JPH09505139A - 自己親近性あるいはフラクタルなパターンを有する対象物を光学的に修正する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 この発明は、対象物あるいは対象物の流れを照明する露光装置と、表面から反射または散乱した結像光を受光して評価する後続電子評価部を備えた光学結像受光装置とを使用し、表面が光を反射ないしは散乱させることができ、表面上あるいはその中に自己親近性あるいは自己類似性あるいはフラクタルなパターンないしは構造を有するか、形成するか、あるいは呼び起こす、静止物体あるいは運動物体のような対象物あるいは対象物の流れを光学的に検出する方法に関わる。結像ビーム束は一連の光パターンとしてサンプリングされ、このサンプリングは個々の光パラーンを互いに空間的および／または時間的に結び付けることが自己親近性あるいは自己類似性あるいはフラクタルなパターンをスケーリングまたは回転または並進させることであり、少なくとも二つの変数を使用するように、類似性変換アルゴリズムを基礎にしてる。スケーリングまたは回転または並進の各段階内では、一つの記憶器内でサンプリングにより変数を介して生じる検出事象が対の値として記憶され活性化する。スケーリングまたは回転または並進の変数を介して、その対数によりスケーリングまたは回転または並進の関数の計算が行われる（例えばスケーリングを基礎に置くと、対の値は対象物あるいは対象物の流れに自己類似性がある場合、線型関数となる）。

Description

【発明の詳細な説明】 自己親近性あるいはフラクタルなパターンを有する 対象物を光学的に修正する方法 技術分野 この発明は、請求の範囲第１項の前段により、表面が光を反射ないしは散乱さ せることができ、表面上あるいはその中に自己親近性（selbstaffine）あるいは raktale)ないしは構造を有するか、形成するか、あるいは呼び起こす、静止物体 あるいは運動物体のような対象物あるいは対象物の流れを光学的に検出する方法 に関する。 従来の技術 自己親近性のあるいは自己類似性のあるいはフラクタルな形成物および構造は どこにでもある構造タイプの証であり、自然中の周囲の対象物や経過に代表され る。古典的な自己親近性のあるいはフラクタルな形成物として、幾何数学的な表 現でコッホ曲線(Kochkurve)あるいはジールピンスキー三角形(Sierpinskidreiec k)と言われる。構造体を任意に小さな部分に分解でき、これ等の部分の各々が全 体の構造体の一つの小さなコピーである場合、この構造体を正確に自己親近性で あると称する。ここで重要なことは、これ等の小さな部分が全構造体から類似性 変換により導ける点にある。その場合、二つの対象物がその大きさを別にしてほ ぼ同じ形状を有する場合、両者は似ている。スケーリング（Skalierung：特定な 割合で寸法を可変すること），回転および並進の結び付きを有する対象物間の変 換は類似変換である。 天然の自己類似性の構造は、環境中にあまり理想的には出現しない。つまり、 これ等の構造は多少確率的に変調され、特にスケーリングの不変性の特定の特性 がしばしば構造形成された構成の特定の大きさ範囲にしばしば制限する。これに 対して我々は自己親近性あるは自己類似性と呼んでいる。同じように多数の異な った自己親近性あるいはフラクタルな構造が多重フラクタルとして重なって生じ る。数学的な理想のフラクタルにも自然のフラクタルにも測定量ないしは特性量 として、特にフラクタルな寸法あるいは自己親近性寸法（ＦＤ）が使用される。 この値は有理数として与えられ、二つの量の結合ないしは可変幅の複雑さの分離 器である。その場合、自己親近性の寸法ＦＤは指数関数則に従う。 品質検査や工程検査では、自己親近性寸法の計測技術的な応用は今まで殆ど採 用されていない。確かに、自己親近性あるいはフラクタルは自然の多くのパター なる。その結果、分割面、穿孔パターンあるいは瘢痕パターン、泡中の気泡、皺 の配置あるいは濡れた面を大抵ただ外見上判断することが行われる。原理的には 、画像データ処理毎のこの種の検出はビデオカメラや記憶媒体により可能である が、系の適合が非常に特異で、これにより最終的にコストと利用度の関係に興味 がない場合に可能である。更に、ビデオカメラによる以後の画像データ処理に対 する表面の結像に関連する場合、二次光による特徴のぼやけは情報の損失にもな る。これに対して、しばしば自己親近性から自己類似性のパターンの支持体であ る分割面あるいは組織は大変故障しやすい。 ドイツ実用新案登録第 U1 93 01901号明細書により、対象物の表面に投影され たパターンにより拡散散乱する表面を調べる大面積光学形態測定装置が知られて いる。更に、ドイツ特許第 A1 35 32 690 号明細書により、加工品の表面粗さを 測定する方法が知られている。この方法では、表面に光を照射し、変換器を使用 して反射光の強度分布を測定し、測定値から粗さ信号を算出する。P．Pfeife に よる“Fractal Dimension As Working Tool For Surface-Roughness Problems” ,Application of Surace Science 18，1984，pp．146−164，Amsterdamにより、 表面の粗さを測定するためフラクタルな寸法を利用することが知られている。 発明の課題 この発明の課題は、この種の対象物あるいは物体の流れが検査領域で自己親近 性あるいは自己類似性あるいはフラクタルを有する限り、パターンあるいは構造 を光学的に検出して、対象物の状況あるいは物体の流れ、または処理の経過に関 する情報を提示するため、静止物体あるいは移動する物体の流れのような、対象 物あるいは物体の流れ、つまり処理過程を光学的に監視し、検出ないしは評価す ることにある。同様に、この発明の課題は結像装置や受光装置に対して移動する 対象物の相対運動の速度を測定することも可能であることにある。 この発明の開示とその利点 上記課題の解決策は、この発明によれば、a）結像ビーム束が一連の光パター ンとしてサンプリングされ、このサンプリングは類似性変換のアルゴリズムを基 礎とし、個々の光パターンの結合が相互に空間的および／または時間的に自己親 近性あるいは自己類似性あるいはフラクタルな構造体のスケーリングまたは回転 または並進であり、少なくとも二つの変数が使用され、b）スケーリングあるい は回転あるいは並進の各段階内にあって、一つの記憶器内でサンプリングから変 数を介して生じる検出事象を対の値として記憶して活性化することが行われる。 c）スケーリングまたは回転または並進の変数を介してそれ等の対数によりスケ ーリング関数または回転関数または並進関数の計算が行われる（例えば、基本と するスケーリングでは対の値のスケーリングに基礎を置くと、対象物あるいは物 体の流れの自己親近性がある場合、線型関数が生じる）。 この方法を実施する装置は、以下の点で特徴付けられる。即ち、a）結像ビー ム束が一連の光パターンとしてサンプリングできる光学装置、その場合、この検 査は個々の光パターンの結合が相互に空間的および／または時間的に自己親近性 あるいは自己類似性あるいはフラクタルな構造体のスケーリングまたは回転また は並進であるように、類似性変換のアルゴリズムを基礎とし、少なくとも二つの 変数を使用し、b）スケーリングあるいは回転あるいは並進の各ステップ毎に一 つの記憶器内で変数によるサンプリングから生じる検出事象の記憶と作動を対の 値の形で行い、c）スケーリングまたは回転または並進の変数を介して、対数関 数によりスケーリング関数または回転関数または並進関数の計算を行う（例えば 、スケーリングを基礎とする場合、対の値は対象物または物体の流れの自己親近 性があると線型関数を与える）。この発明の他の有利な構成は請求の範囲の従属 請求項に記載されている。 照明ビーム束も一連の光パターンを用いて有利な方法で変調されている。その 場合、この変調は、個々の光パターンの空間および／または時間的な相互の結び 付きが自己親近性のあるいは自己類似性のあるいはフラクタルなパターンのスケ ーリングまたは回転または並進であり、少なくとも二つの変数を使用するように 、類似性変換アルゴリズムを基礎にしている。その際、照明ビーム束の変調、結 像ビーム束のサンプリングおよび対の値を収納する記憶器の駆動は、制御部によ り制御された方法で互いに調整される。 結像ビーム束のサンプリングおよび／または照明ビーム束の変調では、発生し た列の光ビーム束が一群の照明面（光パターン要素）を有すると有利である。こ れ等の照明面は、自己親近性のあるいは正確に自己類似性のあるいはフラクタル なパターン、あるいは自己親近性のあるいは正確に自己類似性のあるいはフラク タルな構造を一定と見なすなら、少なくとも一つの共通の特性、つまり空間的お よび／または時間的な特性に関して、自己親近性のあるいは正確に自己類似性の あるいはフラクタルな光パターンを平面内に形成する。変数が選択された、ある いは存在しているような多くの記憶チャンネルが形成される。この発明の他の有 利な構成は請求の範囲の従属請求項に記載されている。 この発明の利点は、基礎とする自己親近性の工程、あるいは当該自己親近性の パターンあるいは当該自己親近性の構造を有する基礎となる対象物を推定するた め、同じ工程により監視できるか、あるいはパターンや構造を認識できる点にあ る。工程または対象物が自己親近性あるいは自己類似性を有するかあるいはフラ クタルであるかが前提となる。何故なら、自己親近性ないしはフラクタルな構造 はそれを発生させる工程の標識であるからである。多くの工程や自然のパターン には自己親近性が生じるので、この工程または対象物の判断が可能になる。その 結果、大体の期待像を発生させる方法により、ＦＤ測定を伴う産業上の検査実態 や工程検査が利用でき、これにより分割面、穿孔パターンや瘢痕、折り畳み装置 または濡れた面まあは泡中の気泡形成、および液体を期待像により監視できる。 この発明の核心は、対象物あるいは物体の流れの自己親近性、自己類似性、ある いはフラクタルなパターンまたは構造を検出するため、自己親近性または自己類 似性からフラクタルまでパターン化された光パターンにより前記対象物を照明し 、励起し、そしてそれから対象物のＦＤ関数を求めることにある。 用語「スケーリング」、「回転」および「並進」は数学的に理解すべきである 。以下では、類似性変換のアルゴリズムとして主にスケーリングに基礎を置く。 その場合、同じように回転関数または並進関数は類似性変換のアルゴリズムとし て基礎にすることもできる。 一回のスケーリングでは、例えば一つのパターン像中に種々の大きさの要素が 少なくとも一つのパラメータにより、例えば値が数え上げられる。その場合、異 なった量は少なくとも二つの変数に基礎をとする。これ等の変数はｘｙ平面内に あるかｘｙ平面内と時間軸内にあるか、あるいはｘ平面あるいはｙ平面内と時間 軸内にある。これは、パラメータまたは変数「量」がスケーリングされて規格化 されることを意味する。結果としは網目（規格量）に対する異なった大きさの要 素の頻度または占有密度に関する情報を与える対の値が記録される。ただ一回の サンプリングで励起パターンまたは励起点が時間軸上にのみあり得る。 従って、スケーリング操作あるいは回転操作あるいは並進操作はセンサ側、つ まり照明と結像側で行うと有利である。従って、画像の大きさに対して無関係で あり、ビデオ処理に対してただ一つの低減されたデータ容積しか必要でない。 パターン要素や物体の特徴の光学的な重なりを検出する場合の最適な選択性の ために、例えば分割面へ過度な照射を防止するため、一般的に励起側や受光側を パターン化して、乱れを防止すると、時として合理的である。特定のスケーリン グパラメータは、例えば偏光度または変色度（結晶講師に水が入る場合の結晶の 変色）に関するスケーリングでそのようなチャンネルを形成する相互の対応関係 を必要とする。 調べる特徴配置は大抵任意の形成物である。これは、パターン要素や物体の特 徴を多少完全に覆うことに関してスケーリング特性に応じて数値計算を必要とす る。これに関しては、スケーリングされた網目面を伴う特徴の交差を数え上げる こと、箱寸法を決めることに敏感ではない。 図面の簡単な説明 ここに示すのは、 第１図、この方法の原理図、 第２図、結像ビーム束をアルゴリズムに関して制御して光学的にサンプリング する構造に固有な受光および評価系の原理図、 第３図、結像ビーム束をアルゴリズムに関して制御して光学的にサンプリング する構造に固有な受光および評価系の他の原理図、 第４図、照明に対する光パターンを順次発生させる装置の断面図、 第５図、第４図を 90 度回転した図面、 第６図、第５図の断面「Ａ」，「Ｂ」，「Ｃ」に対応するＡ，Ｂ，Ｃ矢視図、 第７図、第５図の「Ｄ」の矢視図、 第８図、照明光パターンを順次発生させる他の装置の縦断面図、 第９図、第８図の線分Ｂ−Ｂに沿った断面図、 第１０図、直線照明光パターンの一例、 第１１図、円形照明光パターンの一例、 第１２図、第８図の装置に対する構造上の変形種、 第１３図、対象物、露光パターン、発光と受光要素の付属配置の展開図、 第１４図、比較的広い走査トラックを用いて面状のサンプリングの構造上の変形 種の縦断面図、 第１５図、第１４図の線分Ｂ−Ｂから見た矢視断面図、 第１６ａ，ｂ，ｃ，ｄ図、照明部、物体表面、受光要素アレーおよび得られたサ ンプリング網目の例を順次示す図面、および、 第１７図、この方法の他の原理図、 である。 第１〜３図に基づき、原理的な方法を説明する。対象物１０あるいは物体の表 面は光源により照明される。その場合、単純に検出器を設けた場合、結像ビーム 束（第１図と第２図）のみが、あるいは複雑に検出器を設けた場合、結像ビーム 束と照明ビーム束（第３図）がアルゴリズムに関連して一連の光パターンとして サンプリングされかあるいは照明され、対象物１０のクラスに特有なコントラス を検出するためにサンプリングされる。個々の光パターンを互いに結び付けるこ とは、自己親近性のあるいは自己類似性のあるいはフラクタルなパターンをスケ ーリングするものとして空間的および／または時間的に行われる。第１図には、 例えば４つの変数 var_1, Var_2, Var_3, Var₄ が採用されている。これ等の変数は 異なった大きさの光パターンに相当し、ここでは異なった大きさの二乗受光要素 １，２，３，４，SxS である。これ等の量 SxSは選択された類似性変換アルゴリ ズムに従って互いに関連する。スケーリングの各段階内にあって、記憶器内でサ ンプリングにより変数を介して生じる検出事象の記憶と活性化が対の値の形で行 われる。スケーリングの変数を介して、対数によりスケーリング関数の計算が行 われる。その場合、対の値は、対象物あるいは物体の流れのパターンあるいは構 造が、求めるスケーリング関数である線型関数となる。この関数は、項 log(S) を規格化または与える場合、項 log(1/S)を介して項 log(Var_n)を与えることを 意味する。重要なことは、対数処理が計算器側であるいはソフトウェヤ側で行わ れるのでなく、対数処理が計算側あるいはソフトウェヤ側で行われるのでなく、 この対数処理は類似性変換のアルゴリズムに基づき、また求めるパターンあるい は構造が自己親近性、あるいは自己類似性、あるいはフラクタルであるという事 実から生じる。 第１７図には、この方法のアクテクチャーの他の原理図が示してある。運動す る対象物１０を照明し、結像光束および／または照明ビーム束をアルゴリズムに よりスケーリングされた光学系で一連の光パターンとしてサンプリングする。光 パターンを結び付けること、従って事象の検出は、計数器Ｚ1-Ｚ2-Ｚ3-Ｚ4 によ り行われ、これ等の計数器の評価がフラクタルな寸法ＦＤを与える。 第４〜７図には、対象物１０の表面を露光するため光パターンを順次発生する センサの技術的構成が示してある。機能原理は、対象物、および事象の雑音を最 小にすることに関して同時に監視して、物体の速度に関して、露光パターンで走 査周波数を合わせることに関して露光パターンによる幾何学的な判定基準のクラ スを形成することにある。露光パターンは光パターンの投影と露光時間の組み合 わせで決まる。 センサは光軸２１を通過する二つの主断面図に示してある。ハウジング１１の 中では、印刷基板１２の上に発光素子と受光素子１４用のベース１３があり、こ のベースは窓とレンズ要素１６で遮断されている筒体１５を担持している。この 窓とレンズ要素１６の下には、多重焦点の露光結像レンズ１７が組み込まれてい る。対象物１０への光を集束させることは窓とレンズ要素１６および露光結像レ ンズ１７の組み合わせにより行われる。この露光結像レンズ１７は露光ビーム束 １８を集束するため特別なレンズ構成の中心領域１７′を有する。この中心領域 は共通ビーム束１９を集束させるため特別なレンズ構成の領域１７″により１７ ′の両側から取り囲まれている。その場合、領域１７″は領域１７′の周りでト ーラス状に形成されている。 発光と受光要素１４に関する第６Ｃ図の部分図は、発光と受光要素１４の半導 体部品の発光面と受光面の幾何学配置を示す。水平中心線上の発光面１４′の直 列配置の両側には、垂直中心線２２の上に対称に二つの受光面１４″，１４″′ が配置されている。 第６ＢとＡ図には、光を対象物１０に集束させることが多重焦点の露光結像レ ンズ１７の光学部材または光学領域１６′と１７′の組み合わせにより行われる 。この露光結像レンズは例えば原理的に円柱レンズであり、幅ｂの長方形輪郭を 有する球面レンズ領域（第６Ａ図）を表す領域１７′内にホログラフ物理光学要 素として構成されている。対象物１０から反射されたあるいは散乱された光は、 外側にある二つのレンズ部分１７″と１７″′により発光と受光要素１４の受光 面１４″，１４″′に集束される。第６Ｂ図は窓とレンズ要素１６の平面図を示 す。この場合、領域１６′は露光結像レンズ１７の領域１７′のように幅ｂの長 方形輪郭を有し、横領域１６″，１６″′により横から取り囲まれている。半導 体素子１４′と１４″の組み合わせとそれ等の対象物１０の表面への対応により 、交互動作で構造データの測定と速度の測定が行われ、後者は前者の基準量とし て使用される。 網目を被せる例で構造データを測定するには、第７図の図形が使用される。発 光面１４′のプログラム制御された組分けと発光は、時間列にして運動する対象 物１０上で、大きさ、つまり長さ S_min の最小部と長さ S_max の最大部ので区分 けされた露光面２３の枡目と期間を発生させる。この場合、大きさの区分けと露 光期間は、対象物１０の表面の上に横木の幅と数が特定の方法で繰り返す梯子状 の走査網目２４を敷きつめるように関連付けてある。受光側では、例えは各網目 面をパターンで部分的に覆うことにより、前記露光プログラムに組の対応関係が 同期している。 速度測定には、発光側で発光面の配置をその都度正方向にずらして繰り返す発 光が行われ、最も簡単な場合、例えばただ一つの発光面となる。この像２５は窓 領域２６の対象物を（サンプリング速度と窓領域２６により）決まる相対速度で 、絶対サンプリング速度２７を発光側で可変する場合、走査つまりサンプリング する。速度２０と２７の方向および値の均一性と共に「事象の雑音」は最小値を 占め、事象の信号のエッジはこの段階の近くで平坦になる。評価側では、この均 一性の段階が適当な方法で、例えば可変への帰還により駆動され検出される。セ ンサに対する対象物の表面の相対速度は既知の実際のサンプリング速度２７から 求まる。 この装置を用いて、特徴の大きさの区分けに関する事象の数え上げも必要なよ うに行われる。その場合、露光面の発光側で実際に既知の値が評価側のフィルタ ーを制御する。例えば、独立した事象に対して時間窓を決める。このように、分 割面の光学的な事象雑音もスケール不変性に関する調査をやり易くする。その場 合、二つの受光要素を組分けして分離すると効果的である。 大きさに依存する速度の測定には連続可変が使用される。これには、センサ制 御部により更に一つのブループに関して異なった大きさの発光面の集合が繰り返 される。 前記タイプのセンサ回路は、設計および応用の使用データに関してそれぞれ予 測されるパターンを揃えている。つまり、信頼性のある構造データを得るため、 直線サンプリングと連続する露光プログムがサンプリングの大きさに合わせて必 要となる。検出すべきパターンの変更は当然サンプリングトラック上で生じる筈 である。 原理的には、発光要素の縮尺通りの結像、あるいは露光パターンの矩形構造に 結び付くものではない。変換光学系により適当な調整を行える。発光要素と受光 要素は透過光構造方式でも共通の光軸上に配置できる（光スイッチ構造）あるい は光導体ケーブルまたは光導体アダプターの端面として構成することもできる。 受光側では、一つまたはそれ以上の面要素の配置が可能であり、これ等の要素は それぞれ固有の評価チャンネルで一つまたはそれ以上の信号を集積方式により発 生させることができる。受光側では、異なった長さの（「長さをスケーリングし た」）面要素を配置することができる。 他の技術実施例を第８〜１１図に示す。ハウジング２８の中には、回転するホ ログラムホルダー３０を駆動する駆動モータ２９が配設されている。このホログ ラムホルダーは、主に二分割形状の二つの円形リング機能領域（第９図）を有す る。つまり、対象物への露光プログラムを有する外部リングと同期評価制御用の 内部リングである。少なくとも一つの機能領域はスケーリング露光ビーム束を発 生させるためにあり、少なくとも一つの機能領域はスケーリング結像ビーム束を 発生させるためにある。光スイッチ３１は制御量をサンプリングするためにあり 、受光ダイオード３２は対象物１０から散乱または反射した光を受光するために ある。光源３７，例えばレーザーダイオードにより露光ビーム束３３が発生し、 このビーム束が露光合成光学系３４を通過して対象物１０に入射し、そこから光 を受光ダイオード３２に導く光分離鏡３５に反射ないしは散乱される。これ等の ユニットはハウジング２８のケースカバー３６に適当に固定されている。 殆ど動かない対象物１０の場合には、この対象物の表面にホログラムホルダー ３０の回転するホログラムで露光パターンを発生させる（例えば露光面の可変と 移動），この場合、第１０図には直線状の露光パターン３８が、また第１１図に は円形の露光パターン３９が図示されている。関連する信号評価用の制御量は、 光学部材として働くホログラムホルダーの回転する内部リングと同期して読取さ れる。 スケーリング検知装置のユニットを直列配置にして使用する平行な露光パター ンを発生させるため、第１２図は並びに対して垂直な模式断面の構造の実施態様 を示す。この場合、サンプリング運動は図面に垂直に行われる。ハウジング４６ の内部には、個々に駆動できる発光素子を有する光源アレー４０が、紙面に垂直 に直線状に配設されている。露光光学系４１により、露光ビーム通路４２が光パ ターンの形で対象物１０の表面に投影され、そこから結像ないしは受光ビーム通 路４３として反射ないしは散乱され、結像受光光学系４４を経由して受光素子４ ５に導入される。これ等の受光素子は、例えばフォトダイオードであり、図面に 垂直に直線状に配設されている。センサはハウジング４６の中に配置されている 。素子の対を平行に駆動するとデータ収集を有利に圧縮する。その場合、光ビー ムを広がるように配置することにより乱れたビームを相互に防止する。 このため、第１３図が対象物１０，露光パターン、発光と受光要素４０，４５ の配置を展開図にして模式的に示してある。対象物１０の表面は帯状のパターン と共に方向矢印４７の方向に移動する。この矢印に平行に光源アレー４０の発光 要素が配置されている。得られる発光パターン４８は水平に配置された階段状の 長さの帯状光面４９，４９′により発生する。結像あるいは受光ビーム通路４３ は結像受光光学系４４の列を経由して受光要素４５の列に導入される。 第１２図と第１３図には、正確な（歪みのない）露光と結像のために光学系の 構成が特別でなく行われている。これは、絞り、発光または受光面の非球面部品 あるいは設計により実現されている。受光光学系は十分な大きさでそれぞれ一つ の光帯輪郭４９，４９′を有する。構造データを検出するため、この例のセンサ 制御部を備え、発光側の一定光で、段を付けた電荷積分が受光または評価側で物 体の速度４７に対して一定の関係で行われる。露光パターン４８は、この実施例 では、寸法の異なる重なった導体状の４つの個別網目で構成されている。最も小 さい光の帯４９には、最高のサンプリング周波数が対応している。 この構造では、多数の露光パターンあるいはクラス分けされたパターンも対象 物に同時に使用される。例えば、４８のようなカバー網目が段を付けた偏光方向 の窓目盛と組み合わせて使用されている。その場合、それぞれ発光側と受光側に 偏光子と検光子が配置されている。同じようにこの構想には方向または色の分類 の組み合わせもある。 対象物に関してこのような選択性のクラス形成とこれに対して予め形成された パターンを組み合わせて、模倣や解読の困難な対象物の符号化が行われる。この 種のセンサ配置により自然のパターンをサンプリングして、得られた構造データ をパターン媒体に記録すること他の実施態様もある。 第１４図と第１５図に示すセンサは面状のサンプリングに使用され、、説明し た実施例で実現できるものよりかなり広いサンプリングトラックを目指したもの である。露光パターンは、積分時間を同じように段付きにした場合、長手方向に 目盛った受光素子をグループ分けして形成している。 ハウジング５５内には、発光素子をマトリックス状に配置した発光部品５０が 配設されている（第１６a 図）。モータ駆動するズーム対物レンズ５１は系を一 定の大きさの範囲（第１６b 図）に合わせるためにあり、必要な場合、ステップ 比較により行われる。露光と結像ビーム通路５２の中には、結像ビーム束を受光 部品５３に向けて偏向させる光分離器５４が配設されている。 主に、速度を測定のため、発光部品５０の光端面は個々の発光素子，第１６a ，に付けてある。パターンの一部５７，第１６b ，内で対象物の速度が均一でな い場合には、検知トラックの一つまたはそれ以上の発光要素６１，６１′が作動 して、有効に定めるべき速度を与える。受光要素としては受光要素アレー５９の 受光素子５９の全体である。露光配置の移動は速度を測定するため露光光学系５ ６により 180度回転している。結像光学系５８により結像ビーム通路が受光要素 アレー５９、第１６c 図、に導かれる。得られたサンプリング網目６０は第１６ d 図に示してある。６３により露光配置の動きは速度測定のため６３で規定され る。 露光パターンを順々にあるいは広がるように発生させることは、必要により乱 れた過剰ビームを防止する。クラス分けされた多数の露光パターンを組み合わせ ると、複雑な構造に対して、あるいは符号化装置として予め形成されたあるいは 自然の構造と関連して応用を拡大させる。従って、特に連続する品物に対して速 度センサが提供され、このセンサは特定の構造特徴に有利に使用ないしは設定で きる。 特徴にコントラスを付けるには、光入射とサンプリング、明暗視野表示、透過 光または入射光の配置の伝統的な変形種により行われる。つまり、例えば入射光 での表皮の検査に特有な特徴のコントラスを付けるには、横からの光で影を付け る穴により、主に大きさが 1〜 4 mm の付着させた粒により、あるいは透過光の 場合、懸濁物により行われる。検査対象物は、サンプリングトラックが直線、円 形あるいは鋸歯状である場合、センサの走査斑点に対して一定の速度で相対移動 する。「パターンを認識する光スイッチ」として、前記技術がこれに合わせてあ る。構造センサにより一次的に検出されるフラクタルな寸法とスケーリング関数 の抽象的な判定基準は、検査に特有な見地で応用的に解釈される。その場合、プ ロセス定数のような判定基準、許容公差の維持、判定基準の発展傾向、同じクラ スで現れる集団、均一性、領域の一様性、縁部分の分解、大きさの相対分布が大 切である。 食品産業に対して、例えば構造センサの以下の可能な応用を挙げることができ る。 産業上の応用性 この発明は、特に例えば連続する品物に関して、確率的に散乱する密度の高い 特徴配置を有する対象物の特徴を検査するために応用できる。これ等の応用は食 品、薬品、環境、建築、焼結あるいはエネルギの産業で使用される。例えば、食 品産業では、粒子、フレーク、結晶、析出物、研磨物、製粉品のような粒質物を 材料に固有な任意の配置で検査できる。大きさ、形状スペクトル、比重、粗さ、 湿気、塑性度、弾性度、表面圧力、完全性、色合いおよび混合等に応じて、外観 が調整され、この外観は、圧力、温度、あるいは不純物成分のような処理パラメ ータに依存する。固化された形で材料や処理に固有な形成物が形成され、これ等 の形成物は通常、プレス、乾燥、ベーク、接着、焼結、或る成分を除去または添 加することのような固化処理により修正される。用語、粒質物構造、は最初粒状 物質に起因しない現象、穴形成、気泡形成、筋っぽさ、波形、傷模様のような現 象も含む。 参照符号のリスト １，２，３，４ 受光要素の形の光パターン ５ 結像ビーム束のスケーリングされた制御光学サンプリング ６ 記憶器 ７ 露光ビーム束のスケーリングされた照明部 ８ 結像ビーム束のスケーリングされたサンプリング ９ 制御部 １０ 対象物の表面 １１ センサハウジング １２ 印刷基板 １３ 発光要素と受光要素のベース １４ 発光要素と受光要素 １４′ 発光要素と受光要素の発光面 １４″，１４″′ 発光要素と受光要素の受光面 １５ 筒体 １６ 窓要素とレンズ要素 １６′，１６″，１６″′ 窓要素とレンズ要素の領域 １７ 多重焦点の露光結像レンズ １７′ 露光ビーム束を集束するため特別なレンズ配置の領域 １７″，１７″′ 領域１７′の両側で露光ビーム束を集束するため特別なレ ンズ配置の外部領域 １８ 最小の延びで中心位置に示す露光ビーム束 １９ 領域１７′の両側の共通ビーム束 ２０ 対象物と露光焦点との間の相対運動の方向 ２１ 光軸 ２２ 垂直中心線 ２３ 露光面 ２３′，２３″ 最小および最大の露光面 ２４ 導体状のサンプリング網目 ２５ 発光面１４′の像 ２６ 窓領域 ２７ 絶対サンプリング速度 ２８ ハウジング ２９ 駆動モータ ３０ 二つの円形リング状の機能領域を有する回転ホログラムホ ルダー ３１ 制御量をサンプリングする光スイッチ ３２ 対象物から散乱あるいは反射した光用の受光ダイオード ３３ 露光束 ３４ 露光おほび共通光学系 ３５ 光分離鏡 ３６ 個々の要素の固定部を備えたケースカバー ３７ 光源、例えばレーザーダイオード ３８ 直線状の露光パターンの例 ３９ 円形状の露光パターンの例 ４０ 個別に駆動できる発光要素を伴う光源アレー（図面に垂直 に）直線状に配置されている ４１ 露光光学系 ４２ 露光ビーム通路 ４３ 結像または受光ビーム通路 ４４ 結像受光光学系 ４５ 受光要素、例えばフォトダイオード（図面に垂直に）直線 状に配置されている ４６ ハウジング ４７ 方向矢印 ４８ 得られた露光パターン ４９，４９′ 階段状の長さのビーム状光面 ５０ マトリックス状配置の発光要素を有する発光部 ５１ モータ駆動されるズーム対物レンズ ５２ 露光と結像のビーム通路 ５３ 受光部 ５４ 光分離器 ５５ ハウジング ５６ 露光光学系 ５７ パターンの一部 ５８ 結像光学系 ５９ 受光素子アレー ６０ 得られたサンプリング網目 ６１，６１′ 速度測定用の受光素子配置 ６２ 動き矢印 ６３ 速度測定のため露光構造の運動

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．対象物あるいは対象物の流れを照明する露光装置と、表面から反射または散 乱した結像光を受光して評価する後続電子評価部を備えた光学結像受光装置とを 使用し、表面が光を反射ないしは散乱させることができ、表面上あるいはその中 に自己親近性あるいは自己類似性あるいはフラクタルなパターンないしは構造を 有するか、形成するか、あるいは呼び起こす、静止物体あるいは運動物体のよう な対象物あるいは対象物の流れを光学的に検出する方法において、 以下の構成、 a）結像ビーム束が一連の光パターンとしてサンプリングされ、その際、個 々の光パターンを互いに空間および／または時間的に結び付けることが自己親近 性あるいは自己類似性あるいはフラクタルなパターンのスケーリングあるいは回 転あるいは並進であり、少なくとも二つの変数を用いるように、サンプリングが 類似性変換アルゴリズムを基礎とし、 b）スケーリングあるいは回転あるいは並進の各段階内で、一つの記憶器内 でサンプリングから変数を介して生じる検出事象を対の値にして保管して活性化 することが行われ、 c）スケーリングあるいは回転あるいは並進の変数を介して、対数でスケー リングまたは回転または並進の関数の計算が行われ（例えばスケーリングに基礎 を置けば、対の値が対象物あるいは対象物の流れに自己親近性がある場合、線型 関数となる）， を備えていることを特徴とする方法。 ２．露光ビーム束も一連の光パターンで変調し、その場合、個々の光パターンを 互いに空間的および／または時間的に結び付けることが自己親近性あるいは自己 類似性あるいはフラクタルなパターンのスケーリングあるいは回転あるいは並進 であり、少なくとも二つの変数を用いるように、変調も同じように類似性変換ア ルゴリズムに基礎を置き、その際、露光ビーム束の変調、結像ビーム束のサンプ リング、および対の値を保管する記憶器を駆動することが、制御部により制御す ることにより互いに合わせてあることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方 法。 ３．対象物あるいは対象物の流れが表面上あるいはその中に自己親近性あるいは 自己類似性あるいはフラクタルなパターンないしは構造を有するか、あるいは形 成するかあるいは呼び起し、 結像ビーム束をサンプリングおよび／または露光ビーム束を変調する場合、 形成された列の光パターンを好ましくはスケーリングして、露光面（光パターン 要素）の一つのグループを有し、自己親近性あるいは自己類似性あるいはフラク タルなパターン、または自己親近性あるいは正確に自己類似性あるいはフラクタ ルな構造が一定と認識される場合、露光面は少なくとも一つの共通特性に関して 、つまり空間的および／または時間的に平面内に自己親近性あるいは自己類似性 あるいはフラクタルな光パターンを形成することを特徴とする請求の範囲第１項 または第２項に記載の方法。 ４．光パターン（光パターン要素）は一連の大きさに段を付けた正方形または長 方形で構成されていることを特徴とする請求の範囲第１項または第２項に記載の 方法。 ５．光パターン（光パターン要素）は長手方向に段を付けた線分で構成されてい ることを特徴とする請求の範囲第１項または第２項に記載の方法。 ６．光パターンは光パターン部分に連続可変され、この連続可変は光パターン要 素のスケーリング特性を維持していることを特徴とする請求の範囲第１項または 第２項に記載の方法。 ７．大きさに依存する速度測定のため、連続可変が使用され、それには制御部に より更に一群の異なった大きさの受光面ユニットが繰り返すことを特徴とする請 求の範囲第１項または第６項に記載の方法。 ８．光パターン要素は一つまたはそれ以上のスケーリングパラメータに関して可 変されることを特徴とする請求の範囲第１項または第２項に記載の方法。 ９．スケーリングパラメータを調整または可変するため、照明するべき全ての表 面を平行に大きさを可変することが、例えば周期的に駆動されるズーム光学系と それに合わせた露光時間により行われることを特徴とする請求の範囲第８項に記 載の方法。 10．光パターン（光パターン要素）の自己類似性は自己親近性から正確な自己類 似性を経由してフラクタルなパターンにより調整または可変されることを特徴と する請求の範囲第１項または第２項に記載の方法。 11．光パターンの自己類似性の調整または可変は非線型画像歪みズーム光学系に より行われることを特徴とする請求の範囲第１０項に記載の方法。 12．光パターン要素および／または対象物の特徴を光学的に重ね合わせる場合、 一つまたはそれ以上のスケーリングパラメータが、例えば偏光度あるいはカラー 目盛に関するスケーリングでチャンネル形成で相互に付属しているように励起と 受光側がパターン化されていることを特徴とする請求の範囲第１１項に記載の方 法。 13．対の値に関して連続的にサンプリングの新しい値毎に平均値が形成されるこ とを特徴とする請求の範囲第１項または第２項に記載の方法。 14．対象物あるいは対象物の流れを照明する露光装置と、表面から反射または散 乱した結像光を受光して評価する後続電子評価部を備えた光学結像受光装置とを 使用し、表面が光を反射ないしは散乱させることができ、表面上あるいはその中 に自己親近性あるいは自己類似性あるいはフラクタルなパターンないしは構造を 有するか、形成するか、あるいは呼び起こす、静止物体あるいは運動物体のよう な対象物あるいは対象物の流れを光学的に検出する装置において、 以下の構成、 a）個々の光パターンを互いに空間的および／または時間的に組み合わせる ことが自己親近性あるいは自己類似性あるいはフラクタルなパターンのスケーリ ングまたは回転または並進であり少なくとも二つの変数を使用するように、サン プリングが類似性変換アルゴリズムを基礎に置き、 b）スケーリングあるいは回転あるいは並進の各段階内で、一つの記憶器内 でサンプリングから変数を介して生じる検出事象を対の値にして保管して活性化 することが行われ、 c）スケーリングあるいは回転あるいは並進の変数を介して、対数でスケー リングまたは回転または並進の関数の計算が行われ（例えばスケーリングに基礎 を置けば、対の値が対象物あるいは対象物の流れに自己親近性がある場合、線型 関数となる）， を備えていることを特徴とする装置。 15．露光ビーム束も一連の光パターンと共に変調できる対象物あるいは対象物の 流れの前に他の光学装置を設け、その場合、個々の光パターンを互いに空間的お よび／または時間的に結び付けることが自己親近性あるいは自己類似性あるいは フラクタルなパターンのスケーリングまたは回転または並進であり、少なくとも 二つの変数が使用されように、変調が同じように類似性変換アルゴリズムを基礎 に置き、更に二つの光学装置を結び付ける制御装置を設け、その際、露光ビーム 束の変調、結像ビーム束のサンプリングおよび対の値を保管する記憶器を制御す ることが互いに調節されることを特徴とする請求の範囲第１４項に記載の装置。 16．光学装置は発光および受光要素（１４）を有し、この要素には窓レンズ要素 （１６）が後続し、この窓レンス要素の下に対象物（１０）の方向に露光結像レ ンズ（１７）があり、光を対象物（１０）へ集束させることは窓レンズ要素（１ ６）と露光結像レンズ（１７）により組み合わせにより行われることを特徴とす る請求の範囲第１４項または第１５項に記載の装置。 17．露光結像レンズ（１７）は露光ビーム束（１８）を集束させるレンズ装置の 中心領域（１７′）を有し、この領域は両側を外部にある領域（１７′，１７″ ）により、中心領域（１７′）から両側に光検出束（１９）を集束させるために 取り囲まれていることを特徴とする請求の範囲第１６項に記載の装置。 18．所定のスケーリングにより一連の光パターンを発生させるため、モータ駆動 で回転するホログラムホルダー（３０）が使用され、このホルダーは特に所定の 二つ折り部分としての少なくとも二つの機能領域を有し、光源（３７）により露 光面の変更や移動を発生させるため照明でき、その際、少なくとも一つの機能領 域がスケーリングされた露光ビーム束を発生させるために使用され、少なくとも 一つの機能領域がスケーリングされた結像ビーム束を発生させるため使用される ことを特徴とする請求の範囲第１４項に記載の装置。 19．スケーリングあるいは回転あるいは並進の変数は、例えば大きさおよび／ま たは時間で段階付けされた多角形、正方形、あるいは長方形あるいは直線あるい は角度あるいは色あるいは偏光度あるいは電磁または音響波長であることを 特徴とする請求の範囲第１項または第２項に記載の装置。