JP2937505B2 - 光学的多重相関検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光学的な情報処理の分
野において利用される光学的多重相関検出装置に関す
る。即ち、認識処理、識別処理等への応用、光計測分野
及び画像処理分野における情報処理の演算処理のための
光学的多重相関検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、光学的に参照画像と入力画像との
相関度を検出する装置において、比較的低い解像度の空
間光変調器を用いて、実現でき、しかも、光軸合わせが
容易なため、装置化し易い光学的相関検出方法として、
ジョイント・トランスフォ−ム法が知られている。この
方法は、相関を検出したい２つのパタ−ン（即ち、入力
パタ−ンと参照パタ−ン）を光学的に同一面内にコヒ−
レントに提示し、二重フ−リエ変換光学系により、これ
らのパタ−ンを同時に二重フ−リエ変換することによ
り、この２つのパタ−ンの相関を検出しようとするもの
である。

【０００３】図２は、このジョイント・トランスフォ−
ム法を利用した従来の光学的相関検出装置の１例を示す
構成図である。この図を用いて、従来の光学的相関検出
装置について説明する。コヒ−レント光源４１を出射し
た光束４２は、ビ−ムエキスパンダ４３により、その光
束径を適当な大きさに広げられ、ビ−ムスプリッタ−４
４により、光束４２ａと光束４２ｂに分けられる。ビ−
ムスプリッタ−４４で反射された光束４２ａは、更にビ
−ムスプリッタ−４８で反射され、空間光変調器４７に
入射する。空間光変調器４７は、図３の空間光変調器４
７上での入力パタ−ンと参照パタ−ンの配置を示す説明
図に示すように、可変表示領域４７ａには、入力パタ−
ン９９ａが、不変表示領域４７ａには、参照パタ−ン９
０がコヒ−レントに表示される。

【０００４】ここで、可変表示領域４７ａには、光アド
レス型空間光変調器を用いることができ、図２での入力
パタ−ン９９を照明して結像レンズ４６で、この入力パ
タ−ン９９の像を、その空間光変調器の入力面に結像さ
せることにより、その入力面上の光量分布に応じて、そ
の読み出し面における複素振幅反射率が変化する。従っ
て、この空間光変調器４７に入射した光束１２ａは、そ
こに表示された入力パタ−ン９９ａと参照パタ−ン９０
とに応じた複素振幅反射率で反射され、ビ−ムスプリッ
タ−４８を透過して、空間光変調器５０に入射する。こ
こで、空間光変調器４７と空間光変調器５０は、フ−リ
エ変換レンズ４９の各々前側焦点面及び後面側焦点面に
配置され、従って、空間光変調器５０の入力面上で観察
される光束１２ａの光量分布は、空間光変調器４７を出
射したときの光束１２ａの複素振幅分布の２次元フ−リ
エ変換により得られる複素振幅の強度（即ち、パワ−ス
ペクトラム）を取ったものとなる。従って、空間光変調
器５０の読み出し面での複素振幅反射率分布は、空間光
変調器４７に書き込まれたパタ−ンのパワ−スペクトラ
ムに応じたものとなる。

【０００５】ここで、ビ−ムスプリッタ−４４を透過し
た光束１２ｂは、全反射ミラ−４５で反射され、ビ−ム
スプリッタ−５１で反射されて、空間光変調器５０に入
射する。そして、前記のパワ−スペクトラムに応じた複
素振幅反射率分布を有する空間光変調器５０により反射
され、ビ−ムスプリッタ−５１を通って、フ−リエ変換
レンズを通り、受光素子５３に入射する。この受光素子
５３上で観察される光束１２ｂの光量分布は、空間光変
調器５０上の光束１２ｂの複素振幅分布のパワ−スペク
トラムであり、これは、即ち、空間光変調器４７上での
入力パタ−ン及び参照パタ−ンによる全体のパタ−ンの
自己相関の二乗に対応する光量分布となる。この全体の
パタ−ンの自己相関は、入力パタ−ンの自己相関、参照
パタ−ンの自己相関、更に、参照パタ−ン相互による相
互相関とに分解することができる。これらの各々の相関
パタ−ンは、自己相関であれば光軸上に、相互相関であ
れば、それらの空間光変調器４７上での相対的位置に対
応した位置に観察されるので、比較したいパタ−ン同志
の位置関係により、区別して検出することができる。

【０００６】このようにして、ジョイント・トランスフ
ォ−ム法を応用することにより、入力パタ−ンと参照パ
タ−ンとの相関を検出することが可能である。然し乍
ら、この相関検出を識別やニュ−ラルネットワ−クに応
用するためには、できるだけ沢山の参照パタ−ンと、入
力パタ−ンとの相関を一度に検出できることが望ましい
ものである。このような場合、従来は、図３に示すよう
に、１つの入力パタ−ンに対して、参照パタ−ンを複数
提示して、これらの複数の参照パタ−ンと、１つの入力
パタ−ンとの相関を検出していたが、参照パタ−ンの数
を増やすと、入力パタ−ンと参照パタ−ンとによる相関
パタ−ンばかりか、参照パタ−ン同志による相関パタ−
ンが多数現れるものである。（それらの組合わせ数にな
るので、参照パタ−ンの数が増えると飛躍的に大きい数
となる）。従って、各々の相関パタ−ンの観測精度が著
しく低下する結果となっていた。

【０００７】また、この観測精度の低下を少なくする方
法として、入力パタ−ン全体のパワ−スペクトラム面
で、広い範囲のパワ−スペクトルを次の（即ち、２度目
の）フ−リエ変換光学系の入力とすることが有効であ
る。然し乍ら、そのパワ−スペクトラムの光量分布は、
光軸から離れるに従って平均的に小さくなって行くの
で、ダイナミックレンジが小さかったり、入出力特性が
硬調な非線形性を有する空間光変調器を用いた場合に
は、広い範囲のパワ−スペクトラムを取ることができ
ず、観測精度の向上には限界があった。また、空間光変
調器には、多かれ少なかれ、変調面内における入出力特
性の不均一性があるので、その空間光変調器での有効変
調面積を大きく取ろうとすると、面内での感度むらが目
立ってきて、同じ光量でも書き込める場所と書き込めな
い場所とが生じ、パワ−スペクトラムの範囲の拡張は、
この面でもあまり期待することができなかった。

【発明が解決しようとする課題】

【０００８】本発明は、上記の問題点を解決するために
為されたもので、参照パタ−ンの数を増やしても、相関
パタ−ンの観測精度が低下せず、一度に沢山の参照パタ
−ンと入力パタ−ンとの相関の検出ができる光学的多重
相関検出装置を提供することを目的とする。また、本発
明は、ダイナミックレンジの狭い、又は、入出力の特性
が硬調の非線形性を有する空間光変調器を用いても、そ
うでない場合に比べて、一度に検出できる参照パタ−ン
の数が余り低下しない光学的多重相関検出装置を提供す
ることを目的とする。更に、本発明は、空間光変調器の
広い範囲での不均一性があっても、そうでない場合に比
べて一度に検出できる参照パタ−ンの数があまり低下し
ない光学的多重相関検出装置を提供することを目的とす
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の技術的
な課題の解決のために、成されたもので、少なくとも、
コヒ−レント光源と、相関検出すべき入力パタ−ン及び
参照パタ−ンとに応じて、第１の光束の複素振幅分布を
変調して、該入力パタ−ン及び参照パタ−ンを表示する
第１の空間光変調器と；前記の第１の空間光変調器の出
力面上における前記の第１の光束の複素振幅分布を光学
的にフ−リエ変換する第１のフ−リエ変換レンズと；前
記第１の光束のフ−リエ変換された光量分布に応じて、
第２の光束の複素振幅分布を変調する第２の空間光変調
器と；前記第２の空間光変調器の出力面上における第２
の光束の複素振幅分布を光学的にフ−リエ変換するフ−
リエ変換レンズと；前記第２の光束のフ−リエ変換され
た光量分布を受光する受光素子を有し、且つ；前記の第
１の空間光変調器上に、相関検出すべき複数の参照パタ
−ンが同時に並列的に表示され、その各々の参照パタ−
ンの近傍に、１つずつ相関検出すべき入力パタ−ンが同
時並列的に表示され；前記第１のフ−リエ変換レンズ
は、各々の参照パタ−ンと入力パタ−ンの対に対応した
個別のレンズのアレイであり、また；前記第２のフ−リ
エ変換レンズもまた、前記第１のフ−リエ変換レンズの
アレイにより生じた第２の空間光変調器上の各フ−リエ
変換パタ−ンに対応した個別のレンズのアレイであるこ
とを特徴とする光学的多重相関検出装置を提供する。

【００１０】更に、前記の第１の空間光変調器は、光ア
ドレス型の空間光変調器であり、そのアドレス面の上
に、相関検出すべき入力パタ−ンが、同時に複数結像さ
れるように、レンズアレイを具備したものが好適であ
る。そして、更に、第１の空間光変調器は（結像レンズ
を具備し）前記のアドレスの面上に参照パタ−ン群もま
とめて結像される構成が好適である。また、前記の相関
検出すべき入力パタ−ンが表示される領域の周辺の一部
は、明るくなるように提示され、前記の第１の空間光変
調器のアドレスの面の近傍に、各参照パタ−ンに対応し
た強度透過率分布を有するマスクを、前記の明るく提示
された領域の結像位置が、各々の参照パタ−ンに対応し
た強度透過率分布の位置に重なるように配置し、前記の
参照パタ−ン群を表示する構成のものが好適である。更
に、前記第１の空間光変調器は、電気アドレス型の空間
光変調器であり、相関検出すべき入力パタ−ンは、第１
の空間光変調器に結合している第１の撮像素子から電気
信号とし、取り込まれ、そのコピ−パタ−ンが回路上で
合成され、且つ、前記の参照パタ−ンは、第２の空間光
変調器での第２撮像素子により電気信号として取り込ま
れ、或いは、パタ−ンを電気信号として読み出せるメモ
リ−装置により記憶しておいて必要に応じて、それを読
み出し、電気回路上で該入力パタ−ンと参照パタ−ンと
を合成し、前記第１の空間光変調器に表示される構成の
ものが好適である。

【００１１】

【作用】前記の、本発明の構成によると、第１の空間光
変調器に表示された各々の参照パタ−ンと入力パタ−ン
の対は、各々、別々の第１のフ−リエ変換レンズによ
り、個別にフ−リエ変換される。そして、個別にフ−リ
エ変換された各々のパタ−ンは、更に、第２の空間光変
調器に表示され、再度、別々の第２のフ−リエ変換レン
ズにより個別にフ−リエ変換され、全て、個別のジョイ
ント・トランスフォ−ム法による相関パタ−ンが、最後
の受光面上に現れる。従って、参照パタ−ンの数を増や
しても、参照パタ−ン同志により形成された相関パタ−
ンが、沢山出てきてしまうことがなく、いつでも、精度
の高い、相関出力の観測を行なうことができる。

【００１２】また、各々の参照パタ−ン１つ、入力パタ
−ン１つのみにより形成された相関パタ−ンであるの
で、各々のパワ−スペクトラムは、余り広く取らなくて
も十分な精度の高い相関出力を得ることができる。従っ
て、第２の空間光変調器のダイナミックレンジが狭い場
合、或いは、入出力特性が硬調に非線形である場合で
も、各々のパワ−スペクトラムのパタ−ンを十分な広さ
で表現することができ、精度の高い相関出力を得ること
ができる。

【００１３】更に、各々のパワ−スペクトラムの範囲が
狭いので、第２の空間光変調器の入出力特性が広い範囲
で多少不均一であっても、狭い範囲では、十分に均一と
見做すことができ、従って、各々の対による相関検出を
行なうことができる。

【００１４】次に、図面を用いて、本発明の光学的多重
相関検出装置を具体的に実施例により説明するが、本発
明はそれらによって限定されるものではない。

【００１５】

【実施例１】図１は、本発明の光学的多重相関検出装置
の１例の光学系を示す模式的構成図である。

【００１６】コヒ−レント光源１１を出射した光束１２
は、ビ−ムエキスパンダ１３により、その光束径を適当
な大きさに広げられ、ビ−ムスプリッタ−１４で光路を
２つに分けられる。ビ−ムスプリッタ−１４を透過した
光束１２ａは、全反射ミラ−１６で反射され、ビ−ムス
プリッタ−１７で反射されて、空間光変調器１９の読み
出し面に入射する。この空間光変調器１９の書き込み面
（即ちアドレス面）には、入力パタ−ン３１を複数結像
した像と、参照パタ−ン群３４の像が書き込まれる。こ
のときの書き込み光学系は、図示のように、構成され
る。即ち、入力パタ−ン３１はインコヒ−レント或いは
コヒ−レントに照明され、レンズアレイ３２の各レンズ
３２ａ、３２ｂ、・・により、各々別々の像が空間光変
調器１９の書き込み面上に結像される。これに対して、
参照パタ−ン群３４の各参照パタ−ンは、インコヒ−レ
ント或いはコヒ−レントに照明されて、結像レンズ３６
により空間光変調器１９の書き込み面上に結像される。
レンズアレイ３２の各レンズ３２ａ、３２ｂ、・・によ
ってできる空間光変調器１９の書き込み面上の各入力パ
タ−ン像に対応した位置にするように、配置される。こ
のとき、入力パタ−ン３１と参照パタ−ン群３４との露
光を同時に行なう場合には、ビ−ムスプリッタ−３３を
用いて、各々の光路を合成する。

【００１７】図１では、この他に全反射ミラ−３５が、
参照パタ−ンの結像光学系の光路を曲げるために用いら
れている。これは、本発明の本質的なものではない。こ
こで、空間光変調器１９に書き込まれたパタ−ンの配置
の一例を図４に示す。各々の参照パタ−ン３４’とレン
ズアレイ光学系により複製された各々の入力パタ−ン３
１’が、各々、対を為して空間光変調器１９上に配置さ
れる。従って、各々の対のジョイント・トランスフォ−
ムによる相関演算を行なうことにより、各参照パタ−ン
と、入力パタ−ンとの相関演算を一度に行なうことがで
きる。

【００１８】空間光変調器１９の読み出し面では、以上
の書き込みパタ−ンの光強度に対応した振幅反射率分布
或いは位相反射率分布或いはその両方（これらをまとめ
て、振幅反射率分布×位相反射率分布の形で複素振幅反
射率分布と称する）が現れる。従って、空間光変調器１
９に入射した光束１２ａは、これらの書き込みパタ−ン
に対応した振幅分布或いは位相分布或いはその両方（こ
れらをまとめて、振幅分布×位相分布の形で複素振幅分
布と称する）を持って、空間光変調器１９を出射する。
ここで、空間光変調器１９の読み出し面と、空間光変調
器２１の書き込み面とは、レンズアレイ２０の各レンズ
２０ａ、２０ｂ、・・・に対して、各々、前側焦点面と
後ろ側焦点面に配置されており、光束１２ａは、その各
々の参照パタ−ンと入力パタ−ンとの対に対応したレン
ズ２０ａ、２０ｂ、・・・を有するレンズアレイ２０を
通過して、空間光変調器２１の書き込み面上に前記各々
の参照パタ−ンと入力パタ−ンとの対のパタ−ンに対応
したパワ−スペクトルパタ−ン、即ち、前記各々の参照
パタ−ンと入力パタ−ンとの対のパタ−ンに対応した複
素振幅分布のフ−リエ変換の強度を取る光強度パタ−ン
を形成する。

【００１９】これにより、空間光変調器１２の読み出し
面上には、前記パワ−スペクトラムパタ−ンに対応した
複素振幅反射率分布が形成され、この空間光変調器２１
の読み出し面には、ビ−ムスプリッタ−１４を反射した
光束１２ｂが更にビ−ムスプリッタ−１８で反射されて
入射する。従って、空間光変調器２１を出射する光束１
２ｂは、この空間光変調器２１の読み出し面上に、各々
の参照パタ−ンと入力パタ−ンとの対のパタ−ンに対応
したパワ−スペクトラムパタ−ンによる複素振幅分布が
形成され、この光束１２ｂが、レンズ２２ａ、２２ｂ・
・・を有するレンズアレイ２２を通過して、受光面に到
達する。

【００２０】このとき、空間光変調器２１の読み出し面
と受光面２３とは、レンズアレイ２２の各レンズ２２
ａ、２２ｂ、・・・の各々の前側焦点面及び後ろ側焦点
面に配置され、また、各レンズ２２ａ、２２ｂ、・・・
は前記各対に対応したパワ−スペクトラムに対応して配
置される。従って、受光面上で観察される光強度分布
は、空間光変調器２１の読み出し面上での各パワ−スペ
クトラムパタ−ンに対応した複素振幅分布のフ−リエ変
換の強度分布、即ち、各参照パタ−ンと、入力パタ−ン
との対のパタ−ンの自己相関の二乗のパタ−ンとなる。
この自己相関の二乗パタ−ンは、即ち、各レンズの光軸
上に各参照パタ−ンの自己相関の二乗及び入力パタ−ン
の自己相関の二乗のパタ−ンが現れ、その光軸に対し
て、参照パタ−ンと入力パタ−ンとの相対的位置に対応
した相対的位置に、参照パタ−ンと入力パタ−ンとの相
関の二乗パタ−ンが現れる。従って、各参照パタ−ン及
び入力パタ−ンが提示される位置は、予め、分かってい
るから、受光面上の、各相関パタ−ンが現れる位置の光
強度を観測する。このことにより、各参照パタ−ンと入
力パタ−ンとの相関の検出を行なうことができる。

【００２１】ここで用いた各レンズアレイとしては、光
学系が大きく、レンズの数があまり多くない場合には、
単体レンズを組合わせて作成したもので良いが、光学系
が小さく、多数のレンズが必要な場合には、屈折率分布
型の平板マイクロレンズアレイや、１枚の基板上に多数
の球面レンズを集積したレンズアレイが使用でき、これ
は市販されており、使用可能である。

【００２２】また、ここで、用いた各空間光変調器は、
光アドレス型の空間光変調器であり、このような空間光
変調器としては、液晶パネルに光導電層を組合わせたも
のが一般的であり、ネマテイック型液晶を用いたものが
米国ヒュ−ズ社から発売されている。また、強誘電性液
晶を用いた同様の空間光変調器も開発されているが、特
に、強誘電性液晶を用いた空間光変調器は、原理的に分
解能が高く、コントラストも高いものであるので、好適
である。

【００２３】更に、光アドレス型空間光変調器として
は、ＢＳＯ（ビスマス・シリコン・オキサイド；Ｂａ₁₂
ＳｉＯ₂₀）等の光誘起屈折率変化を有する媒体を用いた
ものも使用できる。特に、ＢＳＯ材料では、書き込み光
として、感度の高い短波長よりの可視光を用いて、読み
出し光として、書き込み感度の低い赤色から赤外領域に
おける波長域の光を用いることにより、書き込み及び読
み出しを同時に行なうことができる。但し、ＢＳＯ材料
は、反射板を用いることにより反射型で使用することも
できるが、通常、透過型として用いることが多い。この
場合、ＢＳＯ材料に入射する読み出し光の入射方向を変
更する必要もあるが、本発明の本質ではない。

【００２４】尚、液晶使用の空間光変調器も、ＢＳＯ材
料を用いた空間光変調器も、通常は、これらの素材と偏
光子とを組合わせて、光の強度変調処理を行なう場合が
多いが、偏光子を用いずに、入射光の偏光方向と各デバ
イスの光学軸の方向とを適当に選択することにより、光
の位相変調を行なうこともできる。位相変調処理を行な
う場合は、元々光の利用効率が良く、しかも、適当な位
相差を与えることにより、回折効率を上げることができ
るので、感度の高い検出を行なうことができる。

【００２５】尚、受光面２３は、フォトダイオ−ドアレ
イを配置する方法と、撮像管やＣＣＤ等の撮像デバイス
を配置する方法で、アレイを配置することができる。こ
れらにより、所望の位置の光強度を観測することによ
り、各参照パタ−ンと入力パタ−ンとの相関を検出する
ことができる。また、空間光変調器２１は、実施例３で
説明するように、撮像デバイスと電気アドレス型の空間
光変調器とを組合わせて用いることができる。

【００２６】

【実施例２】図５は、本発明の光学的多重相関検出装置
の他の例の光学系を示す構成図である。この例では、紙
面上の空間光変調器１９から右側の２重フ−リエ変換の
部分については、実施例１（図１）と同様であるので、
省略した。この例では、参照パタ−ンの書き込みを結像
により行なうのではなく、参照パタ−ン群を表わしたマ
スクを空間光変調器１９の書き込み面の近傍に配置する
ことにより、即ち、ベタ焼きのような方法で、行なうも
のである。先ず、入力パタ−ン３１は、図６に示すよう
な入力パタ−ン表示状態で表示され、入力パタ−ンの周
囲の一部（ここでは、図５の各レンズ３２ａ、３２ｂ、
・・・の各視野の約半分の部分）を明るく表示し、その
像をレンズアレイ３２により空間光変調器１９の書き込
み面上に多重化して、結像される。

【００２７】このとき、入力パタ−ンの明るい部分及び
周辺の明るく表示した部分が、明るい像として、形成さ
れる。そこで、図７に示すように、参照パタ−ン群マス
クのパタ−ンが示される。即ち、参照パタ−ンに応じた
透過率分布を有し、その周辺の入力パタ−ンの像が形成
されている部分に対応する部分の透過率が高い参照パタ
−ン群マスク３４’を空間光変調器１９の書き込み面の
近傍に配置しておけば、各々、入力パタ−ンと各参照パ
タ−ンとの対のパタ−ンを空間光変調器１９に書き込む
ことができる。

【００２８】図７に示す”Ｂ”の文字の所に点線で示し
たパタ−ンは、図６に示すレンズアレイ８５の各レンズ
の視野のうちの１つの像を１例として、示したものであ
る。”Ｂ”の文字の上には入力パタ−ンの周囲の明るく
表示された部分が結像し、”Ｂ”の文字の横のマスクの
透過率の高い部分には、入力パタ−ン”Ａ”の像が結像
する。従って、入力パタ−ンは、マスクを透過し、ま
た、参照パタ−ンは、明るく照明されて、各々、空間光
変調器１９の書き込み面に入射する。

【００２９】

【実施例３】図８は、実施例２（図５）のパタ−ン入力
光学系部分を、より光利用効率の高いものに変更したも
のの、本発明の光学的多重相関検出装置のパタ−ン入力
光学系を示す構成図である。この例では、実施例２（図
５）のパタ−ン入力光学系の部分のみを変更したもので
あるので、空間光変調器１９以降の光学系は、実施例１
に示すものと同様である。従って、その説明は省略す
る。

【００３０】通常、入力パタ−ンを散乱物体として、そ
れによる照明光の散乱により画像を結像した場合より
も、入力パタ−ンをスライド等の透過型媒体や正反射媒
体に透過率分布或いは反射率分布の形で表わして、投影
した場合の方が、照明光の光量の利用効率が優れてい
る。図８は、このような投影光学系の１例であり、図６
に示した入力パタ−ン或いは視野パタ−ンを空間光変調
器８３に表示し、ケ−ラ−照明のような光学系により、
入力パタ−ンを照明して空間光変調器１９に入力するも
のである。

【００３１】ここで、図８の（ａ）は、ハロゲンランプ
等のフィラメントを利用した光源や、メタルハライドラ
ンプ、水銀ランプ等のア−ク放電を利用した光源などの
インコヒ−レント光源を用いた場合の例であり、図８
（ｂ）は、半導体レ−ザやヘリウムネオンレ−ザ等のコ
ヒ−レント光源を用いた場合の例を示す。

【００３２】各々、ｆ₁ 、ｆ₂ 、ｆ₃ の焦点距離を有す
るレンズＬ₁ ８２、レンズＬ₂ ８４及びレンズアレイ８
５を、レンズＬ₁ ８２の像側焦点面とレンズＬ₂ ８４の
物体側焦点面とが共有されるように、また、レンズＬ₂
８４の像側焦点面とレンズアレイ８５の入射瞳面とが共
有されるように、配置し、そのレンズＬ₁ ８２の像側焦
点面上に液晶パネル等の空間光変調器８３を置き、更
に、空間光変調器１９の書き込み面をレンズアレイ８５
の像側焦点面に配置する。そのことは、図８（ａ）でも
（ｂ）でも、同様にする。但し、図８（ａ）では、レン
ズＬ₁ ８２の物体側焦点面には、光源或いは光源の像が
配置される。また、図８（ｂ）では、レンズＬ₁ ８２の
物体側焦点面には、レンズアレイ８７の像側焦点面が配
置される。

【００３３】従って、図８（ａ）では、インコヒ−レン
ト光源８１の１点を出射した光束は、平行光束の状態で
空間光変調器８３を照明し、レンズアレイ８５中の１つ
のレンズ（例えばレンズ８５ａ）の入射瞳面上に焦点を
結び、参照パタ−ン群マスク３４”を通って、空間光変
調器１９の書き込み面に入射する。このとき、空間光変
調器８３を物体面とすれば、空間光変調器１９の書き込
み面は、像面となっており、その結像倍率は、ｆ₃ ／ｆ
₂ である。

【００３４】ここで、液晶パネル等の空間光変調器８３
には例えば、ＣＣＤカメラ等で撮像され合成された図６
に示すような入力パタ−ンが表示される。このように、
配置することにより、空間光変調器８３は比較的均一に
照明され、また、照明光が効率よく、レンズアレイ８５
を通って結像することに寄与する。また、図８（ｂ）で
は、コヒ−レント光束８６がレンズアレイ８７に入射
し、各々のレンズによる光束の集束点を新たな光源と考
え、例えば、レンズ８７ａにより集束した光束は、平行
光束となって入力パタ−ンを表示した空間光変調器８３
の表示面を照射し、更に、レンズ８５ａの入射瞳面上に
集束して、参照パタ−ン群マスク３４”を通って、空間
光変調器１９の書き込み面に入射する。

【００３５】このコヒ−レント光学系では、レンズアレ
イ８５を、その物体側焦点面にレンズＬ₂ ８４の像側焦
点面に一致する位置と、図８に示す位置との間の位置に
配置することができる。尚、図６に示す入力パタ−ンの
作る像と、図７に示す参照パタ−ン群マスクが重なって
空間光変調器１９の書き込み面上に入力パタ−ンと参照
パタ−ンとの対のパタ−ンを書き込むことは、実施例２
と同様である。

【００３６】

【実施例４】図９は、本発明の更なる他の光学的多重相
関検出装置の光学系を示す構成図である。ここでは、空
間光変調器として、電気アドレス型で最も一般的な液晶
パネル６９及び７４を用いている。但し、液晶パネル７
４については、実施例１−３で示す光アドレス型空間光
変調器で置き替えることができる。

【００３７】入力パタ−ン３１は、インコヒ−レント或
いはコヒ−レントに照明され、結像レンズ６１により、
ＣＣＤ６２等の撮像素子上に結像される。ＣＣＤ６２の
出力信号は受像回路６３を通り、画像合成回路６５に入
力される。画像合成回路６５では、入力パタ−ンが複製
されて複数並んだパタ−ンが合成され、更に、これはメ
モリ−装置６４から読み出された参照パタ−ンが、各
々、１つの参照パタ−ンと１つの入力パタ−ンとが並ぶ
ように合成される。その画像信号は液晶パネル駆動回路
６６を通り、これらの画像が液晶パネル６９に表示され
る。

【００３８】従って、液晶パネル６９では、図４に示す
ように参照パタ−ンと入力パタ−ンとが配置されて表示
される。即ち、これらのパタ−ンに応じた振幅透過率分
布或いは位相透過率分布、或いはその両方を有する透過
率分布が現れる。これらをまとめて、振幅透過率分布×
位相透過率分布の形で複素振幅透過率分布と称する。

【００３９】ここで、コヒ−レント光源１１を出射した
光束１２は、ビ−ムエキスパンダ１３で、光束径を適当
な大きさに広げられ、全反射ミラ−６７で反射され、ビ
−ムスプリッタ−６８で反射され、光束１２ａとなる。
光束１２ａは、液晶パネル６９に入射し、参照パタ−ン
と入力パタ−ンとの合成パタ−ンに応じた複素振幅分布
を持って液晶パネル６９を出射し、レンズ２０ａ、２０
ｂ、・・・からなるレンズアレイ２０を通って、ＣＣＤ
７０に入射する。

【００４０】ここで、レンズアレイ２０の各レンズに対
して、液晶パネル６９とＣＣＤ７０とは、各々、前側焦
点面及び後ろ側焦点面に配置され、従って、ＣＣＤ７０
上で得られる光量分布は、液晶パネル６９上での光束１
２ａの複素振幅分布のフ−リエ変換の強度パタ−ン、即
ち、パワ−スペクトラムパタ−ンとなる。尚、レンズア
レイ２０の各レンズは、液晶パネル６９上での各参照パ
タ−ンと入力パタ−ンとの対に対応して設けられてい
る。従って、ＣＣＤ７０上で観測されるパワ−スペクト
ラムパタ−ンは、各参照パタ−ンと入力パタ−ンとの対
のパタ−ンのパワ−スペクトラムパタ−ンとなる。ＣＣ
Ｄ７０で受光されたパワ−スペクトラムパタ−ンは、Ｃ
ＣＤ７０の出力信号として、受像回路７１を通り、液晶
パネル駆動回路７２を通って、液晶パネル７４上に複素
振幅透過率の形で現れる。

【００４１】ビ−ムスプリッタ−６８を透過した光束１
２は、光束１２ｂとなり、全反射ミラ−７３で反射され
て、液晶パネル７４に入射する。レンズアレイ２２は、
各々のレンズ２２ａ、２２ｂ、・・・が、各々、液晶パ
ネル７４に表示された各パワ−スペクトラムパタ−ンに
対応して配置され、更に、液晶パネル７４と受光面２３
とは、レンズアレイ２２の各レンズに対して、各々、前
側焦点面及び後ろ側焦点面に配置される。

【００４２】従って、受光面２３上で観測される光強度
分布は、液晶パネル７４上での各パワ−スペクトラムパ
タ−ンに対応した複素振幅分布のフ−リエ変換の強度分
布、即ち、各参照パタ−ンと入力パタ−ンとの対のパタ
−ンの自己相関の二乗パタ−ンとなる。この二乗パタ−
ンは、即ち、各レンズの光軸上に各参照パタ−ンの自己
相関の二乗パタ−ン、及び入力パタ−ンの自己相関の二
乗パタ−ンが現れる。その光軸に対して、参照パタ−ン
と入力パタ−ンとの相対的位置に対応した相対的位置
に、参照パタ−ンと入力パタ−ンとの相関の二乗パタ−
ンが現れる。

【００４３】従って、各参照パタ−ン及び入力パタ−ン
が提示される位置は、予め、判っているから、受光面２
３上の、各相関パタ−ンが現れる位置の光強度を観測す
ることにより、各参照パタ−ンと入力パタ−ンとの相関
の検出を行なうことができる。

【００４４】尚、受光面２３としては、実施例１と同様
に、ＣＣＤや撮像管等の撮像デバイスやフォトダイオ−
ドアレイを用いることができるまた、本実施例では、参
照パタ−ンは、メモリ−装置に蓄えておいて、このメモ
リ−装置から呼び出す構成であるが、例えば、他のＣＣ
Ｄカメラを用いて、別の画像入力装置を構成して、画像
として蓄えておいた参照パタ−ンを、この画像入力装置
で入力することもできる。

【００４５】図示した全ての光学系は、説明の簡単化の
ために平面的に描かれているが、各々のレンズアレイは
当然に２次元的にアレイ化されることができ、入力パタ
−ンと参照パタ−ンとの対は、２次元的に配置すること
ができる。

【００４６】以上の実施例において、各参照パタ−ンと
入力パタ−ン及び、それらの各パワ−スペクトラムパタ
−ン及びそれらの各光学的相関出力は、全て、光学系上
で重ならずに現れるので、参照パタ−ンの数が多くなっ
ても、本発明の光学的多重相関検出装置では、各々の相
関出力は独立であり、十分に精度の高い多重相関検出を
行なうことができる。

【００４７】また、各パワ−スペクトラムパタ−ンの範
囲を広く取る必要がなく、ダイナミックレンジの狭い空
間光変調器を用いたり、また、入出力特性が硬調に非線
形な空間光変調器を用いたりしても、狭い範囲でなら
ば、十分なパワ−スペクトラムパタ−ンを表示すること
ができるので、十分に精度の高い光学的多重相関検出を
行なうことができる。更に、同様に各パワ−スペクトラ
ムパタ−ンの範囲を広く取る必要がないので、空間光変
調器に広域的な不均一性が存在しても、各相関出力は十
分に質のよいものが得られ、各相関出力相互の補正を行
なうことにより、十分に高精度の多重相関検出を行なう
ことができる

【００４８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の光学的多
重相関検出装置により、前記のような効果が得られた。
それらをまとめると、次のような顕著な技術的効果とな
る。即ち、第１に、参照パタ−ンの数を増やしても、相
関パタ−ンの観測精度が低下せずに、１度にたくさんの
参照パタ−ンと入力との相関の検出ができる光学的多重
相関検出装置を提供することが可能になる。

【００４９】第２に、ダイナミックレンジの狭い或いは
入出力特性が硬調な非線形性を有する空間光変調器を用
いても、そうでない場合と比べて、一度に検出できる参
照パタ−ンの数が低下しない光学的多重相関検出装置を
提供することができる。

【００５０】第３に、更に、空間光変調器の広い範囲で
の不均一性があっても、そうでない場合と比べて、一度
に検出できる参照パタ−ンの数が低下しない光学的多重
相関検出装置を提供することができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光学的多重相関検出装置を実現するた
めの一例の光学系を示す模式構成図である。

【図２】従来の光学的多重相関検出装置の構成を示す構
成図である。

【図３】本発明で用いた空間光変調器４７上に表示され
る入力パタ−ンと参照パタ−ンとの配置状態を示す説明
図である。

【図４】本発明の空間光変調器１９上に表示される入力
パタ−ンと参照パタ−ンの配置の１例を示す説明図であ
る。

【図５】本発明の光学的多重相関検出装置の他の例の光
学系を示す構成図である。

【図６】図５の装置での、入力パタ−ンの表示状態を示
す説明図である。

【図７】図５の装置での、参照パタ−ン群マスクのパタ
−ンを示す説明図である。

【図８】本発明の光学的多重相関検出装置の他の例の光
学系を示す構成図である。

【図９】本発明の光学的多重相関検出装置の更なる他の
例の光学系を示す構成図である。

【符号の説明】

１１ 光源 １２、１２ａ、１２ｂ 光束 １３ ビ−ムエキスパンダ １９、２１、８３ 空間光変調器 ２０、２２、３２、８５、８７ レンズアレイ ２０ａ、２０ｂ、２２ａ、２２ｂ、３２ａ、３２ａ、８
５ａ、８７ａ レンズ ３１、３１’ 入力パタ−ン ３４ 参照パタ−ン ３４” 参照パタ−ン群マスク ３６、６１ 結像パタ−ン ６２、７０ ＣＣＤ ６３、７１ 受像回路 ６４ メモリ−回路 ６５ 画像合成回路 ６６、７２ 液晶パネル駆動回路 ６９、７４ 液晶パネル ８０ 各レンズの視野 ８１ インコヒ−レント光源 ８２ レンズＬ₁ ８４ レンズＬ₂ ８５ａ、８５ｂ レンズ ８６ コヒ−レント光束

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G02F 3/00 502 G06E 1/00,3/00 G02B 27/46

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも、コヒ−レント光源と、相関検
   出すべき入力パタ−ン及び参照パタ−ンとに応じて、第
   １の光束の複素振幅分布を変調して、該入力パタ−ン及
   び参照パタ−ンを表示する第１の空間光変調器と、前記
   の第１の空間光変調器の出力面上における前記の第１の
   光束の複素振幅分布を光学的にフ−リエ変換する第１の
   フ−リエ変換レンズと、前記第１の光束のフ−リエ変換
   された光量分布に応じて、第２の光束の複素振幅分布を
   変調する第２の空間光変調器と、前記第２の空間光変調
   器の出力面上における第２の光束の複素振幅分布を光学
   的にフ−リエ変換するフ−リエ変換レンズと、前記第２
   の光束のフ−リエ変換された光量分布を受光する受光素
   子を有し、且つ、前記の第１の空間光変調器上に、相関
   検出すべき複数の参照パタ−ンが同時に並列的に表示さ
   れ、その各々の参照パタ−ンの近傍に、１つずつ相関検
   出すべき入力パタ−ンが同時並列的に表示され、前記第
   １のフ−リエ変換レンズは、各々の参照パタ−ンと入力
   パタ−ンの対に対応した個別のレンズのアレイであり、
   また、前記第２のフ−リエ変換レンズもまた、前記第１
   のフ−リエ変換レンズのアレイにより生じた第２の空間
   光変調器上の各フ−リエ変換パタ−ンに対応した個別の
   レンズのアレイであることを特徴とする光学的多重相関
   検出装置。
2. 【請求項２】請求項１に記載の光学的多重相関検出装置
   において、前記の第１の空間光変調器は、光アドレス型
   の空間光変調器であり、そのアドレス面の上に、相関検
   出すべき入力パタ−ンが、同時に複数結像されるよう
   に、レンズアレイを具備していることを特徴とする請求
   項１に記載の光学的多重相関検出装置。
3. 【請求項３】更に、第１の空間光変調器は（結像レンズ
   を具備し）前記のアドレスの面上に参照パタ−ン群もま
   とめて結像されることを特徴とする請求項１或いは請求
   項２に記載の光学的多重相関検出装置。
4. 【請求項４】前記の相関検出すべき入力パタ−ンが表示
   される領域の周辺の一部は、明るくなるように提示さ
   れ、前記の第１の空間光変調器のアドレスの面の近傍
   に、各参照パタ−ンに対応した強度透過率分布を有する
   マスクを、前記の明るく提示された領域の結像位置が、
   各々の参照パタ−ンに対応した強度透過率分布の位置に
   重なるように配置し、前記の参照パタ−ン群を表示する
   ことを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３のいず
   れかに記載の光学的多重相関検出装置。
5. 【請求項５】前記第１の空間光変調器は、電気アドレス
   型の空間光変調器であり、相関検出すべき入力パタ−ン
   は、第１の空間光変調器に結合している第１の撮像素子
   から電気信号として、取り込まれ、そのコピ−パタ−ン
   が回路上で合成され、且つ、前記の参照パタ−ンは、第
   ２の空間光変調器での第２撮像素子により電気信号とし
   て取り込まれ、或いは、パタ−ンを電気信号として読み
   出せるメモリ−装置により記憶しておいて必要に応じ
   て、それを読み出し、電気回路上で該入力パタ−ンと参
   照パタ−ンとを合成し、前記第１の空間光変調器に表示
   されることを特徴とする請求項１に記載の光学的多重相
   関検出装置。