JPH03264918A - Reflection type phase modulating element and optical information processor - Google Patents

Reflection type phase modulating element and optical information processor

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JPH03264918A
JPH03264918A JP2064658A JP6465890A JPH03264918A JP H03264918 A JPH03264918 A JP H03264918A JP 2064658 A JP2064658 A JP 2064658A JP 6465890 A JP6465890 A JP 6465890A JP H03264918 A JPH03264918 A JP H03264918A
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liquid crystal
lens
modulation element
focal plane
phase
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Application number
JP2064658A
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Japanese (ja)
Inventor
Kanji Nishii
西井 完治
Hiroyuki Kawamura
浩幸 河村
Masaya Ito
正弥 伊藤
Koji Fukui
厚司 福井
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

PURPOSE:To allow the control of the refractive index of each picture element by the voltages which switching elements impress to a liquid crystal layer by forming a 1st oriented film and a 2nd oriented film in such a manner that the respective orientation directions are approximately paralleled with each other. CONSTITUTION:The voltages are impressed to the liquid crystal layer 208 by plural pieces of the switching elements 202 formed on a substrate 201, by which the refractive index of the liquid crystal molecules of each picture element is controlled and, therefore, the number of the picture elements constituting the liquid crystal 208 is effectively utilized. Since this element is of a reflection type, the phases of the incident light are modulated by double paths and, therefore, the modulation of the phases is larger than a transmission type and the phase modulation with the good efficiency of light utilization is executed. The phases of the incident light are modulated by controlling the refractive index of the liquid crystals of each picture element in such a manner and, therefore, the phase modulation with the good utilization efficiency of the picture elements is executed.

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明Cヨ  光情報処理に用いられる空間光変調素子
、特に 入射した光の位相を空間的に変調して反射させ
る反射型位相変調素子に関するものである。
[Detailed Description of the Invention] Industrial Field of Application The present invention relates to a spatial light modulation element used in optical information processing, particularly a reflective phase modulation element that spatially modulates the phase of incident light and reflects it. be.

また本発明(よ 産業用ロボット等の視覚装置において
、人力画像の空間周波数領域におけるフィルタリング、
特徴抽出等の画像処凰 あるいは複数の入カバターンか
ら特定の標準パターンと一致するものの識別を行う光情
報処理装置に関するものである。
The present invention also provides filtering in the spatial frequency domain of human-powered images in visual devices such as industrial robots.
The present invention relates to an optical information processing device that performs image processing such as feature extraction, or identifies patterns that match a specific standard pattern from a plurality of input patterns.

従来の技術 以下、まず本発明者らが先に提案した光情報処理装置の
構成(特願昭63−287016号)を第10図〜第1
3図を用いて説明すも 第10図は上述の光情報処理装置の構成を示したもので
あモ20はテレビジョンカメラ(以下、TVカメラとい
う)、21はTVカメラ20により撮像された画像を表
示する第1のTN型液晶デイスプレィ、22は半導体レ
ーザミ23は半導体レーザ22からの光を平行光化する
コリメータレンズ、24は第1のレンズであり、第1の
TN型液晶デイスプレィ21はこの第1のレンズ24の
光源側の焦点面(以下、前側焦点面という)に配置され
ていモ25は第2のTN型液晶デイスプレィであり第1
のレンズ24の光源と反対側の焦点面(以下、後側焦点
面という)に配置されていモ26は複数の標準パターン
に対して第2のTN型液晶デイスプレィ上の各絵素をサ
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
ホログラムのデー久 すなわち第2のTN型液晶デイス
プレィ25の各絵素毎の透過率に対応する印加電圧のデ
ータを書き込んだリードオンリーメモリ (以下、 R
OMと称す)、27は第2のレンズであり、その前側焦
点面に第2のTN型液晶デイスプレィ25が配置されて
いも28は第2のレンズ27の後側焦点面に配置された
光電変換装置であも 第11図Cヨ  第10図中の計算機ホログラム表示用
の第2のTN型液晶デイスプレィ25の構成を示す。
10 to 1, the configuration of an optical information processing device previously proposed by the present inventors (Japanese Patent Application No. 1987-287016) is explained below.
This will be explained using FIG. 3, and FIG. 10 shows the configuration of the above-mentioned optical information processing device, in which 20 is a television camera (hereinafter referred to as TV camera), and 21 is an image captured by the TV camera 20. 22 is a semiconductor laser beam 23 is a collimator lens that collimates the light from the semiconductor laser 22, and 24 is a first lens. A second TN type liquid crystal display 25 is disposed on the focal plane on the light source side of the first lens 24 (hereinafter referred to as the front focal plane).
The lens 26 is arranged on the focal plane opposite to the light source (hereinafter referred to as the back focal plane) of the lens 24. The lens 26 uses each pixel on the second TN liquid crystal display as a sampling point for a plurality of standard patterns. A read-only memory (hereinafter referred to as R) is written with the data of the Fourier transform computer hologram calculated in advance, that is, the data of the applied voltage corresponding to the transmittance of each pixel of the second TN liquid crystal display 25.
(referred to as OM), 27 is a second lens, and a second TN type liquid crystal display 25 is arranged on its front focal plane, and 28 is a photoelectric converter arranged on the back focal plane of the second lens 27. As for the apparatus, FIG. 11C shows the configuration of the second TN type liquid crystal display 25 for displaying a computer generated hologram in FIG.

121は偏光子、122は第1のガラス基板123は画
素型、14 124は駆動用のT P T (Thin
 Film Transistor)であリソー入 ゲ
ート、 ドレインから戊っている。125は第1の配向
[126は第2の配向膜127は第1の配向膜125と
第2の配向膜126の間に配された液晶@  128は
対向電K  129はブラックマトリック入 130は
第2のガラス基板131は検光子を示も 第12図ζよ この第2のTN型液晶デイスプレィ25
の無電界時の液晶配向状態を示す。
121 is a polarizer, 122 is a first glass substrate 123 is a pixel type, 14 and 124 are drive TPT (Thin
It is connected to the gate and drain of the film transistor. 125 is the first alignment [126 is the second alignment film 127 is the liquid crystal disposed between the first alignment film 125 and the second alignment film 126] 128 is the counter electrode K 129 is the black matrix input 130 is the liquid crystal disposed between the first alignment film 125 and the second alignment film 126 The second glass substrate 131 represents an analyzer, as shown in FIG. 12. This second TN type liquid crystal display 25
This shows the liquid crystal alignment state in the absence of an electric field.

132は液晶層127中の液晶分子を示していも 無電
界状態で【友 液晶分子は第12図に示したように第1
の配向膜125から第2の配向膜126に向けて90°
捩れて配向されている。一方 偏光子121の透過軸(
よ 第1の配向膜125の配向方向と略一致するように
 検光子131の透過軸は 第2の配向膜126の配向
方向と略直交するように配されていも すなわ水 第2
のTN型液晶デイスプレィ25は所縁ツイストネマティ
ック型液晶デバイスであも第13図は 透過型振幅変調
素子である第2の液晶デイスプレィ25の一部に表示さ
れた計算機ホログラム像を示す。
132 indicates the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer 127.
90° from the alignment film 125 to the second alignment film 126
It is twisted and oriented. On the other hand, the transmission axis of the polarizer 121 (
Even if the transmission axis of the analyzer 131 is arranged so as to substantially match the alignment direction of the first alignment film 125 and to be substantially orthogonal to the alignment direction of the second alignment film 126,
The TN type liquid crystal display 25 is a twisted nematic type liquid crystal device. Fig. 13 shows a computer generated hologram image displayed on a part of the second liquid crystal display 25, which is a transmission type amplitude modulation element.

151は第2の液晶デイスプレィ25上の1つの絵素で
あり、太線で示す152は数個の絵素151から成るセ
ルであり、標準パターンのサンプリング点に1対1で対
応していも 図中の△Pは1つのセル152の中心Cか
ら選択された光を透過させる絵素群151a−151d
までのオフセット量を表している。
151 is one picture element on the second liquid crystal display 25, and 152 indicated by a bold line is a cell consisting of several picture elements 151, even though they correspond one-to-one to the sampling points of the standard pattern. ΔP is a group of picture elements 151a to 151d that transmit selected light from the center C of one cell 152.
It represents the amount of offset up to.

次に以上のように構成された従来の光情報処理装置につ
いて、その動作を第10図〜第13図を用いて以下に説
明すも 第10図において第1のTN型液晶デイスプレィ21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も この第1のTN型液晶デイス
プレィ21!ヨ  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
すなわ板 第2の液晶デイスプレィ25上に被測定物体
のフーリエ変換像が形成されも この時、第2のTN型
液晶デイスプレィ25にU  ROM26に書き込まれ
たデータが入力信号となり、il1図に示すT、F T
 124のゲート・ソース間電圧が印加されることによ
り標準パターンのフーリエ変換像が形成されも 無電界
状態で(戴 第12図に示すように液晶分子は第1の配
向膜125から第2の配向膜126に向けて90°捩れ
て配向している。
Next, the operation of the conventional optical information processing device configured as described above will be explained below using FIGS. 10 to 13. In FIG. The pattern of the target object is the collimator lens 23.
Even if the first TN type liquid crystal display 21 is irradiated with coherent light from the semiconductor laser 22 which is parallelized by the ! Y Since it is arranged on the front focal plane of the first lens 24, the image of the object to be measured is optically converted by the first lens 24, which is the rear focal plane of the first lens 24. A Fourier transformed image of the object to be measured is formed on the display 25. At this time, the data written in the U ROM 26 becomes an input signal to the second TN type liquid crystal display 25, and the T and F T shown in Figure il1 are input.
Although a Fourier transform image of a standard pattern is formed by applying a gate-source voltage of 124, liquid crystal molecules change from the first alignment film 125 to the second alignment in the absence of an electric field (as shown in FIG. 12). It is oriented with a 90° twist toward the membrane 126.

−X  第11図において偏光子121の透過細注 第
1の配向M125の配向方向と略一致するように また
検光子131の透過軸Cヨ  第2の配向膜126の配
向方向と略直交するように配されていも 従って、偏光
子121を透過した直線偏光は90”捩れて配向された
液晶により直線偏光の偏光方向が検光子131の透過軸
と略直交する方向に捩られ その結果 出射光は遮断さ
れも ところly<、  ROM26に書き込まれたデ
ータが入力信号となりT F T 124のゲート・ソ
ース間電圧が印加されると、液晶分子の捩れ角が印加電
圧に応じて解消され 出射光量が増加する。入射する光
の位相成分を変調するために(友第13図に示すように
セル152上で光を透過させる絵素群151a−151
dの位置を選択する事で、また 入射する光の振幅成分
を変調するためにi:LTFT124のゲート・ソース
間電圧により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の液晶デイスプレィ25を計算機ホロ
グラムの表示媒体とする事ができ、パターンマツチング
等の光情報処理を実行する事ができも ここで、この第
2の液晶デイスプレィ25ハ  透過型振幅変調素子と
して機能していも 発明が解決しようとする課題 このように 従来の透過型振幅変調素子の場合、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おこなっていtも 
 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鶏 従って、 1つの
セルを構成する絵素数をmxn個とし 一方、第2の液
晶デイスプレィ25の構成絵素数をMXN個とすると、
 (M / m )x(N/n)個のサンプリング像し
か扱う事ができない。すなわ板 絵素数の利用効率が低
いという欠点を有している。
-X In FIG. 11, the transmission axis of the polarizer 121 is set so that it approximately coincides with the orientation direction of the first orientation M125, and the transmission axis C of the analyzer 131 is set approximately orthogonal to the orientation direction of the second orientation film 126. Therefore, the linearly polarized light transmitted through the polarizer 121 is twisted by the liquid crystal which is twisted and oriented by 90" so that the polarization direction of the linearly polarized light is twisted in a direction approximately perpendicular to the transmission axis of the analyzer 131. As a result, the emitted light is However, when the data written in the ROM 26 becomes an input signal and the voltage between the gate and source of the TFT 124 is applied, the twist angle of the liquid crystal molecules is canceled according to the applied voltage, and the amount of emitted light increases. In order to modulate the phase component of the incident light (as shown in FIG.
This is possible by selecting the position of d and by controlling the transmittance of the selected pixel group by the gate-source voltage of i:LTFT124 in order to modulate the amplitude component of the incident light. The second liquid crystal display 25 can be used as a display medium for computer generated holograms, and can perform optical information processing such as pattern matching. Problems to be Solved by the Invention As described above, in the case of conventional transmissive amplitude modulation elements, the phase component of incident light is modulated by changing the spatial position of the picture element group that transmits the light. Also
Therefore, the cell corresponding to one sampling point must be composed of a plurality of picture elements. Therefore, the number of picture elements constituting one cell is set to mxn. On the other hand, the number of picture elements constituting the second liquid crystal display 25 is Assuming MXN pieces,
Only (M/m) x (N/n) sampling images can be handled. In other words, the board has the disadvantage of low efficiency in using the number of picture elements.

さらに 第11図に示すように 従来の透過型振幅変調
素子ではT F T 124の遮光用としてブラックマ
トリックス129が存在するた△ 1つの絵素151の
開口率すなわち1つの絵素内の光利用効率が低いという
欠点も有していも 本発明は アクティブマトリックス液晶を用いた反射型
でかつ入力光の位相を変調する反射型位相変調素子によ
り、従来の透過型振幅変調素子であるTN型液晶デイス
プレィ、およびこれを用いた光情報処理装置が有する絵
素数の利用効率の低さ、 1つの絵素内の光利用効率の
低さという欠点を改善する事を目的とすも 課題を解決するための手段 本発明cヨ  以上の問題を解決するために基板と透明
基板の間に液晶層を満たした構成において、基板の液晶
層側の面上にスイッチイング素子を設置す、 このスイ
ッチイング素子より上に反射凰 及び第1の配向膜を設
け、一方、透明基板上には透明電極 及び第2の配向膜
を投法 二つの配向膜を互いの配向方向が略平行になる
ようにし スイッチイング素子が液晶層に印加する電圧
により絵素ごとの屈折率を制御する反射型位相変調素子
を提供する。
Furthermore, as shown in FIG. 11, in the conventional transmissive amplitude modulation element, there is a black matrix 129 for blocking light from T F T 124. Therefore, the aperture ratio of one picture element 151, that is, the light utilization efficiency within one picture element Although the present invention has the disadvantage of low amplitude modulation, the present invention is capable of producing a TN-type liquid crystal display, which is a conventional transmissive amplitude modulation element, by using a reflection type phase modulation element that uses active matrix liquid crystal and modulates the phase of input light. A means for solving the problem is aimed at improving the disadvantages of the optical information processing device using the same, such as the low utilization efficiency of the number of picture elements and the low efficiency of light utilization within one picture element. In order to solve the above problems, the present invention has a configuration in which a liquid crystal layer is filled between a substrate and a transparent substrate, and a switching element is installed on the surface of the substrate on the liquid crystal layer side. A reflective screen and a first alignment film are provided, and a transparent electrode and a second alignment film are provided on the transparent substrate.The alignment directions of the two alignment films are made to be approximately parallel to each other, and the switching element is a liquid crystal. A reflective phase modulation element is provided in which the refractive index of each picture element is controlled by a voltage applied to a layer.

また 本発明法 上記の反射型位相変調素子に入射する
光の位相を空間的に変調することで、位相型計算機ホロ
グラムあるいは位相フィルタを表示することを特徴とす
る光情報処理装置を提供する。
The method of the present invention also provides an optical information processing device characterized in that a phase-type computer generated hologram or a phase filter is displayed by spatially modulating the phase of light incident on the above-mentioned reflective phase modulation element.

作用 本発明の反射型位相変調素子は 基板上に形成した複数
個のスイッチイング素子によって液晶層へ電圧を印加す
ることにより、絵素ごとの液晶分子の屈折率を制御する
ので、従来の絵素群を選択して光を透過する窓の位置を
変えることによって位相を変調する方法に比べ液晶を構
成する絵素の数を有効に利用できも また 反射型であ
るため入射する光の位相をダブルパスで変調するので、
透過型よりも位相の変調が大きく、光利用効率の良い位
相変調を行える。
Function The reflective phase modulation element of the present invention controls the refractive index of liquid crystal molecules for each picture element by applying voltage to the liquid crystal layer using a plurality of switching elements formed on the substrate, so it is different from conventional picture elements. Compared to the method of modulating the phase by selecting a group and changing the position of the window that transmits the light, it is possible to use the number of picture elements that make up the liquid crystal more effectively.Also, since it is a reflective type, the phase of the incident light is double-passed. Since it is modulated by
The phase modulation is larger than that of the transmission type, and phase modulation with high light utilization efficiency can be performed.

また本発明の光情報処理装置(上 上記の反射型位相変
調素子に位相型計算機ホログラム(キノホーム)あるい
は位相フィルタを表示し これを用いることにより液晶
を構成する絵素の数を有効に利用でき、また 光利用効
率の良い光情報処理を行うことができも 実施例 本発明の反射型位相変調素子の一実施例について図面を
参照しながら説明する。
In addition, the optical information processing device of the present invention (above) displays a phase-type computer hologram (kinoform) or a phase filter on the above-mentioned reflective phase modulation element, and by using this, the number of picture elements constituting the liquid crystal can be effectively utilized, EMBODIMENT OF THE INVENTION An embodiment of the reflective phase modulation element of the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図は同実施例の断面を示したものである。FIG. 1 shows a cross section of the same embodiment.

同図において、201はTFT基敬202は各絵素毎に
設けられた駆動用のスイッチイング素子であるソース 
ゲート、 ドレインから成るTFT、203はT F 
T 202に電流を供給する導電性!  204は導電
性膜203上に形成された反射Fj、  205は反射
層204上に形成された第1の配向WL206は透明対
向電極207は透明対向電極206上に形成した第2の
配向[208は第1の配向膜205と第2の配向膜20
7の間に配した液晶層209はガラス基板を示す。また
第1の配向膜205の配向方向と第2の配向膜207の
配向方向は略一致するように構成されていも第2図(よ
 第1図の液晶層208中の液晶分子の無電界状態にお
ける配向状態を示す。本実施例では第1の配向膜205
と第2の配向M2O7の配向方向が略一致しているので
、液晶分子には捩れが発生しな(1 第3図〜第5図は 液晶層208中の液晶分子の配向状
態と液晶層208への入射光の偏光方向との関係を示す
In the figure, 201 is a TFT, and 202 is a source which is a driving switching element provided for each picture element.
A TFT consisting of a gate and a drain, 203 is a TFT
Conductive to supply current to T 202! 204 is a reflection Fj formed on the conductive film 203; 205 is a first orientation WL formed on the reflection layer 204; 206 is a transparent counter electrode 207 is a second orientation formed on the transparent counter electrode 206; First alignment film 205 and second alignment film 20
A liquid crystal layer 209 disposed between 7 represents a glass substrate. Furthermore, even if the alignment direction of the first alignment film 205 and the alignment direction of the second alignment film 207 are configured to be substantially the same, as shown in FIG. In this example, the first alignment film 205
Since the orientation directions of the second orientation M2O7 and the second orientation M2O7 are substantially the same, no twist occurs in the liquid crystal molecules (1. shows the relationship between the polarization direction of the incident light and the polarization direction of the incident light.

第3図は液晶層208中が無電界状態の場合の液晶分子
の配向状態を示す。矢印xXは液晶層208への入射光
の直線偏光の向きを示したものであも 同図が示すよう
にこの入射光の偏光方向は 無電界状態で(よ 液晶分
子の長分子軸と略一致する方向に設定されていも T F T 202のソース・ドレイン間に信号電圧を
開力比 すなわち液晶層208に電界を印加すると、第
4図に示すように液晶分子はその誘電異方性のため偏光
方向XXに対して、XZ平面内でθだけ傾く。
FIG. 3 shows the alignment state of liquid crystal molecules when there is no electric field in the liquid crystal layer 208. The arrow xX indicates the direction of linearly polarized light incident on the liquid crystal layer 208. As shown in the figure, the polarization direction of this incident light is approximately coincident with the long molecular axis of the liquid crystal molecules in the absence of an electric field. Even if the signal voltage is set in the direction of It is tilted by θ in the XZ plane with respect to the polarization direction XX.

さらに印加電圧を増すと、第5図に示すように液晶分子
は入射光軸ZZと平行になる。
When the applied voltage is further increased, the liquid crystal molecules become parallel to the incident optical axis ZZ, as shown in FIG.

この液晶分子の入射光軸に対する傾き、すなわち印加電
圧と液晶層208の屈折率との関係を第3図〜第7図を
用いて説明する。
The relationship between the tilt of the liquid crystal molecules with respect to the incident optical axis, that is, the applied voltage and the refractive index of the liquid crystal layer 208 will be explained using FIGS. 3 to 7.

第6図は液晶分子の屈折率楕円体を示す。FIG. 6 shows the index ellipsoid of liquid crystal molecules.

公知のように液晶は複屈折性すなわち屈折率異方性を有
する物質であり、異常光に対する屈折率nEを示す軸は
液晶分子の長分子軸と一致し 常光に刻する屈折率no
を示す軸は液晶分子の短分子軸と一致すも 従って、第
3図に示す無電界状態では入射光の偏光方向が液晶分子
の長分子軸の方向と一致しているため液晶層208の屈
折率は異常光に対する屈折率nεを示す。
As is well known, liquid crystal is a substance that has birefringence, that is, refractive index anisotropy, and the axis showing the refractive index nE for extraordinary light coincides with the long molecular axis of the liquid crystal molecule, and the refractive index no for ordinary light
Therefore, in the no-electric field state shown in FIG. 3, the polarization direction of the incident light coincides with the direction of the long molecular axis of the liquid crystal molecule, so the refraction of the liquid crystal layer 208 The index indicates the refractive index nε for extraordinary light.

また 第5図に示ように液晶分子の長分子軸が入射光軸
ZZと平行になると、入射光の偏光方向は液晶分子の短
軸方向と一致し液晶層208の屈折率は常光に対する屈
折率noを示す。
Furthermore, when the long molecular axis of the liquid crystal molecules becomes parallel to the incident optical axis ZZ as shown in FIG. Indicates no.

一方、第4図に示すような液晶分子の傾きか中間状態の
場合の屈折率を第7図を用いて説明すも第7図は 屈折
率楕円体を入射光軸に垂直な面で切断した場合の切断面
を示す。液晶分子が入射光軸に対して傾いた事は 同図
の様に屈折率楕円体の切断面が傾いた事と等価であり、
この時の屈折率はn (no<n<nt)で表されも以
上のように反射型位相変調素子のT F T 202の
ソース・ドレイン間に印加する信号電圧により、液晶分
子の入射光軸ZZに対する傾きが変化しその結果 直線
偏光性を有する入射光に対する液晶層208の屈折率n
力(no=nEまで変化する。従って、反射型位相変調
素子に入射した光はダブルパスで2nd(dは液晶層2
08の厚み)の位相変調を受けも 本発明の反射型位相変調素子で!よ 位相情報を選択さ
れた絵素群の空間的位置で表現するのではなく、液晶層
へ印加する電圧で各絵素の屈折率を直接制御する事で表
現すも また 印加電圧制御用のT F T 202を
反射層205の下に配置した反射型構造をとっているの
でブラックマトリックスか必要なく、一つの絵素の開口
率が高くなも その結果 従来の透過型振幅変調素子と
比較して、空間光変調素子の1つの絵素内の光利用効率
および絵素数の利用効率の向上を計ることができも第8
図(よ 上述の反射型位相変調素子を用いた本発明の光
情報処理装置の第1の実施例の構成を示したものであも 301は対象物体を撮像するTVカメラ、302はTV
カメラ301により撮像された画像を表示する入力表示
用液晶デイスプレィ、303は半導体レーザであり、3
04はこの半導体レーザ303から発せられたレーザ光
を平行光化するコリメータレンX  305は入力表示
用液晶デイスプレィ302が位置する面を光源側の焦点
面(以下、前側焦点面という)とする第1のレン、;(
306は上述した反射型位相変調素子であり、第1のレ
ンズ305の光源と反対側の焦点面(以下、後側焦点面
という)に配置されていモ307は第1のレンズ305
と位相変調素子306間の光路中に配置されたビームス
プリッタであり、反射型位相変調素子306はこのビー
ムスプリッタ307の透過側で、かつ第1のレンズ30
5の後側焦点面に位置し5ていモ308は第2のレンズ
であり、その前側焦点面(よ 第1のレンズ305の後
側焦点面に位置している。309は第2のレンズ308
の後側焦点面に配置したCCD素子、310は反射型位
相変調素子306に表示する予め計算された標準パター
ンの位相型計算機ホログラム(キノホーム)を記憶する
ROMを示していも 次に 以上のように構成された本発明の光情報処理装置
の動作を第1図〜第8図を用いて説明する。
On the other hand, the refractive index when the liquid crystal molecules are tilted or in an intermediate state as shown in Fig. 4 is explained using Fig. 7. Fig. 7 shows a refractive index ellipsoid cut along a plane perpendicular to the incident optical axis. The cut plane of the case is shown. The fact that the liquid crystal molecules are tilted with respect to the incident optical axis is equivalent to the fact that the cut plane of the refractive index ellipsoid is tilted, as shown in the same figure.
The refractive index at this time is expressed as n (no<n<nt), and as described above, the incident optical axis of the liquid crystal molecules is The inclination with respect to ZZ changes, and as a result, the refractive index n of the liquid crystal layer 208 for incident light having linear polarization properties
The force changes up to (no=nE. Therefore, the light incident on the reflective phase modulation element passes through the 2nd pass (d is the liquid crystal layer 2).
The reflective phase modulation element of the present invention can also receive phase modulation with a thickness of 0.08 mm! Phase information is not expressed by the spatial position of a selected group of picture elements, but by directly controlling the refractive index of each picture element with the voltage applied to the liquid crystal layer.Also, there is a T for controlling the applied voltage. Since it has a reflective structure in which the F T 202 is placed under the reflective layer 205, there is no need for a black matrix, and the aperture ratio of one picture element is high.As a result, compared to conventional transmissive amplitude modulation elements, , it is possible to improve the light utilization efficiency within one picture element of the spatial light modulation element and the utilization efficiency of the number of picture elements.
This figure shows the configuration of the first embodiment of the optical information processing device of the present invention using the above-mentioned reflective phase modulation element.
An input display liquid crystal display that displays an image captured by a camera 301; 303 is a semiconductor laser;
04 is a collimator lens X that collimates the laser light emitted from this semiconductor laser 303. 305 is a first lens whose focal plane on the light source side is the surface where the input display liquid crystal display 302 is located (hereinafter referred to as the front focal plane). Ren, ;(
Reference numeral 306 denotes the above-mentioned reflective phase modulation element, which is disposed on the focal plane of the first lens 305 opposite to the light source (hereinafter referred to as the back focal plane).
The reflective phase modulating element 306 is a beam splitter placed in the optical path between the beam splitter 307 and the first lens 30.
A lens 308 is a second lens located at the rear focal plane of the first lens 305. A lens 308 is a second lens located at the rear focal plane of the first lens 305.
The CCD element disposed on the rear focal plane and 310 indicate a ROM that stores a phase-type computer-generated hologram (kinoform) of a standard pattern calculated in advance to be displayed on the reflection-type phase modulation element 306. The operation of the constructed optical information processing apparatus of the present invention will be explained using FIGS. 1 to 8.

人力表示用液晶デイスプレィ302に表示された対象物
体のパターンはコリメータレンズ304により平行光化
された半導体レーザ303からのコヒーレント光により
照射されも この人力表示用液晶デイスプレィ302は
第1のレンズ305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305により光学的に変換
され 第1のレンズ305の後側焦点面であり、かつビ
ームスプリッタ307の透過側にある反射型位相変調素
子306上にフーリエ変換像が形成される。この時、 
ROM 310に書き込まれたデータか入力信号となり
反射型位相変調素子306の各絵素毎の透過率を空間的
に変換すると、反射型位相変調素子306には標準パタ
ーンのフーリエ変換像力\ フーリエ変換位相型計算機
ホログラムの形で表示されム すなわム この反射型位
相変調素子306に入射した光(よ 反射型位相変調素
子306により空間的にその位相を変調されも このように反射型位相変調素子306にROM310に
記憶された位相型計算機ホログラム(キノホーム)が表
示され 入力表示用液晶デイスプレィ302に表示され
た対象物体のパターンを第1のレンズ305により光学
的に変換したフーリエ変換像と、標準パターンのフーリ
エ変換像が反射型位相変調素子306上で重畳されも 
、また、  反射型位相変調素子3061;L  第2
のレンズ308の前側焦点面にビームスプリッタ307
の反射面を介して・配置されているので、対象物体の!
くターンと標準パターンの2つのフーリエ変換像の光学
的積が第2のレンズ308によりフーリエ逆変換されも
 もし 対象物体のパターンと標準パターンの反射型位
相変調素子306上のフーリエ変換像が一致した時、す
なわち両者か同一物体の時、第2のレンズ308の後側
焦点面に輝点が発生L  CCD素子309で検出され
も このようにして、反射型位相変調素子310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ツ
チドフィルタとして作用し 光学的相関処理を行う光情
報処理装置を実現できも 本実施例で(友 位相型計算機ホログラムを表示する空
間光変調素子として反射型位相変調素子306を用いて
いるので、位相変調が絵素群の空間的位置を選択して行
なわれるのではなく、液晶層へ電圧を印加し 各絵素の
屈折率を直接制御する事により行なわれる。また 印加
電圧制御用のTFT202を反射層205の下に配置し
た反射型構造をとっているのでブラックマトリックスが
必要なく、つの絵素の開口率が高くなる。その結果 従
来の透過型振幅変調素子と比較して、空間光変調素子の
1つの絵素内の光利用効率および絵素数の利用効率の向
上を計ることができも 本発明の光情報処理装置の第2の実施例の構成を第9図
に示す。
The pattern of the target object displayed on the liquid crystal display 302 for human power display is irradiated with coherent light from the semiconductor laser 303 that is collimated by the collimator lens 304. Since it is placed in the focal plane, the image of the object to be measured is optically converted by the first lens 305.The reflective phase modulator is located in the back focal plane of the first lens 305 and on the transmission side of the beam splitter 307. A Fourier transform image is formed on element 306. At this time,
When the data written in the ROM 310 becomes an input signal and the transmittance of each picture element of the reflective phase modulation element 306 is spatially transformed, the reflective phase modulation element 306 receives the Fourier transform image power of the standard pattern\Fourier transform The light incident on the reflective phase modulation element 306 is displayed in the form of a phase computer generated hologram. A phase type computer hologram (Kinohome) stored in the ROM 310 is displayed at 306, and a Fourier transformed image obtained by optically converting the pattern of the target object displayed on the input display liquid crystal display 302 by the first lens 305, and a standard pattern. The Fourier transform image of is superimposed on the reflective phase modulation element 306.
, and reflective phase modulation element 3061; L second
A beam splitter 307 is placed on the front focal plane of the lens 308.
of the target object because it is placed through the reflective surface of the!
Even if the optical product of the two Fourier transform images of the pattern and the standard pattern is inversely Fourier transformed by the second lens 308, if the Fourier transform images of the target object pattern and the standard pattern on the reflective phase modulation element 306 match In other words, when both objects are the same object, a bright spot is generated on the back focal plane of the second lens 308. Although it is possible to realize an optical information processing device in which an optical filter based on a hologram acts as a matched filter and performs optical correlation processing, in this embodiment, a reflection type phase modulation element 306 is used as a spatial light modulation element for displaying a phase type computer generated hologram. Since phase modulation is performed not by selecting the spatial position of a group of picture elements, but by applying a voltage to the liquid crystal layer and directly controlling the refractive index of each picture element. Since it has a reflective structure in which the TFT 202 for voltage control is placed under the reflective layer 205, there is no need for a black matrix, and the aperture ratio of each pixel is increased.As a result, compared to conventional transmissive amplitude modulation elements, The configuration of a second embodiment of the optical information processing device of the present invention is shown in FIG. 9. show.

401は半導体レーザ、402は半導体レーザ401か
らの光を平行光化するコリメータレンX403は人力図
形表示媒体404は第1図に図示した構成の反射型位相
変調素子、405はビームスプリッ久 406はレンズ
、407はCCD素子、408は反射型位相変調素子4
04に表示するためのデータを記憶するROMである。
401 is a semiconductor laser, 402 is a collimator lens X403 that converts the light from the semiconductor laser 401 into parallel light, the human-powered graphic display medium 404 is a reflective phase modulation element having the configuration shown in FIG. 1, 405 is a beam splitter, and 406 is a lens. , 407 is a CCD element, 408 is a reflective phase modulation element 4
This is a ROM that stores data to be displayed on 04.

入力図形表示媒体403に表示された入力図形はコリメ
ータレンズ402を介して半導体レーザ401からのレ
ーザ光により照射される。この時、反射型位相変調素子
404にはROM408に記憶された座標変換機能等を
有する位相フィルタ!J<、第1の実施例と同様に反射
型位相変調素子404のTPTのソース・ドレイン間に
印加する信号電圧により、液晶分子の入射光軸ZZに対
する傾きが変化すも その結果 直線偏光性を有する入
射光に対して液晶層の屈折率n力<、nO〜nEまで変
化する。従って、反射型位相変調素子に入射した光法 
ダブルバスて2nd(dは液晶層の厚み)の位相変調を
受法反射型位相変調素子408に表示されも その結果
レンズ406の焦点面にG1  人力図形と位相フィル
タの光学的積のフーリエ変換像が形式され それがCC
D素子407により検出され 例えば座標変換等の光情
報処理が実行されも 本発明の第2の実施例で1よ 第1の実施例と同微 従
来の透過型振幅変調素子と比較して、空間光変調素子の
1つの絵素内の光利用効率および絵素数の利用効率の向
上を計ることができもさらにまた レンズ406による
フーリエ変換像に空間光変調素子のブラックマトリック
スのフーリエ変換像が重畳される事がなく、信号品質の
向上をも計ることもできも また 本発明の反射型位相変調素子は 公知のシュリー
レン光学系(レンズとナイフェツジから成る光学系)あ
るいC&  位相差顕微鏡で用いられる光学系と組み合
わせれば 位相を変調することで振幅変調素子としても
使用できる事は 言うまでもな(を 発明の効果 本発明の反射型位相変調素子(よ 基板上に形式された
複数個のスイッチイング素子によって液晶層へ電圧を印
加することにより、絵素ごとの液晶分子の屈折率を制御
し入射する光の位相を変調するので、絵素の利用効率の
良い位相変調を行える。
The input figure displayed on the input figure display medium 403 is irradiated with laser light from the semiconductor laser 401 via the collimator lens 402 . At this time, the reflective phase modulation element 404 is a phase filter having a coordinate conversion function etc. stored in the ROM 408! J<, as in the first embodiment, the signal voltage applied between the source and drain of the TPT of the reflective phase modulation element 404 changes the inclination of the liquid crystal molecules with respect to the incident optical axis ZZ.As a result, the linear polarization property is changed. The refractive index of the liquid crystal layer changes from nO to nE with respect to the incident light. Therefore, the light beam incident on the reflective phase modulation element
The phase modulation of 2nd (d is the thickness of the liquid crystal layer) is received by the double bus and displayed on the reflective phase modulation element 408.As a result, the Fourier transform image of the optical product of the G1 human figure and the phase filter is displayed on the focal plane of the lens 406. is formatted and it is CC
Even when optical information processing such as coordinate transformation is performed by the D element 407, the second embodiment of the present invention has the same fineness as the first embodiment. It is possible to improve the light usage efficiency within one picture element of the light modulation element and the usage efficiency of the number of picture elements.Furthermore, the Fourier transform image of the black matrix of the spatial light modulation element is superimposed on the Fourier transform image by the lens 406. Moreover, the reflective phase modulation element of the present invention is compatible with the well-known Schlieren optical system (an optical system consisting of a lens and a knife) or the optical system used in C& phase contrast microscopes. It goes without saying that when combined with a system, it can also be used as an amplitude modulation element by modulating the phase. By applying a voltage to the layer, the refractive index of liquid crystal molecules for each picture element is controlled and the phase of incident light is modulated, allowing for phase modulation with high picture element usage efficiency.

また 反射型構造であるためダブルバスで位相変調をお
こな丸 ブラックマトリックスも必要ないので光利用効
率が良(t また本発明の光情報処理装置1′L 上記の反射型位相
変調素子に位相型計算機ホログラム(キノホーム)ある
いは位相フィルタを表示し これを用いることにより液
晶を構成する絵素の利用動板及び光の利用効率の良い光
情報処理を行うことができる。さらにブラックマトリッ
クス力文 フーリエ変換像に重畳される事を防止でき、
信号品質の向上を図ることが可能となる。
In addition, since it has a reflective structure, phase modulation is performed using a double bus, and a round black matrix is not required, resulting in high light utilization efficiency. By displaying a computer-generated hologram (kinoform) or a phase filter, it is possible to perform optical information processing with high efficiency in the use of moving plates and light of the picture elements that make up the liquid crystal.Furthermore, black matrix power patterns and Fourier transform images can be performed. can be prevented from being superimposed on
It becomes possible to improve signal quality.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の一実施例における反射型位相変調素子
の構成を示す断面阻 第2図は同素子の液晶分子の配向
状態を示す@ 第3図〜第5−図は同素子の印加電圧に
よる液晶分子の配向状態と入射光の偏光方向の関係型 
第6図及び第7図は液晶分子の屈折率楕円体の説明@ 
第8図及び第9図は本発明の光情報処理装置の各実施例
の構成諷第10図は従来の光情報処理装置の構成は 第
11図は同従来例のTN型液晶デイスプレィの構成断面
は 第12図は同デイスプレィの液晶配向状態&第13
図は同デイスプレィ上に表示された計算機ホログラム像
を示す図である。 201・・・・TFT基檻 202・・・・TPT、2
03・・・・導電性!  204・・・・反射#205
・・・・第1の配向吹206・・・・透明対向電電20
7・・・・第2の配向法208・・・・液晶FL  3
01・・・・TVカメラ、302・・・・人力表示用液
晶デイスプレィ、303・・・・半導体レーザ、304
・・・・コリメータレンズ、305・・・・第1のレン
X306・・・・反射型位相変調素子、307・・・・
ビームスプリッ久 308・・・・第2のレンX309
・・・・CCD素子、310・−・−ROM、。
Figure 1 is a cross-sectional view showing the structure of a reflective phase modulation element according to an embodiment of the present invention; Figure 2 is a cross-sectional view showing the alignment state of liquid crystal molecules in the element; Relationship between the alignment state of liquid crystal molecules and the polarization direction of incident light due to voltage
Figures 6 and 7 are explanations of the refractive index ellipsoid of liquid crystal molecules @
FIGS. 8 and 9 show the configuration of each embodiment of the optical information processing device of the present invention. FIG. 10 shows the configuration of a conventional optical information processing device. FIG. Figure 12 shows the liquid crystal alignment state of the same display & Figure 13
The figure shows a computer generated hologram image displayed on the same display. 201...TFT base cage 202...TPT, 2
03... Conductivity! 204...Reflection #205
...First orientation blow 206...Transparent opposing electric wire 20
7...Second alignment method 208...Liquid crystal FL 3
01...TV camera, 302...Liquid crystal display for human power display, 303...Semiconductor laser, 304
...Collimator lens, 305...First lens X306...Reflection type phase modulation element, 307...
Beam split 308...Second lens X309
...CCD element, 310...-ROM,.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)所定間隔を隔てて配された基板及び透明基板と、
前記両基板間に配された液晶層とで構成され、前記基板
の前記液晶層側の面上には、導電性膜と、前記導電性膜
上に設けられた前記導電性膜により電流を供給される複
数個のスイッチイング素子と、前記スイッチイング素子
上に設けられた反射層と、前記反射層上に設けられた第
1の液晶配向膜が形成され、また、前記透明基板の前記
液晶層側の面上には、透明電極と、前記透明電極上に設
けられた第2の配向膜が形成され、かつ前記第1および
第2の配向膜の配向方向を略平行とし、前記スイッチン
グ素子により各絵素の屈折率を制御することを特徴とす
る反射型位相変調素子。
(1) A substrate and a transparent substrate arranged at a predetermined interval,
a liquid crystal layer disposed between the two substrates, a conductive film on the surface of the substrate on the liquid crystal layer side, and a current supplied by the conductive film provided on the conductive film. a plurality of switching elements, a reflective layer provided on the switching element, and a first liquid crystal alignment film provided on the reflective layer; A transparent electrode and a second alignment film provided on the transparent electrode are formed on the side surface, and the alignment directions of the first and second alignment films are substantially parallel, and the switching element A reflective phase modulation element characterized by controlling the refractive index of each picture element.
(2)テレビジョンカメラにより撮像された画像を表示
する空間光変調素子と、前記空間光変調素子を照射する
光源と、前記空間光変調素子の置かれた面を光源側の焦
点面とする第1のレンズと、前記第1のレンズの前記焦
点面と反対側の焦点面に配置した請求項1記載の反射型
位相変調素子と、前記第1のレンズの光源と反対側の焦
点面を光源側の焦点面とする第2のレンズと、前記第2
のレンズの光源と反対側の焦点面に配置した光電変換装
置を備え、前記反射型位相変調素子に入射する光の位相
を空間的に変調することで、位相型計算機ホログラムあ
るいは位相フィルタを表現することを特徴とする光情報
処理装置。
(2) a spatial light modulator that displays an image captured by a television camera; a light source that illuminates the spatial light modulator; and a light source whose focal plane is the surface on which the spatial light modulator is placed. 1; and a reflective phase modulation element according to claim 1, which is disposed on a focal plane opposite to the focal plane of the first lens; and a focal plane opposite to the light source of the first lens as a light source. a second lens having a side focal plane;
includes a photoelectric conversion device placed on the focal plane opposite to the light source of the lens, and expresses a phase computer hologram or a phase filter by spatially modulating the phase of light incident on the reflective phase modulation element. An optical information processing device characterized by:
(3)画像を表示する空間光変調素子と、前記空間光変
調素子と並行して配置した請求項1記載の反射型位相変
調素子と、前記空間光変調素子及び前記反射型位相変調
素子を照射する光源と、前記反射型位相変調素子の位置
を前記光源側の焦点面とするレンズと、前記レンズの光
源と反対側の焦点面に配置した光電変換装置を備え、前
記反射型位相変調素子に入射する光の位相を空間的に変
調することで、位相型計算機ホログラムあるいは位相フ
ィルタを表現することを特徴とする光情報処理装置。
(3) A spatial light modulation element that displays an image, a reflective phase modulation element according to claim 1 arranged in parallel with the spatial light modulation element, and irradiation of the spatial light modulation element and the reflective phase modulation element. a light source, a lens whose focal plane on the light source side is the position of the reflective phase modulating element, and a photoelectric conversion device disposed on the focal plane of the lens on the opposite side to the light source, An optical information processing device characterized by expressing a phase-type computer generated hologram or a phase filter by spatially modulating the phase of incident light.
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