensitätsverhältnis zwischen dem Referenzstrahl und jedem Eingangsstrahl auf 1:1 gesetzt, um die Verbindungseffizienz zu verbessern.
- Nachfolgend wird eine Beschreibung des auf Licht ansprechenden Flüssigkristallichtventils gegeben, welches als das Hologrammaufzeichnungsmedium der erfindungsgemäßen optischen Verbindungseinrichtung verwendet wird. Die Fig. 6 ist eine Schnittansicht des auf Licht ansprechenden Flüssigkristallichtventils, welches bei der erfindungsgemäßen optischen Verbindungseinrichtung verwendet wird.
- Im Gegensatz zum Aufbau des herkömmlichen Flüssigkristallichtventils umfaßt die Flüssigkristallschicht einen ferroelektrischen Flüssigkristall mit einer Bistabilität in seiner optischen Transmissivität oder Reflexivität in Antwort auf eine angelegte Spannung. Die Flüssigkristallschicht ist sandwichartig zwischen einem Paar von transparenten Substraten 120a und 120b angeordnet, welche aus Glas oder Kunststoff bestehen. Die Substrate 120a und 120b weisen darauf jeweilige transparente Elektrodenschichten 121a und 121b sowie jeweilige Ausrichtungsschichten 122a und 122b auf, welche durch Schrägverdampfung von Siliziummonoxid bei einem Einfallswinkel von 75º bis 85º bezüglich der Normalen des transparenten Substrats gebildet werden. Das Paar von transparenten Substraten 120a und 120b ist miteinander mit einem Zwischenraum gekoppelt, welcher durch ein Abstandselement 128 gesteuert ist, so daß die Ausrichtungsschichten 122a und 122b einander gegenüberliegen, um dazwischen die ferroelektrische Flüssigkristallschicht 123 sandwichartig aufzunehmen.
- Ferner sind eine fotoleitfähige Schicht 124, eine optische Abschirmungsschicht 125 und ein dielektrischer Spiegel 126 der Reihe nach auf der transparenten Elektrodenschicht 121a auf der optischen Schreib-Seite zwischen der Elektrode 121a und der Ausrichtungsschicht 122a angeordnet. Antireflexionsbeschichtungen 127a und 127b sind an jeweiligen Außenseiten des transparenten Substrats 120a auf der Schreibseite und des transparenten Substrats 120b auf der Lese- Seite gebildet.
- Während an die transparenten Elektrodenschichten 121a und 121b eine Gleichspannungs-Biasspannung entgegengesetzter Polarität angelegt wird, welcher optionell eine Wechselspannung mit 100 Hz-50 kHz überlagert ist, und welche geringer ist als die obere Schwellenspannung, welche für den dunklen Zustand bestimmt ist, und höher ist als die untere Schwellenspannung, welche für den hellen Zustand bestimmt ist, bestrahlen das Referenzlicht 112 und eines von erstem, zweitem und drittem Signallicht 113, 114, 115 gleichzeitig, um miteinander auf der Schreib-Seite des Flüssigkristallichtventils zu interferieren, um dadurch die holografischen Interferenz streifen des Hologramms zu bilden.
- Dann erzeugt die fotoleitfähige Schicht 124 Ladungsträger in sich entsprechend den hellen Bändern der Interferenzstreifen, so daß die erzeugten Ladungsträger durch die Gleichspannungs-Biasspannung in der Richtung des elektrischen Felds driften, um dadurch lokal die Schwellenspannung zu senken. Daher wird die Biasspannung mit der entgegengesetzten Polarität, welche höher ist als die untere Schwellenspannung an die ferroelektrische Flüssigkristallschicht entsprechend den hellen Bändern der Interferenzstreifen angelegt, um eine selektive Inversion der spontanen Dipole der ferroelektrischen Flüssigkristallmoleküle zu induzieren, um dadurch selektiv von einem bistabilen Zustand zu dem anderen bistabilen Zustand umzuschalten und das Hologramm aufzuzeichnen. Ein derartig aufgezeichnetes Hologramm kann von dem auf Licht ansprechenden Flüssigkristallichtventil durch ein Quellenlicht ausgelesen werden, welches die gleiche Wellenfront wie das Referenzlicht in der entgegengesetzten Richtung aufweist, um das Signallicht zu rekonstruieren.
- Insbesondere wird das von einem Bereich, wo die hellen Bänder der holografischen Interferenzstreifen aufgezeichnet sind, reflektierte Quellenlicht, bezüglich seiner Polarisationsebene um 90º gedreht, während das verbleibende Quellenlicht ohne Drehung der Polarisationsebene von den anderen Bereichen reflektiert wird, wo die dunklen Bänder der holografischen Interferenzstreifen aufgezeichnet sind. Daher kann das Signallicht sowohl aus der Wellenfront mit der um 90º gedrehten Polarisationsebene rekonstruiert werden, welche die hellen Interferenzbänder wiedergibt, als auch aus der anderen Wellenfront, welche die nicht gedrehte Polarisationsebene aufweist und welche die dunklen Interferenzbänder oder die negativen holografischen Interferenzstreifen wiedergibt. Daher kann das Signallicht aus dem Hologramm ohne optische Absorption des Lese-Lichts auf der Lese-Seite des Flüssigkristallichtventils rekonstruiert werden.
- Alternativ ist das Lese-Licht eine linear polarisierte Lichtquelle mit einer Polarisationsebene parallel zu (oder orthogonal zu) der vorgegebenen Ausrichtungs-Richtung der Flüssigkristallmoleküle. Dieses Quellenlicht wird durch die optische Reflexionsschicht reflektiert und geht durch einen Polarisator, welcher eine orthogonal zu (oder parallel zu) der Polarisationsrichtung des reflektierten Leselichts angeordnete Polarisationsachse aufweist, um dadurch die Hologramminterferenzstreifen in der Form einer Lichtintensitätsinformation auszulesen, um das Eingangssignallicht aus dem Hologramm zu rekonstruieren. In dem Fall, in dem die Hologramminterferenzstreifen in der Form einer optischen Intensitätsinformation ausgelesen werden, kann jedoch nur ein Teil des Quellenlichts von dem Bereich, in dem die Hologramminterferenzstreifen aufgezeichnet sind (oder dem Bereich, wo sie nicht aufgezeichnet sind) verwendet werden, wodurch eine Verringerung der optischen Verbindungs- oder Reproduktionseffizienz verursacht wird.
- Nachfolgend wird eine Beschreibung für das Verfahren zur Herstellung des auf Licht ansprechenden Flüssigkristallichtventils, welches in Fig. 6 gezeigt ist, gegeben. Transparente Glassubstrate werden für die transparenten Substrate 120a und 120b vorgesehen, und darauf werden dann transparente Elektrodenschichten 121a und 121b in der Form von transparenten ITO-Elektrodenfilmen gebildet. Dann wird Gas, dessen Zusammensetzung im wesentlichen SiF&sub4; ist, einer Entladungszersetzung über der transparenten Elektrodenschicht 121a auf der Schreibseite unterzogen, um intrinsisches, hydrogenisiertes amorphes Silizium (a-Si:H) mit einer Dicke von 3 um zu bilden, um die fotoleitfähige Schicht 124 zu bilden.
- Eine Abschirmungsschicht 125 ist auf der fotoleitfähigen Schicht 124 vorgesehen, und Si oder Si-Ge und SiO&sub2; werden alternierend aufeinander geschichtet, um einen dielektrischen Spiegel 126 zu bilden. Die Abschirmungsschicht 125 kann weggelassen werden, wenn das Reflexionsvermögen des dielektrischen Spiegels 126 für sichtbares Licht groß ist und ausreicht, um eine Einwirkung des Lese-Lichts auf die fotoleitfähige Schicht 124 im wesentlichen abzublocken. Dann werden die Substrate derart eingestellt, daß sie bezüglich einer Siliziummonoxid-(SiO)-Verdampfungsquelle um einen Winkel von 82º zwischen der Normalen der Substrate und der Verdampfungsrichtung gekippt sind. Während der Überwachung einer Wachstumsrate durch einen Quarzkristalloszillator-Filmdickenmesser, welcher normal zur Verdampfungsrichtung gegenüberliegt, werden die Flüssigkristallausrichtungsschichten 122a und 122b durch die Schräg-Verdampfung auf dem dielektrischen Spiegel 126 bzw. auf der transparenten Elektrodenschicht auf der Schreib-Seite mit einer Filmdicke von 2000 Å gebildet. Die transparenten Substrate 120a und 120b werden dann durch ein Abstandselement 128 gekoppelt, welches aus einer Klebstoff enthaltenden Glasfaser mit 1,5 um Durchmesser besteht, um einen Zwischenraum zwischen diesen zu steuern, so daß die Ausrichtungsschichten 122a und 122b zueinander weisen. Eine ferroelektrische Flüssigkristallschicht 123 wird sandwichartig zwischen den Ausrichtungsschichten angeordnet.
- Die ferroelektrische Flüssigkristallschicht enthält eine ferroelektrische Flüssigkristallzusammensetzung, bestehend aus einer Ester-Typ-SmC-Flüssigkristallmixtur, zu welcher eine optisch aktive Substanz hinzugefügt wird. Die Ester- Typ SmC-Flüssigkristallmixtur umfaßt zu einem Teil 4-((4'- Octyl)phenyl) benzoesäure (3''-fluoro, 4''-Octyloxy)phenylester und zum anderen Teil 4-((4'Octyloxy)phenyl) benzoesäure (3''-fluoro 4''-octyloxy)phenylester. Zu dieser Mixtur werden 25 Gew.% einer optisch aktiven Substanz aus 5-Octyloxynaphtalencarbonsäure, 1'-cyanoethylester hinzugefügt, um die ferroelektrische Flüssigkristallzusammensetzung zu bilden.
- Ferner umfaßt die fotoleitfähige Schicht 119 hydrogenisiertes amorphes Silizium (a-Si:H), welches bei der Verarbeitungstemperatur des auf Licht ansprechenden Flüssigkristallichtventils bis zu 200ºC thermisch stabil ist, welches in einem dunklen Zustand einen hohen spezifischen Widerstand aufweist und welches in dem hellen Zustand eine hohe Fotoleitfähigkeit aufweist.
- Die Fig. 7 ist ein schematisches Diagramm, welches eine Modifikation zeigt, in welcher die erfindungsgemäße optische Verbindungseinrichtung zur Verbindung unter Verwendung von konvergierendem Licht angewandt wird. Die Verbindung, welche konvergierendes Licht verwendet, bedeutet, daß Verbindungslicht auf einen bestimmten Punkt gebündelt ist. Das Verbindungslicht konvergiert ohne Linsen. Die Ausführungsform der Fig. 7 verwendet nur einen einzigen Eingangsstrahl, und es ist ziemlich leicht, die Anzahl der Eingangsstrahlen zu erhöhen.
- In Fig. 7 wird ein durch eine Laserquelle 101 emittierter Laserstrahl durch einen Strahlaufweiter 102 auf einen vorgegebenen Durchmesser aufgeweitet und tritt dann in einen halbdurchlässigen Spiegel 131 ein, um in zwei Wege aufgeteilt zu werden. Einer der aufgeteilten Strahlen von dem halbdurchlässigen Spiegel 131 wird durch den ersten Spiegel 106 reflektiert und bestrahlt dann eine Schreib- Seite des auf Licht angesprechenden Flüssigkristallichtventils 111 in der Form des Referenzstrahls 112. Der andere aufgeteilte Strahl von dem ersten halbdurchlässigen Spiegel 131 tritt in einen optischen Verschluß 132 ein. In dieser Phase geht, wenn der erste Verschluß 132 offengehalten ist, das Laserlicht durch den Verschluß 132 hindurch und wird dann in einem Zerstreuungslinsensystem 133 zerstreut, um die Schreib-Seite des Lichtventils 111 in Form eines Eingangssignalstrahls 134 zu bestrahlen, auf welcher Seite der Eingangsstrahl 134 mit dem Referenzstrahl 112 interferiert, um auf dem Lichtventil 111 ein Hologramm zu bilden. In diesem Zustand bestrahlt ein Quellenstrahl 116 eine Schreib-Seite des Lichtventils 111 in der entgegengesetzten Richtung zu dem Referenzstrahl 112, so daß der Quellenstrahl 116 durch das Hologramm gebeugt wird, um einen Ausgangsstrahl 135 in der gleichen Richtung wie diejenige des Eingangsstrahls 134 zu erzeugen. Da der Eingangsstrahl divergierendes Licht ist, wird der Ausgangsstrahl 135 auf einen Punkt gebündelt, welcher dem ursprünglichen Zerstreuungspunkt des Eingangsstrahls 134 konjugiert ist.
- Bei der optischen Verbindungseinrichtung der Fig. 7 ist der Verschluß 132 in einem offenen Zustand gehalten, um auf dem auf Licht ansprechenden Flüssigkristallichtventil 111 ein Hologramm zu bilden. Dann wird der Verschluß 132 in den geschlossenen Zustand geschaltet, um das Hologramm für das optische Umschalten zu löschen. Die Schaltzeit beträgt ungefähr 500 usec. Diese Schaltzeit kann auf unter ungefähr 100 usec gesenkt werden, indem die Ausgangsleistung der Laserquelle 101 verstärkt wird und ein schneller magnetooptischer Verschluß als der Schaltverschluß 132 verwendet wird. Die Laserquelle 101 kann einen 20 mW Helium-Neon- Laser umfassen. Ferner kann ein optisches Bündelsystem anstelle des optischen Zerstreuungssystems 133 in der Ausführungsform der Fig. 7 verwendet werden, um einen divergierenden Ausgangsstrahl zu bilden.
- Die Fig. 8 ist ein schematisches Diagramm, welches eine weitere Modifikation zeigt, in welcher die erfindungsgemäße optische Verbindungseinrichtung bei der Mehrfachverbindung von Lichtstrahlen verwendet wird. Die Mehrfachverbindung bedeutet, daß Lichtstrahlen gleichzeitig in mehreren Richtungen verbunden werden, und dies ist eine sehr wichtige Technologie bei der optischen Verbindung, wie z.B. bei OEICS. Die Ausführungsform der Fig. 8 unterscheidet sich von der Ausführungsform der Fig. 5 darin, daß der erste Eingangsstrahl 113, der zweite Eingangsstrahl 114 und der dritte Eingangsstrahl 115 auf der Schreib-Seite des auf Licht ansprechenden Flüssigkristallichtventils einander nicht überlagert sind. Wenn wenigstens einer von ersten optischen Verschluß 108, zweiten optischen Verschluß 109 und dritten optischen Verschluß 110 in dem Transmissionszustand gehalten ist, wird ein Ausgangsstrahl in der gleichen Richtung wie diejenige des Eingangsstrahls, welcher durch den optischen Verschluß hindurchgegangen ist, erzeugt. D.h., die Anzahl an offenen optischen Verschlüssen bestimmt die Anzahl an Ausgangsstrahlwegen.
- Der Referenzstrahl 112 und jeder von ersten Eingangstrahl 113, zweiten Eingangsstrahl 114 und dritten Eingangsstrahl 115 werden einander überlagert, um auf der Schreib-Seite des Lichtventils 111 zu interferieren, und ein Einfallswinkel zwischen diesen ist auf unter 9º gesetzt. Das optische Intensitätsverhältnis zwischen den Referenzstrahl und jeden Eingangsstrahl ist auf ungefähr 1:1 gesetzt. Die maximale Differenz der optischen Weglänge zwischen diesen ist durch geeignetes Einrichten der jeweiligen optischen Systeme auf unter die kohärente Interferenzlänge der Laserguelle 101 gesetzt. Es wird bestätigt, daß eine Mehrfachverbindung mit einer Ausgangsanzahl von 25 mit einer optischen Verbindungseinrichtung erhalten werden kann, welche der Ausführungsforin der Fig. 8 entspricht, wodurch eine OEIC-Verbindung mit bis zu 25 I/O-Anschlüssen ermöglicht wird.
- Nachfolgend wird eine Beschreibung eines Spektrometers, welches die in Fig. 5 gezeigte optische Verbindungseinrichtung verwendet, gegeben. In Fig. 5 ist nur der erste Verschluß 108 in dem offenen Zustand gehalten, um mit dem ersten Eingangsstrahl 113 und dem Referenzstrahl 120 ein Hologramm zu bilden und dieses auf dem auf Licht ansprechenden Flüssigkristallichtventil 111 aufzuzeichnen. Danach bestrahlt das Quellenlicht 116 in der Form von weißem Licht das Hologramn derart, daß blaues Licht aus der Richtung des Eingangsstrahls 119 beobachtet werden kann. Dann wird das aufgezeichnete Hologramm von dem Lichtventil 111 gelöscht.
- Danach wird nur der optische Verschluß 109 in dem offenen Zustand gehalten, um ein weiteres Hologramm aufzuzeichnen, das durch den zweiten Eingangsstrahl 114 und den Referenzstrahl 112 auf dem Lichtventil 111 gebildet wird. Das weiße Licht bestrahlt dann das Hologranm, so daß grünes Licht aus der Richtung des Eingangsstrahls 119 beobachtet werden kann. Weiter wird das aufgezeichnete Hologramm wieder von dem Lichtventil 111 gelöscht. Danach wird ein weiteres Hologramm auf den Lichtventil 111 unter Verwendung des dritten Eingangsstrahls 115 und des Referenzstrahls 112 aufgezeichnet. Dann bestrahlt der Quellenstrahl 116 in der Form von weißem Licht das Hologramm, so daß rot-oranges Licht aus der Richtung des Ausgangsstrahls 119 in Fig. 5 beobachtet werden kann. Der Einfallswinkel ist auf ungefähr 5º, 4º bzw. 3,5º für den ersten Eingangsstrahl 113, den zweiten Eingangsstrahl 114 bzw. den dritten Eingangsstrahl 115 bezüglich des Referenzstrahls 112 gesetzt. Die Laserquelle 101 umfaßt einen Argonionenlaser, welcher einen 514- nm-Laserstrahl emittiert. Dementsprechend kann die erfindungsgenäße optische Verbindungseinrichtung als eine Spektronetereinrichtung verwendet werden. Die aufzeichenbare Wellenzahl der Hologramminterferenzstreifen ist jedoch auf dem auf Licht ansprechenden Flüssigkristallichtventil, welches in den erfindungsgemäßen Spektrometer verwendet wird, geringer als ungefähr 200 lp/mm. Diese Wellenzahl ist deutlich kleiner als diejenige des Beugungsgitters, welches in dem herkömmlichen Spektrometer verwendet wird, und daher ist die Wellenlängenauflösung des erfindungsgemäßen Separators schlechter als diejenige des herkömmlichen Spektrometers. Das erfindungsgemäße Spektrometer kann jedoch zur Anwendung bei der optischen Informationsverarbeitung vorteilhaft sein, welche keine hohe Genauigkeit sondern eine hohe Betriebsgeschwindigkeit erfordert.
- Schließlich wird eine Beschreibung der Verbindungseffizienz, d.h. des Ausgangs/Eingangs-Verhältnisses, der erfindungsgemäßen optischen Verbindungseinrichtung gegeben.
- Die Fig. 9 zeigt die Beziehung zwischen dem Einfallswinkel des Eingangsstrahls bezüglich des Referenzstrahls und der Verbindungseffizienz. Die Fig. 9 wurde unter Verwendung einer Schreib- oder Eingangslaserquelle, welche einen Argonionenlaser mit einer Wellenlänge von 514 nm umfaßt, und einer Lese- oder Ausgangslaserquelle, welche einen Heliun-Neon-Laser umfaßt, gemessen. Dabei weist das Quellenlicht eine Polarisationsebene auf, die orthogonal (oder parallel) zu den Wellenzahlvektor der Hologramminterferenzstreifen steht, welche auf dem auf Licht ansprechenden Flüssigkristallichtventil aufgezeichnet sind. Wenn die Polarisationsebene des Quellenlichts von 90º oder 180º bezüglich des Wellenzahlvektors abweicht, dann wird die Verbindungseffizienz gesenkt. Ferner kann durch Ändern der Laserstrahlintensität der Schreib-Laser-Quelle oder der Gleichspannungs-Biasspannung oder der Frequenz oder der Amplitude der Wechsel-Biasspannung, um die Schwellenspannung des Lichtventils während des Aufzeichnens des Hologramms zu variieren, das Tastverhältnis der hellen und dunklen Bänder der holografischen Interferenzstreifen justiert werden, um eine hohe Verbindungs- oder Beugungseffizienz zu erhalten.
- Wie in Fig. 9 gezeigt, sollte der Einfallswinkel zwischen den Eingangs- und Referenzstrahlen bei der erfindungsgemäßen optischen Verbindungseinrichtung auf weniger als ungefähr 9º beschränkt sein, wodurch ein Nachteil, wie z.B. ein Vergrößern des optischen Systems, bewirkt wird. Ein derartiger Nachteil kann durch Verwendung eines Mach-Zehnder- Interferometers zur Erzeugung von Eingangs- und Referenzstrahlen beseitigt werden oder durch Verwendung eines anderes Interferometers, welches ein Hologranm verwendet, das durch eine Silbersalzfotografie gebildet wird, oder eines Hologrammaufzeichnungsmediums, welches mit einem fotoempfindlichen Harz, wie z.B. einem fotoresistenten Material oder einer Dichromat-Gelatine beschichtet ist. Ferner kann die Winkelrichtung des Ausgangsstrahls in geeigneter Weise eingestellt werden durch Auswahl der Ordnung des durch das Hologramm, welches auf dem auf Licht ansprechenden Flüssigkristallichtventil aufgezeichnet ist, gebeugten Lichts.
- Nachfolgend werden Ausführungsformen des erfindungsgemäßen binären optischen Korrelators in Verbindung mit den Zeichnungen beschrieben. Die Fig. 10 ist ein schematisches Diagramm, welches die dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen binären, optischen Korrelators zeigt. Wie in Fig. 10 gezeigt, bilden eine Laserquelle 201, ein Strahlaufweiter 202, der erste Strahlteiler 203, der zweite Strahlteiler 204 und eine Code-Platte 205 zusammen Mittel zum Umwandeln von wenigstens einem Code- oder Referenzbild, umfassend ein gegebenes Objekt oder Anpassungsbild, in ein entsprechendes kohärentes Code-Bild. Die Laserquelle 201, der Strahlaufweiter 202, der erste Strahlteiler 203, der zweite Spiegel 209, der dritte Spiegel 210 und eine Eingangsplatte 211 bilden zusammen Mittel zum Umwandeln eines Eingangs- oder Signalbildes in ein entsprechendes kohärentes Eingangsbild. Die erste Fourier-Transformationslinse 206 und die zweite Fourier-Transformationslinse 212, welche separat voneinander angeordnet sind, bilden Mittel zur Fourier-Transformation des kohärenten Code-Bildes und des kohärenten Eingangsbildes unabhängig voneinander in ein entsprechendes Fourier-Code-Bild und ein Fourier-Eingangsbild.
- Der zweite Strahlteiler 204 und der erste Spiegel 208 bilden Mittel zum Ermöglichen, daß kohärentes Licht mit einer sphärischen Welle oder einer ebenen Welle mit dem Fourier-Code-Bild interferiert, um ein Fourier-Code-Hologramm zu bilden. Ein auf Licht ansprechender, binärer räumlicher Lichtnodulator 207 bildet Mittel zum Umwandeln und zum Binär-Machen des Fourier-Code-Hologramms zu einem binären Intensitätsverteilungsbild und zum Aufzeichnen oder Anzeigen desselben. Die zweite Fourier-Transformationslinse 212 und ein polarisierender Strahlteiler 213 bilden Mittel zum Lesen des binären Intensitätsverteilungsbildes, welches auf den binären räumlichen Lichtmodulator 207 aufgezeichnet ist, unter Verwendung des Fourier-Eingangsbildes. Die dritte Fourier-Transformationslinse 214 und ein Fotodetektor 215 bilden Mittel zur Fourier-Transformation des gelesenen Intensitätsverteilungsbildes in ein Korrelationsbild und zum Umwandeln des Korrelationsbildes in ein entsprechendes elektrisches Ausgangssignal. Der binäre räumliche Lichtmodulator 207 umfaßt ein auf Licht ansprechendes Flüssigkristallichtventil, bestehend aus einer fotoleitfähigen Schicht, einer optischen Reflexionsschicht, einen Paar von Flüssigkristallausrichtungsschichten, einer ferroelektrischen Flüssigkristallschicht mit bistabilen Speichercharakteristiken in ihrem Reflexionsvermögen und einer daran angelegten Spannung, Mitteln zum Anlegen der Spannung und einen Paar transparenter Substrate.
- Die Laserquelle 201 emittiert kohärentes Licht, welches durch den Strahlaufweiter 202 aufgeweitet wird und dann durch den ersten Strahlteiler 203 in zwei Strahlen aufgeteilt wird. Derjenige der beiden Strahlen, welcher durch den ersten Strahlteiler 203 hindurchgeht, wird durch den zweiten Strahlteiler 204 wiederum in zwei Strahlen aufgeteilt. Derjenige der Strahlen, welcher durch den zweiten Strahlteiler 204 hindurchgeht, beleuchtet ein Code-Bild auf einer Code-Platte 205, um ein entsprechendes kohärentes Code-Bild zu bilden. Danach wird das kohärente Code-Bild durch die erste Fourier-Transformationslinse 206 Fouriertransformiert und bestrahlt danach eine Schreib-Seite des auf Licht ansprechenden, binären räumlichen Lichtmodulators 207, um dadurch ein Fourier-Code-Bild zu bilden. Andererseits wird der andere durch den zweiten Strahlteiler 204 reflektierte Strahl durch den ersten Spiegel 208 wiederum reflektiert, um danach die Schreib-Seite des binären räumlichen Lichtmodulators 207 in der Form eines Referenzstrahls zu beleuchten, um mit dem Fourier-Code-Bild zu interferieren, um Interferenzstreifen zu bilden. Die Interferenzstreifen werden durch einen vorgegebenen Schwellenpegel binär gemacht und werden dann auf den binären räumlichen Lichtmodulator 207 in der Form eines binären Fourier- Code-Hologramms aufgezeichnet. Ferner wird der andere durch den ersten Strahlteiler 203 reflektierte Strahl nacheinander durch den zweiten Spiegel 209 und den dritten Spiegel 210 reflektiert, um in ein Eingangsbild umgewandelt zu werden. Das kohärente Eingangsbild wird durch die zweite Fourier-Transformationslinse 212 Fourier-transformiert und bestrahlt dann eine Lese-Seite des Modulators 207 durch den polarisierenden Strahlteiler 213, um das Fourier-Eingangsbild zu bilden. Daher wird das binäre Fourier-Code-Hologramm von dem auf Licht ansprechenden räumlichen Lichtmodulator 207 ausgelesen. Das ausgelesene Bild geht durch den polarisierenden Strahlteiler 213 und wird dann durch die dritte Fourier-Transformationslinse 214 Fourier-transformiert, um das Korrelationsbild zu bilden, welches eine Korrelationsfunktion und eine Faltungsfunktion zwischen dem Code-Bild und dem Eingangsbild enthält. Die erzeugte Intensität der Korrelationsfunktion wird durch einen Fotodetektor 215 erfaßt.
- Bei einem derartigen Aufbau wird die Code-Platte 205 an der vorderen Fokusebene der ersten Fourier-Transformationslinse 206 angeordnet. Der auf Licht ansprechende binäre räumliche Lichtmodulator 207 ist an der hinteren Fokusebene der ersten Fourier-Transformationslinse 206 angeordnet und an der hinteren Fokusebene der zweiten Fourier-Transfornationslinse 212 und an der vorderen Fokusebene der dritten Fourier-Transformationslinse 214. Die Eingangsplatte 211 ist an der vorderen Fokusebene der zweiten Fourier- Transformationslinse 212 angeordnet. Der Fotodetektor 215 ist an der hinteren Fokusebene der dritten Fourier-Transformationslinse 214 angeordnet.
- Die Mustererkennung wird gemäß der Intensität der Korrelationsfunktion an einer Korrelationsspitze durchgeführt, wo die Korrelationsfunktionsintensität maximal wird. D.h., je größer die Korrelationsspitzenintensität wird, desto mehr gleicht das Eingangsbild dem Code- oder Referenzbild. Die Fig. 14 zeigt ein Beispiel von Code- und Eingangsbildern zur Verwendung bei dem erfindungsgemäßen binären optischen Korrelator. Die Fig. 15 zeigt ein Korrelationsbild, welches eine Korrelationsspitze enthält, wenn die in den Fig. 14 gezeigten Code- und Eingangsbilder verwendet werden. Wie gezeigt, enthält das Korrelationsbild ein zentrales Bild nullter Ordnung, welches ein Spiegelbild des Eingangs- oder Code-Bildes ist, sowie ein Paar bestehend aus einer Korrelationsspitze zwischen den Eingangs- und Code-Bildern und einer Faltungsspitze an der entgegengesetzten Seite des Bildes nullter Ordnung. Die Korrelationsspitze und die Faltungsspitze sind entlang einer Linie orthogonal zum Wellenzahlvektor der Interferenzstreifen des Fourier-Hologramms ausgerichtet. Der Abstand von dem Bild nullter Ordnung nimmt zu, wenn die Wellenzahl der Interferenzstreifen des Fourier-Hologramms zunimmt. Der Fotodetektor 215 ist lediglich zum Erfassen der Korrelationsspitze eingerichtet.
- Der erfindungsgemäße binäre optische Korrelator kann ein Mach-Zehnder Interferometer umfassen. Die Fig. 11 ist ein schematisches Diagramm, welches eine derartige Modifikation des erfindungsgemäßen binären optischen Korrelators zeigt, die ein Mach-Zehnder-Interferometer verwendet. Wie in Fig. 11 gezeigt, bilden eine Laserguelle 201, ein Strahlaufweiter 202, der erste Strahlteiler 203, der zweite Strahlteiler 204 und der erste Flüssigkristallbildschirm 206 zusammen Mittel zum Umwandeln von wenigstens einem Code- oder Referenzbild, umfassend ein gegebenes Objekt oder Anpassungsbild, in ein entsprechendes kohärentes Code-Bild. Die Laserquelle 201, der Strahlaufweiter 202, der erste Strahl teiler 203, der zweite Spiegel 209, der zweite Flüssigkristallbildschirm 217 und der dritte Spiegel 210 bilden zusammen Mittel zum Umwandeln eines Eingangs- oder Signalbildes in ein entsprechendes kohärentes Eingangsbild. Die erste Fourier-Transformationslinse 206 und die zweite Fourier-Transformationslinse 212, welche separat voneinander angeordnet sind, bilden Mittel zur Fourier-Transformation des kohärenten Code-Bildes und des kohärenten Eingangsbildes unabhängig voneinander in ein entsprechendes Fourier-Code-Bild oder ein Fourier-Eingangsbild.
- Der zweite Strahlteiler 204, der erste Spiegel 208 und der dritte Strahlteiler 220 bilden Mittel zum Ermöglichen, daß kohärentes Licht mit einer sphärischen Welle oder einer ebenen Welle mit dem Fourier-Code-Bild interferiert, um ein Fourier-Code-Hologramm zu bilden. Ein auf Licht ansprechendes, ferroelektrisches Flüssigkristallichtventil 218 oder ein binärer räumlicher Lichtnodulator bildet Mittel zum Umwandeln und Binär-Machen des Fourier-Code-Hologramms in ein binäres Intenstitätsverteilungshologramm und zum Aufzeichnen oder Anzeigen desgleichen. Die zweite Fourier- Transformationslinse 212 und ein polarisierender Strahlteiler 213 bilden Mittel zum Lesen des binären Intensitätsverteilungshologramms, welches auf dem binären räumlichen Modulator aufgezeichnet ist, unter Verwendung des Fourier- Eingangsbildes. Die dritte Fourier-Transformationslinse 214 und ein Fotodetektor 215 bilden Mittel zur Fourier-Transformation des ausgelesenen Intensitätsverteilungshologramms in ein Korrelationsbild und zum Umwandeln des Korrelationsbildes in ein entsprechendes elektrisches Ausgangssignal. Die Ausführungsform der Fig. 11 arbeitet in einer der erfindungsgemäßen Ausführungsfornen der Fig. 10 entsprechenden Art und Weise.
- In dem Aufbau der Fig. 11 ist der erste Flüssigkristallbildschirm 216 an der vorderen Fokusebene in der ersten Fourier-Transformationslinse 206 angeordnet. Das auf Licht ansprechende ferroelektrische Flüssigkristallichtventil 218 ist an der hinteren Fokusebene der ersten Fourier-Transformationslinse 206 und an der hinteren Fokusebene der zweiten Fourier-Transformationslinse 212 und an der vorderen Fokusebene der dritten Fourier-Transformationslinse 214 angeordnet. Der zweite Flüssigkristallbildschirm 217 ist an der vorderen Fokusebene der zweiten Fourier-Transformationslinse 212 angeordnet. Der Fotodetektor 215 ist an der hinteren Fokusebene der dritten Fourier-Transformationslinse 214 angeordnet.
- Bei dem erfindungsgemäßen binären optischen Korrelator, welcher das Mach-Zehnder Interferometer verwendet, kann die optische Weglänge zum Bilden des Fourier-Hologramms des Code-Bildes verkürzt werden. Daher kann die Gesamtabmessung des Interferometers verringert werden, um dadurch ausreichend Raum zur kompakten Aufnahme von Mitteln zum Eingeben eines Bildes vorzusehen, wie z.B. der Code-Platte 205 und des ersten Flüssigkristallbildschirms 216, wodurch ein praktischer Vorteil vorgesehen wird.
- Ferner ist die Fig. 12 ein schenatisches Diagramm, welches eine weitere Modifikation des erfindungsgenäßen binären, optischen Korrelators zeigt, welcher ein Michelson Interferometer verwendet. Wie in Fig. 12 gezeigt, bilden eine Laserquelle 201, ein Strahlaufweiter 202, der erste Strahlteiler 203, der zweite Strahlteiler 204 ein auf Licht ansprechendes Flüssigkristallichtventil 221, eine weiße Lichtquelle 224, der erste Flüssigkristallbildschirm 216 und eine Abbildungslinse 223 zusammen Mittel zum Umwandeln von wenigstens einen Code- oder Referenzbild, umfassend ein vorgegebenes Objekt- oder Anpassungsbild, in ein entsprechendes kohärentes Code-Bild. Die Laserquelle 201, der Strahlaufweiter 202, der erste Strahlteiler 203, der zweite Flüssigkristallbildschirm 217 und der zweite Spiegel 209 bilden zusammen Mittel zum Umwandeln eines Eingangsbildes oder Signalbildes in ein entsprechendes kohärentes Eingangsbild. Die erste Fourier-Transformationslinse 206 und die zweite Fourier-Transformationslinse 212, welche separat voneinander angeordnet sind, bilden Mittel zur Fourier- Transformation des kohärenten Code-Bildes und des kohärenten Eingangsbildes unabhängig voneinander in ein entsprechendes Fourier-Code-Bild und Fourier-Eingangsbild.
- Der zweite Strahlteiler 224, ein konkaver Spiegel 222 und die erste Fourier-Transformationslinse 206 bilden Mittel zum Ermöglichen, daß kohärentes Licht mit einer sphärischen Welle oder einer ebenen Welle mit dem Fourier-Code-Bild interferiert, um ein Fourier-Code-Hologramm zu bilden. Ein auf Licht ansprechender räumlicher Modulator 218 in der Form eines ferroelektrischen Flüssigkristallichtventils bildet Mittel zum Umwandeln und Binär-Machen des Fourier- Code-Hologramms in ein binäres Intensitätsverteilungshologramn und zum Aufzeichnen oder Anzeigen desselben. Die zweite Fourier-Transformationslinse 212 und ein polarisierender Strahlteiler 213 bilden Mittel zum Lesen des binären Intensitätsverteilungshologranms, welches an dem binären, räumlichen Lichtnodulator aufgezeichnet ist, unter Verwendung des Fourier-Eingangsbildes. Die dritte Fourier-Transformationslinse 214 und ein Fotodetektor 215 bilden Mittel zur Fourier-Transformation des ausgelesenen Intensitätsverteilungshologramms in ein Korrelationsbild und zum Umwandeln des Korrelationsbildes in ein entsprechendes elektrisches Ausgangssignal. Der binäre räumliche Lichtmodulator in der Form des auf Licht ansprechenden Flüssigkristallichtventils 218 umfaßt eine fotoleitfähige Schicht, eine optische Reflexionsschicht, ein Paar von Flüssigkristallausrichtungsschichten, eine ferroelektrische Flüssigkristallschicht mit bistabilen Speichercharakteristiken in ihrem Reflexionsvermögen und einer angelegten Spannung, Mittel zum Anlegen der Spannung und ein Paar von transparenten Substraten.
- Ferner umfaßt das auf Licht ansprechende Flüssigkristallichtventil 321 eine fotoleitfähige Schicht, eine optische Reflexionsschicht, ein Paar von Flüssigkristallausrichtungsschichten, eine ferroelektrische Flüssigkristallschicht mit einer bistabilen Speichercharaktertistik in ihren Reflexionsvermögen und einer daran angelegten Spannung, Mittel zum Anlegen der Spannung und ein Paar von transparenten Substraten.
- Die Laserquelle 201 enittiert kohärentes Licht, welches durch den Strahlaufweiter 202 aufgeweitet wird und dann durch den ersten Strahlteiler 203 in zwei Strahlen aufgeteilt wird. Derjenige der beiden Strahlen, welcher durch den ersten Strahlteiler 203 hindurchgeht, wird durch den zweiten Strahlteiler 204 wiederum in zwei Strahlen aufgeteilt. Andererseits beleuchtet die weiße Lichtquelle 224 ein Code-Bild, welches an den ersten Flüssigkristallbildschirm 216 angezeigt wird, zu einem inkohärenten Code-Bild. Danach bestrahlt das inkohärente Code-Bild eine Schreib- Seite des Flüssigkristallichtventils 221 durch die Abbildungslinse 223 und das Code-Bild wird darauf angezeigt. Ein durch den zweiten Strahlteiler 204 durchgehender Lichtstrahl konvertiert das an dem Lichtventil 221 angezeigte Code-Bild in ein entsprechendes kohärentes Code-Bild. Danach wird das kohärente Code-Bild durch die erste Fourier-Transformationslinse 206 Fourier-transformiert und bestrahlt danach eine Schreib-Seite des auf Licht ansprechenden ferroelektrischen Flüssigkristallichtventils 218, um dadurch ein Fourier-Code-Bild zu bilden. Andererseits wird der andere von den zweiten Strahlteiler 204 reflektierte Strahl durch den konkaven Spiegel 222 wieder reflektiert und durch die erste Fourier-Transformationslinse 206 in einen parallelen Strahl umgewandelt, um danach die Schreib-Seite des Lichtventils 218 in der Form eines Referenzstrahls zu bestrahlen, um mit dem Fourier-Code-Bild zur Bildung von Interferenzstreifen zu interferieren. Die Interferenzstreifen werden durch einen gegebenen Schwellenpegel binär gemacht und werden dann an den binären räumlichen Lichtmodulator 218 in der Form eines binären Fourier- Code-Hologramms aufgezeichnet. Ferner geht der andere durch den ersten Strahlteiler 203 reflektierte Strahl durch den zweiten Flüssigkristallbildschirm 217 hindurch, um ein Eingangsbild an den Bildschirm 217 in ein entsprechendes kohärentes Eingangsbild umzuwandeln. Das kohärente Eingangsbild wird durch den zweiten Spiegel 209 reflektiert und wird durch die zweite Fourier-Transformationslinse 212 Fourier-transformiert und bestrahlt dann eine Schreib-Seite des Lichtventils 218 durch den polarisierenden Strahlteiler 213, um das Fourier-Eingangsbild zu bilden. Daher wird das binäre Fourier-Code-Hologramm von dem auf Licht ansprechenden Lichtventil 208 ausgelesen. Das ausgelesene Bild geht durch den polarisierenden Strahlteiler 213 und wird dann durch die dritte Fourier-Transformationslinse 214 Fouriertransformiert, um das Korrelationsbild zu bilden, welches eine Korrelationsfunktion und eine Faltungsfunktion zwischen dem Code-Bild und dem Eingangsbild enthält. Die Intensität der Korrelationsfunktion wird durch den Fotodetektor 215 erfaßt.
- Bei einen derartigen Aufbau wird das Lichtventil 221 an der vorderen Fokusebene der ersten Fourier-Transformationslinse 206 angeordnet. Das auf Licht ansprechende ferroelektrische Flüssigkristallichtventil 218 ist an der hinteren Fokusebene der ersten Fourier-Transformationslinse 206 angeordnet und an der hinteren Fokusebene der zweiten Fourier- Transformationslinse 212 und an der vorderen Fokusebene der dritten Fourier-Transformationslinse 214. Der zweite Flüssigkristallbildschirm 217 ist an der vorderen Fokusebene der zweiten Fourier-Transformationslinse 212 angeordnet. Der Fotodetektor 215 ist an der hinteren Fokusebene der dritten Fourier-Transformationslinse 214 angeordnet.
- In dieser Ausführungsform weisen der konkave Spiegel 222 und die erste Fourier-Transformationslinse 206 die gleiche Brennweite auf, und die Fokusebene des konkaven Spiegels 222 stimmt mit der vorderen Fokusebene der ersten Fourier- Transformationslinse 206 überein. Der erfindungsgemäße binäre optische Korrelator kann eine Vorrichtung, wie zum Beispiel elektronische Teile, verwenden, welche anstelle des ersten Flüssigkristallbildschirms 216 angeordnet werden und direkt mit weißem Licht beleuchtet werden, um deren reflektiertes Licht oder projiziertes Licht direkt einzugeben, um dadurch einen ziemlich konpakten optischen Korrelator zu bilden. Ferner können die Mittel zum Eingeben des Code-Bildes von einer Anzeige des lichtemittierenden Typs gebildet sein, wie zum Beispiel einen CRT und einer Plasmaanzeige, oder von einer Flüssigkristallanzeige des reflektierenden Typs mit einer Hintergrundlichtquelle, anstelle des ersten Flüssigkristallbildschirms 216.
- Beim Betreiben der binären Korrelatoren in Fig. 11 und Fig. 12 zum Durchführen einer Mustererkennung oder zum Vergleich der in Fig. 14 gezeigten Code- und Eingangsbilder miteinander, ist die erhaltene Korrelationsspitzenintensität 1,2mal so groß wie diejenige, welche erhalten wird, wenn der herkömmliche optische Korrelator in Fig. 13, welcher das auf Licht ansprechende TN-Flüssigkristallichtventil verwendet, zur gleichen Mustererkennung betrieben wird, und der Rauschpegel ist auf 1/10 des herkömmlichen optischen Korrelators gesenkt. Ferner ist die Korrelationsspitzenbreite im Vergleich mit dem Stand der Technik zur genauen Mustererkennung auf ungefähr 1/3 gesenkt. Darüber hinaus kann die Betriebs zeit auf 200-800 usec in einem Mustererkennungszyklus verkürzt werden, um dadurch im Vergleich mit dem Stand der Technik eine ziemlich schnelle Mustererkennung zu erhalten.
- In den vorangehend beschriebenen Ausführungsformen wird der Laserstrahl von der Laserquelle 201 durch den ersten Strahl teiler 203 in zwei Wege aufgeteilt, um die Kohärenz seiner Code- und Eingangsbilder unabhängig voneinander zu erzeugen. Ansonsten kann ein Paar von Laserquellen anstelle der einzigen Laserquelle verwendet werden. In den vorangehend beschriebenen Ausführungsfornen werden, wie in Fig. 14 gezeigt, ein einziges Code-Bild und ein einziges Signaleingangsbild verarbeitet; es können jedoch eine Mehrzahl von Code-Bildern und ein einziges Eingangsbild gleichzeitig verarbeitet werden, oder ein einziges Code-Bild und eine Mehrzahl von Eingangsbildern können gleichzeitig verarbeitet werden, oder eine Mehrzahl von Code-Bildern und eine Mehrzahl von Eingangsbildern können gleichzeitig verarbeitet oder auf einmal verglichen werden. In den vorangehend beschriebenen Ausführungsformen kann die Laserquelle 201 ein Gaslaser, ein Halbleiter- oder ein Festkörperlaser mit einer guten Kohärenz sein.
- Wie vorangehend beschrieben, verwendet der erfindungsgemäße binäre optische Korrelator einen auf Licht ansprechenden binären räumlichen Lichtmodulator zum Umwandeln des Fourier-Code-Hologranms in das binäre Intensitätsverteilungshologramm. Der binäre räumliche Lichtmodulator umfaßt vorzugsweise eine fotoleitfähige Schicht, eine optische Reflexionsschicht, ein Paar von Flüssigkristallausrichtungsschichten, eine ferroelektrische Flüssigkristallschicht mit einer bistabilen Speichercharakteristik in ihrem Reflexionsvermögen und einer daran angelegten Spannung, Mittel zum Anlegen der Spannung und ein Paar von transparenten Substraten, um ein auf Licht ansprechendes Flüssigkristallichtventil zu bilden. Durch einen derartigen Aufbau kann eine schnelle Mustererkennung mit einem hohen S/R-Verhältnis durchgeführt werden, wodurch eine schnelle Erkennung und Unterscheidung von Bildinformation realisiert wird.
- Nachfolgend werden Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betrieben von holografischen Einrichtungen mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Die Fig. 16 ist ein schematisches Diagramm, welches den durch das erfindungsgemäße Verfahren betriebenen binären optischen Korrelator zeigt. Wie in Fig. 16 gezeigt, bilden eine Laserquelle 301, ein Strahlaufweiter 302, der erste Strahlteiler 303, der zweite Strahlteiler 304 und eine Code-Platte 305 zusammen Mittel zum Umwandeln von wenigstens einem Code- oder Referenzbild, umfassend ein gegebenes Objekt oder Anpassungsbild, in ein entsprechendes kohärentes Code-Bild. Die Laserquelle 301, der Strahlaufweiter 302, der zweite Strahlteiler 303, der zweite Spiegel 309, der dritte Spiegel 310 und eine Eingangsplatte 311 bilden zusammen Mittel zum Umwandeln eines Eingangs- oder Signalbildes in ein entsprechendes kohärentes Eingangsbild. Die erste Fourier- Transformationslinse 306 und die zweite Fourier-Transformationslinse 312, welche separat voneinander angeordnet sind, bilden Mittel zur Fourier-Transformation des kohärenten Code-Bildes und des kohärenten Eingangsbildes unabhängig voneinander in ein entsprechendes Fourier-Code-Bild und Fourier-Eingangsbild.
- Der zweite Strahlteiler 304 und der erste Spiegel 308 bilden Mittel zum Ermöglichen, daß kohärentes Licht mit einer sphärischen Welle oder einer ebenen Welle mit dem Fourier-Codebild interferiert, um ein Fourier-Code-Hologramm zu bilden. Ein auf Licht ansprechender binärer, räumlicher Lichtmodulator oder ein Lichtventil 307 bildet Mittel zum Umwandeln und Binär-Machen des Fourier-Code- Hologramms in ein binäres Intensitätsverteilungshologramm und zum Aufzeichnen oder Anzeigen desselben. Das Lichtventil 307 umfaßt eine fotoleitfähige, hydrogenisierte amorphe Siliziunschicht, eine Reflexionsschicht mit einer vorgegebenen Transmissionsrate, ein Paar von Flüssigkristallausrichtungsschichten, eine ferroelektrische Flüssigkristallschicht mit einer bistabilen Speichercharakteristik in ihrem Reflexionsvermögen und einer daran angelegten Spannung, Mittel zum Anlegen der Spannung und ein Paar von transparenten Substraten. Die zweite Fourier-Transformationslinse 312 und der polarisierende Strahlteiler 313 bilden Mittel zum Aus lesen des binären Intensitätsverteilungshologramms, welches an dem binären räumlichen Lichtmodulator 307 aufgezeichnet ist, unter Verwendung des Fourier-Eingangsbilds. Die dritte Fourier-Transformationslinse 314 und der Fotodetektor 315 bilden Mittel zur Fourier-Transformation des ausgelesenen Intensitätsverteilungshologramms in ein Korrelationsbild und zum Umwandeln des Korrelationsbildes in ein entsprechendes elektrisches Ausgangssignal.
- Die Laserquelle 301 emittiert kohärentes Licht, welches durch den Strahlaufweiter 302 aufgeweitet wird und dann durch den ersten Strahlteiler 303 in zwei Strahlen aufgeteilt wird. Derjenige der beiden Strahlen, welcher durch den ersten Strahlteiler 302 hindurchgeht, wird durch den zweiten Strahlteiler 304 wiederum in zwei Strahlen aufgeteilt. Derjenige der beiden Strahlen, welcher durch den zweiten Strahlteiler 304 hindurchgeht, beleuchtet ein Code- Bild an der Code-Platte 305, um ein entsprechendes kohärentes Code-Bild zu bilden. Danach wird das kohärente Code- Bild durch die erste Fourier-Transformationslinse 306 Fourier-transforniert und bestrahlt danach eine Schreib- Seite des auf Licht ansprechenden binären räumlichen Lichtmodulators 307, um dadurch ein Fourier Code-Bild zu bilden. Andererseits wird der andere durch den zweiten Strahlteiler 304 aufgeteilte Strahl wieder durch den zweiten Spiegel 308 reflektiert, um danach die Schreib-Seite des binären räumlichen Lichtmodulators 307 in der Form eines Referenzstrahls zu bestrahlen, um mit den Fourier-Code-Bild zu interferieren, um die Interferenzstreifen zu bilden. Die Interferenz streifen werden durch einen gegebenen Schwellenpegel binär gemacht und werden dann an dem binären räumlichen Lichtmodulator 307 in der Form eines binären Fourier- Code-Hologramms aufgezeichnet. Ferner wird der andere durch den ersten Strahlteiler 303 reflektierte Strahl nacheinander durch den zweiten Spiegel 309 und den dritten Spiegel 310 reflektiert, um ein Eingangsbild an der Eingangsplatte 311 in ein entsprechendes kohärentes Eingangsbild umzuwandeln. Das kohärente Eingangsbild wird durch die zweite Fourier-Transformationslinse 312 Fourier-transforniert und bestrahlt dann eine Lese-Seite des Modulators 307 durch den polarisierenden Strahlteiler 313, um das Fourier-Eingangsbild zu bilden. Daher wird das binäre Fourier-Code-Hologramm von dem auf Licht ansprechenden räumlichen Lichtmodulator 307 ausgelesen. Zu dieser Zeit bestrahlt das Fourier- Eingangsbild das Fourier-code-Hologramm, so daß seine Achse mit derjenigen des Fourier-Code-Hologramms übereinstimmt. Das gelesene Bild geht durch den polarisierenden Strahlteiler 313 und wird dann durch die dritte Fourier-Transformationslinse 314 Fourier-transformiert, um das Korrelationsbild zu erzeugen, welches eine Korrelationsfunktion und eine Faltungsfunktion zwischen dem Code-Bild und dem Eingangsbild enthält. Die Intensität der Korrelationsfunktion wird durch den Fotodetektor 315 erfaßt.
- Bei einem derartigen Aufbau ist die Code-Platte 305 an der vorderen Fokusebene der ersten Fourier-Transfornationslinse angeordnet. Der auf Licht ansprechende binäre räumliche Lichtmodulator 307 ist an der hinteren Fokusebene der ersten Fourier-Transformationslinse 306 und an der hinteren Fokusebene der zweiten Fourier-Transformationslinse 312 und an der vorderen Fokusebene der dritten Fourier-Transfornationslinse 314 angeordnet. Die Eingangsplatte 314 ist an der vorderen Fokusebene der zweiten Fourier-Transformationslinse 312 angeordnet. Der Fotodetektor 315 ist an der hinteren Fokusebene der dritten Fourier-Transformationslinse 314 angeordnet.
- Die Eingabe der Code- und Eingangsbilder kann durch Bilden eines Bildes auf einer fotografischen Trockenplatte durchgeführt werden oder durch Verwendung eines elektrisch adressierten räumlichen Lichtmodulators, wie zum Beispiel einem Flüssigkristallbildschirm, einem magnetooptischen Modulator, welcher aus einem Yttrium-Eisen-Granat oder einem Gadoliniun-Eisen-Granat besteht, und einem elektrooptischen Modulator, welcher aus PLZT oder LiNO&sub3; besteht, oder durch Projizieren eines Gegenstands-Bildes direkt auf den auf Licht ansprechenden räumlichen Lichtmodulator, um daran ein Eingangsbild aufzuzeichnen.
- Das Eingangsbild wird gemäß einem Pegel oder einer Höhe der Korrelationsspitze, welche die maximale Intensität des Korrelationsbildes aufweist, erkannt. D.h., je höher der Pegel der Korrelationsspitze wird, desto mehr gleicht das Eingangsbild dem Code-Bild.
- Die Fig. 17 zeigt optische Ansprechcharakteristiken des auf Licht ansprechenden ferroelektrischen Flüssigkristallichtventils, welches gemäß den vorliegenden Verfahren bei holografischen Anwendungen betrieben wird. Wenn Lese-Licht 320 eine Lese-Seite des auf Licht ansprechenden ferroelektrischen Flüssigkristallventils bestrahlt, dann erreicht das einfallende Lese-Licht teilweise die fotoleitfähige, hydrogenisierte amorphe Siliziumschicht durch den dielektrischen Spiegel in dem Lichtventil und wird im Oberflächenbereich der fotoleitfähigen Schicht in der Tiefe von ungefähr 1 um absorbiert, da der dielektrische Spiegel eine optische Transnissivität aufweist, die ausreicht, um zu ermöglichen, daß das einfallende Lese-Licht auf die fotoleitfähige Schicht einwirkt. Die Absorption induziert Paare von Elektronen und Löchern, so daß die Elektronen sich zu einer positiven Elektrode bewegen und Löcher sich zu einer negativen Elektrode bewegen. Da im allgemeinen die Mobilität der Elektronen einige Male bis zu einige Zehnmale größer ist als diejenige der Löcher in dem intrinsischen oder undotierten, hydrogenisierten amorphen Silizium, sind die Elektronen bei der elektrischen Leitfähigkeit dominant.
- Daher werden in dem Zustand, in dem ein Lösch-Licht in der Form des Lese-Lichts einstrahlt, wenn eine transparente Elektrode, welche zwischen dem Substrat und der fotoleitfähigen, hydrogenisierten amorphen Siliziumschicht gebildet ist, auf einer positiven Spannung 317 gehalten ist, die induzierten Elektronen zur positiven Spannungsseite durch die fotoleitfähige Schicht hindurch abgezogen, so daß deren Impedanz abrupt gesenkt wird, um die ferroelektrischen Flüssigkristallmoleküle umzudrehen, um dadurch in einen dunklen oder gelöschten Zustand zu schalten. Wenn andererseits die transparente Elektrode auf einer positiven Spannung gehalten werden würde, dann wären die bewegbaren Ladungsträger Löcher, und die Löcher könnten aufgrund ihrer geringen Mobilität nicht effektiv bewegt werden, so daß die fotoleitfähige Schicht im wesentlichen nie ihre Impedanz senken würden. Daher würden die ferroelektrischen Flüssigkristallmoleküle nicht in den entgegengesetzten stabilen Zustand umschalten, und daher könnte kein Löschen durchgeführt werden.
- Wenn Schreib-Licht 321 eine Schreib-Seite des Lichtventils bestrahlt, welche der Lese-Seite entgegengesetzt ist, während die Elektrode auf der negativen Spannung 318 gehalten ist, werden Paare von Elektronen und Löchern in einem Oberflächenbereich der fotoleitfähigen Schicht an der Schreib-Seite induziert, so daß die Elektronen-Ladungsträger in Richtung der Flüssigkristallschicht durch die fotoleitfähige Schicht hindurchbewegt werden, um lokal deren Impedanz an einem selektiv mit dem Schreib-Licht bestrahlten Abschnitt zu senken. Daher wird eine ausreichende Spannung an die Flüssigkristallmoleküle angelegt, um zu einen hellen oder Schreibzustand 323, im Gegensatz dem dunklen oder Lösch-Zustand, umzuschalten, wodurch ein Bild geschrieben wird.
- Wenn die fotoleitfähige, hydrogenisierte amorphe Siliziumschicht auf einer Null-Spannung 319 gehalten wird, werden keine Ladungsträger bewegt, so daß das geschriebene Bild in der Form eines binären Fourier-Hologramms gespeichert wird und durch Bestrahlen mit den Lese-Licht 320 ausgelesen werden kann. In der Null-Spannungs-Periode kann der Kontrast des aufgezeichneten Fourier-Hologramms nicht verschlechtert werden, selbst bei einem schnellen Ansprechen in Mikrosekunden-Bereich. Wenn das Lese-Licht 320 eine ausreichend starke Bestrahlungsintensität aufweist und wenn der dielektrische Spiegel ein ausreichend großes Reflexionsvermögen aufweist, kann eine derartige Null-Spannungsdauer 319 beseitigt werden.
- Daher kann gemäß dem vorangehend beschriebenen Betriebsverfahren, wenn die fotoleitfähige, hydrogenisierte amorphe Siliziumschicht auf der positiven Spannung gehalten wird, das an dem Lichtventil aufgezeichnete Bild durch die Bestrahlung mit Lösch-Licht von der Lese-Seite her gelöscht werden, um das Lichtventil zurückzusetzen oder zu initialisieren. Wenn andererseits die fotoleitfähige Schicht auf der negativen Spannung gehalten wird, kann ein holografisches Bild in dem Lichtventil durch die Bestrahlung mit Schreib-Licht von der Schreib-Seite her geschrieben werden.
- Die Fig. 14 zeigt ein Beispiel von Code- und Eingangsbildern, welche für den binären optischen Korrelator in Fig. 16 verwendet werden. Die Fig. 15 zeigt ein Korrelationsbild, welches eine Korrelationsspitze enthält, wenn die in Fig. 14 gezeigten Code- und Eingangsbilder verwendet werden. Wie gezeigt, enthält das Korrelationsbild ein zentrales Bild nullter Ordnung, welches ein Spiegelbild des Eingangsbildes oder Code-Bildes ist, und ein Paar bestehend aus einer Korrelationsspitze und einer Faltungsspitze zwischen den Eingangs- und Code-Bildern an den entgegengesetzten Seiten des Bildes nullter Ordnung. Die Korrelationsspitze und die Faltungsspitze sind zueinander entlang einer Linie orthogonal zum Wellenzahlvektor des Fourier- Hologramms ausgerichtet. Der Abstand von dem Bild nullter Ordnung nimmt zu, wenn die Wellenzahl des Fourier-Hologramms zunimmt.
- Nachfolgend wird eine Beschreibung bezüglich einer Variation eines Merkmals der Korrelationsspitzenintensität im Falle der Änderung der Amplitude, der Impulsbreite oder der Frequenz der Antriebs-Impulsspannung, welche an das auf Licht ansprechende ferroelektrische Flüssigkristallventil 307 angelegt wird, bei der Verarbeitung des in Fig. 14 gezeigten Eingangssignals und Code-Signals gegeben. Insbesondere zeigt die Fig. 20 die Beziehung zwischen der Spannungsimpulsbreite und der Spannungsamplitude, bei welcher die Korrelationsspitzenintensität den maximalen Wert aufweist, in dem Fall, daß das erfindungsgemäße Betriebsverfahren bei dem binären optischen Korrelator angewandt wird. Wie man aus dieser Figur erkennt, kann, selbst wenn die Spannungsimpulsbreite auf relativ schmale 0,3 msec gesetzt wird, die Amplitude effektiv eingestellt werden, um die Korrelationsspitzenintensität maximal zu machen, wodurch eine ziemlich schnelle Mustererkennung erhalten wird.
- Die Fig. 21 zeigt die Beziehung zwischen der Frequenz der Inpulsspannung und der Korrelationsspitzenintensität in dem Falle, daß das erfindungsgemäße Betriebsverfahren bei dem binären optischen Korrelator verwendet wird. Wie man aus dieser Figur erkennen kann, kann gemäß den erfindungsgemäßen Betriebsverfahren der binäre optische Korrelator das Muster in Antwort auf eine hohe Frequenz der Impulsspannung erkennen, d.h. eine hohe Frequenz des Überschreibevorgangs, höher als 400 Hz. Praktischerweise kann, wie vorangehend beschrieben, ein Punkt, an dem die Korrelationsspitze auftritt, gemäß der relativen Position zwischen den Code- und Eingangsbildern bestimmt werden. Es wird bestätigt, daß die Korrelationsspitze mit einer Rahmenrate von mehr als 30-400 Hz erhalten werden kann.
- Die Fig. 18 ist ein schematisches Diagramm, welches die holografische Einrichtung des Fourier-Transfornationstyps, die gemäß dem erfindungsgemäßen Betriebsverfahren betrieben wird, zeigt. Wie in Fig. 18 gezeigt, bilden eine Laserquelle 301, ein Strahlaufweiter 302, der erste Strahlteiler 303, der zweite Strahlteiler 304 und ein Flüssigkristallbildschirm 334 Mittel zum Umwandeln von wenigstens einem Eingangsbild in ein kohärentes Eingangsbild. Die erste Fourier-Transformationslinse 306 bildet Mittel zum Umwandeln des kohärenten Eingangsbildes in ein Fourier-Eingangsbild. Der zweite Strahlteiler 304 und der erste Spiegel 308 bilden Mittel zum Ermöglichen, daß ein kohärentes Referenzlicht mit einer sphärischen oder einer ebenen Welle mit dem Fourier-Eingangsbild interferiert, um ein Fourier-Code- Hologramm zu bilden. Ein auf Licht ansprechendes ferroelektrisches Flüssigkristallichtventil 307 bildet Mittel zum Binär-Machen des Fourier-Code-Hologramms zum Aufzeichnen der Ergebnisse in der Form eines binären Intensitätshologramms. Das Lichtventil 307 umfaßt eine fotoleitfähige, hydrogenisierte amorphe Siliziumschicht, eine Reflexionsschicht mit einer vorgegebenen Transmissivität, einer Flüssigkristallausrichtungsschicht, ein Paar von ferroelektrischen Flüssigkristallschichten, welche bistabile Speichercharakteristiken in ihrem Reflexionsvermögen und eine angelegte Spannung aufweisen, Mittel zum Anlegen der Spannung und ein Paar von transparenten Substraten. Der erste Strahlteiler 303, der dritte Spiegel 310 und ein polarisierender Strahlteiler 313 bilden Mittel zum Lesen des binären Intensitätshologramms, welches an dem Lichtventil 307 aufgezeichnet ist unter Verwendung eines kohärenten Lese- Lichts mit sphärischer oder ebener Welle. Eine zweite Fourier-Transformationslinse 312 und ein Fotodetektor 315 bilden Mittel zur Fourier-Transformation des gelesenen binären Intensitätshologramms in ein rekonstruiertes oder Ausgangsbild und zum Umwandeln dieses Bildes in ein entsprechendes elektrisches Ausgangssignal.
- Der Aufbau dieser Ausführungsform unterscheidet sich von dem binären optischen Korrelator in den folgenden Aspekten. Insbesondere wird das Eingangsbild durch den Flüssigkristallbildschirm 334 vorgesehen. Das Eingangsbild, welches an dem Lichtventil 307 aufgezeichnet ist, wird durch ein kohärentes Lese-Licht mit sphärischer oder ebener Welle in der entgegengesetzten Richtung zu dem kohärenten Referenzlicht mit sphärischer oder ebener Welle, welches die holografischen Interferenzstreifen des Eingangsbildes bildet, gelesen oder rekonstruiert. Ein derartig gelesenes Fourier- Eingangshologranm wird durch die zweite Fourier-Transformationslinse 312 an einer Fotoerfassungs-Seite des Fotodetektors 315 wiederum Fourier-transformiert, um das Eingangsbild zu rekonstruieren. Bei einer derartigen Anordnung ist die Lese-Seite des Lichtventils 307 an einer vorderen Fokusebene der zweiten Fourier-Transfornationslinse 312 angeordnet und die Fotoerfassungsseite des Fotodetektors ist an einer hinteren Fokusebene der Linse 312 angeordnet.
- In einer der Fig. 20 entsprechenden Art und Weise weist die Einrichtung der Fig. 18 eine spezifische Beziehung zwischen der Spannungsimpulsbreite und der Spannungsamplitude auf, bei welcher die holografische Rekonstruktionseffizienz des Eingangsbildes den Maximalwert aufweist, wenn das erfindungsgemäße Antriebsverfahren bei der holografischen Einrichtung des Fourier-Transformationstyps angewandt wird. D.h., selbst wenn die Spannungsimpulsbreite auf relativ schmale 0,3 msec gesetzt wird, kann die Amplitude effektiv eingestellt werden, um die holografische Rekonstruktionseffizienz maximal zu machen, um dadurch eine ziemlich schnelle holografische Rekonstruktion des Bildes zu erhalten.
- Ferner weist die Ausführungsform der Fig. 18 eine der in Fig. 21 gezeigten Beziehung entsprechende Beziehung zwischen der Frequenz der Impulsspannung und der holografischen Rekonstruktionseffizienz des Eingangsbildes auf, wenn das erfindungsgenäße Betriebsverfahren bei der holografischen Einrichtung des Fourier-Transfornationstyps angewandt wird. Gemäß dem erfindungsgemäßen Betriebsverfahren kann das Bild in Antwort auf eine hohe Frequenz der Impulsspannung, d.h. eine hohe Frequenz des Überschreibe-Vorgangs, höher als 400 Hz, rekonstruiert werden. In der Praxis kann bestätigt werden, daß durch Bewegen des Eingangsbildes das rekonstruierte Bild mit einer Rahmenrate von mehr als 30- 400 Hz rekonstruiert werden kann.
- Da ferner die räumliche Frequenz des Fourier-Hologramms des aufzuzeichnenden Eingangsbildes durch Einstellen der Spannungsamplitude oder der Spannungsimpulsbreite oder der Spannungsimpulsfrequenz gesteuert werden kann, kann eine schnelle vielseitige Bildverarbeitung durchgeführt werden, wie z.B. die Flankenlinienverstärkung oder eine Bildextraktion eines sich bewegenden Objekts oder ein Abklingen des Bildes.
- Die Fig. 19 ist ein schematisches Diagramm, welches die gemäß dem erfindungsgemäßen Betriebsverfahren betriebene holografische Einrichtung zeigt. Wie in Fig. 19 gezeigt, bilden eine Laserquelle 301, ein Strahlaufweiter 302, der erste Strahlteiler 303, der zweite Strahlteiler 304 und ein Flüssigkristallbildschirm 334 Mittel zum Umwandeln von wenigstens einen Eingangsbild in ein kohärentes Eingangsbild. Der zweite Strahlteiler 304, der erste Spiegel 308 und eine Abbildungslinse 335 bilden Mittel zum Ermöglichen, daß kohärentes Referenzlicht mit einer sphärischen oder ebenen Welle mit dem kohärenten Eingangsbild interferiert, um holografische Interferenzstreifen zu bilden. Ein auf Licht ansprechendes ferroelektrisches Flüssigkristallichtventil 307 bildet Mittel zum Binär-Machen der holografischen Interferenz streifen und zum Aufzeichnen der Ergebnisse in Form eines binären Intensitätshologramms. Das Lichtventil 307 umfaßt eine fotoleitfähige, hydrogenisierte amorphe Siliziumschicht, eine Reflexionsschicht mit einer vorgegebenen Transmissivität, ein Paar von Flüssigkristallausrichtungsschichten, eine ferroelektrische Flüssigkristallschicht mit einer bistabilen Speichercharakteristik in ihrem Reflexionsvermögen und einer daran angelegten Spannung, Mittel zum Anlegen der Spannung und ein Paar von transparenten Substraten. Der erste Strahlteiler 303, der zweite Spiegel 309, der dritte Spiegel 310 und ein polarisierender Strahlteiler 313 bilden Mittel zum Lesen des binären Intensitätshologramms, welches an dem Lichtventil 307 aufgezeichnet ist, unter Verwendung von kohärentem Lese-Licht mit sphärischer oder ebener Welle. Ein Fotodetektor 315 bildet Mittel zum Umwandeln des gelesenen binären Intensitätshologramms in ein entsprechendes elektrisches Ausgangssignal.
- Die Ausführungsform unterscheidet sich von der in Fig. 18 gezeigten holografischen Einrichtung des Fourier-Transformationstyps darin, daß ein Objekthologramm des Eingangsbildes an dem Lichtventil 307 aufgezeichnet wird, anstelle des Aufzeichnens eines Fourier-Hologramms des Eingangsbildes an dem Lichtventil 307, so daß die Abbildungslinse 335 dazu verwendet wird, das Eingangsbild direkt auf der Schreib-Seite des Lichtventils 307 zu bilden, und darin, daß die Rekonstruktion des Eingangsbildes aus dem Objekthologramm direkt durch den Fotodetektor 315 erfaßt wird.
- Die Einrichtung der Fig. 19 weist zwischen der Spannungsimpulsbreite und der Spannungsamplitude, bei welcher die holografische Rekonstruktionseffizienz des Eingangsbildes den maximalen Wert aufweist, wenn das erfindungsgemäße Betriebsverfahren bei der holografischen Einrichtung verwendet wird, die gleiche Beziehung auf, wie die in Fig. 20 gezeigte. D.h., selbst wenn die Spannungsimpulsbreite auf relativ schmale 0,3 usec gesetzt ist, kann die Amplitude effektiv eingestellt werden, um die Rekonstruktionseffizienz maximal zu machen, um eine ziemlich schnelle holografische Rekonstruktion des Eingangsbildes zu erhalten.
- Ferner zeigt die Ausführungsform der Fig. 19 eine der in Fig. 21 gezeigten Beziehung gleiche Beziehung zwischen der Frequenz der Impulsspannung und der holografischen Rekonstruktionseffizienz des Eingangsbildes, wenn das erfindungsgemäße Betriebsverfahren bei der holografischen Einrichtung verwendet wird. Gemäß dem erfindungsgemäßen Betriebsverfahren kann das Eingangsbild in Antwort auf eine hohe Frequenz der Impulsspannung rekonstruiert werden, d.h. eine hohe Frequenz des Überschreibe-Vorgangs, höher als 400 Hz. Durch Bewegen des Eingangsbildes wird bestätigt, daß das rekonstruierte Eingangsbild sich mit einer Rahmenrate von mehr als 30-400 Hz bewegen kann.
- Die Fig. 22 ist eine Schnittansicht, welche den Aufbau eines binären Flüssigkristallichtventils oder Aufzeichnungselements, welches einen ferroelektrischen Flüssigkristall verwendet, zeigt. Das Lichtventil weist ein Paar von transparenten Substraten 326a und 326b auf, welche aus Glas oder Kunststoff hergestellt sind, um den Flüssigkristall sandwichartig aufzunehmen, wobei die Substrate 326a und 326b transparente Elektroden 327a bzw. 327b an ihren Innenseiten aufweisen und Ausrichtungsschichten 328a bzw. 328b aufweisen, welche durch Schräg-Verdampfung von Siliziummonoxid bei einem Einfallswinkel im Bereich von 75º bis 85º bezüglich der Normalen der transparenten Substrate gebildet werden. Die transparenten Substrate 326a und 326b liegen einander mit einem durch ein Abstandselement 333 vorgegebenen Abstand gegenüber, um zwischen sich die ferroelektrische Flüssigkristallschicht 329 in Kontakt mit den Ausrichtungsfilmen 328a und 328b aufzunehmen. Ferner ist auf der transparenten Elektrode 327a der Reihe nach eine fotoleitfähige Schicht 330 und ein dielektrischer Spiegel 331 zwischen der Elektrode 327a und der Ausrichtungsschicht 328a angeordnet zum optischen Beschreiben. Antireflexionsbeschichtungen 332a und 332b sind an den transparenten Substraten 326a und 326b jeweils an ihren Außenseiten der Zelle gebildet. Die optische Transmission des dielektrischen Spiegels ist derart eingestellt, daß das Licht, welches die fotoleitfähige, hydrogenisierte amorphe Siliziumschicht durch den dielektrischen Spiegel erreicht, eine Intensität von einigen 10 uW/cm² bis zum hundertfachen von einigen 10 uW/cm² aufweist.
- Die herkömmliche Einrichtung hätte ein Problem darin, daß das Hologramn nicht auf einem Hologrammaufzeichnungsmedium aufgezeichnet werden kann, wenn die Hologramminterferenzstreifen aufgrund von Luftfluktuationen oder Schwingungen des Systems flackern oder vibrieren. In den gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren betriebenen Ausführungsformen kann ein derartiges Problem effektiv vermieden werden, da das Schreiben, Löschen und Lesen des Hologramms sehr schnell durchgeführt werden kann.
- Der Betriebsimpulsspannungswellenform, welche in Fig. 17 gezeigt ist, kann in vorteilhafter Weise eine Gleichspannungs-Biaskomponente überlagert sein. In den Ausführungsformen kann das optische System zum Bilden des Hologramms durch ein Mach-Zehnder oder Michelson Interferometer ersetzt werden, bei welchen das erfindungsgemäße Betriebsverfahren effektiv angewandt werden kann. Ferner kann das Betriebsverfahren bei einem Verbund-Transformations-Korrelator angewandt werden, in welchem Referenz- und Eingangsbilder in verbundener Weise Fourier-transformiert werden, um Fourier-Hologramminterferenzstreifen zu bilden, welche zum Erzeugen eines Korrelationsbildes wieder Fourier-transformiert werden.
- Wie vorangehend beschrieben, können gemäß dem erfindungsgemäßen Betriebsverfahren für holografische Anwendungen der holografische Korrelator und die Anzeige oberhalb der Videorate relativ schnell betrieben werden, und ihre Ausgangscharakteristiken können leicht eingestellt werden, wodurch verschiedene Vorteile bei der Echtzeitmustererkennung, der Bildverarbeitung und der holografischen Anzeige etc. erhalten werden.
- Die Fig. 23 zeigt einen weiteren Typ des auf Licht ansprechenden Flüssigkristallichtventils. Das Lichtventil der Fig. 23 kann ebenso für ein Aufzeichnungs-Lichtventil, eine primäre Bildanzeige usw. in der erfindungsgemäßen Einrichtung verwendet werden. Das Lichtventil umfaßt ein Substrat 401, welches zum Beispiel aus einer Quarzglasplatte besteht. Ein Siliziumeinkristallfilm 402 ist auf dem Substrat 401 in einem SOI-(Silicon-on-Insulator)-Aufbau gebildet. Eine Mehrzahl von Bildelementen ist in dem Siliziumeinkristallfilm 402 in einem Matrixfeld gebildet. Jedes Bildelenent oder Pixel umfaßt eine Bildelektrode 403 und ein entsprechendes Schaltelement 404 in der Form eines Feldeffekttransistors des Typs mit isolierten Gate. Der Transistor weist eine mit der entsprechenden Bildelektrode verbundene Source auf, ein mit einer Signalleitung 406 verbundenes Drain und eine Gate-Elektrode, welche mit einer Abtastleitung 405 verbunden ist. Jede Abtastleistung 405 ist mit einer Abtastschaltung 407 verbunden, um jede Reihe der Schaltelemente 404 zeilenmäßig abzutasten. Jede Signalleitung 406 ist mit einer Signalschaltung 408 verbunden, um ein abgetastetes Unschalten der Elemente 404 gemäß einem Bildsignal durchzuführen, um ein entsprechendes Bildelement auszuwählen. Die Schaltelemente 404, die Abtastschaltung 407 und die Antriebsschaltung 408 können gleichzeitig auf dem Siliziumeinkristallfilm 402 durch eine LSI-Technologie gebildet werden, um dadurch die Bildelenente im Mikrometer- Bereich herzustellen. Ein oberes Substrat 409 ist auf dem unteren Substrat 401 in zu diesen im Abstand angeordneter Beziehung angeordnet und weist eine Zähl-Elektrode 410 an seiner Innenseite auf. Ein Flüssigkristall 411 des TN-Typs oder des ferroelektrischen Typs ist sandwichartig zwischen dem unteren und den oberen Substrat 401 und 409 aufgenommen. Die Flüssigkristallschicht 411 wird zwischen der Zählelektrode 410 und einem ausgewählten Bildelement lokal aktiviert, um das einfallende Licht durch ein Paar von Polarisatoren 412 und 413 zu schalten.
- In dieser Ausführungsform ist der Siliziumeinkristallfilm 402 vorteilhafterweise durch Verbinden eines Siliziumeinkristallwafers mit einer Quarzglasplatte und durch Polieren des Wafers gebildet, um eine Anwendung der LSI-Herstellungstechnologie bei dem Substrat zu ermöglichen.
Claims (6)
1. Holografische Einrichtung, umfassend ein holografisches
Aufzeichnungsmedium, ein Interferometer (3, 7, 28, 32)
zum Bestrahlen des Aufzeichnungsmediums gleichzeitig
mit einem kohärenten Referenzlichtstrahl mit einer
sphärischen Welle oder einer ebenen Wellenfront und
einem kohärenten Signallichtstrahl, enthaltend
Bildinformation, zur Interferenz miteinander, um darauf ein
holografisches Gitter zu bilden, und Mittel (8, 9, 10,
37, 38) zum Bestrahlen des holografischen Gitters mit
einem kohärenten Lese-Lichtstrahl in der
entgegengesetzten Richtung zu dem Referenzlichtstrahl, um die
Bildinformation zu rekonstruieren,
dadurch gekennzeichnet, daß das Aufzeichnungsmedium ein
auf Licht ansprechendes Flüssigkristallichtventil (6;
111) umfaßt, welches besteht aus:
einer ferroelektrischen Flüssigkristallschicht (18;
123; 329), welche in Antwort auf eine angelegte
Spannung optisch bistabile Charakteristen aufweist;
einem Paar von Flüssigkristallausrichtungsschichten
(17a, 17b; 122a, 122b; 328a, 328b), welche die
ferroelektrische Flüssigkristallschicht sandwichartig
zwischen sich aufnehmen;
einer fotoleitfähigen Schicht (19; 124; 330);
einer optisch reflektierenden Schicht (21; 126; 331),
welche zwischen der fotoleitfähigen Schicht (19; 124;
330) und einer der Flüssigkristallausrichtungsschichten
(117a; 122a; 328a) angeordnet ist;
einem Paar von transparenten Substraten (15a, 15b,
120a, 120b, 326a, 326b), welche die Schichten zwischen
sich sandwichartig aufnehmen; und
Mittel (16a, 16b; 121a, 121b; 327a, 327b) zum Anlegen
der Spannung.
2. Holografische Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß das Interferometer (3, 7, 28, 32)
Mittel (4; 30) umfaßt, welche in einem
signallichtbildenden optischen Weg angeordnet sind zum Eingeben der
Bildinformation, und ein optisches Abbildungsmittel (5;
31) zur optionalen Fourier-Transformation der
Eingangsbildinformation und dann zum Vergrößern der
Fouriertransformierten Bildinformation, um auf einer optischen
Schreib-Seite des auf Licht ansprechenden
Flüssigkristallichtventils (6) eine Bilderzeugung zu bewirken.
3. Molografische Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß das optische Interferenzsystem ein
Nach-Zehnder oder ein Michelson-Interferometer umfaßt.
4. Optischer Verbindungsschalter zum Schalten eines Lese-
Lichtstrahls, wobei der Schalter ein holografisches
Aufzeichnungsmedium, ein Interferometer (103-110) zum
Bestrahlen des Aufzeichnungsmediums gleichzeitig mit
einem kohärenten Referenzlichtstrahl (112), welcher
eine sphärische Welle oder eine ebene Wellenfront
aufweist, und einem ausgewählten von einer Mehrzahl von
Signallichtstrahlen (113-115) zur Interferenz
miteinander, um darauf ein holografisches Gitter zu bilden,
und Mittel (8, 9, 10, 37, 38) umfaßt, zum Bestrahlen
des holografischen Gitters mit einem Lese-Lichtstrahl
in der entgegengesetzten Richtung zu dem
Referenzlichtstrahl, um den ausgewählten Signallichtstrahl zu
rekonstruieren,
dadurch gekennzeichnet, daß das Aufzeichnungsmedium ein
auf Licht ansprechendes Flüssigkristallichtventil (6;
111) umfaßt, welches besteht aus:
einer ferroelektrischen Flüssigkristallschicht (18;
123; 329), welche in Antwort auf eine angelegte
Spannung optisch bistabile Charakteristen aufweist;
einem Paar von Flüssigkristallausrichtungsschichten
(17a, 17b; 122a, 122b; 328a, 328b), welche die
ferroelektrische Flüssigkristallschicht sandwichartig
zwischen sich aufnehmen;
einer fotoleitfähigen Schicht (19; 124; 330);
einer optisch reflektierenden Schicht (21; 126; 331),
welche zwischen der fotoleitfähigen Schicht (19; 124;
330) und einer der Flüssigkristallausrichtungsschichten
(117a; 122a; 328a) angeordnet ist;
einem Paar von transparenten Substraten (15a, 1sb,
120a, 12 Ob, 326a, 326b), welche die Schichten zwischen
sich sandwichartig aufnehmen; und
Mitteln (16a, 16b; 121a, 121b; 327a, 327b) zum Anlegen
der Spannung.
5. Optische Korrelationseinrichtung zum optischen
Korrelieren eines zweidimensionalen Codebilds mit einem
zweidimensionalen Eingangsbild unter Verwendung
kohärenten Lichts, um automatisch ein gegebenes
Eingangsmuster zu erkennen, wobei die Einrichtung umfaßt:
einen binären räumlichen Lichtmodulator (207),
umfassend ein holografisches Aufzeichnungsmedium, ein
Interferometer (203, 204, 208, 209) zum Bestrahlen des
Aufzeichnungsmediums gleichzeitig mit einem kohärenten
Referenzlichtstrahl, welcher eine sphärische Welle oder
eine ebene Wellenfront aufweist, und einem kohärenten
Signallichtstrahl zur Interferenz miteinander, um
darauf ein holografisches Gitter zu bilden, und Mittel
(212, 213) zum Bestrahlen des holografischen Gitters
mit einem kohärenten Lese-Lichtstrahl in der
entgegengesetzten Richtung zu dem Signallichtstrahl;
Mittel (201-203, 209-211) zum Modulieren des
Signallichts
mit der Bildinformation von wenigstens einem
Codebild und des Lese-Lichtstrahls mit der
Bildinformation von wenigstens einem Eingangsbild;
Mittel (206, 212) zur Fourier-Transformation des
kohärenten Codebildes und des kohärenten Eingangsbildes in
ein Fourier-Codebild und ein Fourier-Eingangsbild
unabhängig voneinander, derart, daß die Fourier-Ebenen in
der Ebene des Lichtmodulators (207) sind;
und Mittel (214, 215) zum Umwandeln des gebeugten
Lese-Lichtstrahls in ein Korrelationssignal,
dadurch gekennzeichnet:
daß das Aufzeichnungsmedium ein auf Licht ansprechendes
Flussigkristallichtventil (6; 111) umfaßt, welches
besteht aus:
einer ferroelektrischen Flüssigkristallschicht (18;
123; 329), welche in Antwort auf eine angelegte
Spannung optisch bistabile Charakteristen aufweist;
einem Paar von Flüssigkristallausrichtungsschichten
(17a, 17b; 122a, 122b; 328a, 328b), welche die
ferroelektrische Flüssigkristallschicht sandwichartig
zwischen sich aufnehmen;
einer fotoleitfähigen Schicht (19; 124; 330);
einer optisch reflektierenden Schicht (21; 126; 331),
welche zwischen der fotoleitfähigen Schicht (19; 124;
330) und einer der Flüssigkristallausrichtungsschichten
(117a; 122a; 328a) angeordnet ist;
einem Paar von transparenten Substraten (15a, 1sb,
120a, 120b, 326a, 326b), welche die Schichten zwischen
sich sandwichartig aufnehmen; und
Mittel (16a, 16b; 121a, 121b; 327a, 327b) zum Anlagen
der Spannung.
6. Verfahren zum Betreiben der Einrichtung nach den
Ansprüchen 1, 4 oder 5, wobei das Verfahren umfaßt:
das kontinuierliche Bestrahlen des auf Licht
ansprechenden ferrcelektrischen Flüssigkristallichtventils
mit den kohärenten Schreib-Lichtstrahlen, welche das
holografische Gitter bilden, und dem kohärenten Lese-
Lichtstrahl;
das Betreiben der Mittel zum Anlegen der Spannung, um
kontinuierlich eine Impulsspannung an das auf Licht
ansprechende ferroelektri sche Flüssigkristallichtventil
anzulegen, derart, daß die Spannungspolarität an der
fotoleitfähigen Schicht entweder eine positive, eine
negative oder eine Null-Spannung ist, wobei das
holografische Gitter gelöscht wird, während die positive
Spannung angelegt wird, das holografische Gitter
geschrieben wird, während die negative Spannung angelegt
wird, und das holografische Gitter ausgelesen wird,
während die negative Spannung oder die Null-Spannung
angelegt wird; und
das Steuern der Impulsspannung durch Einstellung ihrer
Amplitude, Frequenz und Impulsbreite, während die
positive, die negative oder die Null-Spannung angelegt
wird, um die Qualität des holografischen Gitters oder
die Intensität des Lese-Lichtstrahls zu regulieren.
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