JP2001013464A

JP2001013464A - 画像処理装置

Info

Publication number: JP2001013464A
Application number: JP11180232A
Authority: JP
Inventors: Yasunori Igasaki; 泰則伊ケ崎; Narihiro Yoshida; 成浩吉田; Haruyoshi Toyoda; 晴義豊田; Yuji Kobayashi; 祐二小林
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 1999-06-25
Filing date: 1999-06-25
Publication date: 2001-01-19

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−ＳＬＭ８と、ＰＡＬ−ＳＬＭ８の書き込み側
に設置され少なくとも一つのＦＬＣ−ＳＬＭ５と、ＰＡ
Ｌ−ＳＬＭ８側の読み出し側に設置されるレーザ光源２
とを備えた画像処理装置であって、ＰＡＬ−ＳＬＭ８の
交流駆動タイミングとＦＬＣ−ＳＬＭ５の表示切替タイ
ミングとの同期をとる同期手段を備えている。

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】最近、高速に画像の切り替えを行える画
像表示装置の開発が進められている。例えば、ホロプレ
ックス社の光メモリや強誘電性液晶を光変調材料に用い
たDisplay Tech社の電気アドレス型ＦＬＣ−ＳＬＭなど
である。Display Tech社のＦＬＣ−ＳＬＭは、メモリ上
に蓄えた二値画像を最大２５００Ｈｚのスピードで切り
替えて表示することが可能である。

【０００３】また、本件出願人も、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１ｍ
ｓ、立ち下がり５ｍｓ以下の応答速度のものを実現して
いる。

【０００４】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る。

【０００５】その一つの例として、光合同フーリエ変換
相関器などが挙げられる。光合同フーリエ変換相関器
（光ＪＴＣ）のメリットは二つの画像の相関演算を高速
に行えることにある。実際に、この光合同フーリエ変換
相関器を用いた指紋照合装置の開発が進められている。
光ＪＴＣは、本来光を用いているため、高速処理が可能
となるはずであるが、画像表示装置での画像切替速度が
通常ビデオレートであるため、そのビデオレートを超え
る処理が実現していないのが現状である。

【０００６】しかし、図１３に示すように、高速画像表
示装置１０１と高速応答の光書き込み型空間光変調器１
０２との組み合わせて光ＪＴＣを構成することにより、
入力画像と参照画像との間の相関演算を高速に処理する
ことができる。なお、図１３中の１０３は入力画像表示
装置、１０４はレンズ、１０５は光検出器、１０６は光
源、１０７は偏光ビームスプリッタ、１０８はハーフミ
ラー、１０９はミラーである。このような光ＪＴＣにお
いて、予めメモリに記憶された参照画像を高速画像表示
装置に表示させ、通常のビデオ入力ＬＣＤを入力画像表
示装置として用いることによって、一つの入力画像と多
数の参照画像を高速に比較するシステムが構築される。

【０００７】

【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。このように、高速画像表示装置と高速
応答の光書き込み型液晶空間光変調器を組合わせて用い
た場合に問題となるのが、液晶部分の時間的な揺らぎに
よる出力光の変動である。通常、液晶デバイスは、液晶
材料の劣化を防ぐため、ＡＣ駆動される。ＰＡＬ−ＳＬ
Ｍの場合も、変調材料にネマチック液晶を用いているた
め、例外ではなく、ＡＣ駆動させるのが通常である。駆
動周波数は、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、駆動周
波数が高いほど解像度特性が改善されるが、１ｋＨｚよ
り高い領域では駆動周波数が高くなるに連れて感度が低
下する。このため、解像度特性・感度特性の双方におい
て良好な特性が得られる１ｋＨｚでの駆動が通常となっ
ている。

【０００８】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。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１４にＰＡＬ
−ＳＬＭの出力変動の様子を示す。図１４中の横軸は時
間（２ｍｓ／ｄｉｖ．）であり、縦軸は電圧である。図
１４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、ＰＡＬ−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。図１４において、ＬＤの
駆動がされると、ＰＡＬ−ＳＬＭの出力光強度が大きく
なり、ＬＤの駆動の停止によりＰＡＬ−ＳＬＭの出力光
強度が小さくなっている。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衰することが
観測された。

【０００９】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。

【００１０】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。

【００１１】一方、入力画像の画像処理を行うものとし
て、特開平４−３２３６２３号公報に記載されるよう
に、光パターン認識装置が知られている。この光パター
ン認識装置は、電気書き込み型空間光変調器と光書き込
み型強誘電性液晶ライトバルブを用いて画像処理を行う
ものであり、書き込み光の入射、電気書き込み型空間光
変調器の動作、読み出し光の入射及び光書き込み型強誘
電性液晶ライトバルブの動作を同期させて、高速処理を
行おうとするものである。このような動作等について同
期をとることは、メモリ性を有する液晶を用いた液晶ラ
イトバルブにおいて一般的な手法である。これに対し、
メモリ性を有しない液晶を用いたＰＡＬ−ＳＬＭを用い
た画像処理装置においては、必ずしもそのような手法を
採る必然性がない。また、上述の公報においては、液晶
分子の揺らぎによる液晶ライトバルブの出力変動を何ら
問題としておらず、これでは入力画像の高速処理を行う
とともに安定した処理結果を得ることができない。

【００１２】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、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
提供することを目的とする。

【００１３】

【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
設置された少なくとも一つの二次元画像表示手段と、空
間光変調手段の読み出し側に設置される光源とを備えた
画像処理装置において、空間光変調手段の交流駆動タイ
ミングと二次元画像表示手段の表示切替タイミングとの
同期をとる同期手段を備えたことを特徴とする。

【００１４】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二次元画像表
示手段の表示切替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。

【００１５】また本発明に係る画像処理装置は、前述の
空間光変調手段が、メモリー性を有しない液晶を光変調
材料に用いた光書き込み型の空間光変調器であることを
特徴とする。

【００１６】更に本発明に係る画像処理装置は、前述の
空間光変調手段が、ネマチック液晶を光変調材料に用い
た光書き込み型の空間光変調器であることを特徴とす
る。

【００１７】これらの発明によれば、空間光変調手段の
交流駆動と二次元画像表示手段の表示切替とのタイミン
グが同期することにより、空間光変調手段から読み出さ
れる画像信号の強度が高いものとなる。

【００１８】

【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。

【００１９】（第一実施形態）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、指紋照合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には、レーザ光源２
が設けられている。レーザ光源２は、被照合対象となる
参照画像を読み出すための光源として機能する。レーザ
光源２のレーザ光射出方向には、第一偏光ビームスプリ
ッタ３が配置されている。第一偏光ビームスプリッタ３
によりレーザ光源２から出射されたレーザ光が偏光状態
で分割され、一つの偏光は第一偏光ビームスプリッタ３
を透過し、それに垂直な偏光は第一偏光ビームスプリッ
タ３で反射される。なお、レーザ光源２と第一偏光ビー
ムスプリッタ３との間に、レーザ光を平行光とするコリ
メータレンズを配置する場合もある。

【００２０】第一偏光ビームスプリッタ３の反射光の進
行方向には、第二偏光ビームスプリッタ４が配置されて
いる。第二偏光ビームスプリッタ４により、第一偏光ビ
ームスプリッタ３側から入射されるレーザ光が反射さ
れ、ＦＬＣ−ＳＬＭ（Ferro electric Liquid Crystal
− Spatial Light Modulator：強誘電性液晶空間光変調
器）５に入射される。ＦＬＣ−ＳＬＭ５は、電気アドレ
ス型の空間光変調器であり、被照合対象となる参照画像
を表示する参照画像表示手段として機能する。また、Ｆ
ＬＣ−ＳＬＭ５は、反射型の空間光変調器であり、第二
偏光ビームスプリッタ４で反射されたレーザ光をその表
面に入射させ、その表面から参照画像の読み出しを行
う。

【００２１】ＦＬＣ−ＳＬＭ５の表面側には、第二偏光
ビームスプリッタ４、ＬＣＤ６が配設されている。ＬＣ
Ｄ６は、照合画像を表示する照合画像表示手段である。
また、ＬＣＤ６の背後には、第一レンズ７、ＰＡＬ−Ｓ
ＬＭ（Parallel Aligned nematic Liquid crystal − S
patial Light Modulator：平行配向ネマティック液晶空
間光変調器）８が順次配設されている。第一レンズ７
は、ＬＣＤ６を透過する参照画像の画像信号とＬＣＤ６
に表示される照合画像の画像信号とをフーリエ変換する
第一フーリエ変換手段として機能する。

【００２２】ＰＡＬ−ＳＬＭ８は、第一レンズ７の焦点
位置に配置されており、参照画像と照合画像をフーリエ
変換した画像信号を入力して、読み出し光の入力に応じ
てその画像信号を出力するものである。

【００２３】一方、第一偏光ビームスプリッタ３の透過
光の進行方向には、ミラー９が配置されている。このミ
ラー９により、第一偏光ビームスプリッタ３を透過した
レーザ光がミラー９に反射され、ＰＡＬ−ＳＬＭ８の背
後に導かれる。ＰＡＬ−ＳＬＭ８の背後には、ハーフミ
ラー１０が配置されている。ハーフミラー１０は、ミラ
ー９で反射されてくるレーザ光をＰＡＬ−ＳＬＭ８の背
面に向けて反射し、ＰＡＬ−ＳＬＭ８から読み出される
画像信号を透過させる。

【００２４】また、ハーフミラー１０を透過する画像信
号の進行方向には第二レンズ１１が配置されている。第
二レンズ１１は、ＰＡＬ−ＳＬＭ８から読み出される画
像信号をフーリエ変換する第二フーリエ変換手段として
機能する。更に、第二レンズ１１の背後には、フォトダ
イオード１２が配置されている。フォトダイオード１２
は、第二レンズ１１でフーリエ変換された画像信号を検
出する光検出手段である。このフォトダイオード１２に
は、ピンホール１３を介して画像信号を入力される。

【００２５】一方、ＬＣＤ６には、ＣＣＤカメラ１４が
接続されている。ＣＣＤカメラ１４は、指紋を撮像し照
合画像としてＬＣＤ６に出力する照合画像入力手段であ
る。ＣＣＤカメラ１４の撮像は、プリズム１５上に置か
れた指１６の指紋を所定の光学系１７を通じてＣＣＤカ
メラ１４に入射して行われる。

【００２６】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、ＦＬＣ−Ｓ
ＬＭ５に順次切替表示される参照画像の切替タイミング
とＰＡＬ−ＳＬＭ８の交流駆動電圧の電圧切替タイミン
グとの同期をとる同期信号を発生するものであり、同期
手段として機能するものである。この同期信号発生器２
０は、駆動制御器２５と駆動制御器２８に同一の同期信
号を出力する。

【００２７】駆動制御器２５は、ＦＬＣ−ＳＬＭ５の駆
動制御を行うものであり、ＦＬＣ−ＳＬＭ５に表示すべ
き参照画像の画像データを記憶しており、ＦＬＣ−ＳＬ
Ｍ５に参照画像の画像データを順次出力する。駆動制御
器２８は、ＰＡＬ−ＳＬＭ８の駆動制御を行うものであ
り、ＰＡＬ−ＳＬＭ８に印加する交流電圧を出力する。

【００２８】これらの駆動制御器２５、２８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２５の場合、同期信号を受けた後の一定
時間後に参照画像の画像データを切り替える機能が設け
られる。また、駆動制御器２８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−ＳＬ
Ｍ８に印加する機能が設けられる。

【００２９】次に、画像処理装置１の動作について説明
する。

【００３０】図１に示すように、プリズム１５上に指１
６を置くと、その指１６の指紋がプリズム１５、光学系
１７を通じてＣＣＤカメラ１４に撮影される。ＣＣＤカ
メラ１４にて指紋の画像が電気的な画像情報に変換され
る。そして、ＣＣＤカメラ１４から指紋の画像データ信
号がＬＣＤ６に出力され、ＬＣＤ６に照合画像として指
１６の指紋の画像が表示される。

【００３１】一方、同期信号発生器２０からの同期信号
を受けて駆動制御器２５及び駆動制御器２８が作動す
る。すなわち、同期信号に従って駆動制御器２５が作動
し、駆動制御器２５からＦＬＣ−ＳＬＭ５に参照画像の
画像データが順次出力される。また、同期信号に従って
駆動制御器２８が作動し、駆動制御器２８からＰＡＬ−
ＳＬＭ８に交流電圧が印加される。

【００３２】このような状態にて、レーザ光源２からレ
ーザ光が出射されると、レーザ光は、第一偏光ビームス
プリッタ３で分割される。すなわち、レーザ光の一部は
第一偏光ビームスプリッタ３で反射され第二偏光ビーム
スプリッタ４に向けて伝搬する。一方、レーザ光の他の
一部は第一偏光ビームスプリッタ３を透過しミラー９に
向けて伝搬する。

【００３３】そして、第二偏光ビームスプリッタ４に入
射したレーザ光は、第二偏光ビームスプリッタ４で反射
してＦＬＣ−ＳＬＭ５に入射し、ＦＬＣ−ＳＬＭ５に表
示される参照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、ＦＬＣ−ＳＬＭ５から参照画像が
読み出され、その参照画像の画像信号は、第二偏光ビー
ムスプリッタ４を透過しＬＣＤ６を透過して第一レンズ
７に入射する。その際、参照画像の画像信号と共に、Ｌ
ＣＤ６に表示された照合画像も画像信号として第一レン
ズ７に入射する。そして、参照画像と照合画像の画像信
号は、第一レンズ７にてフーリエ変換されてフーリエ変
換画像の画像信号とされ、ＰＡＬ−ＳＬＭ８に入射され
る。

【００３４】一方、ミラー９に入射するレーザ光は、そ
のミラー９で反射されハーフミラー１０を介してＰＡＬ
−ＳＬＭ８の裏面側に入射し、ＰＡＬ−ＳＬＭ８のフー
リエ変換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−ＳＬＭ８からフーリエ変換画
像が読み出され、そのフーリエ変換画像の画像信号は、
ハーフミラー１０を透過し、第二レンズ１１に入射す
る。そして、フーリエ変換画像の画像信号は、第二レン
ズ１１にて更にフーリエ変換されて相関画像の相関信号
とされ、ピンホール１３を通じてフォトダイオード１２
に入射される。

【００３５】フォトダイオード１２では、相関信号を受
けて相関画像の光強度、即ち照合画像と参照画像の相関
度に応じた信号が出力される。従って、フォトダイオー
ド１２の出力状態に基づいて照合画像と参照画像の相関
度を検出し、照合画像の照合が可能となる。

【００３６】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。

【００３７】図１の画像処理装置１において、ＦＬＣ−
ＳＬＭ５として、Display Tech社製の電気アドレス反射
型のものであって、変調材料がＦＬＣ、出力が二値（ポ
ジ画像、ネガ画像を交互に表示するもの）、画素数が２
５６×２５６、画素ピッチが１５μｍ、開口率が８７
％、有効面積が３．８４ｍｍ×３．８４ｍｍ、設計波長
が６８０ｎｍ、最大スイッチング速度が２５００Ｈｚの
ものを使用した。

【００３８】また、ＬＣＤ６として、KOPIN社製のもの
であって、出力がグレースケール、画素数が３２０×２
４０（入力ＶＧＡ６４０×４８０の信号を圧縮表示）、
画素ピッチが１５μｍ、有効面積が４．８ｍｍ×３．６
ｍｍのものを使用した。

【００３９】更に、ＰＡＬ−ＳＬＭ８として図２に示す
ものを使用した。図２に示すように、使用したＰＡＬ−
ＳＬＭ８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）８１を備えており、その入
力側に透明電極８２、ガラス基板８３、反射防止膜であ
るＡＲコート８４が順次設けられ、アモルファスシリコ
ン８１の出力側に誘電体多層膜ミラー８５、配向層８
６、平行配向のネマチック液晶層８７、配向層８８、透
明電極８９、ガラス基板９０、ＡＲコート９１が順次設
けられている。ネマチック液晶８７は、光変調部として
機能するものであり、透明電極８２、８９と平行になる
ように配向されている。また、透明電極８２、８９は、
駆動制御器２８に接続されており、駆動制御器２８から
交流電圧の供給を受ける。

【００４０】この図２に示すＰＡＬ−ＳＬＭ８に書き込
み光３１が入射されると、アモルファスシリコン８１の
電気的インピーダンスが変化し、ネマチック液晶層８７
の分圧が変化し、ネマチック液晶層８７内の液晶分子の
傾きが変化する。このため、ＰＡＬ−ＳＬＭ８に読み出
し光３２が入射されると、ネマチック液晶層８７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
３１の画像情報に応じた位相変調画像３３が出力され
る。今回用いたＰＡＬ−ＳＬＭ８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。

【００４１】ＦＬＣ−ＳＬＭ５の参照画像の表示切替タ
イミングとＰＡＬ−ＳＬＭ８の印加電圧切替タイミング
は、図３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、参照画像表示のスターティングパルス４
１が立ち下がると、駆動制御器２８により交流電圧２９
がＰＡＬ−ＳＬＭ８の透明電極８２、８９間に印加さ
れ、表示切替パルス４２のタイミングで駆動制御器２５
からＦＬＣ−ＳＬＭ５に参照画像の画像データが順次出
力される。

【００４２】なお、ＦＬＣ−ＳＬＭ５の参照画像の表示
切替タイミングに対し、ＰＡＬ−ＳＬＭ８の駆動タイミ
ング（交流電圧２９の電圧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、ＦＬＣ−ＳＬＭ５
及びＰＡＬ−ＳＬＭ８を作動させた。

【００４３】また、ＰＡＬ−ＳＬＭ８の交流電圧２９と
して１ｋＨｚのものを用い、交流電圧２９の振幅の中心
を０ボルトとしてＰＡＬ−ＳＬＭ８に印加した。また、
ＦＬＣ−ＳＬＭ５には、液晶の劣化を防止すべく、液晶
にポジ画像とネガ画像を交互に表示させるように表示切
替パルス４２を入力し、その表示切替パルス４２を２ｋ
Ｈｚのものとした。

【００４４】このような設定の下で画像処理装置１を作
動させた。照合画像としては、図４に示すように、指紋
の入力画像５０を用い、ＬＣＤ６に表示させた。また、
参照画像としては、指紋の参照画像５１〜６０を用い、
順次ＦＬＣ−ＳＬＭ５に表示させた。

【００４５】そして、ＦＬＣ−ＳＬＭ５の参照画像の表
示切替タイミングとＰＡＬ−ＳＬＭ８の駆動タイミング
との遅延時間Ｔｄを１／４周期、１／２周期、３／４周
期の位相差として設定し、それぞれの遅延時間Ｔｄにつ
いて画像照合を行った。

【００４６】図５に相関信号の様子を示し、図６〜図８
に画像処理装置１の画像照合の結果を示す。

【００４７】図５は、第二レンズ１１でフーリエ変換さ
れた相関信号の様子である。図６〜図８は、フォトダイ
オード１２の出力波形６１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５０ｍＶ／ｄｉｖ．、波形６２は５Ｖ
／ｄｉｖ．、波形６３は５Ｖ／ｄｉｖ．）である。ま
た、図６〜図８において、波形６２はＰＡＬ−ＳＬＭ８
に印加される交流電圧の波形であり、波形６３はＦＬＣ
−ＳＬＭ５の参照画像の表示切替パルスの波形である。

【００４８】図６は、ＦＬＣ−ＳＬＭ５の参照画像の表
示切替タイミングとＰＡＬ−ＳＬＭ８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。
図６において、表示切替パルスの波形６３で一パルスが
出力されるごとに、参照画像５１〜６０のポジ画像、ネ
ガ画像が順次切り替わって、ＦＬＣ−ＳＬＭ５に表示さ
れている。すなわち、図６の表示切替パルスの波形６３
にて、左側からパルスが出力されるごとに参照画像５１
のポジ画像、参照画像５１のネガ画像、参照画像５２の
ポジ画像、参照画像５２のネガ画像というように順次Ｆ
ＬＣ−ＳＬＭ５の表示が切り替わる。

【００４９】図６〜図８のフォトダイオード１２の出力
波形６１において、６番目にＦＬＣ−ＳＬＭ５に表示さ
れる参照画像５３のネガ画像の表示後のピーク部分６１
ｆが自己相関値であり、他の出力波形６１のピーク部分
が相互相関値である。図６〜図８の出力波形６１では、
自己相関値が相互相関値より高くなっており、安定した
強度を保った。

【００５０】また、図６〜図８のフォトダイオード１２
の出力波形６１を見ると、各図において自己相関値と相
互相関値の比が異なっており、これは遅延時間Ｔｄの差
に起因するものと考えられる。このため、ＰＡＬ−ＳＬ
Ｍ８の駆動タイミングとＦＬＣ−ＳＬＭ５の表示切替タ
イミングのタイムディレイを適宜調整することにより、
自己相関値と相互相関値の出力比を大きくすることがで
き、画像照合が精度良く、確実に行える。

【００５１】また、図６〜図８に示されるように、ＰＡ
Ｌ−ＳＬＭ８の駆動タイミングとＦＬＣ−ＳＬＭ５の表
示切替タイミングの同期をとらない場合には、それらの
タイミングのタイムディレイの調整を行わなければ自己
相関値と相互相関値の出力比が小さくなることからすれ
ば、自己相関値と相互相関値の出力比を大きくすること
はできず、精度のよい画像照合が行えない。

【００５２】図９にＰＡＬ−ＳＬＭ８の駆動周波数を１
０ｋＨｚとした場合の出力結果を示す。図９のフォトダ
イオード１２の出力波形６１を見ると、出力強度の変動
は小さくなっているが、自己相関値のレベルが低くなっ
てしまい、自己相関値と相互相関値との出力比が低下し
ている。これは、ＰＡＬ−ＳＬＭ８の感度等の諸特性が
劣化していることに起因していると考えられる。

【００５３】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
８の交流駆動と二次元画像表示手段であるＦＬＣ−ＳＬ
Ｍ５の表示切替とのタイミングを同期させることによ
り、ＰＡＬ−ＳＬＭ８から読み出される画像信号の出力
を大きくすることができる。このため、照合画像と参照
画像の相関信号の強度を高めることができ、画像照合が
精度良く行える。

【００５４】また、単に同期をとるだけでなく、ＰＡＬ
−ＳＬＭ８の交流駆動とＦＬＣ−ＳＬＭ５の表示切替と
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、自己相関値と相互相関値の出力比を大きくすること
ができ、画像照合がより精度良く、より確実に行える。

【００５５】更に、本実施形態に係る画像処理装置１を
指紋の照合装置に適応することにより、多数登録されて
いる指紋の中から所望の指紋と一致するものを迅速、か
つ、正確に照合することができ、非常に有用である。

【００５６】なお、本実施形態では、参照画像の表示手
段であるＦＬＣ−ＳＬＭ５の駆動制御器２５と空間光変
調器であるＰＡＬ−ＳＬＭ８の駆動制御器２８とは別に
同期信号発生器２０を具備するものであるが、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２５又は駆動制御器２８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２５又は駆動
制御器２８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。

【００５７】また、本実施形態では、本発明に係る画像
処理装置を指紋照合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。

【００５８】（第二実施形態）次に第二実施形態に係る
画像処理装置について説明する。

【００５９】第一実施形態に係る画像処理装置１にあっ
ては参照画像を表示するのにＦＬＣ−ＳＬＭ５を用いる
ものであったが、本実施形態に係る画像処理装置は、参
照画像の表示手段として光メモリを用いたものである。

【００６０】本実施形態に係る画像処理装置において、
参照画像表示手段となる光メモリとしては、例えば、ホ
ログラフィックメモリが用いられる。ホログラフィー
は、物体の情報をホログラムに一旦記録し、必要な時に
ホログラムから物体の像を再生する二段階の工程からな
る写真技術である。このため、この二つの工程を空間的
な信号の書き込みと読み出しと位置付ければ、ホログラ
ムをメモリとして機能させることができる。

【００６１】また、ホログラフィックメモリは、多重記
録が可能であり、参照光の入射角を変えながら順次記録
していく角度多重方式や個々のホログラムを微小面積に
単一に記録し空間的に重ならないようにホログラムを移
動して順次記録していく空間分離方式などがある。角度
多重方式では再生照明光の入射角を変えることにより必
要な情報を読み出すことができ、空間分離方式では再生
照明光のビームの入射位置を変えることにより必要な情
報を読み出すことができる。

【００６２】図１０に参照画像の記録方法の一例につい
ての説明図を示す。

【００６３】図１０に示すように、ＬＣＴＶ７１に記録
すべき参照パターンを表示し、ＬＣＴＶ７１にレーザ光
７２を照射して参照パターンを読み出す。参照パターン
は、その一部がハーフミラー７３により反射される。ま
た、参照パターンの他の一部は、ハーフミラー７３を透
過してフーリエ変換レンズ７４を介してフォトリフラク
ティブ結晶（ＰＲ結晶）７５に入射する。一方、ハーフ
ミラー７３で反射された参照パターンの一部は、ミラー
７６で更に反射され、フォトリフラクティブ結晶７５に
入射する。

【００６４】このとき、ミラー７６からフォトリフラク
ティブ結晶７５に入射する参照パターンとフーリエ変換
レンズ７４からフォトリフラクティブ結晶７５に入射す
る参照パターンとの入射角度が異なるものとなるため、
それらの参照パターンの干渉縞がフォトリフラクティブ
結晶７５に記録される。

【００６５】また、ミラー７６を前後させ、ミラー７６
を反射してフォトリフラクティブ結晶７５に入射する参
照パターンの入射角度を変化させることにより、角度多
重で複数の参照パターンをフォトリフラクティブ結晶７
５に記録することができる。なお、図１０中の７７は、
遮光板である。

【００６６】図１１に本実施形態に係る画像処理装置の
画像入力光学系を示す。

【００６７】図１１に示すように、本実施形態に係る画
像処理装置１ａは、照合画像表示手段であるＬＣＴＶ９
２を備えている。このＬＣＴＶ９２にはＣＣＤカメラな
どの画像入力手段（図示なし）が接続されている。ＬＣ
ＴＶ９２は、画像入力手段の出力信号に基づいてその照
合画像を表示領域の一部に表示する。

【００６８】ＬＣＴＶ９２の背部には、減光フィルタ９
３及びミラー９４が配設されている。減光フィルタ９３
は、ＬＣＴＶ９２の照合画像表示領域部分の背後に配設
されており、参照画像強度と照合画像強度を一致させる
ためのものである。この強度調整によりコントラストの
いい干渉縞をＰＡＬ−ＳＬＭ８に書き込むことができ、
Ｓ／Ｎのよい相関画像が得られる。

【００６９】ミラー９４は、ＬＣＴＶ９２の照合画像表
示領域以外の部分の背後に配設されており、ＬＣＴＶ９
２を透過したレーザ光をミラー７６に向けて反射する。
ミラー７６に入射したレーザ光は、ミラー７６を反射し
てフォトリフラクティブ結晶７５に入射される。

【００７０】なお、本実施形態に係る画像処理装置１ａ
においても、図示しないが、第一実施形態に係る画像処
理装置１と同様にＰＡＬ−ＳＬＭ８の背部にハーフミラ
ー１０、第二レンズ１１、ピンホール１３及びフォトダ
イオード１２が配設される。また、ＰＡＬ−ＳＬＭ８に
は駆動制御器２８が接続される。

【００７１】このような画像処理装置１ａであっても、
ＰＡＬ−ＳＬＭ８の交流駆動とミラー７６の移動による
参照画像の読み出し切替とのタイミングを同期させるこ
とにより、第一実施形態に係る画像処理装置１と同様
に、ＰＡＬ−ＳＬＭ８から読み出される画像信号の出力
を大きくすることができる。このため、照合画像と参照
画像の相関信号の強度を高めることができ、画像照合が
精度良く行える。

【００７２】また、本実施形態に係る画像処理装置１ａ
を指紋の照合装置に適応することにより、多数登録され
ている指紋の中から所望の指紋と一致するものを迅速、
かつ、正確に照合することができ、非常に有用である。

【００７３】なお、本実施形態に係る画像処理装置１ａ
は、指紋照合装置に適用する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。

【００７４】（第三実施形態）次に第三実施形態に係る
画像処理装置について説明する。

【００７５】図１２に本実施形態に係る画像処理装置を
示す。本実施形態に係る画像処理装置１ｂは、光インタ
ーコネクションシステムに適用したものである。図１２
に示すように、画像処理装置１ｂは、第一実施形態に係
る画像処理装置１と同様にして、ＦＬＣ−ＳＬＭ５及び
ＰＡＬ−ＳＬＭ８を備えており、そのＦＬＣ−ＳＬＭ５
とＰＡＬ−ＳＬＭ８との間に偏光ビームスプリッタ４と
第一レンズ７が配設されている。また、画像処理装置１
ｂには、レーザ光源２が設けられている。レーザ光源２
から出射されるレーザ光が偏光ビームスプリッタ４に入
射し、偏光ビームスプリッタ４で反射されてＦＬＣ−Ｓ
ＬＭ５の読み出し光として機能する。

【００７６】ＰＡＬ−ＳＬＭ８の背後には、所定の光学
系１１、ＬＤアレイ９６及びＰＤアレイ９７が設けられ
ている。ＬＤアレイ９６から出射されるレーザ光が光学
系１１を介してＰＡＬ−ＳＬＭ８の背面に入射される
と、ＰＡＬ−ＳＬＭ８から画像パターンが読み出され、
光学系１１を介してＰＤアレイ９７に検出される。

【００７７】また、ＰＡＬ−ＳＬＭ８には駆動制御器２
８が接続されており、駆動制御器２８によりＰＡＬ−Ｓ
ＬＭ８に交流電圧が印加される。ＦＬＣ−ＳＬＭ５には
駆動制御器９８が接続されている。この駆動制御器９８
は、ＦＬＣ−ＳＬＭ５の駆動制御を行うものであり、Ｆ
ＬＣ−ＳＬＭ５に表示すべきホログラムパターンの画像
データを複数記憶しており、ＦＬＣ−ＳＬＭ５にホログ
ラムパターンの画像データを出力する。

【００７８】ＦＬＣ−ＳＬＭ５は、駆動制御器９８から
の画像データに基づいてホログラムパターンを表示す
る。このホログラムパターンは、レーザ光源２のレーザ
光の照射により読み出され、第一レンズ７により位相ホ
ログラムパターンとしてＰＡＬ−ＳＬＭ８の表面に結像
される。そして、ＰＡＬ−ＳＬＭ８に結像される位相ホ
ログラムパターンを切り替えると共にＬＤアレイ９６と
ＰＤアレイ９７間における光スイッチングを行うことに
より、複数のホログラムパターンのうち任意のものの接
続が実現される。

【００７９】このような画像処理装置１ｂを適用した光
インターコネクションシステムにおいては、通常高速応
答が要求されるため、ＰＡＬ−ＳＬＭ８として第一実施
形態にて説明した図２のＰＡＬ−ＳＬＭのような高速応
答タイプのものを用いることが望ましい。しかも、ＰＤ
アレイ９７へのホログラム出力パターンは、安定した強
度のものが当然のことながら要求される。そこで、ＰＡ
Ｌ−ＳＬＭ８の駆動電圧の極性切替とＦＬＣ−ＳＬＭ５
上のホログラムパターンの表示切替とのタイミングを同
期信号発生器２０などにより同期させることにより、安
定した出力が実現できる。

【００８０】（第四実施形態）第一実施形態から第三実
施形態までに係る画像処理装置においては光書き込み型
の空間光変調手段としてネマチック液晶を光変調材料と
するＰＡＬ−ＳＬＭ８を用いるものについて説明した
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、メモリ性を有しない液晶を光変調材
料とするものであれば、強誘電性液晶、反強誘電性液晶
を光変調材料とするものなどその他のものを光書き込み
型の空間光変調手段として用いた画像処理装置であって
もよい。

【００８１】この場合であっても、第一実施形態から第
三実施形態までに係る画像処理装置と同様の作用効果が
得られる。

【００８２】

【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二次元画像表示手段の表示切
替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の出力を大きくすること
ができる。

【００８３】また、特に空間光変調手段がネマチック液
晶を光変調材料に用いた光書き込み型の空間光変調器で
あるときに有効である。

【図面の簡単な説明】

【図１】第一実施形態に係る画像処理装置の説明図であ
る。

【図２】第一実施形態に係る画像処理装置における画像
照合におけるタイミングチャートである。

【図３】第一実施形態に係る画像処理装置における参照
画像の表示切替信号とＰＡＬ−ＳＬＭの印加電圧切替信
号とを示すタイミングチャートである。

【図４】参照画像となる指紋の説明図である。

【図５】相関信号の説明図である。

【図６】第一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】第一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】第一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】同期をとらない場合の画像照合結果（比較例）
の説明図である。

【図１０】第二実施形態に係る画像処理装置の説明図で
ある。

【図１１】第二実施形態に係る画像処理装置の説明図で
ある。

【図１２】第三実施形態に係る画像処理装置の説明図で
ある。

【図１３】本発明の前提となる画像処理装置の説明図で
ある

【図１４】ＰＡＬ−ＳＬＭの出力の説明図である。

【符号の説明】

１…画像処理装置、２…レーザ光源（光源）、５…ＦＬ
Ｃ−ＳＬＭ（二次元画像表示手段）、８…ＰＡＬ−ＳＬ
Ｍ（空間光変調手段）、２０…同期信号発生器。

───────────────────────────────────────────────────── 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 (72)発明者小林祐二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 LA01 LA08 LA12 LA14 PA07 PA13 QA13 QA14 QA17 2H093 NA74 NC16 ND34 NE06 NF19 NF20 NF25

Claims

【特許請求の範囲】

【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
に設置された少なくとも一つの二次元画像表示手段と、
前記空間光変調手段の読み出し側に設置される光源とを
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二次元
画像表示手段の表示切替タイミングとの同期をとる同期
手段を備えたこと、を特徴とする画像処理装置。
【請求項２】前記同期手段は、前記空間光変調手段の
交流駆動と前記二次元画像表示手段の表示切替との動作
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。
【請求項３】前記空間光変調手段は、メモリー性を有
しない液晶を光変調材料に用いた光書き込み型の空間光
変調器であることを特徴とする請求項１又は２に記載の
画像処理装置。
【請求項４】前記空間光変調手段は、ネマチック液晶
を光変調材料に用いた光書き込み型の空間光変調器であ
ることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の画
像処理装置。