DE3001256A1

DE3001256A1 - Vorrichtung zum extrahieren von mehreren raeumlichen frequenzkomponenten aus einem bild

Info

Publication number: DE3001256A1
Application number: DE19803001256
Authority: DE
Inventors: Kunihisa Hoshino; Akira Ogasawara; Hiroshi Shirasu; Ken Utagawa
Original assignee: Nippon Kogaku KK
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1979-01-20
Filing date: 1980-01-15
Publication date: 1980-08-14
Also published as: JPS5596919A; US4306143A

Description

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf einen photoelektrischen Umformer und insbesondere auf eine Vorrichtung zum Extrahieren von mehreren räumlichen JTrequenzkomponenten aus einem optischen Bild.

Verschiedene Vorrichtungen zum elektrischen Extrahieren von Information, die sich auf eine bestimmte räumliche Frequenzkomponente eines optischen Bildes bezieht, und zum Erfassen z.B. der Brennweite einer Abbildungsoptik auf deren Grundlage wurden vorgeschlagen. Mit der deutschen Patentanmeldung P 28 48 874 wurde bereits eine Vorrichtung zum Umformen der Ausgangs signale der photoelektrischen Elemente einer photoelektrischen Elementanordnung, auf die ein optisches Bild projiziert wird, in Vektoren vorgeschlagen, deren Größen den Größen dieser Ausgangssignale entsprechen, das heißt den

2.TC

Absolutwerten, und deren Phasenlagen jeweils um -*?— , wobei Έ eine ganze Zahl ist, die gleich oder größer als 2 ist, in der Reihenfolge der Anordnung der photoelektrischen Elemente voneinander abweichen, und zum Addieren dieser Vektoren, um dadurch die Information einer bestimmten räumlichen Prequenzkomponente zu extrahieren, die als räumliche Periode die Länge von N photo elektrischen Elementen in Richtung der Anordnung hat. Eine solche Vorrichtung zum Extrahieren einer bestimmten räumlichen IPrequenzkomponente ist jedoch nicht brauchbar, wenn das optische Bild die besondere räumliche Prequenzkomponente kaum enthält und es unmöglich ist, die Brennweite der Abbildungsoptik aufgrund des Ausgangssignals dieser Vorrichtung zu bestimmen.

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Um dieses zu vermeiden, können mehrere räumliche Frequenzkomponenten aus dem optischen Bild extrahiert werden. Zu diesem Zweck könnten mehrere photoelektrische Elementanordnungen benutzt werden oder eine einzige photοelektrische Elementanordnung in mehrere Bereiche unterteilt werden und dann könnten die diskreten räumlichen Frequenzkomponenten in einzelnen der Anordnungen oder Bereiche extrahiert werden. Dieses Verfahren gestattet jedoch nicht das Extrahieren von mehreren räumlichen Frequenzkomponenten aus dem gleichen optischen Bild und hat außerdem den Nachteil, daß es eine Vielzahl von photoelektrischen Elementen "benötigt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Extrahieren von mehreren räumlichen Frequenzkomponenten bei einem optischen Bild, das auf eine photo elektrische Elementanordnung projiziert wird, aus dem gleichen Ausgangssignal der photoelektrischen Elemente der Anordnung zu schaffen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Extrahieren von mehreren räumlichen Frequenzkomponenten aus einem von einer Abbildungsoptik erzeugten Bild weist eine photoelektrische Elementanordnung, die mindestens Ii photoelektrische Elemente hat, die in oder nahe der Abbildungsebene der Abbildungsoptik angeordnet sind, und eine Einrichtung auf, mit der aufgrund des Ausgangssignals eines jeden der photοelektrischen Elemente der Element anordnung ein elektrisches Ausgangs signal zu erzeugen ist, das sich in seiner Phase mit der Verschiebung des Bildes in Richtung der Elementanordnung ändert. Diese Einrichtung weist eine erste Vektor einrichtung zum Umformen der Ausgangssignale der photoelektrischen Elemente in Vektoren, so daß das Ausgangssignal des η-ten photoelektrischen Elements der Element anordnung ein Vektor wird, der einen sich auf das Ausgangs signal beziehenden Absolutwert und eine durch ^ χ p^. χ η gegebene Phasenlage hat, einen ersten Addierer zum Addieren

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BAD ORfGINAL

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der Vektorausgangssignale der ersten Vektoreinrichtung, eine zweite Vektoreinrichtung zum Umformen der Ausgangssignale der photoelektrischen Elemente in Vektoren, so daß das Ausgangs signal des η-ten photoelektrischen Elements der Elementanordnung ein Vektor wird, der einen sich auf das Ausgangs signal "beziehenden Absolutwert und eine durch ^ χ Pp x η gegebene Phasenlage hat, und einen zweiten Addierer zum Addieren der Vektorausgangssignale der zx-reiten Vektoreinrichtung aufweist, wobei p^. und P2 unterschiedliche ganze Zahlen sind, die kleiner als I^ sind.

Gemäß einem bevorzugten Gedanken der Erfindung weist also eine Vorrichtung zum Extrahieren von mehreren räumlichen !"requenzkomponenten aus einem von einer Abbildungsoptik erzeugten Bild eine photo elektrische Element anordnung, die mindestens N photo elektrische Elemente hat, die in oder nahe der Abbildungsebene der Abbildungsoptik angeordnet sind, und eine Einrichtung auf, mit der aufgrund des Ausgangssignals eines jeden der phot ο elektrischen Elemente der Elementanordnung ein elektrisches Ausgangssignal zu erzeugen ist, dessen Phasenlage sich mit der Verschiebung des optischen Bildes in Richtung der Anordnung der photoelektrischen Elemente ändert.

Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung erläutert. Im einzelnen zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild zum Erläutern des erfindungsgemäßen Prinzips,

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Pig. 2A Vektoren zum Erläutern der Erfindung, bis 2D

Pig. 3-A- St romlauf plane eines ersten Ausführungsbeispiels ^s ^ der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Pig. 4-A bis 4H und

Fig. 5A bis 5D Impulsdiagramme, die die Phasenbeziehung zeigen, mit der Schalterelemente gesteuert sind,

Pig. 6 einen Stromlaufplan eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Pig. 7 einen Stromlauf pi an eines dritten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Pig. 8A Str.omlaufpläne eines vierten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung und

Pig. 9 eine Abwandlung in der Anordnung der photoelektrischen Elementanordnung, die bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehen ist.

Bei dem in Pig. 1 gezeigten Blockschaltbild zum Erläutern des erfindungsgemäßen Prinzips ist eine photoelektrische Elementanordnung 1 in oder nahe der Brennebene einer Abbildungsoptik vorgesehen, die hier nicht geseigt ist, wobei diese Slementanordnung acht photοelektrische Elemente IL· - Dg hat, die räumlich in einer Eeihe angeordnet sindo Piezoelektrische Ausgangssignale i,, - ig t^erden von den piiotoelektrischen Elementen D^ - Dg abgenommen und ihre Werte geben die Lichtintensitäten an, die auf den photoelektrischen Elementen auftreffen. Bei der erfindungsgemäßen Yorriclitimg ist außerdem

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eine Vektoreinrichtung 3 vorgesehen, die Multiplizierer 3_a - 3J₁ aufweist, an die die photoelektrischen Ausgangssignale gegeben werden. Die Multiplizierer 3 - 3v, multiplizieren die photoelektrischen Ausgangs signale i^. - ig mit Vektoren v^. = exp (27Tx ^ ) - Vq = exp (27^x -gß- ) _{? so} daß ein beliebiges photoelektrisches Ausgangssignal i_n mit einem Vektor V_n = exp (27^x ^) (η = 1 - 8).multipliziert wird. Damit formt die Vektor einrichtung die photoelektrischen Ausgangssignale 1* - ig in verschiedene Vektoren l^v,, - ioVo um, die Absolutwerte haben, die deren Größen entsprechen, und deren Phasenlagen Jeweils in der Reihenfolge der Anordnung der photoelektrischen Elemente um ■ voneinander abweichen. Diese von den Multiplizierern 3_a - 3_n abgegebenen Vektoren werden an einen Addierer 5 gegeben. Der Addierer addiert die Vektoren ixjV/. - igVg. Als Ausgangssignal dieses Addierers ergibt sich daher ein zusammengesetzter Vektor I :

¹P ■ ti

Wenn die Anzahl der photoelektrischen Elemente auf Ή verallgemeinert wird, wird die vorstehende Gleichung zu:

I_p = £ in exp (2tfx ψ ). n=l

Dieser zusammengesetzte Vektor I wird jetzt betrachtet.

1) Wenn ρ = 1, wird der zusammengesetzte Vektor zu:

f § >. ^ö

03 §0 337 0 569-

BADORIGINAL

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Dieses ist die Summe der Ausgangssignale der acht photoelektrischen Elemente D,, - Dg, multipliziert mit den Vektoren V^. - Vg, die gegenseitig jeweils um —□—· phasenverschoben sind, wie dieses in Fig. 2A gezeigt ist, und, wie sich aus der vorstehenden Gleichung ergibt, weist er einen Großteil der räumlichen Frequenzkomponente auf, die die Länge d der acht photoelektrischen Elemente D^. - Dg als räumliche Periode hat. In diesem Fall wird eine Periode durch acht photoelektrische Elemente geteilt und er umfaßt auch etwas die Information der räumlichen Frequenzkomponente, die d/7 als räumliche Periode hat, und auch höhere Anteile von räumlichen Frequenzkomponenten. Venn daher ρ = 1 ist, ist der zusammengesetzte Vektor I^ einer, aus dem die räumliche Frequenzkomponente der räumlichen Periode d in dem auf die Anordnung 1 projezierten Lichtbild stark extrahiert wurde.

2) Wenn ρ - 2 ist, wird der zusammengesetzte Vektor I^ zu: I₂ = <· in exp (21¹Tx ^

n=l

Dieses ist die Summe der Aus gangs signale der photoelektrischen Elemente D^, - Dq, multipliziert mit den Vektoren V^, - Vg, die aufeinanderfolgend jeweils eine Phasendifferenz von -Sy- haben, wie dieses in Fig. 2B gezeigt ist, und er ist ein Vektor, aus dem die räumliche Frequenzkomponente der räumlichen Periode d/2 in dem Lichtbild stark extrahiert wurde.

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3) Wenn ρ = 3 und ρ » 4 ist, sind die zusammengesetzten Vektoren I, und I^ jeweils die Summe der photo elektrischen Ausgangssignale i„ - i_Q, multipliziert mit den Vektoren v^ - Vq, die jeweils um -Zr- und IC gegeneinander phasenverschoben sind, wie dieses in den Fig. 2C und 2D gezeigt ist, und sie sind Vektoren, aus denen die räumlichen Frequenz- . komponenten der räumlichen Perioden d/3 und d/4 jeweils stark extrahiert wurden.

Beim Vorstehenden umfassen die zusammengesetzten Vektoren Iy, - X₇, die Größen der jeweiligen besonderen räumlichen Frequenzkomponenten und die Phaseninformation, während der zusammengesetzte Vektor I^ als Ausgangs signal nur die Größeninformation und keine Phaseninformation enthält, wie sich dieses aus Fig. 2D ergibt.

Wenn ρ = 0 i.st, gibt Iq die Gesamtmenge des auf den photoelektrischen Elementen D^, - Do auftreffenden Lichtes an.

Durch individuelles Vorsehen von Vektoreinrichtungen und Addierern für ρ=1,ρ = 2,ρ»3 und ρ = 4- kann daher die Information der räumlichen Frequenzkomponenten der räumlichen Perioden d, d/2, d/3 und d/4 extrahiert werden.

Der Wert, den ρ annehmen kann j ist eine ganze Zahl, der gleich oder kleiner als die Hälfte der Zahl Ei der photoelektrischen Elemente ist, die die maximale räumliche Periode von mehreren räumlichen Frequenzkomponenten bildet, die extrahiert werden sollen, nämlich -^. Daher kann bei dem vorstehenden Beispiel ρ den Wert von im wesentlichen 1 bis 4-annehmen, und, wenn ρ einen Wert von 5 oder größer annimmt, wird die extrahierte Information identisch zu irgendeiner der Fälle, bei denen ρ = 1 - ρ = 4· ist, so daß sich danach

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eines der diesen Werten zugeordneten Ergebnisse ergibt. So ist ζ.33. die bei ρ = 5 extrahierte Information gleich der bei ρ = 3.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden jetzt erläutert. Fig. 3-A. zeigt ein Ausführungsbeispiel des photoelektrischen Umformers der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Eine Photodiodenanordnung 1 weist acht parallelgeschaltete Photodioden D. - Dg auf. !Feldeffekttransistor-Schalterelemente S^ - Sq sind mit den jeweiligen Photodioden verbunden, um damit eine erste Schalterelementgruppe 6 zu bilden. Die Schalterelemente S,, - Sg sind alle so ausgebildet, daß sie die gleiche Periode mit Hilfe eines Impulsgenerators 7 haben, wobei jedoch die Schalterelemente S^ bis Sg nacheinander kurzzeitig mit einer bestimmten Zeitverzögerung leitend geschaltet werden. Die Photodioden D^ - Dg erzeugen daher photoelektrische Ausgangssignale, die dieser Periode und den Intensitäten des auftreffenden Lichts beim Leitendschalten des zugeordneten Schalterelements S,- - Sg zugeordnet sind.

Die photoelektrischen Ausgangssignale werden an eine Abtast- und Halteschaltung 9 gegeben. Diese Abtast- und Halteschaltung 9 weist einen Operationsverstärker 9a* einen Eückkopplungskondensator 9b und einen Rücksetz schalt er 9c auf. Die Abtast- und Halteschaltung 9 speichert zeitweilig die photoelektrischen Ausgangssignale, die nacheinander von den Photodioden D^ - Dg zu bestimmten Zeitintervallen beim Leitendschalten der Schalt er elemente S_x. - Sg erzeugt werden. Der Bücksetzschalter 9c wird unmittelbar vor dem Leitendschalten eines jeden der Schalterelemente S^ - Sg zeitweilig leitend geschaltet, um das zuvor gespeicherte photoelektrische Ausgangssignal· zu löschen, um das nächste photo-

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elektrische Ausgangssignal speichern zu können.

Das Ausgangssignal der At>tast~ und Halteschaltung 9 wird an eine zweite Schalterelementgruppe 11 gegeben. Diese zweite Schalterelementgruppe 11 weist parallelgeschaltete Feldeffekttransistor-Schalterelemente Q^ - S^₈ auf, die nacheinander mit einer bestimmten Zeitverzögerung mit Hilfe des Impulsgenerators 7 synchron mit den Schalterelementen S. - Sg leitend geschaltet werden. Auf diese Weise gibt das Schalterelement S^ das photoelektrische Ausgangssignal der Photodiode D_x,, das von der Abtast- und Halteschaltung gespeichert ist, an eine Halteschaltung 13a ab, die einen Kondensator und einen Operationsverstärker aufweist; das Schalterelement S^₂ gibt das gleiche photoelektrische Ausgangssignal der Photodiode Dp an eine Halteschaltung 13b und in gleicher Weise geben die S ehalt er elemente S_x^ - 3,-g die photoelektrischen Ausgangssignale der Photodioden D^ - Dg an Haiteschaltungen 13c - 13h jeweils ab. Auf diese Weise werden die photoelektrischen Ausgangssignale der Photodioden D_x. - Dg zeitlich nacheinander abgenommen und nacheinander von den zugehörigen Halteschaltungen 13a - 13h gespeichert. Die photoelektrischen Ausgangssignale, die an den Ausgangsanschlüssen T_x, - Tg dieser Halteschaltungen 13a - 13h abgegeben werden, sind mit I_x. - ig definiert, die den photoelektrischen Ausgangssignalen I_x. - ig der 1 entsprechen.

Eine Schaltung zum Extrahieren der räumlichen Frequenzkomponente der räumlichen Periode d aus den photoelektrischen Ausgangssignalen I_x, - ig wird jetzt anhand der Fig. 3B erläutert. Anschlüsse T_x,a - T_ga sind mit den jeweiligen Ausgangsanschlüssen T^ - Tg derart verbunden, daß z.B. T^a mit T_x, verbunden ist. Diese Anschlüsse

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T^a - Tga erzeugen Eingangssignale für eine Vektorschaltung 3OA. Die Vektorschaltung 3OA weist Widerstände E, die mit den Ausgangsanschlüssen verbunden sind, und eine dritte Schalterelementgruppe S₂^ - Sog auf, die mit jedem der Widerstände R in Reihe geschaltet sind. Die Schalterelemente Sp^ - Spg werden alle zur gleichen Periode !E leitend geschaltet und gesperrt, wie dieses in den Fig. M-A. bis 4H gezeigt ist. Die Zeitdauer, während der diese Schalterelemente leitend geschaltet sind, und die Zeitdauer, während der diese Schalterelemente gesperrt sind, sind einander gleich* Jedes der S ehalt er elemente S^ - Spo hat eine Zeit-

m 2.Tt

Verzögerung von -g-, das heißt von —q—· Daher werden die photo elektrischen Ausgangssignale 1_Λ - i_R nacheinander

Φ 27t

zugeführt und in ihrer Phase rj, das heißt ·=σ—, in der Reihenfolge der Anordnung der Elemente durch die Schalterelemente Sp,, - Sog verzögert, sowie in Rechtecksignal-Wechselspannungssignale oder Vektoren umgeformt, deren Amplituden sich auf die Größen der photoelektrischen Ausgangssignale beziehen, und die die genannte Phasenlage haben. Diese Wechselspannungssignale werden mit Hilfe eines gemeinsamen Leiters 50A zusammenaddiert, der als Addierer 5 wirkt.

Die zusammenaddierten Vektorsignale werden an ein Bandpassfilter I9A gegeben, das eine Durchlaßbandbreite in einer Winkelfrequenz von 2^/T hat. Dieses Filter extrahiert nur die Sinussignalkomponente der Winkelfrequenz 2^/T aus den Re ent eck-We chs elspannungs s ignalen.

Was zuvor beschrieben wurde, wird jetzt mathematisch ausgedrückt. Nachdem die photoelektrischen Aus gangs signale i. - ig in Rechtecksignale durch die Schalterelemente So^j - Sp₈ umgeformt wurden, wird nur die Winkel frequenz-

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komponente von 2TC'/T durch das Bandpassfilter 19A extrahiert, so daß damit in der. nachfolgenden Beschreibung nur das Sinussignal der Winkel frequenz 2^/T erläutert wird.

Die photoelektrischen Ausgangssignale i (n=1 ... 8) werden mit Hilfe der Vektorschaltung 3OA in exp (-^r t + 27Cx ί umgeformt. Diese werden an einem Verbindungspunkt 50Δ addiert, um ein zusammengesetztes Ausgangssignal I^ zu erzeugen, das die folgende Form hat:

I₁ = £ in - exp (-=m— t + 2'7Tx —σ ) . n=l

= exp (—m— t) £ in · n*=l

Wie aus diesem Ausdruck zu erkennen ist, geben die Amplitude und Phase des Ausgangssignals Ty, des Bandpassfilters 19A die Größen- und Phasen-Information der räumlichen Frequenzkomponente der räumlichen Periode d in dem Lichtbild wieder.

Fig. 30 zeigt eine Schaltung zum Extrahieren der räumlichen Frequenzkomponente der räumlichen Periode d/2. Die Eingangsanschlüsse T^b - Tob dieser Schaltung sind mit den Ausgangsanschlüssen T^. - Tg in der Weise jeweils verbunden, daß der Anschluß T^b mit dem Anschluß T^ verbunden ist. Die photoelektrischen Ausgangs signale i^ und i,- werden in Vektoren der gleichen Phasenlage mit Hilfe einer Vektorschaltung 3OB umgeformt und dann an das gleiche S ehalt er element S^- über Widerstände E gegeben. Die Gruppen der phot ο elektrischen Ausgangssignale i_2> ig» i^» ir>; i^, ig werden in ähnlicher Weise an die gleichen Schalterelemente S^» S„ und gegeben. Die Schalterelemente S^ - S^ haben die gleiche Periode T, wie dieses in den Fig. 5k - 5D gezeigt ist, werden Jedoch aufeinanderfolgend mit einer Verzögerung von

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T/4- leitend geschaltet. Die Ausgangssignale der Vektorschaltung 3OB werden mit Hilfe eines gemeinsamen Leiters 5OB addiert, der als ein Addierer wirkt. Die addierten Ausgangssignale werden mit Hilfe eines Bandpassfilters 19B gefiltert. Das Filter 19B kann mit dem Filter 19A identisch sein. Aus dem gleichen Grund wie zuvor erläutert wurde, gibt das Ausgangssignal Ip des Bandpassfilters 19B die Information der räumlxchen Frequenzkomponente der räumlxchen Periode d/2 an.

Fig. 3D zeigt eine Schaltung zum Extrahieren der räumlxchen Frequenzkomponente der räumlxchen Periode d/3. Die Eingangsanschlüsse TyjC - TgC dieser Schaltung sind mit den Ausgangsanschlüssen T^ - Tq jeweils derart verbunden, daß der Anschluß T^jC mit dem Anschluß T^ verbunden ist. Schalterelemente S^ - S^g werden in genau der gleichen Weise gesteuert wie die zuvor erwähnten Schalterelemente S^.* - Sog. Das Ausgangssignal T-, des Bandpassfilters 19c, das einer Addition und Filterung unterworfen wurde, gibt die Infomation der räumlxchen Frequenzkomponente der räumlxchen Periode d/3 an.

Fig. 3E zeigt eine Schaltung zum Extrahieren der Information der räumlxchen Frequenzkomponente der räumlxchen Periode d/2. Die Eingangsanschlüsse T^d - Tgd dieser Schaltung sind mit den Ausgangsanschlüssen T^ - Tg jeweils verbunden. Wie aus Fig. 2D klar wird, werden die photoelektrischen Ausgangssignale i^i und i₂, χ., und i^, i,- und ig sowie i^ und ig mit Vektoren multipliziert, die um jeweils *iC in ihrer Phasenlage voneinander abweichen, so daß damit danach die Differenz zwischen den zwei abgenommen werden kann. Daher werden die photo elektrischen Ausgangssignale i,., i^, ir und I_n mit Hilfe des Widerstandes R addiert und die photoelektrischen

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Ausgangssignale io, i^., ig und- ig werden in gleicher. Weise miteinander addiert und die Differenz zwischen den Additionsausgangssignalen wird mit Hilfe eines Differenzverstärkers erhalten, um damit einen zusammengesetzten Vektor 1^, zu erhalten.

Pig. 3F zeigt eine Schaltung zum Erhalten der gesamten Lichtmenge. Die Eingangsanschlüsse T.e - Tge dieser Schaltung sind mit den Ausgangs anschluss en T^ - Tg jeweils verbunden. Die photoelektrischen Ausgangssignale x* - ig werden mit Hilfe eines Addierers 15 über Addiervriderstände addiert.

In Fig. 3>C wird zum wirksamen Ausnutzen der phot ο elektrischen Ausgangssignale von der Elementanordnung die Information der räumlichen Frequenzkomponente der räumlichen Periode d/2 durch Benutzung aller photoelektrischer Ausgangssignale 1* -ig erhalten, jedoch ist diese räumliche Periode gleich der Länge von vier aufeinanderfolgenden phot ο elektrischen Elementen, so daß damit die Information in gleicher Weise durch Benutzung nur der photoelektrischen Ausgangssignale von vier aufeinanderfolgenden photoelektrischen Elementen .erhalten werden kann, z.B. der photoelektrischen Aus gangs signale i^l - i^ oder i,- - i_Q. Natürlich gilt dieses auch für das Ausgangssignal I^ und die Information kann auch nur aus den Ausgangssignalen von verschiedenen benachbarten photoelektrischen Elementen erhalten werden.

Fig. 6 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung. Eine logarithmisehe Umformerschaltungsgruppe 21, die mit den Photodioden D^. - Dg verbunden ist, die eine Photodiodenanordnung bilden, erzeugt an Ausgangsanschlüssen T,»q - Tg₀ photo elektrische Aus gangs signale, die proportional dem Logarithmus der Intensitäten des auf den Photodioden D^ - Dg

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auftreffenden Lichtes sind. Anschlüsse T/j_Oa - Ton⁸ mit den zugeordneten Ausgangsanschlüssen T^₀ - Tg₀ jeweils derart verbunden, daß der Anschluß T^a mit dem Anschluß T^iQ verbunden ist. Die Eingangs signale der Anschlüsse TyjQa und Tn_Oa, ^T?O^{a un<i T}60^a>
T5O^{a imd}'^T7o^a' T^a und TgQa sind so miteinander verbunden, daß die Differenzen zwischen ihnen mit Hilfe von Differenzverstärkern 25A - 23D jeweils abgenommen werden. Schalterelemente Sc-] - S54.? ^die rait ^den Ausgängen der geweiligen Differenzverstärker verbunden sind, sind ähnlich den zuvor erwähnten Schalterelementen Sp., - Spo und werden aufeinanderfolgend mit einer Phasenverschiebung von £, das heißt ^-, leitend geschaltet, wie dieses in den Fig. 4A - 4D gezeigt ist. Durch die Schalterelemente £>51 - Sc/i hindurchgelassene Signale werden mit Hilfe eines gemeinsamen Leiters 25A addiert, der als ein Addierer wirkt. Die addierten Ausgangssignale werden über einen invertierenden Verstärker 27A und ein Bandpassfilter 29A erhalten. Wie in dieser Weise aus Fig. 2A hervorgeht, werden die Differenzen zwischen Paaren von photoelektrischen Aus gangs signal en (i,- und ic)» (io u^-d ^c) (i, und in) und (i^ und ig), die jeweils mit Paaren von Vektoren, die jeweils um.'jt zueinander phasenverschoben sind, (v^i und v,-), (v£ und v^), (v, und Vr₇) und (v^ und Vq) multipliziert werden, mit Hilfe von Differenzverstärkern 23A, 23B, 23C und 23D erhalten, so daß damit die Phaseninformation an diese Paare von photoelektrischen Ausgangssignale mit Hilfe gemeinsamer Schalterelemente S₁-* -S54 gegeben werden kann. Bei diesem Ausführungsbeispiel kann daher die Anzahl der Schalterelemente S_n^₁ - S₁-,. die Hälfte der Anzahl der Schalterelemente Sp₁ - Sog sein, die bei dem ersten Ausführungsbeispiel benutzt werden.

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Der Fall des Ausgangs signals I₃, ist ebenfalls der gleiche wie der Fall des Aus gangs signals I_x., jedoch sind, wie es in Fig. 2C gezeigt ist, die Vektoren V_x., Vp, v., und v^, gegeneinander um ^Tf phasenverschoben, so daß damit Schalterelemente Sg_x. - Sg^, die mit den Ausgängen der Differenzverstärker 2JA - 2JD verbunden sind, nacheinander leitend geschaltet und gesperrt werden können mit einer Phasen verzögerung von ^C , wie dieses durch S^_x., S;.;., S^n und S42 iⁿ Fig. 3D gezeigt ist.

Im Falle des Ausgangssignals I₂, wie es in Fig. 2B gezeigt ist, hat das Paar von Vektoren V_xJ und Vr die gleiche Phasenlage, so daß dadurch I_x. und ic mit einem Widerstand r zusammenaddiert werden. In ähnlicher Weise werden die photoelektrischen Ausgangssignale i, und in, die dem Paar von Vektoren V₅ und Vr₇ der gleichen Phasenlage zugeordnet sind, zusammenaddiert. Diese beiden Paare von Vektoren sind um /l» phasenverschoben, so daß damit die Differenz zwischen den addierten photo elektrischen Ausgangs signal en mit Hilfe eines DifferenzVerstärkers 23E erhalten wird. Photoelektrische Ausgangs signale i₂, I4., ig und ig, die den Vektoren" Vp, Vy,, Vg und Vg zugeordnet sind, werden der gleichen Verarbeitung wie zuvor beschrieben unterworfen, um damit das Ausgangssignal eines Differenzverstärkers 23F zu erhalten. Da die Vektoren V_x. und V₂ um ^- zueinander phasenverschoben sind, kann das Ausgangs signal I₂ durch leitendschalten und Sperren der Schalterelemente Sr^ und S^o zueinander phasenverschoben um 4p erhalten werden.

Das Ausgangssignal I^ kann durch die in Fig. 3E gezeigte Schaltung in der bereits beschriebenen Weise erhalten werden.

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Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel haben die mit Vektoren, die um ⁴TCphasenverschoben sind, multiplizierten photoelektrischen Ausgangssignale Differenzen zwischen sich, die zuvor mit Hilfe der Differenzverstärker 23A - 23D berechnet wurden, was zu dem Vorteil führt, daß die Anzahl der Schalterelemente zum Aufbringen der Phasenlagen der Vektoren auf diese photoelektrischen Ausgangssignale um die Hälfte vermindert werden kann, verglichen mit dem ersten Ausführungsbeispiel. Außerdem werden diese photoelektrischen Ausgangssignale verstärkt, wenn die Differenzen zwischen ihnen berechnet sind, und diese Verstärkung ist vorteilhaft, da die photoelektrischen Ausgangssignale relativ kleine Werte haben, die proportional den Logarithmen der Lichtintensitäten sind.

Pig. 7 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel, das zwei Schalterelemente ähnlich der in Fig. 6 gezeigten Technik benutzt. In Fig. 7 sind Eingangsanschlüsse T^qC - TqqC mit den Ausgangsanschlüssen T^₀ - T₈₀ der Photo dioden D^. - D_Q in gleicher Weise wie in Fig. 6 derart verbunden, daß der Anschluß T^iqC mit dem Anschluß T^₀ verbunden ist. Wie in Fig. 2A gezeigt ist, ist die Richtung der Vektoren V₇. und Vc als x-Achse definiert, und die Richtung der Vektoren v-2 und v« ist als y-Achse definiert, während die Vektoren ^V2» ^V4·* ^V6 ¹¹²¹^^{- V}8 ^Jeweils in zwei Vektoren aufgeteilt sind, die jeweils Richtungssinne in Richtung der x-. und y-Achse haben, nämlich in Vektoren V_2x, v_2y, ν_4χ, v_4y, ν_6χ, v_& ,

i lt Vt

Vg , Vg . Die Größe eines jeden dieser zerlegten Vektoren ist V y/z der Größen der Vektoren V₂, v^, Vg und v_Q. Wie es in Fig. 7 gezeigt ist, sind zum Multiplizieren der an den Anschlüssen T^₀, Tp₀ und. T₈₀ erscheinenden photoelektrischen Ausgangssignale i^., i₂ und ig mit den Vektoren ^V2x ^¹¹^ ^V8x ^{Ansclllusse T}io^c» ^T20^{C 1}^¹⁰" ^T80^{C mi}* ^einem

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Eingangsanschluß eines Differenzverstärkers 3OA über Widerstände r, j2r und γ 2»r von Werten verbunden, die umgekehrt proportional den Größen der Vektoren ν., ν^_x und Vg_x jeweils sind, damit die photo elektrischen Aus gangs signale ic, i^j. und ig der Ausgangsanschlüsse ÜVq, ^49 ^un<3" ^T60 mit Vektoren V₁-, v^ und Vg multipliziert werden können, die urnit mit den Vektoren Vy., τ- u¹¹^· Vg_x phasenverschoben sind. Anschlüsse Τ,-qC, T^_nC ¹¹²¹^^- ^60° ^{sin<i m}^·* ^dem meieren Eingangsanschluß des Differenzverstärkers 30A über Widerstände r, V2r und y2«r von Werten verbunden, die umgekehrt proportional zu den Größen der Vektoren v_r, v^ und Vg jeweils sind. Dadurch wird das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 3OA ein zusammengesetzter Vektor, der die Summe der photoelektrischen Ausgangssignale i^,, io, I4.» ic, ic und ig, multipliziert mit den Vektoren v^, V2_X, ^v/. , Vr, Vg und Vg_x jeweils ist. In gleicher Weise sind, damit die photoelektrischen Ausgangssignale i^, ±2 und i^ mit den Vektoren v,, V£ und V₁, multipliziert werden können, Anschlüsse

i i ihlß i Di

Z^, Ton⁰ lind T;_lOc mit einem Eingangsanschluß eines DifferenzVerstärkers 3OB über Widerstände r, ]J 2r und \/2«r verbunden, und damit die photoelektrischen Ausgangssignale ι«, ig und ig mit Vektoren Vo, Vg und Vg multipliziert werden können, sind Anschlüsse Tr_7nC, TgQC und TqqC mit dem anderen Eingangsanschluß des DifferenzVerstärkers 3OB über Widerstände r, V 2r und \/2.r verbunden. Auf diese Weise wird das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 30B ein zusammengesetzter Vektor, der die Summe der photoelektrischen Ausgangssignale ip, i^, i^, ig, Ir₇ und ig, jeweils multipliziert mit den Vektoren Vp , v,, v,. , Vg , v„ und v_Q , ist. Damit eine Phasendifferenz von -^ den Ausgangssignalen der Differenzverstärker 3OA und 3OB erteilt werden kann, werden Schalterelemente Sg,. und Sg₂ mit einer Phasenverschiebung von ^, das heißt -p—, leitend geschaltet und gesperrt.

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Auf diese Weise wird der endgültige zusammengesetzte Vektor I.* erhalten. Der zusammengesetzte Vektor I^ kann durch. Benutzung von zwei Schalterelementen mit Hilfe einer ähnlichen Technik erhalten werden. Wenn jeder mit den photoelektrischen Ausgangssignalen zu multiplizierende Vektor in Vektoren zerlegt wird, die in Eichtungen der x- und y-Achse gerichtet sind, und die photoelektrischen Ausgangssignale mit diesen zerlegten Vektoren multipliziert werden, sind die zerlegten Vektoren gegeneinander

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um -p— oder um ·£ phasenverschoben und diese Phasenverschiebung von ftf kann mit Hilfe eines Differenzverstärkers behandelt werden, so daß die Phasenverschiebung von -^- durch Benutzung von zwei Schalterelementen behandelt werden kann.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 7 werden die Ausgangssignale der Differenzverstärker $0A und 3>0B in Rechtecksignale, die eine Phasendifferenz von -^- haben, mit Hilfe von Schalterelementen Sg_x, und So- moduliert und dann miteinander addiert, wobei jedoch auch Multiplizierer als Modulationseinrichtung benutzt werden können, wie dieses in den Fig. 8A und 8B gezeigt ist. Multiplizierer 10OA und 100B haben jeweils ein Ausgangs signal (X^-Xp)X(Yx₁-Yo) ^^ur Eingangssignale X^, Xg und Y^, Yg, wie dieses in Fig. 8A gezeigt ist, wobei diese miteinander verbunden sein können, wie es in Fig. 8B gezeigt ist, und ein Eingangssignal von cos cot kann von einem Oszillator 101A an den Multiplizierer 10OA und ein Eingangssignal von sin Wt kann von einem Oszillator 101B an den Multiplizierer 10OB gegeben werden, um damit die Modulation zu bewirken, und ihre Ausgangssignale können miteinander addiert werden, um die endgültigen zusammengesetzten Vektoren I„ und I-, zu erhalten.

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Während die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert wurde, sind diese lediglich einzelne Beispiele und es können viele Modifikationen vorgenommen werden. Vie bei den Ausführungsbeispielen gezeigt ist, formen Vektor einrichtungen die photoelektrischen Ausgangssignale in Vechselspannungsausgangssignale um, die gegeneinander in der Reihenfolge der Anordnung der Elemente phasenverschoben sind, jedoch können die photoelektrischen Ausgangssignale z.B. auch mit Vektoren in Form von x- und y-Eomponenten multipliziert werden. Bei der Erfindung ist die Anzahl der photoelektrischen Elemente, die die maximale räumliche Periode ä bilden, nicht auf acht beschränkt. Außerdem weist die photοelektrische Element anordnung ÜT, das heißt acht bei dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel, photoelektrische Elemente auf, die der maximalen räumlichen Periode d von mehreren räumlichen Frequenzkomponenten, die zu extrahieren sind, entsprechen, jedoch kann die Anordnung natürlich auch mehr als N photoelektrische Elemente aufweisen. Ein solches Ausführungsbeispiel ist in Fig. 9 gezeigt. In Fig. 9 weist die photoelektrische Elementanordnung Λ sechzehn photoelektrische Elemente auf, die zwei Perioden entsprechen. Die Ausgangsanschlüsse von jeweils acht photoelektrischen Elementen sind miteinander verbunden und mit Ausgangsanschlüssen T^iQQ - Tgnn ^verkunden. Diese Ausgangsanschlüsse ^T100 ~ ^T800 ^s^^rLd- ihrerseits mit Vektoreinrichtungen verbunden, die den zu extrahierenden räumlichen Frequenzkomponenten zugeordnet sind.

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Claims

PATE r,< TAN WAUTE 3001254 Λ. eriÜNECKER C=I. !Nd H. /CJNKELDEY W. STOCKMAIR OR-RMG. - AoE(CAOEOf K. SCHUMANN DRBEaNAT-OPL-PlWS P. H. JAKOB CWL-ING. G. BEZOLD ORRERNAT-OiFL-OeA NIPPON KOGAETJ K.KÄ 2-3, Marunouchi 3-chome, Chiyoda-ku, Qüokyo, Japan 8 MÜNCHEN 22 MAXIMILIANSTRASSE 43 15· Januar 1980 P 14- 641 - 42/hb Vorrichtung zum Extrahieren von mehreren räumlichen Frequenzkomponenten aus einem Bild Patentansprüche

1. Vorrichtung zum Extrahieren von mehreren räumlichen 5"re quenzkomponent en aus einem von einer Abbildungsoptik erzeugten Bild, gekennzeichnet durch:

a) eine mindestens N photoelektrische Elemente (D^. bis Dg), die in oder nahe der Abbildungsebene der Abbildungsoptik angeordnet sind, aufweisende photoelektrische Elementanordnung (1) und

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b) eine aufgrund des Ausgangssignals eines jeden photoelektrischen Elements der Element anordnung ein elektrisches Ausgangssignal erzeugende Einrichtung, das in seiner Phase sich mit der Verschiebung des Bildes in Sichtung der Elementanordnung ändert, wobei die Einrichtung eine erste Vektor einrichtung (3OA) zum Umformen der Ausgangssignale der photoelektrischen Elemente in Vektoren, so daß das Ausgangs signal des η-ten photoelektrischen Elements der Elementanordnung ein Vektor· wird, der einen sich auf das Ausgangssignal beziehenden Absolutwert und eine durch jr χ p^ χ η gegebene Phasenlage hat, einen ersten Addierer (50A) zum Addieren der Vektorausgangssignale der ersten Vektor e ΐ η richtung, eine zweite Vektor einrichtung (30B) zum Umformen der Ausgangs signale der photoelektrischen Elemente in Vektoren, so daß das Ausgangs signal des n-ten photoelekta'ischen Elements der Element anordnung ein Vektor wird, der einen sich auf das Ausgangssignal beziehenden Absolutwert und eine durch -^- χ Pp x n. gegebene Phasenlage hat, und einen zweiten Addierer (50B) zum Addieren der Vektorausgangssignale der zweiten Vektor einrichtung aufweist, wobei p- und p~ unterschiedliche ganze Zahlen sind, die kleiner als ·* sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet , daß jede der ersten und zweiten Vektoreinrichtungen (3OA, 30B) eine Einrichtung zum Aufnehmen der Ausgangs signale von zwei der photo elektrischen Elemente (D. bis Dq), die aus den Ausgangssignalen der photoelektrischen Elemente in Vektoren umgeformt sind, die gegeneinander um Ii phasenverschoben sind, und zum Berechnen und Ausgeben der Differenz zwischen diesen Eingangssignal en aufweist.

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3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die ganzen Zahlen P^ und p~ die Werte ρ ^ = Λ und pp = 2 haben.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß jede der ersten und zweiten Vektoreinrichtungen (3OA, 30B) gebildet ist aus:

a) einer Einrichtung zum Abgeben der Summe von Komponenten der Ausgangssignale der photoelektrischen Elemente in einer ersten Richtung,

b) einer Einrichtung zum Abgeben der Summe von Komponenten der Au s gang s signale der photo elektrischen Elemente in einer zweiten Richtung, die gegenüber den Komponenten der ersten Richtung um TC phasenverschoben sind,

c) einer Einrichtung zum Berechnen der Differenz zwischen der Summe der Komponenten der ersten Richtung und der Summe der Komponenten der zweiten Richtung,

d) einer Einrichtung zum Abgeben der Summe von Komponenten der Ausgangssignale der phot ο elektrischen Elemente in einer dritten Richtung, die eine Phasenverschiebung von •p- gegenüber den Komponenten der ersten Richtung haben,

e) einer Einrichtung zum Abgeben der Summe von Komponenten der Ausgangssignale der photoelektrischen Elemente in einer vierten Richtung, die gegenüber den Komponenten der dritten Richtung um ¹K phasenverschoben sind, und

f) einer Einrichtung zum Berechnen der Differenz zwischen der Summe der Komponenten der dritten Richtung und der Summe der Komponenten der vierten Richtung.

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