DE2146729A1 - Verfahren und anordnung zur vielfachfilterung - Google Patents

Description

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PHILIPS PATENTVERWALTUNG GMBH., 2 Hamburg 1, Steindamni 94

Verfahren und Anordnung zur Vielfachfilterung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Anordnungen zur mit einem Objekt korrelierten, optischen Vielfachfilterung und hat die Aufgabe, ein vorgegebenes Objekt mit einer Vielzahl von vorgegebenen Bildern in Spektrumform zu vergleichen.

Das bisher bekannte von Armitage und Lohmann in der Zeitschrift "Applied Optics", 1965, Bd.4, Seite 461, beschriebene Verfahren, welches im inkohärenten Teil der dort beschriebenen Methode eine Vielfachfilterung vorsieht, hat den Nachteil, daß die Anzahl der Filter, mit denen gleichzeitig korreliert wird, klein ist und daß entweder nur ein kleiner Teil der Intensität des zur Beleuchtung dienenden Lasers ausgenutzt wird, oder daß die Vervielfachung durch eine kostspielige und komplizierte Linsenanordnung erfolgt.

Die Erfindung beseitigt die Nachteile dadurch, daß eine Vielzahl räumlich getrennter und räumlich inkohärenter Fourierspektren verschiedener Filter durch das zu erkennende Objekt

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parallel moduliert und ebenfalls räumlich getrennt in eine Detektorebene abgebildet wird, so daß das Objekt gleichzeitig mit der Vielzahl der Piltespektren vergleichbar ist. Es wird also bereits in der Eingangsebene des Filtersystems eine Vielzahl von räumlich getrennten FourierSpektren erzeugt, die gleichzeitig mit dem zu erkennenden Objekt korreliert werden.

Die Erzeugung der FourierSpektren kann mit Hilfe verschiedener einfacher Anordnungen erfolgen. Einmal durch Beleuchtung einer Matrix von Einzelfiltern (100 und mehr) mit Teilstrahlenbündeln, welche zueinander verschiedene Winkel besitzen, zum anderen durch eine Linsenmatrix oder auch durch eine Matrix von photοgraphisch aufgenommenen Fourierspektren der Filter. Die beiden erstgenannten Methoden bieten die Möglichkeit, die Filter in einfacher Weise auf elektro-optischem Wege, z.B. mit der sog. TITUS-Röhre (G. Marie: Philips Research Reports Bd.22, Seite 110, 1967) zu realisieren.

Die Erfindung wird anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1.ein optisches System zur Durchführung der erfindungsgemäßen Vielfachfilteranordnung,

Fig. 2 eine optische Anordnung zur Erzeugung der räumlich getrennten Fourierspektren der Filter, .

Fig. 2a den Ersatz eines Teils der Anordnung 2 durch eine zweite Anordnung,

Fig. 2b den Ersatz eines Teils der Anordnung 2 durch eine dritte Anordnung,

Fig. 2c den Ersatz eines Teils der Anordnung 2 durch eine vierte Anordnung,

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Fig. J eine elektro-optische Anordnung zur Erzeugung vieler räumlich getrennter Fourierspektren der Filter,

Fig. 4 ein elektro-cptisches System zur Durchführung der erfindungsgernäßen Vielfachfilteranordnung.

In Fig. 1 werden die räumlich inkohärenten Fourierspektren A, B, C dreier Filter durch die Linsen L^, Lp im Haßstab 1:-1 in die Brennebene im Abstand f hinter der Linse Lp an den Orten D,., Dp» D* abgebildet. Durch die Pupille 0, welche das zu erkennende Objekt darstellt, werden die Bilder in D^, Dp, D^ in derartiger Weise moduliert, daß entschieden werden kann, mit welchem der Filter, deren Fourierspektrum durch A, B, C gegeben sind, das Objekt 0 identisch ist, und zwar entsteht bei Übereinstimmung von 0 mit einem der Filter, z.B. mit dem Filter, dessen Fourierspektrum A ist, ein heller Fleck in D^, während an den Stellen Dp, D^ ein dunkler Fleck auftritt. Die physikalische Erklärung dieses Sachverhaltes für ein Filter ist der oben erwähnten Arbeit von Armitage und Lohmann zu entnehmen. Durch eine einfache Matrix lichtempfindlicher Detektoren in den Punkten D^, D₂, D, kann dann durch die Vielfachabbildung das Objekt 0 identifiziert werden.

Die Fig. 2 - 2c zeigen verschiedene Anordnungen, mit welchen die räumlich getrennten Fourierspektren A, B, C der Filter a, b, c erzeugt werden können.

In Fig. 2 beleuchtet die zeitlich und räumlich kohärente Lichtquelle La mit Hilfe des Kollimators eine Vielzahl von Blenden-Öffnungen, aus deren Zahl 1, 2 und 3 als Beispiel eingezeichnet sind. Die hinter den Blenden eingesetzten Prismen spalten den zur optischen Achse parallelen Lichtstrahl in viele, in zueinander verschi edene Winkel geneigte, Teilstrahlen auf, welche die einzelnen Filter, z.B. a, b, c, beleuchten. Aufgrund der verschiedenen Neigung der Teilstrahlen erzeugt die Linse L auf der sich drehenden Mattscheibe D im Abstand f der Brennweite der Linse räumlich getrennte Fourierspektren A, B, C der Filter a, b, c.

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Die Fig. 2a und 2b zeigen Alternativen zu der Strahlaufspaltung durch Prismen. Die Aufspaltung kann bequem durch eine Multlplexkomponente wie z.B. ein Vlelfach-Phasenhologramm, bei dem * eine regelmäßige Anordnung von gleichen Phasenhologrammen benutzt wird, deren Einzelstruktur aus z.B. symmetrischen Polygonen, wie Quadraten und Rechtecken, besteht und so aufgebaut ist, daß eine vorgegebene Verteilung der Intensitäten unter den vervielfachten Bildern entsteht, oder durch ein Phasenhologramm, bei dem ausgeleuchtete Lochblenden wesentlich größerer Abmessungen als die der Bildpunkte verwendet werden, wobei die Lochblenden -bis auf einen eventuellen Vergrößerungsfaktor- eine identische Phasen- oder Amplitudenstruktur enthalten, wobei eine mit den übrigen identisch strukturierte Lochblende auch ale R^ferenzlichtquelle dient, erzielt werden (P in Fig. 2a). Auch ein digitaler Lichtablenker (LA in Fig. 2b), bei dem mittels Polarisationsschalter und Ablenkprismen eine Winkelmodulation des Lichtstrahls erzeugt wird ,kann mit Vorteil verwendet werden.

Eine einfache Anordnung, die Fourierspektren A, B, C auf der sich drehenden Mattscheibe zu erzeugen, wird in Fig. 2c durch die Linsenmatrix M wiedergegeben. Die Erzeugung der Fourierspektren auf einer sich drehenden Mattscheibe kann dadurch ersetzt werden, daß man die Fourierspektren A, B, C der Filter a, b, c photograph!sch aufnimmt und diese Photoplatte anstelle der Mattscheibe setzt und mit räumlich inkohärentem Licht beleuchtet.

Die Fig. 3 und 4 zeigen die Anordnungen der Fig. 2 bzw. 1, wobei die Filter a, b, c und das zu erkennende Objekt O durch eine elektro-optische Anordnung EO realisiert wird. In EO wird das einfallende Licht durch ein elektro-optisches Material, wie z.B. einen KDP-Kristall, in welches optische Strukturen elektronisch eingeschrieben werden, moduliert. Eine Realisation dieses Prinzips ist die sog. TITÜS-Röhre, die eine den Pockels-Effekt in einem Kristall zwischen zwei Polarisatoren benutzende BiId-

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röhre veränderbarer Transparenz ist. Sie stellt ein optisches Relais dar, das einen durch die Polarisatoren und den Kristall hindurchtretenden Lichtstrahl räumlich und zeitlich moduliert.

In Fig. 3 erzeugt die Linse L mit Hilfe des halbdurchlässigen Spiegels HS die Fourierspektren A, B, C der in EO. elektronisch eingeschriebenen Filter a, b, c.

In Fig. 4 erzeugen die Linsen L₂, L^ mit Hilfe des halbdurchlässigen Spiegels HS die durch das in EO elektronisch eingeschriebene Objekt 0 modulierten Bilder in D^, D₂, D,. Die Erkennung von 0 geschieht dann in gleicher Weise wie in der Anordnung der Fig. 1 und 2.

Da in die elektro-optische Anordnung EO in schneller Folge lichtmodulierende Strukturen elektronisch eingeschrieben werden können - bei der TITUS-Röhre 25 Bilder pro Sekunde - und bei diesen Filterverfahren Objekt und Filter identisch sind, kann diese Anordnung besonders vorteilhaft dazu benutzt werden, Lernprozesse zu studieren, bei denen das Objekt 0 verändert und laufend auf Ähnlichkeit mit der Vielzahl der Filter geprüft wird.

Pa ten tanspriiche:

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Claims (9)

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   Patentansprüche:

   JL/Verfahren zur mit einem Objekt korrelierten optischen Vielfachfilterung, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl räumlich getrennter und räumlich inkohärenter Fourierspektren verschiedener Filter durch das zu erkennende Objekt parallel moduliert und ebenfalls räumlich getrennt in eine Detektorebene abgebildet wird, so daß das Objekt gleichzeitig mit der Vielzahl der FilterSpektren vergleichbar ist.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vielzahl der Fourierspektren dadurch erzeugt wird, daß durcä eine Blendenanordnung mit Prismen eine Vielzahl räumlich kohärenter Lichtbündel, welcirie untereinander verschiedene Winkel einschließen, erzeugt wird und die Teilbündel die Fourierspektren der Filter an verschiedenen Orten auf einer sich drehenden Mattscheibe erzeugen.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vielzahl der FourLerspektren auf einer photographischen Platte oder dgl. SpeLchermaterLauen aufgezeichnet wird.
4. 4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder ft',, dadurch gekennzeichnet, daß die FLLter Ln eine elektro-optische Anordnung, z.B. eine TITUS-Röhre.·, tiLektroriLsoh θ LrigeuschrLejberi werden.
5. 5. Verfahren nach Amipruch I, dadurch gekimn^eLehnet,, daß das zu erkennende Objekt Ln e Lne> elektro-optische Anordnung, z.B. eine TETtIi)-Röhr9, elektronisch elngeachrLeben wird.
6. 6. Anordnung zur Durchführung das VerfnhremiJ nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gskannzο Lehnet, daß eine Blenden-Anordnung mLt E'rLamen 'zuv Erzeugung «Lnor Vl€)L-2ahL räumlich kohärent;,»!¹ LLchtbürulsL, dLo imtiifüLnarular verschiedene Winkel aLrisciiLLßßen, und eine £3Ich drehondo iMatt«cheibe vorgesehen Lnt, die aus dem TeLLbündeL dLs E^|1ourLerapektran der Filter an voraohLedsnen stellen erzeugt,

   - DAD ORIQ.NAU

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7. 7. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Blendenanordnung mit den Prismen durch ein Vielfachphasenhologranwn oder durch ein Punkthologramm ersetzt ist.
8. 8. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Blendenanordnung mit den Prismen durch einen digitalen Lichtablenker ersetzt ist.
9. 9. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der Vielzahl der Fourierspektren eine Linsenmatrix identischer Linsen vorgesehen ist,

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