JP2871083B2 - 液晶空間光変調素子および光学的画像処理装置 - Google Patents
液晶空間光変調素子および光学的画像処理装置Info
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- JP2871083B2 JP2871083B2 JP33799890A JP33799890A JP2871083B2 JP 2871083 B2 JP2871083 B2 JP 2871083B2 JP 33799890 A JP33799890 A JP 33799890A JP 33799890 A JP33799890 A JP 33799890A JP 2871083 B2 JP2871083 B2 JP 2871083B2
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- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
- G03H2225/00—Active addressable light modulator
- G03H2225/30—Modulation
- G03H2225/33—Complex modulation
Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、液晶を用いて位相と振幅を制御する液晶空
間光変調素子およびそれを用いた光学的画像処理装置に
関する。
間光変調素子およびそれを用いた光学的画像処理装置に
関する。
従来の技術 まず、特願昭63−287016号公報に記載の従来の光情報
処理装置の構成と動作を第８図〜第10図を用いて説明す
る。
処理装置の構成と動作を第８図〜第10図を用いて説明す
る。
この従来の装置は、認識対象物体（標準パターン）の
ホログラムのデータを持ち、これと入力物体像との光学
的パターンマッチイングをとり、入力物体像の識別を行
なうものである。
ホログラムのデータを持ち、これと入力物体像との光学
的パターンマッチイングをとり、入力物体像の識別を行
なうものである。
テレビジョンカメラ20（以下、TVカメラという）によ
り撮像された画像は、第１のTN型液晶ディスプレイ21に
表示され、コリメータレンズ23により平行光化された半
導体レーザ22からのコヒーレント光により照射される。
り撮像された画像は、第１のTN型液晶ディスプレイ21に
表示され、コリメータレンズ23により平行光化された半
導体レーザ22からのコヒーレント光により照射される。
この第１のTN型液晶ディスプレイ21は、第１のレンズ
24の前側焦点面に配置されているので、被測定物体像が
第１のレンズ24により光学的に変換され、第１のレンズ
24の後側焦点面すなわち、第２の液晶ディスプレイ25上
に被測定物のフーリエ変換像が形成される。
24の前側焦点面に配置されているので、被測定物体像が
第１のレンズ24により光学的に変換され、第１のレンズ
24の後側焦点面すなわち、第２の液晶ディスプレイ25上
に被測定物のフーリエ変換像が形成される。
ROM26には、認識対象物体に対して第２のTN型液晶デ
ィスプレイ上の各絵素をサンプリング点として予め計算
されたフーリエ変換計算機ホログラムのデータ、すなわ
ち第２のTN型液晶ディスプレイ25の各絵素毎の透過率に
対応する印加電圧のデータが書き込まれている。
ィスプレイ上の各絵素をサンプリング点として予め計算
されたフーリエ変換計算機ホログラムのデータ、すなわ
ち第２のTN型液晶ディスプレイ25の各絵素毎の透過率に
対応する印加電圧のデータが書き込まれている。
この時、第２のTN型液晶ディスプレイ25には、ROM26
に書き込まれたデータが入力信号となり、第９図に示す
透明電極32a,32bに駆動電圧がかかることにより標準パ
ターンのフーリエ変換像が形成される。
に書き込まれたデータが入力信号となり、第９図に示す
透明電極32a,32bに駆動電圧がかかることにより標準パ
ターンのフーリエ変換像が形成される。
この第２のTN型液晶ディスプレイ25は第２のレンズ27
の前側焦点面に配置されているので、被測定物と特定の
標準パターンの２つのフーリエ変換像の光学的積が第２
のレンズ27によりフーリエ逆変換される。もし、被測定
物体と標準パターンのフーリエ変換像が一致したとき、
すなわち両者が同一物体のとき、第２のレンズ27の後側
焦点面に輝点が発生し、光電変換装置28で検出される。
の前側焦点面に配置されているので、被測定物と特定の
標準パターンの２つのフーリエ変換像の光学的積が第２
のレンズ27によりフーリエ逆変換される。もし、被測定
物体と標準パターンのフーリエ変換像が一致したとき、
すなわち両者が同一物体のとき、第２のレンズ27の後側
焦点面に輝点が発生し、光電変換装置28で検出される。
このようにして、第２のTN型液晶ディスプレイ25上に
表示された計算機ホログラムによる光学的フィルタが、
マッチトフィルタとして作用する光学的相関処理を行な
う光学的画像処理装置が実現できる。
表示された計算機ホログラムによる光学的フィルタが、
マッチトフィルタとして作用する光学的相関処理を行な
う光学的画像処理装置が実現できる。
ところで、液晶ディスプレーは、無電界状態では、液
晶分子は配向膜31aから配向膜31bに向けて90度ねじれて
配向している。
晶分子は配向膜31aから配向膜31bに向けて90度ねじれて
配向している。
従って、偏光板34aを透過した直線偏光は偏光の方向
が偏光板34aの透過軸と略直行する方向にねじられ、そ
の結果、出射光は遮断される。
が偏光板34aの透過軸と略直行する方向にねじられ、そ
の結果、出射光は遮断される。
一方、透明電極32a,32bに駆動電圧がかかると、液晶
分子の長軸方向が、印加電圧に応じて入射面に垂直な方
向に変化する。
分子の長軸方向が、印加電圧に応じて入射面に垂直な方
向に変化する。
このことにより、入射光に対して液晶の屈折率が小さ
くなり、出射光が楕円偏光となり、偏光板34bの透過軸
方向の成分が増加する。
くなり、出射光が楕円偏光となり、偏光板34bの透過軸
方向の成分が増加する。
従って、入射光の位相成分を変調するためには、第10
図に示すようセル152上で光を透過させる絵素群151a〜1
51dの位置を選択する事で、また、入射光の振幅成分を
変調するためには、透明電極32a,32b間に駆動電圧をか
け、選択された絵素群の透過率を制御する事で可能とな
り、第２の液晶ディスプレイ25を計算機ホログラムの表
示媒体とすることができ、パターンマッチング等の光情
報処理を実行することができる。
図に示すようセル152上で光を透過させる絵素群151a〜1
51dの位置を選択する事で、また、入射光の振幅成分を
変調するためには、透明電極32a,32b間に駆動電圧をか
け、選択された絵素群の透過率を制御する事で可能とな
り、第２の液晶ディスプレイ25を計算機ホログラムの表
示媒体とすることができ、パターンマッチング等の光情
報処理を実行することができる。
ここで、この液晶ディスプレイ21、25は、透過型振幅
変調素子として機能している。
変調素子として機能している。
発明が解決しようとする課題 しかしながら上記のような構成では、従来の液晶ディ
スプレイ21、25に電圧を印加し透過率を制御して画像を
表示する場合、第４図（ａ），（ｂ）に示すように液晶
の絵素間で異なる透過率を表わすと、絵素を通過した透
過光間に位相差が発生する。
スプレイ21、25に電圧を印加し透過率を制御して画像を
表示する場合、第４図（ａ），（ｂ）に示すように液晶
の絵素間で異なる透過率を表わすと、絵素を通過した透
過光間に位相差が発生する。
このため、レーザ光を照射して得られる画像に絵素間
で位相差が生じ、対象物体の認識精度が劣化するおそれ
がある。
で位相差が生じ、対象物体の認識精度が劣化するおそれ
がある。
さらに、透過型振幅変調素子である第２の液晶液晶デ
ィスプレイ25では、入射する光の位相成分を変調するた
めには光を透過させる絵素群の空間的位置を変えること
により行なっている。
ィスプレイ25では、入射する光の位相成分を変調するた
めには光を透過させる絵素群の空間的位置を変えること
により行なっている。
そのため１つのサンプル点に複数個の絵素を対応させ
てセルを構成しなければならない。すなわち、絵素の利
用効率が低いという欠点を有している。
てセルを構成しなければならない。すなわち、絵素の利
用効率が低いという欠点を有している。
本発明はかかる点に鑑み、光の振幅変調に伴う絵素間
での位相差の生じない液晶空間光変調素子と、それを用
いて光の位相と振幅を制御し、絵素の利用効率を高めた
光学的画像処理装置を提供することを目的とする。
での位相差の生じない液晶空間光変調素子と、それを用
いて光の位相と振幅を制御し、絵素の利用効率を高めた
光学的画像処理装置を提供することを目的とする。
課題を解決するための手段 上記課題を解決するため本発明の液晶空間光変調素子
は、ツイストネマテック構造で複数の絵素を持ちかつ印
加電圧により液晶分子の配向方向が変化する第１の液晶
セルと、ホモジニアス構造で複数の絵素を持ちかつ印加
電圧により液晶分子の配向方向が変化する第２の液晶セ
ルと、前記第１の液晶セルと前記第２の液晶セルの間に
配し前記第２の液晶セルの入射面側の液晶分子配向方向
と透過軸が略平行な偏光板とを具備し、前記第１の液晶
セルの絵素間での光の位相差を前記第２の液晶セルで補
正するものである。
は、ツイストネマテック構造で複数の絵素を持ちかつ印
加電圧により液晶分子の配向方向が変化する第１の液晶
セルと、ホモジニアス構造で複数の絵素を持ちかつ印加
電圧により液晶分子の配向方向が変化する第２の液晶セ
ルと、前記第１の液晶セルと前記第２の液晶セルの間に
配し前記第２の液晶セルの入射面側の液晶分子配向方向
と透過軸が略平行な偏光板とを具備し、前記第１の液晶
セルの絵素間での光の位相差を前記第２の液晶セルで補
正するものである。
また、本発明の光学的画像処理装置は、入力画像を表
示する第１の液晶空間光変調素子と、この第１の液晶空
間光変調素子を照射する光源と、この第１の液晶空間変
調素子の置かれた面をその前側の焦点面とする第１のレ
ンズと、この第１のレンズの後側の焦点面に配置した第
２の液晶空間光変調素子と、前記第１のレンズの後側の
焦点面をその前側焦点面とする第２のレンズとを備える
と共に、前記第１の液晶空間光変調素子と前記第２の液
晶空間光変調素子はツイストネマテック構造で複数の絵
素を持ちかつ印加電圧により液晶分子の配向方向が変化
する第１の液晶セルと、ホモジニアス構造で複数の絵素
を持ちかつ印加電圧により液晶分子の配向方向が変化す
る第２の液晶セルと、前記第１の液晶セルと前記第２の
液晶セルの間に配し前記第２の液晶セルの入射面側の液
晶分子配向方向と透過軸が略平行な偏光板とを具備し、
前記第２の液晶空間光変調素子を構成する各絵素毎の透
過光の振幅と位相を空間的に変調して計算機ホログラム
を表示するものである。
示する第１の液晶空間光変調素子と、この第１の液晶空
間光変調素子を照射する光源と、この第１の液晶空間変
調素子の置かれた面をその前側の焦点面とする第１のレ
ンズと、この第１のレンズの後側の焦点面に配置した第
２の液晶空間光変調素子と、前記第１のレンズの後側の
焦点面をその前側焦点面とする第２のレンズとを備える
と共に、前記第１の液晶空間光変調素子と前記第２の液
晶空間光変調素子はツイストネマテック構造で複数の絵
素を持ちかつ印加電圧により液晶分子の配向方向が変化
する第１の液晶セルと、ホモジニアス構造で複数の絵素
を持ちかつ印加電圧により液晶分子の配向方向が変化す
る第２の液晶セルと、前記第１の液晶セルと前記第２の
液晶セルの間に配し前記第２の液晶セルの入射面側の液
晶分子配向方向と透過軸が略平行な偏光板とを具備し、
前記第２の液晶空間光変調素子を構成する各絵素毎の透
過光の振幅と位相を空間的に変調して計算機ホログラム
を表示するものである。
作 用 上記手段における作用は、以下の通りである。
ツイストネマテック液晶セルに電圧を印加し光の透過
率を制御するときに生じる絵素間での光の位相差をホモ
ジニアス液晶セルに電圧を印加しその位相差を補正する
ことで、絵素間で位相差のない画像を表示することがで
きる。
率を制御するときに生じる絵素間での光の位相差をホモ
ジニアス液晶セルに電圧を印加しその位相差を補正する
ことで、絵素間で位相差のない画像を表示することがで
きる。
さらに、ツイストネマテック液晶セルに電圧を印加し
て光の透過率を制御し、ホモジニアス液晶セルに電圧を
印加して光の位相成分を制御して、１つの絵素で光の位
相と振幅が制御できる。
て光の透過率を制御し、ホモジニアス液晶セルに電圧を
印加して光の位相成分を制御して、１つの絵素で光の位
相と振幅が制御できる。
従って、光の位相と振幅を実質的に１つの絵素で表わ
すことにより、ホログラム表示用液晶空間光変調素子の
絵素の利用効率が高くなり、光学的画像処理装置の精度
を高めることができる。
すことにより、ホログラム表示用液晶空間光変調素子の
絵素の利用効率が高くなり、光学的画像処理装置の精度
を高めることができる。
実施例 以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。
第１図は本発明の液晶空間光変調素子の実施例の構成
を示す断面図である。
を示す断面図である。
第１図において、１は第１の液晶層で略90度のねじれ
角をもつツイストネマテック液晶層、5a,5bは互いに略
平行なガラス基板6a,6b上に形成され前記液晶層１に電
界を加えるための透明電極、4a,4bは前記ガラス基板6a,
6bまたは透明電極5a,5b上に形成され互いに略90度の方
向にラビングが施された配向膜である。
角をもつツイストネマテック液晶層、5a,5bは互いに略
平行なガラス基板6a,6b上に形成され前記液晶層１に電
界を加えるための透明電極、4a,4bは前記ガラス基板6a,
6bまたは透明電極5a,5b上に形成され互いに略90度の方
向にラビングが施された配向膜である。
50は第１の液晶セルで第１の液晶層１と配向膜4a,4b
と透明電極5a,5bとガラス基板6a,6bから構成される。
と透明電極5a,5bとガラス基板6a,6bから構成される。
２は第２の液晶層でホモジニアス構造の液晶層、5c,5
dは互いに略平行なガラス基板6c,6d上に形成され前記液
晶層２に電界を加えるための透明電極、4c,4dは前記ガ
ラス基板6c,6dまたは透明電極5c,5d上に形成され互いに
略平行にラビングが施された配向膜である。
dは互いに略平行なガラス基板6c,6d上に形成され前記液
晶層２に電界を加えるための透明電極、4c,4dは前記ガ
ラス基板6c,6dまたは透明電極5c,5d上に形成され互いに
略平行にラビングが施された配向膜である。
51は第２の液晶セルで第２の液晶層２と配向膜4c,4d
と透明電極5c,5dとガラス基板6c,6dから構成される。
と透明電極5c,5dとガラス基板6c,6dから構成される。
ガラス基板6b,6cは互いに略平行であり、配向膜4bと4
cのラビング方向は互いに略平行である。
cのラビング方向は互いに略平行である。
３は偏光板でガラス基板6b,6cの間に略平行に配しそ
の透過軸は配向膜4cのラビング方向と略平行である。
の透過軸は配向膜4cのラビング方向と略平行である。
7aは透明電極5a,5bに電圧を加え第１の液晶１の電界
に液晶分子の配向状態を制御するための駆動手段であ
り、7bは、第２の液晶に電界を加える駆動手段である。
に液晶分子の配向状態を制御するための駆動手段であ
り、7bは、第２の液晶に電界を加える駆動手段である。
第２図は本実施例における第１の液晶層１と第２の液
晶層２の配向状態と、偏光板３の透過軸方向を示すもの
である。
晶層２の配向状態と、偏光板３の透過軸方向を示すもの
である。
以上のように構成された本実施例の液晶空間光変調素
子において、以下、その動作を説明する。
子において、以下、その動作を説明する。
第１の液晶層１に配向膜4aのラビング方向に平行な直
線偏光を入射すると、第３図（ａ）のように液晶分子の
ねじれ方向に略90度旋光し、第１の液晶１の出射面の配
向に平行に出射する。
線偏光を入射すると、第３図（ａ）のように液晶分子の
ねじれ方向に略90度旋光し、第１の液晶１の出射面の配
向に平行に出射する。
配向膜4bのラビング方向と偏光板３の透過軸とは互い
に直行しているので、前記出射光は遮断される。
に直行しているので、前記出射光は遮断される。
透明電極5a,5bに駆動電圧を加えると、液晶の誘電率
異方性により、液晶分子の長軸方向が電界方向に向きを
変え、第３図（ｂ）〜（ｃ）のように透明電極5a,5bに
垂直に並ぶ。
異方性により、液晶分子の長軸方向が電界方向に向きを
変え、第３図（ｂ）〜（ｃ）のように透明電極5a,5bに
垂直に並ぶ。
その結果、入射光に対する液晶のリタデーションが減
少し旋光性が小さくなり第１の液晶層１の出射光が楕円
偏光となる。
少し旋光性が小さくなり第１の液晶層１の出射光が楕円
偏光となる。
従って偏光板３の透過軸方向の光の成分が増加し、透
過光が現われる。
過光が現われる。
このときの駆動電圧に対する透過率特性を第４図
（ａ）に示す。グラフの横軸は駆動電圧Ｖを示し、縦軸
は透過率Ｔを示す。
（ａ）に示す。グラフの横軸は駆動電圧Ｖを示し、縦軸
は透過率Ｔを示す。
図示の通り、駆動電圧Ｖをしきい値電圧VTH1以上にす
ると光が透過しはじめ駆動電圧ＶをVST1以上にすると透
過率はほぼ一定値となる。
ると光が透過しはじめ駆動電圧ＶをVST1以上にすると透
過率はほぼ一定値となる。
ところで第１の液晶層１に駆動電圧を加えると入射光
に対する液晶のリタデーションが減少することから、第
１の液晶層１を透過する光の位相が進んでくる。
に対する液晶のリタデーションが減少することから、第
１の液晶層１を透過する光の位相が進んでくる。
すなわち、無電界状態のときの位相を基準としたとき
の、第１の液晶層１に駆動電圧を加えたときの偏光板３
を出射した光の位相進みを第４図（ｂ）に示す。
の、第１の液晶層１に駆動電圧を加えたときの偏光板３
を出射した光の位相進みを第４図（ｂ）に示す。
２絵素の駆動電圧をVA、VBとし少なくとも一方がしき
い値電圧VTH2以上とすると透過光間にΦ１（VA）−Φ１
（VB）の位相差が生じる。
い値電圧VTH2以上とすると透過光間にΦ１（VA）−Φ１
（VB）の位相差が生じる。
第２の液晶層２に配向膜4cのラビング方向に平行な直
線偏光を入射すると、偏光状態は変化せず直線偏光で出
射する。透明電極5c,5dに駆動電圧を加えると、液晶の
誘電率異方性により液晶分子の長軸方向が第５図（ａ）
〜（ｃ）のように透明電極5c,5dに垂直に並ぶ。
線偏光を入射すると、偏光状態は変化せず直線偏光で出
射する。透明電極5c,5dに駆動電圧を加えると、液晶の
誘電率異方性により液晶分子の長軸方向が第５図（ａ）
〜（ｃ）のように透明電極5c,5dに垂直に並ぶ。
従って、入射光にたいする液晶のリタデーションが減
少し、第２の液晶２を透過する光の位相が進む。
少し、第２の液晶２を透過する光の位相が進む。
無電界状態での位相を基準としたときの、第２の液晶
層２の駆動電圧に対する位相特性を第６図に示す。
層２の駆動電圧に対する位相特性を第６図に示す。
図示の通り、２絵素の駆動電圧をVA、VBとし少なくと
も一方がしきい値電圧VTH3以上とすると透過光間にΦ２
（VA）−Φ２（VB）の位相差が生じる。
も一方がしきい値電圧VTH3以上とすると透過光間にΦ２
（VA）−Φ２（VB）の位相差が生じる。
第１の液晶層１の無電界状態の位相を基準とし、駆動
電圧をV1としたときの位相をΦ１（V1）とする。
電圧をV1としたときの位相をΦ１（V1）とする。
また第１の液晶層１の最大駆動電圧をV1MAXとする
と、第１の液晶層１により発生する位相はΦ
１（V1MAX）となり第１の液晶層１による最大の位相と
なる。これをΦ1MAXとする。
と、第１の液晶層１により発生する位相はΦ
１（V1MAX）となり第１の液晶層１による最大の位相と
なる。これをΦ1MAXとする。
第２の液晶層２の無電界状態の位相を基準とし、駆動
電圧をV2としたときの位相をΦ２（V2）とする。第２の
液晶層２の最大駆動電圧をV2MAXとすると、第２の液晶
層２により発生する位相はΦ２（V2MAX）となり、第２
の液晶層２による最大の位相となる。これをΦ2MAXとす
る。
電圧をV2としたときの位相をΦ２（V2）とする。第２の
液晶層２の最大駆動電圧をV2MAXとすると、第２の液晶
層２により発生する位相はΦ２（V2MAX）となり、第２
の液晶層２による最大の位相となる。これをΦ2MAXとす
る。
そして、｜Φ2MAX|≧｜Φ1MAX|となるように第２の液
晶２の屈折率異方性と厚みの積を決め、式（１）のよう
に駆動電圧V2を与える。
晶２の屈折率異方性と厚みの積を決め、式（１）のよう
に駆動電圧V2を与える。
Φ２（V2）＝Φ2MAX−Φ１（V1） ・・・（１） 第１の液晶１の任意の２つの絵素A,Bについて所望の
透過率TA,TBを得るために駆動電圧V1A,T1Bを与え、絵素
A,Bに同位相の光を入射すると、絵素A,Bを透過した光の
間に位相差Φ１（V1A）−Φ１（V1B）が発生する。
透過率TA,TBを得るために駆動電圧V1A,T1Bを与え、絵素
A,Bに同位相の光を入射すると、絵素A,Bを透過した光の
間に位相差Φ１（V1A）−Φ１（V1B）が発生する。
第１の液晶層１の絵素A,Bに対応する第２の液晶層２
の絵素に、式（１）となる電圧V2A、V2Bをそれぞれ加え
ると、第２の液晶の絵素を透過した光の間の位相差EAB
は EAB＝｛Φ１（V1A）−Φ１（V1B）｝＋｛Φ２（V2A）−
Φ２（V2B）｝ ・・・（２） であり、式（１）を用いると、 EAB＝｛Φ１（V1A）−Φ１（V1B）｝＋｛Φ2MAX−Φ１
（V2A）−Φ2MAX−Φ１（V2B））｝＝０ ・・・（３） となり、絵素間での位相差は解消される。
の絵素に、式（１）となる電圧V2A、V2Bをそれぞれ加え
ると、第２の液晶の絵素を透過した光の間の位相差EAB
は EAB＝｛Φ１（V1A）−Φ１（V1B）｝＋｛Φ２（V2A）−
Φ２（V2B）｝ ・・・（２） であり、式（１）を用いると、 EAB＝｛Φ１（V1A）−Φ１（V1B）｝＋｛Φ2MAX−Φ１
（V2A）−Φ2MAX−Φ１（V2B））｝＝０ ・・・（３） となり、絵素間での位相差は解消される。
以上のことから、絵素間で位相差の無い透過光の振幅
変調を行なうことができる。
変調を行なうことができる。
なお、本実施例において第１の液晶層１と第２の液晶
層２は駆動手段7a,7bにより液晶層に加わる電界の制御
を行なうが、透明電極部分に光電変換素子を設け光の強
度により液晶層に加わる電界を制御し分子の配向状態を
変えてもよい。
層２は駆動手段7a,7bにより液晶層に加わる電界の制御
を行なうが、透明電極部分に光電変換素子を設け光の強
度により液晶層に加わる電界を制御し分子の配向状態を
変えてもよい。
第７図は本発明の光学的画像処理装置の実施例の構成
図である。
図である。
第７図中に示される20から28までの構成要素は、第８
図中の同番号のそれと同一機能のものである。
図中の同番号のそれと同一機能のものである。
121はTVカメラ20により撮像された画像を表示する第
１の液晶空間光変調素子、125は第１の実施例による第
２の液晶空間光変調素子であり、第１のレンズ24の後側
焦点面に配置されている。121、125の液晶空間光変調素
子には、上記実施例の構成のものを用いる。
１の液晶空間光変調素子、125は第１の実施例による第
２の液晶空間光変調素子であり、第１のレンズ24の後側
焦点面に配置されている。121、125の液晶空間光変調素
子には、上記実施例の構成のものを用いる。
126は複数の標準パターンに対して第２の液晶空間光
変調素子125上の各絵素をサンプリング点として予め計
算されたフーリエ変換計算機ホログラムのデータ、すな
わち第２の液晶空間光変調素子125の各絵素毎の透過率
と位相に対応する印加電圧のデータをそれぞれ書き込ん
だメモリである。
変調素子125上の各絵素をサンプリング点として予め計
算されたフーリエ変換計算機ホログラムのデータ、すな
わち第２の液晶空間光変調素子125の各絵素毎の透過率
と位相に対応する印加電圧のデータをそれぞれ書き込ん
だメモリである。
以上のように構成された本実施例の光学的画像処理装
置において、以下その動作を説明する。
置において、以下その動作を説明する。
第７図において、透過率変調型である第１の液晶空間
光変調素子121に表示された対象物体のパターンはコリ
メータレンズ23により平行光化された半導体レーザ22か
らのコヒーレント光により照射される。
光変調素子121に表示された対象物体のパターンはコリ
メータレンズ23により平行光化された半導体レーザ22か
らのコヒーレント光により照射される。
この第１の液晶空間光変調素子121は、第１のレンズ2
4の前側焦点面に配置されているので、被測定物体像が
第１のレンズ24により光学的に変換され、第１のレンズ
24の後側焦点面すなわち、第２の液晶空間光変調素子12
5上に被測定物のフーリエ変換像が形成される。
4の前側焦点面に配置されているので、被測定物体像が
第１のレンズ24により光学的に変換され、第１のレンズ
24の後側焦点面すなわち、第２の液晶空間光変調素子12
5上に被測定物のフーリエ変換像が形成される。
この時、メモリ126に書き込まれた透過率と位相のデ
ータがそれぞれ第２の液晶空間光変調素子125を構成す
る第１の液晶セル50および第２の液晶セル51への入力信
号となり、標準パターンのフーリエ変換像が形成され
る。
ータがそれぞれ第２の液晶空間光変調素子125を構成す
る第１の液晶セル50および第２の液晶セル51への入力信
号となり、標準パターンのフーリエ変換像が形成され
る。
その結果、被測定物のフーリエ変換像と標準パターン
のフーリエ変換像が重畳される。この第２の液晶空間光
変調素子125は第２のレンズ27の前側焦点面に配置され
ているので、被測定物と特定の標準パターンの２つのフ
ーリエ変換像の光学的積が第２のレンス27によりフーリ
エ逆変換される。
のフーリエ変換像が重畳される。この第２の液晶空間光
変調素子125は第２のレンズ27の前側焦点面に配置され
ているので、被測定物と特定の標準パターンの２つのフ
ーリエ変換像の光学的積が第２のレンス27によりフーリ
エ逆変換される。
もし、被測定物体と標準パターンのフーリエ変換像が
一致したとき、すなわち両者が同一物体のとき、第２の
レンズ27の後側焦点面に輝点が発生し、光電変換装置28
で検出される。
一致したとき、すなわち両者が同一物体のとき、第２の
レンズ27の後側焦点面に輝点が発生し、光電変換装置28
で検出される。
このようにして、第２の液晶空間光変調素子125上に
表示された計算機ホログラムによる光学的フィルタが、
マッチトフィルタとして作用する光学的相関処理を行な
う光学的画像処理装置が実現できる。
表示された計算機ホログラムによる光学的フィルタが、
マッチトフィルタとして作用する光学的相関処理を行な
う光学的画像処理装置が実現できる。
つぎに、第２の液晶空間光変調素子において光の位相
と振幅を独立に変調する方法について説明する。
と振幅を独立に変調する方法について説明する。
第１の液晶層１の無電界状態の位相を基準とし、駆動
電圧をV1としたときの位相をΦ１（V1）とする。
電圧をV1としたときの位相をΦ１（V1）とする。
第１の液晶層１の駆動電圧をその最大値V1MAXとする
と、第１の液晶層１により発生する位相はΦ
１（V1MAX）となり第１の液晶層１による最大の位相と
なる。これをΦ1MAXとする。
と、第１の液晶層１により発生する位相はΦ
１（V1MAX）となり第１の液晶層１による最大の位相と
なる。これをΦ1MAXとする。
第２の液晶層２の無電界状態の位相を基準とし、駆動
電圧をV2としたときの位相をΦ２（V2）とする。第２の
液晶層２の最大駆動電圧をV2MAXとすると、第２の液晶
層２により発生する位相はΦ２（V2MAX）となり第２の
液晶層２による最大の位相となる。これをΦ2MAXとす
る。
電圧をV2としたときの位相をΦ２（V2）とする。第２の
液晶層２の最大駆動電圧をV2MAXとすると、第２の液晶
層２により発生する位相はΦ２（V2MAX）となり第２の
液晶層２による最大の位相となる。これをΦ2MAXとす
る。
たとえば、第１の液晶層１と第２の液晶層２が無電界
状態のときの第２の液晶層の出射光の位相を基準として
おき、フーリエ変換計算機のホログラムの位相データを
Ψとしこの位相データの最大値と最小値の差をΔΦと
し、第２の液晶層２の屈折率異方性と液晶層の厚みの積
を、 ｜Φ2MAX|≧（｜Φ1MAX|＋ΔΦ）となるように決め、か
つ第２の液晶層２の駆動電圧を Φ２（V2）＝Ψ−Φ１（V1） ・・・（４） となるようにする。
状態のときの第２の液晶層の出射光の位相を基準として
おき、フーリエ変換計算機のホログラムの位相データを
Ψとしこの位相データの最大値と最小値の差をΔΦと
し、第２の液晶層２の屈折率異方性と液晶層の厚みの積
を、 ｜Φ2MAX|≧（｜Φ1MAX|＋ΔΦ）となるように決め、か
つ第２の液晶層２の駆動電圧を Φ２（V2）＝Ψ−Φ１（V1） ・・・（４） となるようにする。
第２の液晶層２の出射光が透過率Ｔとなるように第１
の液晶に印加電圧V1を加えると、位相はΦ１（V1）とな
り、第２の液晶層２に式（４）となる駆動電圧V2を加え
ると、位相は Φ１（V1）＋Φ２（V2）＝Ψ ・・・（５） となり、位相データΨが得られる。
の液晶に印加電圧V1を加えると、位相はΦ１（V1）とな
り、第２の液晶層２に式（４）となる駆動電圧V2を加え
ると、位相は Φ１（V1）＋Φ２（V2）＝Ψ ・・・（５） となり、位相データΨが得られる。
以上のことから、透過光の振幅と位相の変調を独立に
行なうことができる。
行なうことができる。
なお、透過光の波長λを830nm、位相の変化量ΔΦを
２π、第１の液晶の｜Φ1MAX|をπ/4、液晶の屈折率異
方性Δｎを0.1とすると、第２の液晶層の厚みｄは約9.3
μｍとなる。
２π、第１の液晶の｜Φ1MAX|をπ/4、液晶の屈折率異
方性Δｎを0.1とすると、第２の液晶層の厚みｄは約9.3
μｍとなる。
従来、第２の液晶空間光変調素子125にはツイストネ
マテック構造の液晶セルが用いられ、入射する光の位相
成分を変調するためには光を透過させる絵素群の空間的
位置を変えることにより行なっていた。そのため１つの
サンプリング点に対応するセルを複数個の絵素で構成し
なければならない。従って、１つのセルを構成する絵素
数をｍ×ｎ個とし、一方第２の液晶空間光変調素子125
の構成絵素数をＭ×Ｎ個とすると、（M/m）×（N/n）個
のサンプリング像しか扱うことができない。
マテック構造の液晶セルが用いられ、入射する光の位相
成分を変調するためには光を透過させる絵素群の空間的
位置を変えることにより行なっていた。そのため１つの
サンプリング点に対応するセルを複数個の絵素で構成し
なければならない。従って、１つのセルを構成する絵素
数をｍ×ｎ個とし、一方第２の液晶空間光変調素子125
の構成絵素数をＭ×Ｎ個とすると、（M/m）×（N/n）個
のサンプリング像しか扱うことができない。
液晶空間光変調素子125に前記実施例１の液晶空間光
変調素子を用いることにより、光の位相を液晶に電圧を
印加することにより制御できる。すなわち、液晶空間光
変調素子125を構成する第１の液晶セル50と第２の液晶
セル51の絵素は、液晶入射面法線に対して同軸上に配置
されているので、第１の液晶セル50の絵素で振幅変調さ
れた透過光は、同軸上にある第２の液晶セル51の絵素で
位相変調される。従って、実質的に１つのセルを１つの
絵素で表わすことできるため総絵素数が液晶ディスプレ
イと同数の絵素数で情報量が多くなるため精度の向上が
可能になる。
変調素子を用いることにより、光の位相を液晶に電圧を
印加することにより制御できる。すなわち、液晶空間光
変調素子125を構成する第１の液晶セル50と第２の液晶
セル51の絵素は、液晶入射面法線に対して同軸上に配置
されているので、第１の液晶セル50の絵素で振幅変調さ
れた透過光は、同軸上にある第２の液晶セル51の絵素で
位相変調される。従って、実質的に１つのセルを１つの
絵素で表わすことできるため総絵素数が液晶ディスプレ
イと同数の絵素数で情報量が多くなるため精度の向上が
可能になる。
発明の効果 以上説明したように、本発明の液晶空間光変調素子に
よれば、第１の液晶セルで透過光の振幅変調を行ない、
その結果生じる絵素間での透過光の位相差を第２の液晶
セルで補正するので、絵素間で位相差のない振幅変調を
行なうことができる。
よれば、第１の液晶セルで透過光の振幅変調を行ない、
その結果生じる絵素間での透過光の位相差を第２の液晶
セルで補正するので、絵素間で位相差のない振幅変調を
行なうことができる。
また、本発明の光学的画像処理装置によれば、計算機
ホログラムを表示する第２の液晶空間光変調素子におい
て、振幅変調を行なう液晶と位相変調を行なう液晶を組
合せ１つの絵素で振幅と位相を表わせるので液晶の絵素
の利用効率が高まり表示画像の情報量が増えるので光学
的情報処理での精度を高められる。
ホログラムを表示する第２の液晶空間光変調素子におい
て、振幅変調を行なう液晶と位相変調を行なう液晶を組
合せ１つの絵素で振幅と位相を表わせるので液晶の絵素
の利用効率が高まり表示画像の情報量が増えるので光学
的情報処理での精度を高められる。
第１図は本発明の液晶空間光変調素子の実施例の構成を
示す要部断面図、第２図は同実施例素子の液晶配向方向
と偏光板の透過軸方向を示す図、第３図は同実施例素子
における液晶分子の状態図、第４図はTN形液晶の印加電
圧に対する光学特性図、第５図はホモジニアス構造の液
晶に駆動電圧を加えたときの液晶分子の状態図、第６図
はホモジニアス形液晶の印加電圧に対する位相特性図、
第７図は本発明の光学的画像処理装置の実施例を示す構
成図、第８図は従来の光学的画像処理装置の構成図、第
９図は従来のTN形液晶ディスプレイの構成断面図、第10
図は同ディスプレイ上に表示された計算機ホログラム像
を示す図である。 １……第１の液晶層、２……第１の液晶層、３……偏光
板、４……配向膜、５……透明電極、22……半導体レー
ザ、24……第１のレンズ、27……第２のレンズ、50……
第１の液晶セル、51……第２の液晶セル、121……第１
の液晶空間光変調素子、125……第２の液晶空間光変調
素子。
示す要部断面図、第２図は同実施例素子の液晶配向方向
と偏光板の透過軸方向を示す図、第３図は同実施例素子
における液晶分子の状態図、第４図はTN形液晶の印加電
圧に対する光学特性図、第５図はホモジニアス構造の液
晶に駆動電圧を加えたときの液晶分子の状態図、第６図
はホモジニアス形液晶の印加電圧に対する位相特性図、
第７図は本発明の光学的画像処理装置の実施例を示す構
成図、第８図は従来の光学的画像処理装置の構成図、第
９図は従来のTN形液晶ディスプレイの構成断面図、第10
図は同ディスプレイ上に表示された計算機ホログラム像
を示す図である。 １……第１の液晶層、２……第１の液晶層、３……偏光
板、４……配向膜、５……透明電極、22……半導体レー
ザ、24……第１のレンズ、27……第２のレンズ、50……
第１の液晶セル、51……第２の液晶セル、121……第１
の液晶空間光変調素子、125……第２の液晶空間光変調
素子。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊藤 正弥 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭59−189317（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−163583（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−198414（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G02F 1/1347 G02F 1/1335 510
Claims (2)
- 【請求項１】ツイストネマテック構造で複数の絵素を持
ちかつ印加電圧により液晶分子の配向方向が変化する第
１の液晶セルと、ホモジニアス構造で複数の絵素を持ち
かつ印加電圧により液晶分子の配向方向が変化する第２
の液晶セルと、前記第１の液晶セルと前記第２の液晶セ
ルの間に配し前記第２の液晶セルの入射面側の液晶分子
配向方向と透過軸が略平行な偏光板とを具備し、前記第
１の液晶セルの絵素間での光の位相差を前記第２の液晶
セルで補正することを特徴とする液晶空間光変調素子。 - 【請求項２】入力画像を表示する第１の液晶空間光変調
素子と、前記第１の液晶空間光変調素子を照射する光源
と、前記第１の液晶空間光変調素子の置かれた面をその
前側の焦点面とする第１のレンズと、前記第１のレンズ
の後側の焦点面に配置した第２の液晶空間光変調素子
と、前記第１のレンズの後側の焦点面をその前側焦点面
とする第２のレンズとを備えると共に、 前記第１の液晶空間光変調素子と前記第２の液晶空間光
変調素子はツイストネマテック構造で複数の絵素を持ち
かつ印加電圧により液晶分子の配向方向が変化する第１
の液晶セルと、ホモジニアス構造で複数の絵素を持ちか
つ印加電圧により液晶分子の配向方向が変化する第２の
液晶セルと、前記第１の液晶セルと前記第２の液晶セル
の間に配し前記第２の液晶セルの入射面側の液晶分子配
向方向と透過軸が略平行な偏光板とを具備し、 前記第２の液晶空間光変調素子を構成する各絵素毎の透
過光の振幅と位相を空間的に変調することを特徴とする
光学的画像処理装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33799890A JP2871083B2 (ja) | 1990-11-30 | 1990-11-30 | 液晶空間光変調素子および光学的画像処理装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33799890A JP2871083B2 (ja) | 1990-11-30 | 1990-11-30 | 液晶空間光変調素子および光学的画像処理装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04204828A JPH04204828A (ja) | 1992-07-27 |
| JP2871083B2 true JP2871083B2 (ja) | 1999-03-17 |
Family
ID=18313987
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33799890A Expired - Fee Related JP2871083B2 (ja) | 1990-11-30 | 1990-11-30 | 液晶空間光変調素子および光学的画像処理装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2871083B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06118359A (ja) * | 1992-10-07 | 1994-04-28 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 位相型空間光変調器 |
| JP4545770B2 (ja) * | 2007-03-14 | 2010-09-15 | 三菱電機株式会社 | 液晶表示装置 |
| JP2009014778A (ja) * | 2007-06-29 | 2009-01-22 | Nippon Hoso Kyokai <Nhk> | 透過型空間光変調素子およびこれを搭載した光学装置 |
-
1990
- 1990-11-30 JP JP33799890A patent/JP2871083B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04204828A (ja) | 1992-07-27 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |