DE68918843T2 - Optisches korrelatorsystem. - Google Patents

Description

• Diese Erfindung betrifft allgemein optische Korrelatorsysteme, und insbesondere optische Mehrkanal-Korrelatorsysteme.
• Optische Korrelatorsysteme werden benutzt, um zu erkennen, ob ein ausgewähltes Ziel in einem Beobachtungsgebiet oder einem Sichtfeld vorhanden ist. In einem optischen Korrelatorsystem wird ein kohärenter Lichtstrahl durch das Beobachtungsgebiet oder das Sichtfeld, das das ausgesuchte Ziel enthalten kann, und dann durch ein Optimalfilter geführt. Das Optimalfilter enthält eine Aufzeichnung eines Beugungsmusters, das mit dem ausgewählten Ziel übereinstimmt, und falls das ausgewählte Ziel in der übermittelten Ansicht vorhanden ist, lenkt das Optimalfilter einen Teil des darauf einfallenden Strahls in einen relativ starken Ausgangsstrahl in einem ausgewählten Winkel relativ zum einfallenden Strahl um. Eine Invers- Transformationslinse lenkt diesen Ausgangsstrahl von dem Optimalfilter zu einem Brennpunkt.
• Falls das ausgewählte Ziel jedoch nicht in der übermittelten Ansicht ist, ist jeder Ausgangsstrahl des Optimalfilters mit diesem ausgewählten Winkel relativ schwach und diffus. Ein lichtempfindlicher Detektor befindet sich in der Brennebene der Invers-Transformationslinse. Falls Licht einer ausreichenden Intensität auf diesen Detektor fokussiert wird, wird ein Ausgangssignal erzeugt. Dieses Ausgangssignal wird dazu verwendet, eine bestimmte Art von Vorrichtung anzusteuern, die ein einfaches Alarmsystem oder ein komplexes robotergeführtes System sein kann, abhängig von dem Gerät, in dem das Zielerkennungssystem benutzt wird.
• Die Kapazität eines optischen Korrelatorsystems kann deutlich erhöht werden, indem das System mit einem Optimalfilter ausgestattet wird, das eine Anzahl von aufgezeichneten Beugungsmustern aufweist. Dieser Mehrkanalspeicher kann von einer vielfach fokussierenden holographischen Linse, oder MHL, adressiert werden, die ein Eingangsbild nachbilden und fouriertransformieren kann. Jedes der im Speicher gespeicherten Beugungsmuster kann mit einer jeweiligen Ansicht eines Ziels übereinstimmen, oder diese Beugungsmuster stellen mehrere Ziele dar. Ein Korrelatorsystem mit einer Anzahl solcher Beugungsmuster kann dazu verwendet werden, entweder ein Ziel in einem Beobachtungsgebiet/Sichtfeld zu erkennen, unabhängig von der Ausrichtung dieses Ziels in diesem Beobachtungsgebiet, oder mehrere Ziele in einem Beobachtungsgebiet zu erkennen.
• Um die Antwortzeit und die Speicherkapazität eines Korrelatorsystems mit einer Anzahl von aufgezeichneten Beugungsmustern zu verbessern, wird der modulierte Signalstrahl gewöhnlich mehrfach nachgebildet, und jeder nachgebildete Strahl wird auf jeweils eines der aufgezeichneten Beugungsmuster fokussiert. Im Stand der Technik sind verschiedenartige Techniken bekannt, um den modulierten Signalstrahl nachzubilden. Beispielsweise wird zu diesem Zweck ein vielfachstrahlerzeugendes holographisches Element verwendet. Während diese bekannten Anordnungen, wie beispielsweise in US-A-4703994 exemplarisch gezeigt, normalerweise unbefriedigend sind, wird nichtsdestoweniger angenommen, daß deren Effizienz verbessert werden könnte. Während diese mehrkanaligen Korrelatorsysteme bezüglich der herkömmlichen einkanaligen Systeme die Kapazität erhöht haben, wird trotzdem davon ausgegangen, daß die Kapazität von Mehrkanalsystemen weiter erhöht werden könnte, ohne deutlich entweder die Größe oder die Kosten der Systeme zu erhöhen.
• Die vorliegende Erfindung sieht ein optisches Korrelatorsystem vor mit einer Vorrichtung zum Erzeugen eines kollimierten elektromagnetischen Signalstrahls, einer sich im Signalstrahlengang befindlichen Abbildungsvorrichtung zum räumlichen Modulieren dieses Strahls, einem ersten und einem zweiten Optimalfilter, wobei jedes mehrere optische Speicher aufweist, und mit einem sich im Signalstrahlengang befindlichen Strahlteiler zum Teilen des Strahls in erste und zweite Komponenten und zum Lenken dieser Komponenten auf einen ersten bzw. einen zweiten Weg. Die erste Komponente des Signalstrahls wird auf eine erste Fläche der vielfachstrahlerzeugenden holographischen Linse (im folgenden kurz als MBGH-Linse bezeichnet), und diese Linse erzeugt eine erste Matrix einzeln konvergierender Strahlen. Jeder Strahl dieser ersten Matrix wird mit der ersten Komponente des Signalstrahls identisch räumlich moduliert und auf jeweils einen der optischen Speicher des ersten Optimalfilters fokussiert. Die zweite Komponente des Signalstrahls wird auf eine zweite gegenüberliegende Fläche der MBGH- Linse gerichtet und diese Linse erzeugt eine zweite Matrix von einzeln konvergierender Strahlen. Jeder Strahl dieser zweiten Matrix wird mit der zweiten Komponente des Signalstrahls identisch räumlich moduliert und auf jeweils eine der optischen Speicher des zweiten Optimalfilter fokussiert. Eine optische Detektionsvorrichtung ist im Strahlengang der Ausgangsstrahlen der ersten und zweiten Optimalfilter angeordnet, um ein Signal zu erzeugen, falls die Korrelation zwischen dem Muster eines der auf die Optimalfilter fokussierten Strahlen und dem optischen Speicher auf den dieser eine Strahl fokussiert ist, einen bestimmten Schwellenwert übersteigt.
• Wenn die erste Komponente des Signalstrahls die MBGH-Linse durchläuft, erzeugt diese Linse auch eine dritte Matrix einzeln divergierender Strahlen, wobei jeder Strahl dieser Matrix mit der ersten Komponente des Signalstrahl identisch räumlich moduliert ist. Wenn die zweite Komponente des Signalstrahls die MBGH-Linse durchläuft, erzeugt die Linse eine dritte Matrix einzeln divergierender Strahlen, wobei jeder Strahl dieser Matrix mit der zweiten Komponente des Signalstrahls räumlich moduliert ist. Vorzugsweise enthält das System des weiteren dritte und vierte Optimalfilter, wobei jeder mehrere optische Speicher aufweist. Ein erstes optisches Korrekturelement befindet sich im Strahlengang der dritten Matrix von divergierenden Strahlen, um die Verzerrung und Astigmatismus in diesen Strahlen zu korrigieren, und um jeden Strahl dieser dritten Matrix auf jeweils einen der optischen Speicher des dritten Optimalfilters zu fokussieren. Ein zweites optisches Korrekturelement befindet sich im Strahlengang der vierten Matrix von Strahlen, um die Verzerrung und Astigmatismus dieser Strahlen zu korrigieren und um jeden Strahl dieser Matrix auf jeweils einen der optischen Speicher des vierten Optimalfilters zu fokussieren. In dieser bevorzugten Anordnung befindet sich die optische Detektionsvorrichtung ebenfalls im Strahlengang der Ausgangsstrahlen des dritten und des vierten Optimalfilters, um ein Signal zu erzeugen, falls die Korrelation zwischen dem Muster eines der auf einem dieser Filter fokussierten Strahlen und dem optischen Speicher auf den dieser eine Strahl fokussiert wird, einen bestimmten Wert übersteigt.
• Mehrere dieser zuvor beschriebenen Systeme können kaskadenförmig angeordnet werden, wobei die Signalstrahlen aller Systeme aus einem Quellenstrahl abgeleitet werden, und wobei jedes dieser Systeme eine MBGH-Linse verwendet, um vier Matrizen von Strahlen zu erzeugen, wobei jede dieser Matrizen auf die optischen Speicher des jeweiligen Optimalfilters fokussiert werden.
• Darüber hinausgehende Nutzen und Vorteile der Erfindung werden durch die Betrachtung der folgenden detaillierten Beschreibung, die mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen gegeben ist, erkennbar. Die Zeichnung spezifizieren und zeigen bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung.
• Fig. 1 ist eine schematische Zeichnung eines erfindungsgemäßen optischen Korrelatorsystems.
• Fig. 2 ist eine vergrößerte Ansicht eines Bereichs des Systems von Fig. 1, die schematisch und im Detail eine Matrix von Ausgangsstrahlen der MBGH-Linse dieses Systems zeigt.
• Fig. 3 ist ebenfalls eine vergrößerte Ansicht eines Bereichs der Fig. 1, die schematisch und im Detail eine zweite Matrix von Ausgangsstrahlen der MBGH-Linse zeigt.
• Fig. 4 und 5 sind vereinfachte Vorderansichten der Abbildungsvorrichtung, die in dem System der Fig. 1 benutzt werden kann.
• Fig. 6 ist ein schematische Diagramm eines optischen Korrelatorsystems gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
• Fig. 1 zeigt ein System 10, in dem eine Quelle, die monochromatische kollimierte elektrische Energie einer im wesentlichen festgelegten Wellenlänge aussendet, wie beispielsweise ein Laser 12, einen Ausgangsstrahl 14 erzeugt, der als Quell- oder Signalstrahl bezeichnet wird. Das System 10 lenkt diesen Ausgangsstrahl durch eine Abbildungsvorrichtung 16 und einen Strahlteiler 20. Die Abbildungsvorrichtung 16 wird benutzt, um ein oder mehrere Beobachtungsgebiete/Sichtfelder, in denen man eines oder mehrere der ausgewählten Ziele vermutet, dem Signalstrahl aussetzt. Wenn der Signalstrahl dann das Beobachtungsgebiet/Blickfeld auf der Abbildungsvorrichtung durchläuft, wird der Signalstrahl amplitudenmoduliert mit der Abbildung auf diesem Beobachtungsgebiet/Sichtfeld.
• Der Strahlteiler 20 trennt den modulierten Signalstrahl in identische erste und zweite Ausgangsstrahlen 22 und 24, deren jeder identisch mit dem modulierten Ausgangsstrahl 14 der Abbildungsvorrichtung 10 räumlich moduliert ist. Die Strahlen 22 und 24 werden danach auf eine erste bzw. zweite Seite, beispielsweise Flächen, der MBGH-Linse 26 gerichtet. Aus dem Strahl 22 erzeugt die Linse 26 eine Serie oder Matrix von Strahlen, die allgemein mit 30 bezeichnet sind, in einem Winkel u zu der Achse des einfallenden Strahls 22, die auf das Optimalfilter 32 fokussiert werden. Jeder Strahl der Matrix 30 wird in gleicher Weise wie der Strahl 22 räumlich moduliert und als ein reales Bild bezeichnet. Diese Matrix wird als eine Ausgangsmatrix erster Ordnung der Linse 26 bezeichnet. Mit Bezug auf Fig. 4 konvergiert jeder Strahl der Matrix 30 nach innen in Richtung eines Punkts oder einer Brennfläche, wenn sich der Strahl von der Linse 26 wegbewegt. Die einzelnen Strahlen der Matrix 30 haben im wesentlichen parallele Achsen und werden auf unterschiedliche Gebiete des Optimalfilters 32 fokussiert. Zum Zwecke der Darstellung der vorliegenden Erfindung wird der Ausgang der holographischen Linse 26 als eine 3·3 Matrix von identischen Strahlen gezeigt. Dies soll jedoch nicht als Beschränkung der Erfindung betrachtet werden.
• In gleicher Weise erzeugt die Linse 26 aus dem Strahl 24 eine andere Serie oder Matrix von Strahlen, die allgemein als 34 bezeichnet sind, die auf das Optimalfilter 36 fokussiert sind und in einem Winkel u zu der Achse des einfallenden Strahls 24 stehen. Jeder Strahl der Matrix 34 wird in gleicher Weise wie der Strahl 24 räumlich moduliert und ebenso als reales Bild bezeichnet. Diese Matrix wird auch als Ausgangsmatrix erster Ordnung der Linse 26 bezeichnet. Ebenso wie die in Fig. 2 gezeigten Strahlen der Matrix 30, konvergiert jeder Strahl der Matrix 34 nach innen in Richtung eines Punkts oder einer Brennfläche, wenn der Strahl sich von der Linse 26 entfernt. Die einzelnen Strahlen der Matrix 34 haben im wesentlichen parallele Achsen und werden auf unterschiedliche Gebiete des Optimalfilters 36 fokussiert.
• Die Linse 26 erzeugt ebenfalls eine Ausgangsmatrix von Strahlen zweiter Ordnung aus jedem der auf die Linse einfallenden Strahlen 22 und 24 und in einem Winkel Φ bezüglich der Achse dieses einfallenden Strahls. Die aus dem Strahl 22 erzeugte Matrix zweiter Ordnung wird in Fig. 1 allgemein als 40 bezeichnet, während die aus dem einfallenden Strahl 24 erzeugte Matrix zweiter Ordnung in Fig. 12 allgemein als 42 bezeichnet wird. Jeder Strahl der Matrix 40 wird in gleicher Weise wie der einfallende Strahl 22 räumlich moduliert und jeder Strahl der Matrix 42 wird in gleicher Weise wie der Strahl 24 räumlich moduliert. Wie in Fig. 3 gezeigt, divergiert jeder Strahl der Matrix 40 nach außen, wenn sich der Strahl von der Linse 26 wegbewegt. Die einzelnen Strahlen der Matrix 40 haben im wesentlichen parallele Achsen. Ebenso divergiert jeder Strahl der Matrix 42 nach außen, wenn sich der Strahl von der Linse 26 wegbewegt, und die einzelnen Strahlen der Matrix 42 haben im wesentlich parallele Achsen. Die Strahlen dieser Ausgangsmatrix zweiter Ordnung werden als virtuelle Bilder bezeichnet und sind bezüglich der einfallenden Strahlen, aus denen sie erzeugt wurden, außer Phase.
• Die Strahlen der Matrix 40 werden durch das optische Element 44 gerichtet, das den Phasenfehler oder Astigmatismus dieser Strahlen korrigiert und sie auf das Optimalfilter 46 fokussiert. Entsprechend werden die Strahlen der Matrix 42 zum optischen Element 50 gerichtet, das den Phasenfehler oder Astigmatismus dieser Strahlen korrigiert und sie auf das Optimalfilter 52 fokussiert. Vorzugsweise handelt es sich bei den optischen Elementen 44 und 50 um holographische Linsen.
• Die holographische Linse 26 führt eine Fourier-Transformation aller Bilder auf dem Beobachtungsgebiet, das durch die Abbildungsvorrichtung 16 dem Signalstrahl ausgesetzt wurde. Jeder der Strahlen der Matrizen 30 und 34 ist eine Komponente erster Ordnung der holographischen Linse 26, und jeder der Strahlen der Matrize 40 und 42 ist eine Komponente zweiter Ordnung der holographischen Linse. Diese Vielfachstrahlen bilden mehrere Nachbildungen der Beugungsmuster all der Bilder im Eingangs-Beobachtungsfeld, das dem Signalstrahl ausgesetzt wurden.
• Eine Anzahl von Beugungsmustern, die als optische Speicher bezeichnet werden, sind in jedem der Optimalbilder 32, 36, 46 und 52 aufgezeichnet. Jede dieser Beugungsmuster stellt eine Ansicht des vermuteten Ziels oder der vermuteten Ziele dar. Jeder Strahl der Matrix 30 wird auf jeweils einen der auf dem Optimalfilter 32 aufgezeichneten optischen Speicher fokussiert und hindurchgeleitet, und jeder Strahl der Matrix 34 wird auf ein jeweiliges im Filter 36 aufgezeichnetes Beugungsmuster fokussiert und hindurchgeleitet. Ebenso wird jeder Strahl der Matrix 40 mittels des optischen Elements 44 auf einen jeweiligen der im Optimalfilter 46 aufgezeichneten optischen Speicher gelenkt und hindurchgeführt. Jeder Strahl der Matrix 42 wird mittels der Linse 50 auf jeweils einen der in dem Optimalfilter 52 aufgezeichneten optischen Speicher gerichtet und hindurchgeführt. Eine optische Detektionsvorrichtung, vorzugsweise mit invers-tranformierenden Linsen 54, 56, 64 und 70 und Photodetektoren 56, 62, 66 und 72, befinden sich in den Strahlgängen der Ausgangsstrahlen der Optimalfilter 32, 36, 46 und 52, um ein Signal zu erzeugen, falls die Korrelation zwischen dem Muster eines der auf die Optimalfilter fokussierten Strahlen und dem optischen Speicher, auf dem der eine dieser Strahlen fokussiert ist, einen bestimmten Wert übersteigt.
• Falls die Zielansicht, die durch ein bestimmtes in einem der Optimalfilter 32, 36, 46 und 52 aufgezeichnetes Beugungsmuster dargestellt wird, im Beobachtungsgebiet, die dem Signalstrahl 14 in der Abbildungsvorrichtung 16 ausgesetzt ist, vorhanden ist, lenkt dann das Optimalfilter mit dem Beugungsmuster einen Teil des durch dieses Beugungsmuster hindurchlaufenden Strahls in einem relativ starken Ausgangsstrahls mit einem ausgewählten Winkel relativ zu dem einfallenden Strahl um. In diesem Fall, fokussiert die dazugehörende inverstransformierende Linse diesen Optimalfilterausgangsstrahl auf den dazugehörenden Detektor, wobei ein Alarmsignal ausgelöst wird. Falls das Muster eines der auf das Optimalfilter 32 auftreffenden Strahlen mit dem Beugungsmuster, durch das dieser Strahl hindurchläuft, korreliert, lenkt das Optimalfilter einen Teil dieses einfallenden Strahls auf die invers-transformierende Linse 54, die diesen Ausgangsstrahl des Optimalfilters auf den Detektor 56 fokussiert. Falls das Muster eines der auf das Optimalfilter 36 auftreffenden Strahlen mit dem Beugungsmuster, durch das dieser eine Strahl hindurchläuft, korreliert, lenkt das Optimalfilter einen Teil dieses einfallenden Strahls auf die invers-transformierende Linse 60 um, die diesen Optimalfilterausgangsstrahl auf den Detektor 62 fokussiert. Ebenso wird, falls das Muster eines der auf das Optimalfilter 46 auftreffenden Strahlen mit dem Beugungsmuster, durch das dieser eine Strahl hindurchläuft, korreliert, ein Teil diese einfallenden Strahls vom Optimalfilter auf die inverstransformierende Linse 60 umgelenkt, die diesen Ausgangsstrahl des Optimalfilters auf den Detektor 66 fokussiert. Falls das Muster eines der auf das Optimalfilter 52 auftreffenden Strahlen mit dem Beugungsmuster, durch das dieser Strahl hindurchläuft, korreliert, lenkt das Optimalfilter einen Teil des einfallenden Strahls auf die invers-transformierende Linse 70, die diesen Ausgangsstrahl des Optimalfilters auf den Detektor 72 fokussiert.
• Falls keine der Zielansichten, die durch die Beugungsmuster der Optimalfilter 32, 36, 46 und 52 dargestellt sind, im Beobachtungsgebiet/Sichtfeld auftauchen, das dem Signalstrahl 14 durch die Abbildungsvorrichtung 16 ausgesetzt ist, dann werden alle Ausgangsstrahlen der Optimalfilter relativ schwach und diffus. Jeder dieser Strahlen, der die Linsen 54, 60, 64 und 70 durchläuft, bleibt schwach und diffus, und die Strahlen aktivieren die Detektoren 56, 62, 66 oder 72 nicht, um dazu gehörende Alarmsignale auszulösen.
• Beim Laser 12 handelt es sich vorzugsweise um einen Gas-Laser, wie beispielsweise ein Argon-Eisen-Laser, der einen Dauerstrich mit einer Wellenlänge von etwa 5000 A erzeugt. Jedoch können auch andere dafür geeignete Laser, beispielsweise Halbleiter-Laser, Yttrium-Aluminium-Granulat (YAG) oder Helium-Neon-Dauerstrich-Laser, Kohlendioxid- oder gepulste Laser im System 10 verwendet werden.
• Verschiedenartige Typen von Abbildungsvorrichtungen 16 können im System 10 eingesetzt werden. Wie in Fig. 1 und 4 dargestellt, kann beispielsweise die Abbildungsvorrichtung einen Film 74 aufweisen, der mit einem Paar von auseinanderliegenden Spulen oder Rollen 76 und 80 verbunden ist. Zu Beginn ist der Film um die erste Spule 76 gerollt, und im Gebrauch ist ein passender Antrieb (nicht gezeigt) mit der zweiten Spule 80 verbunden, um diese Spule zu drehen und den Film in mehreren diskreten Schritten quer über den Strahlengang des Signalstrahls 14 fortzubewegen. Der Film und die Rollen können in einer Flüssigkeits-Blende 82 mit einem Paar ausgerichteter Fenster (eines ist mit Bezugsziffer 84 in Fig. 4 gezeigt) enthalten sein, wobei die Flüssigkeits-Blende so angeordnet ist, daß der Signalstrahl 14 das Gehäuse durchlaufen kann, wobei der Film dem Signalstrahl ausgesetzt wird.
• Mit Bezug auf die Fig. 5 kann alternativ die Abbildungsvorrichtung eine rotierenden Flüssigkeits-Blende 86 mit einem Rahmen 90 und einer drehbaren Platte 92 innerhalb des Rahmens aufweisen. Die Platte 92 umfaßt eine Zentralöffnung oder ein Fenster 94 zum Halten eines Bildes einer ausgewählten Ansicht oder Objekts. Die Platte 92 wird durch den Rahmen 90 derart gestützt, daß sie sich um die Achse der Zentralöffnung drehen kann. Ein Schrittmotor (nicht gezeigt) wird vom Rahmen 90 getragen und ist mit der Platte 92 durch einen geeigneten Antriebsmechanismus (ebenfalls nicht gezeigt) mit der Platte 92 verbunden, um diese und somit auch das in der Öffnung 94 gehaltene Bild um die Achse der Öffnung zu drehen, in einer Vielzahl von diskreten Winkelschritten. Drehbare lineare Blenden sind ebenfalls aus dem Stand der Technik bekannt und können bei der Ausführung dieser Erfindung verwendet werden.
• In dem in Fig. 1 dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel des Systems 10, treffen die Strahlen 22 und 24 auf der Linse 26 in gleichen Winkeln relativ zu der Achse dieser Linse auf. Darüber hinaus ist die Linse 26 vorzugsweise auf derjenigen Achse angeordnet, auf die der Strahl 22 durch den Strahlteiler 20 gerichtet wird. Ein Paar von Spiegeln 96 und 98 sind positioniert, um den Strahl 24 vom Strahlteiler auf die MBGH-Linse 26 zu richten. Wie in Fig. 1 dargestellt, befindet sich die Abbildungsvorrichtung 16 im Strahlengang des Signalstrahls 14, zwischen dem Strahlerzeuger 12 und dem Strahlteiler 20, um den Signalstrahl räumlich zu modulieren bevor er durch den Strahlteiler aufgespalten wird. Alternativ kann ein Paar von Abbildungsvorrichtungen, wobei die eine längs des Strahlengangs des Strahls 22 und die andere entlang des Strahlengangs des Strahls 24 liegt, verwendet werden, um diese Strahlen räumlich zu modulieren. In beiden Anordnungen kann eine Strahlaufweitungsvorrichtung (nicht gezeigt) verwendet werden, um sicherzustellen, daß das vollständige Gebiet des Bildes, dem der Strahl 14 oder die Strahlen 22 und 24 ausgesetzt werden, von dem durch das Bild hindurchtretenden Strahl beleuchtet wird.
• Fig. 6 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit mehreren kaskadenförmig angeordneten zuvor beschriebenen Systemen 10. Das Vielfachsystem- Ausführungsbeispiel der Fig. 6, wird allgemein mit der Bezugsziffer 100 bezeichnet, und eine erste der Systemkomponenten des Multisystems 100 wird durch die Bezugsziffer 10a bezeichnet. Elemente dieses Systems sind mit den gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet, wie die Elemente in Fig. 1, wobei jedoch der Zusatz "a" hinzugefügt ist. Das zweite System der Multisystemanordnung 100 wird durch die Bezugsziffer 10b gekennzeichnet. Elemente dieses Systems sind durch die gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet, wie sie zur Identifizierung der entsprechenden Elemente in Fig. 1 benutzt werden, außer dem hinzugefügten Endzusatz "b".
• In der Anordnung 100 befindet sich ein zusätzlicher Strahlteiler 102 zwischen der Abbildungsvorrichtung 16a und dem Strahlteiler 20a, um den Signalstrahl vom Laser 12a in zwei identische Strahlen 14a und 14b aufzuspalten. Der erste Strahl 14a wird zum Strahlteiler 20a geführt und, in gleicher Weise wie zuvor beschrieben, verwendet, um vier Matrizen von nachgebildeten Strahlen 30a, 34a, 40a und 42a zu erzeugen, wobei jede dieser Matrizen von Strahlen auf einen jeweiligen Optimalfilter 32a, 36a, 40a und 42a fokussiert wird. Der zweite Strahl 14b vom Element 102 wird als Signalstrahl des Systems 10b verwendet. Insbesondere wird diese Komponente des Signalstrahls durch den Spiegel 104 zum Strahlteiler 20b des Systems 10b gerichtet und durch das System 10b in gleicher Weise gerichtet wie der Signalstrahl 14 durch das System 10, wodurch vier Matrizen der Strahlen 30b, 34b, 40b und 42b erzeugt werden, wobei jede dieser Matrizen von Strahlen auf einen jeweiligen Optimalfilter 32b, 36b, 40b und 42b fokussiert wird.
• Für den Durchschnittsfachmann ist verständlich, daß das Ausführungsbeispiel 100 der Fig. 6, ohne den Umfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen, auf mehr als eine oder zwei Systemkomponenten 10a und 10b ausgeweitet werden kann, wobei diese Komponenten parallel oder in Serie angeordnet sein können. Um eine weitere Komponente zu der Vorrichtung 100 hinzuzufügen, kann beispielsweise ein Strahlteiler (nicht gezeigt) zwischen dem Spiegel 104 und dem Strahlteiler 120b angeordnet werden, um den Strahl 14b in zwei Komponenten aufzuspalten, wobei die erste Komponente durch das System 10b und die zweite Komponente durch ein drittes Komponentensystem geführt wird. Alternativ kann ein Strahlteiler (nicht gezeigt) zwischen dem Strahlteiler 102 und dem Spiegel 104 angeordnet werden, um den Strahl 14b in zwei Komponenten aufzuspalten, bevor der Strahl auf den Spiegel 104 auftrifft. Die erste Komponente könnte zum Spiegel 104 und dann durch das System 10b geführt werden, während die zweite Komponente durch ein drittes System geführt würde. Die Beschränkung der Anzahl der Komponentensysteme, die in dem Gerät 100 eingesetzt sein können, wird hauptsächlich bestimmt durch die Stärke des Laserstrahls und den Umfang der Abschwächung des Signals durch die im Strahlengang angeordneten optischen Elemente.
• Jeder geeignete optische Detektor kann zur Ausführung der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Beispielsweise kann jeder Detektor des Systems 10 oder 100 eine einzelne lichtempfindliche Zelle enthalten, die so angeordnet ist, daß sämtliche durch die dazugehörende inverse Tranformationslinse und das optische Filter hindurchlaufenden Lichtstrahlen auf die lichtempfindliche Zelle auftreffen. Alternativ kann jeder Detektor ein Feld von lichtempfindlichen Zellen aufweisen, wobei jede dieser Zellen so positioniert ist, daß ein jeweiliger oder mehrere der Lichtstrahlen, die durch die zugehörige inverse Transformationslinse und das Optimalfilter hindurchlaufen, auf die lichtempfindliche Zelle auftreffen. Zusätzlich wird vom Durchschnittsfachmann erkannt, daß optische Linsen anstelle der holographischen Linsen 44 und 50 verwendet werden könnten, um die Strahlen der Matrizen 40 und 42 auf die Filter 46 bzw. 52 zu fokussieren. Holographische Linsen werden jedoch normalerweise bevorzugt, da sie relativ klein, leicht und billig sind.
• Ebenso können jede passende vielfachstrahlerzeugende holographische Linse, Spiegel, Strahlteiler, Optimalfilter und inverse Transformationslinsen im System 10 und 100 eingesetzt werden. Zahlreiche dieser Vorrichtungen sind aus dem Stand der Technik bekannt, und es ist nicht notwendig, diese Vorrichtungen hier detailliert zu beschreiben.
• Beispielsweise beschreibt das US-Patent 4,703, 994 ein Verfahren zur Herstellung eines Optimalfilters mit einem Feld von optischen Speichern, und das US-Patent 4,421, 379 offenbart ein Verfahren zur Herstellung einer vielfachstrahlerzeugenden holographischen Linse.

Claims (10)

1. Optisches Korrelator-System umfassend:

eine Vorrichtung zum Erzeugen eines kollimierten Signalstrahls (14);

eine sich im Signalstrahlengang befindliche Abbildungsvorrichtung (16) zum räumlichen Modulieren des Signalstrahls;

ein erstes (32) und ein zweites (36) Optimalfilter, wobei jedes mehrere optische Speicher aufweist;

einen sich im Signalstrahlengang befindlichen Strahlteiler (20) zum Teilen des Signalstrahls (14) in eine erste (22) und eine zweite (24) Komponente und zum Lenken der ersten und der zweiten Komponente des Signalstrahls auf einen ersten bzw. einen zweiten Weg;

eine Vielfachstrahlerzeugende holographische Linse (26) mit ersten und zweiten gegenüberliegenden Flächen, wobei die erste Fläche der Vielfachstrahl-erzeugenden holographischen Linse im Strahlengang der ersten Signalstrahl-Komponente (22) angeordnet ist, wodurch die Vielfachstrahl-erzeugende holographische Linse eine erste Matrix (30) von räumlich modulierten, einzeln konvergierenden auf das erste Optimalfilter (32) fokussierten Strahlen erzeugt, und wobei die zweite Fläche der Vielfachstrahl-erzeugenden holographischen Linse im Strahlengang der zweiten Signalstrahl-Komponente (24) angeordnet ist, wodurch die Vielfachstrahl-erzeugende holographische Linse eine zweite Matrix (34) von räumlich modulierten, einzeln konvergierenden auf das zweite Optimalfilter (36) fokussierten Strahlen erzeugt, wobei jeder Strahl der ersten Matrix (30) auf jeweils einen der optischen Speicher des ersten Optimalfilters (32) fokussiert ist, und jeder Strahl der zweiten Matrix (34) auf jeweils einen der optischen Speicher des zweiten Optimalfilters (36) fokussiert ist; und

eine im Strahlengang der Ausgangsstrahlen des ersten (32) und des zweiten (36) Optimalfilters angeordnete optische Detektionsvorrichtung (54, 56, 60, 62) zum Erzeugen eines Signals, falls die Korrelation zwischen dem Muster einer der auf die Optimalfilter fokussierten Strahlen und dem optischen Speicher, auf den dieser eine Strahl fokussiert ist, einen bestimmten Wert übersteigt.

2. Optisches Korrelator-System nach Anspruch 1, wobei die Vielfachstrahl-erzeugende holographische Linse eine dritte Matrix von einzeln divergierenden Strahlen erzeugt, wobei jeder Strahl der dritten Matrix mit der ersten Signalstrahl-Komponente identisch räumlich moduliert ist;

wobei das System desweiteren umfaßt:

i) ein drittes Optimalfilter mit mehreren optischen Speichern, und

ii) ein erstes sich im Strahlengang der Strahlen der dritten Matrix befindliches optisches Korrektur-Element zum Fokussieren jedes Strahls der dritten Matrix auf jeweils einen der optischen Speicher des dritten Optimalfilters; und

wobei die optische Detektionsvorrichtung in den Strahlengangen der Strahlen des dritten Optimalfilters angeordnet ist, um ein Signal zu erzeugen, falls die Korrelation zwischen dem Muster einer der auf das dritte Optimalfilter fokussierten Strahlen und dem optischen Speicher, auf den dieser eine Strahl fokussiert ist, einen bestimmten Wert übersteigt.

3. Optisches Korrelator-System nach Anspruch 2, wobei

die Vielfachstrahl-erzeugende holographische Linse eine Achse definiert;

die erste Signalstrahl-Komponente auf die erste Fläche der Vielfachstrahl-erzeugenden holographischen Linse auftrifft mit einem vorgegebenen Winkel relativ zu der Achse; und

die zweite Signalstrahl-Komponente auf die zweite Fläche der Vielfachstrahlerzeugenden holographischen Linse auftrifft mit einem vorgegebenen Winkel relativ zu der Achse.

4. Optisches Korrelator-System nach Anspruch 3, wobei

der Strahlteiler die erste Signalstrahl-Komponente auf eine erste Achse lenkt und die zweite Signalstrahl-Komponente auf eine zweite Achse lenkt;

die Vielfachstrahl-erzeugende holographische Linse auf der ersten Achse angeordnet ist; und

das Korrelator-System desweiteren einen ersten und einen zweiten Spiegel umfaßt,

wobei der erste Spiegel auf der zweiten Achse angeordnet ist, um die zweite Signalstrahl-Komponente auf eine dritte Achse zu reflektieren, und wobei der zweite Spiegel auf der dritten Achse angeordnet ist, um die zweite Signalstrahl-Komponente auf die Vielfachstrahl-erzeugende holographische Linse zu reflektieren.

5. Optisches Korrelator-System nach Anspruch 4, wobei die Abbildungsvorrichtung zwischen dem Strahlerzeuger und dem Strahlteiler angeordnet ist, um den Signalstrahl räumlich zu modulieren bevor der Signalstrahl in erste und zweite Komponenten getrennt wird.

6. Optisches Korrelator-System nach Anspruch 5, wobei

die Vielfachstrahl-erzeugende holographische Linse eine vierte Matrix von einzeln divergierenden Strahlen erzeugt, wobei jeder Strahl der vierten Matrix mit der zweiten Signalstrahl-Komponente identisch räumlich moduliert ist;

wobei das System desweiteren umfaßt

i) ein viertes Optimalfilter mit mehreren optischen Speichern, und

ii) ein zweites sich im Strahlengang der Strahlen der vierten Matrix befindliches optisches Korrektur-Element zum Fokussieren jedes Strahls der vierten Matrix auf jeweils einen der optischen Speicher des vierten Optimalfilters; und

wobei die optische Detektionsvorrichtung in den Strahlengangen der Strahlen des vierten Optimalfilters angeordnet ist, um ein Signal zu erzeugen, falls die Korrelation zwischen dem Muster einer der auf das vierte Optimalfilter fokussierten Strahlen und dem optischen Speicher, auf den dieser eine Strahl fokussiert ist, einen bestimmten Wert übersteigt.

7. Optisches Korrelator-System nach Anspruch 6, wobei jeder Strahl der ersten Matrix mit der ersten Signalstrahl-Komponente identisch räumlich moduliert ist, und jeder Strahl der zweiten Matrix mit der zweiten Signalstrahl-Komponente identisch räumlich moduliert ist.

8. Optisches Korrelator-System nach Anspruch 6, wobei das erste und das zweite optische Korrektur-Element eine erste bzw. eine zweite holographische Linse ist.

9. Optisches Korrelator-System umfassend:

eine Vorrichtung zum Erzeugen eines kollimierten Signalstrahls;

ein erstes, ein zweites, ein drittes und ein viertes Optimalfilter, wobei jedes mehrere optische Speicher aufweist;

einen ersten im Signalstrahlengang angeordneten Strahlteiler zum Teilen des Signalstrahls in eine erste und eine zweite Komponente und zum Lenken der ersten und der zweiten Signalstrahl-Komponente auf einen ersten bzw. einen zweiten Weg;

einen zweiten im Strahlengang der ersten Komponente angeordneten Strahlteiler zum Teilen der ersten Strahl-Komponente in eine dritte und eine vierte Komponente und zum Lenken der dritten und der vierten Signalstrahl-Komponente auf einen dritten bzw. einen vierten Weg;

eine im Signalstrahlengang angeordnete Abbildungsvorrichtung zum räumlichen Modulieren des Signalstrahls, wobei die Abbildungsvorrichtung zwischen der Vorrichtung zum Erzeugen des Signalstrahls und dem ersten Strahlteiler angeordnet ist, um den Signalstrahl räumlich zu modulieren bevor der Signalstrahl in eine erste und eine zweite Komponente getrennt wird;

eine erste Vielfachstrahl-erzeugende holographische Linse mit ersten und zweiten gegenüberliegenden Flächen, wobei die erste Fläche der Vielfachstrahl-erzeugenden holographischen Linse im Strahlengang der dritten Signalstrahl-Komponente angeordnet ist,

wodurch die Vielfachstrahl-erzeugende holographische Linse eine erste Matrix von räumlich modulierten, einzeln konvergierenden auf das erste Optimalfilter fokussierten Strahlen erzeugt, wobei jeder Strahl der ersten Matrix mit der dritten Signalstrahl-Komponente identisch räumlich moduliert ist, und wobei die Vielfachstrahl-erzeugende holographische Linse eine zweite Matrix von räumlich modulierten einzeln divergierenden Strahlen erzeugt,

wobei jeder Strahl der zweiten Matrix mit der dritten Signalstrahl-Komponente identisch räumlich moduliert ist, und wobei die zweite Fläche der Vielfachstrahl-erzeugenden holographischen Linse im Strahlengang der vierten Signalstrahl-Komponente angeordnet ist, wodurch die Vielfachstrahl-erzeugende holographische Linse eine dritte Matrix von räumlich modulierten, einzeln konvergierenden auf das zweite Optimalfilter fokussierten Strahlen erzeugt, wobei jeder Strahl der dritten Matrix mit der vierten Signalstrahl-Komponente identisch räumlich moduliert ist, und wobei die Vielfachstrahlerzeugende holographische Linse eine vierte Matrix von räumlich modulierten einzeln divergierenden Strahlen erzeugt, wobei jeder Strahl der vierten Matrix mit der vierten Signalstrahl-Komponente identisch räumlich moduliert ist, wobei jeder Strahl der ersten Matrix auf jeweils einen der optischen Speicher des ersten Optimalfilters fokussiert ist, und jeder Strahl der dritten Matrix auf jeweils einen der optischen Speicher des dritten Optimalfilters fokussiert ist;

ein erstes im Strahlengang der Strahlen der zweiten Matrix angeordnetes optisches Korrektur-Element zum Fokussieren jedes Strahls der zweiten Matrix auf jeweils einen der optischen Speicher des dritten Optimalfilters;

ein zweites im Strahlengang der Strahlen der vierten Matrix angeordnetes optisches Korrektur-Element zum Fokussieren jedes Strahls der vierten Matrix auf jeweils einen der optischen Speicher des vierten Optimalfilters;

eine erste in den Strahlengangen der Ausgangsstrahlen des ersten, zweiten, dritten und vierten Optimalfilters angeordnete optische Detektionsvorrichtung zum Erzeugen eines Signals, falls die Korrelation zwischen dem Muster eines der auf die Optimalfilter fokussierten Strahlen und dem optischen Speicher, auf den dieser Strahl fokussiert ist, einen bestimmten Wert übersteigt;

ein fünftes, ein sechstes, ein siebtes und ein achtes Optimalfilter, wobei jedes mehrere optische Speicher aufweist;

einen im Strahlengang der zweiten Signalstrahl-Komponente angeordneten dritten Strahlteiler zum Teilen der zweiten Strahl-Komponente in eine fünfte und eine sechste Komponente und zum Lenken der fünften und der sechsten Strahl-Komponente auf einen fünften bzw. einen sechsten Weg;

eine zweite Vielfachstrahl-erzeugende holographische Linse mit ersten und zweiten gegenüberliegenden Flächen, wobei die erste Fläche der Vielfachstrahl-erzeugenden holographischen Linse im Strahlengang der fünften Signalstrahl-Komponente angeordnet ist, wodurch die Vielfachstrahl-erzeugende holographische Linse eine fünfte Matrix von räumlich modulierten, einzeln konvergierenden auf das erste Optimalfilter fokussierten Strahlen erzeugt, wobei jeder Strahl der fünften Matrix mit der fünften Signalstrahl-Komponente identisch räumlich moduliert ist, und wobei die Vielfachstrahlerzeugende holographische Linse eine sechste Matrix von räumlich modulierten einzeln divergierenden Strahlen erzeugt, wobei jeder Strahl der sechsten Matrix mit der fünften Signalstrahl-Komponente identisch räumlich moduliert ist, und wobei die zweite Fläche der zweiten Vielfachstrahl-erzeugenden holographischen Linse im Strahlengang der sechsten Signalstrahl-Komponente angeordnet ist, wodurch die zweite Vielfachstrahl-erzeugende holographische Linse eine siebte Matrix von räumlich modulierten, einzeln konvergierenden auf den sechsten Optimalfilter fokussierten Strahlen erzeugt, wobei jeder Strahl der siebten Matrix mit der sechsten Signalstrahl-Komponente identisch räumlich moduliert ist, und wobei die Vielfachstrahl-erzeugende holographische Linse eine achte Matrix von räumlich modulierten einzeln divergierenden Strahlen erzeugt, wobei jeder Strahl der achten Matrix mit der sechsten Signalstrahl-Komponente identisch räumlich moduliert ist, wobei jeder Strahl der fünften Matrix auf jeweils einen der optischen Speicher des fünften Optimalfilters fokussiert ist, und jeder Strahl der siebten Matrix auf jeweils einen der optischen Speicher des sechsten Optimalfilters fokussiert ist;

ein drittes im Strahlengang der Strahlen der fünften Matrix angeordnetes optisches Korrektur-Element zum Fokussieren jedes Strahls der fünften Matrix auf jeweils einen der optischen Speicher des siebten Optimalfilters;

ein viertes im Strahlengang der Strahlen der achten Matrix angeordnetes optisches Korrektur-Element zum Fokussieren jedes Strahls der achten Matrix auf jeweils einen der optischen Speicher des achten Optimalfilters;

eine zweite in den Strahlengangen der Ausgangsstrahlen des fünften, sechsten, siebten und achten Optimalfilters angeordnete optische Detektionsvorrichtung zum Erzeugen eines Signals, falls die Korrelation zwischen dem Muster eines der auf das fünfte, sechste, siebte und achte Optimalfilter fokussierten Strahlen und dem optischen Speicher, auf den dieser Strahl fokussiert ist, einen bestimmten Wert übersteigt.

10. Optisches Korrelator-System nach Anspruch 9, wobei

der erste Strahlteiler die erste Strahl-Komponente auf eine erste Achse lenkt und die zweite Strahl-Komponente auf eine zweite Achse lenkt;

wobei das System desweiteren einen Spiegel umfaßt, der auf der zweiten Achse angeordnet ist, um die zweite Strahl-Komponente auf eine dritte zu der ersten Achse parallele Achse zu reflektieren;

wobei der zweite Strahlteiler auf der ersten Achse angeordnet ist, und der dritte Strahlteiler auf der dritten Achse angeordnet ist.