JPH03290615A - 空間光変調装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】

この発明は、インコヒーレント光をコヒーレント光に変
換する電子管であって、コヒーレント並列光情報処理等
に使用される空間光度１装置に関する。

【従来の技′Ｉ！ＦＩ】

従来の空間光変調器は、その入出力特性を、光学像書込
み時に、電気光学結晶の結晶表面電位降下速度を変化さ
せるハードクリップモードと、変化させないノーマルモ
ードの選択により変更してたいた。 従って、従来の空間光変調装置において入出力特性（Ｔ
特性）は、ノーマルモードにおける線型（ｓｉｎ　２特
性）及びハードクリップモードにおける聞直の２種類の
γ値しか選択できなかった。

【発明が解決しようとする課題】

口のため、従来の空間光変調装置では、任意のグレース
ケールで画懺処理をすることができないという問題点が
あった。 又、ニューラルネットワークのユニットとして、空間光
変調装置を用いようとする場合に、上記のように入出力
特性の選択幅が少いために、ネットワークが安定するま
での収束時間が長くかかつてしまうという問題点があっ
た。 この発明は上記従来の問題点に鑑みてなされたものであ
って、入出力特性の任意の変更が可能であり、従って任
意のグレースケールで画像処理ができると共に、ニュー
ラルネットワークにおいて、その収束時間を短くするこ
とができるようにした空間光変調装置を提供することを
目的とする。 ［１２題を解決するための手段］ この発明は、電子像発生手段と電気光学結晶板とを備え
、その間に前記電気光学結晶板への電荷像形成を妨げな
いように２次電子捕集電極がおかれた空間光変調装置に
おいて、この空間光変調装置の求める入出力特性に応じ
て、前記２次電子捕集電極の電圧を変え、且つ該２次電
子捕集電極の電圧変化に応じて前記電気光学結晶板の背
面電圧をランプ状に変化させる電圧供給手段を設けるこ
とにより上記目的を達成するものである。

【作用及び効果】

この発明においては、空間光変調装置おける電気光学結
晶板の前面に配置された２次電子捕集電極の電圧を、空
間光変調装置の求める入出力特性に応じて変えると共に
、該２次電子捕集電極の電圧変化に応じて、電気光学結
晶板の背面電圧をランプ状に変化させるようにしたので
、ハードクリップモードにおける入出力特性を任意に変
化させることができ、従って、任意のグレースケールで
画像処理をすることができると共に、ニューラルネット
ワークに利用した場合に、その系に適した入出力関数を
設定することによって、収束時間を短縮することができ
るという優れた効果を有する。 【実施例１ 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。 第１図は本発明による空間光変調装置１０の構成と動作
を説明するための図で、１は入力像、２はレンズ、３は
光電陰極、４はマイクロチャンネルプレート、５は２次
電子捕集用メツシュ電極、６は電気光学結晶板、６Ａは
電荷蓄積面、７はハーフミラ−１８は単色光（コヒーレ
ント光〉、９は検光子、１Ａは出力像である。 図において、空間光変調装置１０の光電陰極３にレンズ
２を介して入射した入力像１は光電子像に変換される。 この光電子像はマイクロチャンネルプレート４で増倍さ
れた後、電気光学結晶板６の電荷蓄積面６Ａに電荷パタ
ーンを形成する。その電荷パターンに応じて電気光学結
晶板６を横切る電界が変化し、ポッケルス効果によって
電気光学結晶板６の屈折率が変化する。 前記２次電子捕集用メツシュ電極５には電圧ＶＣが、電
気光学結晶板６の背面には結晶背面電圧Ｖｂがそれぞれ
電圧供給手段１４から印加される。 ここで、直線偏光の単色光８を電気光学結晶板６に照射
すると、電荷蓄積面６Ａからの反射光は、電気光学結晶
板６の複屈折性により偏光状態が変化しているので、検
光子９を通過させれば、入力像１の光強度に対応した光
強度をもつ出力像１Ａが得られる。 次にこのような空間光変調装置１０について、本発明と
関連する主要な機能を説明する。 空間光度調装Ｍ１ｏは、電気光学結晶板６の表面の電荷
分布を長い時間保持する記憶機能をもっている。電気光
学結晶板６は非常に高い電気抵抗値を有しているので、
結晶表面６Ａの電荷分布を数日以上保持することができ
る。 空間光変調装置１０は電気光学結晶板６の表面に正又は
負の電荷分布を選択的に形成することができる。第２図
は電気光学結晶板６の２次電子放出特性を示すグラフで
ある。 図に示すように電荷蓄積面６Ａへ入射する１次電子エネ
ルギーＥが第１クロスオーバー点Ｅ１よりも小さいか、
又は第２クロスオーバー点Ｅ２より大きい場合には、１
次電子数が、結晶表面で放出される２次電子数よりも大
きいので〈δ〈１）、結晶表面は負に帯電する。１次電
子のエネルギーがＥｌとＥ２の間では、２次電子数が１
次電子数よりも多くなるので（δ〉１）、結晶表面は正
に帯電する。 電気光学結晶板６に電荷を蓄積する際に正の電荷で吉込
むか負の電荷で書込むかは、第１図に示すメツシュ電位
Ｖｃと結晶背面電圧Ｖｂの電圧を制御することにより実
行される。ここで最初に負の電圧を書込み、次に正に帯
電させるか、或いは最初に正に帯電させ、次に負の電荷
を書込むかの２つの方法により減算機能を持たすことが
できる。 減算の泊は次の３つの方法により制御できる。 即ち、減算時の入射光強度を変化させる方法、マイクロ
チャンネルプレート４に加える電圧の持続時間を変化さ
せる方法、及びマイクロチャンネルプレート４に加える
電圧を変化させる方法である。 書込み、消去の方法は周知であるが、第２図及び第３図
により正電荷像を例にとって説明する。 なお、２次電子捕集用メツシュ電極５に印加する電圧Ｖ
ｃは、第２図の第２クロスオーバー点Ｅ２に設定する。 結晶背面電圧Ｖｂを第２クロスオーバー点Ｅ２に相当す
る電位に設定すると、電荷蓄積面６Ａにおける結晶表面
電位Ｖｓは、電位Ｅ２に書込みによって生じた正電荷の
電位上昇分が加わった値になる。この表面電位の場合、
入射する１次電子のエネルギーはＥ２以上あるので２次
電子放出比δ〈１となり、表面電位がＥ２に達するまで
負電荷が蓄積される。電位がＥ２に達成するとδ＝１と
なって平衝状態になり、且つ表面の帯電は雲となる。 結晶背面電圧Ｖｂを第１クロスオーバー点Ｅ１と第２ク
ロスオーバー点Ｅ２との間でダイナミックレンジが十分
にとれる電圧Ｅ′に設定すると、このとき結晶表面電位
ＶｓもほぼＥ′となるから、入射する１次電子のエネル
ギーはＥｌとＥ２の間である。従って２次電子放出比δ
〉１となるから正電荷像が形成される。放出された２次
電子はＶＳよりも高い電位Ｖｃにある２次電子捕集電極
に捕集される。 次に、実時間閾値動作機能（ハードクリップ動作）につ
いて説明する。 空間光変調装置１０は、第２図に示すＶｃ及びＶｂの設
定条件により、実時間閾値動作を実行させることができ
る。メツシュ電極５は結晶表面の近傍に設けられてあり
、これを所定の電位に設定すると、結晶表面に十分な電
子が供給されている場合には結晶表面電位Ｖｓはメツシ
ュ電極５の電位となり、この電位がクロスオーバー点と
なる。 即ち、結晶表面電位ＶＳがメツシュ電極５よりも低い（
第２図ＶｂＥの場合：消去）と結晶表面から放出される
２次電子がメツシュ電極５に捕集されるため入射電子に
対して２次電子放出が増加して結晶表面の電位は上昇し
、逆に結晶表面電位Ｖｓがメツシュ電極電位Ｖｃよりも
高い（第２図Ｖｂｗの場合：書込）と入射電子が２次電
子よりも多くなって結晶表面電位が下Ｖｓがり、結局結
晶表面電位Ｖｓがメツシュ電極電位Ｖｃに等しくなった
ところで電位は一定となる。つまり、入射光間が十分あ
る場合には、メツシュ電位Ｖｃと、結晶表面電位Ｖｂは
常に同電位となる。 Ｖｃの電圧設定について、ＶｃとＶｂの相対的電圧は電
気光学結晶板６の厚さに帰因する複屈折性によるもので
あるから（即ちＶｂｗ＝Ｖｂｇの電圧とＶｃの電圧の相
対関係が電気光学結晶板６の厚さによる）、位相補償管
のようなものを用いて設定電圧を、例えばＶｃ＝１．１
　（ＫＶ）、Ｖｂ＝１．０〜２．７　（ＫＶ）（：ノー
マルモード）とすると、第３図のように電気光学結晶６
の電荷蓄積面６Ａは負電位（−０，６ＫＶ）となり電子
が到達しなくなる（ロックアウト状態）。 しかし、電圧供給手段１４により、Ｖｂをゆっくりとラ
ンプ状に下げていくと（ランプモード）、入射する光の
強度が大きくて多量の電子が供給される部分ては電子が
結晶表面に供給され、２次電子放出が大きくなって負電
位とならず、入射する光の強度が小さくて、供給される
電子の門が少ない部分では電位降下に電子の供給が追い
つかず、そのため結晶表面が負電位となって電子が結晶
表面に到達しなくなる。 従って、光電陰極３に入射する光の強度に対応して結晶
表面が負電位となって書込みが行われない部分と、結晶
表面に電子が到達し、表面が負電位とならずに書込みが
行われる部分とができ、その結果、入射する光の強度に
より閾値操作が実行されることになる。 例えば、第４図のように、結晶の背面電圧Ｖｂの降下速
度（→方向）に電気光学結晶板６の表面電圧Ｖｓの動き
（啼）が追従出来るだけの電子が供給され得るところだ
けが１込み状態となる。つまり結晶背面電圧Ｖｂの降下
速度によって書込める入力光強度（それ以上は書ける、
それに満たないものは書けない）が決定できる。 従って、本発明では、ｖａｒｉａｂｌｅγモード（可変
γモード）が、ハードクリップモードにおいてＶＣの値
を変えることによって得られることになる。 例えば、単位をＫＶとして、電圧供給装置１４により、 ■Ｖｃ＝１．１　　　　Ｖｂ＝１．　　○〜２．７■Ｖ
ｃ””０．６　　　　Ｖｂ＝０．５〜２．２■Ｖｃ＝０
．３　　　　Ｖｂ＝０．２〜１．９■Ｖｃ＝０．１　　
　　Ｖｂ＝Ｏ〜１．７のように、Ｖｃを変え、同時にＶ
ｂをランプ降下させ、且つ、その降下速度を一定に設定
すると第５図のようなＴが異なる複数の特性曲線（γが
大きい程傾きが小さい）が得られる。 ここで、第５図の特性はマイクロチャンネルプレート４
の入出力特性（第６図参照）の直線部を使っているが、
非直線部を使うと、Ｉｉｎが増えても、Ｂｏｕｔは直線
部より増えないということになり、第７図のようにγが
２よりも小さい特性も得られる（上記と同様な操作でγ
く２の領域でもＶａｒｉａｖｌｅγは得られる）。 上記のように、空間光変調装置１０の入出力持性γを可
変することにより、ハーフトーンプロセッシングが可能
になる。 即ち、任意のグレースケールでの画像処理、γを変える
画像処理、線形演算における関数変換、及び線形演算、
非線形演算が可能となる（第８図参照）。 又、ニュートラルネットワークのユニットとして、空間
光変調装置１０を利用できる。 例えば、ニュートラルネットワークにおけるニューロン
モデルとして第９図のようなものを考える。 ×はユニットｉへの入力、Ｗｋｉはユニットｋからｉへ
の結合の強さ（重み＞、Ｖ＋はユニットｉからの出力、
θは閾値、ｕｉはユニットｉがとっている状態を現わす
と、その関係は、ｕＨ＝ΣＷ　　ｋ　ｉＸ　　ｋ−θ　
ｉ　）ｙ　ｉ＝ｆ　　（Ｕ　ｉ）となる。 ユニットの入出力関数としては第１０図のようなものが
用いられる。例えば、第１０図（Ｃ）のようなロジスチ
ック関数を考えると、その傾きを変えることによってユ
ニットのメカニズムを確率的にできることが知られてい
る（例えば１３ｏ１ｔｚｍａｎ　　Ｍａｃｈｉｎｅ等）
。ホップフィールドモデルのメカニズムを確率的にした
ボルツマンマシンで考えてみると、第１１図のような確
率関数で動作させる。つまり入出力関数（Ｌｌ　　ｉと
Ｐとの関係）を温度Ｔ（変数下は温度と呼ばれる）で確
率的に決定している。 第１１図においては王が大きいほどグラフは滑かになり
ＴがＯに近ずくとグラフは閾値関数に近づく。 ホップフィールドモデルのように系の収束条件として初
期値が問題となるようなアルゴリズムでは、初期の動作
を非決定論的にしくＴ：大に相当）ランダムな動きで初
期値を特定しないような方式をとったり、極小値にトラ
ップされないように初めはランダムな状態で動かしだん
だん決定論的にする（下をだんだん小さくしていく）よ
うな方式ネットワークの安定に至るまでに第１１図のよ
うにユニット（空間光変調装置）の入出力特性の傾きを
変えていき、その系に適した入出力関数を設定すること
によって、収束時間を短くすることができる。 ここで可変γモードを使って第１１図のような入出力特
性を得るためには、第１２図に示される装置が利用され
る。これにより王を変える代わりにＶＣを変化させ、光
学モデルにおいてユニットの入出力の確率動作や入出力
関数を２次元的に実現することができる。 この図に示される構成例は、前記第１図に示される空間
光変調装置におけるレンズ２と光電陰極３との間に可変
ＮＤフィルター１２を設けると共に、前述のような条件
で、ハードクリップモードにおいてメツシュ電極５の電
圧を変え、このメッシュ電極５の電圧変化に応じて、電
気光学結晶板６の背面電圧Ｖｂをランプ状に変化させる
電圧供給手段１４を設けたものである。 前記可変ＮＤフィルター１２は、ＮＤフィルター１２Ａ
を、モータ１２Ｂによりギヤ１２Ｃを介して駆動し、こ
の時のモータ１２Ｂの回転角度をモータ回転面コントロ
ーラ１２Ｄにより調整することによって、光電陰極３に
入射する光入力強度を第１３図に示されるようにして、
入圧力特性曲線を揃える。 この場合、前記マイクロチャンネルプレート４への供給
電圧をγ値に応じて可変とするようにしても良い。 又、第１２図におけるレンズ２にカメラレンズ等を用い
、その絞りをコントロールすることによって、入力光強
度を調整するようにしてもよい。 更に又、結晶背面電圧Ｖｂの降下速度を遅くすることに
よっても、感度を高くしたのと同等の効果を得ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る空間光変調装置の基本的構成及
び作用を示すための略示断面図、第２図は、空間光変調
装置における電気光学結晶板の電荷蓄積面へ入射する１
次層子エネルギーＥと、２次電子放出比との関係を示す
線図、第３図は、空間光変調装置における消去及び書込
みの関係を示すブロック図、第４図は、同空間光変調装
置の電気光学結晶板の背面電圧のランプ降下と結晶表面
電圧の動き及び書込み関係を示す線図、第５図は、可変
γモードにおける入出力特性を示す線図、第６図は、マ
イクロチャンネルプレートの一般的な入出力特性線図、
第７図は、マイクロチャンネルプレートの入出力特性に
おける非直線部を利用して、Ｔが２よりも小さくした場
合の特性線図、第８図は、γを変えた入出力を線形及び
非線形演算に利用した場合の線図、第９図は、本発明を
ニューラルネットワークに利用する場合の、ニューロン
モデルを示す模式図、第１０図は、ニューラルネットワ
ークにおけるユニットの入出力関数を示す線図、第１１
図は、同シクモイド関数を示す線図、第１２図は、本発
明の具体的実施例を示す略示断面図、第１３図は、同寅
施例における入出力特性を示す線図である。 図面の浄書（内容に変更なし） 第１図 ３・・・光電陰極 ４・・・マイクロチャンネルプレート（ＭＣＰ）、５・
・・メツシュ電極（２次電子捕集電極）、６・・・電気
光学結晶板、 ６Ａ・・・電荷蓄積面、 １０・・・空間光変調装置、 １２・・・可変ＮＤフィルター １４・・・電圧供給手段。 ４ 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）電子像発生手段と電気光学結晶板とを備え、その
   間に前記電気光学結晶板への電荷像形成を妨げないよう
   に２次電子捕集電極がおかれた空間光変調装置において
   、この空間光変調装置の求める入出力特性に応じて、前
   記２次電子捕集電極の電圧を変え、且つ該２次電子捕集
   電極の電圧変化に応じて前記電気光学結晶板の背面電圧
   をランプ状に変化させる電圧供給手段を設けたことを特
   徴とする空間光変調装置。