JPH0561615B2

JPH0561615B2 -

Info

Publication number: JPH0561615B2
Application number: JP59064923A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Hara; Yoshiji Suzuki
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 1984-03-30
Filing date: 1984-03-30
Publication date: 1993-09-06
Also published as: JPS60207114A

Description

【発明の詳細な説明】（技術分野）本発明は画像の論理積を求める論理積演算装置
に関する。

（発明の背景）一つの画像に対する論理演算、または画像間の
論理演算は、電子計算機を用いた画像処理技術を
利用することにより可能である。

単一の画像の情報に対して論理演算、例えば否
定、をしたいときは、前記画像の情報を画素に分
解して、各画素に対して論理演算、例えば否定の
演算等、を施すことにより、画像に対する論理演
算を施すことができる。

また２つの画像間の論理演算を施したいとき
は、例えば論理和を求めたいときは、同様に各画
像を画素に分解して、対応する画素同志での論理
和を求めて画像を再構成をすれば、画像間の論理
演算の結果を求めることができる。

このような演算を行うために、通常テレビジヨ
ン撮像装置と、画像情報を画素単位で蓄積するフ
レームメモリ、演算結果を同様に画素単位で蓄積
するフレームメモリ、論理演算のための演算回路
が必要となる。

このような演算過程によると、多くの直列処理
が含まれるので、画素が多くなるに従つて大形の
演算処理装置が必要となる。

（発明の目的）本発明の目的は、前述のような画像処理技術と
は全く異なる新規な構成の画像の論理積を求める
論理積演算装置を提供することにある。

（発明の構成）前記目的を達成するために本発明による画像の
論理積を求める論理積演算装置は、光電面と、第
１の面が前記光電面に対向し且つその第１の面の
背面側である第２の面に透明電極が設けられた電
気光学結晶（例えば、LiNbO₃の55°カツトの結
晶）と、前記光電面と前記電気光学結晶の前記第
１の面との間に設けられた網目状電極とを有する
空間光変調管と、前記空間光変調管と外から前記
電気光学結晶の第２の面ないし第１の面側に直線
偏光したレーザ光を照射するレーザ光源装置と、
前記空間光変調管の前記光電面と前記網目状電極
と前記透明電極とに夫々所定の動作電圧を供給す
る電圧発生回路と、第１と処理段階で演算対象で
ある第１の二次元画像を、第２の処理段階で演算
対象である第２の二次元画像を、第３の処理段階
で二次元的に一様な輝度の光を、前記空間光変調
管の前記光電面に照射させる光学装置と、前記レ
ーザ光源装置から照射されて前記電気光学結晶の
前記第１の面で反射されたレーザ光を透過するこ
とによつて、該透過した光の二次元光学像を前記
第１の二次元画像と前記第２の二次元画像との論
理積演算結果とする偏光子とを具備し、前記第１
の処理段階の際には、前記電圧発生回路は、前記
網目状電極と前記透明電極間の電圧を半波長電圧
の略半分の電圧に設定する動作電圧を印加した状
態にして、前記光電面に所定電圧の書込み用の動
作電圧を印加することにより、前記第１の二次元
画像に対応する第１の電荷像を前記電気光学結晶
の第１の面に形成させ、前記第２の処理段階の際
には、前記電圧発生回路は、前記第１の画像に対
応する前記第１の電荷像を前記第１の面に保持さ
せたままの状態で、前記網目状電極と前記透明電
極間の電圧を半波長電圧の略半分の電圧に設定す
る動作電圧を印加した状態にして、前記光電面に
所定電圧の書込み用の動作電圧を印加して、前記
第２の二次元画像に対応する第２の電荷像を上記
第１の電荷像に重ね合わせて形成させることによ
つて、上記第１の画像と第２の画像との重複する
重複部分に対応する前記第１の面上での重複電荷
像部分と、上記第１の画像と第２の画像が重複し
ない非重複部分に対応する前記第１の面上での非
重複電荷像部分との相互間での電荷量の差を生じ
させ、第３の処理段階の際には、前記電圧発生回
路は、前記一様な輝度の光が入射するのに応じて
前記光電面で生じる電子によつては、前記第１の
面上の前記重複電荷像部分の電荷が変化せず、前
記第１の面上の前記非重複電荷像部分の電荷が消
滅するような所定電圧関係の動作電圧を、前記光
電面と前記網目状電極と前記透明電極の夫々に供
給することによつて、前記重複電荷像部分と前記
非重複電荷像部分との相互間での電荷量の差に応
じた屈折率の変化を前記電気光学結晶に生じさせ
る構成とした。

そして、この構成によれば、前記レーザー光源
装置でレーザ光を前記電気光学結晶に照射する
と、レーザ光が電気光学結晶の前記屈折率の違い
に応じて屈折され且つ反射されるので、前記偏光
子を透過した光から前記第１の画像と前記第２と
画像との画像間の論理積演算結果を得ることがで
きる。

（実施例）以下、本発明の一実施例を図面と共に説明す
る。尚、第１図及び第２図は、本発明による画像
の論理積を求める論理積演算装置の基本構成及び
原理を説明するための説明図、第３図ないし第５
図は、第１図の基本構成を適用した論理積演算装
置のより具体的な実施例の構成及び動作を説明す
るための説明図である。

まず、第１図に基づいてかかる論理積演算装置
の基本構成を説明する。第１図において、インコ
ヒーレントな光を発する光源１の後方に、論理演
算されるべき画像Ｉのパターンを有する媒体が画
像配置台２２に支持されて配置され、更に画像Ｉ
を透過してきたインコヒーレント光による二次元
光学像がレンズ２を介して空間光変調管３の入射
窓に照射されるようになつている。

尚、画像Ｉのパターンを有する上記の媒体は、
例えば、銀塩ネガフイルムや液晶シヤツタ等のよ
うに、光を透過する部分と光を透過しない部分と
を有することによつて画像Ｉを生じさせる周知の
媒体を適用することができる。

一方、空間光変調管３の後方には、ハーフミラ
ー９を介してレーザ光源装置が配置されると共
に、偏光子１０及び再生画像面２０が配置されて
いる。

上記の空間光変調管３は、真空容器３４の真空
室内に配置された網目状電極３２と、網目状電極
３２の更に後方に配置されたLiNbO₃の55°カツト
の結晶を用いた電気光学結晶３３を具備し、更
に、網目状電極３２の前方の入射窓の内側面に光
電面３１が形成されると共に、電気光学結晶３３
の背面（第２の面）に透明電極３３ｂが接触形成
されている。即ち、光電面３１と網目状電極３２
と電気光学結晶３３の前端面（第１の面）３３ａ
及び上記透明電極３３ｂは、画像Ｉによる二次元
光学像の入射方向に対向するように順に配置され
ている。

尚、上記のLiNbO₃の55°カツトの結晶を用いた
電気光学結晶３３とは、LiNboOのＸ結晶軸を基
準にしてＺ結晶軸に対して55°の傾斜した面で平
板状にカツトし、Ｘ結晶軸を光学軸ｘ、そのカツ
ト面におけるＸ結晶軸と直交する方向を光学軸
y′として、カツト面が光電面３１に対向するよう
にして配置される。

また、光電面３１に電気的に接続される外部端
子３１ｃと、網目状電極３２に電気的に接続され
る外部端子３２ｃと、透明電極３３ｂに電気的に
接続される外部端子３３ｃのそれぞれに、動作電
圧Va，Vb，Vcが印加される。尚、これらの電
圧関係は、Va＜Vb及びVa＜Vcに設定され、図
中には、動作電圧Vaをアース電位とした場合が
示されている。

次に、空間光変調管３の後方にハーフミラー９
を介して配置されるレーザ光源装置の構成を説明
すると、このレーザ光源装置は、レーザ光を発す
るレーザ発振器４と、このレーザ光を透過する際
に結晶のｘ軸（またはy′軸）から45°の方向の直
線偏光に変換する偏光子５と、かかる直線偏光さ
れたレーザ光を拡大するレンズ６と、レンズ６を
通過してきたレーザ光のうち不要な回折光成分を
除去するピンホール７と、ピンホール７を通過し
たレーザ光を平行光に変換するコリメーテイング
レンズ８を具備し、これらの構成要素は、レーザ
発振器４から出力される上記のレーザ光の放射光
軸に沿つて配置されている。そして、コリメーテ
イングレンズ８を通して出力されたレーザ光がハ
ーフミラー９によつて分岐され、その一部レーザ
光が透明電極３３ｂを介して電気光学結晶３３の
背面へ入射されるようになつている。

また、詳細については後述するが、電気光学結
晶３３で反射される光がハーフミラー９を介して
偏光子１０に入力し、その偏光子１０を通過する
際に特定の偏波方向成分のみが取り出されて再生
像面２０に達し、再生像面２０に論理積演算結果
に相当する画像が形成されるようになつている。

次に、かかる論理演算装置による論理積演算の
原理を説明する。尚、この論理演算装置は、レン
ズ２を介して入射される画像Ｉの二次元光学像を
空間光変調管３内の光電面３１で光電変換すると
共に電気光学結晶３３に電荷分布として帯電させ
る書込機能と、電気光学結晶３３の固有の特性を
利用して論理積演算を実現する検算機能と、この
演算結果を光学的に読出して再生像面２０に画像
として出力する読出機能とに分けることができる
ので、説明の便宜上、各機能毎に順次に説明する
こととする。又、任意の第１の画像I_Pと第２の画
像I_Qについて論理積演算するものとする。

まず、上記書込機能の原理を説明する。

この書込み時にはレーザ発振器４のレーザ光を
空間光変調管３へ入射させず、更に、外部端子３
１ｃ，３２ｃ，３３ｃに印加すべき動作電圧Va，
Vb，Vcを、所定の電圧関係Va＜Vb＜Vcに設定
した状態にする（以下、この所定電圧関係を第１
処理電圧という）。

この条件下で、第１の画像I_Pを有する媒体を画
像配置台２２に設置して、光源１の光が画像I_Pを
透過することにより生じる二次元光学像I_P′を、
入射窓を介して光電面３１に入射させる。この結
果、光電面３１からは、二次元光学像I_P′の輝度
分布に対応する二次元分布の電子が放出されて加
速され、更にこの電子は網目状電極３２を通つて
電気光学結晶３３の第１の面３３ａに達するの
で、第１の面３３ａには、、画像I_Pに対応する分
布の負電荷（以下、第１の負電荷像I_P″という）
が蓄積される。

次に、第２の画像I_Qを有する媒体に変更し、更
に、かかる第１の負電荷像I_P″を第１の面３３ａ
に蓄積させたままで、動作電圧Va，Vb，Vcを
他の所定電圧関係Va＜Vb＜Vcに設定する（以
下、この他の所定電圧関係を第２処理電圧とい
う）。

即ち、光源１の光が画像I_Qを透過することによ
り生じる二次元光学像I_Q′を、入射窓を介して光
電面３１に入射させる。この結果、光電面３１か
らは二次元光学像I_Q′の輝度分布に対応する二次
元分布の電子が放出され、更にこの電子は網目状
電極３２を通つて電気光学結晶３３の第１の面３
３ａに達するので、上記第１の負電荷像I_P″に、
画像I_Qに対応する分布の負電荷（以下、第２の負
電荷像I_Q″という）が重畳加算されることとなる。

このように、論理積演算すべき画像I_P，I_Qの二
次元情報を負電荷像I_P″、I_Q″に変換し且つこれら
の重畳加算された電荷像（I_P″＋I_Q″）として第１
の面３３ａに蓄積することにより、書込機能を実
現する。

したがつて、この書込み処理を行うと、電荷像
（I_P″＋I_Q″）の内、第１の画像I_Pと第２の画像I_Qと
が完全に一致する部分に対応する箇所PQ_AND（換
言すれば、重畳電荷像部分PQ_AND）の負電荷量
σ_ANDが最も多くなり、画像I_PとI_Qとが完全に一致
する部分を除く残余の画像部分に対応する箇所
PQ_ORの負電荷量σ_ORがそれより少なくなり（σ_OR＜
σ_AND）、更に、画像I_PとI_Qが完全に不一致となる部
分（背景部分）に対応する箇所PQ_BACKには負電
荷がほとんど蓄積されない状態となる。よつて、
箇所PQ_ORとPQ_BACKを重畳電荷像部分PQ_ANDに対し
て非重畳電荷像部分と定義すれば、重畳電荷像部
分の負電荷量が非重畳電荷像部のそれよりも多く
なり、相互の電荷量に差が生じる。

尚、上記の第１処理電圧と第２処理電圧は、第
１の面３３ａに蓄積される電荷像（I_P″＋I_Q″）に
起因する電位と透明電極３３ｂの電位との電位差
間に生じる電界による電気光学結晶３３の屈折率
の変化を考慮して決定されるが、この決定原理
は、読出機能の説明と併せて述べると共に、第３
図に示す具体的な実施例で説明する。

次に、論理積演算機能を説明する。

この論理積演算の時にもレーザ発振器４のレー
ザ光を空間光変調管３へ入射させない。、そして、
この状態下で、外部端子３１ｃ，３２ｃ，３３ｃ
に印加すべき動作電圧Va，Vb，Vcを、更に他
の所定電圧関係Va＜Vb及びVa＜Vcに設定した
状態にする（以下、この更に他の所定電圧関係を
第３処理電圧という）。

そして、光源１からの一様な輝度のインコヒー
レント光を光電面３１に入射させる。即ち、上記
の例で言えば、第１の面３３ａに電荷像（I_P″＋
I_Q″）が蓄積されたままの状態にしておいて、画
像を有する媒体を画像配置台２２から取除くなど
して光源１からの光を光電面３１に入射させる。

ここで、上記第３処理電圧は、次に述べる電気
光学結晶３３の結晶材料固有の特性である二次電
子放出特性を利用して論理積演算を実現させる電
圧関係に設定される。

まず、電気光学結晶３３の二次電子放出特性を
説明する。尚、最初に、二次電子放出特性の一般
的原理を説明した後、この二次電子放出特性を利
用する本発明の論理積演算の原理を説明する。

まず、二次電子放出特性の一般的原理を説明す
る。この二次電子放出特性とは、電気光学結晶３
３の第１の面３３ａに入射する入射電子の電子エ
ネルギーE_INに応じて、第１の面３３ａに入射電
子が蓄積されたり、第１の面３３ａに存在する電
子が放出されて第１の面３３ａの電子数が減少す
る特性をいう。そして、入射電子の数e_iに対する
放出電子の数e_rの比δ（＝e_r／e_i）を二次電子放出
比という。

即ち、光電面３１から電気光学結晶３３の第１
の面３３ａへ放出される入射電子の入射電子エネ
ルギーE_INが、特定エネルギーE₁未満のとき（E_IN
＜E₁）には、二次電子放出比δが１未満（δ＜
１）となり、この結果、時間経過に伴つて第１の
面３３ａの負電荷量が増加する。また、入射電子
エネルギーE_INが特定エネルギーE₁と等しいとき
（E_IN＝E₁）には、二次電子放出比δが１（δ＝１）
となり、この結果、第１の面３３ａの負電荷量が
増減変化しない。また、入射電子エネルギーE_IN
が特定エネルギーE₁と他の特定エネルギーE₂（但
し、E₁＜E₂の関係にある）の間にある場合（E₁
＜E_IN＜E₂）には、二次電子放出比δが１を越え
る値（δ＞１）となり、この結果、時間経過に伴
つて第１の面３３ａの負電荷量が減少する。更
に、入射電子エネルギーE_INが特定エネルギーE₂
と等しいとき（E_IN＝E₂）には二次電子放出比δ
が１（δ＝１）となり、この結果、第１の面３３
ａの負電荷量が増減変化しない。更に、入射電子
エネルギーE_INが特定エネルギーE₂を越える場合
（E_IN＞E₂）には、二次電子放出比δが再び１未満
（δ＜１）となり、この結果、時間経過に伴つて
第１の面３３ａの負電荷量が減少する。

そして、当然のことであるが、この入射電子エ
ネルギーE_INは、透明電極３３に印加される電圧
Vc及び第１の面３３ａに蓄積される負電荷量と
に起因する第１の面３３ａの電位と、網目状電極
３２に印加される電圧Vbと、光電面３１に印加
される電圧Vaとによつて決まる加速電圧V_Eに基
づいて確定する。

したがつて、δ＜１且つE_IN＜E₁の条件（以下、
第１条件という）において第１の面３３ａに電子
が入射されて、時間経過と共に第１の面３３ａの
負電荷量が増加していくと、逆に加速電圧V_Eは
低下していくこととなり、最終的にこの加速電圧
V_Eが０ボルトになつた時点で、第１の面３３ａ
の負電荷量の増加が停止して均衡状態になる。

又、δ＜１且つE₁＜E_IN＜E₂の条件（以下、第
２条件という）において第１の面３３ａに電子が
入射されて、時間経過と共に第１の面３３ａの負
電荷量が減少していくと、逆に加速電圧V_Eは上
昇していくこととなり、益々負電荷量が減少して
いく。しかし、この加速電圧V_Eに対応する入射
電子の電子エネルギーE_INが特定エネルギーE₂に
達すると、δ＝１且つE_IN＝E₂の条件を満足する
状態になるので、これ以上の負電荷量の減少が止
まり均衡状態となる。

又、δ＜１且つE₁＜E_INの条件（以下、第３条
件という）において第１の面３３ａに電子が入射
されて、時間経過と共に第１の面３３ａの負電荷
量が増加していくと、逆に加速電圧V_Eが低下し
ていき、最終的に加速電圧V_Eに対応する入射電
子の電子エネルギーE_INが特定エネルギーE₂に達
すると、δ＝１且つE_IN＝E₂の条件を満足する状
態になるので、これ以上の負電荷量の減少が止ま
り均衡状態となる。

次に、この二次電子放出特性を利用した論理積
演算の原理を説明する。

尚、上述した画像I_PとI_Qの書込み処理によつ
て、電気光学結晶３３の第１の面３３ａに重畳加
算された電荷像（I_P″＋I_Q″）が蓄積されている状
態で、動作電圧Va，Vb，Vcを第３処理電圧に
設定して、光源１からの一様な輝度のインコヒー
レント光を光電面３１に入射させるものとして説
明する。

即ち、上述したように、電荷像（I_P″＋I_Q″）の
内、第１の画像I_Pと第２の画像I_Qとが完全に一致
する部分に対応する箇所PQ_ANDの負電荷量が
σ_AND、画像I_PとI_Qとが完全に一致する部分を除く
残余の画像部分に対応する箇所PQ_ORの負電荷量
がσ_OR（σ_OR＜σ_AND）、更に、画像I_PとI_Qが完全に不
一
致となる部分（背景部分）に対応する箇所
PQ_BACKには極めて僅かの負電荷量σ_BACKが蓄積さ
れた状態で、光源１からの一様輝度のインコヒー
レント光を光電面３１に入射させるものとする。

まず、インコヒーレント光の入射に応じて光電
面３１から電子が放出される当初においては、光
電面３１から放出される入射電子のうち、箇所
PQ_ANDに向けて入射する電子の電子エネルギー
E_INANDが、上記第１条件、即ちδ＜１且つE_INAND
＜E₁の範囲となり、一方、箇所PQ_ORに向けて入
射する電子の電子エネルギーE_INORが、上記第２
条件若しくは第３の条件即ち、δ＞１且つE₁＜
E_INOR＜E₂、若しくはδ＜１且つE₂＜E_INORの範囲
となり、更に又、箇所PQ_BACKに向けて入射する
電子の電子エネルギーE_INBACKが、上記第２条件
若しくは第３の条件即ち、δ＞１且つE₁＜
E_INBACK＜E₂、若しくはδ＜１且つE₂＜E_INBACKの
範囲となるように、動作電圧V₃₁，V₃₂，V₃₃の第
３処理電圧を予め設定する。

つまり、箇所PQ_ANDとPQ_ORとPQ_BACKの夫々の電
位は、夫々に蓄積されている負電荷量σ_ANDとσ_OR
とσ_BACKによつて決まるので、動作電圧Va，Vb，
Vcを制御することによつて、上記の特定エネル
ギーE₁，E₂を基準とした電子エネルギーの関係
が得られるような箇所PQ_ANDとPQ_ORとPQ_BACKの
夫々における加速度電圧を設定するのである。

そして、かかる第３処理電圧の下で、光電面３
１から第１の面３３ａに電子が入射されると、上
記第１条件下にある箇所PQ_ANDでは二次電子放出
比δ＜１であるので、時間経過に伴つて負電荷量
がσ_ANDから増加していき、最終的に加速電圧が０
ボルトとなるときの負電荷量σ_AND ^*に均衡する。

一方、上記第２条件若しくは第３条件下にある
箇所PQ_ORの負電荷量は、もし仮に当初第２条件
に設定されていれば、δ＞１の関係に基づき、
σ_ORから時間経過に伴つて減少していき、最終的
にE_INOR＝E₂の均衡状態における負電荷量σ_OR ^*と
なつて均衡し、もし仮に当初第３条件に設定され
ていれば、δ＜１の関係に基づき、σ_ORから時間
経過に伴つて減少していき、最終的にE_INOR＝E₂
の均衡状態における負電荷量σ_OR ^*となつて均衡す
る。したがつて、当初第２条件と第３条件のいず
れの状態にあつても、箇所PQ_ORの最終の負電荷
量はσ_OR ^*となる。

更に、上記第２条件若しくは第３条件下にある
箇所PQ_BACKの負電荷量は、もし仮に当初第２条
件に設定されていれば、δ＞１の関係に基づき、
σ_ORから時間経過に伴つて減少していき、最終的
にE_INOR＝E₂の均衡状態における負電荷量σ_BACKOR ^*
となつて均衡し（即ち、σ_BACK ^*＝σ_OR ^*となる）、
もし仮に当初第３条件に設定されていれば、δ＜
１の関係に基づき、σ_BACKから時間経過に伴つて
減少していき、最終的にE_INOR＝E₂の均衡状態に
おける負電荷量σ_BACK ^*となつて均衡する（即ち、
σ_BACK ^*＝σ_OR ^*となる）。したがつて、当初第２条
件と第３条件のいずれの状態にあつても、箇所
PQ_BACKの最終の負電荷量はσ_BACK ^*となり、更に、
この負電荷量σ_BACK ^*は、箇所PQ_ORの負電荷量σ_OR ^*
とも等しくなる。

かかる論理積演算の原理説明から明らかなよう
に、電気光学結晶３３の二次電子放出特性を利用
することによつて、論理積結果に相当する箇所
PQ_ANDと残余の箇所PQ_OR、PQ_BACKが、２種類の負
電荷量σ_AND ^*とσ_OR ^*（＝σ_BACK ^*）によつて区別され
ることとなり、論理積演算機能が発揮される。

そして、この負電荷量σ_AND ^*とσ_OR ^*（＝σ_BACK ^*）
に起因して電気光学結晶３３内に発生する屈折率
の変化を、透明電極３３ｂ側から入射されるレー
ザ発振器４からのレーザ光で読取り、再生像面２
０に箇所PQ_ANDに対応する像を形成することによ
つて、光学的に論理積演算結果を出力する。

次に、かかる読取機能の原理を説明する。

LiNbO₃の電気光学結晶３３の表面電荷（第１
の面３３ａに帯電する電荷）によつて、結晶の厚
み方向Z′にかかる電界Ｅが変化し、結晶のｘ方
向、y′方向の屈折率が次式(1)(2)にしたがつて変化
する。

nx＝nx₀−rx・Ｅ ……(1) ny′＝ny′₀−ry′・Ｅ ……(2) ここで、 nx₀、ny′₀：電荷の存在しない時のｘ方向、y′方
向の屈折率Ｅ：表面電荷の存在により結晶内に生ずる電界 rx、ry′：電気光学定数である。

結晶のｘ、y′方向の夫々の屈折率が異なるの
で、透明電極３３ｂを介して電気光学結晶３３に
入射されるレーザ光が結晶表面で反射して戻つて
くるときの出力光のｘ方向成分とy′方向成分に
は、次式(3)で示される位相差Γが生じ、一般には
楕円偏光となつて出力される。

Γ＝（2π／λ）・（El）・２（ry′−rx） ……(3) ここで、 λ：レーザ発振器４の出力する光の波長ｌ：電気光学結晶３３の厚さである。

そして、この出力光は、ハーフミラー９を介し
て偏光子１０を通過するときに一つの偏波方向成
分だけが選択されて、再生像面２０に達する。よ
つて、第１の面３３ａの各箇所PQ_ANDとPQ_OR及び
PQ_BACKにおける負電荷量σ_ANDとσ_OR（σ_BACK）に起因
して変調されたコヒーレント光像が再生像面２０
に形成され、この光像は、画像I_PとI_Qの論理積演
算結果となる。

更に、第２図に基づいて、この光像の二次元輝
度分布について詳述する。電気光学結晶３３から
出力される出力光の光強度I₀は、次式(4)で与えら
れる。

I₀＝Asin²Γ／２＝Asin²｛（π／２）・（Ｖ／Vπ）｝ ……(4) ここで、Ｖ：第１の面３３ａに蓄積された表面電荷をσと
した場合に、面３３ａにおける電荷σに等価な
電圧 Vπ：光強度I₀が最大となるときの表面電荷がσπ
であるとき、この表面電荷σπに等価な電圧で
あり、半波長電圧というである。

そして、上記式(4)は第２図に示すような特性曲
線で示される。

この第２図から明らかなように、電気光学結晶
３３の第１の面３３ａの表面電荷σが変化する
と、結晶３３に生じる電界Ｅが変化して屈折率が
変化するので、出力光の光強度I₀が変化する。

更に、第２図から次のことが理解できる。

電気光学結晶３３の表面電荷σが−σπのとき
（図中、ｂの状態）及び表面電荷σがσπのとき
（図中、ｃの状態）では、レーザ光源装置からの
レーザ光がハーフミラー９を介して電気光学結晶
３３に入射されて第１の面３３ａで反射された出
力光が、ハーフミラー９で反射され更に偏光子１
０を通過したときには最大の光強度I₀＝Ａとな
る。電気光学結晶３３の表面電荷σが０、例えば
書込み時に電子の入射がなかつた場合（図中、ａ
の状態）では、光強度I₀＝０となる。更に、表面
電荷σが−σπ／２のとき（図中、ｄの状態）及
び表面電荷σがσπ／２のとき（図中、ｅの状態）
では、透過してくる出力光は、光強度I₀＝Ａ／２
となり、最大強度の２分の１となる。

更に、一般的に言つて、網目状電極３２と電気
光学結晶３３間に前記半波長電圧Vπの奇数倍ｋ
の電圧ｋ・Vπを印加し且つ光電面３１の電圧
（書込み電圧）を低くした状態で、電気光学結晶
３３に十分な光電子が飛来すると、その電気光学
結晶３３の飛来部分には、−σπまたはσπの奇数倍
ｋの電荷σが蓄積される。

又、網目状電極３２と電気光学結晶３３間に前
記半波長電圧Vπの偶数倍ｍの電圧ｍ・Vπを印加
し且つ光電面３１の電圧（書込み電圧）を低くし
た状態で、電気光学結晶３３に十分な光電子が飛
来すると、その電気光学結晶３３の飛来部分に
は、−σπまたはσπの偶数倍ｍの電荷σが蓄積され
る。

したがつて、ここで注目すべき点は、前記の論
理積演算の処理が完了した時点において、電気光
学結晶３３の第１の面３３ａの箇所（論理積結果
が現れる箇所）PQ_ANDの表面電荷σ_AND ^*が、半波
長電圧Vπの奇数倍ｋの電圧ｋ・Vπに対応する電
荷σ（σ＝−ｋ・σπまはσ＝ｋ・σπ）となり、更
に、残余の箇所（論理積による排除結果が現れる
箇所）PQ_OR、PQ_BACKの表面電荷σ_OR ^*が、半波長
電圧Vπの偶数倍ｍの電圧ｋ・Vπに対応する電荷
σ（σ＝−ｍ・σπまたはσ＝ｍ・σπ）となつてい
れば、レーザ光源装置からのレーザ光で読取り処
理を行うことにより、最もコントラストの高い論
理積演算結果の像が再生像面２０に形成される。

したがつて、電気光学結晶３３の前記二次電子
放出特性を利用した論理積演算を行う際に、前記
式(4)及び第２図に示される特性を考慮して、動作
電圧Va，Vb，Vc（第１図参照）の第３処理電圧
を設計することが望ましい。

尚、この第３処理電圧の具体例については、第
３図以降の具体的な実施例において示す。

次に、以上に説明した論理積演算の原理を適用
した具体的な実施例を、第３図ないし第５図と共
に説明する。

まず、第３図に基づいてこの実施例の構成を説
明する。尚、空間光変調管３およびレーザ光源装
置の構成は第１図を参照して説明した部分と同じ
である。

空間光変調管３の各部の外部電極３１ｃ，３２
ｃ，３３ｃに印加する動作電圧Va，Vb，Vcは、
電圧発生回路１１から供給される。

即ち、電圧発生回路１１の接続端子ａは画像書
込み電圧Vaを発生し、書込み禁止状態のとき通
常は電圧Va＝＋3kV、書込み状態のときは電圧
Va＝0Vとなり、この電圧Vaが光電面３１に印
加される。網目状電極３２には、電圧発生回路１
１の接続端子ｂからの動作電圧Vbが印加される。
又、電気光学結晶３３の第２の面（後端面）に接
触している透明電極３３ｂには、電圧発生回路１
１の接触端子ｃからの動作電圧Vcが印加される。

尚、通常は、これらの動作電圧Va，Vb，Vc
は全て、0V以上の正の電圧である。

そして、Vb＜Vcのときには、電気光学結晶３
３の第１の面３３ａに負電荷による書込み処理が
行われ、逆に、Vb＞Vcのときには正電荷による
書込み処理が行われる。

この実施例において前述した半波長電圧Vπは、
1.0kvである。

論理積演算が成される画像Ｉは、第３図の画像
配置台２２に支持されると共に、光源１からのイ
ンコヒーレント光がハーフミラー１６を介して照
射される。よつて、画像Ｉの二次元光学像はハー
フミラー１７、レンズ２を介して空間光変調管３
の光電面３１に結像される。

インコヒーレント光源１、ハーフミラー１６、
全反射鏡１４、シヤツタ１３、全反射鏡１５およ
びハーフミラー１７は、空間光変調管３の光電面
３１を均一に照射するための照射光学系を形成し
ている。

シヤツタ１３は、シヤツタ駆動回路１８により
開閉制御される。よつて、シヤツタ１３が閉じる
ときには、画像配置台２２に支持されている画像
Ｉの二次元光学像が光電面３１に照射され、一
方、シヤツタ１３が開くときは、画像配置台２２
に画像Ｉが支持されていても、光源１からのイン
コヒーレント光が光電面３１の全面にほぼ均一に
照射される。

次に、第４図Ａに示す画像IAと同図Ｂに示す
画像IB間の論理積を求める例について詳述する。
尚、各画像IA，IBにおいて斜線の施されている
部分I_A3，I_B3は、光を透過しない背景部を形成し
ており、空白部分（演算されるべき像の部分）
I_A1，I_A2とI_B1，_B2は光を透過する部分を形成してい
るものとする。

更に、この論理積演算を明確に説明するため
に、画像IAの像部分がI_A1とI_A2、同様に画像IBの
像部分がI_B1とI_B2の夫々２つの部分から構成され
ているものとし、像部分I_A2と像部分I_B1が空間的
に重なり合う部分であるものとする。

次に、処理手順にしたがつて動作を説明する。

〔第１の画像IAの書込み処理〕まず、画像IAを画像配置台２２に支持すると
共に、シヤツタ１３を閉状態にする。

更に、動作電圧Va，Vb，Vcを次の条件に設
定する。

即ち、空間光変調管３の網目状電極３２に電圧
制御回路１１の(b)端子から電圧Vb＝2KVを印加
する。尚、この実施例では、電圧Vbを基準の電
圧にして、他の動作電圧VaとVcを設定するよう
にしている。よつて、以下、Vb＝Vcontとして
説明するものとする。

更に、電圧制御回路１１の(c)端子から電気光学
結晶３３の後端面に電圧Vc＝Vcont＋Vπ／２＝
2.5KVを印加する。つまり、結晶の後端面の電圧
を網目状電極３２の電圧Vcontよりも0.5KV高い
電圧にする。

そして、電圧制御回路１１の(a)端子から書込み
電圧Va＝0Vを印加することにより画像IAの電荷
像を電気光学結晶３３の第１の面３３ａに蓄積さ
せる。

この結果、Vb−Vc＝−Vπ／２＜０であるか
ら電気光学結晶３３の第１の面３３ａの像部分
（I_A1とI_A2に対応）に負電荷−σπ／２（第２図のレ
ベルｄを与える電荷）が蓄積される。

IA₃に対応する部分の電荷は０（第２図のレベ
ルａを与える０電荷）となる。

この表面電荷の分布状態は、第５図Ｉに略図的
に示すようになる。

〔第２の画像の書き込み〕次に、画像IAに代えて画像IBを画像配置台２
２に支持する。

更に、動作電圧Va，Vb，Vcを次の条件に設
定する。即ち、空間光変調管３の網目状電極３２
に電圧制御回路１１の(b)端子から前記と同じ電圧
Vb（＝Vcont）＝2KVを印加した状態で、電圧制
御回路１１の(c)端子から結晶背面に電圧Vc＝
Vcont＋Vπ＝3KVを印加する。したがつて、結
晶の後端面の電圧を網目状電極３２の電圧Vcont
よりも1.0KV高い電圧にする。

そして、電圧制御回路１１の(a)端子から書込み
電圧Va＝0Vを印加して、電気光学結晶３３の第
１の面３３ａに画像IBの電荷像を重ねる。

このとき、書込み電圧Vaを印加する時間、ま
たは画像IBの光電面３１への露光時間を制御し
て、像I_B2の部分の電荷が−σπ／２（第２図のレベ
ルｄを与える電荷）になつたときに書込みを中止
する。このとき像I_B2の部分の電荷は−σπになる。
この状態を第５図に略図的に示してある。

〔論理積演算処理〕

光源１を消灯または、電圧Vaを高電圧にする
ことにより光電面３１の電子放出を停止する。

次に電圧制御回路１１の(c)端子から結晶背面に
印加させる電圧VcをVc＝Vcont＝1KVに低下さ
せる。

その結果、結晶の表面のレベルａであつた部分
（電荷０の部分）の電圧は1KV、レベルｄの部分
（I_A1とI_B2の部分）は0.5KV、レベルｂの部分（I_A2
とI_B1の部分）は0KVとなる。

ここで電圧制御回路１１の(b)端子からの電圧も
Vb＝1KV設定して、シヤツタ駆動回路１８を駆
動して、シヤツタ１３を開放して空間光変調管３
の光電面３１を一様に照射し、電圧制御回路１１
の(a)端子から光電面に書込み電圧Va＝０を供給
する。この結果、レベルａの部分とレベルｄの部
分とレベルｂの部分の夫々電位に対応する加速電
圧にしたがつて、電子が入射する。

よつて、電気光学結晶３３の第１の面３３ａの
レベルａであつた部分（電荷０の部分）の電圧は
1KVで網目状電極３２の電圧と同じであるから
電荷の変動は発生しない。

一方、結晶の表面のレベルｄであつた部分（電
荷−σπ／２）は、その部分の電荷が０になるま
で、前記の二次電子放出が行われて、最終的に網
目状電極３２の電圧と等しくなる。

更に、結晶の表面のレベルｂであつた部分（電
荷−σπの部分）の電圧は0Vで、光電面３１の電
圧と等しい電圧であり、且つこのレベルｂの電圧
は、網目状電極３２の電圧よりも低くなるので、
この部分には電子が到達できないから、この部分
の電荷は保存される。そして、最終的に第１の面
３３ａの表面電荷の分布は、第５図（）に示す
ように、−σπだけになる。

このようにして画像IAとIBの重なり合う部分、
即ちI_A2とI_B1の部分に対応する表面電荷−σπのみ
が蓄積されたことになり、画像IAとIB間の論理
積が求められたことになる。

そして、電気光学結晶３３には、表面電荷−
σπに対応する電界による屈折率の部分と、表面
電荷０に対応する屈折率の部分とが発生し、第２
図に示したように、読取り処理においてレーザ光
を入射させたときの反射光の光強度I₀が部分々々
で異なるようになる。

〔読取り処理〕

レーザ発振器４を起動させてレーザ光を電気光
学結晶３３の背面側から入射させる。電気光学結
晶２２は、上記したように、論理積結果に相当す
る部分の屈折率と、論理積演算により排除される
部分の屈折率が異なるので、画像IA，IB間の論
理積に対応する二次元像が再生像面２０に形成さ
れる。

このように、この実施例は、論理積演算を光学
的に処理する新規な論理積演算装置である。

（変形例）以上詳しく説明した実施例につき本発明の範囲
内で種々の変形を施すことができる。

例えば、実施例として空間光変調管の電気光学
結晶として、LiNbO₃の55°カツトの結晶を用いる
例を示したが、KDP、BSOなどの単結晶も同様
に利用できる。

（発明の効果）以上説明したように本発明による装置は電気光
学結晶表面に画像を電荷により書き込むことによ
り、画像間の論理積を求めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による画像の論理積を求める
論理積演算装置の基本構成を示すブロツク図であ
る。第２図は、本発明による画像の論理積を求め
る論理積演算装置の空間光変調管の電気光学結晶
の特性および読み出し用の電気光学結晶の特性を
示すグラフである。第３図は、本発明による画像
の論理積を求める論理積演算装置のより具体的な
実施例を示すブロツク図である。第４図は、実施
例の論理積演算の対象である画像の例を示す図で
ある。第５図は前記論理積演算の過程を説明する
説明図である。（符号の説明）、１……インコヒーレント光源、
２……レンズ、３……空間光変調管、３１……光
電面、３２……網目状電極、３３……電気光学結
晶、３４……真空容器、３５……マイクロチヤン
ネルプレート、４……レーザ発振器、５……偏光
子、６……レンズ、７……ピンホール、８……コ
リメーテイングレンズ、９……ハーフミラー、１
０……偏光子、１１……電圧発生回路、１２……
読み出し用電気光学結晶、１３……シヤツタ、１
４，１５……全反射ミラー、１６，１７……ハー
フミラー、１８……シヤツタ駆動回路、２０……
再生像面、２２……画像配置台。

Claims

【特許請求の範囲】１光電面と、第１の面が前記光電面に対向し且
つその第１の面の背面側である第２の面に透明電
極が設けられた電気光学結晶と、前記光電面と前
記電気光学結晶の前記第１の面との間に設けられ
た網目状電極とを有する空間光変調管と、前記空間光変調管の外から前記電気光学結晶の
第２の面ないし第１の面側に直線偏光したレーザ
光を照射するレーザ光源装置と、前記空間光変調管の前記光電面と前記網目状電
極と前記透明電極とに夫々所定の動作電圧を供給
する電圧発生回路と、第１の処理段階で演算対象である第１の二次元
画像を、第２の処理段階で演算対象である第２の
二次元画像を、第３の処理段階で二次元的に一様
な輝度の光を、前記空間光変調管の前記光電面に
照射させる光学装置と、前記レーザ光源装置から照射されて前記電気光
学結晶の前記第１の面で反射されたレーザ光を透
過することによつて、該透過した光の二次元光学
像を前記第１の二次元画像と前記第２の二次元画
像との論理積演算結果とする偏光子とを具備し、前記第１の処理段階の際には、前記電圧発生回
路は、前記網目状電極と前記透明電極間の電圧を
半波長電圧の略半分の電圧に設定する動作電圧を
印加した状態にして、前記光電面に所定電圧の書
込み用の動作電圧を印加することにより、前記第
１の二次元画像に対応する第１の電荷像を前記電
気光学結晶の第１の面に形成させ、前記第２の処理段階の際には、前記電圧発生回
路は、前記第１の画像に対応する前記第１の電荷
像を前記第１の面に保持させたままの状態で、前
記網目状電極と前記透明電極間の電圧を半波長電
圧の略半分の電圧に設定する動作電圧を印加した
状態にして、前記光電面に所定電圧の書込み用の
動作電圧を印加して、前記第２の二次元画像に対
応する第２の電荷像を上記第１の電荷像に重ね合
わせて形成させることによつて、上記第１の画像
と第２の画像との重複する重複部分に対応する前
記第１の面上での重複電荷像部分と、上記第１の
画像と第２の画像が重複しない非重複部分に対応
する前記第１の面上での非重複電荷像部分との相
互間での電荷量の差を生じさせ、第３の処理段階の際には、前記電圧発生回路
は、前記一様な輝度の光が入射するのに応じて前
記光電面で生じる電子によつては、前記第１の面
上の前記重複電荷像部分の電荷が変化せず、前記
第１の面上の前記非重複電荷像部分の電荷が消滅
するような所定電圧関係の動作電圧を、前記光電
面と前記網目状電極と前記透明電極の夫々に供給
することによつて、前記重複電荷像部分と前記非
重複電荷像部分との相互間での電荷量の差に応じ
た屈折率の変化を前記電気光学結晶に生じさせる
ことを特徴とする画像の論理積を求める論理積演
算装置。２前記電気光学結晶は、LiNbO₃の55°カツトの
結晶であることを特徴とする特許請求の範囲第１
項に記載の画像の論理積を求める論理積演算装
置。