JP2000356784A - 画像処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 入力画像の高速処理が行え、安定した処理結
果が得られる画像処理装置を提供すること。 【解決手段】 液晶を光変調材料に用いた光書き込み型
のＰＡＬ−ＳＬＭ２と、ＰＡＬ−ＳＬＭ２の書き込み側
に設置される書き込み光源であるストロボランプ４と、
ＰＡＬ−ＳＬＭ２の読み出し側に設置される読み出し光
源であるレーザ光原９とを備えており、更にＰＡＬ−Ｓ
ＬＭ２の交流駆動タイミングとストロボランプ４の照射
タイミングの同期をとる同期信号発生器２０を備えてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光情報である入力
画像の画像処理を行う画像処理装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】本件出願人は、高速応答可能な光書き込
み型の液晶空間光変調器であるＰＡＬ−ＳＬＭの開発を
行っており、π変調時の変調時間で立ち上がり１ｍｓ、
立ち下がり５ｍｓ以下の応答速度のものを実現してい
る。

【０００３】このような高速応答の光書き込み型の空間
光変調器と高速画像表示装置とを組み合わせることによ
り、例えばインコヒーレント−コヒーレント変換、強度
−位相情報変換、波長変換、光増幅などの処理をｋＨｚ
オーダーの高速で行うことが可能となった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、本件出願人
が開発したＰＡＬ−ＳＬＭもそうであるが、現在光書き
込み型の空間光変調器では、液晶が光変調材料に用いら
れるものが多い。この液晶デバイスは、通常、液晶材料
の劣化を防ぐため、ＡＣ駆動される。ＡＣ駆動の周波数
は、主に空間光変調器の感度特性及び解像度特性に影響
を及ぼす。ＰＡＬ−ＳＬＭにおいては、感度特性及び解
像度特性の双方にて良好な特性が得られる１ｋＨｚでの
駆動が一般的である。

【０００５】液晶分子は、この駆動電圧の極性の切り替
わりに応じて振動を起こすわけであるが、高速タイプで
ない立ち上がり３０ｍｓ立ち下がり４０ｍｓ程度の通常
のＰＡＬ−ＳＬＭにおいては、液晶分子の応答が遅く１
ｋＨｚの駆動に液晶分子の動きが追随しないため、液晶
分子の揺らぎによる出力光の変動は非常に小さく、あま
り問題にならない。

【０００６】一方、高速タイプのＰＡＬ−ＳＬＭにおい
ては、高速に液晶分子が反応するため、１ｋＨｚの駆動
に液晶分子の動きが追随して液晶分子が大きく揺らぎ出
力光の変動が大きなものとなる。図９にＰＡＬ−ＳＬＭ
の出力変動の様子を示す。図９中の横軸は時間（１ｍｓ
／ｄｉｖ．）であり、縦軸は電圧である。図９の出力波
形Ａは、ＰＡＬ−ＳＬＭに書き込み光としてレーザ光を
入力し、ＰＡＬ−ＳＬＭを強度変調モードで使用し、Ｐ
ＡＬ−ＳＬＭの出力光をフォトディテクタで検出したも
のである。波形Ｂは、レーザ光を出射するＬＤの駆動パ
ルス波形である。この図９に示すように、ＬＤの駆動に
応じて、ＰＡＬ−ＳＬＭの出力光強度が大きくなり、Ｌ
Ｄの駆動の停止によりＰＡＬ−ＳＬＭの出力光強度が徐
々に減少している。このとき、ＰＡＬ−ＳＬＭの出力光
強度は、駆動周波数である１ｋＨｚに応答しており、そ
の１ｋＨｚで出力が変動しながら減少することが観測さ
れた。

【０００７】このような出力の変動は、空間光変調器の
出力光を高速にサンプリングし信号処理を行う場合に、
非常に大きな問題となる。すなわち、同一の信号を入力
した場合でも、空間光変調器の出力光の変動がサンプリ
ングに対して一種のランダムな挙動を示し、サンプリン
グを行うごとに異なる出力となり、安定した信号処理が
行えなくなってしまう。

【０００８】このような事態の対策として、出力光の変
動の原因となる駆動周波数をより高くして、出力光の変
動を低減することも考えられる。しかしながら、そのよ
うにすると、空間光変調器の特性に影響を与え、その諸
特性の低下を招き、出力信号の低下を引き起こすことが
考えられる。

【０００９】そこで、本発明は、このような問題点を解
決するためになされたものであって、安定した処理結果
が得られ、画像処理の高速化が図れる画像処理装置を提
供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明に係る
画像処理装置は、液晶を光変調材料に用いた光書き込み
型の空間光変調手段と、空間光変調手段の書き込み側に
設置される書き込み光源と、空間光変調手段側の読み出
し側に設置される読み出し光源とを備えた画像処理装置
において、空間光変調手段の交流駆動タイミングと書き
込み光源の照射タイミングの同期をとる同期手段を備え
たことを特徴とする。

【００１１】また本発明に係る画像処理装置は、前述の
同期手段が、空間光変調手段の交流駆動と書き込み光原
の照射との動作タイミングを一定時間異ならせて同期を
とることを特徴とする。

【００１２】これらの発明によれば、空間光変調手段の
交流駆動と書き込み光源の照射とのタイミングを同期さ
せることにより、空間光変調手段から読み出される画像
信号を安定して出力させることができる。このため、空
間光変調手段を用いた画像処理の高速化が図れる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、添付図面に基づき、本発明
の実施形態について説明する。尚、各図において同一要
素には同一符号を付して説明を省略する。また、図面の
寸法比率は説明のものと必ずしも一致していない。

【００１４】図１に本実施形態に係る画像処理装置の構
成概略図を示す。本実施形態に係る画像処理装置１は、
高速フーリエ解析装置に適用したものである。図１に示
すように、画像処理装置１は、ＰＡＬ−ＳＬＭ（Parall
el Aligned nematic Liquidcrystal − Spatial Light
Modulator：平行配向ネマティック液晶空間光変調器）
２を備えている。ＰＡＬ−ＳＬＭ２は、書き込み光の入
射により画像を書き込み、読み出し光の入射により書き
込まれた画像を出力する光書き込み型の空間光変調手段
である。

【００１５】ＰＡＬ−ＳＬＭ２の書き込み側には、結像
レンズ３、ストロボランプ４が順次配設されており、そ
の結像レンズ３とストロボランプ４と間には解析すべき
測定対象物５が配置される。ストロボランプ４は、ＰＡ
Ｌ−ＳＬＭ２に書き込み光を入射させる書き込み光源と
機能するものであり、測定対象物５に光を照射する。結
像レンズ３は、ストロボランプ４から測定対象物５に照
射され透過した光をＰＡＬ−ＳＬＭ２表面上に結像させ
るためのものである。

【００１６】ＰＡＬ−ＳＬＭ２の読み出し側には、ハー
フミラー６、フーリエ変換レンズ７、ウェッジリングデ
ィテクタ８が順次配設されている。ハーフミラー６は、
レーザ光源９からの読み出し光を反射させてＰＡＬ−Ｓ
ＬＭ２の裏面に照射させるものである。レーザ光源９
は、ＰＡＬ−ＳＬＭ２から書き込まれた画像を読み出す
ための読み出し光源として機能する。

【００１７】フーリエ変換レンズ７は、ＰＡＬ−ＳＬＭ
２から読み出された画像をフーリエ変換するフーリエ変
換手段として機能する。ウェッジリングディテクタ８
は、フーリエ変換レンズ７でフーリエ変換されたフーリ
エ変換画像を検出する光検出手段である。この光検出手
段としては、ウェッジリングディテクタ８のほかフォト
ダイオードなどを用いてもよいが、ウェッジリングディ
テクタ８を用いることによりフーリエ変換画像の光強度
分布が迅速に検出でき測定対象物５の特定及び識別が容
易に行える。ウェッジリングディテクタ８には解析装置
１０に接続され、ウェッジリングディテクタ８の検出信
号が解析装置１０に出力される。

【００１８】一方、ストロボランプ４には駆動制御器１
１が接続されている。駆動制御器１１は、ストロボラン
プ４に駆動信号を出力し、ストロボランプ４の駆動制御
を行うものである。また、ＰＡＬ−ＳＬＭ２には駆動制
御器１２が接続されている。駆動制御器１２は、ＰＡＬ
−ＳＬＭ２に交流駆動電圧を印加して、ＰＡＬ−ＳＬＭ
２の駆動制御を行うものである。

【００１９】画像処理装置１には、同期信号発生器２０
が設けられている。同期信号発生器２０は、ストロボラ
ンプ４の駆動制御器１１とＰＡＬ−ＳＬＭ２の駆動制御
器１２にそれぞれ同期信号を出力するものであり、ＰＡ
Ｌ−ＳＬＭ２の交流駆動タイミングとストロボランプ４
の照射タイミングとの同期をとる同期手段と機能する。
例えば、同期信号発生器２０は、駆動制御器１１と駆動
制御器１２に同一の同期信号を出力する。

【００２０】これらの駆動制御器１１、１２のいずれか
一方又はその双方には、同期信号を受けた後、一定時間
遅延させて作動を行う遅延機能が設けられている。例え
ば、駆動制御器１１の場合、同期信号を受けた後の一定
時間後にストロボランプ４に駆動信号を出力する機能が
設けられる。また、駆動制御器１２の場合、同期信号を
受けた後の一定時間後にＰＡＬ−ＳＬＭ８に印加する交
流電圧を反転させる機能又は同期信号に対し一定の位相
差を有する交流電圧を生じさせその交流電圧をＰＡＬ−
ＳＬＭ８に印加する機能が設けられる。

【００２１】図２にＰＡＬ−ＳＬＭ２の説明図を示す。

【００２２】前述したＰＡＬ−ＳＬＭ２としては、図２
に示すようなものを用いるのが望ましい。すなわち、Ｐ
ＡＬ−ＳＬＭ２は、光アドレス部として光導電体である
アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）３１を備えており、
その入力側に透明電極３２、ガラス基板３３、反射防止
膜であるＡＲコート３４が順次設けられ、アモルファス
シリコン３１の出力側に誘電体多層膜ミラー３５、配向
層３６、平行配向のネマチック液晶層３７、配向層３
８、透明電極３９、ガラス基板４０、ＡＲコート４１が
順次設けられている。ネマチック液晶３７は、光変調部
として機能するものであり、透明電極３２、３９と平行
になるように配向されている。また、透明電極３２、３
９は、駆動制御器１２に接続されており、駆動制御器１
２から交流電圧の供給を受ける。

【００２３】この図２に示すＰＡＬ−ＳＬＭ２に書き込
み光５１が入射されると、アモルファスシリコン３１の
電気的インピーダンスが変化し、ネマチック液晶層３７
の分圧が変化し、ネマチック液晶層３７内の液晶分子の
傾きが変化する。このため、そして、ＰＡＬ−ＳＬＭ２
に読み出し光５２が入射されることにより、ネマチック
液晶層３７内の液晶分子の変化が屈折率変化と等価的と
なり、書き込み光５１の画像情報に応じた位相変調画像
５３が出力される。今回用いたＰＡＬ−ＳＬＭ２は、立
ち上がり時間が１ｍｓ以下の高速応答タイプのものであ
る。

【００２４】図３にウェッジリングディテクタ８の正面
図を示す。

【００２５】図３に示すように、ウェッジリングディテ
クタ８は、円形の受光領域５５を同心円状に分割し、か
つ、その中心から放射状に分割して複数の分割受光領域
５６を備えたＰＤアレイである。ウェッジリングディテ
クタ８の各分割受光領域５６は、光の入射によりそれぞ
れ独立して検出信号を出力する。このウェッジリングデ
ィテクタ８によれば、フーリエ解析された測定対象物５
の位相変調画像に基づき、測定対象物５の空間周波数領
域における特徴量が瞬時に検出できる。その際、測定対
象物５の平行移動は、フーリエ面では変化が現れないた
め、安定した画像マッチング等が行える。

【００２６】次に、画像処理装置１の動作について説明
する。

【００２７】図１に示すように、ストロボランプ４と結
像レンズ３との間にフーリエ解析すべき測定対象物５を
配置し、ストロボランプ４を発光させる共にＰＡＬ−Ｓ
ＬＭ３を作動させる。このとき、ストロボランプ４とＰ
ＡＬ−ＳＬＭ３の作動は、同期をとって行われる。すな
わち、同期信号発生器２０からの同期信号を受けて駆動
制御器１１及び駆動制御器１２が作動し、駆動制御器１
１の出力に応じてストロボランプ４が発光し、駆動制御
器１２の出力に応じてＰＡＬ−ＳＬＭ２が作動する。

【００２８】従って、同期信号発生器２０の同期信号に
基づき、ストロボランプ４の発光によるＰＡＬ−ＳＬＭ
２への書き込み光の照射タイミングとＰＡＬ−ＳＬＭ２
への交流駆動タイミングとが同期することとなる。

【００２９】このような状態にて、レーザ光源９からレ
ーザ光が出射されると、このレーザ光は、ハーフミラー
６で反射されて、ＰＡＬ−ＳＬＭ２の裏面側に入射し、
ＰＡＬ−ＳＬＭ２に書き込まれた画像の読み出し光とし
て機能する。このレーザ光の入射により、ＰＡＬ−ＳＬ
Ｍ２から位相変調画像として画像が読み出され、その画
像は、フーリエ変換レンズ７に入射される。そして、そ
の画像は、フーリエ変換レンズ７にてフーリエ変換され
てフーリエ変換画像とされ、ウェッジリングディテクタ
８上に結像される。

【００３０】ウェッジリングディテクタ８では、フーリ
エ変換画像を受けて、そのフーリエ変換画像の光強度の
分布状態が検出される。その検出信号は、解析装置１０
に入力される。その検出信号に基づいて、解析装置１０
により解析され、測定対象物５を特定し、他の画像と識
別するための情報が得られる。

【００３１】次に、画像処理装置１の具体的な実施結果
について説明する。

【００３２】図１の画像処理装置１において、ストロボ
ランプ４による書き込み光の照射タイミングとＰＡＬ−
ＳＬＭ２の印加電圧切替タイミングは、図４に示すタイ
ミングチャートに従って同期をとった。すなわち、スト
ロボランプ４を２００Ｈｚの周波数で点滅させ書き込み
光の照射を行い、ＰＡＬ−ＳＬＭ２を１ｋＨｚの周波数
で交流駆動をした。なお、ストロボランプ４の書き込み
光の照射時間は、１周期５ｍｓのうち１ｍｓとし、１ｍ
ｓの照射、４ｍｓの非照射を繰り返した。

【００３３】また、ストロボランプ４の照射タイミング
に対し、ＰＡＬ−ＳＬＭ２の交流駆動タイミング（交流
印加電圧の極性切り替わりタイミング）が一定の遅延時
間Ｔｄをもつようにして、ストロボランプ４及びＰＡＬ
−ＳＬＭ２を作動させた。

【００３４】このような設定の下で画像処理装置１を作
動させた。測定対象物５としては、図５に示すように、
指紋画像６０を用いた。そして、ストロボランプ４の照
射タイミングとＰＡＬ−ＳＬＭ２の交流駆動タイミング
との遅延時間Ｔｄを０周期、１／４周期、１／２周期の
位相差として設定し、それぞれの遅延時間Ｔｄについて
解析を行った。

【００３５】図６〜図８に画像処理装置１における解析
の結果を示す。

【００３６】図６〜図８は、各波形６１〜６３をオシロ
スコープで測定した結果であり、横軸が時間（１ｍｓ／
ｄｉｖ．）、縦軸が電圧（波形６１は５００ｍＶ／ｄｉ
ｖ．、波形６２は５Ｖ／ｄｉｖ．、波形６３は５Ｖ／ｄ
ｉｖ．）である。また、図６〜図８において、波形６１
は光検出手段であるフォトダイオードの出力波形であ
り、波形６２はＰＡＬ−ＳＬＭ２に印加される交流電圧
の波形であり、波形６３はストロボランプ４の発光パル
スの波形である。

【００３７】図６は、ストロボランプ４の照射タイミン
グとＰＡＬ−ＳＬＭ２の駆動タイミングとの遅延時間Ｔ
ｄを０周期とした測定結果である。また、図７は、スト
ロボランプ４の照射タイミングとＰＡＬ−ＳＬＭ２の駆
動タイミングとの遅延時間Ｔｄを１／４周期とした測定
結果である。更に、図８は、ストロボランプ４の照射タ
イミングとＰＡＬ−ＳＬＭ２の駆動タイミングとの遅延
時間Ｔｄを１／２周期とした測定結果である。

【００３８】これらの図６〜図８において、フォトダイ
オードの出力波形６１を見ると、各図において異なる波
形となって観測された。これは遅延時間Ｔｄの差に起因
し、遅延時間ＴｄによってＰＡＬ−ＳＬＭ２での変調量
が異なるためであると考えられる。これによれば、スト
ロボランプ４の照射タイミングとＰＡＬ−ＳＬＭ２の駆
動タイミングとの同期をとらない場合には、ＰＡＬ−Ｓ
ＬＭ２の変調量が変動することとなり、安定した出力信
号が得られない。

【００３９】また、遅延時間Ｔｄ、即ちタイムディレイ
の量によって、得られる信号のＳ／Ｎ比が異なることが
判明した。今回の測定においては、タイムディレイが１
／２周期の場合にＳ／Ｎ比が最も良好なものであった。
最良なＳ／Ｎ比が得られるようにタイムディレイを設定
することも、測定対象物５の解析上、非常に有効であ
る。

【００４０】以上のように、本実施形態に係る画像処理
装置１によれば、空間光変調手段であるＰＡＬ−ＳＬＭ
２の交流駆動と書き込み光源であるストロボランプ４の
照射とのタイミングを同期させることにより、ＰＡＬ−
ＳＬＭ２から画像信号を安定して出力させることでき
る。従って、空間光変調手段を用いた測定対象物５の画
像処理の高速化が図れる。

【００４１】また、単に同期をとるだけでなく、ＰＡＬ
−ＳＬＭ２の交流駆動とストロボランプ４の照射とのタ
イミングのタイムディレイを適宜調整することにより、
ＰＡＬ−ＳＬＭ２から画像信号を大きく出力させること
ができ、測定対象物５の解析が確実に行える。

【００４２】なお、本実施形態の画像処理装置１は、書
き込み光源であるストロボランプ４の駆動制御器１１と
空間光変調器であるＰＡＬ−ＳＬＭ２の駆動制御器１２
と別個に同期信号発生器２０を具備するものであった
が、本発明に係る画像処理装置はそのようなものに限ら
れるものではなく、駆動制御器１１又は駆動制御器１２
のいずれか一方が双方の作動の同期をとる同期手段とし
て機能するものであってもよい。すなわち、駆動制御器
１１又は駆動制御器１２のいずれか一方が同期手段とし
て他方へ同期信号を出力し、その同期信号によりそれら
の双方の作動が同期するものであってもよい。

【００４３】また、本実施形態では、本発明に係る画像
処理装置を高速フーリエ解析装置に適用した場合につい
て説明したが、本発明に係る画像処理装置はそのような
ものに限られるものではなく、その他の装置に適用して
もよい。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、空
間光変調手段の交流駆動と書き込み光源の照射とのタイ
ミングを同期させることにより、空間光変調手段から読
み出される画像信号を安定して出力させることができ
る。このため、空間光変調手段を用いた画像処理の高速
化が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態に係る画像処理装置の説明図である。

【図２】実施形態に係る画像処理装置におけるＰＡＬ−
ＳＬＭの説明図である。

【図３】実施形態に係る画像処理装置におけるウェッジ
リングディテクタの説明図である。

【図４】実施形態に係る画像処理装置におけるストロボ
ランプの照射とＰＡＬ−ＳＬＭの印加電圧切替とを示す
タイミングチャートである。

【図５】測定対象物である指紋画像の説明図である。

【図６】実施形態に係る画像処理装置の画像照合の結果
の説明図である。

【図７】実施形態に係る画像処理装置の画像照合の結果
の説明図である。

【図８】実施形態に係る画像処理装置の画像照合の結果
の説明図である。

【図９】ＰＡＬ−ＳＬＭの出力特性の説明図である。

【符号の説明】

１…画像処理装置、２…ＰＡＬ−ＳＬＭ（空間光変調手
段）、４…ストロボランプ（書き込み光源）、５…測定
対象物、９…レーザ光源（読み出し光源）、２０…同期
信号発生器（同期手段）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 豊田 晴義 静岡県浜松市市野町1126番地の１ 浜松ホ トニクス株式会社内 Ｆターム(参考） 2H092 KA05 LA12 MA30 PA07 PA12 PA13 RA10 5B047 AA30 BA10 BC11 CA19 CB18 5C006 AA01 AA02 AF71 BD01 BF36 BF38 EC08 FA11 5C080 AA10 CC02 DD08 FF14 JJ02 JJ04 JJ06

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液晶を光変調材料に用いた光書き込み型
   の空間光変調手段と、前記空間光変調手段の書き込み側
   に設置される書き込み光源と、前記空間光変調手段側の
   読み出し側に設置される読み出し光源とを備えた画像処
   理装置において、 前記空間光変調手段の交流駆動タイミングと前記書き込
   み光源の照射タイミングの同期をとる同期手段を備えた
   こと、を特徴とする画像処理装置。
2. 【請求項２】 前記同期手段は、前記空間光変調手段の
   交流駆動と前記書き込み光原の照射との動作タイミング
   を一定時間異ならせて同期をとることを特徴とする請求
   項１に記載の画像処理装置。