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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Diese
Erfindung bezieht sich auf optische Korrelatoren und insbesondere
auf ein Verfahren und auf eine Vorrichtung zum Lösen von Ausrichtungs- und Verbindungsproblemen.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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In
der Vergangenheit haben optische Korrelatoren existiert, um eine
Angabe der Korrelation zwischen einem Probenbild und einem Referenzbild
zu liefern, um Informationen bezüglich
der Entsprechung zwischen dem Probenbild und dem Referenzbild zu
liefern.
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Ein
Typ eines optischen Korrelators ist ein Van-der-Lugt-Bildkorrelator,
der die Nutzung einer Laserquelle, eines Paars von Raumlichtmodulatoren, eines
Detektors und einer Anzahl optischer Elemente zum Umlenken von Licht
von dem Laser und zum Liefern für
eine Fourier-Transformation und für eine inverse Fourier-Transformation
umfasst, so dass eine optische Korrelation vorgenommen werden kann.
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Eines
der schwierigsten Probleme bei der Realisierung eines Van-der-Lugt-Bildkorrelators ist die
Ausrichtung der optischen Teile. Es ist festgestellt worden, dass
eine Fehlausrichtung von nur wenigen Wellenlängen eine Diskrepanz in dem
Korrelationsergebnis verursachen kann. Die Bildkorrelation ist so hochgenau,
dass eine Fehlausrichtung veranlassen kann, dass ein Abschnitt des
Probenbilds nur geringfügig
in Bezug auf einen entsprechenden Ort auf dem Referenzbild verschoben
wird. Das Ergebnis einer Fehlausrichtung selbst um einen geringen
Betrag verschlechtert die zwischen dem Referenzbild und dem Probenbild
erhaltene Korrelation.
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Falls
das Referenzbild nicht auf das Probenbild ausgerichtet ist, gibt
es für
irgendeinen gegebenen Bereich möglicherweise
keine Korrelation, wenn es eine positive Korrelation geben würde, falls
die Ausrichtung ideal wäre.
Falls keine Korrelation erhalten wird, wo sie angenommen wird, leiden
Anwendungen wie etwa die Untersuchung von Halbleitervorrichtungen,
die Analyse von Mammographiebildern und der Pap-Test, die Signalidentifizierung
sowie weitere Anwendungen der optischen Korrelation.
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Darüber hinaus
kann es falsche Korrelationen über
den Bereich des Probenbilds geben, falls die Ausrichtung nicht ideal
ist, was insgesamt falsche Ergebnisse liefert.
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In
einer Anwendung kann der Korrelator nicht weniger als 256/256 Pixel
analysieren, um einen signifikanten Bereich zu untersuchen. Bei
einer Korrelation, die auf pixelweiser Grundlage bestimmt wird,
kann die Anzahl der Stiftanordnungen, die zur Verbindung aller aktiven
Vorrichtungen benötigt
wird, 100.000 übersteigen.
Dies ist nicht nur physisch schwierig bei der externen Verdrahtung,
auch die Zuverlässigkeit
einer solchen Vorrichtung ist fraglich.
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Wie
aus der
US 5,920,430 für Lens List
Joint Transform Optical Correlator for Precision Industrial Positioning
Systems; 5,619,496 für
Method and Apparatus for Optical Pattern Recognition; 5,488,504 für Hybridized
Asymmetric Fabry-Perot-Quantum Well Light Modulator; und 5,951,627
für "Photonic FFT Processor" zu ersehen ist,
sind sowohl optische Korrelationssysteme als auch ihre Bauelemente
bekannt. Siehe auch US-A-5659637, die einen optischen Van-der-Lugt-Korrelator
auf einer Leiterplatte zeigt.
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Allerdings
behandelt keines der oben erwähnten
Patente die Probleme der Ausrichtung und Innenverbindung für optische
Korrelatoren.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Um
eine nahezu ideale Ausrichtung zu erhalten und um ein vereinfachtes
System zur Verbindung der aktiven Vorrichtungen eines optischen
Korrelators zu schaffen, sind in der vorliegenden Erfindung alle
optischen Teile und aktiven Vorrichtungen auf oder in einem Halbleitersubstrat
angebracht, wobei die optische Ausrichtung mit der flachen Oberfläche des
Substrats in Referenzbeziehung steht. In einer Ausführungsform
sind die aktiven Vorrichtungen entweder in das Halbleitersubstrat
eingebettet oder auf diesem angebracht, wobei die Oberfläche des
Substrats eine Bezugsfläche
liefert, von der die Ausrichtung festgesetzt wird. Somit werden
zum Beispiel Prismen, polarisierende Strahlteiler, Raumlichtmodulatoren
(spatial light modulators) und Detektoranordnungen alle mit der
durch die Oberfläche
des Halbleitersubstrats festgesetzten Bezugsfläche in Referenzbeziehung gestellt.
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Darüber hinaus
sind alle optischen Elemente wie etwa herkömmliche Linsen, Fourier-Transformations-Linsen
oder andere optische Elemente direkt auf der Oberfläche des
Halbleitersubstrats angebracht, das als eine Referenz- oder Bezugsfläche dient
und somit die geforderte Ausrichtung liefert.
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Die
Anbringung der optischen Teile auf dem Halbleitersubstrat bedeutet
beispielsweise, dass die Ausgabe eines Lasers, wenn sie über ein
Prisma und durch eine Strahlteilungsvorrichtung umgeleitet und auf
ein weiteres Prisma abgebildet wird, von wo sie zu der Oberfläche eines
Raumlichtmodulators umgelenkt wird, eine genau steuerbare Ausrichtungsachse für den Strahl
liefert. Wegen der durch die Oberfläche des Substrats gelieferten
Ausrichtung wird der durch den Raumlichtmodulator reflektierte Strahl
entlang seiner exakt bestimmten optischen Achse zurückgerichtet,
wo er durch einen reflektierenden Strahlteiler entlang einer weiteren
exakt gesteuerten Achse umgelenkt wird, wo er auf ein zweites Prisma
auftrifft, um dort auf die Oberfläche eines zweiten Raumlichtmodulators
umgelenkt zu werden.
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Die
Genauigkeit, mit der Licht von dem ersten Raumlichtmodulator auf
den zweiten Raumlichtmodulator umgelenkt wird, ist tatsächlich entscheidend,
da, während
der erste Raumlichtmodulator das Probenbild trägt, der zweite Raumlichtmodulator
die Referenz trägt,
mit der das Probenbild verglichen werden soll.
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Jede
Fehlausrichtung zwischen der optischen Achse, auf der das Licht
von dem ersten Raumlichtmodulator zu dem zweiten Raumlichtmodulator
läuft,
beeinflusst stark die Genauigkeit der Korrelation. Dies ist so,
da Orte auf der Probe nicht den entsprechenden Orten auf der Referenz
entsprechen.
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Nachdem
ein Mechanismus festgesetzt worden ist, durch den eine Ausrichtung
so aufrechterhalten werden kann, dass die Bilder auf pixelweiser Grundlage
verglichen werden können,
besteht dennoch die Notwendigkeit, die Raumlichtmodulatoren mit
Antriebsquellen zu verbinden, die chipextern sind. Außerdem besteht
die Notwendigkeit, so mit der Detektoranordnung zu verbinden, dass
eine chipexterne Vorrichtung den Grad der Korrelation messen kann.
Alternativ kann in das Substrat eine Korrelationsmaschine eingebettet
sein, mit der der Detektor verbunden werden muss.
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In
einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung nutzt eine Anbringungstechnik
einen Epoxidharzrahmen, dessen Oberseiten flachpoliert sind, um
eine Fläche
zu liefern, die parallel zu der durch die Oberfläche des Substrats festgesetzten
Bezugsfläche
ist. Dieser Rahmen wird verwendet, um optische Elemente oberhalb
einer aktiven Vorrichtung anzubringen und dennoch eine exakte Ausrichtung zu
liefern.
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Die
Verbindung mit den Anordnungen von Pixeln, die an den Raumlichtmodulatoren
vorhanden sind, und tatsächlich
mit den CCD-Detektorelementen wird in der vorliegenden Erfindung
durch in dem Substrat eingebettete elektrische Schaltungen geführt. Dies
beseitigt die große
Anzahl von Verbindungen, die notwendig wären, und beseitigt für eine 256/256-Anordnung externe
Verbindungen, die nicht weniger als 100.000 sein könnten.
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Durch
die Nutzung der in das Halbleitersubstrat eingebetteten Schaltungen
wird nicht nur die interne Verbindung der aktiven Vorrichtungen
des Korrelators vereinfacht, sondern können auch Pfadüberbrückungen
erheblich verringert werden.
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In
einer Ausführungsform
wird in der vorliegenden Erfindung eine so genannte intelligente CMOS-Plattform
geschaffen, um das oben erwähnte Verbindungsproblem
zu lösen.
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Somit
enthält
der vorliegende Bildkorrelator in einer Ausführungsform ein Siliziumsubstrat
mit den folgenden auf der Oberfläche
des Substrats angebrachten oder in es eingebetteten Elementen: einer Laserdiode,
einem ersten Prisma, einem ersten Strahlteiler, einem zweiten Strahlteiler,
einem Eingangsraumlichtmodulator, einer ersten Detektoranordnung,
einer inversen Fourier-Transformations-Linse, einem zweiten Strahlteiler
und einem Filterraumlichtmodulator. Außerdem ist zwischen den zwei
Strahlteilern eine Fourier-Transformations-Linse positioniert, wobei
alle Vorrichtungen direkt auf einem Siliziumchip integriert sind.
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In
einer Ausführungsform
ist die Detektoranordnung vorzugsweise eine gepixelte Detektoranordnung,
die MED-Pixel verwendet, wobei MED für Modulator/Emitter/Detektor
steht. Alternativ liegen andere Technologien wie etwa eine Siliziumphotodiode oder
eine CCD-Anordnungs-Technologie
im Umfang der vorliegenden Erfindung. Passive Bauelemente, d. h.
die Prismen, Strahlteiler und Linsen, können zur zweckmäßigen Ausrichtung
und Anbringung direkt in Untersysteme integriert sein, die ebenfalls
mit der Oberfläche
des Substrats in Referenzbeziehung stehen. Die Fourier-Transformations-Linse
kann alternativ durch eine holographische Linse ersetzt sein.
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Es
ist anzumerken, dass der Korrelator für Spektralanalyseanwendungen
einschließlich
der Spracherkennung verwendet werden kann, wenn die zweidimensionalen
Detektoranordnungen durch lineare Anordnungen ersetzt werden.
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Mit
der Fähigkeit
zur Lieferung einer geeigneten Ausrichtung und zur Nutzung der Van-der-Lugt-Korrelatorarchitektur
mit multiplen Quantenschacht-Raumlichtmodulatoren wird die große Zunahme
der Korrelationsrate zwischen einem Bildkandidaten und einer Referenz
wegen der kleinen Größe des Korrelators
und den gewaltigen Verarbeitungsgeschwindigkeiten, die wegen der
kleinen Größe erzielbar
sind, aufrechterhalten. Das vorliegende System ermöglicht die
Echtzeitkorrelation einzelner Referenzbilder und die Nahezu-Echtzeitkorrelation
mit multiplen Referenzbildern unter Nutzung der Datenlieferung durch
die CMOS-Schaltungsanordnung,
die in das Substrat eingebettet ist, sowie unter Nutzung der multiplen
Quantenschacht-Raumlichtmodulatoren.
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Zusammengefasst
wird auf einem Substrat, in dem alle optischen Vorrichtungen dadurch,
dass die Vorrichtungen darauf angebracht sind, für optische Ausrichtungszwecke
in Referenzbeziehung zu der flachen Oberfläche des Substrats stehen, ein
optischer Korrelator mit hoher Rate realisiert. Mit der Substratoberfläche als
einem Referenzpunkt wird eine Ausrichtung der optischen Teile bis
auf innerhalb einer Wellenlänge
erzielt, um die Möglichkeit
eines "Keine-Korrelation"-Ergebnisses wegen
optischer Fehlausrichtung der optischen Teile zu beseitigen. Zusätzlich wird
für die
aktiven Elemente, d. h. für
den Laser, den Detektor und die Raumlichtmodulatoren, eine Verbindung
dieser Vorrichtungen sowie mit Antriebsquellen über direkte Kopplung über das
Substrat erreicht, so dass die Vorrichtungen über das Silizium miteinander
kommunizieren können,
um somit die Drahtkontaktierung zu beseitigen und die Anschlussstiftzahl
für die
annähernd
100.000 optischen Verbindungen für
eine 256/256-Anordnung
zu verringern. Darüber
hinaus wird ein Epoxidharzrahmen, der auf seiner Oberseite gefräst ist,
zum Anbringen eines optischen Elements über einem aktiven Element zu
dessen Ausrichtung verwendet.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNG
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Diese
und weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden besser verstanden
in Verbindung mit der ausführlichen
Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung, in der:
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1 ein
Blockschaltplan eines optischen Komparators ist, der gemäß der vorliegenden
Erfindung an einem Substrat zu realisieren ist;
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2 eine
graphische Veranschaulichung der Anbringung optischer Teile auf
einem Substrat sowohl in einer Draufsicht als auch in einer isometrischen
Ansicht ist;
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3 eine
graphische Darstellung der physikalischen Anbringung optischer Elemente
auf der Oberfläche
eines Silizium-Wafers zur Realisierung des optischen Korrelators
aus 1 ist; und
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4A–4D Verfahrensschritte
zur Anbringung aktiver Vorrichtungen auf dem Substrat aus 3 angeben,
die die Anbringung eines optischen Elements oberhalb eines aktiven
Elements und die Ausrichtung von dessen optischer Achse unter Nutzung
eines Epoxidharzrahmens angeben, der mechanisch gefräst worden
ist, so dass die Oberseiten des Rahmens parallel zu der Bezugsfläche sind,
die der Oberseite des Substrats zugeordnet ist.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG
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Nach
der vorliegenden Erfindung wird in einer Ausführungsform ein System beschrieben,
das als Flip-Chip angebrachte, GaAs-basierten Raumlichtmodulatoren
(spatial light modulators) verwendet, um die Schaffung eines schnellen
Korrelators auf einem Chip zu ermöglichen. Die veranschaulichte Ausführungsform
nutzt optoelektronische Flip-Chip-Techniken zur Schaffung einer schnellen Raumlichtmodulation
mit einer erheblichen Zunahme der Bildwiederholrate gegenüber der
momentan verfügbaren.
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Nunmehr
anhand von 1 ist ein Blockschaltplan eines
optischen Van-der-Lugt-Komparators
gezeigt, der ein Komparatortyp ist, der durch das vorliegende Verfahren
zum Anbringen optischer Elemente auf der Oberfläche eines Siliziumsubstrats realisiert
werden kann.
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Der
vorliegende Korrelator 10 in 1 enthält eine
Laserdiode 12, eine Objektivlinse 14, eine Lochblende 16,
eine Kollimationslinse 18, eine Blende 20, einen
ersten Strahlteiler 22, einen rechteckigen Schlitz 24 und
einen auf einem multiplen Quantenschacht basierenden Eingangsraumlichtmodulator 26.
Der Raumlichtmodulator 26 ist mit einem Probenbild 28 versehen.
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Ferner
enthält
das System eine erste CCD-Kamera 30, eine inverse Fourier-Transformations-Linse 32,
einen zweiten Strahlteiler 34 und einen auf einem multiplen
Quantenschacht basierenden Filterraumlichtmodulator 36.
Die Referenzbilder werden Fouriertransformiert und wie bei 37 veranschaulicht
an den Modulator 36 geliefert. Außerdem enthält das System eine zweite CCD-Kamera 38,
eine Abbildungslinse 40 und einen Spiegel 42.
Schließlich
enthält
das System eine Fourier-Transformations-Linse 44, eine
Linse 46, eine Glasfaser 48 und ein Spektrometer 50.
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In
einer Ausführungsform
arbeitet die Laserdiode bei 860 nm, wobei aber die vorliegende Erfindung
ebenso gut arbeiten würde,
wenn sie im Bereich von 400 nm bis 1600 nm betrieben würde. Die Lochblende 16 hat
einen Durchmesser von 25 μm. Die
Kollimationslinse 18 hat eine Brennweite von 300 mm. Die
Kombination der Objektivlinse 14, der Lochblende 16 und
der Kollimationslinse 18 bildet einen Strahlaufweiter mit
einem räumlichen
Filter. Vorzugsweise hat die Fourier-Transformations-Linse 44 eine Brennweite
von 231 mm, während
die der inversen Fourier-Transformations-Linse 32 250 mm beträgt. Die
Abbildungslinse 40 hat eine Brennweite von 225 mm. Die
beiden Strahlteiler 22 und 34 sind 50:50-Strahlteiler.
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Die
Raumlichtmodulatoren (spatial light modulators) sind in der vorliegenden
Erfindung aus Anordnungen von auf multiplen Quantenschacht-GaAs (MQW-GaAs)
basierenden Vorrichtungen gebildet. Der multiple Quantenschacht-Raumlichtmodulator hat
eine Flip-Chip-Konstruktion, in der ein CMOS-Ersatz ein Ball-Grid-Array
von Vollkugeln aufweist. Auf diesem Substrat befindet sich eine
Anordnung multipler Quantenschachtvorrichtungen. In einer Ausführungsform
ist eine Quarzabdeckung auf Epoxidharzabstandshaltern vorgesehen.
Alternativ könnte
die Abdeckung so hergestellt sein, dass sie die Oberseite der Pixel
berührt
und so nicht auf Epoxidharzabstandshaltern ruht.
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Es
wird angemerkt, dass die multiplen Quantenniveauvorrichtungen so
schnell schalten können, wie
ein elektrisches Signal zu ihnen geändert werden kann. Die Bandbreite
beträgt
etwa 100 GHz. Das heißt,
dass die maximale Bildwiederholrate 100 Milliarden Teilbilder/Sekunde
anstelle von bestenfalls 10.000 Teilbildern/Sekunde mit flüssigkristallgestützten Raumlichtmodulatoren
beträgt.
Der momentane Stand der Technik bei GaAs-basierten Vorrichtungen sind
300.000 Teilbilder/Sekunde, wobei die Lateraldatenrate in die Vorrichtungen
von der CMOS-Schaltungsanordnung der begrenzende Faktor ist.
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Da
der begrenzende Faktor in der vorhandenen Technik im Aufbau des
Raumlichtmodulators liegt, bedeutet die Verwendung einer multiplen
Quantenschachtvorrichtung selbstverständlich, dass es eine Zunahme
der Anzahl von Teilbildern pro Sekunde gibt, die verarbeitet werden
können.
Tatsächlich gibt
es in Bezug auf die Geschwindigkeit des Korrelators in der vorliegenden
Erfindung gegenüber
dem Stand der Technik eine Zunahme von mehreren Größenordnungen.
Somit erfüllt
die vorliegende Erfindung den Bedarf an einer Realisierung eines
optischen Bildkorrelators, der erheblich schneller als die mit Flüssigkristallen
hergestellten Korrelatoren ist.
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Das
in 1 gezeigte System ist ein Van-der-Lugt-Bildkorrelator,
der auf Fourier-Transformationstechniken
beruht, die umgesetzte Eingangsbilder mit durch die Filter gelieferten
Referenzbildern vergleichen. Die Filter werden dadurch erzeugt,
dass die Referenzbilder Fourier-transformiert und in binäre Amplitudendaten
umgesetzt werden.
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Der
Systembetrieb beginnt damit, dass das zu identifizierende Bild 28 mit
dem Eingangsmodulator 26 gekoppelt wird. Zunächst wird
das Bild 28 durch einen kollimierten Laserstrahl vom Laser 12 beleuchtet.
Das modulierte Bild wird auf die Fourier-Transformations-Linse 44 reflektiert,
wo es in ein Fourier-transformiertes Bild umgesetzt wird. Daraufhin
wird das transformierte Bild zum Modulator 36 gerichtet,
der eine Fouriertransformierte Wiedergabe des zu erkennenden Bilds
enthält.
Der Identifizierungsprozess umfasst das Multiplizieren der Fourier-transformierten
des Eingangsbilds mit dem Fourier-transformierten Referenzbild. Daraufhin
geht die Ausgabe durch die inverse Fourier-Transformations-Linse 32 und
wird auf der CCD-Kamera 30 angezeigt. Eine positive Korrelation
erscheint als ein heller Fleck oder als eine Korrelationsspitze.
Die zweite CCD-Kamera,
die Kamera 38, ermöglicht,
dass der Betreiber das Eingangsbild sieht.
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Wie
oben erwähnt
wurde, wird die optische Korrelation unter Verwendung von Referenzfiltern ausgeführt. Das
Fourier-Transformations-Filter ist unter Verwendung der amplitudencodierten
reinen Binärphasenprinzipale
(BPOF) konstruiert, wobei die BPOF-Filter wegen ihrer hohen Unterscheidungsfähigkeit
verwendet werden.
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Somit
besteht das vorliegende Verfahren zum Betreiben eines schnellen
optischen Korrelators aus dem Anzeigen des zu identifizierenden
Bilds auf dem Eingangsraumlichtmodulator; aus dem Beleuchten des
Bilds mit einem kollimierten Laserstrahl; aus dem Schicken des modulierten
Bilds durch eine Fourier-Transformations-Linse; aus dem Projizieren
des transformierten Bilds auf den Modulator, der ein Referenzfilter
des zu erkennenden Bilds enthält
und somit das Fourier-transformierte Eingangsbild mit dem Referenzfilter
multipliziert; aus dem Schicken der Ausgabe durch eine inverse Fourier-Transformations-Linse;
und aus dem Anzeigen dieses Bilds auf einer CCD-Kamera. Dadurch,
dass die obigen Schritte mit verschiedenen Referenzbildern wiederholt
werden, bis eine positive Korrelation gefunden worden ist, wird
eine schnelle Darstellung von Referenzbildern für die Korrelation geschaffen.
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Es
ist klar, dass die optische Bildkorrelation auf einer zweidimensionalen
Projektion eines dreidimensionalen Objekts basiert. Sie hängt stark
davon ab, dass die Orientierung des Filterbilds recht nahe zu der
Orientierung des Bilds ist, das identifiziert wird. Die außerordentlich
hohe Bildwiederholrate ermöglicht
unter Verwendung von multiplen Quantenschachtstrukturen praktisch
irgendeine denkbare Orientierung der mit einem Bild zu korrelierenden
Kandidatenbilder, wobei dieser Vergleich innerhalb von Sekunden,
d. h. in Echtzeit, erfolgt.
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Im
Ergebnis wird ein schneller optischer Korrelator geschaffen, der
Korrelationen um Größenordnungen
schneller als frühere
Systeme ausführen kann.
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Ein
weiterer neuer Aspekt ist ein optischer Bildkorrelator mit der Funktionsfähigkeit
von 300.000 Teilbildern/Sekunde und mit der Erweiterbarkeit auf Milliarden
von Teilbildern pro Sekunde.
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Allerdings
hängt die
Realisierung eines solchen Korrelators von der kritischen Ausrichtung
der optischen Elemente ab. Es wird nun erläutert, wie diese erreicht wird:
Nunmehr
anhand von 2 ist das Halbleitersubstrat,
auf dem die optischen Elemente entweder einzubetten oder anzubringen
sind, durch das Bezugszeichen 50 veranschaulicht, wobei
es in einer Ausführungsform
nur eine Abmessung von einem Zoll mal einem Zoll hat.
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Wie
in der Draufsicht zu sehen ist, wird ein Laser 52 genutzt,
um den Raumlichtmodulator 54 durch einen polarisierenden
Strahlteiler 56 zu beleuchten. Die Ausgabe des Raumlichtmodulators 54 wird
durch den Strahlteiler 56 über eine Fourier-Transformations-Linse 58 umgelenkt
und durch einen polarisierenden Strahlteiler 60 zu einem
zweiten Raumlichtmodulator 62 umgelenkt. Die Ausgabe des
Raumlichtmodulators 62 wird über eine inverse Fourier-Transformations-Linse 64 zu
einem Detektor 66 übertragen.
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Wie
in der isometrischen Ansicht zu sehen ist, können der Laser und der Detektor
ebenso wie die Raumlichtmodulatoren in den Siliziumchip eingebettet
sein. Alternativ können
die Raumlichtmodulatoren oberhalb des Siliziumchips und auf dem
Siliziumchip aufgebaut sein, wobei die Prismen 70, 72, 74 und 76 auf
diesen aktiven Vorrichtungen aufgebaut sind, um das horizontal laufende
Licht in eine vertikale Richtung und umgekehrt umzulenken.
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Es
ist klar, dass die hier bei 80 und 82 gezeigten
horizontalen optischen Lichtpfade kritisch bei der Ausrichtung der
Bilder vom Raumlichtmodulator 54 auf den Raumlichtmodulator 62 sind.
Diese Prismen und tatsächlich
die Anbringung und Orientierung der Strahlteiler sind kritisch bei
der Bestimmung der Lichtpfadrichtung. Die Lichtpfadrichtung ist
nicht nur entlang der horizontalen Pfade 80 und 82,
sondern auch entlang des horizontalen Pfads 84 kritisch.
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Wie
zuvor erwähnt
wurde, kann es bei einer Fehlausrichtung einen Versatz des Bilds
vom Raumlichtmodulator 54 auf den Raumlichtmodulator 62 geben,
der die erreichbare Korrelation wesentlich beeinflusst.
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Wie
genauer in 3 zu sehen ist, ist die Kritizität der Lichtpfade
der Schlüssel
zur Genauigkeit der Korrelation oder tatsächlich dafür, ob es eine Korrelation gibt.
Hier ist zu sehen, dass die Bezugsfläche 90 durch die polierte
Oberfläche
des Silizium-Wafers 50 festgesetzt ist, die in einer bevorzugten
Ausführungsform
optisch flach ist.
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Wegen
der Tatsache, dass die Unterkante 92 des Prismas direkt
auf die Oberseite 94 des Silizium-Wafers 50 passt,
setzt die Bezugsfläche
den Ort des Prismas 70 über
dem Laser 52 fest. Dies stellt sicher, dass das Licht vom
Laser 52, allerdings in einer Ausführungsform über ein Optikmodul 96,
genau entlang des Lichtpfads 80 gerichtet wird. In einer
Ausführungsform
enthält
das Optikmodul 96 die Objektivlinse 14, die Lochblende 16,
die Kollimationslinse 18 und die Blende 20 aus 1.
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Der
Lichtstrahl verlässt
das Optikmodul 96 und trifft auf den polarisierenden Strahlteiler 56 auf, der
wieder eine Unterkante 98 aufweist, die die Orientierung
des polarisierenden Strahlteilers relativ zur Bezugsfläche 90 bestimmt.
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Im
Folgenden tritt der optische Strahl aus dem polarisierenden Strahlteiler
aus und trifft auf das Prisma 72 auf, woraufhin er auf
den Raumlichtmodulator 54 umgelenkt wird.
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Wie
in Verbindung mit den 4A–4C beschrieben
wird, ist der Raumlichtmodulator 54 über seine Unterkante 100 auf
der Bezugsfläche
positioniert.
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Darüber hinaus
ist die Ausrichtung des Prismas 72 in Bezug auf die Bezugsfläche 90 durch
die Nutzung eines in Verbindung mit den 4A–4D zu
beschreibenden Rahmens festgesetzt, so dass die Orientierung des
Prismas tatsächlich
durch die Nutzung der Bezugsfläche 90 bestimmt
ist.
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Gleichfalls
befindet sich der polarisierende Strahlteiler 82 auf der
Oberfläche 94,
wobei eine Unterkante 102 für die Ausrichtungsorientierung
dieses optischen Elements vorgesehen ist.
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In
der gleichen Weise wie der Raumlichtmodulator 54 ist der
Raumlichtmodulator 62 mit seiner Unterkante 104 in
Referenzbeziehung zur Oberfläche 94 auf
der Oberfläche 94 angebracht.
Das Prisma 74 ist gleichfalls durch die in den 4A–4D beschriebenen
Techniken mit der Bezugsfläche
in Referenzbeziehung gestellt.
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Außerdem wird
angemerkt, dass das Prisma 76 eine Unterkante 106 aufweist,
die auf der Oberfläche
des Siliziumchips, d. h. auf der Oberfläche 94, ruht, wobei
der Detektor 66 darunter eingebettet ist.
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Es
ist klar, dass sowohl die Fourier-Transformations-Linse 58 als
auch die inverse Fourier-Transformations-Linse 64 in Gehäusen angebracht
sein können,
um eine exakte Ausrichtung ihrer optischen Achsen entlang der Pfade 84 bzw. 82 sicherzustellen.
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Nunmehr
anhand von 4A ist eine aktive Vorrichtung 110 zur
exakten Ausrichtung eines optischen Elements oberhalb einer aktiven
Vorrichtung mit einem Ball-Grid-Array 112 aus äußerst genau
bemessenen Kugeln versehen. Das Ball-Grid-Array 112 dient
zum Verbinden der aktiven Vorrichtung 110 mit der Oberfläche eines
Substrats 116, in das die aktiven Elemente eingebettet
sind, von denen eines durch den eingebetteten Antrieb 120 veranschaulicht ist.
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Das
Ball-Grid-Array 112 dient dazu, eine aktive Vorrichtung 110 auf
der Oberfläche
des Substrats 116 entweder mit in das Substrat 116 eingebetteten Vorrichtungen 120 oder
mit Verbindungsschaltungen zu verbinden.
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Hier
ist zu sehen, dass die untere Oberfläche 124 der aktiven
Vorrichtung 110 parallel zur Bezugsfläche 122 ist, die durch
die polierte Oberfläche
des Substrats 116 geliefert ist.
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Anhand
von 4B ist nun um die aktive Vorrichtung 110 ein
Epoxidharzrahmen 130 abgelagert, wobei die Oberseiten des
Rahmens 132 über eine
Fläche 134,
die parallel zur Fläche 122 ist,
hinausgehen.
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Wie
in 4C veranschaulicht ist, sind die Oberseiten des
Rahmens 130 bis zur Fläche 134 heruntergefräst, wobei
die Fläche
der Oberseite des Rahmens parallel zur Bezugsfläche 122 ist. Dies schafft
eine äußerst genaue
Oberfläche,
auf der irgendwelche optischen Elemente oberhalb der aktiven Vorrichtung
angebracht werden können.
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Wie
in 4D gezeigt ist, ist auf der Oberseite 132 des
Rahmens 130 ein Prisma 140 angebracht, so dass
ein optischer Pfad 142 festgesetzt ist, der nicht nur zur
Fläche 134,
sondern auch zur Bezugsfläche 122 parallel
ist.
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Es
ist zu sehen, dass das mechanische Fräsen der Oberseite des Rahmens
ermöglicht
aufgrund der Anordnung des Prismas 140 auf dieser hochgenauen
Oberfläche
eine Referenzfläche
für die
Ausrichtung des optischen Elements auf dieser.
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Nachdem
nun einige wenige Ausführungsformen
der Erfindung und einige Änderungen
und Abwandlungen davon beschrieben worden sind, ist für den Fachmann
auf dem Gebiet klar, dass das Vorstehende lediglich veranschaulichend
und nicht einschränkend
ist, wobei es lediglich beispielhaft dargelegt wurde. Im Umfang
des Durchschnittsfachmanns auf dem Gebiet liegen zahlreiche Abwandlungen
und weitere Ausführungsformen,
die als im den Umfang der Erfindung liegend betrachtet werden, wie
er lediglich durch die beigefügten
Ansprüche
und ihre Entsprechungen beschränkt
ist.