JPH07301834A

JPH07301834A - 光学的自己相関装置

Info

Publication number: JPH07301834A
Application number: JP7048821A
Authority: JP
Inventors: Frank Reichel; ライヒェルフランク; Ernst Gaertner; ゲルトナーエルンスト
Original assignee: Jenoptik Technologie GmbH
Current assignee: Jenoptik Technologie GmbH
Priority date: 1994-03-14
Filing date: 1995-03-08
Publication date: 1995-11-14
Also published as: DE4408540C1; US5581383A

Abstract

(57)【要約】【目的】ＰＩＶフィルム材料及びＬＳＰフィルム材料の
光学的相関関係を分析するための製造が容易で、かつ精
度の高い電気光学装置の提供。【構成】本発明はレーザー・スペックル写真術（ＬＳ
Ｐ）に基づく写真または粒子画像速度測定術（ＰＩＶ）
に基づく写真のための光学的フーリエ変換を使用する光
学的自己相関装置に関する。本発明の目的は、ヤングの
干渉縞を形成すべくアドレスを用いて光学的に読み書き
できる液晶ＳＬＭ（空間光変調器）（１０）を使用する
ことによって達成される。液晶ＳＬＭ（１０）は一軸性
複屈折液晶層（１４）を備え、かつレーザー光源（２
０）から発せられた直線状をなす偏光された光線によっ
て読取られる。読取り側におけるレーザー光源（２０）
の偏光方向は、液晶層（１４）の楕円面の屈折率の異常
半軸と一致する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はレーザー・スペックル写
真術（Laser speckle photography ）に基づく写真また
は粒子画像速度測定術（Particle image velocimetry）
に基づく写真の分析のための光学的フーリエ変換を使用
する光学的自己相関装置（Anordnungzur optischen Aut
okorrelation ）に関する。

【０００２】

【従来の技術及び課題】表面の変形状態の正確な測定を
実施するためにレーザー・スペックル写真術（ＬＳＰ）
を使用することが知られている。この際、測定対象表面
は拡大されたレーザー・ビームによって照射される。こ
の方法で照射された表面の像はカメラによってフィルム
材料上に結像される。第１露光パルスにより、対応する
スペックル・パターンが写真材料上に形成される。表面
が最初の露光の後に移動または変形した場合、これらに
対応して変化したレーザー・スペックル・パターンが第
２のレーザー露光パルスによって同一フィルム材料上に
記録される。この二重露光の結果として、現像されたフ
ィルム材料上にスペックル点のパターンが形成される。
この際、２つの互いに隣接する点の間隔及び配向は表面
変化の度合いを示している。フィルム面に沿ったスペッ
クルの変位を段階的な方法で測定すべく表面の２次元的
変形プロフィールまたは変位ベクトルを測定することが
できる。この方法の正確な内容はサイロヒの記述（１９
９３年版“スペックルメロロジー（Speckle Merolog
y）”，マーセル・デッカー社，ニューヨーク、ベーゼ
ル、ホンコン）、またはラウターボーンの記述（１９９
３年版“コヒーレント光学（Kohaerente Optik）”：物
理学者及び技術者のための基礎，バーリン）に開示され
ている。

【０００３】流体速度及びその２次元的分布の分析にお
いて類似した点画像が形成される。粒子画像速度測定術
（ＰＩＶ）と称される測定方法は、流れの中へ小さな粒
子を入れることにより、これらの粒子が流れに沿って流
れるという基本原理に基づく。分析対象となる流体の流
れをレーザー光線を用いて露光した場合、二重露光によ
り写真材料上に点画像が形成される。互いに隣接する点
の間隔及び配向は、対象位置における速度ベクトルを表
す。レーザーの露光パルスの間隔を知ることにより絶対
速度を測定できる。フィルム材料を分析することにより
画点間の間隔及び配向が測定された場合、対応する２次
元的速度ベクトルのネットワークを得ることができる。
この方法はアドリアンの記述（１９９１年版、流体メカ
ニズム年報（Annu. Rev. Fluid Mech ）の第２３巻２６
１〜３０４頁に記載の“実験的流体メカニズムのための
粒子画像技術”）、及びクラダ他の記述（１９９３年
版、光学及びレーザー技術（Optics & Laser Technolog
y ）の第２５巻２１９〜２３２頁に記載の“流れの量的
表示のための粒子画像形成術：レビュー”）中に詳しく
開示されている。

【０００４】前記の写真画像を分析するために、点の変
位を前記の段階的方法に基づいて測定する必要がある。
１０ｘ７８ｃｍ²の大きさを備えた最大サイズの写真画
像中には、オペレーション・ユニット（Operationseinh
eiten ）間に約０．５ｍｍの間隔が形成され、かつ測定
すべき２８，０００個の画像領域（Bildfelder）が存在
する。２４ｘ３６ｍｍ²のフォーマットを備えた小さな
画像フィルム上にも、分析を要する３，４５６個のオペ
レーション・ユニットが存在する。従って、写真材料の
評価作業は長い時間を要する。この評価時間の短縮は数
多くの研究の課題であった。

【０００５】一対の粒子画像間の間隔を決定する一般的
な方法は、自己相関関数の計算に基づくものである。更
に迅速な方法はフーリエ変換の使用により達成されてい
る。粒子画像に対して第１のフーリエ変換を行い、続い
てその量を二乗すること（Betragsquadratbildung ）に
よりヤングの干渉縞（Young'schen Streifen）が形成さ
れる。ヤングの干渉縞パターンを更にフーリエ変換する
ことにより自己相関関数が得られる。この自己相関関数
は２次元的であり、かつ理想的には振幅分布（Amplitud
enverteilung）内に最大値を３つ有する。前記の回折の
次数の座標（Koordinaten der genannten Beugungsordn
ungen ）はフィルム画像上の各オペレーション・ユニッ
ト内における粒子の平均変位の方向及び変位度を構成す
る。

【０００６】欧州特許出願公開第ＥＰ−Ａ−０４２２２
１２号（国際特許出願公開第ＷＯ９０／１３０３６号）
において、ファーレルはＰＩＶ写真の分析のための光学
的相関装置（optischen Korrelator）を開示している。
ヤングの干渉縞パターンはＣＣＤカメラによって撮影さ
れ、アドレスを用いて電気的に読み書きできる空間光変
調器（elektrisch adressierbaren Spatial Light Modu
lator ）（液晶ＳＬＭ）内に書込まれる。次いで第２の
フーリエ変換が光学的に実施される。液晶ＳＬＭはリバ
ーシブル画像記憶装置（reversibler Bildspeicher）と
して機能する。液晶ＳＬＭはレーザー・ビームによって
照射される。この結果、自己相関関数は第２のＣＣＤカ
メラによって記録され、次いで回折の次数の座標サーチ
が実施される。この装置の問題は装置の価格が高いこと
が挙げられる。例えば、マトリックス型空間光変調器ま
たは回折の次数の座標を検出するコンピュータにおける
画像の記録及びその再生を実施するためには２つのカメ
ラ及びそれに付随する電気的制御ユニットが必要とされ
る。アドレスを用いて電気的に読み書きできる空間光変
調器として、市販のテレビに用いられている液晶マトリ
ックス表示装置を使用する場合には、液晶ＳＬＭ（数ｃ
ｍにわたる対角線の長さを有する）のサイズが大きいこ
とに起因して口径の大きい対物レンズ（Objektiven）の
使用が必要となる。これらの光学装置はその大きなサイ
ズに起因して干渉及び高い製造コストを招来する。コン
ペンハンズ他の開示（米国オルランドにて１９８９年１
０月１５〜２０日に行われた“レーザー及び電気光学の
第８回世界大会（Eight International Congress on Ap
plications of Lasers & Electro-Optics ）”にて発
表）に示されている４８ｘ４８のピクセル解像度を備え
たファラデー液晶ＳＬＭ（Faraday-Fluessigkristall-S
LM）の使用はヤングの干渉縞の評価において精度を低下
させ、かつ低い画素数を伴うデジタル・フーリエ変換に
おいて前記の問題を有する。

【０００７】コップランド及びハリベルの記述（１９９
１年版の光学及びレーザー工学誌（Opt. & Laser Eng.
）の第１４巻３５１〜３６１頁に記載の“ヤングの干
渉縞の光学的自動分析を行う光学的自己相関装置”並び
に１９８８年版の応用光学誌（Appl. Opt.）の第２７巻
１９１９〜１９２１頁に記載の“粒子画像速度測定術：
光学的相関関係を使用した高速透明度分析”）中には、
アドレスを用いて電気的に読み書きできる液晶ＳＬＭに
代えてアドレスを用いて光学的に読み書きできる液晶Ｓ
ＬＭを使用する自動光学的相関装置（Optischer Korrel
ator）が開示されている。この液晶ＳＬＭは第１のフー
リエ変換用対物レンズ（Fouriertransformationsobjekt
ives）の結像側焦点面上に配置されている。この結果、
ヤングの干渉縞は液晶ＳＬＭ上に結像されることにな
る。ＢＳＯ（酸化シリコン・ビスマス）結晶から形成さ
れた液晶ＳＬＭは、照射された露光強度に基づいてその
光学活性が変化する。この光学活性の変化は第２のレー
ザーによって再現できる。光学的自己相関は第２のフー
リエ変換装置によって実行される。この結果、自己相関
面上におけるピーク検出には１つのＣＣＤカメラが必要
とされるのみである。この装置のＢＳＯ液晶ＳＬＭの長
い切換え時間が問題となる。例えば、液晶ＳＬＭの光学
的反応のための緩和時間（Relaxationszeiten ）は約
０．５〜１秒である。この時間によりＰＩＶ写真または
ＬＳＰ写真の評価時間の実質的な短縮を行うことができ
ない。更に、ＢＳＯ結晶の書込み側における活性は、高
性能レーザーと、ＢＳＯ液晶ＳＬＭへの約２〜１０ｋＶ
の電圧の供給とを必要とし、これは実用的でない。

【０００８】シャープ及びジョンソンの記述（１９９２
年版の応用光学誌（Appl. Opt.）の第３１巻の７３９９
〜７４０２頁に記載の“粒子画像速度測定術における光
学的にアドレス指定可能な空間光変調器を使用した干渉
縞処理”）中には、強誘電性液晶層（ＦＬＣ）を備え、
かつアドレスを用いて光学的に読み書きできる液晶ＳＬ
Ｍの使用が開示されている。使用されている液晶ＳＬＭ
は“光半導体及びＦＬＣ”をサンドイッチ状に配置した
システム（Sandwichsystem Fotohalbleiter-FLC ）によ
って形成されている。この液晶ＳＬＭの問題点は、強誘
電性液晶に一般的に付随する２つの安定した分子位置を
ともなう読取り光線の変調（Modulationdes Ausleselic
htes mit zwei fuer ferroelektrische Fluessigkrista
lle typischen stabilen Molekuellagen ）にある。こ
れはヤングの干渉縞の２分化（Binarisierung ）を招来
する。第２のフーリエ変換は含有データ量が減少した状
態で実行され、精度の更に低い自己相関関数を形成す
る。この問題は光学的自己相関装置の測定精度の低下を
招来する。

【０００９】この問題はマオ、ハリウェル及びコップラ
ンドの記述（１９９３年版の応用光学誌（Appl. Opt.）
の第３２巻５０８９〜５０９１頁に記載の“粒子画像速
度計測術、高速透過走査及び光学的処理装置における相
関ピーク位置”）中に開示されているＦＬＣ液晶ＳＬＭ
を備えた装置にも付随する問題である。

【００１０】本発明の目的はＰＩＶフィルム材料及びＬ
ＳＰフィルム材料の光学的相関関係を分析するための製
造が容易で、かつ精度の高い電気光学装置を提供するこ
とである。

【００１１】

【課題を解決するための手段及び作用】本発明の目的を
達成するために光学的自己相関装置はレーザー光源と、
前記レーザー光源から発せられた光線が写真記録体を通
過することと、これによりフーリエ変換用対物レンズの
結像側焦点面内にヤングの干渉縞パターンを形成するこ
とと、アドレスを用いて光学的に読み書きできる液晶Ｓ
ＬＭと、前記ヤングの干渉縞パターンが前記液晶ＳＬＭ
上に結像されることと、第２のレーザー光源と、前記第
２のレーザー光源から発せられた光線が液晶ＳＬＭを読
取ることと、第２のフーリエ変換用対物レンズの手段に
よりフーリエ変換されたヤングの干渉縞に対応する回折
パターンを形成することと、前記回折パターンを記録す
るカメラとを備えたレーザー・スペックル写真術または
粒子画像速度測定術のフィルム記録体の光学的自己相関
装置において、前記液晶ＳＬＭは一軸性複屈折結晶（ei
nachsigen doppelbrechenden Kristall ）の液晶層を有
し、かつ読取り側において第２のレーザー光源の直線的
に偏光された光線によって読取られることと、第２のレ
ーザー光源の偏光方向が液晶層の楕円面の屈折率の異常
半軸（ausserordentlichen Halbachse des Brechungsin
dex-Ellipsoiden ）と一致することとを特徴とする。

【００１２】本発明は、自己相関の光学的実現がレーザ
ー・スペックル写真術または粒子画像速度測定術におい
て二重露光の手段によって形成される粒子画像の正確か
つ迅速なピーク検出にとって実用的であるという基本理
念に基づく。この種類の装置はリバーシブル画像記憶装
置を備えており、同装置はヤングの干渉縞を記録すると
同時に、ヤングの干渉縞の強度分布を媒体中において光
学的特性の二次元的変化に変換する。この結果、第２の
レーザー光源から発せられたレーザー・ビームは、この
媒体において回折可能であり、別のフーリエ変換を光学
的に実行可能である。

【００１３】自己相関面内における高い信号対雑音比
（以下、ＳＮ比と称する）は、ピーク検出における高い
精度を達成するための必要条件である。回折の第１次の
絶対値（±1. Beugungsordnungen bestimmt ）はヤング
の干渉縞の間隔及び配向を特徴づけるものであるため、
ＳＮ比は同絶対値の強度によって決定される。写真記録
体上の対をなす粒子に付随した変化及び交互性を備えた
コントラストを伴う異なる画像パターンに対する高いＳ
Ｎ比が必ず存在する。調整基準及びその時定数の数は短
い処理時間を保証するために少ないことを要する。

【００１４】本発明では、アドレスを用いて光学的に読
み書きできる液晶ＳＬＭを使用することによりこれを実
現する。液晶ＳＬＭは感光性半導体（photoempfindlich
en Halbleiter ）、誘電性鏡（dielektrischen Spiege
l）及び液晶層を備えている。本発明に基づき、液晶層
は一軸性複屈折結晶からなる。読取り光線は直線的に偏
光され、かつ異常屈折率（ausserordentlichen Brechun
gsindexes ）の軸に対して平行に通過する。このような
位相変調された媒体に対する回折効果は、例えば液晶表
示に含まれる偏光子により情報を表示するために使用さ
れるアナログ振幅変調より更に高い。

【００１５】平面的であり、かつ捻れを伴わない配向を
備えた正の誘電異方性を有するネマティック液晶（nema
tischen Fluessigkristalls mit positiver dielektris
cherAnisotropie mit planarer, unvertwisteter Orien
tierung）の使用は効果的といえる。このような液晶は
周知である（ドイツ連邦共和国のライプツィヒにて刊行
された“テーブル中のデー．デムース，ハー．ツアシュ
ケ液晶（D.Demus, H.Zaschke, Fluessige, Kristalle i
n Tabellen）”の第１巻（１９７４年版）及び第２巻
（１９８４年）を参照）。屈折率の高い光学的異方性と
の混合が好ましい。

【００１６】書込み光線に対する所定の感度分布を備え
た液晶ＳＬＭを使用可能である。この際、感度は液晶Ｓ
ＬＭの中心において最低の値を示し、かつ同中心から半
径方向に沿って外側へ向かうに連れて対称的に増加する
ことを要する。１つの粒子またはスペックルにおける書
込みレーザー光線の回折の結果として生じるものに代表
されるエアリー・ディスクの強度分布に反比例する曲線
を備えた感度分布の実現は効果的である。

【００１７】本発明に基づく液晶ＳＬＭの有利な感度分
布は、逆ガウス分布（reziproke Gaussverteilung ）に
よって特徴付けられる。この方法に基づいて設計された
液晶ＳＬＭは、液晶ＳＬＭ上のヤングの干渉縞の投影に
おいて生じる回折効果（Beugungseffektivitaet ）を大
きく増加させる。周知のように、ヤングの干渉縞は、最
も単純なケースにおいて、エアリー・ディスクの半径方
向に沿って対称をなすコサイン状の強度変調を映す一対
の三角関数のフーリエ変換を表す。

【００１８】均一な感度分布を備えた液晶ＳＬＭの使用
により、十分に高い露光度（Belichtungsintensitaet）
を備えた中心部分が形成される。外側に向かって延びる
全ての部分は、低い露光度に基づいて作用する。この結
果、これらの部分の液晶は活性化されたとしても非常に
僅かに活性化されるのみである。このため、これらの部
分の液晶は読取り側上の光線の回折に影響を及ぼすとし
ても、その影響度は僅かである。従って、自己相関面内
の回折しなかった光線の割合は、情報を伝搬する回折の
第１次の絶対値の強度と比べて大き過ぎることになる。

【００１９】本発明が提案する装置は、半径方向に沿っ
て対称的な感度分布を備えた液晶ＳＬＭを有する。従っ
て、変調されたエアリー・ディスク中の強度の低下は、
対応する感度分布によって補償される。液晶ＳＬＭの活
性表面全体に沿って液晶の均一な活性が存在するととも
に、回折効果の大きな増加及びその結果としてのＳＮ比
の改善がみられる。

【００２０】二重露光によって生成されたフィルム材料
を露光する際に、フレアまたは対象物に関連した他の要
因によって生じるフィルム材料の不均一な濃度を考慮に
入れる必要がある。ピーク検出精度を低下させないため
に、これらコントラストの変化を許容してはならない。

【００２１】本発明に基づき、これは液晶画像コンバー
ターのフィルムに依存する感度制御手段によって実現さ
れる。この目的のために、評価された光の一部を分離す
るビーム・スプリッターが、読取り側に位置するビーム
の光路上に配置されている。回折の中心次数（zentrale
Beugungsordnung）は適切なレンズによってポイント・
レシーバー（Punktempfaenger ）上に結像される。この
ポイント・レシーバーは回折の零次における強度を測定
するために使用される。液晶ＳＬＭの動作周波数及び／
または動作電圧は、回折の零次における最低限の強度を
確保するように、制御エレメントによって変更される。
この目的のために、制御ユニットは液晶ＳＬＭの操作ユ
ニットに対して接続されている。液晶ＳＬＭの位相及び
強度特性の関係を示す曲線（Phasen-Intensitaets-Kenn
linie ）上の動作点（Arbeitspunkt）の位置は周波数の
変更による影響を受けないため、液晶ＳＬＭの動作周波
数の変更は有利である。この結果、液晶ＳＬＭは露光比
の変化に迅速に追随することになる。従って、周波数を
制御することにより、液晶ＳＬＭの感度をフィルム像に
よって形成されたヤングの干渉縞の各強度に迅速に適合
可能である。

【００２２】本発明に基づいて、液晶ＳＬＭの露光はヤ
ングの干渉縞のパターンによって変化し、第２のフーリ
エ変換に対する液晶ＳＬＭの読取りは直線状に偏光され
たコヒーレント光線（Kohaerentem linear polarisiert
em Licht）によって変化する。この際、読取り光線の偏
光方向は前記のように液晶の異常屈折率の軸に対して平
行に延びるとともに、書込み光線の偏光方向は読取り光
線の偏光方向に対して垂直方向に延びている。この処理
は液晶ＳＬＭの部分的伝搬によりピーク検出における書
込み光線の影響を抑制する。液晶ＳＬＭを通過する書込
み光源から発せられた残留光線は、２つの光源の偏光方
向がそれぞれ異なることによりカメラの正面に配置した
適切な偏光フィルターによって遮断し得る。これは自己
相関面内における読取り光線の強度分布に対する残留書
込み光線の重ね合せを防止する。試験結果は、この処理
が検出の信頼性を改善する重要な要素であることを示し
ている。これは特に原版のフィルム材料（特別に複製さ
れたネガでないもの）の分析についていえることであ
る。従って多くの場合において、これと同時に画像を再
度複製する必要がない。この結果、時間の大幅な短縮を
実現するとともに、ＰＩＶ写真及びＬＳＰ写真の分析を
簡素化する。

【００２３】本発明に基づき、液晶ＳＬＭの残留光線の
伝搬によって生じる自己相関面内における前記の残留光
線の影響を抑制するために、異なる波長のレーザー光源
を使用することができる。この目的のために、光学フィ
ルターは書込み光線の光源から発せられた残留光線の伝
搬を抑制すべく読取りビームの光路上に配置されてい
る。この光学フィルターは読取り光線の通過を許容する
一方、書込み光線の通過を許容しない。

【００２４】本発明に基づく装置を使用することによ
り、ヤングの干渉縞の処理におけるＳＮ比が明確に改善
されるという点においてＬＳＰまたはＰＩＶパターンの
フィルム記録を以前と比べて更に正確に評価できる。こ
れは処理速度の低下を伴うことなく実施される。

【００２５】

【実施例】本発明をＬＳＰ写真及び／またはＰＩＶ写真
の光学的自己相関の実施例とともに以下に詳述する。（例１）図１は粒子画像の光学的自己相関に使用する電
気光学装置を示している。この装置は液晶ＳＬＭ１０を
有している。液晶ＳＬＭ１０の断面及び感度分布は図２
及び図３にそれぞれ更に詳細に示されている。液晶層１
４は、例えばその境界面に位置する２つの配向層１８の
摩擦（Reiben）によって整合される。ポリイミド製フィ
ルムを使用することが好ましい。これらのポリイミド製
フィルムは溶媒から遠心分離することによって支持体上
に形成され、約２００℃の温度にて焼き戻されたもので
ある。このポリイミドの例としては、デュポン社（Du P
ont ）から販売されているＰＩ２７３４と称されるポリ
イミドが挙げられる。互いに対向する境界面のそれぞれ
に対して平行に摩擦を加えた場合、対応する間隙を０を
上回る誘電異方性（delektrischen Anisotropie ）を備
えた液晶で満たした後に、一軸性複屈折結晶などからな
る液晶層を形成することができる。高い異方性（屈折率
の差Δｎ）を備えたネマティック液晶を使用することが
好ましい。このネマティック液晶の例としては、Δｎ＝
０．２５８を備えたホフマン−ラ・ロッチェ（Hoffmann
-La Roche ）によるＴＮ４０３混合物、またはΔｎ＝
０．２０７８を備えたＴＮ８４６７混合物が挙げられ
る。異常屈折率ｎ_eの方向は摩擦の方向によって不明確
に限定されている。周知のように、異常屈折率ｎ_eは電
圧に依存している。このため、読取り光線の制御された
位相変調が可能である。光線の偏光方向が異常屈折率ｎ
_eに対して平行な場合、例えば５５０ｎｍの波長の光線
を使用することにより一般的に約８μｍの厚みを備えた
液晶層１４からなる前記の混合物に最大で６〜８πの位
相スイング（Phasenhuebe ）を生じ得る。周知のよう
に、位相構造（Phasenstrukturen）における高い回折効
果を達成するためには約１〜２πの僅かな位相ジャンプ
（Phasensprung）が必要とされる。この結果、液晶を使
用した位相変調における動作点は屈折率及び電圧特性の
関係を示す曲線の後部領域（hinteren Teil ）内に配置
可能である。これは液晶の切換時間を短くするととも
に、高い処理速度を達成するための必要条件である。一
般的に、前記の液晶ＳＬＭ１０は約３〜６Ｖの動作電圧
及び約７０〜２００Ｈｚの動作周波数にて動作される。
この結果、液晶層１４には約２〜３Ｖの有効バイアス
（effektive Vorspannung ）が加えられる。従って、液
晶分子は傾斜状態に配置され、かつヤングの干渉縞の強
度変化によって生じる急速な電圧変化を追随することが
できる。この種類の処理における画像再生速度（Bildwi
ederholrate ）は約２５〜５０画像／秒（Bilder/Sekun
de）である。約２０〜４０μＷ／ｃｍ²の書込み強度で
の露光により、約１〜２πの位相変調が達成されるよう
に電圧を変更する。

【００２６】光半導体（Photohalbleiter ）及び液晶か
らなるサンドイッチ構造において、光半導体を露光する
手段により電圧の関数として屈折率を変更することがで
きる。異常屈折率ｎ_e及び通常屈折率ｎ₀の間の大きな
違いに加えて、液晶及び光半導体のインピーダンス整合
は、露光に依存する液晶の活性に対して重要な役割を果
たす。例えばアモルファス・シリコン等のインピーダン
スの高い光導体（Photoleitern）を使用することが有利
である。これらの層はプラズマＣＶＤを使用してシラン
化合物を用いて堆積させることにより形成される。これ
らの層の有利なパラメータとしては、それら自体のイン
ピーダンス整合に関連して、約２０Ｐａのシラン分圧
と、プラズマを形成する約３８０Ｖの高周波電圧と、約
１７０Ｖの直流電圧とすればよい。支持体温度は約２５
０℃である。

【００２７】この結果、図２にその全体を示す本発明の
光半導体及び液晶のサンドイッチ構造において、光半導
体の露光は電圧の関数として屈折率を変化させる。その
特別な構造により、本発明に基づく液晶ＳＬＭ１０はア
ドレスを用いて光学的に書き込みを行う一方（図２の左
側において）、光学的に読取り（図２の右側において）
を行えるように形成されている。誘電性鏡１２は前記の
液晶層１４（配向層１８間に配置されている）及び感光
層１６の間に配置されている。誘電性鏡１２は実質的に
第１のレーザー光源８０から発せられる書込み光線及び
第２のレーザー光源２０から発せられる読取り光線を互
いに実質的に分離し、かつ書込み光線及び読取り光線の
相互間における影響を広い範囲にわたって制限してい
る。

【００２８】図３に示す有利な感度分布は、前記の条件
下において形成された水素化アモルファス・シリコン層
である感光層１６を有する液晶ＳＬＭ１０内において比
較的簡単な方法で形成される。この層が十分に長い時間
にわたって対応する強度分布で照射された場合、水素化
アモルファス・シリコン層のインピーダンスは照射強度
に基づいて局部的に変化する。水素化アモルファス・シ
リコン層内のこれらの変化は不可逆的である。照射強度
がエアリー・ディスクの強度分布曲線に匹敵する場合、
水素化アモルファス・シリコン層内において類似したイ
ンピーダンスの変化が生じる。この結果、液晶ＳＬＭ１
０の感度の対応する変化が書込み側において生じる。こ
の感度分布の形成は、適切な照射装置により本発明の装
置の外側において達成することができる。本発明の装置
内への組込みの際には、ヤングの干渉縞に関する液晶Ｓ
ＬＭ１０の対応する調整を必要とする。この調整は適切
な調整エレメントによって実施可能である。

【００２９】回転対称性感度分布（rotationssymmetris
che Empfindlichkeitsverteilung）は図１に示した装置
内において最も正確に直接形成することができる。この
目的のために、水素化アモルファス・シリコン層は、画
像情報の書込みに使用される第１のレーザー光源８０か
ら発せられたビームによって直接照射される。波長６３
３ｎｍ、出力５ｍＷ及びビーム径約０．８ｍｍを備えた
ヘリウム−ネオン・レーザーを使用する場合、安定した
感度プロフィールを形成するために約２．５時間の照射
時間を必要とする。この照射は、水素化アモルファス・
シリコン層中に逆ガウス分布（図３参照）と大まかに対
応するインピーダンスの変化を形成する。

【００３０】対応する粒子画像を備えた写真画像が前記
の書込みビームの光路上に配置された場合、液晶が活性
化される。この際、ヤングの干渉縞の強度分布は液晶Ｓ
ＬＭ１０の感度の逆ガウス分布と重なる。この結果、液
晶層１４は読取り操作ユニットの全領域に沿って活性化
される。従って、高い回折効果及び高いＳＮ比が達成さ
れる。本発明の別の利点は大きな操作ユニットを使用す
るための前記の感度分布によって得られ、第２のフーリ
エ変換の対象となるヤングの干渉縞パターン中に含まれ
る縞の総数が増加し、ピーク検出の精度が改善されるこ
とである。感度分布が光学装置内において直接形成され
た場合、第１のレーザー光源８０から発せられた書込み
レーザー光線に関する液晶ＳＬＭ１０のその後の調整は
不必要となる。これは感度調整エレメントを使用した技
術的準備を簡素化する。

【００３１】図１に示す装置は読取りレーザー光線を発
する第２のレーザー光源２０及び偏光子２２を有してお
り、同偏光子２２は、その偏光方向がビーム・スプリッ
ター３０のスプリッター平面３２内に位置し、かつ液晶
ＳＬＭ１０の異常屈折率１８（ausserordentlichen Bre
chungsindexes 18）の方向と一致するように配向されて
いる。この配向は偏光子２２の偏光方向に対する液晶Ｓ
ＬＭ１０のこれに対応した整合手段によって達成され
る。ヤングの干渉縞の光学的フーリエ変換は第２のフー
リエ変換用対物レンズ５０の手段によって達成される。
例えばＣＣＤアレー・カメラ（CCD-Matrixkamera）６０
等の２次元的センサーは自己相関面内に配置されてい
る。このセンサーは自己相関面内の強度分布を記録する
ために使用される。図１において、自己相関面に対する
共役面は複雑でないフォーカスを可能にする別の結像光
学素子（Abbildungsoptik ）５４によってＣＣＤアレー
・カメラ６０に向けて伝搬される。偏光子２２に対して
平行に整合される別の偏光フィルター２４は、ＣＣＤア
レー・カメラ６０の正面において同ＣＣＤアレー・カメ
ラ６０に隣接して配置されている。ポイント・レシーバ
ーとしてのポイント検出器７０上に向けて伝搬される読
取り光線の一部は、第２のビーム・スプリッター・キュ
ーブ（zweiten Teilerwuerfels）４０によって遮断され
ている。この結果、回折していない光線の強度を測定す
ることができる。制御信号は測定ユニット７２によって
決定され、かつ液晶ＳＬＭ１０の操作ユニット７４内に
伝搬される。この際、動作周波数及び動作電圧は、回折
していない光線の強度が最低限となるように設定されて
いる。本発明に基づく前記の装置では、第１のレーザー
光源８０から発せられた書込みレーザー光線はフーリエ
変換用対物レンズ５２を用いて写真記録体としてのフィ
ルム画像９０のヤングの干渉縞を形成するためにも使用
されている。書込みビームの光路及び読取りビームの光
路の分離は、偏光フィルター２４に対して垂直方向に整
合された偏光子２６によって達成される。（例２）電気光学装置の別の実施例では、第１のレーザ
ー光源８０及び第２のレーザー光源２０はそれぞれ異な
る波長を備えている。この結果、書込みレーザー光線を
発する第１のレーザー光源８０から照射され、かつ液晶
ＳＬＭ１０を通過した残留光線はＣＣＤアレー・カメラ
６０の正面に配置された適切な光学フィルターによって
遮断される。光学フィルター（図示略）は干渉フィルタ
ーとして設計されることが好ましい。（例３）液晶ＳＬＭ１０の回転対称性感度分布は書込み
ビームの光路上に対応する階調付けされたフィルター
（Verlaufsfilters ）（図示略）を配置することによっ
て得られる。この際、感光層１６は、書込み光線を吸収
し、かつエアリー・ディスクの強度分布に逆比例する透
過傾斜度（Transmissionsverlauf）を備えた階調付けさ
れたフィルターによって直接被覆されている。

【００３２】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によればＰ
ＩＶフィルム材料及びＬＳＰフィルム材料の光学的相関
関係を分析するための製造が容易で、かつ精度の高い電
気光学装置が提供されるという優れた効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に基づく光学的自己相関装置の構成図。

【図２】液晶ＳＬＭの断面図。

【図３】液晶ＳＬＭの感度分布図。

【符号の説明】

１０…液晶ＳＬＭ、１４…液晶層、２０…第２のレーザ
ー光源、５０…第２のフーリエ変換用対物レンズ，５２
…第１のフーリエ変換用対物レンズ、２４…偏光フィル
ター、６０…カメラ、７０…ポイント・レシーバー、７
４…操作ユニット、８０…第１のレーザー光源、９０…
写真記録体。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者エルンストゲルトナードイツ連邦共和国イェナデー−07747 リゼロッテ−ヘルマン−シュトラーセ 26アー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１のレーザー光源（８０）と、前記第
１のレーザー光源（８０）から発せられた光線が写真記
録体（９０）を通過することと、これにより第１のフー
リエ変換用対物レンズ（５２）の結像側焦点面内にヤン
グの干渉縞パターンを形成することと、アドレスを用いて光学的に読み書きできる液晶ＳＬＭ
（１０）と、前記ヤングの干渉縞パターンが前記液晶Ｓ
ＬＭ（１０）上に結像されることと、第２のレーザー光源（２０）と、前記第２のレーザー光
源（２０）から発せられた光線が液晶ＳＬＭ（１０）を
読取ることと、第２のフーリエ変換用対物レンズの手段
（５０）によりフーリエ変換されたヤングの干渉縞に対
応する回折パターンを形成することと、前記回折パターンを記録するカメラ（６０）とを備えた
レーザー・スペックル写真術または粒子画像速度測定術
のフィルム記録体の光学的自己相関装置において、前記液晶ＳＬＭ（１０）は一軸性複屈折結晶の液晶層
（１４）を有し、かつ読取り側において第２のレーザー
光源（２０）の直線的に偏光された光線によって読取ら
れることと、第２のレーザー光源（２０）の偏光方向が液晶層（１
４）の楕円面の屈折率の異常半軸と一致することとを特
徴とする光学的自己相関装置。
【請求項２】液晶ＳＬＭ（１０）の前記液晶層（１
４）は、ネマティック液晶であり、好ましくは正の誘電
異方性を備え、かつ捻れを伴わない液晶であることを特
徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】液晶ＳＬＭ（１０）の感度分布は半径方
向に沿って対称であり、かつその曲線がエアリー・ディ
スクの強度分布に対して逆比例していることを特徴とす
る請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】回折パターンの零次内に配置されたポイ
ント・レシーバー（７０）を有することと、前記ポイン
ト・レシーバー（７０）の出力信号は操作ユニット（７
４）により零次の回折していない光線の強度が最低限と
なるようにＳＬＭの動作電圧の周波数を制御することと
を特徴とする請求項１乃至３のいづれか１項に記載の装
置。
【請求項５】液晶ＳＬＭ（１０）の書込み光線の偏光
方向及び読取り光線の偏光方向は互いに直交すること
と、残留書込み光線を遮断すべく自己相関面内に位置するカ
メラ（６０）の正面に配置された偏光フィルター（２
４）を有することとを特徴とする請求項１乃至４のいづ
れか１項に記載の装置。
【請求項６】第１のレーザー光源（８０）及び第２の
レーザー光源（２０）の波長が互いに異なることと、こ
れによって残留書込み光線を自己相関面内に位置するカ
メラ（６０）の正面に位置する光学フィルターによって
遮断可能なこととを特徴とする請求項１乃至４のいづれ
か１項に記載の装置。