DE69229843T2

DE69229843T2 - Optisches Mustererkennungssystem und Ansteuerverfahren für räumlichen Lichtmodulator mit ferroelektrischen, flüssigen Kristallen

Info

Publication number: DE69229843T2
Application number: DE69229843T
Authority: DE
Inventors: Tadao Iwaki; Yasuyuki Mitsuoka
Original assignee: Sumitomo Cement Co Ltd; Seiko Instruments Inc
Current assignee: Sumitomo Cement Co Ltd; Seiko Instruments Inc
Priority date: 1991-04-23
Filing date: 1992-04-16
Publication date: 2000-01-13
Anticipated expiration: 2012-04-17
Also published as: EP0510540B1; EP0510540A2; EP0510540A3; US5600485A; DE69229843D1

Description

Optisches Mustererkennungssystem und Anzeigeverfahren für räumlichen Lichtmodulator mit ferroelektrischen Flüssigkristallen

Auf dem Gebiet der optischen Informationsverarbeitung und optischen Meßverfahren bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein System, welches kohärente Lichtstrahlen verwendet, um eine optische Korrelationsverarbeitung von zweidimensionalen Bildern durchzuführen, welche entweder von fotografischen Vorrichtungen, wie z. B. CCD-Kameras, oder direkt von Objekten erhalten werden, und wobei automatisch eine Mustererkennung und Messung durchgeführt wird. Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zum Anzeigen eines Bildes auf einem räumlichen Lichtmodulator mit ferroelektrischen Flüssigkristallen, welcher in diesem System verwendet werden.
Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein optisches Mustererkennungssystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie es z. B. bekannt ist aus "Optics Letters" vol. 15, no. 21, 1 November 1990, pages 1218-20 T. IWAKI ET AL "Optical pattern recognition of letters by a joint-transform correlator using a ferroelectric liquid crystal spatial light modulator".
Als herkömmliches optisches Mustererkennungssystem und Korrelationsbearbeitungsgerät ist ein Korrelator für gemeinsame Transformierte wohl bekannt. Patente, welche dieses Verfahren betreffen, umfassen die japanischen Patentoffenlegungsschriften Nr. 138616/1982, 210316/1982 and 21716/1983. Ein Beispiel für einen herkömmlichen Korrelator gemäß diesem Verfahren ist in Fig. 3 gezeigt. Bei diesem Verfahren werden ein Referenzbild, welches als Referenzvorgabe für die Erkennung dient, sowie ein zu er kennendes Eingabebild gleichzeitig nebeneinander angeordnet, um ein Objektbild 124 zu ergeben. Ein Lichtstrahl, welcher von einem Laser 121 ausgestrahlt wird, wird mittels eines Strahlaufweiters 122 aufgeweitet und dann mittels eines Strahlteilers 123 in zwei Strahlen aufgeteilt. Der Strahl, welcher durch den Strahlteiler 123 gegangen ist, beleuchtet das Objektbild 124, um es in ein kohärentes Bild zu transformieren. Das kohärente Bild wird mittels einer ersten Fourier-Transformationslinse 125 Fourier transformiert, um eine Lichtintensitätsverteilung eines gemeinsamen Fourier-transformierten Bildes des Referenzbildes und des Eingabebildes auf einem optisch adressierbaren Lichtventil 126 anzuzeigen, welches in der Transformationsebene angebracht ist. Das gemeinsame Fourier-transformierte Bild ist ein Interferenzstreifenmuster, welches durch Interferenz zwischen zwei (oder mehreren) Fourier-transformierten Strahlen des Eingabebildes und des Referenzbildes erzeugt worden ist und enthält die konjugiert komplexen Komponenten dieser Bilder.
Als nächstes wird der vom Strahlteiler 123 aufgespaltene Strahl durch Spiegel 129, 130 sowie einen polarisierenden Strahlteil 105 reflektiert, um das optisch adressierbare Lichtventil 126 zu bestrahlen, wobei die Lichtintensitätsverteilung des angezeigten gemeinsamen Fourier-transformierten Bildes in ein kohärentes Bild umgewandelt wird. Das kohärente Bild wird als negatives oder positives Bild ausgelesen, während es durch den polarisierenden Strahlteiler 105 hindurchtritt, welcher als Lichtempfänger benutzt wird, und dann wird das Bild von der CCD-Kamera 128 empfangen, welches in der Bildtransformationsebene liegt. Auf diese Weise wird von der CCD-Kamera 128 ein Korrelationsmaximum erhalten, welches einem zweidimensionalen Korrelationskoeffizienten des Referenzbildes und des Eingabebildes entspricht.
Aufgrund von Fortschritten in der Forschung bedürfen solche optische Mustererkennungssysteme und Korrelationsbearbeitungsgeräte üblicherweise eines räumlichen Lichtmodulators mit einer hohen Auflösung und einer kurzen Ansprechzeit. Die üblicherweise verwendeten optisch adressierbaren räumlichen Lichtmodulatoren umfassen solche, welche elektrisch optische Flüssigkristalle verwenden, wie z. B. Bi&sub1;&sub2;SiO&sub2;&sub0;- Kristalle, und ein Lichtventil mit Flüssigkristallen, welches nematische Flüssigkristalle verwendet. Diese erfüllen jedoch nicht die Anforderungen bzgl. der Auflösung und der kurzen Ansprechzeiten. Aufgrund dieser Gegebenheiten ist ein neuer optisch adressierbarer räumlicher Lichtmodulator (FLC-OASLM = ferroelectric liquid crystal optically addressed type spatial light modulator) entwickelt und verwendet worden, welcher ferroelektrische Kristalle als lichtmodulierendes Material verwendet.
Da jedoch, wie in Fig. 3 gezeigt, die herkömmlichen optischen Korrelatoren für gemeinsame Transformierte zwei Fourier-Transformations-Linsen benötigen, um ein gemeinsames Fourier-transformiertes Bild des Referenzbildes und des Eingabebildes sowie Korrelationsmaxima zu erzeugen, welche einem zweidimensionalen Korrelationskoeffizienten zwischen dem Referenzbild und dem Eingabebild entsprechen, werden die Systeme sehr groß. Durch Verwendung von optisch adressierbaren räumlichen Lichtmodulatoren vom Transmissionstyp, welche Bi&sub1;&sub2;SiO&sub2;&sub0;-Kristalle verwenden, anstelle von optisch adressierbaren Flüssigkristall-Lichtventilen, ist es möglich, die Größe des Systems zu reduzieren, um nur eine einzige Fourier-Transformations-Linse anstelle von zwei verschiedenen Fourier-Transformations-Linsen zu verwenden. Der optisch adressierbare räumliche Lichtmodulator, welcher Bi&sub1;&sub2;SiO&sub2;&sub0;-Kristalle verwendet, weist jedoch einen Nachteil auf, insofern als er nicht in der Lage ist, die Laserdiode direkt mit hohen Geschwindigkeiten zu modulieren und zu betreiben, da eine niedrige Schreibempfindlichkeit des Modulators gegenüber der Emissionsfrequenz der Laserdiode besteht und zudem eine hohe Ansteuerspannung von mehreren kV benötigt wird. Der optisch adressierbare räumliche Lichtmodulator mit dem Bi&sub1;&sub2;SiO&sub2;&sub0;-Kristall hat eine niedrige Auflösung von 15 bis 30 Linien pro Millimeter, sodaß das Erzeugen eines Bildes eines kleinen Objekts es notwendig macht, daß entweder das Referenzbild und das Eingabebild sehr nahe zusammengebracht werden, oder aber daß eine Fourier-Transformations-Linse mit einer großen Brennweite verwendet wird, wodurch es praktisch unmöglich wird, die Größe des Systems zu reduzieren.
Da der herkömmliche optisch adressierbare räumliche Lichtmodulator ungefähr 100 msec zum Schreiben, Löschen und Aufzeichnen eines Bildes benötigt, gilt weiterhin, daß es schwierig ist, ein optisches Erkennungssystem mit hoher Geschwindigkeit zu betreiben, welches einen optisch adressierbaren räumlichen Lichtmodulator verwendet.
Der FLC-OASLM ohne Lichtreflexions- und Trennschichten weist die folgenden Probleme auf. Da er keine dielektrischen Spiegel oder lichtabschirmenden Schichten aufweist, können das Schreiblicht und das Leselicht nicht voneinander getrennt werden und das Leselicht hat negative Auswirkungen auf die fotoleitende Schicht. Selbst wenn der FLC-OASLM Lichtreflexions- und Trennschichten aufweist, wird das Leselicht die fotoleitende Schicht negativ beeinflussen, falls das Leselicht zu stark ist oder die Transmissionsfaktoren des dielektrischen Spiegels und der lichtabschirmenden Schicht nicht ausreichend klein sind. Wird ein starkes Leselicht eingestrahlt während Schreibimpulse auf den FLC-OASLM gegeben werden, wirkt das Leselicht auf die fotoleitende Schicht auf dieselbe Weise wie das Schreiblicht ein, um eine Inversion der ferroelektrischen Kristallmoleküle zu bewirken, was beim Aufzeichnen eines Bildes dazuführt, daß dieses fehlerhaft oder überhaupt nicht geschrieben werden kann. Um dies zu ver meiden, wird üblicherweise ein sehr schwaches Leselicht mit einer Intensität verwendet, welche die fotoleitende Schicht nicht negativ beeinflußt.
Wenn jedoch ein sehr schwaches Leselicht verwendet wird, so ist die Lichtintensität eines tatsächlich auszulesenden Bildes, obwohl es auch von der Wellenlänge des Leselichts abhängt, sehr klein, da der FLC-OASLM keine ferroelektrischen Spiegel aufweist und der Reflexionsfaktor seines Leselichts klein ist. Deshalb wird im nächsten Schritt, wo das so ausgelesene Bild optisch verarbeitet und wieder aufgezeichnet wird, in einem anderen räumlichen Lichtmodulator die Lichtintensität des Bildes sehr klein, was den nächsten Schritt der Verarbeitung schwierig oder unmöglich macht.
Ein weiterer Nachteil ist, daß die Schreibcharakteristika, wie z. B. die Empfindlichkeit und Auflösung des FLC-OASLM, abhängig von der Stärke des Leselichts stark variieren.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein optisches Mustererkennungssystem bereitzustellen, welches eine reduzierte Größe aufweist und einen Korrelator reduzierter Größe für eine gemeinsame Transformierte umfaßt.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein optisches Mustererkennungssystem mit einer vergrößerten Betriebsgeschwindigkeit bereitzustellen.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren bereitzustellen zum Betreiben eines optisch adressierbaren räumlichen Lichtmodulators mit hoher Geschwindigkeit, welcher ferroelektrische Kristalle verwendet.
Diese Ziele werden durch den unabhängigen Vorrichtungsanspruch 1 und den unabhängigen Verfahrensanspruch 6 erreicht. Die abhängigen Vorrichtungsansprüche 2 bis 5 betreffen bevorzugte Ausführungsformen einer Vorrichtung gemäß Anspruch 1.
Zunächst wird der Aufbau des FLC-OASLM, welcher in der Erfindung verwendet wird, beschrieben. Fig. 6 (a) zeigt einen beispielhaften Aufbau eines erfindungsgemäßen FLC-OASLM, welcher keine lichtreflektierende Schicht (Lichtreflexionsschicht) aufweist. Durchsichtige Substrate 133a, 133b, wie z. B. Glas oder Kunststoff, welche Kristallmoleküle einschließen, sind an den Oberflächen mit durchsichtigen Elektroden 134a, 134b sowie Ausrichtungsschichten 135a, 135b versehen, wobei die Ausrichtungsschichten im Bereich von 75 bis 85 aus einer Richtung senkrecht zum durchsichtigen Substrat schräg mit SiO bedampft sind. Die durchsichtigen Substrate 133a, 133b umklammern eine ferroelektrische Flüssigkristallschicht 136, wobei die Stirnseiten der Ausrichtungsschicht 135a, 135b einander gegenüberliegen, um eine Lücke dazwischen festzulegen, in welche Abstandshalter 139 eingesetzt sind. Zwischen der durchsichtigen Elektrode 134a und der Ausrichtungsschicht 135a auf der optischen Schreibseite ist eine geschichtete fotoleitende Schicht 137 angebracht. Die äußeren Oberflächen der Zelle der Schreibseite des durchsichtigen Substrats 133 und der Leseseite des durchsichtigen Substrats 133b sind mit Antireflexionsbeschichtungen 138a, 138b versehen. Fig. 6(b) zeigt einen beispielhaften Aufbau eines FLC-OASLM, welcher eine Lichtreflexionsschicht aufweist, die in der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Der Unterschied zu dem FLC-OASLM ohne die Lichtreflexionsschicht, welche in Fig. 6(a) gezeigt ist, liegt darin, daß der FLC-OASLM mit der lichtreflektierenden Schicht eine lichtabschirmende Schicht 142 sowie einen dielektrischen Spiegel 143 aufweist, welche übereinander zwischen der fotoleitenden Schicht 137 und der Ausrichtungsschicht 135a angeordnet sind.
Als nächstes wird das Verfahren zum Initialisieren des FLC-OASLM bei dem o. g. Aufbau erläutert. Das erste Verfahren beinhaltet das Einstrahlen von Licht auf die gesamte Schreiboberfläche des FLC-OASLM (im Falle eines ferroelektrischen Kristalllichtventils ohne Lichtreflexionsschicht kann die Leseseite bestrahlt werden), Anlegen einer Impulsspannung zwischen die durchsichtigen Elektroden 134a und 134b oder einer Gleichspannung, welche ausreichend höher ist als eine Schwellenspannung zum Betreiben eines beleuchteten Zustands oder eine Gleichspannung, welcher eine 100 Hz- 50 kHz Wechselspannung überlagert ist, um die ferroelektrischen Kristallmoleküle in einer Richtung in einem stabilen Zustand auszurichten, und dann Speichern dieses Zustands in einem Speicher. Das zweite Verfahren umfaßt das Anlegen einer Impulsspannung oder einer Gleichspannung, welche ausreichend höher ist als eine Schwellspannung zum Betreiben eines dunklen Zustandes zwischen den durchsichtigen Elektroden 134a, 134b, oder einer Gleichspannung, welcher eine 100 Hz-50 kHz Wechselspannung überlagert ist, um den ferroelektrischen Flüssigkristall in einer Richtung in einem stabilen Zustand auszurichten und dann Speichern dieses Zustands in einem Speicher.
Als nächstes wird die Betriebsweise des FLC-OASLM nach der oben beschriebenen Initialisierung erläutert. Mittels eines Laserstrahls wird ein Bild geschrieben, während die durchsichtigen Elektroden 134a, 134b mit einer Impulsspannung oder einer Gleichspannung beaufschlagt werden, deren Polarität entgegengesetzt ist zu der, welche während der Initialisierung zwischen die durchsichtigen Elektroden 134a, 134b angelegt wurde, und deren Amplitude kleiner ist als die der Schwellspannung für den Betrieb des dunklen Zustandes, aber höher als die der Schwellspanung für den Betrieb des beleuchteten Zustandes. Oder es wird mit einem Laserstrahl das Schreiben des Bildes durchgeführt, während die durchsichtigen Elektroden mit einer Gleichspannung beaufschlagt werden, der eine 100 Hz-50 kHz Wechselspannung überlagert ist. Zunächst sei der Fall betrachtet, wo mit Wasserstoff angereichertes amorphes Silizium als fotoleitende Schicht 137 verwendet wird. Falls die Wellenlänge des Laserstrahls kürzer ist als ungefähr 900 nm, erzeugt die vom Laserstrahl beleuchtete Fläche der fotoleitenden Schicht Ladungsträger, welche in Richtung eines durch die angelegte Spannung erzeugten elektrischen Feldes wandern, wodurch ein Abfall im Schwellwert der Ansteuerspannung auftritt. Dies wiederum führt dazu, daß in der laserbeleuchteten Fläche eine Vorspannung erzeugt wird, deren Polarität entgegengesetzt ist zu der der Spannung, die während des Auslösens des Initialisierungsprozesses verwendet wurde, und deren Amplitude größer ist als der Schwellwert der Betriebsspannung. Der ferroelektrische Kristall kehrt seine Moleküle als Ergebnis der spontanen Polarisierung in einen anderen stabilen Zustand um, was dafür sorgt, daß das Bild digitalisiert und im Speicher gespeichert wird. Das gespeicherte Bild wird selbst dann, wenn die Ansteuerspannung gleich Null wird, unversehrt gehalten.
Das digitalisierte und gespeicherte Bild kann in einem positiven oder negativen Zustand ausgelesen werden, und zwar dadurch, daß linear polarisiertes Leselichts, dessen Polarisationsachse in Richtung der Ausrichtung der initialisierten Kristallmoleküle (oder senkrecht dazu) ausgerichtet ist, eingestrahlt wird und daß das vom dielektrischen Spiegel 143 reflektierte Licht durch einen Lichtdetektor geschickt wird, dessen Polarisationsachse senkrecht (oder parallel) zur Polarisationsrichtung des reflektierten Lichts ausgerichtet ist.
Wenn das mit Wasserstoff angereicherte amorphe Silizium als fotoleitende Schicht 137 verwendet wird, wird Licht, dessen Wellenlänge länger ist als ungefähr 660 nm durch die fotoleitende Schicht 137 hindurchgeschickt. Wenn der Laserstrahl mit einer Wellenlänge länger als 660 nm als Leselicht für den FLC-OASLM ohne Lichtreflexionsschicht verwendet wird, wird auf diese Weise der FLC-OASLM als optisch adressierbarer räumlicher Lichtmodulator vom Transmissionstyp verwendet. Durch Halten des gespeicherten Bilds bei einer Ansteuerspannung von Null ist es möglich, das gespeicherte Bild ohne Löschen desselben auszulesen.
Die als Quelle für Lese- und Schreiblicht dienende Diode kann bei hoher Geschwindigkeit direkt moduliert werden, so daß ein Synchronisieren des Ansteuerstroms mit der Ansteuerspannung des FLC-OASLM es ermöglicht, daß erfindungsgemäße optische Mustererkennungssystem bei hoher Geschwindigkeit zu betreiben.
Beim Ansteuern des räumlichen Lichtmodulators mit ferroelektrischen Flüssigkristallen bei hoher Geschwindigkeit, bei dem keine Laserdiode verwendet wird, wird die Spannung zum Steuern des Flüssigkristall-Shutters, welcher einen ferroelektrischen Flüssigkristall als Lichtmodulator verwendet, moduliert, um mit der Steuerspannung des räumlichen Lichtmodulators synchronisiert zu werden, wodurch eine Modulation der Intensität des Lese- und Schreiblichts ermöglicht wird. Selbst wenn der räumliche Lichtmodulator keine Lichtreflexions- und Trennschichten aufweist und somit das Schreiblicht und das Leselicht nicht voneinander trennen kann, oder wenn es Lichtreflexions- und/oder Trennschichten wie z. B. einen dielektrischen Spiegel 143 aufweist, aber das Leselicht nicht stark genug ist, um die fotoleitende Schicht zu beeinflussen, ist es somit möglich, mittels dieser Verfahren das Leselicht während der Zeitdauer abzuschirmen, in der die Schreibspannung an den räumlichen Lichtmodulator angelegt wird. Als Ergebnis dessen wird das Schreiblicht daran gehindert, die fotoleitende Schicht des räumlichen Lichtmodulators zu beeinflussen und die Schreibcharakteristika zu verschlechtern. Dies wiederum ermöglicht die Verwendung eines starken Leselichts beim Auslesen des Bildes mit hoher Geschwindigkeit.

Kurze Erläuterung der Zeichnungen:

Fig. 1 ist ein Diagramm, welches das Verfahren zum Steuern des FLC-OASLM mit hoher Geschwindigkeit beim digitalen Aufzeichnen eines Bildes zeigt;
Fig. 2 ist ein Diagramm, welches die Anordnung eines optischen Mustererkennungssystems als eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 3 ist ein Diagramm, welches die Anordnung eines Beispiels eines herkömmlichen optischen Korrelators für eine gemeinsame Transformierte zeigt;
Fig. 4 ist ein Diagramm, welches ein Beispiel zeigt für das Ansteuern eines FLC- OASLM mit hoher Geschwindigkeit beim erfindungsgemäßes Aufzeichnen eines Bildes mit Abstufungen;
Fig. 5 ist ein Diagramm, welches die Anordnung einer Ausführungsform zeigt, welches ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Ansteuern eines FLC-OASLM mit hoher Geschwindigkeit gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 6 ist ein Diagramm. welches den Aufbau eines Beispiels eines FLC-OASLM zeigt, welches gemäß der Erfindung verwendet wird, wobei Fig. 6 (a) einen FLC-OASLM ohne Lichtreflexionsschicht zeigt und Fig. 6 (b) einen FLC- OASLM mit einer lichtreflektierenden Schicht.
Fig. 7 ist ein Diagramm, welches ein Beispiel zeigt für ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Ansteuern eines FLC-OASLM mit hoher Geschwindigkeit;
Fig. 8 ist ein Diagramm, welches den Aufbau eines Beispiels eines optischen Mustererkennungssystems zeigt, welches eine Mustererkennung gemäß einem Verfahren mit hoher Geschwindigkeit für ein FLC-OASLM durchführt, und welches nicht unter die vorliegende Erfindung fällt;
Fig. 9 ist ein Diagramm, welches ein Beispiel für das erfindungsgemäße Verfahren zum Durchführen einer Mustererkennung unter Verwendung einer Ansteuermethode für ein FLC-OASLM mit hoher Geschwindigkeit zeigt;
Fig. 10 ist ein Diagramm, welches ein Beispiel für ein Objektbild in einem Korrelator für eine gemeinsame Transformierte zeigt;
Fig. 11 ist ein Diagramm, welches ein Beispiel für ein Korrelationsmaximum in einem Korrelator für eine gemeinsame Transformierte zeigt;
Fig. 12 ist ein Schaubild, welches den Zusammenhang verdeutlicht zwischen der räumlichen Frequenz und der Intensität des Korrelationsmaximums eines gemeinsamen Fourier-transformierten Bildes, welches in den FLC-OASLM in dem kleinen optischen Mustererkennungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung eingeschrieben ist;
Fig. 13 ist ein Schaubild, welches die Ansteuersignale für den FLC-OASLM zeigt, sowie die Schreib-LD und die Lese-LD, und die optische Anwort des FLC- OASLM, wobei (a) eine Ansteuerungwellenform des FLC-OASLM zeigt, (b) eine Ansteuerungswellenform der Schreib-LD, (c) eine Ansteuerwellenform der Lese-LD, und (d) die optische Anwort des FLC-OASLM.
Fig. 14 ist eine schematische perspektivische Ansicht, welche den Aufbau eines elektrisch adressierbaren räumlichen Lichtmodulators mit ferroelektrischen Flüssigkristallen zeigt, der in der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
Fig. 15 ist eine Wellenform für eine Abtastspannung des räumlichen Lichtmodulators mit elektrisch adressierbaren ferroelektrischen Flüssigkristallen, welcher in der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
Fig. 16 ist ein Schaubild, welches die Anordnung eines optischen Mustererkennungssystems in einer Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht;
Fig. 17 ist eine schematische Darstellung eines beispielhaften Verfahrens zum Ermitteln eines Objektbildes in der in Fig. 2 gezeigten beispielhaften Ausführungsform;
Fig. 18 ist ein Schaubild, welches beispielhaft Wellenformen zum Betreiben eines optischen Mustererkennungssystems zeigt, wobei (a) eine Ansteuerungswellenform für einen FLC-OASLM mit einem dielektrischen Spiegel zeigt, (b) eine Ansteuerungswellenform eines FLC-OASLM ohne dielektrischen Spiegel, (c) eine Ansteuerungswellenform einer Schreib-LD, (d) eine Ansteuerungswellenform einer Lese-LD, (e) die optische Antwort eines FLC-OASLM mit einem dielektrischen Spiegel, und (f) die optische Antwort eines FLC-OASLM mit dielektrischen Spiegel; und
Fig. 19 zeigt Wellenformen für den Betrieb des Systems.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen:

Ausführungsformen der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Als erstes wird ein Fall betrachtet, bei dem ein Bild auf einem FLC-OASLM digital aufgezeichnet wird, der keinen dielektrischen Spiegel 143 oder lichtabschirmende Schicht 142 aufweist, welche beide Lichtreflexions- und Trennschichten bilden.
Fig. 1 zeigt beispielhaft ein Verfahren zum Ansteuern eines räumlichen Lichtmodulators mit ferroelektrischen Flüssigkristallen mit hoher Geschwindigkeit gemäß der vorliegenden Erfindung, wenn ein Bild digital aufgezeichnet wird. Fig. 1(a) entspricht ei ner Ansteuerspannungswellenform, welche auf die durchsichtige Elektrode 134b auf der geerdeten Leseseite eines FLC-OASLM gegeben wird. Fig. 1 (b) und Fig. 1 (c) entsprechen den zeitlichen Veränderungen der Intensität des Leselichts und der Intensität des Schreiblichts, welche auf den FLC-OASLM gestrahlt wird. Fig. 1 (d) zeigt die optische Anwort des FLC-OASLM. Auf den FLC-OASLM wird eine Ansteuerspannung gegeben, welche aus einem Löschimpuls 1, einem Schreibimpuls 2 und einer Spannung 3, die gleich Null ist, (im folgenden "Nullspannung") besteht. Diese treten wiederholt in dieser Reihenfolge auf, wie in Fig. 1 (a) gezeigt ist. Der FLC-OASLM wird durch Anlegen des Löschimpulses 1 initialisiert, welcher eine Löschspannung ist; er wird mit einem Bild durch den Schreibimpuls 2 beschrieben, welcher eine Schreibspannung darstellt und das aufgezeichnete Bild wird ausgelesen, während die Nullspannung 3 angelegt ist.
Auf den FLC-OASLM muß das Schreiblicht nur während der Schreibspannungsanlegezeitdauer eingestrahlt werden, wenn der Schreibimpuls 2 angelegt wird. Es besteht keine Notwendigkeit dafür, daß der FLC-OASLM andauernd mit dem Schreiblicht bestrahlt wird, wie dies bei herkömmlichen FLC-OASLM notwendig ist. Während anderer Zeitabschnitte eingestrahltes Schreiblicht trägt in keiner Weise zum Aufzeichnen des Bildes bei. Weiterhin müssen der Schreibimpuls 2 und die Einstrahlung des Leselichts 4 in ihrer Zeitabstimmung nicht vollkommen übereinstimmen, sondern sie müssen sich lediglich für eine ausreichend lange Zeitdauer überlappen, um das Bild aufzuzeichnen. In dem Fall, daß ein FLC-OASLM ohne Lichtreflexions- und Trennschichten verwendet wird, kann es mit dem Schreiblicht entweder von der Schreibseite oder von der Leseseite her bestrahlt werden.
Das Schreiblicht muß nur während der Schreibspannungseinwirkungszeitdauer unterbrochen werden, während der der Schreibimpuls 2 angelegt wird. Selbst wenn ein starkes Leselicht eingestrahlt wird, wird in diesem Fall das Leselicht nicht die fotoleitende Schicht 137 während des Schreibvorgangs beeinflussen, sodaß sich die Schreibcharakteristika nicht ändern werden und auch das digital aufgezeichnete Bild nicht abgeschwächt wird. Das Bild kann ausgelesen werden, falls das eingestrahlte Leselicht 9 die gesamte oder einen Teil der Zeitdauer einwirkt, während der die Nullspannung 3 angelegt ist. Betrachtet man jedoch den niedrigen Leselichtreflexionsfaktor, welcher durch das Fehlen des dielektrischen Spiegel 143 verursacht wird, so erzeugt das Einstrahlen des Leselichts über die gesamte Zeitdauer, während der die Nullspannung 3 angelegt ist, einen größeren Betrag an Licht des ausgelesenen Bildes und ist vorteilhaft für eine spätere Weiterverarbeitung. Falls das Leselicht während der Löschspannungsanlegezeitdauer, während der der Löschimpuls 1 angelegt ist, nicht ausgestrahlt wird, wird es schwierig, das aufgezeichnete Bild zu löschen, da die Schwellspannung für den dunklen Zustand höher ist als die Schwellspannung für den beleuchteten Zustand. In diesem Fall kann das Bild durch Anlegen eines Löschimpulses gelöscht werden, welcher ausreichend höher ist als die Schwellspannung 1 für den dunklen Zustand. Es ist wünschenswert, das Leselicht 9 auch während der Löschspannungsanlegezeitdauer einzustrahlen, während der der Löschimpuls 1 ausgestrahlt wird, da das Löschen des Bildes erleichtert wird und die Impulsbreite oder -spannung des Löschimpulses reduziert werden kann. Die Lichtintensität des auszulesenden Bildes wird gleich Null, wenn der Löschimpuls 1 angelegt wird, da er das aufgezeichnete Bild löscht, wie in Fig. 1 (d) gezeigt ist.
Wenn der FLC-OASLM auf die vorstehend beschriebene Weise angesteuert wird, wird selbst bei Verwendung eines starkes Leselichts die Schreibcharakteristik überhaupt nicht beeinflußt, da das Leselicht die fotoleitende Schicht 137 überhaupt nicht beeinflußt. Dies ermöglicht die Verwendung eines starken Leselichts, welche das Fehlen eines dielektrischen Spiegels 143 sowie eines niedrigen Leselichtreflexionsfaktors kompensiert. Dies wiederum macht es möglich, das ausgelesene Bild weiterzubearbeiten und es in einem anderen räumlichen Lichtmodulator aufzuzeichnen, ohne daß Probleme wie das Fehlen von Lichtintensität oder Empfindlichkeit auftreten. Eine beispielhafte Vorrichtung, welche das ausgelesene Bild weiterverarbeitet, wird detailliert später erläutert. Die Breiten des Löschimpulses 1, des Schreibimpulses 2 und der Nullspannung 3, können kleiner gemacht werden als 1 msec während der FLC-OASLM betriebsbereit gehalten wird, obwohl die tatsächlichen Breiten abhängen von der Intensität des Schreib- und Leselichts. Die Verkürzung der Impulsbreiten erlaubt einen Betrieb mit hoher Geschwindigkeit bei einer Frequenz von mehr als 300 Hz. Verschiedene Ansteuerungspannungswellenformen, die sich von den in Fig. 1 (a) gezeigten unterscheiden, sind möglich. Zum Beispiel kann die Ansteuerungspannungswellenform die Nullspannung 3, zwischen dem Steuerimpuls 1 und dem Schreibimpuls 2 aufweisen. Solange wie der Betrieb auf den initialisierenden Aufzeichnen eines Bildes durch impulsartige Steuerspannungen und Lesen des Bildes während der Zeitdauer der Nullspannung 3 nach dem Schreibimpuls beruht, kann die oben gegebene Erläuterung auf jegliche Steuerungspannungswellenformen übertragen werden.
Als nächstes wird das Verfahren zum Aufzeichnen eines Bildes mit Abstufungen auf dem FLC-OASLM erläutert, welcher keinen dielektrischen Spiegel 143 aufweist und keine lichtabschirmende Schicht 142, die Lichtreflexions- und Trennschichten bilden. Fig. 4 zeigt ein beispielhaftes Verfahren zum Ansteuern eines räumlichen Lichtmodulators mit ferroelektrischen Kristallen bei hoher Geschwindigkeit gemäß der vorliegenden Erfindung beim Aufzeichnen eines Bildes mit Helligkeitsabstufungen. Fig. 4 (a) zeigt eine Ansteuerungspannungswellenform, welche auf die durchsichtige Elektrode 134b auf der geerdeten Leseseite des FLC-OASLM gegeben wird. Fig. 4 (b) und 4 (c) zeigen Veränderungen im Zeitablauf der Schreib- und Leselichtintensitäten, welche an den FLC-OASLM angelegt werden. Fig. 4 (d) zeigt die Lichtintensität des vom FLC- OASLM ausgelesenen Bildes. Die Wellenform der Antriebsspannung, welche in Fig. 4 (a) gezeigt wird, ist die Antriebssteuerspannungswellenform der Fig. 1 (a), welche aus einem Löschimpuls 1 einem Schreibimpuls 2 und einer Nullspannung 3 besteht, und welche wiederholt in dieser Reihenfolge auftreten, und denen eine Gleichspannung überlagert ist. Die Gleichspannung ist so überlagert, daß eine positive Impulsspannung (Löschimpuls 51) größer ist als eine negative Impulsspannung (Schreibimpuls 52) und der Schreibimpuls 52 nicht größer ist als der Schwellwert der Spannung im beleuchteten Zustand. Wie bei der binären Aufzeichnung, beruht die Aufzeichnung eines Bildes mit Helligkeitsabstufungen auf dem Initialisieren durch einen Löschimpuls oder einer Löschspannung und Schreiben eines Bildes mittels eines Schreibimpulses oder einer Schreibspannung. Da der Ansteuerungsspannung eine Gleichspannung überlagert ist, wird das aufgezeichnete Bild während der Zeitdauer ausgelesen, während der die Vorspannung 53 angelegt ist und nicht während der Nullspannung 3 gemäß der Fig. 1 (a).
Falls die Impulsspannung, der eine Gleichspannung überlagert ist, an die durchsichtigen Elektroden 134a, 1346 angelegt wird, so wird während des Vorgangs des Schreibens eine Spannung proportional zur Intensität des auf die fotoleitenden Schicht 137 die ferroelektrische Flüssigkristallschicht 136 eingestrahlten Lichts angelegt. Die ferroelektrische Flüssigkristallmoleküle erfahren eine Kraft, welche proportional zur Spannung ist. Zur selben Zeit erfahren die ferroelektrischen Flüssigkristallmoleküle eine Relaxationskraft, welche dazu neigt, sie aufgrund der Asymmetrie der angelegten Spannung in ihren ursprünglichen stabilen Zustand zurückzubringen. Der Rückstellwinkel der ferroelektrischen Flüssigkristalle beim Anlegen des Schreibimpulses 52 erhöht sich fast proportional zur Schreiblichtintensität und dann, wenn entweder der Schreibimpuls 52 oder das eingestrahlte Schreiblicht 54 verschwinden, erniedrigt er sich im Lauf der Zeit. Die Zeitdauer der Reduktion des Rückstellwinkels hängt von der Relaxationszeit der ferroelektrischen Flüssigkristallmoleküle ab, so daß die asymmetrische Impulsspannung bevorzugterweise eine Frequenz von mehr als 100 Hz aufweisen sollte. Da die Lichtintensität des ausgelesenen Bildes proportional ist zum Rückstellwinkel der ferroelektrischen Flüssigkristallmoleküle erlaubt das Lesen des Bildes während des Einstrahlens des Leselichts während dieser Rückstellphase, daß das Bild mit gleichmäßigen Helligkeitsabstufungen geschrieben und durchgängig gelesen werden kann.
Beim Schreiben und Lesen eines Bildes mit Helligkeitsabstufungen sollte die Intensität des Leselichts moduliert werden, so daß eine Leselichteinstrahlung 54 nur während der Zeit besteht, in der die Schreibspannung angelegt ist und der Schreibimpuls 52 aufgeprägt ist, wie dies beim binären Aufzeichnen des Bildes der Fall ist.
Die Zeitdauer während der die Schreibspannung angelegt ist und die Bestrahlung 54 mit Schreiblicht müssen sich nur für eine vorbestimmte Zeitdauer überlappen, und das eingestrahlte Schreiblicht 54 kann entweder kürzer oder länger sein als der Schreibimpuls 52.
Das Leselicht sollte während einer Zeitdauer ausgestrahlt werden, die sich von der Zeit während der die Schreibspannung angelegt wird und der Schreibimpuls 52 einwirkt, unterscheidet. Während der Zeitdauer der Vorspannung 53 neigen die ferroelektrischen Flüssigkristallmoleküle dazu, aufgrund der Relaxationskraft in ihren ursprünglichen stabilen Zustand zurückzukehren. Während dieses Zustands beeinflußt das Aussenden eines starken Leselichts nicht den Relaxationszustand und sorgt dafür, daß das Bild mit Helligkeitsabstufungen ausgelesen wird. Es sei angemerkt, daß die Einstrahlung 55 von Leselicht nicht mit der Zeitdauer der Vorspannung 53 zusammenfallen muß, und kürzer sein kann als die Zeitdauer der Vorspannung oder sich mit der Zeitdauer, in der die Löschspannung angelegt wird, überlappen kann, während der der Löschimpuls 51 eingelegt wird. Im Falle einer binären Aufzeichnung ist es erwünscht, daß das eingestrahlte Leselicht 9 austritt, wenn der Löschimpuls 1 angelegt wird, weil die Durchführung des Löschens durch das Leselicht erleichtert wird. Dies trifft auch auf das Schreiben eines Bildes mit Helligkeitsabstufungen zu. Da das Bild normalerweise jedoch ohne das Schreiblicht gelöscht werden kann, muß das Schreiblicht nicht während der gesamten Zeitdauer eingestrahlt werden, in der die Lösch spannung anliegt.
Die Lichtintensität 56 des ausgelesenen Bildes ist proportional zur Intensität des Schreiblichts und ist am stärksten unmittelbar nach dem Lesen und schwächt sich ab, während der Umkehrwinkel der ferroelektrischen Flüssigkristallmoleküle aufgrund der Relaxationskraft kleiner wird. Wenn der Löschimpuls 51 angelegt wird, wird der Umkehrwinkel gleich Null, wodurch sich die Lichtintensität des ausgelesenen Bildes auf Null zurückbildet.
In dem FLC-OASLM ohne Lichtreflexions- oder Trennschichten ermöglicht es das oben erläuterte Verfahren des Auslesens des Bildes, ein Bild mit Helligkeitsabstufungen mit einer hohen Geschwindigkeit von 100 Hz zu schreiben und auszulesen, wenn ein starker Lesestrahl verwendet wird. Verschiedene Antriebswellenformen, die sich von denen in Fig. 4 (a) unterscheiden, sind möglich. Zum Beispiel kann die Ansteuerungsspannungswellenform eine Vorspannung 53 zwischen dem Löschimpuls 51 und dem Schreibimpuls 52 aufweisen. Solange wie der Betrieb aus dem Initialisieren und Aufzeichnen eines Bildes mittels impulsartigen Ansteuerungsspannungen sowie dem Lesen des Bildes während der Zeitdauer der Vorspannung 53 nach dem Schreibimpuls 52 besteht, trifft die vorstehende Erläuterung auf jegliche Ansteuerungsspannungswellenform zu. Die Vorspannung 53 zum Lesen des Bildes muß nicht notwendigerweise als Vorspannung vorliegen, sondern kann auch eine Ansteuerungsspannungswellenform in einem Nullspannungszustand sein.
Als nächstes wird das Verfahren zum Modulieren der Intensitäten des Schreib- und Leselichts erläutert. Wenn eine Laserdiode (LD) als Lichtquelle für das Schreib- und Leselicht verwendet wird, werden die Ansteuerungsspannung des FLC-OASLM und der Ansteuerungsstrom der LD mittels eines Reglers synchronisiert, um den LD-Ansteuerungsstrom direkt zu modulieren, so daß er eine Wellenform aufweist, welche der gewünschten Lichtintensität stark ähnelt. Dies macht es möglich, die Lichtintensität durch Synchronisieren des Schreib- und Leselichts mit dem FLC-OASLM leicht zu modulieren.
Zieht man jedoch die Kohärenz des ausgestrahlten Lichts in Betracht, so umfassen Laser, die üblicherweise verwendet werden, auch Gaslaser wie Helium-Neonlaser und Argonlaser und Festkörperlaser wie Rubinlaser. Wenn diese Laser als Quelle für das Schreib- und Leselicht verwendet werden, ist es schwierig, die Lichtquelle direkt zu modulieren, und es ist weiterhin unmöglich, die Intensitäten des Schreib- und Leselichts durch Synchronisieren des Lichts mit dem FLC-OASLM zu modulieren, welcher durch die Verwendung von mechanischen Shuttern oder Flüssigkristall-Shuttern, welche TN-Flüssigkristalle als lichtmodulierendes Material benutzen, mit einer hohen Geschwindigkeit von mehreren zig Hz bis mehreren kHz betrieben wird.
Im folgenden sei nun das Verfahren zum Modulieren des von einer beliebigen Lichtquelle ausgestrahlten Schreib- und Leselichts mit hoher Geschwindigkeit bei Verwendung eines Flüssigkristall-Shutters erläutert, der einen ferroelektrischen Flüssigkristall als lichtmodulierendes Material verwendet (FLC-Shutter = ferroelectric liquid crystal shutter). Der FLC-Shutter weist einen Aufbau ähnlich zu dem eines FLC-OASLM ohne die Lichtreflexionsschicht auf, die in Fig. 6 (a) gezeigt ist, außer daß er keine fotoleitende Schicht 137 aufweist. Die einzigen Punkte, in welchen sich der FLC-Shutter von dem FLC-OASLM gemäß Fig. 6 (a) unterscheidet, ist daß keine fotoleitende Schicht 137 vorliegt, daß die Flüssigkristallmoleküle durch die zwischen den durchsichtigen Elektroden 134a, l 34b angelegte Spannung, umgekehrt werden, und daß der FLC-Shutter als Transmissionstyp verwendet wird. Die Grundlagen der Wirkungsweise sind jedoch dieselben. Die Richtung der Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle und die Richtung des linear polarisierten Lichts, welches auf den FLC-Shutter eingestrahlt werden, sind dieselben wie die der herkömmlichen räumlichen Lichtmodulatoren mit ferroelektrischen Flüssigkristallen. Der FLC-Shutter weist einen Polarisator sowie einen Detektor davor und dahinter auf, um die Intensitäten des Lese- und Schreiblichts zu modulieren. Der FLC-Shutter weist eine bistabile Charakteristik im Speicher auf und sorgt für eine kurze Ansprechzeit und einen hohen Kontrast. Der FLC-Shutter, der in dieser Erfindung verwendet wird, war in der Lage, ein Kontrastverhältnis von 500 : 1 oder höher bereitzustellen, und eine Rahmenfrequenz von bis zu einigen kHz.
Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform einer Ansteuervorrichtung mit hoher Geschwindigkeit für den räumlichen Lichtmodulator mit ferroelektrischen Flüssigkristallen gemäß der vorliegenden Erfindung, bei der die beiden oben erläuterten FLC-Shutter in den Strahlgängen des Lese- und Schreiblichts des FLC-OASLM angebracht sind. Die Ansteuerungsmittel zum Ansteuern des FLC-OASLM 11 sind eine Regelungseinheit 15; die Schreiblicht-Modulationsmittel sind ein erster FLC-Shutter 12; Leselicht-Modulationsmittel sind ein zweiter FLC-Shutter 13; und die Regelungseinheit 15 synchronisiert die Ansteuerungsmittel, die Schreiblicht-Modulationsmittel und die Leselicht-Modulations mittel miteinander.
Das Schreiblicht, dessen Intensität durch den ersten FLC-Shutter 12 moduliert wird, strahlt auf die Schreiboberfläche des FLC-OASLM 11 ein. Das Leselicht, dessen Intensität durch den zweiten FLC-Shutter 13 moduliert wird, wird durch den polarisierenden Strahlteiler 14 reflektiert, um die Leseoberfläche des FLC-OASLM 11 auszuleuchten. Der vom FLC-OASLM 11 reflektierte Leselichtstrahl tritt durch den polarisierenden Strahlteiler 14 hindurch, welcher als Detektor dient, um das aufgezeichnete Bild zu lesen. Der FLC-OASLM 11, der erste FLC-Shutter 12 und der zweite FLC-Shutter 13 werden durch die Regelungseinheit 15 angesteuert und synchronisiert.
Fig. 7 zeigt das Verfahren zum Ansteuern des FLC-OASLM 11 und der beiden FLC- Shutter 12, 13 bei dieser Ausführungsform. Die Fig. 7(a) entspricht einer Ansteuerungspannungswellenform, welche an den FLC-OASLM mit der durchsichtigen Elektrode 134b mit geerdeter Leseseite angelegt wird. Fig. 7(b) zeigt Änderungen in der Intensität des Schreiblichts. Fig. 7(c) zeigt eine Antriebssteuerungswellenform für den ersten FLC-Shutter 12, um das Schreiblicht zu modulieren. Fig. 7(d) entspricht Änderungen in der Intensität des Leselichts. Fig. 7(e) zeigte eine Ansteuerungsspannungswellenform für den zweiten FLC-Shutter 13 zum Modulieren des Leselichts. Die FLC-Shutter 12, 13 sind so eingestellt, daß sie sich schließen, wenn positive Impulse angelegt werden (welche als Schließimpulse 5 oder 7 bezeichnet werden) und sich öffnen, wenn negative Impulse angelegt werden (welche als Öffnungsimpulse 6 oder 8 bezeichnet werden). In Übereinstimmung mit der Taktung, in der die Schreibimpulse 2 an der FLC-OASLM 11 angelegt werden, wird der Öffnungsimpuls 6 auf das erste FLC- Shutter 12 angelegt und der Schließimpuls 77 auf das zweite FLC-Shutter 13. Wenn der FLC-OASLM 11 einen Null-Spannungszustand 3 erreicht, wird der Schließimpuls 5 auf das erste FLC-Shutter 12 angelegt und der Öffnungsimpuls 8 auf das zweite FLC-Shutter 13. Werden der FLC-OASLM und die beiden FLC-Shutter auf diese Weise abgestimmt aufeinander betrieben, so führt dies zu einer Ansteuerungsmethode, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist.
Bis jetzt wurde das schnelle Ansteuerungsverfahren für nur einen FLC-OASLM erläutert. Mit diesem Verfahren ist es möglich, eine Vielzahl von Systemkonfigurationen zu realisieren, welche jeweils mehrere FLC-OASLM verwenden, so wie zum Beispiel das Verbinden von zwei oder mehr FLC-OASLM in Reihe und das Bearbeiten eines aus einem FLC-OASLM ausgelesenen Bildes und Aufzeichnen desselben in einem anderen FLC-OASLM. Dies wird erläutert bei Bezugnahme auf das Beispiel eines Korrelators für eine gemeinsame Transformierte, in welcher zwei FLC-OASLM ohne Lichtreflexions-s und Trennschichten in Reihe geschaltet sind.
Fig. 8 zeigt die Anordnung eines Beispiels eines Systems für optische Mustererkennung unter Verwendung, welches nicht unter die vorliegende Erfindung fällt und welches eine Mustererkennung unter Verwendung eines Verfahrens mit hoher Geschwindigkeit für die räumlichen Lichtmodulatoren mit ferroelektrischen Flüssigkristallen durchführt. Dabei handelt es sich um einen Korrelator für eine gemeinsame Transformierte, welcher zwei FLC-OASLM ohne Lichtreflexions- oder Trennschichten verwendet. Ein Ansteuerungsmittel zum Ansteuern des ersten FLC-OASLM 25 und des zweiten FLC-OASLM 32 ist eine Regelungseinheit 29. Ein erster FLC-Shutter 28 arbeitet als Leselicht-Modulationsmittel für den ersten FLC-OASLM 25 und weiterhin als Schreiblicht- Modulationsmittel für den zweiten FLC-OASLM 32. Ein Leselicht-Modulationsmittel für den zweiten FLC-OASLM 32 ist ein zweiter FLC-Shutter 35. Die Regelungseinheit 29 synchronisiert auch den Betrieb des ersten FLC-OASLM 25 und des zweiten FLC- OASLM 32, mit den Schreiblicht-Modulationsmitteln und den Leselicht-Modulationsmitteln.
Ein Referenzobjekt 21 und ein Eingabeobjekt 22 werden auf der fotoleitenden Schicht des ersten FLC-OASLM 25 mittels einer ersten Fokussierungslinse 32 sowie einer zweiten Fokussierungslinse 24 fokussiert, und die fokussierten Bilder werden dort als Referenzbild und als Eingabebild aufgezeichnet. Kohärentes Licht, welches von einem ersten Laser 26 ausgestrahlt wird, wird mittels eines ersten Strahlaufweiters 27 in ein Parallelstrahlenbündel mit vorgegebenem Durchmesser gewandelt, und tritt durch den ersten FLC-Shutter 28 hindurch, wodurch die Lichtintensität moduliert wird. Das modulierte kohärente Licht wird an einem ersten polarisierenden Strahlteiler 30 als Leselicht auf die Leseoberfläche des ersten FLC-OASLM 25 reflektiert. Das an dem ersten FLC-OASLM 25 reflektierte Leselicht tritt durch den ersten polarisierenden Strahlteiler 30 hindurch, welcher als Detektor verwendet wird, und dafür sorgt, daß das Referenzbild und das Eingabebild, welche auf dem ersten FLC-OASLM 25 aufgezeichnet sind, als kohärente positive oder negative Bilder ausgelesen werden. Die kohärenten Bilder, die so ausgelesen werden, werden sodann mittels einer ersten Fourier-Transformationslinse 31 Fourier-transformiert und ihr gemeinsames Fourier-transformiertes Bild wird als Schreiblicht auf die Schreiboberfläche des zweiten FLC-OASLM 32 einge strahlt. Als Ergebnis dessen wird das gemeinsame Fourier-transformierte Bild in ein Intensitätsverteilungsbild gewandelt, welches auf dem zweiten FLC-OASLM 32 aufgezeichnet wird. Vom zweiten Laser 32 ausgestrahltes kohärentes Licht wird durch einen zweiten Strahlteiler 34 durchgelassen, einen zweiten FLC-Shutter 35 und einen zweiten polarisierenden Strahlteiler 36, um ein Parallelstrahlbündel mit vorbestimmtem Durchmesser zu werden, bevor er in seiner Intensität moduliert wird und als Leselicht gegen die Leseoberfläche des zweiten FLC-OASLM 32 gestrahlt wird. Das von dem zweiten FLC-OASLM 32 reflektierte Leselicht tritt durch den zweiten polarisierenden Strahlteiler 36, welcher als Detektor verwendet wird, was dafür sorgt, daß das Lichtintensitätsverteilungsbild des gemeinsamen Fourier-transformierten Bilds auf dem zweiten FLC-OASLM 32 aufgezeichnet wird, um als positives oder negatives Bild ausgelesen zu werden. Das Licht-Intensitätsverteilungsbild, welches so ausgelesen wurde, wird mittels einer zweiten Fourier-Transformationslinse 37 Fourier-transformiert, um Korrelationsmaxima auf einem Lichtempfangselement 38 zu bilden, welche dann in elektrische Signale umgewandelt werden. Falls das Eingabebild und das Referenzbild, welche in Fig. 10 eng beieinanderliegend gezeigt sind, sich bei den Koordinaten (x + a, y + b) und (x - a, y - a) befinden, dann erscheint ein Paar von Korrelationsmaxima an den Positionen (a, b). Falls es eine Vielzahl von Referenzbildern gibt und das Eingabebild sich an einer Position (x, y) befindet und die Referenzbilder an Positionen (x + ai, y + bi), wobei i eine natürliche Zahl ist, dann erscheinen die Korrelationsmaxima an Positionen (2ai, 2bi). Das erste FLC-OASLM 25 wird zusammen mit dem ersten FLC- Shutter 28, dem zweiten FLC-OASLM 32 und dem zweiten FLC-Shutters 35 durch Signale aus der Regelungseinheit 29 angesteuert und synchronisiert. Das erste FLC- OASLM 25 wird in die vordere Brennebene der ersten Fourier-Transformationslinse 31 positioniert und der zweite FLC-OASLM 32 in der rückwärtigen Brennebene. Der zweite FLC-OASLM 32 wird in der vorderen Brennebene der zweiten Fourier-Umwandlungslinse 37 positioniert und das Lichtempfangselement 38 in die rückwärtige Brennebene.
Im folgenden wird nunmehr die Betriebsweise erläutert. Fig. 9 zeigt beispielhaft ein Verfahren zum Ansteuern der in Fig. 8 gezeigten Ausführungsform. Fig. 9(a) zeigt Veränderungen in der Intensität des Schreiblichts, welches auf den ersten FLC-OASLM 25 eingestrahlt wird. Fig. 9(b) zeigt eine Ansteuerungsspannungswellenform für den ersten FLC-OASLM 25, wobei die durchsichtige Elektrode 34 auf der Leseseite geerdet ist. Fig. 9 (c) zeigt Veränderungen in der Intensität des Leselichts, welches auf den er sten FLC-OASLM 25 eingestrahlt wird. Fig. 9(d) veranschaulicht eine Ansteuerungspannungswellenform des ersten FLC-Shutters 28. Fig. 9 (e) veranschaulicht Veränderungen in der Lichtintensität eines Bildes, welches aus dem ersten FLC-OASLM 25 ausgelesen wird. Fig. 9(f) veranschaulicht eine Ansteuerungsspannungswellenform für den zweiten FLC-OASLM 32, wobei die durchsichtige Elektrode 134b auf der Leseseite geerdet ist. Fig. 9(g) zeigt Veränderungen in der Intensität des Leselichts, welches auf den zweiten FLC-OASLM 32 eingestrahlt wird. Fig. 9(h) veranschaulicht eine Ansteuerungsspannungswellenform des zweiten FLC-Shutters 35. Fig. 9(i) veranschaulicht Änderungen in der Lichtintensität eines Bildes, welches vom zweiten FLC-OASLM 32 ausgelesen wird. Der erste FLC-OASLM 25 und der zweite FLC-OASLM 32 zeichnen Bilder in Binärform auf. Wenn die Aufzeichnung eines Bildes mit Helligkeitsabstufung durchgeführt wird, muß die Vorspannung nur auf die Ansteuerungsspannung, welche an den FLC-OASLM angelegt werden soll, überlagert werden.
Der Einfachheit halber sei angenommen, daß das Schreiblicht permanent auf die Schreiboberfläche des ersten FLC-OASLM 25 gestrahlt wird. Wenn die Ansteuerungsspannung in Fig. 9(b) an den ersten FLC-OASLM 25 angelegt wird, so sorgt der Schreibimpuls 62 der Ansteuerungsspannung dafür, daß das Referenzbild und das Eingabebild digital aufgezeichnet werden. Das aufgezeichnete Bild wird ausgelesen, während die Nullspannung 63 anliegt und durch den Löschimpuls 61 gelöscht. Die Intensität des Schreiblichts kann moduliert werden, während das Referenzobjekt 21 und das Eingabeobjekt 22 mit einer pulsierenden Lichtquelle, wie z. B. einem Stroboskoplicht beleuchtet werden. In diesem Fall müssen die pulsierende Lichtquelle und der erste FLC-OASLM 25 miteinander synchronisiert sein und das einfallende Schreiblicht und der Schreibimpuls 62 müssen sich für eine vorbestimmte Zeitdauer überlappen.
Das Leselicht, welches den ersten FLC-OASLM 25 beleuchtet, hat eine modulierte Intensität in solch einer Weise, daß es nur unterbrochen wird, wenn der Schreibimpuls 62 angelegt wird. Als Ergebnis dessen beeinflußt das Leselicht selbst dann, wenn es stark ist, nicht die Schreibcharakteristika des ersten FLC-OASLM 25 und kann das aufgezeichnete Referenz- und Eingabebild während der Zeitdauer der Nullspannung 63 auslesen. Wird das Leselicht auch während der Anlegung des Löschimpulses 61 eingestrahlt, so vereinfacht dies das Löschen des Bildes, was wiederum eine Verkürzung der Impulslänge und -spannung des Löschimpulses 61 erlaubt. Solch ein intensitätsmoduliertes Leselicht kann durch Anlegen der Ansteuerungsspannung gemäß Fig. 9(d) des ersten FLC-Shutters 28 erhalten werden. Der erste FLC-Shutter 28 schließt, wenn eine positive Impulsspannung (Schließimpuls 65) angelegt wird, und öffnet, wenn eine negative Impulsspannung (Öffnungsimpuls 66) angelegt wird. Die Ansteuerungsspannung für den ersten FLC-Shutter 28 synchronisiert mit der Ansteuerungsspannung für den ersten FLC-OASLM 25. Zur selben Zeit, wenn der Schreibimpuls 62 an den ersten FLC-OASLM 25 angelegt wird, wird der Schließimpuls 65 auf den ersten FLC-Shutter 28 gegeben. Wenn der erste FLC-OASLM 25 in den Zustand der Nullspannung 63 eintritt, wird ein Öffnungsimpuls 66 auf den ersten FLC-Shutter 28 gegeben.
Fig. 9(e) zeigt Veränderungen in der Lichtintensität eines Bildes, welches vom ersten FLC-OASLM 25 ausgelesen wird. Das Bild wird nur ausgelesen, wenn Leselicht eingestrahlt wird und die Ansteuerungsspannung sich auf dem Niveau der Nullspannung 63 befindet. Wenn der Löschimpulse 61 angelegt wird, wird das Bild gelöscht, selbst wenn das Leselicht weiterhin eingestrahlt wird, was dafür sorgt, daß die Lichtintensität des auszulesenden Bildes Null wird.
Die Ansteuerungsspannung gemäß Fig. 9 (f) wird an den zweiten FLC-OASLM 32 angelegt, so daß der Schreibimpuls 68 auf eine Zeitdauer abgestimmt ist, während welcher das Bild vom ersten FLC-OASLM 25 ausgelesen wird. Wenn der Schreibimpuls 68 angelegt wird, wird das Bild der gemeinsamen Fourier-Transformierten vom ersten FLC-OASLM 25 ausgelesen und auf die Schreiboberfläche des zweiten FLC-OASLM 32 eingestrahlt und seine Intensitätsverteilung digital aufgezeichnet. Das aufgezeichnete Bild wird ausgelesen, wenn die Ansteuerungsspannung gleich der Nullspannung 69 ist, und durch den Löschimpuls 67 gelöscht.
Das Leselicht, welches auf den zweiten FLC-OASLM 32 eingestrahlt wird, wird intensitätsmoduliert, so daß es nur unterbrochen wird, wenn der Schreibimpuls 68 an den zweiten FLC-OASLM 32 angelegt wird. Da das Leselicht auch während des Löschimpulses 67 weiterhin einfällt, können die Impulsbreite und -spannung des Löschimpulses 67 verringert werden, ebenso wie im Fall des ersten FLC-OASLM 25.
Solch ein intensitätsmoduliertes Leselicht kann durch Anlegung der Ansteuerungsspannung gemäß Fig. 9 (h) an den zweiten FLC-Shutter 35 erhalten werden. Sobald der Schreibimpuls 68 an den zweiten FLC-OASLM 32 angelegt wird, wird ein Schließimpuls 71 auf den zweiten FLC-Shutter 35 gegeben. Zu dem Zeitpunkt, zu dem der zweite FLC-OASLM 32 auf die Nullspannung 69 geht, wird ein Öffnungsimpuls 72 an den zweiten FLC-Shutter 35 angelegt.
Fig. 9(i) zeigt Veränderungen in der Lichtintensität eines Bildes, welches vom zweiten FLC-OASLM 32 ausgelesen wird. Das Bild wird nur ausgelesen, wenn die Ansteuerungsspannung für den zweiten FLC-OASLM 32 die Nullspannung 69 ist.
Gemäß dem obengenannten Verfahren ist es möglich, den Korrelator mit Frequenzen höher als 300 Hz in einem System zu betreiben, in dem zwei FLC-OASLM ohne Lichtreflexions- oder Trennschichten vorgesehen sind, die in Serie miteinander verbunden sind. Das Lichtempfangselement 38 erzeugt ein Korrelationsintensitätsmaximum, welches dem Korrelationskoeffizienten zwischen dem Referenzobjekt 21 und dem Eingabeobjekt 22 entspricht. Durch Verwenden desselben Verfahrens können mehr als zwei FLC-OASLM in Reihe geschaltet werden, oder in einer Schleife, oder in einer Baumanordnung, um ein System zu ergeben, welches mit hoher Geschwindigkeit betrieben werden kann.
Die vorstehenden Erläuterungen betreffen den Fall, wo der FLC-OASLM keine Lichtreflexions- oder Trennschichten, wie einen dielektrischen Spiegel 143 und eine lichtabschirmende Schicht 142, umfassen. In den Fällen, wo Lichtreflexions- oder Trennschichten bereitgestellt werden, verlangen Betriebsarten, wie das Abtasten eines ausgelesenen Bildes mit hoher Geschwindigkeit oder das Schreiben und Lesen des Bildes auf einer Zeitmultiplexbasis, eine Lichtintensitätsmodulation des Schreiblichts und des Leselichts. Da in diesem Falle Lichtreflexions- und Trennschichten vorliegen, wird das Leselicht vom Schreiblicht getrennt und beeinflußt nicht die Schreibcharakteristika. Deshalb ist es kein Problem, falls das Schreiblicht während der Zeitdauer des Anlegens der Schreibspannung eingestrahlt wird. Bei der zuvor gegebenen Beschreibung, wo keine Lichtreflexions- und Trennschichten vorlagen, wird das Bild im Nullspannungszustand im Falle einer binären Aufzeichnung ausgelesen, und im Falle der Aufzeichnung eines Bildes mit Helligkeitsabstufungen wird es im Zustand der Vorspannung ausgelesen. Im Gegensatz dazu wird dann, wenn Lichtreflexions- und Trennschichten vorliegen, die Einstrahlung des Leselichts während der Zeitdauer des Anlegens der Schreibspannung dafür sorgen, daß das Bild selbst im Schreibzustand ausgelesen wird, wodurch der Nullspannungszustand und der Vorspannungszustand für die Ansteuerungsspannungswellenform überflüssig werden.
Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen eine weitere Ausführungsform des optischen Mustererkennungssystems erläutert, welches eine reduzierte Größe aufgrund der Verwendung einer Laserdiode aufweist. Fig. 2 zeigt die Anordnung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen optischen Mustererkennungssystems. Das Bezugszeichen 101 bezeichnet eine Laserdiode (LD) zum Schreiben, 102 eine erste Kollimationslinse, 103 ein erstes strahlbildendes Prisma, 104 einen elektrisch adressierbaren räumlichen Lichtmodulator, 105 einen Strahlteiler für polarisiertes Licht, 106 eine Fourier-Transformationslinse, 107 ein FLC-OASLM, 108 eine Laserdiode (LD) zum Lesen, 109 eine zweite Kollimationslinse, 110 ein zweites Strahlformungsprisma, 110 eine Fotodiode, 112 eine Ansteuerungsregelungsschaltung, 113 eine Spannungsversorgung, 114 einen Verstärker, 115 einen Bildeingabe Anschluß und 116 einen Ausgabeanschluß. Mittel zum Transformieren von zumindest einem Referenzbild, welches vorgegebene Markierungen enthält, und zumindest einem einzugebenden Eingabebild in ein kohärentes Bild, wobei die beiden Bilder auf Bildanzeigemittel anzuzeigen sind, umfassen die Schreib-LD, die erste Kollimationslinse 102, das erste Strahlformungsprisma 103, den elektrisch adressierbaren räumlichen Lichtmodulator 104, den Strahlteiler 105 für polarisiertes Licht, den Bildeingabeanschluß 115, die Ansteuerungsregelungsschaltung 112 und die Strahlungsversorgung 113. Ein Mittel zum optischen Fourier-Transformieren des kohärenten Bildes und Erzeugen eines gemeinsamen Fourier-transformierten Bildes aus dem Referenzbild und dem Eingabebild ist eine Fourier-Transformationslinse 106. Mittel zum Wandeln des gemeinsamen Fouriertransformierten Bildes in ein Intensitätsverteilungsbild und Anzeigen des Intensitätsverteilungsbildes auf dem optisch adressierbaren räumlichen Lichtmodulator umfassen ein FLC-OASLM 107, eine Ansteuerungsregelschaltung 112 und eine Spannungsversorgung 113. Mittel zum Lesen des Intensitätsverteilungsbildes, welches mittels kohärentem Licht auf den optisch adressierbaren räumlichen Lichtmodulator angezeigt wird, umfassen eine Laserdiode zum Lesen 108, eine zweite Kollimationslinse 109, ein zweites strahlbildendes Prisma 110, die Steuerungsregelungsscheibe 112 und die Spannungsversorgung 113. Mittel zum Fourier-Transformieren des ausgelesenen Intensitätsverteilungsbilds in eine zweidimensionale Korrelationsbildverteilung des Referenzbilds und des Eingabebilds umfassen eine Fourier-Transformationslinse 106 und einen Strahlteiler 105 für polarisiertes Licht. Ein Element für die Umwandlung von Licht in Elektrizität zum Erfassen der Intensität der Korrelationsmaxima, welche den Korrelationskoeffizienten zwischen dem Referenzbild und dem Eingabebild entsprechen und in der Korrelationsbildverteilung enthalten sind, umfaßt eine Fotodiode 111, eine Spannungsquelle 113, einen Verstärker 114 und einen Ausgabeanschluß 116.
Von der Schreib-LD 101 ausgestrahltes kohärentes Schreiblicht wird durch die erste Kollimationslinse 102 in ein Parallelstrahlenbündel mit vorgegebenem Durchmesser aufgeweitet, welches dann durch das erste Strahlformungsprisma 103 zu einem kreisrunden Strahl geformt wird. Der kreisrunde Strahl wird auf den elektrisch adressierbaren räumlichen Lichtmodulator 104 eingestrahlt. Bei diesem Beispiel wird der Strahldurchmesser auf 10 mm gesetzt. Der elektrisch adressierbare räumliche Lichtmodulator 104 empfängt über den Bildeingabeanschluß 115 Videosignale oder digitale Bildsignale von einem Computer, einem Bildverarbeitungssystem oder einer CCD-Kamera, und zeigt ein Objektbild an, wie in Fig. 10 gezeigt. Das Objektbild in Fig. 10 besteht aus den beiden Buchstaben "A", welche nahe beieinander dargestellt werden, und zwar einer als Eingabebild und einer als Referenzbild. Das Eingabebild und das Referenzbild können jeweils mehrfach vorliegen. Der elektrisch adressierbare räumliche Lichtmodulator 104, welcher in der Erfindung verwendet wird, wird im weiteren näher erläutert werden.
Das kohärente Schreiblicht, welches auf den elektrisch adressierbaren räumlichen Lichtmodulator 104 eingestrahlt wird, wandelt das auf dem Modulator angezeigte Objektbild in eine kohärentes Bild, welches auf den Strahlteiler 105 für polarisiertes Licht fällt. Die Polarisationsrichtung des von der Schreib-LD 101 ausgesandten Lichts ist so voreingestellt, daß das kohärente Bild in einem parallelen Polarisationszustand in den Strahlteiler 105 für polarisiertes Licht einfällt. Deshalb wird praktisch das gesamte kohärente Bild durch den Strahlteiler 105 für polarisiertes Licht hindurchtreten und durch die Fourier-Transformationslinse 105 Fourier-transformiert werden, bevor sie auf die Schreiboberfläche des FLC-OASLM 107 auftritt, welcher in der Fourier-Transformationsebene plaziert worden ist. Wie auch beim vorhergehenden Fall, wird auf diese Weise das gemeinsame Fourier-transformierte Bild des Eingabebilds und des Referenzbilds digital aufgezeichnet und als binäres Lichtintensitätsverteilungsbild auf dem FLC-OASLM 107 angezeigt. Der FLC-OASLM 107 ist ein Transmissionstyp FLC-OASLM ohne Lichtreflexionsschicht, wie in Fig. 6(a) gezeigt, und verwendet eine intrinsische, mit Wasserstoff angereicherte amorphe Siliziumschicht, welche 2 bis 3 m dick ist, als fotoleitende Schicht 137. Es sei angemerkt, daß die fotoleitende Schicht 137 eine mit Wasserstoff angereicherte amorphe Siliziumschicht verwenden kann, welche eine pin- Übergangsstruktur aufweist. Da die Lichtempfindlichkeit der mit Wasserstoff angereicherten amorphen Siliziumschicht klein wird gegenüber Licht, dessen Wellenlänge mehr als 900 nm beträgt, kann, wie in der Zusammenfassung der Erfindung ausgeführt, die Aufzeichnung des gemeinsamen Fourier-transformierten Bildes auf dem FLC-OASLM 107 es erforderlich machen, daß die Schreib-LD 101 eine Schwingungswellenlänge von weniger als ungefähr 900 nm aufweist. Es ist zu bevorzugen, daß eine Schreib-LD 101 verwendet wird, welche eine Oszillationswellenlänge von weniger als 700 nm aufweist. Bei dieser Ausführungsform hat die Schreiblesediode 101 eine Oszillationswellenlänge von 780 nm und eine Ausgabeleistung von 30 mW.
Kohärentes Leselicht, welches vom Leselaser 108 ausgestrahlt wird, wird durch die zweite Kollimationslinse 109 in ein Parallelstrahlbündel mit vorbestimmtem Durchmesser aufgeweitet, welches dann mittels des zweiten Strahlformungsprismas 110 in einen kreisrunden Strahl gewandelt wird, bevor es auf die Leseoberfläche des FLC- OASLM 107 eingestrahlt wird. Während der Strahldurchmesser des Leselichts bei dieser Ausführungsform auf 8 mm gesetzt wird, hängt es vom Raumfrequenzbereich der betrachteten gemeinsamen Fourier-transformierten Lichtintensitätsverteilung ab. Da der FLC-OASLM 107 eine intrinsische, mit Wasserstoff angereicherte amorphe Siliziumschicht als fotoleitende Schicht verwendet, tritt das Leselicht durch den FLC-OASLM 107 hindurch, falls, wie zuvor erwähnt, die Schwingungswellenlänge der Lese-LD 108 größer als 660 nm ist. Falls möglich, ist es wünschenswert, eine Schreib-LD 108 zu verwenden, die eine Wellenlänge größer als 800 nm aufweist. Diese Ausführungsform verwendet eine Lese-LD 108 mit einer Schwingungswellenlänge von 780 nm. Obwohl dies dieselbe ist wie die Schwingungswellenlänge der Schreib-LD 101, müssen die Schwingungswellenlängen der beiden LD nicht notwendigerweise gleich sein. Das gemeinsame Fourier-transformierte Bild kann durch Ausrichten der Polarisationsrichtung des Leselichts mit der Richtung der Flüssigkristallmoleküle als positives oder negatives Bild ausgelesen werden, welche zuvor bei Initialisierung ausgerichtet worden sind (oder mit einer Richtung senkrecht zur Ausrichtungsorientierung der Moleküle) und durch Hindurchtretenlassen des Leselichts durch den Detektor, dessen Polarisationsachse senkrecht oder parallel ausgerichtet ist zur Polarisation des Leselichts, welches durch den FLC-OASLM getreten ist. Bei dieser Ausführungsform verwendet der Detektor einen Strahlteiler 105 für polarisiertes Licht. Es ist erwünscht, daß der Strahlteiler 105 für polarisiertes Licht Reflexions- und Transmissionseigenschaften aufweist, welche vom Einfallswinkel und der Wellenlänge nur geringfügig abhängig sind. Das ge meinsame Fourier-transformierte Bild, welches so ausgelesen worden ist, wird durch die Fourier-Transformationslinse 106 Fourier-transformiert und nur die s-polarisierte Lichtkomponente des Bildes wird durch den Strahlteiler 105 als polarisiertes Licht reflektiert, um auf der Fotodiode 111 eine Korrelationsfunktion zwischen dem Eingabebild und dem Referenzbild bereitzustellen. Bei dem Korrelator für die gemeinsame Transformierte erscheint das Korrelationsmaximum, welches in der Korrelationsfunktion enthalten ist, an einer Stelle, welche durch den relativen Abstand zwischen dem Eingabebild und dem Referenzbild festgelegt ist. Falls die Oberfläche der Fotodiode 111, welche Licht in Elektrizität wandelt, an einer Stelle positioniert ist, wo das Korrelationsmaximum erscheint, ergibt sich die Korrelationsmaximumsintensität, welche den Korrelationskoeffizienten zwischen dem betrachteten Eingabebild und dem Referenzbild entspricht, als Spannungsausgabe der Fotodiode 111. Wo es eine Vielzahl von Referenzbildern oder Eingabebildern gibt, wird eine Vielzahl von Korrelationsmaxima-Paaren auftreten, so daß es notwendig wird, eine Vielzahl von Photodioden zu verwenden oder eine vielflächige Photodiode mit einer Vielzahl von Flächen, auf denen Licht in Elektrizität umgewandelt wird, oder ein Photodiodenfeld.
Ein elektrisches Signal, welches der Korrelationsmaximumsintensität entspricht, die den Korrelationskoeffizienten zwischen dem erfaßten Eingabebild und dem Referenzbild repräsentiert, wird durch den Verstärker 114 verstärkt und vom Ausgabeanschluß 116 zu anderen Bearbeitungssystemen gegeben. Der Verstärker 114 wird durch die Spannungsquelle 113 versorgt.
Der elektrisch adressierbare räumliche Lichtmodulator 104 wird in der vorderen Brennebene der Fourier-Transformationslinse 106 plaziert, der FLC-OASLM 107 wird in der rückwärtigen Brennebene der Linse 106 plaziert und die Photodiode 111 wird in der rückwärtige Brennebene der Linse 106 plaziert.
Der elektrisch adressierbare räumliche Lichtmodulator 104 zeigt das Eingabebild und das Referenzbild gleichzeitig nahe beieinander liegend an, wie in Fig. 10 gezeigt. Zu diesem Zeitpunkt wird die der Korrelationsfunktion entsprechende Lichtintensitätsverteilung, wie in Fig. 11 gezeigt, in der Korrelationsebene erzeugt, welche die Oberfläche der Photodiode 111 umfaßt, in welcher Licht in Elektrizität umgewandelt wird. Dadurch wird durch Plazieren der Photodiode 111 auf solch eine Weise, daß seine Ebene, in der Licht in Elektrizität umgewandelt wird, dort plaziert ist, wo das Korrelationsmaximum auftritt, ermöglicht, daß nur die gewünschte Korrelationsmaximumsin tensität erfaßt wird. Zu diesem Zeitpunkt wird die Gleichstromkomponente 132, welche für die Mustererkennung nicht notwendig ist, mittels einer optischen Maske entfernt, da es sich hierbei um Rauschen handelt, welches die Erfassung der Korrelationsmaximumsintensität beeinträchtigt.
Fig. 12 zeigt das Verhältnis zwischen der räumlichen Frequenz und der Korrelationsmaximumsintensität des gemeinsamen Fourier-transformierten Bilds, welches auf den FLC-OASLM in dem in Fig. 2 gezeigten optischen Mustererkennungssystem geschrieben ist. Da das Schreiben des gemeinsamen Fourier-transformierten Bilds auf den FLC- OASLM 107 mit einer hohen räumlichen Frequenz von 60 Zeilen pro mm in einem Abfall von nur ungefähr 50% in der Korrelationsmaximumsintensität resultiert, kann es, wie aus Fig. 12 zu entnehmen ist, ermöglicht werden, eine Fourier-Transformationslinse mit einer kurzen Brennweite bis hinab zu 40 bis 80 mm zu verwenden, und zwar abhängig von der Anordnung des Eingabebilds und des Referenzbilds. Da die Fourier- Transformationslinse, welche die gemeinsame Fourier-Transformation durchführt, und die Linse, welche die Korrelationsberechnung durchführen, in einer einzigen Fourier- Transformationslinse 106 sind kombiniert, kann weiterhin die Gesamtlänge des Lichtkorrelators für die gemeinsame Transformierte auf ungefähr die Hälfte der Länge eines herkömmlichen Korrelators reduziert werden. Somit kann das erfindungsgemäße optische Mustererkennungssystem, welches eine geringe Größe aufweist, auf ungefähr 1/10 bis die Hälfte der Größe eines herkömmlichen Geräts reduziert werden.
Um das System in Echtzeit zu betreiben, wird bei dieser Ausführungsform die Ansteuerungsregelungsschaltung 112 von der Spannungsquelle 113 versorgt und steuert die Schreib-LD 101 an, die Lese-LD 108, den elektrisch adressierbaren räumlichen Korrelator 104 und den FLC-OASLM 10,7 und zwar zueinander synchronisiert. Im folgenden wird nunmehr das Verfahren zum Ansteuern des kleindimensionierten optischen Mustererkennungsgeräts gemäß der Erfindung erläutert. Fig. 13 zeigt das Verhältnis zwischen der Ansteuerungsfrequenz des FLC-OASLM, der Schreib-LD und der Lese-LD sowie des vom FLC-OASLM als Antwort hierauf ausgesandten Lichts. Fig. 13(a) stellt die Ansteuerungswellenform des FLC-OASLM dar; Fig. 13(b) stellt die Ansteuerungswellenform für die Schreib-LD dar; Fig. 13(c) stellt die Ansteuerungswellenform der Lese- LD dar; und Fig. 13(d) entspricht dem vom FLC-OASLM als Antwort ausgesandten Licht. Die Ansteuerungswellenform für den in Fig. 13(c) gezeigten FLC-OASLM entspricht Spannungsänderungen in der fotoleitenden Schicht 137, wenn die durchsichti ge Elektrode 134b auf der Leseseite des in Fig. 6(a) gezeigten FLC-OASLM, welcher keine Lichtreflexionsschicht aufweist, geerdet ist. Wie aus Fig. 13 zu sehen ist, wird zwischen die durchsichtigen Elektroden 134a, 134b kontinuierlich eine Impulsspannung angelegt, um dafür zu sorgen, daß die Spannungspolarität der fotoleitenden Schicht 137 des in Fig. 2 gezeigten FLC-OASLM 107 sich in eine positive, eine negative und eine Nullspannung, und zwar abwechselnd in dieser Reihenfolge, ändert, um den FLC-OASLM 107 zu betreiben. Auf dieselbe Art und Weise wie in der Zusammenfassung der Erfindung erläutert, wird die Polarisationsrichtung des Leselichts festgelegt, so daß das gemeinsame Fourier-transformierte Bild als positives Bild ausgelesen wird. Der FLC-OASLM 107 löscht das Bild, wenn die positive Spannung 144 und das Leselicht gleichzeitig angelegt werden, schreibt ein Bild, wenn die negative Spannung 145 und das Schreiblicht gleichzeitig angelegt werden, und liest das Bild, wenn die Nullspannung 146 und das Leselicht gleichzeitig angelegt werden.
Wie in Fig. 13(b) gezeigt, wird der Ansteuerungsstrom 147 in solch einer Weise an die Schreib-LD 101 angelegt, daß das Schreiblicht den FLC-OASLM im Gleichtakt mit der an den FLC-OASLM 107 angelegten negativen Spannung 145 bestrahlt. Außerhalb der Schreibperiode wird der Schreibstrom 147 für die Schreib-LD 101 in den Nullstromzustand 148 versetzt. Der Zeitraum, während dem der Ansteuerungsstrom 147 an die Schreib-LD 101 angelegt wird, sollte lang genug sein, um es zu ermöglichen, daß das gewünschte gemeinsame Fourier-transformierte Bild, welches auf den FLC-OASLM 107 zu schreiben ist, fast gleich lang gesetzt wird wie die Zeitdauer der negativen Spannung 145. Obwohl die Zeitdauer des Ansteuerungsstroms 147 an der Intensität des Schreiblichts hängt, beträgt sie bei dieser Ausführungsform ungefähr 0,2 bis 5 ms. Es wurde festgestellt, daß Schreiben, Lesen und Löschen ohne Probleme durchgeführt werden kann, falls die Frequenz der Ansteuerungsspannungswellenform weniger als 1 bis 2 kHz beträgt.
Wie in Fig. 13(c) gezeigt, wird der Ansteuerungsstrom 149 an die Lese-LD 108 angelegt während die Nullspannung 146 oder die positive Spannung 144 an den FLC-OASLM 107 angelegt werden. Der Ansteuerungsstrom wird in den Nullstromzustand 150 versetzt, wenn zumindest die negative Spannung 145 an den FLC-OASLM 107 angelegt wird. Da diese Erfindung den FLC-OASLM 107, welcher keine Lichtreflexionsschicht aufweist, zum Anzeigen des gemeinsam Fourier-transformierten Bilds verwendet, wenn die positive Spannung 144 an den FLC-OASLM 107 angelegt wird, während die ser mit dem Leselicht bestrahlt wird, wird die fotoleitende Schicht durch das Leselicht angeregt, und das aufgezeichnete Bild, welches der gemeinsamen Fourier-transformierten Intensitätsverteilung entspricht, gelöscht. Wenn das Leselicht auf den FLC- OASLM 107 eingestrahlt wird, während dieser mit der negativen Spannung 145 beaufschlagt und mit dem gemeinsamen Fourier-transformierten Bild beschrieben wird, werden somit die Schreibcharakteristika des FLC-OASLM 107 beeinflußt. Selbstverständlich ist es möglich, ohne weiteres das Leselicht mit einer passenden Intensität anzulegen, während an den FLC-OASLM 107 die negative Spannung 145 angelegt wird und dieser mit dem gemeinsamen Fourier-transformierten Bild beschrieben wird, um die Schreibcharakteristika des FLC-OASLM zu regeln. Dieses Verfahren ist jedoch nicht geeignet, um dafür zu sorgen, daß das optische Mustererkennungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung bei hoher Geschwindigkeit betrieben wird. Die Initialisierung des FLC-OASLM 107, wie er in der Zusammenfassung der Erfindung beschrieben ist, wird durch Anlegen des Ansteuerungsstroms 149 an die Lese-LD 108 ausgeführt, um das Leselicht zum selben Zeitpunkt einzustrahlen, während welcher der FLC-OASLM 107 mit der positiven Spannung 144 beaufschlagt wird.
Das vom FLC-OASLM als Antwort auf das oben beschriebene Anlegen von Impulsen ausgestrahlte Licht ist in Fig. 13(d) gezeigt.
Fig. 13(d) entspricht Veränderungen der durchgelassenen Lichtintensität des Leselichts im FLC-OASLM im Laufe der Zeit gemäß der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform. Wie aus dieser Figur entnehmbar, erreicht die durchgelassene Lichtintensität des Leselichts einen maximalen Pegel 151, wenn an den FLC-OASLM 107 die Nullspannung 146 angelegt ist, sowie einen niedrigen Pegel 152, wenn eine positive Spannung 144 angelegt wird. Wenn der Ansteuerungsstrom für die Lese-LD 108 der Nullstrom 150 ist, so befindet sich die durchgelassene Lichtintensität des Leselichts auf dem Nullpegel 153. Der FLC-OASLM 107 weist eine Speicherfähigkeit auf, und wenn die Nullspannung 146 angelegt wird, wird er überhaupt nicht durch das Leselicht angeregt. Das bedeutet, daß selbst wenn die Leselichtintensität vergrößert wird, während sich die durchgelassene Lichtintensität auf den Maximalpegel 151 befindet, wird die im FLC-OASLM 107 aufgezeichnete Bildinformation nicht verlorengehen. Mit diesem Ansteuerungsverfahren für das optische Mustererkennungssystem kann ein Korrelationsmaximum der Nullintensität auf einfache Weise durch Anpassen der Leselichtintensität erhalten werden, d. h. der Amplitude des Ansteuerungsstroms für die Lese-LD 108. Der Grund dafür, daß die durchgelassene Lichtintensität des Leselichts bei Anlegen der positiven Spannung 144 nicht auf den Nullpegel 153 absinkt, sondern auf einen niedrigen Pegel 152, liegt darin begründet, daß es sehr schwierig ist, das Leselicht vollständig daran zu hindern, durch den FLC-OASLM 107 hindurchzutreten.
Als nächstes wird der in Fig. 2 als Ausführungsform dargestellte elektrisch adressierbare räumliche Lichtmodulator 104 erläutert. Während der im erfindungsgemäßen optischen Mustererkennungssystem verwendete FLC-OASLM 107 mit hoher Geschwindigkeit betrieben werden kann, benötigt ein elektrisch adressierbarer räumlicher Lichtmodulator im allgemeinen 30 bis 60 Hz zum Abtasten eines Bildrahmens, wobei es sich um eine Video-Abtastrate handelt. Somit legt die Geschwindigkeit des elektrisch räumlich leitenden Lichtmodulators die Betriebsgeschwindigkeit des erfindungsgemäßen optischen Mustererkennungssystems fest. Deshalb sollte der elektrisch adressierbare räumliche Lichtmodulator 104 bevorzugterweise Lichtmodulationsmaterialien verwenden, welche mit hoher Geschwindigkeit betrieben werden können. Solche Materialien können zum Beispiel elektro-optische Keramiken, wie PLZT umfassen, magneto-optische Materialien, wie Yttrium-Eisen-Granat, und ferroelektrische Flüssigkristalle. Diese Ausführungsform verwendet einen elektrisch adressierbaren räumlichen Lichtmodulator mit ferroelektrischen Flüssigkristallen als elektrisch adressierbaren räumlichen Lichtmodulator 104. Fig. 14 ist eine schematische perspektivische Darstellung, welche die Anordnung eines elektrisch adressierbaren erfindungsgemäßen räumlichen Lichtmodulators mit ferroelektrischen Flüssigkristallen zeigt. Mit 159a, 159b werden Polarisierschichten bezeichnet, deren Polarisationsachsen senkrecht (parallel) zueinander sind. Mit 160a, 160b werden Glassubstrate bezeichnet, 161 bezeichnet eine gemeinsame Elektrode, 162 eine Silizium-Halbleiterschicht, welche aus polykristallinem Silizium oder monokristallinem Silizium gebildet ist, 163 eine ferroelektrische Flüssigkristallschicht, 164 eine Y-Ansteuerung, 165 eine X-Ansteuerung, 166 einen Transistor, 167 eine Pixelelektrode, 168 eine Signalleitung und 169 eine Abstastleistung.
Eine Ansteuerungsschaltung für den elektrisch adressierbaren räumlichen Lichtmodulator mit ferroelektrischen Flüssigkristallen, wie er in Fig. 14 gezeigt ist, besteht aus einer integrierten Schaltung, welche in der Siliziumhalbleiterschicht 162 ausgebildet ist. Diese integrierte Schaltung umfaßt eine Vielzahl von Feldeffekt-Gate-Transistoren 166, welche in Matrixform angeordnet sind. Die Source-Elektroden der Transistoren 166 sind mit entsprechenden Pixelelektroden 167 verbunden, Gate-Elektroden sind mit den Abstastleitungen 169 verbunden, und Drain-Elektroden sind mit den Signalleitungen 168 verbunden. Die integrierte Schaltung umfaßt auch die X-Ansteuerung, welche mit den Signalleitungen 168 für die Zeilen verbunden ist, und die Y-Ansteuerung 164, welche mit den Abtastleitungen 169 für die Spalten verbunden ist.
Als nächstes wird das Verfahren zum Eingeben der Bildinformation in den elektrisch adressierbaren räumlichen Lichtmodulator erläutert, welches oben angesprochen worden ist. Die durch den Bildeingabeanschluß 115 eingegebene Bildinformation wird auf die X-Ansteuerung 165 und die Y-Ansteuerung 164 gegeben. Die X-Ansteuerung 165 empfängt eine x-Komponente der Bildinformation und die Y-Ansteuerung 164 empfängt eine y-Komponente der Information. Die x- und y-Komponenten der Bildinformation sind miteinander durch ein Taktsignal synchronisiert. Fig. 15 zeigt die Wellenformen der Spannung auf der Abtastleitung, welche von der Y-Ansteuerung 164 ausgegeben werden und welche die Abtastleitung 169 ansteuern. Die an die Abtastleitung 169 angelegten Spannungen sind mit dem Taktsignal 178 synchronisiert. "An"- Spannungen 170, 172, 174, 176, welche auf die erste, zweite, dritte und n-te Abtastleitung gegeben werden, werden auf entsprechende Abtastleitungen mit einer vorgegebenen Zeitverzögerung zwischen aufeinanderfolgenden "An"-Spannungen angegeben. "Aus"-Spannungen 171, 173, 175, 177, welche an die erste, zweite, dritte und n-te Abtastleitung angelegt werden, werden gleichzeitig auf alle Abtastleitungen gegeben, nachdem die "An"-Spannung 176 auf die n-te Abtastleitung gegeben worden ist, welche die letzte Abtastleitung des Bildrahmens ist. Falls eine bestimmte Abtastleitung der erste, zweiten und n-ten Abtastleitung mit "An"-Spannung beaufschlagt wird, während die erste Abtastleitung mit der "An"-Spannung 170 beaufschlagt wird, wird ein Transistor 166 erregt, welcher mit der Pixelelektrode 167 auf der ersten Abtastleitung angeordnet ist, welche der Signalleitung entspricht, welche mit der "An"-Spannung beaufschlagt ist. Die Anregung des Transistors 166 erzeugt ein ausreichend starkes elektrisches Feld, um die Flüssigkristallmoleküle in der ferroelektrischen Flüssigkristallschicht 163 zwischen der gemeinsamen Elektrode 161 und der Pixelelektrode 167 umzukehren, wenn die Spannung angelegt wird. Dies ändert die Polarisationscharakteristika des Lichts, welches durch die ferroelektrische Flüssigkristallschicht 163 hindurchtritt und erlaubt es, die Pixel anzuzeigen. Wird auf diese Weise ein Pixel nach dem anderen auf einer jeden Abtastleitung angezeigt, so kann die Bildinformation auf dem elektrisch adressierbaren räumlichen Lichtmodulator mit ferroelektrischem Flüssigkristall angezeigt werden. Das Lesen der auf dem elektrisch adressierbaren räumlichen Lichtmodulator mit Lichtkristallen angezeigten Information wird durchgeführt, nachdem die n-te oder letzte Abtastleitung mit der "An"-Spannung 176 beaufschlagt worden ist, und die gesamte Bildinformation angezeigt wird, bis alle Abtastleitungen mit "Aus"-Spannungen 171, 173, 175, 177 beaufschlagt worden sind und die Bildinformation gelöscht worden ist. Es erübrigt sich darauf hinzuweisen, daß das Taktsignal 178 entweder identisch zu dem Taktsignal für die Schreib-LD 101, die Lese-LD 108 und den FLC-OASLM 107 ist, oder zu diesem ähnlich ist.
Durch Verwendung eines elektrisch adressierbaren räumlichen Lichtmodulators mit ferroelektrischen Flüssigkristallen mit dem obengenannten Aufbau ist es möglich, Bilder mit sehr hoher Geschwindigkeit elektrisch einzugeben. Ein Beispiel für eine Ausführungsform für einen elektrisch adressierbaren räumlichen Lichtmodulator mit ferroelektrischen Flüssigkristallen mit 300 · 480 Pixel wird weiter unten erläutert. Wie in Fig. 10 gezeigt, ist die Anzeigefläche unterteilt in zwei Bereiche von jeweils 300 · 240 Pixeln, von denen einer zum Anzeigen des Eingabebilds und einer zum Anzeigen des Referenzbilds dient. Die im Anzeigebereich für das Eingabebild oder im Anzeigebereich für das Referenzbild angeordneten Pixel müssen wiederholt überschrieben werden. Das heißt, daß nur die Pixelelektroden für die Bereiche, welche zu überschreiben sind, mit einer "Aus"-Spannung 171, 173, 175, 177 zu beaufschlagen sind. Wenn zum Beispiel ein Buchstabe "A" als zu identifizierendes Eingabebild vorgegeben ist und es gewünscht ist, den Buchstaben des Bilds zu bestimmen, muß das Referenzbild wiederholt überschrieben werden, um ein Referenzbild auszuwählen, dessen Korrelationsmaximumintensität am größten ist, ohne die Anzeige des Eingabebilds zu ändern. Dies wurde durchgeführt, und es wurde festgestellt, daß ein einmaliges Überschreiben des Referenzbilds weniger als 7 ms benötigte. Da der ferroelektrische Flüssigkristall einen bistabilen Speicherzustand aufweist, wird die Bildinformation nicht gelöscht, es sei denn, daß die "Aus"-Spannung an die Pixelelektrode angelegt wird. Das gemeinsame Fourier-transformierte Bild kann zuverlässig in ungefähr 0,2 bis 5 msec in den FLC- OASLM 107 eingeschrieben werden. Somit ist die Zeit, die erforderlich ist, damit der elektrisch adressierbare räumliche Lichtmodulator mit ferroelektrischen Flüssigkristallen das Muster identifizieren kann, ungefähr 7,2 bis 12 msec. Dies entspricht einer Geschwindigkeit, welche ungefähr 3 bis 5 mal schneller ist als die Betriebsgeschwindigkeit eines herkömmlichen Flüssigkristallanzeigebildschirms wenn er als elektrisch adressierbarer räumlicher Lichtmodulator in dem erfindungsgemäßen optischen Mustererkennungssystem verwendet wird.
Als nächstes wird die zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen optischen Mustererkennungssystems erläutert. Fig. 16 zeigt die Anordnung der Ausführungsform, welche einen FLC-OASLM anstelle eines elektrisch adressierbaren räumlichen Lichtmodulators als Bildinformationseingabemittel verwendet. Mit 117 wird ein zweiter FLC-OASLM bezeichnet, mit 118 eine Fokussierungslinse, mit 119 ein einzugebendes Objekt und mit 120 ein Spiegel. Ein Mittel zum Transformieren von zumindest einem Referenzbild mit vorgegebenen Markierungen und zumindest einem einzugebenden Eingabebild in ein kohärentes Bild umfaßt die Schreib-LD 101, die erste Kollimationslinse 102, ein erstes strahlformendes Prisma 103, einen zweiten FLC-OASLM 117, einen Strahlteiler für polarisiertes Licht 105, die Ansteuerungsregelungsschaltung 112 und eine Spannungsquelle 113. Ein Mittel zum optischen Fourier-Transformieren des kohärenten Bilds und Erstellen eines gemeinsamen Fourier-transformierten Bilds des Referenzbilds und des Eingabebilds umfaßt eine Fourier-Transformationslinse 106 und einen Spiegel 120. Ein Mittel zum Umwandeln des gemeinsamen Fourier-transformierten Bilds in ein Intensitätsverteilungsbild und Anzeigen des Intensitätsverteilungsbilds auf dem optisch adressierbaren räumlichen Lichtmodulator umfaßt einen FLC-OASLM 107, eine Ansteuerungsregelungsschaltung 112 und eine Spannungsquelle 113. Mittel zum Lesen der auf dem optisch adressierbaren räumlichen Lichtmodulator angezeigten Intensitätsverteilungsbilds unter Verwendung von kohärentem Licht umfassen eine Laserdiode zum Lesen 108, eine zweite Kollimationslinse 109, ein zweites strahlformendes Prisma, eine Ansteuerungsregelungsschaltung 112 und eine Spannungsquelle 113. Mittel zum Fourier-Transformieren des ausgelesenen Intensitätsverteilungsbilds in eine zweidimensionale Korrelationsbildverteilung des Referenzbilds und des Eingabebilds umfassen eine Fourier-Transformationslinse 106 und einen Spiegel 120. Ein Element zum Wandeln von Licht in Elektrizität zum Erfassen der Intensität des Korrelationsmaximums, welches den Korrelationskoeffizienten zwischen dem Referenzbild und dem Eingabebild entspricht, welche in der Korrelationsbildverteilung enthalten sind, umfaßt eine Fotodiode 111, eine Spannungsquelle 113, einen Verstärker 114 und einen Ausgabeanschluß 116.
Die Punkte, in denen sich die Ausführung gemäß Fig. 16 von der in Fig. 2 gezeigten unterscheidet, bestehen darin, daß ein Mittel zum Erfassen des Objektbilds vorgesehen ist, welches aus dem Referenzbild und dem Eingabebild besteht und aus einer FLC-OASLM und einem optischen System zum Fokussieren eines Bilds darauf, und daß das optische System so angeordnet ist, daß es kompakter ist.
Als erstes seien die Mittel zum Aufnehmen des Eingabebilds erläutert. Das Objekt 119, welches einzugeben ist, kann zum Beispiel solche Objekte umfassen, wie elektronische oder mechanische Teile oder ein auf einem fotografischen Film gebildetes Bild. Dieses Objekt umfaßt zumindest ein Referenzobjekt, welches eine Vergleichsvorlage darstellt und zumindest ein Eingabeobjekt, welches mit dem Referenzobjekt zu vergleichen ist. Diese Anordnung ist ähnlich zu dem Objektbild, welches in der ersten Ausführungsform gezeigt wurde. Das Licht, welches das Objektbild umfaßt und vom Eingabeobjekt 119 erzeugt wird, wird fokussiert und auf der Schreiboberfläche der zweiten FLC-OASLM 117 mittels der Fokussierungslinse 118 angezeigt. Das auf dem zweiten FLC-OASLM 117 angezeigte Objektbild wird durch Bestrahlen mit dem Leselicht ausgelesen, welches, nachdem es von der Schreib-LD ausgestrahlt worden ist, durch die erste Strahlkollimationslinse 102 in ein Parallelstrahlenbündel aufgeweitet wird und dann mittels des ersten strahlformenden Prismas 103 als kreisförmiges Strahlenbündel ausgebildet wird. Dies ist die grundsätzliche Wirkungsweise der Mittel zum Erfassen des Objektbilds in der in Fig. 16 gezeigten Ausführungsform. Einzelbestandteile in Fig. 16, welche identisch sind mit den in Fig. 2 gezeigten, sind mit identischen Bezugszeichen versehen und auf ihre Erläuterung ist im einzelnen verzichtet worden.
Das so ausgelesene Objektbild wird Fourier-transformiert und als gemeinsames Fourier-transformiertes Bild auf dem FLC-OASLM 107 angezeigt; und das gemeinsame Fourier-transformierte Bild wird dann durch das von der Lese-LD 108 ausgestrahlte Leselicht ausgelesen und nochmals Fourier-gewandelt, um das Korrelationsmaximum zu erzeugen, welches dem Korrelationskoeffizienten zwischen dem Eingabeobjekt und dem Referenzobjekt entspricht, welche in dem Objektbild enthalten sind. Dieses Verfahren ist dasselbe wie bei der in Fig. 2 gezeigten ersten Ausführungsform.
Fig. 17 zeigt ein beispielhaftes Verfahren zum Aufnehmen des Objektbildes in der in Fig. 16 gezeigten Ausführungsform. Dies entspricht einem Fall, bei dem das erfindungsgemäße Mustererkennungssystem in einem automatischen Fertigungsgerät verwendet wird. In Fig. 17 wird mit 183 ein ausleuchtendes optisches System bezeichnet, welches aus einer Lichtquelle und einem lichtreflektierenden oder lichtsammelnden optischen System besteht; 184 bezeichnet eine bewegbare Auflage, wie zum Beispiel ein Fließband; 185 eine stationäre Auflage; 186 ein Eingabeobjekt; 187 ein Referenzobjekt; und 188 ein optisches Mustererkennungssystem. Bei einem automatischen Fertigungsgerät werden Eingabeobjekte, wie zum Beispiel elektronische oder mechanische Teile, welche zur Montage verwendet werden, auf die bewegbare Auflage 184, zum Beispiel der Auflagefläche eines Fließbandes für Transportzwecke, aufgelegt. Das Referenzobjekt 187 kann zusammen mit dem Eingabeobjekt 186 transportiert werden, aber im allgemeinen ist es häufig auf der stationären Auflage 185 fest angebracht.
Ausleuchtendes Licht, welches von dem ausleuchtenden optischen System 183 ausgestrahlt wird, wird am Eingabeobjekt 186 dem Referenzobjekt 187 reflektiert und erreicht das erfindungsgemäße optische Mustererkennungssystem 188. Das ausleuchtende Licht, welches das optische Mustererkennungssystem 188 erreicht hat, enthält die Bilder des Eingabebilds 186 und des Referenzobjekts 187 und wird gemäß der grundlegenden Betriebsweise der Bildeingabemittel in das System 188 übernommen. Das bedeutet, daß das Eingabebild 186 und das Referenzobjekt 187 als Objekt 119 dienen, welches in Fig. 16 gezeigt ist. Da das ausleuchtende Licht ebenfalls von den Oberflächen der bewegbaren Auflage 184 und der stationären Auflage 185 reflektiert wird, ist es empfehlenswert, daß die Farbe und Helligkeit der bewegbaren Auflage 184 und des stationären Auflage 187 so ausgewählt sind, daß das Eingabebild 186 und das Referenzobjekt 187 mit gutem Kontrast eingelesen werden können. Wenn zum Beispiel das Eingabebild 186 und das Referenzobjekt 187 einen weißen Farbton aufweisen, so sollten die bewegbare Auflage 184 und die stationäre Auflage 185 bevorzugterweise dieselbe Farbe und Helligkeit aufweisen.
Wenn die Bildeingabemittel, die in Fig. 17 gezeigt sind, ein Reflexionsbeleuchtungssystem darstellen, so ist es auch möglich, daß die bewegbare Auflage 184 und die stationäre Auflage 185 als durchsichtige Auflage ausgeführt sind und so die Verwendung eines Transmissionsbeleuchtungssystems möglich wird.
Der zweite FLC-OASLM der Fig. 16 kann jede Art von FLC-OASLM verwenden, nämlich einen FLC-OASLM ohne Lichtreflexionsschicht, wie in Fig. 6(a) gezeigt oder einen mit derselben, wie in Fig. 6(b) gezeigt. Betrachtet man die Erfordernisse, daß das Beleuchtungslicht nicht das optische Korrelationssystem beeinflussen sollte und daß der Reflexionsfaktor des Leselichts vergrößert werden sollte, so ist es wünschenswert, einen FLC-OASLM vom Reflexionstyp gemäß Fig. 6(b) zu verwenden, der eine Lichtreflexionsschicht aufweist. Wenn das digitalisierte Objektbild, wie in Fig. 16 gezeigt, eingelesen wird, egal ob unter Verwendung der FLC-OASLM mit der lichtreflektieren Schicht oder einer ohne, wie in Fig. 6 gezeigt, so ist das Verfahren zum Ansteuern des zweiten FLC-OASLM 117 ähnlich zu dem Verfahren des Ansteuerns des FLC-OASLM, wie in Verbindung mit der ersten Ausführungsform und der Zusammenfassung der Erfindung erläutert.
Fig. 18 zeigt Betriebswellenformen des optischen Mustererkennungssystems gemäß der Erfindung, in welchem ein FLC-OASLM gemäß Fig. 6(b) mit einem dielektrischen Spiegel als Lichtreflexionsschicht als zweites FLC-OASLM 117 der Fig. 16 verwendet wird, und in welchem ein FLC-OASLM gemäß Fig. 6(a) ohne dielektrischen Spiegel als Lichtreflexionsschicht als FLC-OASLM 107 verwendet wird, wobei der zweite FLC- OASLM 117, der FLC-OASLM 107, die Schreib-LD 101 und die Lese-LD 108 durch die Ansteuerungsregelungseinheit 112 synchronisiert sind. Fig. 18 (a) zeigt eine Ansteuerungswellenform für den FLC-OASLM mit einem dielektrischen Spiegel und entspricht Spannungsänderungen in der fotoleitenden Schicht 137, wenn die durchsichtige Elektrode 134b auf der Leseseite der FLC-OASLM der Fig. 6 (b) mit reflektierender Schicht geerdet ist. Fig. 18(b) zeigt eine Ansteuerungswellenform der FLC-OASLM ohne dielektrischen Spiegel und entspricht Spannungsänderungen in der fotoleitenden Schicht 137, wenn die durchsichtige Elektrode 134(b) auf der Leseseite des in Fig. 6(a) gezeigten FLC-OASLM ohne Reflexionsschicht geerdet ist. Fig. 18(c) zeigt Veränderungen in dem an die Schreib-LD 101 angelegte Strom. Fig. 18(e) zeigt das von der FLC-OASLM mit dielektrischem Spiegel als Antwort auf die Ansteuerungsspannung gemäß Fig. 18(a) ausgesandte Licht und entspricht Veränderungen in der reflektierten Lichtintensität und dem von der Schreib-LD 101 eingestrahlten und von dem FLC-OASLM reflektierten Leselicht. Fig. 18(f) zeigt das von der FLC-OASLM ohne dielektrischem Spiegel als Antwort auf die Ansteuerungsspannung gemäß Fig. 18(b) ausgesandte Licht und entspricht Veränderungen in der durchgelassenen Lichtintensität des von der Lese-LD 108 ausgestrahlten und durch den FLC-OASLM durchgelassenen Leselichts.
Impulsspannungen werden zwischen den durchsichtigen Elektroden 134a und 134b der FLC-OASLM mit und ohne dielektrischen Spiegel auf solch eine Weise angelegt, daß die Spannungspolarität der fotoleitenden Schichten 137 dieser FLC-OASLM sich in eine positive, eine negative und eine Nullspannung ändern wird, und zwar abwechselnd in dieser Reihenfolge, wie in Fig. 18(a) und 18(b) gezeigt. Die positive Spannung 144, welche an der FLC-OASLM ohne dielektrischen Spiegel angelegt wird, wird ausreichend höher eingestellt als der Schwellwert der Umkehrspannung im dunklen Zustand und die negative Spannung 145 wird höher eingestellt als der Schwellwert der Umkehrspannung im erleuchteten Zustand und niedriger als der im dunklen Zustand.
Wie in der Zusammenfassung der Erfindung erläutert, werden die Polarisationsrichtung des Leselichts von der Schreib-LD 101 für den FLC-OASLM mit dielektrischem Spiegel und dem für das Leselicht der Lese-LD 108 für den FLC-OASLM ohne dielektrischen Spiegel so eingestellt, daß das ausgelesene Objektbild und das gemeinsame Fourier-transformierte Bild positive Bilder sind. Diese FLC-OASLM löschen Bilder, wenn das Leselicht zur selben Zeit wie die positive Spannung 144, und 154 eingestrahlt wird, und schreiben Bilder, wenn das Schreiblicht zur selben Zeit eingestrahlt wird, zu der die negative Spannung 145, 155 angelegt ist, und liest Bilder aus, wenn das Leselicht zur selben Zeit wie die Nullspannung 146, 156 eingestrahlt wird.
Es sei angemerkt, daß der FLC-OASLM mit dielektrischem Spiegel eine Initialisierung durchführt oder ein Bild löscht, wenn die positive Spannung 144 angelegt wird, gleichgültig, ob er mit dem Schreiblicht zum Schreiben des Objektbilds beleuchtet wird oder mit dem Leselicht von der Schreib-LD 101. Als nächstes wird die negative Spannung 145 angelegt, um das Objektbild zu schreiben, und dann wird das geschriebene Objektbild im Speicher gehalten, selbst wenn die Ansteuerungsspannung die Nullspannung 146 wird. Das Objektbild, welches im Speicher gehalten wird, wird durch das von der Schreib-LD 101 erzeugte Leselicht ausgelesen, oszilliert mit dem Strom 147 und wird in ein kohärentes Objektbild umgewandelt, welches dann durch die Fourier-Transformationslinse 106 auf die Schreiboberfläche der FLC-OASLM 107 als gemeinsames Fourier-transformiertes Bild fokussiert wird. Die Intensität des gemeinsamen Fourier-transformierten Bildes ändert sich gemäß der Fig. 18(e). Das heißt, wenn der Ansteuerungsstrom 147 für die Schreib-LD 101 angelegt wird, befindet sich die Intensität des Leselichts von der FLC-OASLM mit dem dielektrischen Spiegel auf dem hohen Pegel 157. Zu anderen Zeiten befindet sich die Lichtintensität auf dem Nullpegel 158.
Der FLC-OASLM ohne dielektrischen Spiegel führt eine Initialisierung durch oder löscht ein Bild, wenn die positive Spannung 154 angelegt wird, während er mit dem Leselicht von der Lese-LD 108 bestrahlt wird, welches angelegt wird durch und verändert wird mittels des Stroms 149a oder 149. Der Strom 149a ist ein Ansteuerungsstrom zum Erzeugen des Leselichts für die Initialisierung. Wird das gemeinsame Fouriertransformierte Bild auf den FLC-OASLM ohne dielektrischem Spiegel eingestrahlt, daß so zeigt ein Vergleich zwischen Fig. 18(d) und 18(e), daß dann kein Leselicht von der Lese-LD ausgestrahlt wird. Das Schreiben des gemeinsamen Fourier-transformierten Bilds auf den FLC-OASLM ohne dielektrischen Spiegel beinhaltet das Anlegen des Ansteuerungsstroms 147 an die Schreib-LD 101 zum Aussenden des Schreiblichts für das gemeinsame Fourier-transformierte Bild und zur selben Zeit Anlegen der negativen Spannung 155 an den FLC-OASLM ohne dielektrischen Spiegel. Das so geschriebene gemeinsame Fourier-transformierte Bild wird im FLC-OASLM ohne dielektrischen Spiegel aufgezeichnet gehalten, und zwar selbst während des Nullspannungszustands 156, und wird durch das Leselicht ausgelesen, welches von der Lese-LD 108 in Abhängigkeit vom Ansteuerungsstrom 149 ausgesandt wird. Sowohl bei der FLC-OASLM mit als auch ohne dielektrischem Spiegel wird das aufgezeichnete Bild nicht während des Nullspannungszustandes gelöscht, selbst wenn die Leselichtintensität in beliebiger Größe erhöht wird. Das so vom FLC-OASLM ohne dielektrischen Spiegel ausgelesene gemeinsame Fourier-transformierte Bild wird abermals mittels der Fourier-Transformationslinse 106 in das Korrelationsmaximum Fourier-transformiert, welches dem Korrelationskoeffizienten zwischen dem Eingabebild und dem Referenzbild entspricht, welche beide in dem Objektbild enthalten sind. Die Korrelationsmaximumintensität verändert sich gemäß der Fig. 18(f). Es sei angemerkt, daß der niedrige Pegel 152 der durchgelassenen Lichtintensität in Fig. 18(f) dem Rauschpegel entspricht, wenn das gemeinsame Fourier-transformierte Bild nicht auf den FLC-OASLM ohne dielektrischen Spiegel geschrieben wird.
Werden jedoch das Gesicht einer Person oder eine Landschaft oder ein sehr kleiner Teil der in einem Röntgenbild enthaltenen Bildinformation verglichen und identifiziert, so haben die Schattierung und die Helligkeitsabstufung eines Objektbilds eine große Bedeutung. Dann wird zum Eingeben eines Objektbilds mit allmählich veränderndem Helligkeitston das in Fig. 16 gezeigte erfindungsgemäße Mustererkennungssystem verwendet. Fig. 19 zeigt Betriebsartenwellenformen der grundlegenden Elemente in dem in Fig. 16 gezeigten erfindungsgemäßen optischen Mustererkennungssystem. Fig. 19(a) entspricht der Ansteuerungswellenform für den FLC-OASLM mit dielektrischem Spiegel, welcher als zweites FLC-OASLM 117 verwendet wird. Fig. 19(b) entspricht einer Ansteuerungswellenform für ein FLC-OASLM ohne dielektrischen Spiegel, welcher als der FLC-OASLM 107 verwendet wird. Fig. 19(c) entspricht einer Ansteuerungswellenform für die Schreib-LD. Fig. 19(d) entspricht einer Ansteuerungswellenform für die Lese-LD. Fig. 19(e) entspricht dem als Antwort ausgesandten Licht eines FLC-OASLM ohne dielektrischen Spiegel. Fig. 19(f) entspricht dem von einem FLC-OASLM ohne dielektrischen Spiegel als Antwort ausgesandtem Licht. Die Ansteu erungswellenform der Fig. 19(a) für den FLC-OASLM mit dielektrischem Spiegel entspricht den Spannungsänderungen in der fotoleitenden Schicht 137, wenn die durchsichtige Elektrode 134b auf der Leseseite der in Fig. 6(b) gezeigten FLC-OASLM mit einer lichtreflektierenden Schicht geerdet ist. Wie aus dieser Figur zu sehen ist, wird der zweite FLC-OASLM 117 in Fig. 16 durch durchgehendes Anlegen einer Impulsspannung zwischen den durchsichtigen Elektroden 134a und 134b des FLC-OASLM 117 betrieben, was dafür sorgt, daß die fotoleitende Schicht 137 ihre Spannungspolarität abwechselnd zwischen positiv und negativ ändert. Eine angelegte Gleichspannung 179 ist der Impulsspannung an den durchsichtigen Elektroden 134a und 134b überlagert, um die positive Spannung 144a in ihrem Scheitelwert gegenüber der negativen Spannung 145a zu vergrößern. Die angelegte Gleichspannung 179 hat eine Größe, die so ausgelegt ist, daß die negative Spannung 145a nicht größer sein wird als der Schwellwert der Umkehrspannung im beleuchteten Zustand, wie er oben in der Zusammenfassung der Erfindung erläutert worden ist. Wie in der Zusammenfassung der Erfindung erläutert, wird die Polarisationsrichtung des Leselichts aufgrund der Schreib-LD 101 so festgelegt, daß das ausgelesene Objektbild ein positives Bild ist. Der zweite FLC-OASLM 117 löscht ein Objektbild, wenn die positive Spannung 144a angelegt wird und schreibt und liest das Objektbild, wenn die negative Spannung 145a angelegt wird. Mit solch einer zwischen den durchsichtigen Elektroden 134a und 134b angelegten asymmetrischen Impulsspannung wird während des Schreibens die Schreibspannung (negative Spannung) proportional zu der von der fotoleitenden Schicht 137 eingestrahlten Lichtintensität gehalten, welche an dem ferroelektrischen Flüssigkristall 136 angelegt wird, so daß die ferroelektrischen Flüssigkristallmoleküle eine zu der Schreibspannung proportionale Rückstellkraft erfahren. Zur selben Zeit erfahren die ferroelektrischen Flüssigkristallmoleküle auch eine Relaxationskraft, welche auf der Asymmetrie der angelegten Spannung beruht und sie dazu drängt, in ihren ursprünglichen stabilen Zustand zurückzukehren. Demgemäß vergrößert sich die gemäß dieser Ansteuerungsmethode erhaltene Leselichtintensität, wie sie auf die zweite FLC-OASLM 117 während des Schreibens eingestrahlt wird, proportional zur Intensität des Schreiblichts und schwächt sich im Laufe der Zeit ab. Diese Abschwächungszeit wird festgelegt durch die Relaxationszeit der ferroelektrischen Flüssigkristallmoleküle und deshalb weist die asymmetrische Impulsspannung bevorzugterweise eine Frequenz höher als ungefähr 100 Hz auf. Mit dem oben erläuterten Ansteuerungsverfahren ist es möglich, auf dem zweiten FLC-OASLM 117 ein Objektbild mit einer allmählich sich ändern den Helligkeitsabstufung in Echtzeit zu schreiben.
Die in Fig. 19(b) gezeigte Antriebswellenform für den FLC-OASLM ohne dielektrischen Spiegel entspricht den Spannungsänderungen in der fotoleitenden Schicht 137, wenn die durchsichtige Elektrode 134b auf der Leseseite des in Fig. 6 (a) gezeigten FLC- OASLM vom Transmissionstyp geerdet ist. Der FLC-OASLM 107 der Fig. 16 wird durch permanentes Anlegen einer Impulsspannung zwischen den durchsichtigen Elektroden 134a und 134b betrieben, welche dafür sorgt, daß die fotoleitende Schicht 137 des FLC-OASLM 107 seine Spannungspolarität zwischen einem positiven und negativen Wert abwechselnd ändert. Es sei angemerkt, daß in diesem Fall die angelegte Impulsspannung eine symmetrische Impulsspannung ist, im Gegensatz zu der asymmetrischen Impulsspannung, welche bei dem FLC-OASLM vom Reflexionstyp verwendet wird. Die angelegte Impulsspannung weist dieselbe Phase und Frequenz auf wie die asymmetrische Impulsspannung. Wie in der Zusammenfassung der Erfindung erläutert, wird die Polarisationsrichtung des von der Lese-LD 108 ausgestrahlten Leselichts so festgelegt, daß das Objektbild mit einem positiven Bild ausgelesen wird. Der FLC- OASLM 107 löscht ein Objektbild, wenn an ihn eine positive Spannung 144 angelegt wird und liest das Objektbild, wenn die negative Spannung 145b angelegt wird. Durch diese Vorgehensweise, wie sie in Verbindung mit der ersten Ausführungsform und der Zusammenfassung der Erfindung beschrieben worden ist, zeigt der optisch adressierbare ferroelektrische Flüssigkristall ein digitales Bild an.
Ein Ansteuerungsstromimpuls gemäß Fig. 19(c) wird an die Schreib-LD 101 angelegt, um das Schreiblicht (oder das Leselicht) im Gleichtakt mit der an den FLC-OASLM 107 und den zweiten FLC-OASLM 117 angelegten Impulsspannung auszusenden. Die Phase des Ansteuerungsstroms eilt der an den FLC-OASLM 107 und den zweiten FLC- OASLM 117 angelegten Impulsspannung um die Phase π/4 voraus (oder hinkt hinterher).
Ein Ansteuerungsstromimpuls gemäß Fig. 19(d) wird an die Lese-LD 108 angelegt, um das Leselicht im Gleichtakt mit der Impulsspannung auszustrahlen, welche an die FLC- OASLM 107 angelegt wird. Dieser Ansteuerungsstrom eilt dem Ansteuerungsstrom, welcher an die Schreib-LD 101 angelegt wird, um π/2 voraus (oder hinkt hinterher). Die Impulsspannungen und Impulsströme der Fig. 19(a) bis 19(d) sind mit der Ansteuerungsregelungsschaltung 112 synchronisiert, welche von der Spannungsquelle 113 versorgt wird.
Die Initialisierung des zweiten FLC-OASLM 117 und das Löschen des Objektbilds werden durchgeführt, wenn die positive Spannung 144a angelegt wird, unabhängig von den Intensitäten des Schreiblichts und des Leselichts, welche auf das optisch adressierbare zweite Flüssigkristalllichtventil eingestrahlt werden. Dies wird durch die asymmetrischen Impulsspannungen ermöglicht. Die Initialisierung des FLC-OASLM 107 und das Löschen des gemeinsamen Fourier-transformierten Bildes werden durchgeführt, wenn der FLC-OASLM 107 mit der positiven Spannung 114b beaufschlagt wird und erfolgen gleichzeitig mit dem Leselicht.
Das von dem dielektrischen Spiegel im FLC-OASLM als Antwort ausgestrahlte Licht, welches in Fig. 19(e) gezeigt wird, spiegelt Änderungen im Lauf der Zeit der reflektierten Lichtintensität des von der Schreib-LD 101 im zweiten FLC-OASLM 117 emittierten Lichts wieder. Die Impulse 180a, 180b und 180 entsprechen reflektierten Lichtintensitäten, wenn die Schreiblichtintensität eines jeden Objektbilds allmählich nachläßt. Wie aus dieser Figur entnehmbar, sorgt dann, wenn die Schreib-LD 101 oszillierend betrieben wird, das Anlegen der positiven Spannung 144a an die den zweiten FLC-OASLM 117 dafür, daß die reflektierte Lichtintensität sich bis auf einen niedrigen Pegel 181 abschwächt. Das Anlegen der negativen Spannung 145a an den zweiten FLC-OASLM 117 erzeugt eine reflektierte Lichtintensität, welche der Lichtintensität des Objektbild- Schreiblichts entspricht. Wenn andererseits die Schreib-LD 101 nicht oszillierend betrieben wird, wird der zweite FLC-OASLM 117 nicht mit dem Schreiblicht beleuchtet, so daß die Intensität des reflektierten Lichts auf den Nullpegel 182 abfällt. Dies bedeutet, daß ein Objektbild mit einem sich kontinuierlich ändernden Helligkeitston auf den zweiten FLC-OASLM 117 geschrieben und von diesem gelesen werden kann.
Das vom FLC-OASLM mit dielektrischem Spiegel als Antwort ausgestrahlte Licht, welches in Fig. 19 (f) gezeigt ist, entspricht Veränderungen im Laufe der Zeit aufgrund der durchgelassenen Lichtintensität des Leselichts, welches von der Lese-LD 108 in den in Fig. 16 gezeigten FLC-OASLM 107 ausgestrahlt wird. Das Objektbild des zweiten FLC- OASLM 117 in Fig. 16 mit dielektrischem Spiegel wird vom Leselicht ausgelesen, welches von der Schreib-LD 101 ausgestrahlt wird, und wird digital als gemeinsames Fourier-transformiertes Bild auf dem FLC-OASLM 107 aufgezeichnet, wenn er mit der negativen Spannung 145b beaufschlagt wird, wie bei der ersten Ausführungsform erläutert. Solange der FLC-OASLM 107 mit der negativen Spannung 145b beaufschlagt wird, wird das digital aufgezeichnete Fourier-Transformationsbild im Speicher gehalten, selbst wenn die Schreib-LD 101 mit dem Oszillieren aufhört. Falls zu diesem Zeitpunkt die Lese-LD oszilliert, wird somit das digital aufgezeichnete gemeinsame Fourier-transformierte Bild von dem FLC-OASLM 107 als die in Fig. 19 (f) mit 151 bezeichnete maximale durchgelassene Lichtintensität ausgelesen. Die Initialisierung des FLC-OASLM 107 und das Löschen des Bildes auf ihm werden durchgeführt durch Anlegen der positiven Spannung 144b an den FLC-OASLM, während zur selben Zeit das Leselicht aus der Lese-LD 108 ausgestrahlt wird. Wird die positive Spannung 144b nach dem FLC- OASLM 107 ohne dielektrischen Spiegel angelegt, so wird deshalb das Leselicht, welches erzeugt wird, wenn die Lese-LD 108 oszilliert, nicht durch den FLC-OASLM hindurchgehen, was dafür sorgt, daß die durchgelassene Lichtintensität, wie in Fig. 19(f) mit dem Bezugszeichen 152 angedeutet, schwach wird. Wenn die Lese-LD 108 nicht oszilliert, tritt das Leselicht durch den FLC-OASLM 107 ohne dielektrischen Spiegel hindurch und wird zu Null, wie in Fig. 19(f) mit 153 Veranschaulicht.
Es ist festgestellt worden, daß die Anordnung der in Fig. 16 gezeigten Ausführungsform und das damit verbundene Ansteuerungsverfahren, wie es oben erläutert worden ist, das erfindungsgemäße optische Mustererkennungssystem in die Lage versetzen, mit einer hohen Geschwindigkeit von 100 Hz oder höher betrieben zu werden, ohne daß ein spezieller elektrisch adressierbarer räumlicher Lichtmodulator gemäß der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform verwendet werden muß. Ordnet man die grundlegenden Bestandteile der Ausführungsform in der in Fig. 16 gezeigten Weise an, so kann man das in Fig. 2 gezeigte erfindungsgemäße optische Mustererkennungssystem auf ungefähr die Hälfte seiner Größe reduzieren, wodurch es noch kompakter wird. Es ist leicht einzusehen, daß diese Anordnung der grundlegenden Elemente auch angewandt werden kann auf das System, welches einen elektrisch adressierbaren räumlichen Lichtmodulator als Bildeingabemittel verwendet.
Das erfindungsgemäße optische Mustererkennungssystem verwendet als grundlegenden Algorithmus einen Korrelator für die gemeinsame Transformierte, deren gemeinsames Fourier-transformiertes Bild binarisiert ist. Wenn die Anzahl der zu einem gegebenen Zeitpunkt zu identifizierenden Referenzbilder klein ist, folgt daraus, daß die Mustererkennung mit einem guten Signal-Rausch-Verhältnis durchgeführt werden kann. Aber wenn sich die Anzahl der Referenzbilder erhöht, welche zu einem gegebenen Zeitpunkt überprüft werden müssen, steigt das Rauschen stark an, wodurch sich das Signal-Rausch-Verhältnis verschlechtert oder eine fehlerhafte Erkennung auftritt.
Um dieses Problem zu vermeiden, wird das System mit zwei Maßnahmen versehen. Die erste Maßnahme ermittelt zweidimensionale Korrelationskoeffizienten zwischen einer Vielzahl von Referenzbildern und einem Eingabebild aus einer Vielzahl von Korrelationsmaximumsintensitäten, welche durch den Korrelator für die gemeinsame Transformierte erzeugt werden und welche den Korrelationskoeffizienten zwischen dem Eingabebild und den Referenzbildern entsprechen. Die zweite Maßnahme ändert den Transmissionsfaktor oder Reflexionsfaktor des entsprechenden Teils des Referenzbilds auf eine lineare oder nicht-lineare Weise mit den Korrelationskoeffizienten durch Maskieren eines räumlichen Lichtmodulators, welcher vor oder hinter dem Referenzbild angebracht ist. Werden diese beiden Maßnahmen einbezogen, kann das kleine optische Mustererkennungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung zum Beispiel mit einer Rückkopplungsschleife ausgebildet werden, um eine korrekte Mustererkennung zu ermöglichen, wenn eine große Anzahl von Referenzbildern verwendet wird.
Wie oben erläutert, identifiziert das erfindungsgemäße optische Mustererkennungssystem automatisch und mißt ein vorgegebenes Muster durch Durchführung einer auf kohärentem Licht beruhenden optischen Korrelationsverarbeitung an einem zweidimensionalen Bild, welches direkt von einem Objekt oder von einer CCD-Kamera erhalten wird. Das erfindungsgemäße optische Mustererkennungssystem ist ein Korrelator für eine gemeinsame Transformierte, welche umfaßt: Mittel zum Transformieren in ein kohärentes Bild von zumindest einem Referenzbild, welches vorbestimmte Markierungen erhält und mit zumindest einem einzugebenden Eingabebild, wobei beide Bilder auf Bildanzeigemitteln angezeigt werden; Mittel zum Durchführen einer optischen Fourier-Transformation des kohärenten Bilds, um ein gemeinsames Fouriertransformiertes Bild des Referenzbilds und des Eingabebilds zu erzeugen; Mittel zum Wandeln des gemeinsamen Fourier-transformierten Bilds in ein Intensitätsverteilungsbild und Anzeigen des Intensitätsverteilungsbilds auf einem optisch adressierbaren Lichtmodulator; Mittel zum Lesen der auf dem optisch adressierbaren räumlichen Lichtmodulator angezeigten Intensitätsverteilungsbilder unter Verwendung kohärenten Lichts; Mittel zum Fourier-Transformieren des Intensitätsverteilungsbilds, welches auf diese Weise ausgelesen wird, um eine zweidimensionale Korrelationsbildverteilung zwischen dem Referenzbild und dem Eingabebild zu erzeugen; und ein Element zum Wandeln von Licht in Elektrizität zum Erfassen einer Korrelationsmaximumintensität, welche dem Korrelationskoeffizient zwischen dem Referenzbild und dem Einga bebild entspricht, welche beide in der Korrelationsbildverteilung enthalten sind. In einem solchen Korrelator für eine gemeinsame Transformierte umfassen die Mittel zum Transformieren eines kohärenten Bilds des zumindest einen Referenzbild mit vorgegebenen Markierungen und zumindest einen einzugebenden Eingabebilds, wobei beide Bilder auf einem Bildanzeigemittel angezeigt werden, eine Laserdiode, deren Oszillationswellenlänge kleiner als 900 nm ist; Mittel zum Lesen des auf dem optisch adressierbaren räumlichen Lichtmodulators unter Verwendung von kohärentem Licht auslesbaren Intensitätsverteilungsbilds umfassen eine Laserdiode, deren Oszillationswellenlänge größer als 660 nm ist; der optisch adressierbare räumliche Lichtmodulator ist ein FLC-OASLM ohne Lichtreflexionsschicht, dessen fotoleitende Schicht aus mit Wasserstoff angereicherten amorphen Silizium gebildet ist; und die Mittel zum Durchführen einer optischen Fourier-Transformation an dem kohärenten Bild, um ein gemeinsames Fourier-transformiertes Bild des Referenzbilds und des Eingabebilds zu erzeugen und ein Mittel zum Fourier-Transformieren des von dem optisch adressierbaren räumlichen Lichtmodulators ausgelesenen Intensitätsverteilungsbilds, um eine zweidimensionale Korrelationsbildverteilung zwischen dem Referenzbild und dem Eingabebild zu bilden, beruhen auf ein und derselben Fourier-Transformationslinse. Diese Anordnung erlaubt es, den erfindungsgemäßen Korrelator für das gemeinsame transformierte Licht kompakt auszugestalten, nämlich mit 1/10 bis 1/2 der Größe oder 1/20 bis 1/4 der Länge eines herkömmlichen Korrelators. Diese Anordnung erlaubt auch den Betrieb bei 30 Hz, bei dem es sich um eine Video-Übertragungsrate handelt oder einen Betrieb bei hoher Geschwindigkeit mit üblicherweise 100 Hz oder höher. Dies bietet den Vorteil, daß es möglich ist, die Betriebsgeschwindigkeit in einem Gerät mit für die Praxis geeigneten Größenabmessungen für einen Mustererkennungssensor zu erhöhen, welcher in einem automatischen Montagegerät und zur Bildidentifikation eines Röntgenbilds verwendet wird.
Das erfindungsgemäße optische Mustererkennungssystem berechnet im wesentlichen Korrelationen zwischen parallelen Bildern und kann so als eine Vorrichtung für optical computing für Hochgeschwindigkeitsparallelverarbeitung von zweidimensionalen Informationen, wie zum Beispiel Bildern, benutzt werden. Diese Erfindung stellt einen wesentlichen Vorteil dar, da diese Rechenvorrichtungen in einer kompakten und für praktische Zwecke geeigneten Größe ausgebildet sein können.
Das Verfahren zum Ansteuern des FLC-OASLM mit hoher Geschwindigkeit gemäß der vorliegenden Erfindung erlaubt die Verwendung von starkem Leselicht, welches so stark sein kann, daß es die fotoleitende Schicht beeinflußt, ohne daß die Schreibcharakteristika beeinflußt werden, und zwar unabhängig davon, ob der räumliche Lichtmodulator eine lichtreflektierende Trennschicht, wie zum Beispiel einen dielektrischen Spiegel und eine lichtabschirmende Schicht, umfaßt oder nicht. Das erfindungsgemäße Ansteuerverfahren erlaubt es, auch bei 100 Hz oder höher mit hoher Geschwindigkeit anzusteuern. Mit diesem Verfahren ist es möglich, eine Vielzahl von räumlichen Lichtmodulatoren mit ferroelektrischen Flüssigkristallen in Reihe oder in Schleife zu schalten und sie im Gleichtakt miteinander zu betreiben, um ein kompliziertes System zu realisieren, welches in der Lage ist, komplizierte Bearbeitungsschritte durchzuführen.
Da dieses System nicht nur eine Laserdiode verwendet, welche direkt Licht modulieren kann, sondern auch ebenso ein FLC-Shutter, ist es möglich, auf einfache Weise die Intensität des Schreiblichts und des Leselichts, welches von einer beliebigen Lichtquelle ausgestrahlt wird, zu modulieren, wodurch die Flexibilität beim Aufbau des Systems erhöht wird.

Claims

1. Optisches Mustererkennungssystem, welches ein bestimmtes Muster in zweidimensionalen Bildern erkennt oder vermißt, und welches umfaßt:

Bildanzeigemittel (104), (117) zum Anzeigen von zumindest einem Referenzbild, welches bestimmte Markierungen enthält, und von zumindest einem einzugebenden Eingabebild,

erste Mittel (101), (102), (103), die eine Laserquelle umfassen, deren Strahlungswellenlänge weniger als 900 nm beträgt, wobei diese ersten Mittel ausgelegt sind, um das zumindest eine Referenzbild und das einzugebende Eingabebild in ein kohärentes Bild umzuwandeln,

zweite Mittel (106) zum Durchführen einer Fourier-Transformation an dem kohärenten Bild, um ein gemeinsames Fourier-transformiertes Bild des Referenzbilds und des Eingabebilds zu erzeugen,

einen optisch adressierbaren räumlichen Lichtmodulator (107), der einen optisch adressierbaren räumlichen Lichtmodulator mit ferroelektrischen Flüssigkristallen ohne lichtreflektierende Schicht verwendet, wobei der optisch adressierbare räumliche Lichtmodulator (107) das gemeinsame Fourier-transformierte Bild in ein Intensitätsverteilungsbild umwandelt und es anzeigt,

dritte Mittel (108), (109), (110), die eine Laserquelle umfassen, wobei die dritten Mittel geeignet sind, das auf dem optisch adressierbaren räumlichen Lichtmodulator durch Verwendung kohärenten Lichts angezeigte Intensitätsverteilungsbild auszulesen,

dadurch gekennzeichnet,

daß ein Strahlteiler (105) zwischen den ersten und zweiten Mitteln angebracht ist und dazu geeignet ist, Licht durchzulassen, welches dem kohärenten Bild des zumindest einen Referenzbilds und des zumindest einen Eingabebilds entspricht, welches von den ersten Mitteln zu den zweiten Mitteln gelangt, wobei der Strahlteiler so ausgelegt ist, daß er Licht, welches von den zweiten Mitteln zu den ersten Mitteln gelangt, zumindest teilweise in ein Licht-Elektrizitäts-Umwandlungselement (111) ablenkt, um die Korrelationsspitzenintensität für das Referenzbild und das Eingabebild in der Korrelationsbildverteilung zu erfassen,

daß die zweiten Mittel (106) ebenfalls zum Fourier-Transformieren des aus dem optisch adressierbaren räumlichen Lichtmodulators (107) ausgelesenen Intensitätsverteilungsbilds ausgelegt sind, um eine zweidimensionale Korrelationsbildverteilung des Referenzbilds und des Eingabebilds zu erzeugen;

wobei die zweite Laserquelle eine Strahlungswellenlänge von mehr als 660 nm aufweist.

2. Optisches Mustererkennungssystem nach Anspruch 1, wobei der optisch adressierbare räumliche Lichtmodulator (107) mit Wasserstoff angereichertes amorphes Silizium als fotoleitende Schicht verwendet.

3. Optisches Mustererkennungssystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Bildanzeigemittel (104), (117) ein optisch adressierbarer räumlicher Lichtmodulator mit ferroelektrischen Flüssigkristallen sind, welcher eine lichtreflektierende Schicht aufweist.

4. Optisches Mustererkennungssystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Bildanzeigemittel (104), (117) ein elektrisch adressierbarer räumlicher Lichtmodulator mit ferroelektrischen Flüssigkristallen sind, welcher eine lichtreflektierende Schicht aufweist.

5. Optisches Mustererkennungssystem nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, mit einer Ansteuerungsschaltung, welche die folgenden Steuerungsfunktionen durchführt:

Ansteuern der Bildanzeigemittel (104), (117), wobei der optisch adressierbare räumliche Lichtmodulator mit ferroelektrischen Flüssigkristallen keine lichtreflektierende Schicht aufweist, und die Laserquellen eine erste Laserdiode mit einer Strahlungswellenlänge von weniger als 900 nm und eine zweite Laserdiode mit einer Strahlungswellenlänge von mehr als 660 nm sind;

Kontrollieren der Zeitspanne, während der ein bestimmtes Bild auf den Bildanzeigemitteln angezeigt wird, der Zeitspanne, während der die erste Laserdiode mit einer Strahlungswellenlänge von weniger als 900 nm mit Energie versorgt wird, und der Zeitspanne, während welcher die Schreibspannung an den optisch adressierbaren räumlichen Lichtmodulator mit ferroelektrischen Flüssigkristallen ohne lichtreflektierende Schicht angelegt wird, in solch einer Weise, daß sich diese Zeitspannen für zumindest einen vorgegebenen Zeitraum überlappen,

Kontrollieren der Zeitspanne, während welcher die Löschspannung auf den optisch adressierbaren räumlichen Lichtmodulator mit ferroelektrischen Flüssigkristallen ohne lichtreflektierende Schicht gegeben wird, sowie der Zeitspanne, während welcher die zweite Laserdiode mit einer Strahlungswellenlänge von mehr als 660 nm mit Energie versorgt wird, in solch einer Weise, daß sich diese Zeitspannen für zumindest einen vorgegebenen Zeitraum überlappen; und

Ansteuern der ersten Laserdiode mit einer Strahlungswellenlänge von weniger als 900 nm und der zweiten Laserdiode mit einer Strahlungswellenlänge von mehr als 660 nm auf solche eine Weise, daß die Dioden nicht zur selben Zeit mit Energie versorgt werden.

6. Verfahren zum Anzeigen eines Bilds auf einem elektrisch adressierbaren räumlichen Lichtmodulator mit ferroelektrischen Kristallen in dem in Anspruch 4 beanspruchten optischen Mustererkennungssystem unter Verwendung einer Y-Ansteuerung, welche Abtastleitungen ansteuert, sowie einer X-Ansteuerung, die Anzeigesignale liefert, wobei das Anzeigeverfahren die folgenden Schritte umfaßt:

(a) Anlegen einer "Ein"-Spannung auf die erste Abtastleitung und, während diese "Ein"-Spannung angelegt ist, Anlegen einer Spannung an eine Signalleitung, die einem zu erleuchtenden Pixel auf der auf der ersten Abtastleitung entspricht,

(b) Negieren des Signals auf der ersten Abtastleitung und anschließendes Anlegen einer "Ein"-Spannung an die zweite Signalleitung, und dann, während diese "Ein"- Spannung anliegt, Anlegen einer Spannung an eine Signalleitung, die einem zu erleuchtenden Pixel auf der zweiten Abtastleitung entspricht,

(c) Durchführen desselben Ablaufs bis zur letzten oder n-ten Abtastleitung,

(d) Negieren des Signals für die n-te Abtastleitung und dann Anlegen einer "AUS"-Spannung auf die erste bis n-te Abtastleitung jeweils zur selben Zeit; und

(e) Wiederholen der obigen Schritte a) bis d).