JP2976561B2 - 光情報処理装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ロボット等の視覚認識
装置において、画像処理あるいは画像認識を光学的に実
行する光情報処理装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】画像処理あるいは画像認識技術に対し
て、近年、より大画素数をより高速処理することが要求
されてきている。そこで、光の高速並列演算機能を活用
することで上記の要求に答える光情報処理装置の開発が
盛んになってきている。

【０００３】以下図面を参照しながら、従来の光情報処
理装置の一例として、特願昭６３−２８７０１６号公報
に記載の光情報処理装置について説明する。

【０００４】図１４は、従来の光情報処理装置の側面図
を示すものである。図１４において、２０はＴＶカメ
ラ、２１はＴＶカメラ２０により撮像された画像を表示
する第１の液晶ディスプレイ、２２は半導体レ−ザ、２
３は半導体レ−ザ２２からの光を平行光化するコリメ−
タレンズ、２４は第１のレンズであり第１の液晶ディス
プレイ２１はこの第１のレンズ２４の前側焦点面に配置
されている。２５は第２の液晶ディスプレイであり第１
のレンズ２４の後側焦点面に配置されている。

【０００５】２６は複数の標準パタ−ンに対して第２の
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−リエ変換計算機ホログラムのデ−タ、
すなわち第２の液晶ディスプレイ２５の各絵素毎の透過
率に対応する印加電圧のデ−タを書き込んだリ−ドオン
リ−メモリ（以下ＲＯＭと称す）、２７は第２のレンズ
でありその前側焦点面に第２の液晶ディスプレイ２５が
配置されている。２８は第２のレンズ２７の後側焦点面
に配置された光検出器である。

【０００６】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、以下その動作を説明する。まず、ＴＶカ
メラ２０により対象物体が撮像されると、その画像が第
１の液晶ディスプレイ２１上に表示される、この第１の
液晶ディスプレイ２１はコリメ−タレンズ２３により平
行光化された半導体レ−ザ２２からのコヒ−レント光に
より照射される。

【０００７】この第１の液晶ディスプレイ２１は第１の
レンズ２４の前側焦点面に配置されＤているので、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上に対象物体の第１のレンズ２４により光学的
に変換されたフ−リエ変換像が形成される。この時、第
２の液晶ディスプレイ２５には、光学的フィルタとして
特定の標準パタ−ンのフ−リエ変換像が、ＲＯＭ２６に
書き込まれたデ−タが入力信号となり第２の液晶ディス
プレイ２５の各絵素毎に透過率を空間的に変調すること
で、フ−リエ変換計算機ホログラムの形で表示される。

【０００８】従って、第１の液晶ディスプレイ２１上に
表示された対象物体の入力像を第１のレンズ２４により
光学的に変換したフ−リエ変換像と、特定の標準パタ−
ンに対して予め計算されたフ−リエ変換像が第２の液晶
ディスプレイ２５上で重畳される。また、この第２の液
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、対象物体と特定の標準パタ−ンの
２つのフ−リエ変換像が一致した時、すなわち両者が同
一物体の時、第２のレンズ２７の後側焦点面に輝点が発
生し、光検出器２８で検出される。

【０００９】このようにして、第２の液晶ディスプレイ
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画像処
理が実行される。

【００１０】

【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、以下のような問題点を有していた。図１
５〜図１７を参照して以下説明する。図１５は、従来の
光情報処理装置における第１の液晶ディスプレイ２１の
構成を示す図である。図１６は、従来の光情報処理装置
における第２の液晶ディスプレイ２５上に表示されるフ
−リエ変換計算機ホログラム像を示す図である。図１７
は、従来の光情報処理装置における対象物体を示す図で
ある。

【００１１】従来の光情報処理装置では、図１５に示し
たように、第１の液晶ディスプレイ２１は一般にその縦
横比がａ：ｂである絵素をマトリックス状に配列して構
成している。従って、ＴＶカメラ２０により撮像され、
第１の液晶ディスプレイ２１上に表示された対象物体の
画像の第１のレンズ２４により、その後側焦点面すなわ
ち第２の液晶ディスプレイ２５上に形成される光学的フ
−リエ変換像の縦横比は、回折理論からよく知られてい
るように、ｂ：ａとなる。

【００１２】一方、光学的フィルタとして特定の標準パ
タ−ンのフ−リエ変換像が、図１６に示したように第２
の液晶ディスプレイ２５の各絵素毎に透過率を空間的に
変調することで、フ−リエ変換計算機ホログラムの形で
表示されている。この時、第２の液晶ディスプレイ２５
の各絵素の縦横比が第１の液晶ディスプレイ２１と同様
にａ：ｂであったとすると、例えば図１７に図示した、
本来縦横ピッチが１：１の規則的な格子状の対象物体の
第１のレンズによる光学的フ−リエ変換像の縦横ピッチ
比はｂ：ａとなるに対して、第２の液晶ディスプレイ２
５に表示される計算機ホログラムの縦横ピッチ比はａ：
ｂとなってしまう。

【００１３】その結果、ＴＶカメラ４で撮像された対象
物体と特定の標準パタ−ンとが同一物体の時でも、両者
のフ−リエ変換像が一致しなくなる。すなわち両者が同
一物体の時、第２のレンズ２７の後側焦点面に輝点が発
生し、光検出器２８で検出され、第２の液晶ディスプレ
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といった光
学的画像処理が正しく実行されなくなるという問題点を
有していた。

【００１４】本発明は上記問題点に鑑み、被処理画像を
表示する第１の空間光変調素子を構成する絵素の縦横比
がａ：ｂすなわち絵素のアスペクト比が１と異なる場合
でも、画像処理あるいは画像認識が正しく実行される光
情報処理装置を提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに第１の発明の光情報処理装置は、各々の縦横比が
ａ：ｂである複数の絵素から構成された第１の空間光変
調素子と、前記第１の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、この第１のレン
ズの後側の焦点面に配置した各々の縦横比がｂ：ａであ
る複数の絵素から構成された第２の空間光変調素子と、
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のレンズとを備えたものである。

【００１６】また、第２の発明の光情報処理装置は、各
々の縦横比がａ：ｂである複数の絵素から構成された第
１の空間光変調素子と、この第１の空間光変調素子を照
射する光源と、前記第１の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、この第１の
レンズの後側焦点面をその前側焦点面とし、かつ、その
結像倍率の縦横比がｃ／ｂ：ｄ／ａである結像レンズ系
と、この結像レンズ系の後側焦点面に配置された各々の
縦横比がｃ：ｄである複数の絵素から構成された第２の
空間光変調素子と、前記結像レンズ系の後側焦点面をそ
の前側焦点面とする第２のレンズとを備えたものであ
る。

【００１７】さらに、第３の発明の光情報処理装置は、
ビ−ム強度プロフィ−ルの縦横比がａ：ｂの微小ビ−ム
により情報が書き込まれる第１の空間光変調素子と、こ
の第１の空間光変調素子から情報を読み出す光源と、前
記第１の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、この第１のレンズの後側焦点
をその前側焦点面とし、かつ、その結像倍率の縦横比が
ｃ／ｂ：ｄ／ａである結像レンズ系と、この結像レンズ
系の後側焦点面に配置された各々の縦横比がｃ：ｄであ
る複数の絵素から構成された第２の空間光変調素子と、
前記結像レンズ系の後側焦点面をその前側焦点面とする
第２のレンズとを備えたものである。

【００１８】また、第４の発明の光情報処理装置は、ビ
−ム強度プロフィ−ルの縦横比がａ：ｂの微小ビ−ムに
より情報が書き込まれる空間光変調素子あるいは各々の
縦横比がａ：ｂである複数の絵素から構成された空間光
変調素子と、この空間光変調素子から情報を読み出す光
源と、この情報読み出し光による前記空間光変調素子か
ら反射光あるいは透過光のビ−ム強度プロフィ−ルの縦
横比を１：１に整形するビ−ム整形手段とを備えたもの
である。

【００１９】

【作用】第１の発明の光情報処理装置は、上記した構成
によって、各々の縦横比がａ：ｂである複数の絵素から
構成された第１の空間光変調素子に表示された画像の第
１のレンズによる光学的フ−リエ変換像の縦横比と、第
２の空間光変調素子に表示される計算機ホログラム等の
光学的フィルタの縦横比を、各々の縦横比がｂ：ａであ
る複数の絵素から構成された第２の空間光変調素子を用
いることで、ともにｂ：ａに合わせることができ、正確
な画像処理あるいは画像認識が実行可能となる。

【００２０】また、第２の発明の光情報処理装置は、上
記した構成によって、各々の縦横比がａ：ｂである複数
の絵素から構成された第１の空間光変調素子に表示され
た画像の第１のレンズによる光学的フ−リエ変換像の縦
横比と、各々の縦横比がｃ：ｄである複数の絵素から構
成された第２の空間光変調素子に表示される計算機ホロ
グラム等の光学的フィルタの縦横比を、その結像倍率の
縦横比がｃ／ｂ：ｄ／ａである結像レンズ系を用いるこ
とで、ともにｃ：ｄに合わせることができ、正確な画像
処理あるいは画像認識が実行可能となる。

【００２１】また、第３の発明の光情報処理装置は、上
記した構成によって、ビ−ム強度プロフィ−ルの縦横比
がａ：ｂの微小ビ−ムにより情報が書き込まれる第１の
空間光変調素子に表示された画像の光学的フ−リエ変換
像の縦横比と、各々の縦横比がｃ：ｄである複数の絵素
から構成された第２の空間光変調素子に表示される計算
機ホログラム等の光学的フィルタの縦横比を、その結像
倍率の縦横比がｃ／ｂ：ｄ／ａである結像レンズ系を用
いることで、ともにｃ：ｄに合わせることができ、正確
な画像処理あるいは画像認識が実行可能となる。

【００２２】さらに、第４の発明の光情報処理装置は、
上記した構成によって、ビーム強度プロフィールの縦横
比がａ：ｂの微小ビームにより情報が書き込まれる空間
光変調素子あるいは各々の縦横比がａ：ｂである複数の
絵素から構成された空間光変調素子に表示された画像の
縦横比を、空間光変調素子からの情報読み出し光による
前記空間光変調素子から反射光あるいは透過光のビーム
強度プロフィールの縦横比を１：１に整形する。

【００２３】

【実施例】以下、第１の発明の一実施例を示す光情報処
理装置について、図面を参照しながら説明する。

【００２４】図１は、第１の発明の一実施例の光情報処
理装置の構成図である。図１において、１はレ−ザ、２
はレ−ザ１からの出射光を平行化するコリメ−タレン
ズ、３は各々の縦横比がａ：ｂである絵素をマトリック
ス状に構成した第１の空間光変調素子であり、本実施例
ではＴＮ（ツイステッド・ネマチイック）型液晶ディス
プレイにより構成されている。４はＴＶカメラ、５は第
１の空間光変調素子３の置かれた面をその前側の焦点面
とする第１のレンズ、６は第１のレンズ５の後側の焦点
面に配置した各々の縦横比がｂ：ａである複数の絵素か
ら構成された第２の空間光変調素子であり本実施例で
は、ＴＮ（ツイステッド・ネマチイック）型液晶ディス
プレイにより構成されている。

【００２５】７は第１のレンズ５の後側の焦点面をその
前側焦点面とする第２のレンズ、８は第２のレンズ７の
後側焦点面に配置された光検出器、９は複数の標準パタ
−ンに対して第２の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−リエ変換計算機ホ
ログラムのデ−タ、すなわち第２の空間光変調素子６の
各絵素毎の透過率に対応する印加電圧のデ−タを書き込
んだメモリである。

【００２６】以上のように構成された第１の発明の一実
施例について、以下、図１〜図６を用いてその動作を説
明する。図２は識別対象物体を示す図であり、図３は本
実施例の第１の空間光変調素子３の構成と、この第１の
空間光変調素子３に表示されるＴＶカメラ４により撮像
された対象物体のパタ−ンを示すものであり、図４は第
１の空間光変調素子３に表示される対象物体のパタ−ン
の第１のレンズ５によるフ−リエ変換像を示す図であ
り、図５は本実施例の第２の空間光変調素子６の構成
と、この第２の空間光変調素子６に表示される計算機ホ
ログラムのパタ−ンを示す図であり、図６は本実施例の
標準パタ−ンのフ−リエ変換計算機ホログラムを作成す
るためのサンプリング点のピッチを示す図である。

【００２７】まず、ＴＶカメラ４により図２に示した縦
横ピッチ比が１：１である規則的な格子パタ−ンが対象
物体として撮像され第１の空間光変調素子３上に表示さ
れるが、この第１の空間光変調素子３は図３に示したよ
うにその縦横比がａ：ｂである複数の絵素をマトリック
ス状に配列して構成されている。

【００２８】その結果、第１の空間光変調素子３上に
は、図２に示した対象物体が図３に示したようにａ：ｂ
の縦横比を持った規則的な格子パタ−ンとして表示され
る。この第１の空間光変調素子３はコリメ−タレンズ２
により平行光化された半導体レ−ザ１からのコヒ−レン
ト光により照射される。この第１の空間光変調素子３は
第１のレンズ５の前側焦点面に配置されているので、第
１のレンズ５の後側焦点面すなわち第２の空間光変調素
子６上に、第１の空間光変調素子３上に表示されたａ：
ｂの縦横比を持った規則的な格子パタ−ンの光学的フ−
リエ変換像が図４に示したようにｂ：ａの縦横比を持っ
て形成される。

【００２９】一方、メモリ９には、本実施例の場合は図
２に示した規則的な格子パタ−ンを特定の標準パタ−ン
としてそのフ−リエ変換像が、図６に示した縦横比１：
１のサンプリング点群でサンプリング画像としたのち計
算機により作成したフ−リエ変換計算機ホログラムデ−
タの形で記憶されている。このメモリ９に書き込まれた
デ−タが入力信号となり第２の空間光変調素子６の各絵
素毎に透過率を空間的に変調することで、フ−リエ変換
計算機ホログラムの形が表示される。この第２の空間光
変調素子６は、図５に示したように縦横比がｂ：ａの複
数の絵素をマトリックス状に配列して構成されている。

【００３０】従って、第２の空間光変調素子６に表示さ
れる標準パタ−ンのフ−リエ変換像の縦横ピッチ比も
ｂ：ａとなっている。その結果、第１の空間光変調素子
３上に表示された対象物体の入力像を第１のレンズ５に
より光学的に変換したフ−リエ変換像と、特定の標準パ
タ−ンに対して予め計算されたフ−リエ変換像が第２の
空間光変調素子６上で両者ともに縦横ピッチ比がｂ：ａ
となり重畳される。また第２の空間光変調素子６は、第
２のレンズ７の前側焦点面に配置されているので、入力
像と標準パタ−ン間の相関演算が光学的に実行され、第
２のレンズ７の後側焦点面に輝点が発生し、光検出器８
で検出される。

【００３１】このようにして、第１の空間光変調素子３
を構成する絵素の縦横比ａ：ｂとし、第２の空間光変調
素子６を構成する絵素の縦横比をｂ：ａとすることで第
１の空間光変調素子３上に表示された対象物体の入力像
を第１のレンズ５により光学的に変換したフ−リエ変換
像と、特定の標準パタ−ンに対して予め計算されたフ−
リエ変換像が第２の空間光変調素子６上で両者ともに縦
横ピッチ比がｂ：ａとなり重畳され第２の空間光変調素
子３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画像処
理が正しく実行される。

【００３２】なお、本実施例においては第１の空間光変
調素子３を構成する絵素の縦横比ａ：ｂとし、第２の空
間光変調素子６を構成する絵素の縦横比をｂ：ａとした
が、第１と第２の空間光変調素子として、どちらも縦横
比がａ：ｂである絵素から構成されたものを用い、第２
の空間光変調素子６を第１の空間光変調素子３に対し
て、光軸を回転軸として９０度回転させて配置しても上
記の実施例と同等の効果が得られることは言うまでもな
い。

【００３３】以下、第２の発明の一実施例について図面
を参照しながら説明する。図７は、本発明の一実施例を
示す光情報処理装置の構成を示す側面図である。図８は
結像レンズ系１０の構成を示す図である。図７におい
て、１はレ−ザ、２はレ−ザ１からの出射光を平行化す
るコリメ−タレンズ、３は各々の縦横比がａ：ｂである
絵素をマトリックス状に構成した第１の空間光変調素子
であり本実施例ではＴＮ（ツイステッド・ネマチイッ
ク）型液晶ディスプレイにより構成されている。

【００３４】４はＴＶカメラ、５は第１の空間光変調素
子３の置かれた面をその前側の焦点面とする第１のレン
ズ、６は各々の縦横比がａ：ｂである絵素をマトリック
ス状に構成した第１のレンズ５の後側の焦点面に配置し
た第２の空間光変調素子であり本実施例では、ＴＮ（ツ
イステッド・ネマチイック）型液晶ディスプレイにより
構成されている。

【００３５】７は第１のレンズ５の後側の焦点面をその
前側焦点面とする第２のレンズ、８は第２のレンズ７の
後側焦点面に配置された光検出器、９は複数の標準パタ
−ンに対して第２の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−リエ変換計算機ホ
ログラムのデ−タ、すなわち第２の空間光変調素子６の
各絵素毎の透過率に対応する印加電圧のデ−タを書き込
んだメモリであり、１０はその結像倍率の縦横比がｃ／
ｂ：ｄ／ａである結像レンズ系であり、その前側焦点面
を第１のレンズ５の後側焦点面と一致させ、かつ、この
結像レンズ系１０の後側焦点面に第２の空間光変調素子
６が位置するように設けたものである。

【００３６】図１の構成と異なるのは、第２の空間光変
調素子６が各々の縦横比がｃ：ｄである複数の絵素から
構成されていることと、その結像倍率の縦横比がｃ／
ｂ：ｄ／ａである結像レンズ系１０が、その前側焦点面
を第１のレンズ５の後側焦点面と一致させ、かつ、この
結像レンズ系１０の後側焦点面に第２の空間光変調素子
６が位置するように設けたことである。

【００３７】そこで、図８を用いて結像レンズ系１０の
構成を説明する。１０１および１０２は、縦方向（図８
中のＹ方向）にのみ各々焦点距離ｆ１，ｆ２のレンズ作
用を持つ第１および第２のシリンドリカル、１０３およ
び１０４は横方向（図８中のＸ方向）にのみ各々焦点距
離ｆ３，ｆ４のレンズ作用を持つ第３および第４のシリ
ンドリカルレンズであり、かつ、第１シリンドリカルレ
ンズ１０１および第３のシリンドリカルレンズ１０３の
前側焦点面を第１のレンズ５の後側焦点面に略一致さ
せ、第２のシリンドリカルレンズ１０２および第４のシ
リンドリカルレンズ１０４の後側焦点面を第２の空間光
変調素子６の配置された面に略一致させるとともに、ｆ
２／ｆ１＝ｃ／ｂ，ｆ４／ｆ３＝ｄ／ａの関係を満足さ
せ、さらに第１および第２のシリンドリカルレンズの主
平面間の間隔をｆ１＋ｆ２とし、第３および第４のシリ
ンドリカルレンズの主平面間の間隔をｆ３＋ｆ４となる
ように構成されている。

【００３８】このような構成とすることで、すなわち、
第１のシリンドリカルレンズ１０１の前側焦点面を第１
のレンズ５の後側焦点面に略一致させ、かつ、第２のシ
リンドリカルレンズ１０２の後側焦点面を第２の空間光
変調素子６の配置された面に略一致させることで、第１
のレンズ５の後側焦点面に形成されたフ−リエ変換像の
位相成分を保存し、かつ、縦方向（図８中のＹ方向）を
ｃ／ｂ倍して、第２の空間光変調素子６上に結像する。
また、第３のシリンドリカルレンズ１０３の前側焦点面
を第１のレンズ５の後側焦点面に略一致させ、かつ、第
４のシリンドリカルレンズ１０４の後側焦点面を第２の
空間光変調素子６の配置された面に略一致させること
で、第１のレンズ５の後側焦点面に形成されたフ−リエ
変換像の位相成分を保存し、かつ、横方向（図８中のＸ
方向）をｄ／ａ倍して、第２の空間光変調素子６上に結
像する。

【００３９】以上のように構成された第２の発明の一実
施例としての光情報処理装置について、図２、図３、図
４、図６、図７を用いてその動作を説明する。まず、Ｔ
Ｖカメラ４により図２に示した縦横ピッチ比が１：１で
ある規則的な格子パタ−ンが対象物体として撮像され第
１の空間光変調素子３上に表示されるが、この第１の空
間光変調素子３は図３に示したようにその縦横比がａ：
ｂである複数の絵素をマトリックス状に配列して構成さ
れている。

【００４０】その結果、第１の空間光変調素子３上に
は、図２に示した対象物体が図３に示したようにａ：ｂ
の縦横比を持った規則的な格子パタ−ンとして表示され
る。この第１の空間光変調素子３はコリメ−タレンズ２
により平行光化された半導体レ−ザ１からのコヒ−レン
ト光により照射される。この第１の空間光変調素子３は
第１のレンズ５の前側焦点面に配置されているので、第
１のレンズ５の後側焦点面すなわち結像レンズ系１０の
前側焦点面上に、第１の空間光変調素子３上に表示され
たａ：ｂの縦横比を持った規則的な格子パタ−ンの光学
的フ−リエ変換像が、図４に示したようにｂ：ａの縦横
比を持って形成される。このフ−リエ変換像は、結像レ
ンズ系１０により縦方向はｃ／ｂ倍され、かつ、横方向
はｄ／ａ倍されて第２の空間光変調素子６上に結像され
るので、第１の空間光変調素子３上に表示された入力画
像のフ−リエ変換像は縦横比ｃ：ｄの比率を持った像と
して、第２の空間光変調素子６上に結像される。

【００４１】一方、メモリ９には、本実施例の場合は図
２に示した規則的な格子パタ−ンを特定の標準パタ−ン
としてそのフ−リエ変換像が、図６に示した縦横比１：
１のサンプリング点群でサンプリング画像としたのち計
算機により作成したフ−リエ変換計算機ホログラムデ−
タの形で記憶されている。このメモリ９に書き込まれた
デ−タが入力信号となり第２の空間光変調素子６の各絵
素毎に透過率を空間的に変調することで、フ−リエ変換
計算機ホログラムの形が表示される。

【００４２】この第２の空間光変調素子６は、縦横比が
ｃ：ｄの複数の絵素をマトリックス状に配列して構成さ
れているので、第２の空間光変調素子６に表示される標
準パタ−ンのフ−リエ変換像の縦横ピッチ比もｃ：ｄと
なっている。その結果、第１の空間光変調素子３上に表
示された対象物体の入力像を第１のレンズ５により光学
的に変換したフ−リエ変換像と、特定の標準パタ−ンに
対して予め計算されたフ−リエ変換像とが、第２の空間
光変調素子６上で両者ともに縦横ピッチ比がｃ：ｄとな
り重畳される。また第２の空間光変調素子６は、第２の
レンズ７の前側焦点面に配置されているので、入力像と
標準パタ−ン間の相関演算が光学的に実行され、第２の
レンズ７の後側焦点面に輝点が発生し、光検出器８で検
出される。

【００４３】このように、各々の縦横比がａ：ｂである
複数の絵素から構成された第１の空間光変調素子３上に
表示された対象物体像の第１のレンズ５によるフ−リエ
変換像を、結像レンズ系１０により位相成分を保存した
まま縦方向をｃ／ｂ倍し、かつ、横方向をｄ／ｃ倍する
ことで、各々の縦横比がｃ：ｄである複数の絵素から構
成された第２の空間光変調素子６上に表示される特定の
標準パタ−ンに対して予め計算されたフ−リエ変換像の
縦横比ｃ：ｄに一致させることができ、第２の空間光変
調素子３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画
像処理が正しく実行される。

【００４４】さらに、本実施例によれば第１の発明に於
ける第１および第２の空間光変調素子の構成絵素のごと
く、その構成絵素の縦横比をａ：ｂとｂ：ａのよう逆数
関係に限定する必要がないという効果が得られる。

【００４５】次に、第３の発明の一実施例について図面
を参照しながら説明する。図９は、本発明の一実施例を
示す光情報処理装置の構成を示す側面図である。図１０
は本発明における第１の空間光変調素子の構成を示す側
面図である。図９において、３１は情報読み出し用のた
めの第１のレ−ザ、２はレ−ザ１からの出射光を平行化
するコリメ−タレンズ、３２は情報書き込み用のための
第２のレ−ザ、３３は第２のレ−ザ３２から発せられた
レ−ザビ−ムを走査するビ−ム走査手段、３は第１の空
間光変調素子であり本実施例ではレ−ザビ−ム書き込み
型液晶ライトバルブにより構成されている。４はＴＶカ
メラ、５は第１の空間光変調素子３の置かれた面をその
前側の焦点面とする第１のレンズ、６は第１のレンズ５
の後側の焦点面に配置した第２の空間光変調素子であり
本実施例では、ＴＮ（ツイステッド・ネマチイック）型
液晶ディスプレイにより構成されている。

【００４６】７は第１のレンズ５の後側の焦点面をその
前側焦点面とする第２のレンズ、８は第２のレンズ７の
後側焦点面に配置された光検出器、９は複数の標準パタ
−ンに対して第２の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−リエ変換計算機ホ
ログラムのデ−タ、すなわち第２の空間光変調素子６の
各絵素毎の透過率に対応する印加電圧のデ−タを書き込
んだメモリであり、１０はその結像倍率の縦横比がｃ／
ｂ：ｄ／ａである結像レンズ系であり、その前側焦点面
を第１のレンズ５の後側焦点面と一致させ、かつ、この
結像レンズ系１０の後側焦点面に第２の空間光変調素子
６が位置するように設けたものである。

【００４７】また、１１は偏光ビ−ムスプリッタであ
り、１２は波長板である。図２と異なるのは、光源とし
て第１のレ−ザ３１と第２のレ−ザ３２の２つのレ−ザ
を設けたこと、ビ−ム走査手段３３を設けたこと、偏光
ビ−ムスプリッタ１１を設けたこと、波長板１２を設け
たこと、および、第１の空間光変調素子３を本実施例で
はレ−ザビ−ム書き込み型液晶ライトバルブにより構成
したことである。

【００４８】そこで、第１の空間光変調素子の構成を、
図１０に基づいて以下説明する。３０１はガラス基板、
３０２はガラス基板３０１表面に形成された無反射コ−
ト、３０３はガラス基板３０１裏面に形成された透明電
極、３０４は光吸収膜、３０５は光反射膜、３０６は液
晶配向膜、３０７は液晶層であり、昇温後の急冷により
光散乱性を示すスメクチック液晶で構成されている。

【００４９】以上のように構成された第３の発明の一実
施例としての光情報処理について、図２、図３、図４、
図６、図９、図１０を用いてその動作を説明する。ま
ず、ＴＶカメラ４により図２に示した縦横ピッチ比が
１：１である規則的な格子パタ−ンが対象物体として撮
像されると、ＴＶカメラ４の出力映像信号に基づいて、
第２のレ−ザ３２の出力が制御され、また、ビ−ム走査
手段３３により第１の空間光変調素子３上でのビ−ム集
光位置が制御される。

【００５０】この出力と集束位置が制御されたレ−ザビ
−ムが第１の空間光変調素子３に照射されると、光吸収
膜３０４がレ−ザ光を吸収して発熱し、その熱が液晶に
伝わり液晶の温度は上昇する。液晶の温度は、レ−ザビ
−ムが第１の空間光変調素子３上の他の場所に移動する
と急激に低下し、液晶は散乱モ−ドに変化する。

【００５１】このように、散乱モ−ド化したドットの集
合として第１の空間光変調素子３上に対象物体像が、第
２のレ−ザ３２からの出射光により書き込まれる。この
散乱モ−ド化したドットの縦横比は、第２のレ−ザ３２
からの出射光のビ−ム強度プロフィ−ルの縦横比によっ
て決まるが、レ−ザそのものがビ−ム拡り角が縦横で異
なり、かつ、非点隔差を有している、また、光学系のも
つ非点収差などの理由によりビ−ム強度プロフィ−ルの
縦横比は、１：１とはならずａ：ｂの比率を有する。従
って、空間光変調素子３上の対象物体像も各々ａ：ｂの
縦横比を持った散乱モ−ド化したドットの集合として表
示される。その結果、第１の空間光変調素子３上には、
図２に示した対象物体が図３に示したようにａ：ｂの縦
横比を持った規則的な格子パタ−ンとして表示される。

【００５２】この第１の空間光変調素子３はコリメ−タ
レンズ２により平行光化された第１のレ−ザ３１からの
コヒ−レント光により偏光ビ−ムスプリッタ１１、波長
板１２を介して照射される。光反射膜３０５により反射
され、再び偏光ビ−ムスプリッタ１１、波長板１２を介
して今度は第１のレンズ５に入射する。この時、散乱モ
−ド化したドットの部分のみビ−ムが散乱するため、第
１の空間光変調素子３への入射光は濃淡画像に変換され
て射出し第１のレンズ５に入射する。

【００５３】一方、この第１の空間光変調素子３は第１
のレンズ５の前側焦点面に配置されているので、第１の
レンズ５の後側焦点面すなわち結像レンズ系１０の前側
焦点面上に、第１の空間光変調素子３上に表示された
ａ：ｂの縦横比を持った規則的な格子パタ−ンの光学的
フ−リエ変換像が、図４に示したようにｂ：ａの縦横比
を持って形成される。このフ−リエ変換像は、結像レン
ズ系１０により縦方向はｃ／ｂ倍され、かつ、横方向は
ｄ／ａ倍されて第２の空間光変調素子６上に結像される
ので、第１の空間光変調素子３上に表示された入力画像
のフ−リエ変換像は縦横比ｃ：ｄの比率を持った像とし
て、第２の空間光変調素子６上に結像される。

【００５４】また、メモリ９に本実施例の場合は図２に
示した規則的な格子パタ−ンを特定の標準パタ−ンとし
てそのフ−リエ変換像が、図６に示した縦横比１：１の
サンプリング点群でサンプリング画像としたのち計算機
により作成したフ−リエ変換計算機ホログラムデ−タの
形で記憶されている。このメモリ９に書き込まれたデ−
タが入力信号となり第２の空間光変調素子６の各絵素毎
に透過率を空間的に変調することで、フ−リエ変換計算
機ホログラムの形が表示される。この第２の空間光変調
素子６は、縦横比がｃ：ｄの複数の絵素をマトリックス
状に配列して構成されているので、第２の空間光変調素
子６に表示される標準パタ−ンのフ−リエ変換像の縦横
ピッチ比もｃ：ｄとなっている。

【００５５】その結果、第１の空間光変調素子３上に表
示された対象物体の入力像を第１のレンズ５により光学
的に変換したフ−リエ変換像と、特定の標準パタ−ンに
対して予め計算されたフ−リエ変換像とが、第２の空間
光変調素子６上で両者ともに縦横ピッチ比がｃ：ｄとな
り重畳される。また第２の空間光変調素子６は、第２の
レンズ７の前側焦点面に配置されているので、入力像と
標準パタ−ン間の相関演算が光学的に実行され、第２の
レンズ７の後側焦点面に輝点が発生し、光検出器８で検
出される。

【００５６】このように、ビ−ム強度プロフィ−ルの縦
横比がａ：ｂであるレ−ザ光により形成された縦横比が
ａ：ｂであ散乱化モ−ドドットにより第１の空間光変調
素子３上に表示された対象物体像の第１のレンズ５によ
るフ−リエ変換像を、結像レンズ系１０により位相成分
を保存したまま縦方向をｃ／ｂ倍し、かつ、横方向をｄ
／ｃ倍することで、各々の縦横比がｃ：ｄである複数の
絵素から構成された第２の空間光変調素子６上に表示さ
れる特定の標準パタ−ンに対して予め計算されたフ−リ
エ変換像の縦横比ｃ：ｄに一致させることができ、第２
の空間光変調素子３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
る光学的画像処理が正しく実行される。

【００５７】さらに、本実施例では、第１の空間光変調
素子として、第１および第２の発明に用いた第１の空間
光変調素子のごとき電気信号により情報を書き込む空間
光変調素子ではなく、例えば数μｍ程度に細く絞り込ま
れたレ−ザビ−ムにより情報を書き込むレ−ザ書き込み
型空間光変調素子を用いている。従って、第１および第
２の発明で用いた電気信号書き込み型の空間光変調素子
にみられる各絵素ごとのスイッチイング素子の大きさに
より構成絵素の微細化が制約されるといった問題が無い
ので、表示画像の高解像度化が図れるといった効果を上
げることもできる。

【００５８】次に、第４の発明の一実施例について図面
を参照しながら説明する。図１１は、本発明の一実施例
を示す光情報処理装置の構成を示す側面図である。図１
２は、ビ−ム強度プロフィ−ルの縦横比を１：１に整形
するビ−ム整形手段の構成を示す図である。１はレ−
ザ、２はレ−ザ１からの出射光を平行化するコリメ−タ
レンズ、３は各々の縦横比がａ：ｂである絵素をマトリ
ックス状に構成した空間光変調素子であり本実施例では
ＴＮ（ツイステッド・ネマチイック）型液晶ディスプレ
イにより構成されている。４はＴＶカメラ、４３は複数
の微小レンズから構成されたマイクロレンズアレイであ
る。４５は空間光変調素子からの透過光のビ−ム強度プ
ロフィ−ルの縦横比を１：１に整形し、マイクロレンズ
アレイ４３に入射させるビ−ム整形手段である。４６は
マイクロレンズアレイ４３の後方に配置した複数の光情
報処理光学系である。

【００５９】図１、図７、および図９と異なる点は、第
１のレンズ５及び第２のレンズ７を用いていない、すな
わち、いわゆるフ−リエ変換光学系の構成をとっていな
いこと、マイクロレンズアレイ４３を設けたことと、空
間光変調素子からの透過光のビ−ム強度プロフィ−ルの
縦横比を１：１に整形し、マイクロレンズアレイ４３へ
入射させるビ−ム整形手段４５を設けたことである。そ
こで、図１２を用いてビ−ム整形手段４５の構成を以下
説明する。４５１は第１のプリズム、４５２は第２のプ
リズムである。この２つのプリズムは、その頂角α、屈
折率ｎは等しく、かつ、各々の入射角ｉ₁が等しくなる
ように配置されている。

【００６０】以上のように構成された第４の発明の一実
施例の光情報処理装置について、以下、図２、図３、図
１１、図１２、および図１３を用いてその動作を説明す
る。図１３は、第１のプリズム４５１および第２のプリ
ズム４５２の単体動作を説明する動作説明図である。ま
ず、ＴＶカメラ４により図２に示した縦横ピッチ比が
１：１である規則的な格子パタ−ンが対象物体として撮
像され空間光変調素子３上に表示されるが、この空間光
変調素子３は図３に示したようにその縦横比がａ：ｂで
ある複数の絵素をマトリックス状に配列して構成されて
いる。

【００６１】その結果、空間光変調素子３上には、図２
に示した対象物体が図３に示したようにａ：ｂの縦横比
を持った規則的な格子パタ−ンとして表示される。この
空間光変調素子３は、コリメ−タレンズ２により平行光
化された半導体レ−ザ１からのコヒ−レント光により照
射され、空間光変調素子３からの透過光は平行光として
マイクロレンズアレイ４３に入射し、空間光変調素子３
上の所定の画素単位で、各々、マイクロレンズアレイ４
３により結像され、複数の光情報処理光学系４６に入射
し、例えば２値画像化等の光情報処理が実行される。

【００６２】ところが、上記したように空間光変調素子
３上には、本来、１：１の縦横比を持つ規則的な格子
が、縦横比ａ：ｂの形で表示されている。このままの形
でマイクロレンズアレイ４３に入射すると、縦横比が歪
んだ画像として光学系４６に入射してしまい、正確な光
情報処理が行われなくなってしまう。

【００６３】そこで、空間光変調素子３からの透過光を
ビ−ム整形手段４５に入射させて、１：１の縦横比を持
つ画像に変換する。この動作を、図１２および図１３を
用いて以下説明する。まず、空間光変調素子３からの透
過光が平行光束として第１のプリズム４５１に入射する
と、プリズム主断面すなわち図１２および図１３の紙面
内の入射光線の幅すなわち光線に垂直な光線束の大きさ
をｈ、射出光線束の幅をｈ’の比γ、つまり第１のプリ
ズム４５１のビ−ム拡大率は、 γ＝ｈ／ｈ’＝（ｃｏ
ｓｉ₁×ｃｏｓｒ₂）／（ｃｏｓｒ₁×ｃｏｓｉ₂）で与え
られる。ここで、ｉ₁およびｉ₂は各々、第１のプリズム
４５１の入射面と射出面への光の入射角を示し、ｒ₁お
よびｒ₂は各々、第１のプリズム４５１の入射面と射出
面での光の屈折角を示している。このように、第１のプ
リズム４５１を介することで、空間光変調素子３からの
透過光のビ−ム強度プロフィ−ルの縦横比をａ：ｂから
ａ：γｂに変化させることができる。さらに、図１２に
示したように第２のプリズム４５２はその頂角α、屈折
率ｎは等しく、かつ、その入射角が第１のプリズム４５
１の入射角ｉ₁と等しくなるように配置されている。従
って、第１のプリズム４５１からの射出光は、第２のプ
リズム４５２により、さらにγ倍ビ−ムが拡大される。

【００６４】この結果、ビ−ム整形手段４５を用いるこ
とで空間光変調素子３からの透過光のビ−ム強度プロフ
ィ−ルの縦横比をａ：ｂからａ：γ²ｂに変化させるこ
とができる。そこで、単体プリズムのビ−ム拡大率γを
適当に選ぶことで、マイクロレンズアレイ４３に入射す
るビ−ムの縦横比を１：１に選定でき、画像の縦横比を
補正し光学系４６による光情報処理を正確に行わせるこ
とが可能となる。

【００６５】また、図１２に示したように、本実施例で
はビ−ム整形手段４５を第１のプリズム４５１、およ
び、第２のプリズム４５２とから構成し、かつ、この２
つのプリズムの頂角α、屈折率ｎは等しく、かつ、各々
の入射角ｉ₁が等しくなるように配置している。その結
果、空間光変調素子３からの透過光の光軸とマイクロレ
ンズアレイ４３に入射するビ−ムの光軸とを平行にする
ことができ、光情報処理装置の光学系の調整を容易にす
ることができる。

【００６６】なお、本実施例においては空間光変調素子
３として、各々の縦横比がａ：ｂである絵素をマトリッ
クス状に構成した空間光変調素子を用いたが、第３の発
明の一実施例で用いたレ−ザビ−ム書き込み型液晶ライ
トバルブを用いた場合でも、第３の発明の一実施例で説
明した書き込みレ−ザのビ−ム強度プロフィ−ルの縦横
比の不均一性に起因する画像の縦横比の歪をビ−ム整形
手段４５により補正することが可能となり、光学系４６
による光情報処理を正確に行わせることが可能となる。

【００６７】

【発明の効果】以上のように、第１の発明によれば、各
々の縦横比がａ：ｂである複数の絵素から構成された第
１の空間光変調素子に表示された画像の第１のレンズに
よる光学的フ−リエ変換像の縦横比と、第２の空間光変
調素子に表示される計算機ホログラム等の光学的フィル
タの縦横比を、各々の縦横比がｂ：ａである複数の絵素
から構成された第２の空間光変調素子を用いることで、
ともにｂ：ａに合わせることができ、正確な画像処理あ
るいは画像認識が実行可能となる。

【００６８】また、第２の発明によれば、各々の縦横比
がａ：ｂである複数の絵素から構成された第１の空間光
変調素子に表示された画像の第１のレンズによる光学的
フ−リエ変換像の縦横比と、各々の縦横比がｃ：ｄであ
る複数の絵素から構成された第２の空間光変調素子に表
示される計算機ホログラム等の光学的フィルタの縦横比
を、その結像倍率の縦横比がｃ／ｂ：ｄ／ａである結像
レンズ系を用いることで、ともにｃ：ｄに合わせること
ができ、正確な画像処理あるいは画像認識が実行可能と
なる。

【００６９】また、第３の発明によれば、ビ−ム強度プ
ロフィ−ルの縦横比がａ：ｂの微小ビ−ムにより情報が
書き込まれる第１の空間光変調素子に表示された画像の
光学的フ−リエ変換像の縦横比と、各々の縦横比がｃ：
ｄである複数の絵素から構成された第２の空間光変調素
子に表示される計算機ホログラム等の光学的フィルタの
縦横比を、その結像倍率の縦横比がｃ／ｂ：ｄ／ａであ
る結像レンズ系を用いることで、ともにｃ：ｄに合わせ
ることができ、正確な画像処理あるいは画像認識が実行
可能となる。

【００７０】さらに、第４の発明によればビーム強度プ
ロフィールの縦横比がａ：ｂの微小ビームにより情報が
書き込まれる空間光変調素子あるいは各々の縦横比が
ａ：ｂである複数の絵素から構成された空間光変調素子
に表示された画像の縦横比を、空間光変調素子からの情
報読み出し光による前記空間光変調素子から反射光ある
いは透過光のビーム強度プロフィールの縦横比を１：１
に整形することが、ビーム整形手段を用いることがで
き、正確な画像処理が実行可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の発明の一実施例における光情報処理装置
の構成図

【図２】同実施例における識別対象物体図

【図３】同実施例における第１の空間光変調素子３に表
示された識別対象物体の像を示す図

【図４】同実施例における第１のレンズ５によるフ−リ
エ変換像を示す図

【図５】同実施例における第２の空間光変調素子６に表
示される計算機ホログラムのパタ−ン図

【図６】同実施例における標準パタ−ンのフ−リエ変換
計算機ホログラムを作成するためのサンプリング点のピ
ッチを示す図

【図７】第２の発明の一実施例における光情報処理装置
の構成図

【図８】第２の発明の一実施例における結像レンズ系１
０の構成図

【図９】第３の発明の一実施例における光情報処理装置
の構成図

【図１０】同実施例における第１の空間光変調素子３の
構成図

【図１１】第４の発明の一実施例における光情報処理装
置の構成図

【図１２】同実施例におけるビ−ム整形手段４５の構成
図

【図１３】同実施例におけるビ−ム整形手段４５を構成
するプリズムの単体動作の説明図

【図１４】従来の光情報処理装置の構成図

【図１５】従来の光情報処理装置における第１の液晶デ
ィスプレイ２１の構成図

【図１６】従来の光情報処理装置における第２の液晶デ
ィスプレイ２５上に表示されるフ−リエ変換計算機ホロ
グラム像を示す図

【図１７】従来の光情報処理装置における対象物体を示
す図

【符号の説明】

１ レ−ザ ２ コリメ−タレンズ ３ 第１の空間光変調素子 ４ ＴＶカメラ ５ 第１のレンズ ６ 第２の空間光変調素子 ７ 第２のレンズ ８ 光検出器 ９ メモリ 10 結像レンズ系 11 偏光ビ−ムスプリッタ 12 波長板 33 ビ−ム走査手段 43 マイクロレンズアレイ 45 ビ−ム整形手段 46 複数の光情報処理光学系

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−21914（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−117106（ＪＰ，Ａ) 特表 平３−500934（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G02B 27/46 G06F 17/14

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 各々の縦横比がａ：ｂである複数の絵素
   から構成された第１の空間光変調素子と、この第１の空
   間光変調素子を照射する光源と、前記第１の空間光変調
   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、この第１のレンズの後側の焦点面に配置した各々
   の縦横比がｂ：ａである複数の絵素から構成された第２
   の空間光変調素子と、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のレンズとを備えたことを
   特徴とする光情報処理装置。
2. 【請求項２】 各々の縦横比がａ：ｂである複数の絵素
   から構成された第１の空間光変調素子と、この第１の空
   間光変調素子を照射する光源と、前記第１の空間光変調
   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、この第１のレンズの後側焦点をその前側焦点面と
   し、かつ、その結像倍率の縦横比がｃ／ｂ：ｄ／ａであ
   る結像レンズ系と、この結像レンズ系の後側焦点面に配
   置された各々の縦横比がｃ：ｄである複数の絵素から構
   成された第２の空間光変調素子と、前記結像レンズ系の
   後側焦点面をその前側焦点面とする第２のレンズとを備
   えたことを特徴とする光情報処理装置。
3. 【請求項３】 ビーム強度プロフィールの縦横比がａ：
   ｂの微小ビームにより情報が書き込まれる第１の空間光
   変調素子と、この第１の空間光変調素子から情報を読み
   出す光源と、前記第１の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、この第１のレ
   ンズの後側焦点面をその前側焦点面とし、かつ、その結
   像倍率の縦横比がｃ／ｂ：ｄ／ａである結像レンズ系
   と、この結像レンズ系の後側焦点面に配置された各々の
   縦横比がｃ：ｄである複数の絵素から構成された第２の
   空間光変調素子と、前記結像レンズ系の後側焦点面をそ
   の前側焦点面とする第２のレンズとを備えたことを特徴
   とする光情報処理装置。
4. 【請求項４】 結像倍率の縦横比がｃ／ｂ：ｄ／ａであ
   る結像レンズ系を、縦方向にのみ各々焦点距雛ｆ１，ｆ
   ２のレンズ作用を持つ第１および第２のシリンドリカル
   と、横方向のみに各々焦点距雛ｆ３，ｆ４のレンズ作用
   を持つ第３および第４のシリンドリカルレンズから構成
   し、かつ、第１および第３のシリンドリカルレンズの前
   側焦点面を第１のレンズの後側焦点面に略一致させ、第
   ２および第４のシリンドリカルレンズの後側焦点面を第
   ２の空間光変調素子の配置された面に略一致させるとと
   もに、ｆ２／ｆ１＝ｃ／ｂ，ｆ４／ｆ３＝ｄ／ａの関係
   を満足させ、さらに第１および第２のシリンドリカルレ
   ンズの主平面間の間隔をｆ１＋ｆ２とし、第３および第
   ４のシリンドリカルレンズの主平面間の間隔をｆ３＋ｆ
   ４となるように構成したことを特徴とする請求項２また
   は３記載の光情報処理装置。