JPH09204235A - 光学的相関装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 光学的相関を定量化する。 【手段】 相関をとるべき物体像を適当な時間間隔をお
いて入力し、各物体像の減算像を記録する空間光変調器
と、この空間光変調器に記録された減算像を読み出すた
めの平行化された光を発生するレーザ光源と、読み出さ
れた光の像を受光し、受光された光の強度に対応した電
気信号を出力する光検出器と、この光検出器から出力さ
れた電気信号に基づいて相関をとるべき各物体像の相関
の大小を表示する相関表示器と、を有してなる。本発明
によれば、各物体像の光学的相関度を光検出器で電気信
号に変換し、これを電流計のような表示器で定量的に示
すことができるので、極めて簡単でありながら効果的に
光学的相関の大小の程度を把握できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は２つの像間の相関を、
光学的に演算する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば多数のバクテリア、***等の集合
体のある時刻ｔ０での密度分布と、時刻ｔ０からある時
間経過した時刻ｔ１の密度分布との相関を求めることに
より、その集合体の運動の様子を把握することができ
る。

【０００３】即ち、時刻ｔ０での集合体の密度分布と、
時刻ｔ１での密度分布との相関が大きければ、その集合
体の運動は小さいことになり、逆に相関が小さければ激
しい運動をしていることになる。又、密度分布の情報を
得る時間間隔を変えることによって、時間毎の相関値を
とれば、どの程度の運動をしているかも把握することが
できる。

【０００４】このような対象の相互相関を得るために、
従来Ｖａｎｄｅｒ Ｌｕｇｈｔ式マッチフィルターによ
る相関演算及び合同変換型相関法等の光学的演算が用い
られている。後者の合同変換型相関法を実現する手段と
しては、例えば特開昭６０−３１６７７号公報に開示さ
れるような、光学的に相関を演算する装置がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前者の相関演算では、
フーリエ変換ホログラムを撮る装置に十分な応答速度を
有するものがないため、リアルタイム演算をすることが
できないという問題点がある。

【０００６】また、後者の相関演算に係る特開昭６０−
３１６７７号公報に開示される装置は、光変調材料とし
て電気光学結晶、アドレス材料として光電面にマイクロ
チャンネルプレートを組合わせたものをそれぞれ利用し
たＭＳＬＭと称される光アドレス方式空間光変調器を、
入力用とパワースペクトル記録用のために２台用いてい
るが、この空間光変調器の応答速度は数１００ｍｓと遅
いため、これらの動作のタイミングを合わせるのが煩雑
であるという制御上の問題点がある。

【０００７】又、前記装置は、相関出力に自己相関や同
一パターン内での相互相関が現われ、ノイズの原因にな
るので、これを避けるために、フーリエ変換するレンズ
の焦点距離を大きくしたり、入力パターンの配置を制限
しなければならないという問題点がある。更に、フーリ
エ変換を用いずに単に減算のみを用いて相関をとる方法
では、入力パターンの位置ずれに対しての許容度が非常
に小さいという問題点がある。

【０００８】更に又、相関をとる物体像間の減算を行う
場合、空間光変調器において参照物体像又は被参照物体
像を加算書込みし、その後、被参照物体又は参照物体を
減算書込みすることによって実現されるが、この時、物
体像の輪郭部は減算されずに残ってしまうことが度々お
こり、光出力による相関の値に、該輪郭部に基づく誤差
を生じさせてしまうという問題点がある。

【０００９】このように、従来の光学的相関装置では、
各々の装置に固有の構成および機能に起因して、上述し
たような固有の問題点があるが、いずれの従来装置によ
っても、相関をとるべき各物体像の相関の程度（相関の
大小）を、簡単な構成で定量的かつ容易に把握すること
は困難である。

【００１０】すなわち、相関をとるべき一方の物体像か
ら他方の物体像を減算すると、これらの減算像が二次元
のイメージとして得られるが、その相関の「程度」、つ
まり相関の大小は、減算像を目視で観測する者の主観で
しか把握できない。

【００１１】この事情は、“ＯＰＴＩＣＡＬ ＥＮＧＩ
ＮＥＥＲＩＮＧ”誌（Ｖｏｌ．１７，Ｎｏ．４）に開示
された光情報処理技術でも何ら異なるものではなく、各
物体像のイメージの差は画像上で把握できたとしても、
相関の程度の大小を定量的に測定する事は困難である。

【００１２】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、２つの像間の相関を光学的に演算
し、各物体像の相関の大小の程度を定量的に測定できる
装置を、簡単な構成と容易な制御の下で実現することを
目的とする。

【００１３】又、本発明は、十分な応答速度で、リアル
タイム減算を行うことができると共に、入力用とパワー
スペクトル記録用の２つの空間光変調器を用いる場合で
も、そのタイミングを厳格に合わせる必要がない光学的
相関装置を提供することを目的とする。

【００１４】又、本発明は、フーリエ変換する場合に、
レンズの焦点距離を大きくしたり入力パターンの配置を
制限したりすることなく、相関出力における自己相関や
相互相関に基づくノイズを抑制することができ、且つフ
ーリエ変換を用いずに相関をとる場合に対して、入力パ
ターンのずれに対して許容度が大きい光学的相関装置を
提供することを目的とする。

【００１５】更に又、本発明は、相関をとる物体像間の
減算を行う際に、物体像の輪郭部が減算されずに残って
しまうことを防止して、相関の値に誤差が発生すること
を抑制した光学的相関装置を提供することを目的とす
る。

【００１６】

【課題を解決するための手段】第１発明では、相関をと
るべき物体像を適当な時間間隔をおいて入力し、各物体
像の減算をして減算像を記録する空間光変調器と、この
空間光変調器に記録された減算像を読み出すためのレー
ザ光を発生するレーザ光源と、空間変調器から読み出さ
れた光の像を受光し、受光された光の強度に応じた電気
信号を出力する光検出器と、この光検出器から出力され
た電気信号にもとづいて相関をとるべき各物体像の相関
の大小を表示する相関表示器と、を有してなる光学系を
有してなる光学的相関装置により上記目的を達成するも
のである。

【００１７】この光学的相関装置においては、減算像の
光路の途中にロウパスフィルタリングを行うフィルタを
配置してもよい。

【００１８】又、光学的相関装置において、空間光変調
器その光書込み部を、各々独立して動作される少なくと
も２つの分割光書込み部に分割してもよい。更に又、空
間光変調器をメモリー機能を有するものとしてもよく、
強誘電性液晶空間光変調器としてもよい。

【００１９】第２発明は、相関をとるべき物体像を適当
な時間間隔をおいて入力し、各物体像をコヒーレントな
情報に変換する空間変調器と、この空間光変調器から出
力されるコヒーレントな情報を読み出すためのレーザ光
を発生するレーザ光源と、読み出された像をフーリエ変
換するレンズと、各物体像に基づくコヒーレント情報が
フーリエ変換された各パターンを減算し、且つ記録する
第２の空間光変調器と、この第２の空間光変調器に記録
された減算パターンを読み出すレーザ光を発生するレー
ザ光源と、読み出された光を受光し、受光された光の強
度に応じた電気信号を出力する光検出器と、この光検出
器から出力された電気信号にもとづいて前記相関をとる
べき各物体像の相関の大小を表示する相関表示器と、を
有してなる光学的相関装置により上記目的を達成するも
のである。

【００２０】又、第２発明の光学的相関装置において、
減算パターンの光路の途中にロウパスフィルタリングを
行うフィルターを配置してもよい。又、第２の空間光変
調器を、そのフーリエ変換光書込み部が各々独立して動
作される少なくとも２つの分割書込み部に分割してもよ
い。

【００２１】更に、第２発明の光学的相関装置におい
て、第２の空間光変調器をメモリー機能を有するものと
してもよく、強誘電性液晶空間光変調器としてもよい。

【００２２】

【作用】第１発明においては、適当な時間間隔で入力し
た物体像の減算像を空間光変調器で生成し、これをレー
ザ光で読み出し、光検出器で検出している。ここで、光
検出器は読み出された光の強度に応じた電気信号を出力
するので、相関表示器は相関の大小を定量的に表示でき
る。このように、光学的相関を演算して、その程度を定
量できるので、構造が簡単でありながら、制御が容易で
実用的な光学的相関装置を実現できる。

【００２３】又、光書込み部を２つ以上に分割した場合
は、更に十分な応答速度で、リアルタイムに光学的相関
度の定量的演算をすることができる。

【００２４】第２発明においては、各物体像の相関の大
小を定量的に把握できることに加えて、各物体像に基づ
くコヒーレント情報がフーリエ変換された後のフーリエ
パターンにおいて減算して、相関をとっているので、フ
ーリエ変換前の物体像において相関演算した場合の相関
出力における自己相関や同一パターン内での相互相関に
よるノイズが解消し、従って、フーリエ変換するレンズ
の焦点距離を大きくしたり、入力パターンの配置を制限
したりする必要がない。

【００２５】又請求項２、７においては、減算像又は減
算パターンの光路の途中にロウパスフィルタリングを行
うフィルタを配置しているので、減算されずに残ってい
る物体像の輪郭部を除去して、相関出力の誤差を解消す
ることができる。

【００２６】更に、請求項３、８におけるように、空間
光変調器又は第２の空間光変調器の光書込み部を各々独
立して動作される複数の分割光書込み部にしているので
低コストで、且つ速い応答速度を得ることができる。

【００２７】更に、請求項４又は９において、空間光変
調器をメモリー機能を有するものとしているので、書込
み像の読み出しを高速とする必要がなく、又、物体像を
順次更新して、その都度読み出して相関をとっていくの
に好都合である。

【００２８】又、請求項５及び１０においては、空間光
変調器を強誘電性液晶空間光変調器としているので、高
い応答速度で動作させることができると共に、光書込み
部を分割した場合は、１部の分割書込み部への光書込み
中に、他の分割光書込み部にレンズ系等からの迷光によ
り書込むべきでない部分に光が回り込みダークレベルを
上げてしまうということがない。

【００２９】

【実施形態】以下本発明の実施例を図面を参照して説明
する。

【００３０】第１発明の第１実施例に係る光学的相関を
演算する装置（以下相関装置という）１０は、光書込み
部側の透明電極（詳細は後述）が２つに等分割されてい
る強誘電性液晶空間光変調器（以下ＦＬＣ−ＳＬＭ）１
２と、このＦＬＣ−ＳＬＭ１２の光書込み側に配置され
て、書込み光を分割された光書込み部に別個に結像させ
る結像手段１６と、ＦＬＣ−ＳＬＭ１２に記憶された像
を読み出すための平行化されたレーザ光を発生するレー
ザ光源１８と、読み出された像を集光する集光レンズ２
１Ａ，２１Ｂからなる光学系２１と、集光レンズ２１
Ａ，２１Ｂにより集光された光を検出して強度に応じた
電流を出力するホトダイオード２８Ａ，２８Ｂからなる
光検出器２８と、ホトダイオード２８Ａ，２８Ｂの出力
電流を検出して表示する電流計３０とを備えて構成され
ている。なお、図１の符号３２は相関をとるべき物体例
えば多数のバクテリア、***等の集合体を示す。

【００３１】ＦＬＣ−ＳＬＭ１２は、図２に示されるよ
うに、一対の配向層３４Ａ，３４Ｂ間に配置された強誘
電性液晶層３６と、書込み光入射側から強誘電性液晶層
３６に向ってこの順で配置された光ファイバープレート
６０と、書込み側透明電極３８と、アドレス材料として
のアモルファスシリコン（以下ａ−Ｓｉ）層４０と、誘
電体ミラー４２と、強誘電性液晶層３６から読み出し側
にこの順で配置された読み出し側透明電極４４と、ガラ
ス層４６と、及び反射防止膜４８とを積層して構成した
ものである。

【００３２】書込み側透明電極３８は、図３に示される
ように光ファイバープレート６０上で図において２分割
されて、分割透明電極３８Ａ，３８Ｂとされている。こ
れら分割透明電極３８Ａ，３８Ｂには、導線３９Ａ，３
９Ｂがそれぞれ接続されて、動作回路５２により、各々
独立して、該分割透明電極３８Ａ，３８Ｂを介して強誘
電性液晶層３６に正電界又は負電界のパルスが印加され
るようになっている。

【００３３】結像手段１６は、マイクロチャンネルプレ
ート（以下ＭＣＰ）５４を備えた前処理管５６と、この
前処理管５６の光入力側端面におけるホトカソード５６
Ａに物体３２の像を結像させるためのレンズ５８と、前
処理管５６の後端の出力蛍光面５６Ｂとで構成され、Ｆ
ＬＣ−ＳＬＭ１２における書込み側透明電極３８に光フ
ァイバープレート６０で接続されている。なお、図１の
符号６２は、ホトカソード５６Ａを照射することによっ
て、光像を消去するための消去用ＬＥＤを示す。

【００３４】前処理管５６内には、ホトカソード５６Ａ
から出力蛍光面５６Ｂに向かって、電子レンズ系５６
Ｃ、偏向電極５６Ｄ、前記ＭＣＰ５４がこの順で配置さ
れている。

【００３５】レーザ光源１８は、Ｈｅ−Ｎｅレーザ１８
Ａと、スペイシャルフィルタ１８Ｂと、スペイシャルフ
ィルタ１８Ｂを通ったレーザ光を平行光線にするコリメ
ータレンズ１８Ｃと、この平行光を反射するミラー１８
Ｄと、ミラー１８Ｄによって反射された平行光をＦＣＬ
−ＳＬＭ１２の読み出し側透明電極４８に照射するため
のハーフミラー１８Ｅとから構成されている。

【００３６】光学系２１における集光レンズ２１Ａ，２
１Ｂは、分割透明電極３８Ａ，３８Ｂに対応する位置に
並設され、分割透明電極３８Ａに対応する読み出し光を
集光レンズ２１Ａが、又、分割透明電極３８Ｂに対応す
る読み出し光を集光レンズ２１Ｂが、それぞれ光検出器
２８におけるホトダイオード２８Ａ，２８Ｂに集光する
ようにされている。

【００３７】次に、上記実施例装置の作用について説明
する。

【００３８】多数のバクテリアあるいは***の集合体等
である物体３２の像を、レンズ５８により前処理管５６
におけるホトカソード５６Ａに結像し、光電子像に変換
する。ホトカソード５６Ａから出力される光電子は、電
子レンズ系５６Ｃ及び偏向電極５６Ｄを経てＭＣＰ５４
に到達し、該ＭＣＰ５４において増倍されて、出力蛍光
面５６Ｂを照射する。物体３２がバクテリア等の場合
は、その発光する蛍光等が微弱光であるために、このよ
うにＭＣＰにより光強度増幅を行う。

【００３９】前処理管５６において強度増幅された光学
像は、ＦＬＣ−ＳＬＭ１２の受光面に、光ファイバープ
レート６０を介して結像される。

【００４０】ＦＬＣ−ＳＬＭ１２の光書込み部は、書込
み側透明電極３８が、図３に示されるように２分割され
て、分割透明電極３８Ａ，３８Ｂとされている。これら
分割透明電極３８Ａ，３８Ｂは、動作回路５２により独
立して動作される。又、強誘電性液晶層３６は、対応す
る分割透明電極３８Ａ，３８Ｂが作動されない限り光変
調をしない。従って、分割透明電極３８Ａ，３８Ｂに電
圧を印加するか否かで、強誘電性液晶層３６での光変調
が、分割透明電極３８Ａ，３８Ｂに対応する部分におい
て独立して光変調がなされることになる。

【００４１】まず、時刻Ｔ＝ｔ０で、物体３２の像を前
処理管５６の偏向電極５６Ｄにより、分割透明電極３８
Ａ側に結像するように振る。このときに、分割透明電極
３８Ａのみに電圧がかかり、分割透明電極３８Ｂにはか
からないように動作回路５２によって制御する。又、分
割透明電極３８には画像を加算するように電圧をかけ
る。

【００４２】従って、書込みは分割透明電極３８Ａ側の
みで画像を加算するように行われることになる。

【００４３】強誘電性液晶層３６では、入射した光強度
に比例して、書込み光が照射されている領域でＯＮ状態
にスイッチされる。強誘電性液晶層３６はメモリー機能
があるために、分割透明電極３８Ａに対応する部分にお
いて物体像を記憶しておき、分割透明電極３８Ａにかか
る電圧を取除く。

【００４４】次に、時刻Ｔ＝ｔ０＋ｔで、ｔ秒後の物体
像をＦＬＣ−ＳＬＭ１２の、分割透明電極３８Ａに対応
する部分に書込む。このとき、動作回路５２によって、
画像を減算するように、分割透明電極３８Ａに電圧がか
けられる。

【００４５】次に、偏向電極５６Ｄには前述と逆の電圧
をかけ、物体像が分割透明電極３８Ｂに結像するように
する。又、このとき分割透明電極３８Ｂには、画像を加
算するように電圧をかけておく。従って、強誘電性液晶
層３６の、分割透明電極３８Ａに対応する部分では減算
された像が書込まれたことになり、又、分割透明電極３
８Ｂに対応する部分に新たな書込みが行われることにな
る。

【００４６】ＦＬＣ−ＳＬＭ１２の分割透明電極３８Ａ
に対応した領域に記録されている減算像は、レーザ光源
１８からの平行光により読み出され、レンズ２１Ａを経
てホトダイオード２８に入力される。このホトダイオー
ド２８Ａは、受光強度に対応した光電流を生成して電流
計３０に出力する。

【００４７】分割透明電極３８Ａに対応してＦＬＣ−Ｓ
ＬＭ１２に書込まれた減算像は、時刻ｔ０の物体像と時
刻ｔ０＋ｔの物体像の重なりが小さい（即ち相関が小さ
い）場合は、同じパターンの部分が少なく、従って読み
出し光の強度が大きい。従って、電流計３０において、
ホトダイオード２８Ａの出力電流が大きく検出された場
合は、２つの物体の像の相関が小さいということにな
り、物体３２であるバクテリアや***の集合体の動きが
大きいことになる。

【００４８】逆に、減算像の光強度に対応するホトダイ
オード２８Ａの出力電流が小さいときは、相関が大き
く、バクテリアや***の集合体の動きが小さいことにな
るので、電流計３０の表示値により相関の程度を定量的
に把握できる。

【００４９】動作回路５２により、ＦＬＣ−ＳＬＭ１２
における分割透明電極３８Ａ，３８Ｂを動作させるモー
ドは複数種類考えられる。図４は、一方の分割透明電極
に対応する物体像に対して新たな物体像を減算し、他方
の分割透明電極に同じ新たな物体像を書込み、次に一方
の分割透明電極に減算像を消去して、次の新たな物体像
を書込み、他方の分割透明電極側で同じ新たな像で減算
するという過程を繰返し、分割透明電極３８Ａ，３８Ｂ
で順次物体像の相関をとるための相関演算タイムチャー
トである。

【００５０】まず、消去用ＬＥＤ６２により分割透明電
極３８Ａ，３８Ｂの両方に対応する領域（以下ＩＴＯ
１，ＩＴＯ２）の書込まれている像を消去する。

【００５１】次に、分割透明電極３８Ａに電圧を印加す
ると共に、前処理管５６で物体像（パターン１とする）
を分割透明電極３８Ａ側に振って、該当するＩＴＯ１に
書込みを行う。このとき、分割透明電極３８Ｂ側は電圧
を印加しない。

【００５２】次に、分割透明電極３８Ａ側の書込み像
（パターン１）を記憶したまま、分割透明電極３８Ａに
は減算、３８Ｂには加算となる電圧のパルスを印加し
て、ＩＴＯ１とＩＴＯ２にＴ＝ｔ０＋ｔの新たな物体像
（パターン２とする）の書込みを行う。このとき、ＩＴ
Ｏ１に書込まれた減算像（パターン１−２）は読み出し
光によって読み出され、集光レンズ２１Ａを経てホトダ
イオード２８Ａに入力され、前述のように、電流計３０
に相関の大小として出力表示される。

【００５３】次に、ＩＴＯ１の減算像（パターン１−
２）を消去し、ＩＴＯ１には加算、ＩＴＯ２に減算とな
るように、分割透明電極３８Ａ，３８Ｂに電圧をかけて
Ｔ＝ｔ０＋２ｔの新たな物体像（パターン３）を振っ
て、加算像と減算像を更新し、且つその都度減算像｛パ
ターンｎ−（ｎ＝１）｝を読み出して、相関をとってい
く。

【００５４】従って、ＩＴＯ１とＩＴＯ２の物体像の書
換えの間隔、例えば１００μｓｅｃ程度で、順次相関を
とっていくことによって、高速度で物体の相関をとるこ
とができる。

【００５５】上記実施例においては、記録された物体像
を消去する際に、ＦＬＣ−ＳＬＭの消去電圧を下げるた
め、消去用ＬＥＤ６２及び前処理管５６の偏向電極５６
Ｄの操作によって、ＦＬＣ−ＳＬＭ１２の光書込み部に
光を均一に照射している。又、その際の、光書込み時の
補償電圧パルスは、図５に示されるように、ダーク状態
でのＦＬＣ−ＳＬＭ１２がオンにならない条件となって
いる。

【００５６】本発明は、上記に限定されるものではな
く、図６に示されるように、消去用光を用いずに消去電
圧により消去するようにしてもよい。

【００５７】図６のような動作タイミングで、消去用Ｌ
ＥＤ６２を用いることなく分割透明電極にかける消去電
圧のみによって像を消去する場合は、消去ＬＥＤを用い
る場合と比較して、相関をとる間隔を更に短くすること
ができ、従って、物体像の極めて速い動きについても相
関を演算することができる。

【００５８】なお上記実施例は、書込み側透明電極３８
を、図において左右に２等分割したものであるが、この
場合は、例えば図７（Ａ）に示されるように読み出し側
透明電極４４を分割しない状態としたり、あるいは図７
（Ｂ）に示されるように、書込み側透明電極３８を２等
分割し、且つこの分割方向と直交する方向に、読み出し
側透明電極４４を２等分割して、分割透明電極４４Ａ，
４４Ｂとするようにしてもよい。図７（Ｂ）の場合は、
分割透明電極４４Ａ，４４Ｂも独立して動作されるよう
にすることによって、強誘電性液晶層３６を４分割して
利用できることになる。更に、書込み側透明電極３８及
び読み出し側透明電極４４の各々、又は、一方を３以上
に分割してもよく、又分割の場合は必ずしも等分割でな
くてもよい。

【００５９】上記実施例は、偏向電極５６Ｄを備えた前
処理管５６により、入力物体像を偏向するようにしてい
るが、この入力物体像偏向手段は、例えば図８に示され
るように、音響光学素子６４を用いてもよい。図８の符
号６６は、ＦＬＣ−ＳＬＭ１２の光入射側に配置された
イメージインテンシファイア（Ｉ．Ｉ）、６８は超音波
発生器、７０は超音波発生器６８を、ＦＬＣ−ＳＬＭ１
２及びＩ．Ｉ６６と同期して作動させるためのコントロ
ーラ、７２は結像レンズをそれぞれ示す。

【００６０】又、図９に示されるように、入力物体像偏
向手段は、同様にＦＬＣ−ＳＬＭ１２及びＩ．Ｉ６６と
同期して作動される可動ミラー７６としてもよい。図９
の符号は可動ミラー７６のコントローラを示す。

【００６１】次に、第２発明の第１実施例に係る光学的
に相関を演算する装置について説明する。

【００６２】ここで、この実施例においては、第１発明
の実施例と同一部分には同一符号を付することにより、
説明を省略するものとする。

【００６３】図１０に示されるように、光学的相関を演
算する装置（以下相関装置という）８０は、ＦＬＣ−Ｓ
ＬＭ１３（透明電極は分割されていない）と、このＦＬ
Ｃ−ＳＬＭ１３の光書込み側に配置されて、書込み光を
前記光書込み部に結像させる結像手段１７と、ＦＬＣ−
ＳＬＭ１３に記憶された像を読み出すための平行化され
たレーザ光を発生するレーザ光源１９と、読み出された
像をフーリエ変換するレンズ２０と、レンズ２０によっ
てフーリエ変換された像が書込まれる第２のＦＬＣ−Ｓ
ＬＭ２２と、この第２のＦＬＣ−ＳＬＭ２２の像を読み
出す平行化された光をレーザ光源１９から導くための読
み出し光学系２４と、第２のＦＬＣ−ＳＬＭ２２から読
み出された像を逆フーリエ変換するためのレンズ２６
と、このレンズ２６で逆フーリエ変換された光の像を検
出するホトダイオードからなる光検出器２９と、光検出
器２９の電気信号出力を検出して表示する電流計３０と
を備えて構成されている。

【００６４】ＦＬＣ−ＳＬＭ１３は、図２に示される第
１発明の実施例におけるＦＬＣ−ＳＬＭ１２に対して、
透明電極３８が分割されていない点において相違し、他
の構成はＦＬＣ−ＳＬＭ１２と同一である。又、結像手
段１７は、図１の実施例と比較して前処理管５６の代わ
りにイメージインテンシファイア（以下、Ｉ．Ｉ）７４
を備えた点においてのみ、結合手段１６と相違する。

【００６５】Ｉ．Ｉ７４は、ホトカソード７４Ａと、電
子レンズ系７４Ｂと、ＭＣＰ７４Ｃと、出力蛍光面４７
Ｄとを、光入力側からこの順で、備えて構成されてい
る。図１の実施例と同様に、Ｉ．Ｉ７４の出力蛍光面
と、ＦＬＣ−ＳＬＭ１３とは、光ファイバープレート６
０を介して接続されている。

【００６６】第２のＦＬＣ−ＳＬＭ２２は、ＦＬＣ−Ｓ
ＬＭ１３と同様の構成であって、一対の配向層２２Ａ，
２２Ｂ間に配置された強誘電性液晶層２２Ｃと、書込み
光入射側から強誘電性液晶層２２Ｃに向ってこの順で配
置された書込み側透明電極２２Ｄ、アドレス材料として
のアモルファスシリコン（以下ａ−Ｓｉ）層２２Ｅ、誘
電体ミラー２２Ｆ、強誘電性液晶層２２Ｃから読み出し
側に、この順で配置された読み出し側透明電極２２Ｇ、
ガラス層２２Ｈ、及び反射防止膜２２Ｉとを積層して構
成したものである。

【００６７】レーザ光源１９は、図１の実施例における
レーザ光源１８のミラー１８Ｄをハーフミラー１８Ｆに
書き換えたものである。

【００６８】読み出し光学系２４は、ハーフミラー１８
Ｆを透過した光を反射する全反射ミラー２４Ａと、この
全反射ミラー２４Ａで反射された平行光を第２のＦＬＣ
−ＳＬＭ２２の読み出し光として、これに照射するため
のハーフミラー２４Ｂとを備えて構成されている。図１
１の符号２２Ｊは、第２のＦＬＣ−ＳＬＭ２２のための
消去用ＬＥＤを示す。

【００６９】次に、上記実施例装置の作用について、図
１１を参照して説明する。図１１は、図１０の実施例の
動作タイミングチャートである。

【００７０】まず、消去用ＬＥＤ６２、２２ＪによりＦ
ＬＣ−ＳＬＭ１３及び第２のＦＬＣ−ＳＬＭ２２に記録
された像を消去する。

【００７１】次に、Ｉ．Ｉ５７で増倍され、ＦＬＣ−Ｓ
ＬＭ１３に記録された物体３２の時Ｔ＝ｔ０での像（パ
ターン１）を、レーザ光源１８からの平行光により読み
出し、レンズ２０においてフーリエ変換を行い、そのパ
ワースペクトルを第２のＦＬＣ−ＳＬＭ２２に書込む。
ここでは、ＦＬＣ−ＳＬＭ１３の応答速度が１００μｓ
以下であるために、これに対応させて、パワースペクト
ル書込み用のＳＬＭも、強誘電性液晶ＳＬＭとされてい
る。

【００７２】次に、消去用ＬＥＤ６２により、ＦＬＣ−
ＳＬＭ１３に記録された像を消去し、時間Ｔ＝ｔ０＋ｔ
での物体像（パターン２）をＦＬＣ−ＳＬＭ１３に書込
む。ＦＬＣ−ＳＬＭ１３に書込まれた像は、前述と同様
に読み出され、レンズ２０においてフーリエ変換された
後、そのパワースペクトルが第２のＦＬＣ−ＳＬＭ２２
に書込まれる。

【００７３】この時、第２のＦＬＣ−ＳＬＭ２２には、
減算書込みが行われるように、動作回路５３により制御
する。この第２のＦＬＣ−ＳＬＭ２２には、既にＴ＝ｔ
０時の物体像のパワースペクトルが書込まれているの
で、２つの物体像のパワースペクトルの減算が行われ、
これが第２のＦＬＣ−ＳＬＭ２２に記録される。

【００７４】この第２のＦＬＣ−ＳＬＭ２２の読み出し
は、通常と同様に、読み出し光学系２４で行い、読み出
し光は、レンズ２６において逆フーリエ変換された後、
光検出器２９に入力される。この光検出器２９は、受光
強度に対応する光電流を生成して電流計３０に出力す
る。

【００７５】レンズ２０においてフーリエ変換されて、
第２のＦＬＣ−ＳＬＭ２２に書込まれたパワースペクト
ルの、２つの像の重なりが大きい、即ち、相関が大きい
場合は、レンズ２６で逆フーリエ変換された光の強度が
小さいことになる。

【００７６】従って、電流計３０において、ホトダイオ
ード２８の出力電流が小さく（ホトダイオード２８の受
光強度が小さく）検出された場合は、２つの物体の像の
相関が大きいということになり、物体３２であるバクテ
リアや***の集合体の動きが少ないことになる。

【００７７】逆に、ホトダイオード２８の出力電流が大
きく（即ちホトダイオード２８の受光強度が大きく）検
出されたときは、相関が小さく、バクテリアや***の集
合体の動きが大きいことになる。

【００７８】次に、図１２に示される第２発明の第２実
施例について説明する。

【００７９】この第２実施例の相関装置９０は、図１０
の第１実施例と比較すると、第２のＦＬＣ−ＳＬＭ２２
の代わりに、書込み側に、２等分割され、動作回路（図
示省略）によって独立して作動される分割透明電極２３
Ａ，２３Ｂとされた第２のＦＬＣ−ＳＬＭ２３を設ける
と共に、フーリエ変換用のレンズ２０とハーフミラー１
８Ｅとの間に、音響光学素子６４（駆動回路は図示省
略）を配置し、且つ、逆フーリエ変換用のレンズ２６
を、前記分割透明電極２３Ａ，２３Ｂに対応した２つの
レンズ２６Ａ，２６Ｂとし、更にこれらレンズ２６Ａ，
２６Ｂに対応して、ホトダイオード２８Ａ，２８Ｂを設
けたものである。他の構成は、図１０の実施例と同一で
あるので、説明は省略する。

【００８０】次に、この実施例の作用を、図１３の動作
タイミングチャートを参照して説明する。

【００８１】まず消去用ＬＥＤ６２，２２Ｊにより、Ｆ
ＬＣ−ＳＬＭ１３と第２のＦＬＣ−ＳＬＭ２３に記録さ
れた像を消去した後、時間Ｔ＝ｔ０で物体３２の像（パ
ターン１）をＦＬＣ−ＳＬＭ１３に書込む。

【００８２】次に、このＦＬＣ−ＳＬＭ１３に記憶され
た物体像を平行光によって読み出し、レンズ２０でフー
リエ変換した後、そのパワースペクトルを第２のＦＬＣ
−ＳＬＭ２３に書込む。このとき、音響光学素子６４に
よって像を分割透明電極２３Ａに入力するよう偏向にす
る。従って、第２のＦＬＣ−ＳＬＭ２３の分割透明電極
２３Ａに対応した領域（以下ＩＴＯ１）に書込まれるこ
とになる。

【００８３】ＩＴＯ１に書込まれたフーリエ変換パター
ンはそのまま記憶しておき、次にＬＥＤ６２によってＦ
ＬＣ−ＳＬＭ１３の記録像を消去し、時刻Ｔ＝ｔ０＋ｔ
での物体３２の像（パターン２）をＦＬＣ−ＳＬＭ１３
に書込み、そのフーリエ変換パターンを音響光学素子６
４によって偏向することにより、分割透明電極２３Ａ及
び２３Ｂに対応する領域（ＩＴＯ１，ＩＴＯ２）に書込
む。

【００８４】このとき、ＩＴＯ１側への書込みは、動作
回路によって画像を減算するように書込む。又、ＩＴＯ
２には、画像を加算するように書込む。従って、ＩＴＯ
１には、２つの画像の減算されたパターンが記録され、
ＩＴＯ２には第２のパターンが記憶されることになる。

【００８５】次に、読み出し光学系２４により、ＩＴＯ
１に記録された減算フーリエ変換パターンをレンズ２６
Ａを介して読み出し、ホトダイオード２８Ａからその光
強度に応じた電気信号を出力する。ホトダイオード２８
の出力信号と相関との関係は、第１実施例と同様であ
る。

【００８６】次に、記録された像を消去した後、ＦＬＣ
−ＳＬＭ１３に、時刻Ｔ＝ｔ０＋２ｔでの物体像（パタ
ーン３）を書込む。

【００８７】このＦＬＣ−ＳＬＭ１３に書込まれた３番
目の像を、前述と同様に読み出してフーリエ変換した
後、予め記録が消去されたＩＴＯ１に画像を加算するよ
うに書込み、更に、ＩＴＯ２には画像を減算するように
書込む。従ってこの状態で、ＩＴＯ２に記録された減算
パターンを、レンズ２６Ｂを介して読み出すと、その出
力強度により、物体３２の相関を得ることができる。

【００８８】このようにして順次、分割透明電極２３
Ａ，２３Ｂに減算パターンを書込んでいくことによっ
て、物体の動きを時間ｔ毎に把握することができる。

【００８９】図１３あるいは図１１に示される動作タイ
ミングチャートにおいては、ＦＬＣ−ＳＬＭ１３及び第
２のＦＬＣ−ＳＬＭ２２，２３の光書込み部に消去用Ｌ
ＥＤ６２，２２Ｊによって光を均一に照射することによ
り、消去の際におけるこれらＦＬＣ−ＳＬＭの消去電圧
を下げるようにしているが、これらの実施例において
も、第１発明におけると同様に、図１４に示されるよう
な動作タイミングで消去用光を用いずに消去電圧のみに
より、記録された像を消去するようにしてもよい。

【００９０】次に、図１５に示される、第２発明の第３
実施例について説明する。

【００９１】この第３実施例の相関装置１００は、図１
０の第１実施例におけるＦＬＣ−ＳＬＭ１３と第２のＦ
ＬＣ−ＳＬＭ２２の機能を、これらと同様の１つのＦＬ
Ｃ−ＳＬＭ１５によって果たすようにしたものである。

【００９２】このＦＬＣ−ＳＬＭ１５の光書込み側の透
明電極は、独立して動作される２つの分割透明電極１５
Ａ，１５Ｂとされ、Ｉ．Ｉ７４からレンズ５９を経て、
分割透明電極１５Ａ側に書込まれた物体像を、レーザ光
源１９Ａのハーフミラー１８Ｅからの平行光によって読
み出し、この読み出しレーザ光をミラー２５Ａ，２５
Ｂ，２５Ｃ，２５Ｄ、及びフーリエ変換レンズ２０を経
て、分割透明電極１５Ｂに、フーリエ変換パターンとし
て書込むようにしたものである。

【００９３】この書込まれたフーリエ変換パターンは、
図１０の実施例におけるレーザ光源１９に追加されたハ
ーフミラー１８Ｇを経て導入される読み出し光によって
読み出され、逆フーリエ変換レンズ２６を経て、光検出
器２９に入力される。

【００９４】この第３実施例の作用については、第１実
施例と同様であるので説明を省略する。

【００９５】上記各実施例においては、フーリエ変換し
ないで、相関を取る物体像間の単純な減算を行ったり、
又、ＦＬＣ−ＳＬＭでインコヒーレント−コヒーレント
変換を行って、更にフーリエ変換レンズによりフーリエ
パターンにして減算を行っているが、このとき物体像の
輪郭部は減算されずに残ってしまうことが頻繁に起こ
る。このため、輪郭部による光出力により、相関の値に
誤差を生じさせるという問題点がある。

【００９６】これに対しては、例えば図１６に示される
ように、ＦＬＣ−ＳＬＭの読み出し光やフーリエ変換す
るためのレンズ２０のフーリエ変換面に、ローパスフィ
ルタ（アパーチャ）８０を配置して高周波成分をカット
し、それをレンズ８２により、光検出器２９に集光させ
る。このようにすると、物体像間の減算出力に残った輪
郭部が消去されるので、該輪郭部による光出力の相関の
値（電流計３０の指示する値）に生じさせる誤差を防止
することができる。

【００９７】又、図１０に示される実施例のような場合
は、図１７に示されるように、逆フーリエ変換レンズ２
６の変換面に、ローパスフィルタ８０を設けると、同様
に誤差が防止できる。

【００９８】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、各物体像
の光学的相関度を光検出器で電気信号に変換し、これを
電流計のような表示器で定量的に示すことができるの
で、極めて簡単でありながら効果的に、光学的相関の大
小の程度を把握できる。このため、バクテリアや***の
ような物体の動きなどを、リアルタイムに効率よく測定
できる実用性の高い光学的相関装置が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１発明に係る光学的相関を演算する装置の第
１実施例を示す上方から見た光学系統図。

【図２】同実施例におけるＦＬＣ−ＳＬＭの要部を拡大
して示す断面図。

【図３】同実施例のＦＬＣ−ＳＬＭにおける分割透明電
極を示す平面図。

【図４】同実施例の光学的相関を演算する装置による相
関演算過程を示すタイミングチャート。

【図５】同実施例のＦＬＣ−ＳＬＭにおける消去用補償
電圧パルスの状態を示すタイミングチャート。

【図６】同実施例で画像消去方法と変更した場合のタイ
ミングチャート。

【図７】ＦＬＣ−ＳＬＭにおける透明電極の分割の変形
例を示す路示斜視図。

【図８】光学的相関を演算する装置の第２及び第３実施
例の要部を示すブロック図。

【図９】光学的相関を演算する装置の第２及び第３実施
例の要部を示すブロック図。

【図１０】第２発明に係る光学的相関を演算する装置の
第１実施例を示す光学系統図。

【図１１】同実施例の光学的相関を演算する装置によ
る、相関演算過程を示すタイミングチャート。

【図１２】第２発明の第２実施例を示す光学系統図。

【図１３】同第２実施例の光学的相関を演算する過程を
示すタイミングチャート。

【図１４】前記第２実施例における画像消去方法を変更
した場合のタイミングチャート。

【図１５】第２発明の第３実施例を示す光学系統図。

【図１６】第１発明及び第２発明の実施例における変形
例の要部を示す光学系統図。

【図１７】第１発明及び第２発明の実施例における変形
例の要部を示す光学系統図。

【符号の説明】

１０，８０，９０，１００…光学的相関を演算する装
置、１２，１３…強誘電性液晶空間光変調器（ＦＬＣ−
ＳＬＭ）、１４…光ファイバープレート、１５Ａ，１５
Ｂ，２３Ａ，２３Ｂ，３８Ａ，３８Ｂ，４４Ａ，４４Ｂ
…分割透明電極、１６，１７…結像手段、１８，１９…
レーザ光源、２１…光学系、２２，２３…第２のＦＬＣ
−ＳＬＭ、２２Ｃ，３６…強誘電性液晶層、２４…読み
出し光学系、２６，２６Ａ，２６Ｂ…レンズ、２８，２
９…光検出器、３０…電流計、３２…物体、３８…書込
み側透明電極、４４…読み出し側透明電極、５２，５３
…動作回路、５６…前処理管、６４…音響光学素子、７
２…可動ミラー、７４…イメージインテンシファイア
（Ｉ．Ｉ）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 竹森 民樹 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

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 相関をとるべき物体像を適当な時間間隔
   をおいて入力し、各物体像の減算をして減算像を記録す
   る空間光変調器と、この空間光変調器に記録された前記
   減算像を読み出すためのレーザ光を発生するレーザ光源
   と、前記空間光変調器から読み出された光の像を受光
   し、受光された光の強度に対応した電気信号を出力する
   光検出器と、この光検出器から出力された電気信号にも
   とづいて前記相関をとるべき各物体像の相関の大小を表
   示する相関表示器と、を有してなる光学的相関装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記減算像の光路の
   途中にロウパスフィルタリングを行うフィルターを配置
   したことを特徴とする光学的相関装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は２において、前記空間光変
   調器は、その光書込み部が各々独立して動作される少な
   くとも２つの分割光書込み部に分割されたことを特徴と
   する光学的相関装置。
4. 【請求項４】 請求項１、２又は３において、前記空間
   光変調器は、メモリー機能を有するものであることを特
   徴とする光学的相関装置。
5. 【請求項５】 請求項１乃至４のいずれかにおいて、前
   記空間光変調器は、強誘電性液晶空間光変調器であるこ
   とを特徴とする光学的相関装置。
6. 【請求項６】 相関をとるべき物体像を適当な時間間隔
   をおいて入力し、各物体像をコヒーレントな情報に変換
   する空間光変調器と、この空間光変調器から出力される
   コヒーレントな情報を読み出すためのレーザ光を発生す
   るレーザ光源と、読み出された像をフーリエ変換するレ
   ンズと、前記各物体像に基づくコヒーレント情報がフー
   リエ変換された各パターンを減算し、且つ記録する第２
   の空間光変調器と、この第２の空間光変調器に記録され
   た減算パターンを読み出すレーザ光を発生するレーザ光
   源と、読み出された光を受光し、受光された光の強度に
   対応した電気信号を出力する光検出器と、この光検出器
   から出力された電気信号にもとづいて前記相関をとるべ
   き各物体像の相関の大小を表示する相関表示器と、を有
   してなる光学的相関装置。
7. 【請求項７】 請求項６において、前記減算パターンの
   光路の途中にロウパスフィルタリングを行うフィルター
   を配置したことを特徴とする光学的相関装置。
8. 【請求項８】 請求項６又は７において、前記第２の空
   間光変調器は、そのフーリエ変換光書込み部が各々独立
   して動作される少なくとも２つの分割書込み部に分割さ
   れたことを特徴とする光学的相関装置。
9. 【請求項９】 請求項６、７又は８において、前記第２
   の空間光変調器は、メモリー機能を有するものであるこ
   とを特徴とする光学的相関装置。
10. 【請求項１０】 請求項６乃至９のいずれかにおいて、
    前記第２の空間光変調器は、強誘電性液晶空間光変調器
    であることを特徴とする光学的相関装置。