JPH05173169A - 光書き込み型空間光変調器及び光相関器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 書き込みと同一の方向から読み出しができ、
かつ読み出し光が書き込みに影響を与えない光書き込み
型空間光変調器を得る。 【構成】 液晶１０５と光導電層１０３との間に、光導
電層１０３の感度波長帯で透過性であり、感度波長帯外
の少なくとも一つの波長において反射特性を有する誘電
体多層膜ミラー１０４を設け、液晶１０５を駆動するた
めの書き込み光Ａを誘電体多層膜ミラー１０５の透過波
長帯に、読み出し光Ｂ1 を上記反射特性を有する波長に
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光波を２次元的に変調
する光書き込み型空間光変調器、及びそれを用い、対象
物体と参照物体の一致・不一致を判定する光相関器に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】図５は例えば、雑誌「Ａｐｐｌｉｅｄ
Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒ」（Ｖｏｌ．５５，Ｎ
ｏ．６，７ Ａｕｇｕｓｔ １９８９ ５３７頁）に記
載の、従来の光書き込み型空間光変調器を示す断面構成
図である。図において、５０１ａ、及び５０１ｂはガラ
ス基板、５０２はＴｉｎ Ｏｘｉｄｅ透明電極層、５０
３は水素化アモルファスシリコン光導電層（以下ａ−Ｓ
ｉ：Ｈと記す。）、５０４は強誘電性液晶層、５０５は
Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ透明電極層である。
また、Ａは書き込み光、Ｂ1 は読み出し照明光、Ｂ2 は
反射された読み出し光である。

【０００３】また、図６は例えば、雑誌「Ａｐｐｌｉｅ
ｄ Ｏｐｔｉｃｓ」（Ｖｏｌ．２８，Ｎｏ．２２，１５
Ｎｏｖｅｍｂｅｒ １９８９ ４７２５頁）に記載の
空間光変調器を用いた従来の光相関器を示す構成図であ
る。図において、６０１は第１のコヒーレント光源、６
０２はアパーチャ、６０３はコリメーションレンズ、６
０４は電気的にアドレスの可能な透過型の空間光変調器
で、本例では液晶テレビ、６０５は第１のフーリエ変換
レンズ（焦点距離ｆ1 ）、６０６は光書き込み型空間光
変調器、６０７は第２のコヒーレント光源、６０８は光
路折り曲げミラー、６０９はアパーチャ、６１０はコリ
メーションレンズ、６１１はビームスプリッタ、６１２
は第２のフーリエ変換レンズ（焦点距離ｆ2 ）、６１３
は第１のＣＣＤカメラ、６１４はマイクロコンピュー
タ、６１５は第２のＣＣＤカメラである。

【０００４】次に動作について説明する。図５の光書き
込み型空間光変調器への書き込みは、ａ−Ｓｉ：Ｈ層５
０３に書き込み光Ａをガラス基板５０１ａ側より照射し
つつ透明電極５０２ａ及び５０２ｂ間に電圧を印加する
ことにより行う。前記ａ−Ｓｉ：Ｈ層５０３は、高抵抗
に作られており、光の照射されていない所では印加電圧
の多くが前記ａ−Ｓｉ：Ｈ層５０３にかかっているため
前記強誘電性液晶層５０４は駆動されないが、光の照射
を受けた部分では前記ａ−Ｓｉ：Ｈ層５０３の抵抗が光
導電効果により低下し、結果として多くの電圧が前記強
誘電液晶層５０４に印加されて液晶が駆動され、光によ
る書き込みが行われる。また、読み出しはガラス基板５
０１ｂより直線偏光光Ｂ1 を照射し、前記ａ−Ｓｉ：Ｈ
層５０３と前記強誘電液晶層５０４との界面で反射した
光Ｂ2 を検光素子を通過させることで行う。強誘電性液
晶の場合は、駆動されると液晶の複屈折の光学軸が変化
するので、例えば読み出し直線偏光光Ｂ1 の方位を未駆
動時の液晶の光学軸に一致させておき、それと直交ニコ
ルの関係にある検光素子で読み出せば駆動部分だけ光が
透過することになる。なお、本例では読み出し光Ｂ1 が
前記ａ−Ｓｉ：Ｈ層５０３と強誘伝液晶層５０４の界面
で反射される構成となっているが、反射効率の向上と読
み出し光Ｂ1 が前記ａ−Ｓｉ：Ｈ層に影響を与えるのを
除去する為に、例えば雑誌「ＳＰＩＥ ｐｒｏｃｅｅｄ
ｉｎｇ」（Ｖｏｌ．１４５６，３０頁）に記載のよう
に、前記ａ−Ｓｉ：Ｈ層５０３と前記強誘電性液晶層５
０４の間に誘電体多層膜ミラーを設置する場合がある。

【０００５】次に図６の光相関器について説明する。こ
の光相関器は、特に結合変換光相関器（Ｊｏｉｎｔ Ｔ
ｒａｎｓｆｏｒｍ Ｃｏｒｒｅｌａｔｏｒ）と呼ばれて
いるものである。被相関物体の像は第２のＣＣＤカメラ
６１５によって取り込まれ、マイクロコンピュータ６１
４に送られる。また、参照物体の像はマイクロコンピュ
ータ内に記憶されており、前記２者の物体像を並べて空
間光変調器６０４上に表示する。一方、第１のコヒーレ
ント光源６０１より出射した光波は、アパーチャ６０
２、コリメーションレンズ６０３により平面波に変換さ
れて前記空間光変調器６０４を照明する。前記空間光変
調器を出射した光波は物体像のパターンに変調されてお
り、次に第１のフーリエ変換レンズ６０５により光書き
込み型空間光変調器６０６上にフーリエ変換像を形成す
る。光書き込み型空間光変調器上に現れるパターンは、
前記被相関物体の像と参照物体の像のフーリエ変換での
干渉パターンであり、この強度分布に対応して光書き込
み型空間光変調器６０６への書き込みが行われる。光書
き込み型空間光変調器６０６は、第２のコヒーレント光
源６０７からの光波をアパーチャ６０９、コリメーショ
ンレンズにより平面波としたものを読み出し光とし、ビ
ームスプリッタ６１１を介して照明される。光書き込み
型空間光変調器６０６で反射された光波は、前記干渉パ
ターンにより変調されており、ビームスプリッタ６１
１、第２のフーリエ変換レンズ６１２を介して、第２の
フーリエ変換レンズのフーリエ面に設置された第１のＣ
ＣＤカメラ６１３の撮像面上に前記被相関物体の像と参
照物体の像の相関に対応した相関ピークを発生する。そ
して、この相関像がマイクロコンピュータに送られて、
相関の判定が行われる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の光書き込み型空
間光変調器は以上のように構成され、書き込み光と読み
出し光の入射方向が異なっていたので、書き込みと読み
出しで２系統の光学系が必要であると言う問題点があっ
た。

【０００７】また、従来の光相関器では読み出しと書き
込みの方向の異なる上述の光書き込み型空間光変調器を
用いていたので高価なフーリエ変換レンズを２つ必要と
し、また光学系の長さを短くできないといった問題点が
あった。

【０００８】本発明は上記のような問題点を解決するた
めになされたもので、書き込みと同一の方向から読み出
しができ、かつ読み出し光が書き込みに影響を与えない
光書き込み型空間光変調器を得ることを目的とする。

【０００９】また、上記光書き込み型空間光変調器を利
用し、フーリエ変換レンズを共用でき、光学系を小さく
できる光相関器を提供することを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明に係る光書き込み
型空間光変調器は、液晶と光導電層との間に、光導電層
の感度波長帯で透過性であり、感度波長帯外の少なくと
も一つの波長において反射特性を有する誘電体多層膜ミ
ラーを設け、液晶を駆動するための書き込み光を誘電体
多層膜ミラーの透過波長帯に、読み出し光を上記反射特
性を有する波長にしたものである。

【００１１】また、本発明に係る光相関器は同一方向か
ら書き込み、読み出しのできる上記光書き込み型空間光
変調器を用い、書き込み光と読み出し光を異なる波長の
光源で構成し、ビームスプリッタを用いて上記書き込み
光と読み出し光の合波と分波を行い、書き込み光と読み
出し光が同一の光軸となる所にフーリエ変換レンズを設
置したものである。

【００１２】

【作用】本発明の光書き込み型空間光変調器における誘
電体多層膜ミラーは、読み出し光を高効率で反射して読
み出しによる光パワー損失を低減するだけでなく、読み
出し波長を光導電層の感度波長帯から外すことにより僅
かな読み出し光の漏れも書き込みに影響を与えないよう
になっている。さらに、感度波長帯において透過特性を
持たせることにより、読み出し光の入射側からの書き込
みを可能としている。

【００１３】また、本発明の光相関器における光書き込
み型空間光変調器、及び合・分波光学系は、書き込み及
び読み出し光が同一光軸上を通ることを可能にし、フー
リエ変換レンズを書き込みと読み出しで共用することが
できる。

【００１４】

【実施例】

実施例１．以下、本発明の光書き込み型空間光変調器の
実施例を説明する。図１において、１０１ａ、及び１０
１ｂ（総称するときは１０１）は基板であり、１０１ｂ
は書き込み及び読み出し波長において透明である必要が
あるが、１０１ａに関してはこの限りではない。１０２
ａは電極、１０２ｂは書き込み及び読み出し波長におい
て透明な電極、１０３は光導電層、１０４は誘電体多層
膜ミラー、１０５は強誘電性液晶である。

【００１５】一般に光導電層は特定波長においてピーク
感度を持ち、例えば図２にａ−Ｓｉ：Ｈの分光感度曲線
を示すが、ａ−Ｓｉ：Ｈに於いては６００ｎｍから７０
０ｎｍに感度ピークを持ち、感度帯を外れると急速に感
度が低下する特性を示す。誘電体多層膜ミラー１０４は
上記光導電層の特性に合わせて反射特性を選択してお
り、以下ａ−Ｓｉ：Ｈを例として説明するが、例えばａ
−Ｓｉ：Ｈの感度ピーク６７０ｎｍを書き込み波長λ₁
とし、感度帯より十分離れた８００ｎｍ台に読み出し波
長λ₂ を設定する。この時の誘電体多層膜ミラー１０４
の反射特性は例えば図３のように波長λ₁ において低反
射率で、波長λ₂ で高反射率となるように急峻に立ち上
がるように設定する。なお、誘電体多層膜ミラー１０４
は吸収が無視できるほど小さいので、低反射率の波長λ
₁ において反射以外の光量は透過している。このような
設定により、透明基板１０１ｂより入射した書き込み光
Ａはほとんどが光導電層１０３に入射し、その高い光感
度により光パターンに対応した導電率分布を形成し、電
極１０２ａ及び１０２ｂへの電圧の印加により液晶が駆
動され、書き込みが行われる。一方、書き込み光Ａと同
一方向より入射した読み出し光Ｂ1 は、そのほとんどが
誘電体多層膜ミラー１０４により反射され、さらにその
漏れとして光導電層１０３に侵入した光も光導電層の感
度が低いため書き込みに悪影響を与えることがない。例
えば、図２に挙げたａ−Ｓｉ：Ｈの例では８００ｎｍ以
上の波長域では感度がピークに対して１桁以上低下し、
またレーザ光のような特定波長に対して反射率が９９％
以上の誘電体多層膜ミラーを形成することは容易である
ので、３桁以上の書き込み・読み出し分離能力のある光
書き込み型空間光変調器を構成することができる。

【００１６】なお、上記の実施例では光導電層１０３と
電極１０２ａと基板１０１ａを分離して示したが、基板
自体を導電体として電極１０２ａと基板１０１ａを一体
としても良いし、例えばＳｉウエハを基板として表面に
不純物ドープを行って高抵抗の光導電層を形成したもの
でも良い。

【００１７】実施例２．次に、図４の実施例について説
明する。図において、４０１は相関画像形成用コントロ
ーラ、４０２は電気的にアドレスの可能な空間光変調器
で、４０２ａは被相関画像形成器、４０２ｂは参照画像
形成器、４０３は波長λ₁ のコヒーレントな直線偏光平
面波を発生する第１の光源、４０４は波長λ₁ の光を透
過し、波長λ₂ の光を反射する波長分離ビームスプリッ
タ、４０５はフーリエ変換レンズ、４０６は偏光ビーム
スプリッタ、４０７は書き込み光の波長をλ₁ 、読み出
し光の波長をλ₂ とする実施例１の光書き込み型空間光
変調器、４０８は波長λ₂ のコヒーレントな直線偏光平
面波を発生する第２の光源、４０９は撮像素子、４１０
は撮像素子４０９の出力を処理する画像処理装置であ
る。

【００１８】次に動作について説明する。相関画像形成
用コントローラ４０１は被相関画像と参照画像を発生
し、空間光変調器４０２に伝送する。空間光変調器４０
２では前記相関画像形成用コントローラ４０１より伝送
された被相関画像と参照画像を並べて表示する。本実施
例では空間光変調器４０２を被相関画像形成器４０２ａ
と参照画像形成器４０２ｂに分離して示しているが、領
域として分割されていれば良く空間光変調器は一つでも
二つでも良い。この空間光変調器４０２は、上述のよう
に透過型であり、第１の光源４０３からの波長λ₁ のコ
ヒーレントな平面波を表示画像に対応して変調し、波長
分離ビームスプリッタ４０４へ出射する。波長分離ビー
ムスプリッタ４０４は上述のように波長λ₁ に対して透
過の特性を有しており、空間光変調器４０２からの出射
光はそのままフーリエ変換レンズ４０５に入射する。偏
光ビームスプリッタ４０６は、Ｐ偏光に対して透過、Ｓ
偏光に対して反射となる特性を有し、前記空間光変調器
４０２の出射光の偏光方位を偏光ビームスプリッタのＰ
偏光の方位に一致するように設定すると前記第１の光源
４０３からの光波は光書き込み型空間光変調器４０７に
到達する。フーリエ変換レンズ４０５は空間光変調器４
０２及び光書き込み型空間光変調器４０７からの距離が
焦点距離となるように設置しており、光書き込み型空間
光変調器４０７上で空間光変調器４０２のフーリエ変換
が得られる。このため、従来の技術で述べたように二つ
の入力画像のフーリエ変換後の干渉強度分布が光書き込
み型空間光変調器４０７上に形成され、電圧を光書き込
み型空間光変調器４０７の電極間に印加することによ
り、干渉パターンの書き込みが行われる。読み出し光で
ある第２の光源４０８からの出射光は偏光ビームスプリ
ッタ４０６のＳ偏光方位に偏光されており、前記偏光ビ
ームスプリッタ４０６により反射されて光書き込み型空
間光変調器４０７に向かう。第２の光源の波長λ₂ の光
波は、前述の実施例１の特性から誘電体多層膜ミラーに
より高効率で反射され、再び前記偏光ビームスプリッタ
４０６に入射するが、液晶の書き込まれた領域では反射
光の偏光方向が回転しており、偏光ビームスプリッタ４
０６を透過してフーリエ変換レンズ４０５に入射する。
フーリエ変換レンズ４０５を通過した光波は、波長分離
ビームスプリッタ４０４で反射され、撮像素子４０９に
入射する。撮像素子４０９は前記フーリエ変換レンズ４
０５の焦点位置に設置されており、撮像素子４０９に相
関出力パターンが現れ、これを画像処理装置４１０で解
析することにより相関結果が得られる。

【００１９】なお、上記実施例では、波長分離ビームス
プリッタ４０４及び偏光ビームスプリッタ４０６を用い
たが、これをハーフビームスプリッタに替えても同様の
動作が期待できる。ただし、この場合は光の利用効率が
１／４に低下し、また光書き込み型空間光変調器４０７
から撮像素子４０９の間に検光素子を挿入する必要があ
る。

【００２０】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば液晶と光
導電層との間に、光導電層の感度波長帯で透過性であ
り、感度波長帯外の少なくとも一つの波長において反射
特性を有する誘電体多層膜ミラーを設け、液晶を駆動す
るための書き込み光を上記誘電体多層膜ミラーの透過波
長帯とし、読み出し光を上記反射特性を有する波長に一
致するようにしたので、読み出しと書き込みを同一方向
からできるようになる。

【００２１】また、本発明による光相関器では同一方向
から書き込み、読み出しのできる上記光書き込み型空間
光変調器を用い、書き込み光と読み出し光を異なる波長
の光源で構成し、ビームスプリッタを用いて上記書き込
み光と読み出し光の合波と分波を行い、書き込み光と読
み出し光が同一の光軸となる所にフーリエ変換レンズを
設置したので、フーリエ変換レンズを一つに省略でき、
光学系がコンパクトになると共に装置が安価になる効果
がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１による光書き込み型空間光変
調器を示す断面構成図である。

【図２】本発明の実施例１による光書き込み型空間光変
調器の光導電層の分光感度を示す特性図である。

【図３】本発明の実施例１による光書き込み型空間光変
調器の誘電体多層膜ミラーの分光反射率を示す特性図で
ある。

【図４】本発明の実施例２による光相関器を示す構成図
である。

【図５】従来の光書き込み型空間光変調器を示す断面構
成図である。

【図６】従来の光相関器を示す構成図である。

【符号の説明】

１０１ａ 基板 １０１ｂ 透明基板 １０２ａ 電極 １０２ｂ 透明電極 １０３ 光導電層 １０４ 誘電体多層膜ミラー １０５ 強誘電性液晶 ４０２ 空間光変調器 ４０３ 第１の光源 ４０４ 波長分離ビームスプリッタ ４０５ フーリエ変換レンズ ４０６ 偏光ビームスプリッタ ４０７ 光書き込み型空間光変調器 ４０８ 第２の光源 ４０９ 撮像素子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田畑 伸 尼崎市塚口本町８丁目１番１号 三菱電機 株式会社材料デバイス研究所内 (72)発明者 堀川 剛 尼崎市塚口本町８丁目１番１号 三菱電機 株式会社材料デバイス研究所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも一方が透光性である２枚の基
   板で、透光性基板側より透明電極層、液晶、光導電層及
   び電極層を挟持してなり、上記透明電極層と上記電極層
   の間に電界を印加しつつ上記光導電層に光を照射するこ
   とにより光照射部分の液晶を駆動するものにおいて、上
   記液晶と上記光導電層との間に、上記光導電層の感度波
   長帯で透過性であり、感度波長帯外の少なくとも一つの
   波長において反射特性を有する誘電体多層膜ミラーを設
   け、上記液晶を駆動するための書き込み光を上記誘電体
   多層膜ミラーの透過波長帯とし、読み出し光を上記反射
   特性を有する波長に一致するようにしたことを特徴とす
   る光書き込み型空間光変調器。
2. 【請求項２】 第１の光源、及びこの第１の光源と波長
   が異なり、直線偏光の光を発する第２の光源、同一平面
   内に隣接して配置した対象物体の画像と参照物体の画像
   によって第１の光源からのコヒーレント光を強度変調す
   る空間光変調器、この空間光変調器より焦点距離離れた
   位置に配置したフーリエ変換レンズ、上記空間光変調器
   とフーリエ変換レンズとの間に配置された第１のビーム
   スプリッタ、上記フーリエ変換レンズより焦点距離離れ
   た位置に配置された請求項１記載の光書き込み型空間光
   変調器、上記フーリエ変換レンズと上記光書き込み型空
   間光変調器の間に配置された第２のビームスプリッタ、
   上記光書き込み型空間光変調器からの読み出し光をフー
   リエ変換して得られる相関出力を出力する撮像素子、並
   びに上記光書き込み型空間光変調器から上記撮像素子ま
   での光路上に配置され、上記光書き込み型空間光変調器
   からの読み出し光を検光する偏光手段を備え、第１の光
   源のコヒーレント光を上記対象物体の画像と参照物体の
   画像によって強度変調し、この強度変調した光を上記フ
   ーリエ変換レンズによりフーリエ変換したフーリエ面に
   おいて、第１の光源の波長で上記光書き込み型空間光変
   調器に書き込みを行い、さらに第２の光源の波長を読み
   出し波長として上記光書き込み型空間光変調器に第２の
   光源のコヒーレント光を、第２のビームスプリッタを用
   い、書き込み光と同一方向より照射し、上記書き込み型
   空間光変調器より書き込み側と同一側に読み出された読
   み出し光を検光すると共に、上記フリーリエ変換レンズ
   により再びフーリエ変換を行って、第１のビームスプリ
   ッタで上記撮像素子に導き、相関出力を出力するように
   した光相関器。