JP3486215B2 - パターン認識装置 - Google Patents
パターン認識装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光相関演算を行ってパ
ターンの認識を行うパターン認識装置に関する。
ターンの認識を行うパターン認識装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】パターンの相関を光演算を用いて行う方
法がいくつか提案されている。例えば、ホログラムを用
いた方法（Vander-Lugt 型の光相関器）や、空間光変調
器を２つ用いた合同変換相関法（Joint Transform Corr
elation:ＪＴＣ）などが報告されている。この内、ホロ
グラムを用いた方法はホログラムマスクの波長精度に正
確な位置合わせが必要であるといった欠点を持つため、
ＪＴＣシステムの方が実用的である。
法がいくつか提案されている。例えば、ホログラムを用
いた方法（Vander-Lugt 型の光相関器）や、空間光変調
器を２つ用いた合同変換相関法（Joint Transform Corr
elation:ＪＴＣ）などが報告されている。この内、ホロ
グラムを用いた方法はホログラムマスクの波長精度に正
確な位置合わせが必要であるといった欠点を持つため、
ＪＴＣシステムの方が実用的である。
【０００３】図９は、合同変換相関法を用いて入力パタ
ーンと参照パターンの光相関演算を行う従来のパターン
認識装置の構成を示すブロック図である。同図に示す認
識装置は、高解像度の空間光変調器（ＳＬＭ）２００，
２０１を用いており、入力パターンと参照パターンとか
らなる入力像２１０を液晶投影器２０２に描画させて、
両パターンの一致を検出するものである。入力パターン
と参照パターンはＳＬＭ２００に書き込まれ、レンズ２
０３でフーリエ変換されて、ＳＬＭ２０１上にフーリエ
パターン２１１を形成する。このフーリエパターン２１
１はレンズ２０４によって、もう一度フーリエ変換され
て、入力パターンと参照パターンの相関値に応じた相関
信号像２１２がＣＣＤカメラ２０５に与えられる。ＣＣ
Ｄカメラ２０５に与えられた相関信号像２１２は、画像
計測装置２０６で画像処理され、入力パターンと参照パ
ターンが同一のパターンであるか検出される。
ーンと参照パターンの光相関演算を行う従来のパターン
認識装置の構成を示すブロック図である。同図に示す認
識装置は、高解像度の空間光変調器（ＳＬＭ）２００，
２０１を用いており、入力パターンと参照パターンとか
らなる入力像２１０を液晶投影器２０２に描画させて、
両パターンの一致を検出するものである。入力パターン
と参照パターンはＳＬＭ２００に書き込まれ、レンズ２
０３でフーリエ変換されて、ＳＬＭ２０１上にフーリエ
パターン２１１を形成する。このフーリエパターン２１
１はレンズ２０４によって、もう一度フーリエ変換され
て、入力パターンと参照パターンの相関値に応じた相関
信号像２１２がＣＣＤカメラ２０５に与えられる。ＣＣ
Ｄカメラ２０５に与えられた相関信号像２１２は、画像
計測装置２０６で画像処理され、入力パターンと参照パ
ターンが同一のパターンであるか検出される。
【０００４】入力パターンと参照パターンが一致してい
る場合には、ＣＣＤカメラ２０５に与えられた相関信号
像２１２は、原パターンの強度に応じた０次光の点が中
央に現れ、２つの輝度の高い±１次光の点が入力パター
ン，参照パターンの距離に対応して左右に現れた像とな
る。ここで、この相関信号像２１２の０次光点と−１次
光点の距離ｄは、入力パターンと参照パターンとの距離
ｄ１に比例する。
る場合には、ＣＣＤカメラ２０５に与えられた相関信号
像２１２は、原パターンの強度に応じた０次光の点が中
央に現れ、２つの輝度の高い±１次光の点が入力パター
ン，参照パターンの距離に対応して左右に現れた像とな
る。ここで、この相関信号像２１２の０次光点と−１次
光点の距離ｄは、入力パターンと参照パターンとの距離
ｄ１に比例する。
【０００５】このようなＪＴＣ装置を用いた従来のパタ
ーン認識装置は、特願昭５６−２３９２５公報、特開平
３−２０４６２５公報，特開平３−２８０１７９公報，
特開平４−１１６７１０公報、特開平４−１１５２４１
公報、特開平４−１５８３３２公報などの文献に記載さ
れている。
ーン認識装置は、特願昭５６−２３９２５公報、特開平
３−２０４６２５公報，特開平３−２８０１７９公報，
特開平４−１１６７１０公報、特開平４−１１５２４１
公報、特開平４−１５８３３２公報などの文献に記載さ
れている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来のパタ
ーン認識装置は、２度のフーリエ変換を行うために、Ｓ
ＬＭとフーリエ変換レンズを２組必要とする。そのた
め、システムの規模が大きくなり、問題であった。
ーン認識装置は、２度のフーリエ変換を行うために、Ｓ
ＬＭとフーリエ変換レンズを２組必要とする。そのた
め、システムの規模が大きくなり、問題であった。
【０００７】本発明は、このような問題を解決して、簡
単なシステム構成で動作するコンパクトでローコストな
パターン認識装置を提供することを目的とする。
単なシステム構成で動作するコンパクトでローコストな
パターン認識装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明のパターン認識装置は、（ａ）コヒーレント
光をフーリエ変換するフーリエ変換レンズと、（ｂ）所
定の入力面に第１及び第２の領域を有し、入力パターン
と少なくとも１つ以上の参照パターンを第１の領域に入
力して、これらのパターンの情報を持った第１のコヒー
レント光をフーリエ変換レンズに入射させると共に、第
１のコヒーレント光をフーリエ変換レンズで変換して得
られる第１のフーリエ変換像を第２の領域に入力して、
この第１のフーリエ変換像の情報を持った第２のコヒー
レント光を第１のコヒーレント光と異なる入射角度で且
つ第１のコヒーレント光と同じ側からフーリエ変換レン
ズに入射させる空間光変調手段と、（ｃ）第２のコヒー
レント光をフーリエ変換レンズで変換して得られる第２
のフーリエ変換像を入力して、入力パターンと参照パタ
ーンが同一のパターンであるか検出する検出手段とを備
え、空間光変調手段は、第１及び第２の領域を有し、フ
ーリエ変換レンズの光軸上で且つ光軸と第１の領域の裏
面とが垂直になるように配置され、第１の領域の裏面か
ら第１のコヒーレント光を出力すると共に、第２の領域
の裏面から第２のコヒーレント光を出力する空間光変調
器と、空間光変調器の第１の領域に入力パターンと少な
くとも１つ以上の参照パターンを入力する入力装置と、
空間光変調器とフーリエ変換レンズとの間の光軸上で且
つ光軸と４５度傾くように配置され、第１のコヒーレン
ト光を透過させると共に第２のコヒーレント光を反射さ
せるハーフミラーと、ハーフミラーの面と垂直な光軸を
含む面に沿った、ハーフミラーの面上で光軸と垂直に交
差する直線上に配置され、この直線と４５度の傾きを持
った面に対してわずかに傾くように調整された、第２の
領域から出力された第２のコヒーレント光を反射させて
ハーフミラーに入力させる反射ミラーとを備え、さら
に、パターン認識装置は、フーリエ変換レンズを通過し
た第１のコヒーレント光を空間光変調器の第２の領域に
入力させ、且つフーリエ変換レンズを通過した第２のコ
ヒーレント光を検出手段の所定の検出面に入力させる光
学系を備える。
に、本発明のパターン認識装置は、（ａ）コヒーレント
光をフーリエ変換するフーリエ変換レンズと、（ｂ）所
定の入力面に第１及び第２の領域を有し、入力パターン
と少なくとも１つ以上の参照パターンを第１の領域に入
力して、これらのパターンの情報を持った第１のコヒー
レント光をフーリエ変換レンズに入射させると共に、第
１のコヒーレント光をフーリエ変換レンズで変換して得
られる第１のフーリエ変換像を第２の領域に入力して、
この第１のフーリエ変換像の情報を持った第２のコヒー
レント光を第１のコヒーレント光と異なる入射角度で且
つ第１のコヒーレント光と同じ側からフーリエ変換レン
ズに入射させる空間光変調手段と、（ｃ）第２のコヒー
レント光をフーリエ変換レンズで変換して得られる第２
のフーリエ変換像を入力して、入力パターンと参照パタ
ーンが同一のパターンであるか検出する検出手段とを備
え、空間光変調手段は、第１及び第２の領域を有し、フ
ーリエ変換レンズの光軸上で且つ光軸と第１の領域の裏
面とが垂直になるように配置され、第１の領域の裏面か
ら第１のコヒーレント光を出力すると共に、第２の領域
の裏面から第２のコヒーレント光を出力する空間光変調
器と、空間光変調器の第１の領域に入力パターンと少な
くとも１つ以上の参照パターンを入力する入力装置と、
空間光変調器とフーリエ変換レンズとの間の光軸上で且
つ光軸と４５度傾くように配置され、第１のコヒーレン
ト光を透過させると共に第２のコヒーレント光を反射さ
せるハーフミラーと、ハーフミラーの面と垂直な光軸を
含む面に沿った、ハーフミラーの面上で光軸と垂直に交
差する直線上に配置され、この直線と４５度の傾きを持
った面に対してわずかに傾くように調整された、第２の
領域から出力された第２のコヒーレント光を反射させて
ハーフミラーに入力させる反射ミラーとを備え、さら
に、パターン認識装置は、フーリエ変換レンズを通過し
た第１のコヒーレント光を空間光変調器の第２の領域に
入力させ、且つフーリエ変換レンズを通過した第２のコ
ヒーレント光を検出手段の所定の検出面に入力させる光
学系を備える。
【０００９】
【作用】本発明のパターン認識装置によれば、入力パタ
ーンと少なくとも１つ以上の参照パターンが空間光変調
手段の第１の領域に入力され、これらのパターンの情報
を持った第１のコヒーレント光が出射される。第１のコ
ヒーレント光はフーリエ変換レンズに入射され、第１の
フーリエ変換像が形成される。この第１のフーリエ変換
像が空間光変調手段の第２の領域に入力され、この第１
のフーリエ変換像の情報を持った第２のコヒーレント光
が出射される。第２のコヒーレント光は再びフーリエ変
換レンズに入射され、第２のフーリエ変換像が形成され
る。この第２のフーリエ変換像が検出手段に入力され、
第２のフーリエ変換像上に現れる相関パターンから入力
パターンと参照パターンが同一のパターンであるか検出
される。
ーンと少なくとも１つ以上の参照パターンが空間光変調
手段の第１の領域に入力され、これらのパターンの情報
を持った第１のコヒーレント光が出射される。第１のコ
ヒーレント光はフーリエ変換レンズに入射され、第１の
フーリエ変換像が形成される。この第１のフーリエ変換
像が空間光変調手段の第２の領域に入力され、この第１
のフーリエ変換像の情報を持った第２のコヒーレント光
が出射される。第２のコヒーレント光は再びフーリエ変
換レンズに入射され、第２のフーリエ変換像が形成され
る。この第２のフーリエ変換像が検出手段に入力され、
第２のフーリエ変換像上に現れる相関パターンから入力
パターンと参照パターンが同一のパターンであるか検出
される。
【００１０】このように、第１のコヒーレント光と第２
のコヒーレント光は同一のフーリエ変換レンズに入射さ
れる。しかし、これらのコヒーレント光のフーリエ変換
レンズへの入射角度は異なるので、第１のコヒーレント
光がフーリエ変換して得られる第１のフーリエ変換像
と、第２のコヒーレント光がフーリエ変換して得られる
第２のフーリエ変換像の結像点は異なった位置となる。
このため、第２のフーリエ変換像は第１のフーリエ変換
像と分離して取り出すことができる。
のコヒーレント光は同一のフーリエ変換レンズに入射さ
れる。しかし、これらのコヒーレント光のフーリエ変換
レンズへの入射角度は異なるので、第１のコヒーレント
光がフーリエ変換して得られる第１のフーリエ変換像
と、第２のコヒーレント光がフーリエ変換して得られる
第２のフーリエ変換像の結像点は異なった位置となる。
このため、第２のフーリエ変換像は第１のフーリエ変換
像と分離して取り出すことができる。
【００１１】
【実施例】以下、本発明の一実施例について添付図面を
参照して説明する。図１は本実施例に係るパターン認識
装置の概要を示すブロック図である。同図より、本実施
例のパターン認識装置は、入力面１０ａを上下２つの領
域１０ａ1 ，１０ａ2 に分割し、入力パターンと参照パ
ターンからなる入力像を領域１０ａ1 に入力すると共
に、フーリエ変換像２１を領域１０ａ2 に入力して、そ
れぞれコヒーレント光１１，１２を出力する空間光変調
器（以下、ＳＬＭという）１０と、コヒーレント光１
１，１２を光学的にフーリエ変換するフーリエ変換レン
ズ２０とを備える。また、コヒーレント光１２がフーリ
エ変換レンズ２０で変換されたフーリエ変換像２２を入
力して、フーリエ変換像２２上に現れる相関パターンか
ら相関値データを検出する光検出器３０と、光検出器３
０で検出された相関値に基づいて入力パターンと参照パ
ターンが同一のパターンであるか判定する制御装置４０
とを備える。さらに、入力パターンと参照パターンを表
示するＣＲＴ５０と、ＣＲＴ５０に表示された入力パタ
ーンと参照パターンをＳＬＭ１０の入力面１０ａに結像
させる書き込みレンズ６０とを備える。
参照して説明する。図１は本実施例に係るパターン認識
装置の概要を示すブロック図である。同図より、本実施
例のパターン認識装置は、入力面１０ａを上下２つの領
域１０ａ1 ，１０ａ2 に分割し、入力パターンと参照パ
ターンからなる入力像を領域１０ａ1 に入力すると共
に、フーリエ変換像２１を領域１０ａ2 に入力して、そ
れぞれコヒーレント光１１，１２を出力する空間光変調
器（以下、ＳＬＭという）１０と、コヒーレント光１
１，１２を光学的にフーリエ変換するフーリエ変換レン
ズ２０とを備える。また、コヒーレント光１２がフーリ
エ変換レンズ２０で変換されたフーリエ変換像２２を入
力して、フーリエ変換像２２上に現れる相関パターンか
ら相関値データを検出する光検出器３０と、光検出器３
０で検出された相関値に基づいて入力パターンと参照パ
ターンが同一のパターンであるか判定する制御装置４０
とを備える。さらに、入力パターンと参照パターンを表
示するＣＲＴ５０と、ＣＲＴ５０に表示された入力パタ
ーンと参照パターンをＳＬＭ１０の入力面１０ａに結像
させる書き込みレンズ６０とを備える。
【００１２】次に、本実施例のパターン認識装置の動作
について説明する。ＣＲＴ５０には、制御装置４０の指
示により入力パターンと参照パターンとが並べて表示さ
れる。このときの表示画像の例を図２（ａ）に示す。図
２（ａ）は指紋パターンを用いた表示例であり、左側の
像が入力パターン、右側の像が参照パターンである。
について説明する。ＣＲＴ５０には、制御装置４０の指
示により入力パターンと参照パターンとが並べて表示さ
れる。このときの表示画像の例を図２（ａ）に示す。図
２（ａ）は指紋パターンを用いた表示例であり、左側の
像が入力パターン、右側の像が参照パターンである。
【００１３】図示したような入力パターンと参照パター
ンからなる入力像は、書き込みレンズ６０によりＳＬＭ
１０の入力面１０ａ上の領域１０ａ1 に結像され、入力
像の情報が書き込まれる。そして、ＳＬＭ１０の出力面
１０ｂの領域１０ａ1 に対向する領域１０ｂ1 への読み
出しレーザ光の照射によって、入力像の情報を持ったコ
ヒーレント光１１が出射される。このコヒーレント光１
１は、フーリエ変換レンズ２０に入射してフーリエ変換
像２１に変換される。このフーリエ変換像２１は、ＳＬ
Ｍ１０の入力面１０ａ上の領域１０ａ2 に結像され、フ
ーリエ変換像２１の情報が書き込まれる。このフーリエ
変換像２１の例を図２（ｂ）に示す。
ンからなる入力像は、書き込みレンズ６０によりＳＬＭ
１０の入力面１０ａ上の領域１０ａ1 に結像され、入力
像の情報が書き込まれる。そして、ＳＬＭ１０の出力面
１０ｂの領域１０ａ1 に対向する領域１０ｂ1 への読み
出しレーザ光の照射によって、入力像の情報を持ったコ
ヒーレント光１１が出射される。このコヒーレント光１
１は、フーリエ変換レンズ２０に入射してフーリエ変換
像２１に変換される。このフーリエ変換像２１は、ＳＬ
Ｍ１０の入力面１０ａ上の領域１０ａ2 に結像され、フ
ーリエ変換像２１の情報が書き込まれる。このフーリエ
変換像２１の例を図２（ｂ）に示す。
【００１４】そして、ＳＬＭ１０の出力面１０ｂの領域
１０ａ2 に対向する領域１０ｂ2 への読み出しレーザ光
の照射によって、フーリエ変換像の情報を持ったコヒー
レント光１２が出射される。このコヒーレント光１２
は、フーリエ変換レンズ２０に再び入射してフーリエ変
換像２２に変換される。このフーリエ変換像２２上に
は、入力パターンと参照パターンの相関パターンが現れ
る。このフーリエ変換像２２の例を図２（ｃ）に示す。
ここで、コヒーレント光１２は、コヒーレント光１１と
入射角度を変えている。このため、フーリエ変換像２２
の結像位置は、フーリエ変換像２１の結像位置と異なっ
た位置となる。この結像位置には光検出器３０が備えら
れていて、フーリエ変換像２２上に現れる相関パターン
の相関値データが光強度として検出される。相関値デー
タは、制御装置４０に与えられ、例えばしきい値処理に
よって、入力パターンと参照パターンが同一のパターン
であるか判定される。つまり、相関を示す強度値があら
かじめ定められたしきい値以上の場合は同一パターンで
あると判断するのである。この判定結果は、ＣＲＴなど
に表示され、操作者にパターン認識結果として知らせる
ことができる。
１０ａ2 に対向する領域１０ｂ2 への読み出しレーザ光
の照射によって、フーリエ変換像の情報を持ったコヒー
レント光１２が出射される。このコヒーレント光１２
は、フーリエ変換レンズ２０に再び入射してフーリエ変
換像２２に変換される。このフーリエ変換像２２上に
は、入力パターンと参照パターンの相関パターンが現れ
る。このフーリエ変換像２２の例を図２（ｃ）に示す。
ここで、コヒーレント光１２は、コヒーレント光１１と
入射角度を変えている。このため、フーリエ変換像２２
の結像位置は、フーリエ変換像２１の結像位置と異なっ
た位置となる。この結像位置には光検出器３０が備えら
れていて、フーリエ変換像２２上に現れる相関パターン
の相関値データが光強度として検出される。相関値デー
タは、制御装置４０に与えられ、例えばしきい値処理に
よって、入力パターンと参照パターンが同一のパターン
であるか判定される。つまり、相関を示す強度値があら
かじめ定められたしきい値以上の場合は同一パターンで
あると判断するのである。この判定結果は、ＣＲＴなど
に表示され、操作者にパターン認識結果として知らせる
ことができる。
【００１５】次に、本実施例を詳細に示した具体例につ
いて図３を用いて説明する。この具体例に係るパターン
認識装置は、ＳＬＭ１０とフーリエ変換レンズ２０が対
向して配置されており、ＳＬＭ１０とフーリエ変換レン
ズ２０の間にフーリエ変換レンズ２０の光軸と４５度の
角度でハーフミラー７０が配置されている。さらに、フ
ーリエ変換レンズ２０の光軸と直交する線上の一端に反
射ミラー８０が、他端にレーザ光源９０およびコリメー
タレンズ９１が配置されている。したがって、レーザ光
源９０から出射した読み出しレーザ光の内、ハーフミラ
ー７０を透過したレーザ光が反射ミラー８０で反射し
て、ＳＬＭ１０の領域１０ｂ2 に照射され、ハーフミラ
ー７０で反射したレーザ光がＳＬＭ１０の領域１０ｂ1
に照射される。そして、ＳＬＭ１０の領域１０ｂ1 への
レーザ光の照射によって読み出された （出射した）コ
ヒーレント光１１は、ハーフミラー７０を透過してフー
リエ変換レンズ２０に与えられる。さらに、ＳＬＭ１０
の領域１０ｂ2 へのレーザ光の照射によって読み出され
た（出射した）コヒーレント光１２は、反射ミラー８０
とハーフミラー７０で反射してフーリエ変換レンズ２０
に与えられる。ここで、反射ミラー８０はフーリエ変換
レンズ２０の光軸との角度が４５度にならないようにず
らして配置されている。このため、ＳＬＭ１０の領域１
０ｂ1 から出射したコヒーレント光１１がフーリエ変換
レンズ２０に入射する角度と、ＳＬＭ１０の領域１０ｂ
2 から出射したコヒーレント光１２がフーリエ変換レン
ズ２０に入射する角度とは異なった角度になる。
いて図３を用いて説明する。この具体例に係るパターン
認識装置は、ＳＬＭ１０とフーリエ変換レンズ２０が対
向して配置されており、ＳＬＭ１０とフーリエ変換レン
ズ２０の間にフーリエ変換レンズ２０の光軸と４５度の
角度でハーフミラー７０が配置されている。さらに、フ
ーリエ変換レンズ２０の光軸と直交する線上の一端に反
射ミラー８０が、他端にレーザ光源９０およびコリメー
タレンズ９１が配置されている。したがって、レーザ光
源９０から出射した読み出しレーザ光の内、ハーフミラ
ー７０を透過したレーザ光が反射ミラー８０で反射し
て、ＳＬＭ１０の領域１０ｂ2 に照射され、ハーフミラ
ー７０で反射したレーザ光がＳＬＭ１０の領域１０ｂ1
に照射される。そして、ＳＬＭ１０の領域１０ｂ1 への
レーザ光の照射によって読み出された （出射した）コ
ヒーレント光１１は、ハーフミラー７０を透過してフー
リエ変換レンズ２０に与えられる。さらに、ＳＬＭ１０
の領域１０ｂ2 へのレーザ光の照射によって読み出され
た（出射した）コヒーレント光１２は、反射ミラー８０
とハーフミラー７０で反射してフーリエ変換レンズ２０
に与えられる。ここで、反射ミラー８０はフーリエ変換
レンズ２０の光軸との角度が４５度にならないようにず
らして配置されている。このため、ＳＬＭ１０の領域１
０ｂ1 から出射したコヒーレント光１１がフーリエ変換
レンズ２０に入射する角度と、ＳＬＭ１０の領域１０ｂ
2 から出射したコヒーレント光１２がフーリエ変換レン
ズ２０に入射する角度とは異なった角度になる。
【００１６】したがって、コヒーレント光１１がフーリ
エ変換レンズ２０で変換されたフーリエ変換像２１は、
反射ミラー８１〜８４を介して、ＳＬＭ１０の入力面１
０ａ上の領域１０ａ2 に結像する。これに対して、コヒ
ーレント光１２がフーリエ変換レンズ２０で変換された
フーリエ変換像２２は、反射ミラー８３で反射されずに
反射ミラー８３の横を通過し、光検出器３０の検出面３
０ａ上に結像する。このように、本具体例では、反射ミ
ラー８０を傾けて配置することにより、フーリエ変換像
２１とフーリエ変換像２２の結像位置を分離させること
ができる。このため、従来の相関値の検出ではフーリエ
変換レンズを２枚必要としていたが、本具体例（および
本実施例）ではフーリエ変換レンズ２０を１枚しか必要
としない。このように、本具体例（および本実施例）は
従来に比べて、システム構成が簡単になり、コンパクト
で、ローコストなパターン認識装置が提供できる。な
お、本具体例では、反射ミラー８０をフーリエ変換レン
ズ２０の光軸と４５度の角度になるよう配置すると共
に、ハーフミラー７０をフーリエ変換レンズ２０の光軸
と４５度の角度にならないように傾けて配置してもよ
い。このように配置しても、フーリエ変換像２１とフー
リエ変換像２２の結像位置を分離させることができる。
エ変換レンズ２０で変換されたフーリエ変換像２１は、
反射ミラー８１〜８４を介して、ＳＬＭ１０の入力面１
０ａ上の領域１０ａ2 に結像する。これに対して、コヒ
ーレント光１２がフーリエ変換レンズ２０で変換された
フーリエ変換像２２は、反射ミラー８３で反射されずに
反射ミラー８３の横を通過し、光検出器３０の検出面３
０ａ上に結像する。このように、本具体例では、反射ミ
ラー８０を傾けて配置することにより、フーリエ変換像
２１とフーリエ変換像２２の結像位置を分離させること
ができる。このため、従来の相関値の検出ではフーリエ
変換レンズを２枚必要としていたが、本具体例（および
本実施例）ではフーリエ変換レンズ２０を１枚しか必要
としない。このように、本具体例（および本実施例）は
従来に比べて、システム構成が簡単になり、コンパクト
で、ローコストなパターン認識装置が提供できる。な
お、本具体例では、反射ミラー８０をフーリエ変換レン
ズ２０の光軸と４５度の角度になるよう配置すると共
に、ハーフミラー７０をフーリエ変換レンズ２０の光軸
と４５度の角度にならないように傾けて配置してもよ
い。このように配置しても、フーリエ変換像２１とフー
リエ変換像２２の結像位置を分離させることができる。
【００１７】ところで、フーリエ変換レンズを１個用い
てＪＴＣを行う従来のシステムは、既に平４−３２３６
２３公報の文献において考案されている。しかしなが
ら、この従来のシステムでは、フーリエ変換レンズの両
側にＳＬＭをそれぞれ配置され、各ＳＬＭからのコヒー
レント光がフーリエ変換レンズの両側から入射する。こ
のため、フーリエ変換レンズの両側にフーリエ変換像が
できることとなり、フーリエ変換レンズの両側にそれぞ
れ焦点距離ｆだけの空間が必要となる。よって、レンズ
は１枚で構成できるが、装置の大きさをコンパクトにす
ることができない。
てＪＴＣを行う従来のシステムは、既に平４−３２３６
２３公報の文献において考案されている。しかしなが
ら、この従来のシステムでは、フーリエ変換レンズの両
側にＳＬＭをそれぞれ配置され、各ＳＬＭからのコヒー
レント光がフーリエ変換レンズの両側から入射する。こ
のため、フーリエ変換レンズの両側にフーリエ変換像が
できることとなり、フーリエ変換レンズの両側にそれぞ
れ焦点距離ｆだけの空間が必要となる。よって、レンズ
は１枚で構成できるが、装置の大きさをコンパクトにす
ることができない。
【００１８】さらに、フーリエ変換レンズには、精度向
上や焦点距離の短縮（望遠タイプのレンズを利用）のた
めに、組合せレンズを用いることが多い。こうした組み
合わせレンズは、光入射方向を決めた上で、収差が最小
に最適化されて設計されている。ところが、両方向から
の光入射がある従来のシステムでは、収差が大きくなる
ために、こうした高性能フーリエ変換レンスを利用する
ことができない。また、この従来のシステムでは、波長
の異なった２つのレーザを必要としており、複雑なシス
テム構成となる。本具体例（および本実施例）は、この
ような問題の生じない優れた装置である。
上や焦点距離の短縮（望遠タイプのレンズを利用）のた
めに、組合せレンズを用いることが多い。こうした組み
合わせレンズは、光入射方向を決めた上で、収差が最小
に最適化されて設計されている。ところが、両方向から
の光入射がある従来のシステムでは、収差が大きくなる
ために、こうした高性能フーリエ変換レンスを利用する
ことができない。また、この従来のシステムでは、波長
の異なった２つのレーザを必要としており、複雑なシス
テム構成となる。本具体例（および本実施例）は、この
ような問題の生じない優れた装置である。
【００１９】図４は、図３と同様、本実施例の具体例を
示す図である。図３の例はハーフミラー７０あるいは反
射ミラー８０の傾きを調整することによって、２つのフ
ーリエ変換像の分離を行ったが、本具体例では、シフト
板１００をＳＬＭ１０の領域１０ｂ2 と反射ミラー８０
の間に設けて、２つのフーリエ変換像の分離を行ってい
る。つまり、ＳＬＭ１０の領域１０ｂ2 から出力したコ
ヒーレント光１２の出射方向をシフト板１００によって
変化させ、コヒーレント光１１の入射角度と異なった角
度でフーリエ変換レンズ２０に入射させているのであ
る。このため、フーリエ変換像２１とフーリエ変換像２
２の結像位置を分離させることができる。なお、本具体
例では、ハーフミラー７０と反射ミラー８０が共にフー
リエ変換レンズ２０の光軸と４５度の角度になるように
配置されている。
示す図である。図３の例はハーフミラー７０あるいは反
射ミラー８０の傾きを調整することによって、２つのフ
ーリエ変換像の分離を行ったが、本具体例では、シフト
板１００をＳＬＭ１０の領域１０ｂ2 と反射ミラー８０
の間に設けて、２つのフーリエ変換像の分離を行ってい
る。つまり、ＳＬＭ１０の領域１０ｂ2 から出力したコ
ヒーレント光１２の出射方向をシフト板１００によって
変化させ、コヒーレント光１１の入射角度と異なった角
度でフーリエ変換レンズ２０に入射させているのであ
る。このため、フーリエ変換像２１とフーリエ変換像２
２の結像位置を分離させることができる。なお、本具体
例では、ハーフミラー７０と反射ミラー８０が共にフー
リエ変換レンズ２０の光軸と４５度の角度になるように
配置されている。
【００２０】図３及び図４の具体例では、ＳＬＭ１０
に、光アドレス型のＳＬＭを用いている。図５に、代表
的な光アドレス型のＳＬＭ１１０の構成を示す。同図よ
り、ＳＬＭ１１０は、内面に透明電極１１１が形成され
た２枚のガラス基板１１２の間に、アモルファスシリコ
ン（ａ−Ｓｉ）層１１３、誘電体ミラー１１４及び液晶
層１１５を挟んだサンドイッチ構造を有している。そし
て、ａ−Ｓｉ層１１３側に書き込み光１１６が、液晶層
１１５側に読み出し光１１７がそれぞれ入射される。書
き込み光１１６が与えられない状態では、ａ−Ｓｉ層１
１３のインピーダンスは非常に高く、電圧を透明電極１
１１間に印加しても液晶層１１５に与えられる電圧は僅
かである。書き込み光１１６を与えるとａ−Ｓｉ層１１
３のインピーダンスは下がり、液晶層１１５に加わる電
圧は書き込み光１１６に応じて上昇し、液晶分子が動
く。ここで読み出し光１１７を液晶層１１５側に照射す
ることにより読み出し光１１７は変調され、コヒーレン
ト光像が得られる。
に、光アドレス型のＳＬＭを用いている。図５に、代表
的な光アドレス型のＳＬＭ１１０の構成を示す。同図よ
り、ＳＬＭ１１０は、内面に透明電極１１１が形成され
た２枚のガラス基板１１２の間に、アモルファスシリコ
ン（ａ−Ｓｉ）層１１３、誘電体ミラー１１４及び液晶
層１１５を挟んだサンドイッチ構造を有している。そし
て、ａ−Ｓｉ層１１３側に書き込み光１１６が、液晶層
１１５側に読み出し光１１７がそれぞれ入射される。書
き込み光１１６が与えられない状態では、ａ−Ｓｉ層１
１３のインピーダンスは非常に高く、電圧を透明電極１
１１間に印加しても液晶層１１５に与えられる電圧は僅
かである。書き込み光１１６を与えるとａ−Ｓｉ層１１
３のインピーダンスは下がり、液晶層１１５に加わる電
圧は書き込み光１１６に応じて上昇し、液晶分子が動
く。ここで読み出し光１１７を液晶層１１５側に照射す
ることにより読み出し光１１７は変調され、コヒーレン
ト光像が得られる。
【００２１】一般の液晶ＴＶ等に用いられているのはツ
イストネマティック液晶であり、この液晶を用いたＴＮ
ＬＣ−ＳＬＭが、ＳＬＭ１０に利用できる。また、ＦＬ
Ｃ（強誘電性液晶）を光変調材料として用いたＦＬＣ−
ＳＬＭを用いれば高速な応答が実現できる。さらに、回
析効率を向上させることを目的として液晶軸を平行に配
向したネマティック液晶ＳＬＭ（位相変調型ＳＬＭ）を
利用することによってシステムの高機能化が可能であ
る。この場合、位相変調であるため明るいフーリエ変換
像が得られる。これによって、認識時のＳ／Ｎが向上で
きると同時に、高速応答（１０ミリ秒以下）が達成でき
る。これは、位相変調型ＳＬＭの駆動電圧に対する感度
と応答速度の関係を示す図６のグラフからも判るよう
に、位相変調型ＳＬＭの動作特性は、駆動電圧を上げる
ほど応答速度が速くなるが、感度が劣化する特性を持つ
からである。そのため、明るいフーリエ変換像が得られ
ている場合には、駆動電圧を上げることができ、システ
ムの応答速度が向上する。図６のグラフの横軸は駆動電
圧であり、縦軸は感度と上昇時間である。ここで、感度
とは位相をπ変調するのに必要な光量（単位μＷ／ｃｍ
2 、波長６８０ｎｍ）をいい、上昇時間とは位相をπ変
調した場合の１０％〜９０％の上昇に必要な時間（強度
変調で測定、単位ｍｓｅｃ）をいう。
イストネマティック液晶であり、この液晶を用いたＴＮ
ＬＣ−ＳＬＭが、ＳＬＭ１０に利用できる。また、ＦＬ
Ｃ（強誘電性液晶）を光変調材料として用いたＦＬＣ−
ＳＬＭを用いれば高速な応答が実現できる。さらに、回
析効率を向上させることを目的として液晶軸を平行に配
向したネマティック液晶ＳＬＭ（位相変調型ＳＬＭ）を
利用することによってシステムの高機能化が可能であ
る。この場合、位相変調であるため明るいフーリエ変換
像が得られる。これによって、認識時のＳ／Ｎが向上で
きると同時に、高速応答（１０ミリ秒以下）が達成でき
る。これは、位相変調型ＳＬＭの駆動電圧に対する感度
と応答速度の関係を示す図６のグラフからも判るよう
に、位相変調型ＳＬＭの動作特性は、駆動電圧を上げる
ほど応答速度が速くなるが、感度が劣化する特性を持つ
からである。そのため、明るいフーリエ変換像が得られ
ている場合には、駆動電圧を上げることができ、システ
ムの応答速度が向上する。図６のグラフの横軸は駆動電
圧であり、縦軸は感度と上昇時間である。ここで、感度
とは位相をπ変調するのに必要な光量（単位μＷ／ｃｍ
2 、波長６８０ｎｍ）をいい、上昇時間とは位相をπ変
調した場合の１０％〜９０％の上昇に必要な時間（強度
変調で測定、単位ｍｓｅｃ）をいう。
【００２２】さらに、このＳＬＭとして、入出力特性が
非線形なものを用いた場合に、入力光強度の影響の少な
い相関器が実現できる。図７に、ａ−Ｓｉ（アモルファ
スシリコン）とネマティック液晶を用いたＳＩＭの入出
力特性の例を示す（縦軸：位相変調度、横軸：入力光強
度）。この図より、ＳＬＭの位相変調度は入力光強度の
対数にほぼ比例した特性を持つことが判る。
非線形なものを用いた場合に、入力光強度の影響の少な
い相関器が実現できる。図７に、ａ−Ｓｉ（アモルファ
スシリコン）とネマティック液晶を用いたＳＩＭの入出
力特性の例を示す（縦軸：位相変調度、横軸：入力光強
度）。この図より、ＳＬＭの位相変調度は入力光強度の
対数にほぼ比例した特性を持つことが判る。
【００２３】この特性を持つＳＬＭを用いて、相関器を
構成した場合の相関強度と入力光強度の関係を図８に示
す。この図より、最大相関強度の５０％が得られる領域
は、１５μＷ／ｃｍ2 〜１ｍＷ／ｃｍ2 程度であること
が判る。
構成した場合の相関強度と入力光強度の関係を図８に示
す。この図より、最大相関強度の５０％が得られる領域
は、１５μＷ／ｃｍ2 〜１ｍＷ／ｃｍ2 程度であること
が判る。
【００２４】これまで、光相関器では、入力光強度が変
化すると、それに比例して相関強度が変化したが、この
ような非線形的な入出力特性を持つＳＬＭを用いること
で、入力光強度の変化の影響の少ない光相関器が実現で
きる。
化すると、それに比例して相関強度が変化したが、この
ような非線形的な入出力特性を持つＳＬＭを用いること
で、入力光強度の変化の影響の少ない光相関器が実現で
きる。
【００２５】なお、本実施例では、ＣＲＴ６０の代わり
に、液晶ディスプレイやプラズマディスプレイなどのそ
の他のディスプレイ装置を用いてもよい。
に、液晶ディスプレイやプラズマディスプレイなどのそ
の他のディスプレイ装置を用いてもよい。
【００２６】
【発明の効果】本発明のパターン認識装置は、一組の空
間光変調器とフーリエ変換レンズを用いて２回のフーリ
エ変換を行い、相関パターンを検出している。このた
め、２組の空間光変調器とフーリエ変換レンズを必要と
した従来の装置に比べてシステム構成が簡単になり、装
置の小型化および製造コストの低減が図れる。
間光変調器とフーリエ変換レンズを用いて２回のフーリ
エ変換を行い、相関パターンを検出している。このた
め、２組の空間光変調器とフーリエ変換レンズを必要と
した従来の装置に比べてシステム構成が簡単になり、装
置の小型化および製造コストの低減が図れる。
【図１】本実施例に係るパターン認識装置の概要を示す
ブロック図である。
ブロック図である。
【図２】入力像、フーリエ変換像を示す図である。
【図３】本実施例の具体的な構成を示す図である。
【図４】本実施例の具体的な構成を示す図である。
【図５】ＳＬＭの構造を示す断面図である。
【図６】位相変調型ＳＬＭの駆動電圧に対する感度と応
答速度の関係を示す図である。
答速度の関係を示す図である。
【図７】位相変調型ＳＬＭの入出力特性を示す図であ
る。
る。
【図８】入力光強度の変化による相関強度への影響を示
す図である。
す図である。
【図９】従来のパターン認識装置の構成を示すブロック
図である。
図である。
１０，１１０…空間光変調器、１１，１２…コヒーレン
ト光、２０…フーリエ変換レンズ、２１，２２…フーリ
エ変換像、３０…光検出器、４０…制御装置、５０…Ｃ
ＲＴ、６０…書き込みレンズ、７０…ハーフミラー、８
０〜８４…反射ミラー、９０…レーザ光源、９１…コリ
メータレンズ、１００…シフト板、１１１…透明電極、
１１２…ガラス基板、１１３…アモルファスシリコン
層、１１４…誘電体ミラー、１１５…液晶層、１１６…
書き込み光、１１７…読み出し光。
ト光、２０…フーリエ変換レンズ、２１，２２…フーリ
エ変換像、３０…光検出器、４０…制御装置、５０…Ｃ
ＲＴ、６０…書き込みレンズ、７０…ハーフミラー、８
０〜８４…反射ミラー、９０…レーザ光源、９１…コリ
メータレンズ、１００…シフト板、１１１…透明電極、
１１２…ガラス基板、１１３…アモルファスシリコン
層、１１４…誘電体ミラー、１１５…液晶層、１１６…
書き込み光、１１７…読み出し光。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 向坂 直久
静岡県浜松市市野町1126番地の１ 浜松
ホトニクス株式会社内
(72)発明者 小林 祐二
静岡県浜松市市野町1126番地の１ 浜松
ホトニクス株式会社内
(72)発明者 原 勉
静岡県浜松市市野町1126番地の１ 浜松
ホトニクス株式会社内
(56)参考文献 特開 平４−116710（ＪＰ，Ａ)
特開 昭61−185719（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G02F 3/00
Claims (2)
- 【請求項１】 コヒーレント光をフーリエ変換するフー
リエ変換レンズと、 所定の入力面に第１及び第２の領域を有し、入力パター
ンと少なくとも１つ以上の参照パターンを前記第１の領
域に入力して、これらのパターンの情報を持った第１の
コヒーレント光を前記フーリエ変換レンズに入射させる
と共に、前記第１のコヒーレント光を前記フーリエ変換
レンズで変換して得られる第１のフーリエ変換像を前記
第２の領域に入力して、この第１のフーリエ変換像の情
報を持った第２のコヒーレント光を前記第１のコヒーレ
ント光と異なる入射角度で且つ前記第１のコヒーレント
光と同じ側から前記フーリエ変換レンズに入射させる空
間光変調手段と、 前記第２のコヒーレント光を前記フーリエ変換レンズで
変換して得られる第２のフーリエ変換像を入力して、入
力パターンと参照パターンが同一のパターンであるか検
出する検出手段とを備え、 前記空間光変調手段は、前記第１及び第２の領域を有
し、前記フーリエ変換レンズの光軸上で且つ前記光軸と
前記第１の領域の裏面とが垂直になるように配置され、
前記第１の領域の裏面から前記第１のコヒーレント光を
出力すると共に、前記第２の領域の裏面から前記第２の
コヒーレント光を出力する空間光変調器と、 前記空間光変調器の前記第１の領域に入力パターンと少
なくとも１つ以上の参照パターンを入力する入力装置
と、 前記空間光変調器と前記フーリエ変換レンズとの間の前
記光軸上で且つ前記光軸と４５度傾くように配置され、
前記第１のコヒーレント光を透過させると共に前記第２
のコヒーレント光を反射させるハーフミラーと、 前記ハーフミラーの面と垂直な前記光軸を含む面に沿っ
た、前記ハーフミラーの面上で前記光軸と垂直に交差す
る直線上に配置され、この直線と４５度の傾きを持った
面に対してわずかに傾くように調整された、前記第２の
領域から出力された前記第２のコヒーレント光を反射さ
せて前記ハーフミラーに入力させる反射ミラーとを備
え、 さらに、前記フーリエ変換レンズを通過した前記第１の
コヒーレント光を前記空間光変調器の前記第２の領域に
入力させ、且つ前記フーリエ変換レンズを通過した前記
第２のコヒーレント光を検出手段の所定の検出面に入力
させる光学系を備えることを特徴とするパターン認識装
置。 - 【請求項２】 前記空間光変調手段が位相変調型光変調
器であることを特徴とする請求項１記載のパターン認識
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30663493A JP3486215B2 (ja) | 1993-12-07 | 1993-12-07 | パターン認識装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30663493A JP3486215B2 (ja) | 1993-12-07 | 1993-12-07 | パターン認識装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07159823A JPH07159823A (ja) | 1995-06-23 |
| JP3486215B2 true JP3486215B2 (ja) | 2004-01-13 |
Family
ID=17959462
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30663493A Expired - Fee Related JP3486215B2 (ja) | 1993-12-07 | 1993-12-07 | パターン認識装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3486215B2 (ja) |
-
1993
- 1993-12-07 JP JP30663493A patent/JP3486215B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07159823A (ja) | 1995-06-23 |
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