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Dokumentenidentifikation DE60030717T2 06.09.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0001192496
Titel ADAPTIV JUSTIERTER OPTISCHER KORRELATOR UND METHODE
Anmelder LITTON SYSTEMS, INC., Agoura Hills, Calif., US
Erfinder MITCHELL, A., Robert, Woodland Hills, CA 91367, US;
MILLS, A., Stuart, West Hills, CA 91307, US;
RYAN, James, Van Nuys, CA 91401, US
Vertreter Grünecker, Kinkeldey, Stockmair & Schwanhäusser, 80538 München
DE-Aktenzeichen 60030717
Vertragsstaaten DE, FR, GB
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 05.04.2000
EP-Aktenzeichen 009216961
WO-Anmeldetag 05.04.2000
PCT-Aktenzeichen PCT/US00/08992
WO-Veröffentlichungsnummer 2001077736
WO-Veröffentlichungsdatum 18.10.2001
EP-Offenlegungsdatum 03.04.2002
EP date of grant 13.09.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 06.09.2007
IPC-Hauptklasse G02B 27/46(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
IPC-Nebenklasse G06E 3/00(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   

Beschreibung[de]
Sachgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf optische Bildprozessoren oder Korrelatorsysteme, die kohärentes Licht verwenden, räumliche Lichtmodulatoren und Fourier-Transformationsoptiken, um Informationen zu verarbeiten oder Muster zu erkennen.

Beschreibung des in Bezug stehenden Stands der Technik

Es ist seit langem bekannt gewesen, dass zweidimensionale, räumliche Fourier-Transformationstechniken dazu verwendet werden können, Bilder zu verarbeiten. Eine Mustererkennung wird zum Beispiel oftmals durch Arbeiten mit der Fourier-Transformation eines räumlich variierenden Bilds, im Gegensatz zu dem Originalbild, erleichtert. Insbesondere erzeugen optische Korrelatoren die zweidimensionale Korrelation eines Eingangsbilds zu einem Referenzbild. Ein hohes Niveau einer Korrelation an einem lokalisierten Bereich innerhalb des Bild-Frames zeigt eine Erkennung des Referenzbilds in diesem Bereich an. Die Korrelationsfunktion wird am einfachsten durch Multiplizieren der Fourier-Transformation eines Bilds in der Frequenz-Domäne mit einem „Filter" durchgeführt, was eine Frequenz-Domäne-Darstellung eines Referenz-Bilds oder von Bildern ist. Die sich ergebende (zweidimensionale) Frequenzfunktion wird dann zurück zu der räumlichen Domäne transformiert. Obwohl eine solche Verarbeitung digital vorgenommen werden kann, kann sie viel schneller durch eine optische Fourier-Transformation des Bilds durchgeführt werden. Eine solche Hochgeschwindigkeits-Bildverarbeitung findet zahlreiche Anwendungen auf verschiedenen Gebieten, wie beispielsweise Sicherheit, Flugwesen, biomedizinische Diagnostiken und künstliche Intelligenz.

Optische Korrelatoren, die zweidimensionale Fourier-Transformationsoptiken und aktive, elektronische, räumliche Lichtmodulatoren (SLMs) verwenden, sind dazu verwendet worden, eine zweidimensionale Hochgeschwindigkeits-Mustererkennung durchzuführen. Zum Beispiel beschreibt das US-Patent Nr. 5,311,359 für Lucas et al., ein optisches Korrelatorsystem, das eine Quelle kohärenten Lichts und eine Mehrzahl von aktiven und passiven optischen Bauteilen, angeordnet entlang eines gefalteten, optischen Zickzack-Wegs, besitzt. Die aktiven, optischen Bauteile sind ein Eingangs-SLM, ein Filter-SLM und ein pixelartiger Fotodetektor (gewöhnlich eine CCD-Vorrichtung); jedes dieser aktiven Elemente ist typischerweise ein Feld aus elektronisch adressierbaren, aktiven Pixeln, die in einer zweidimensionalen Matrix angeordnet sind. Die passiven Komponenten umfassen reflektive Fokussierspiegel und Polarisierer. In der patentierten Vorrichtung ist der optische Weg ein Tunnel, der innerhalb eines Blocks einer transparenten Keramik mit einem extrem niedrigen Temperatur-Expansionskoeffizienten (7 × 10–H/°C) enthalten ist.

1 stellt den optischen Korrelator nach dem Stand der Technik des Patents von Lucas dar, in dem eine kohärente, elektromagnetische Strahlungsquelle (typischerweise ein Laser) 10, die innerhalb eines festen, optischen Tragekörpers 12 angeordnet ist, einen kollimierten und polarisierten, kohärenten Strahlungsstrahl 14 erzeugt. Der Strahler 14 trifft auf einen pixelartigen, reflektiven Eingangs-SLM 16 und wird, durch welches Muster auch immer, elektronisch auf dem Eingangs-SLM 16 übergelegt, moduliert. Die Modulation ist räumlich verteilt. Wie in dem Patent diskutiert ist, werden, wenn ein magneto-optischer SLM verwendet wird, die Pixel des SLM jeweils einzeln elektronisch moduliert, um eine Drehung der Polarisation des reflektierten Lichts, als eine Funktion des Eingangssignals, das zu diesem Pixel adressiert ist, zu bewirken. Ein solcher SLM erfordert auch einen Eingangs-Polarisierer und einen Ausgangs-Polarisierer, die als ein Analysierer arbeiten (nicht in 1 dargestellt). Das Ergebnis ist dasjenige, dass einige Pixel des Felds effektiv mehr absorbieren, während andere mehr reflektieren, und zwar als eine Funktion des elektronischen, modulierenden Musters, das angewandt ist. Der modulierte Strahl 14 wird reflektiert und propagiert zu einem ersten, fokussierenden Spiegel 18. Der Strahl 14 wird von dem ersten, fokussierenden Spiegel 18 reflektiert und wird an einem Filter-SLM 20 fokussiert.

Vorausgesetzt, dass der erste Fokussierspiegel 18 die korrekte Brennweite besitzt, um den Eingangs-SLM 16 auf den Filter-SLM 20 abzubilden, ist es eine ausreichend bekannte Folge der Wellenoptiken, dass das Bild, das an der Ebene des Filter-SLM 20 gebildet ist, optisch durch eine räumliche Fourier-Transformation in eine Frequenz-Domäne-Darstellung F(u, v) des Eingangsbilds f(x, y) (wobei x und y die räumlichen Koordinaten des Eingangs-SLM 16 sind und u und v die räumlichen Koordinaten des Filter-SLM 20 sind) transformiert wird. Es muss verständlich sein, dass die Fourier-Transformation, auf die durchweg Bezug genommen ist, eine Fourier-Transformation einer Funktion (Intensität einer Modulation) ist, die mit der Position (in diesem Fall die Position auf der Fläche des Eingangs-SLM 16) variiert. Diese Fourier-Transformation einer räumlich variierenden Funktion sollte nicht mit der Fourier-Transformation einer zeitvariierenden Funktion verwechselt werden, die für Ingenieure geläufiger ist. Die ebenen Flächen der SLMs werden tatsächlich Funktionen präsentieren, die in zwei Dimensionen variieren; demzufolge wird das transformierte Bild eine zweidimensionale Fourier-Transformation sein, die die Frequenzkomponenten eines zweidimensionalen Bilds in zwei Dimensionen darstellt.

Das fourier-transformierte Bild, das an dem Filter-SLM 20 gebildet ist, wird weiter an dieser Fokusebene durch ein zweidimensionales Muster oder „Filter" moduliert. Das Filter ist typischerweise die zuvor erhaltene Fourier-Transformation einer bestimmten Referenz und besteht deshalb aus einem Muster aus Frequenzkomponenten, die auf einer zweidimensionalen Oberfläche aufgelistet sind. Die Korrelation eines Eingangsbilds zu einem Referenzbild kann, wie in dem Patent nach dem Stand der Technik beschrieben ist, durch Heranziehen des Produkts des fourier-transformierten Eingangsbilds und des fourier-transformierten Referenzbilds erhalten werden. Das Produkt F(u, v)·H(u, v) (wobei H(u, v) das Filter ist) wird dann durch einen zweiten Fokussierspiegel 22 auf einen Fotodetektor 24 fokussiert. Das sich ergebende Bild an dem Fotodetektor 24 ist die Fourier-Transformation des Produktbilds, was die Korrelation des Eingangsbilds zu dem Referenzbild ergibt (mit einer Umkehrung der Koordinaten x und y an dem Detektor). Die Korrelation der Eingangsfunktion und der Filterfunktion erscheint demzufolge an dem Fotodetektor 24 als eine zweidimensionale, korrelierte, optische Intensitätsfunktion.

Der vorstehend beschriebene, frühere Korrelator muss präzise optisch für den besten Betrieb ausgerichtet werden. Die optischen Bauteile, umfassend den Eingangs-SLM 16, den Filter-SLM 20, den Fotodetektor 24 und die Spiegel 18 und 22, müssen in einer optischen Ausrichtung zu dem Strahl 14 justiert werden. Die notwendigen Einstellungen erfordern eine große Präzision und Genauigkeit, um die Anordnung in eine optimale, optische Ausrichtung zu bringen. Die Ausrichtung ist, wenn einmal ausgerichtet ist, oft schwierig beizubehalten, da sie durch thermisch bedingte Spannungen, die auf die optische Anordnung und die kohärente Lichtquelle aufgebracht werden, beeinflusst wird. Eine durch mechanische Befestigung und Vibration induzierte Spannung kann auch unerwünschte Fehlausrichtungseffekte bewirken.

Die kritischste Ausrichtung in den früheren Korrelatoren ist, wie durch Lucas erkannt ist, die Einstellung der Position des Filter-SLM 20 relativ zu dem Eingangs-SLM 16. Diese Einstellung ist in der Geometrie des Patents von Lucas kritisch. Der patentierte Korrelator listet eine spezifische, räumliche Frequenzkomponente des Eingangsbilds zu einem spezifischen Punkt in der Fokusebene des ersten, fokussierenden Spiegels 18 auf. Für einen geeigneten Betrieb muss jede spezifische Eingangsbild-Frequenzkomponente weiter durch die spezifische, entsprechende Filterfrequenzkomponente moduliert (multipliziert) werden. Dies erfordert, dass die spezifischen Frequenzkomponenten des Eingangsbilds zu spezifischen Pixeln des Filter-SLM 20 aufgelistet werden. Für den besten Betrieb muss sogar noch eine zwingendere Bedingung erfüllt werden: die spezifische Frequenzkomponente des Eingangsbilds muss zu der Mitte des entsprechenden Filter-Pixels aufgelistet werden. Dies erfordert, dass die Position des Filter-SLM 20 in x-, y- und z-Richtungen relativ zu dem Eingangs-SLM 16 eingestellt werden muss, wobei die Genauigkeit typischerweise in der Größenordnung von nur ein paar Mikron liegt.

In den früheren, optischen Korrelatoren ist es schwierig, die Eingangs- und Filter-SLMs präzise zu positionieren. Deren Position ist, wenn sie einmal positioniert sind, schwierig im Hinblick auf unvermeidbare mechanische und thermische Spannungen und Änderungen in den Umgebungsbedingungen beizubehalten.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Erfindung ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum adaptiven Ausrichten eines optischen Korrelators.

Im Gegensatz dazu, den kohärenten Strahl in die optische Anordnung unter einem festgelegten Winkel, wie bei früheren Korrelatoren, einzuführen, verwendet die Erfindung eine Strahlablenkungseinrichtung, die dynamisch die Strahlablenkung in Abhängsgkeit eines Korrektursignals variiert. Ein Rückführsystem erfasst eine Fehlausrichtung und liefert ein Korrektursignal, das bewirkt, dass die Strahlablenkungseinrichtung den optischen Korrelator zurück in eine geeignete Ausrichtung bringt.

Um dynamisch einen optischen Korrelator (der einen Eingangs-SLM, einen Filter-SL und einen Fotodetektor umfasst) auszurichten, verwendet die Erfindung ein Testmuster, um den Eingangs-SLM zu modulieren, da gleichzeitig ein unabhängig fourier-transformiertes Frequenz-Domäne-Referenzmuster auf den Filter-SLM aufgebracht wird. Wenn der optische Weg korrekt ausgerichtet ist, einschließlich der kritischen Ausrichtung der Eingangs- und Filter-SLMs, wird ein zweidimensional fourier-transformiertes Bild des Eingangs-SLM-Testmusters auf den Filter-SLM fokussiert werden, wobei Frequenzkomponenten zu den entsprechenden Frequenzkomponenten in dem unabhängig transformierten Frequenz-Domäne-Referenzmuster ausgerichtet sind. Das sich ergebende Bild an dem Fotodetektor wird in diesem Fall eine scharte Intensitätsspitze an einer vorgebbaren Stelle sein. Wenn andererseits die optische Ausrichtung einen leichten Fehler aufweist oder von der Ausrichtung weg driftet, wird sich das transformierte Testmuster nicht geeignet zu den entsprechenden Frequenzkomponenten des Frequenz-Domäne-Referenzmusters an dem Filter-SLM ausrichten. In diesem Fall wird das sich ergebende Bild an dem Fotodetektor leicht diffus und/oder von einer relativ niedrigeren Intensität werden.

Das Signal von dem Fotodetektor-Ausgang wird dazu verwendet, ein Rückführsignal abzuleiten, das für den Fehler in der Ausrichtung kennzeichnend ist. Das Rückführsignal wird dann verarbeitet und ein geeignetes Korrektursignal wird dann an ein elektromechanisches Aktuatorfeld angelegt, das leicht die Richtung des kohärenten Strahls ändert. Diese leichte Änderung in dem Strahlwinkel stellt leicht die Ausrichtung des transformierten Testmusterbilds auf den Filter-SLM ein, um dadurch dynamisch den optischen Korrelator zurück in Ausrichtung zu bringen.

Unabhängige Rückführschleifen sind vorzugsweise für eine zweidimensionale Einstellung in den bevorzugt orthogonalen Richtungen einer Strahlablenkung vorgesehen. Während eines Betriebs des optischen Korrelators wird die Ausrichtung gelegentlich getestet, um eine geeignete Ausrichtung beizubehalten. Eine Rückführschleife mit gelegentlichen Abtastfunktionen als ein Hill-Climbing-Servo sucht den höchsten Korrelations-Peak mit Testmustern und behält eine Betrachtung des Korrelations-Peaks ungeachtet einer Variation in der thermischen oder mechanischen Umgebung bei.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines optischen Korrelators nach dem Stand der Technik;

2 zeigt ein Blockdiagramm der Erfindung;

3 zeigt eine geschnittene Draufsicht eines optischen Korrelators, der die Erfindung einsetzt;

4 zeigt eine Schnittansicht, die entlang einer Schnittlinie 4-4 der 3 vorgenommen ist;

5a, 5b und 5c zeigen vergrößerte Bilder eines Beispiels eines räumlichen Testmusters, einer Frequenz-Domäne-Darstellung des räumlichen Testmusters und des Ausgangs-(Autokorrelations)-Musters, das an dem Fotodetektor erhalten ist, jeweils;

6a, 6b, 6c und 6d zeigen Zeitdiagramme, die jeweils in (a) ein Zittersignal, angelegt an die Strahlablenkungseinrichtung, in (b) den Peak-Fotodetektor-Ausgang an einem Arbeitspunkt unterhalb der optimalen Ablenkung, in (c) den Peak-Fotodetektor-Ausgang an einem Arbeitspunkt oberhalb der optimalen Ablenkung, und in (d) den Peak-Fotodetektor-Ausgang an der optimalen Ablenkung darstellen;

7 zeigt eine grafische Darstellung eines Peak-Fotodetektor-Ausgangs gegenüber einer Strahlablenkung, die verschiedenen Betriebspunkte angebend;

8 zeigt ein Blockdiagramm eines adaptiven Ausrichtungssystems, das in der Erfindung verwendet werden kann, einschließlich einer Strahlablenkungseinrichtung, die in einer Draufsicht dargestellt ist; und

9 zeigt eine Schnittansicht eines piezoelektrischen Aktuator-Felds, das zur Verwendung als eine Strahlablenkungseinrichtung geeignet ist.

Detaillierte Beschreibung

Die Erfindung richtet dynamisch einen optischen Korrelator durch Einführen eines kohärenten Strahls in die optische Anordnung unter einem Winkel, der dynamisch durch ein Rückführsystem eingestellt wird, aus. Das Rückführsystem erfasst eine Abweichung des Korrelators von einer vorgegebenen Ausrichtungscharakteristik – typischerweise optimale Ausrichtung – und liefert ein geeignetes Korrektursignal zu einer Strahlablenkungseinrichtung, um den Korrelator zurück in eine optimale Ausrichtung zu bringen.

2 stellt eine Übersicht auf einem Systemniveau der Erfindung dar. Ein kohärenter Strahlungsstrahl, typischerweise bereitgestellt durch einen Laser 30, wird in einen optischen Korrelator 32 durch eine Strahlablenkungseinrichtung 34 eingeführt. Ein digitaler Computer 36 oder äquivalente, digitale, logische Schaltungen liefern ein Testmuster 38 und ein Frequenz-Domäne-Referenzmuster 40 zu dem optischen Korrelator 32. Der optische Korrelator 32 moduliert, wie bei optischen Korrelatoren nach dem Stand der Technik, die vorstehend diskutiert sind, den kohärenten Strahl mit dem Testmuster, transformiert optisch den modulierten Strahl in eine Frequenz-Domäne-Transformation des Testmusters 38 und vergleicht optisch die Frequenz-Domäne-Transformation des Testmusters 38 mit dem Frequenz-Domäne-Referenzmuster 40, das unabhängig durch den digitalen Computer 36 zugeführt wird. Der Vergleich der zwei Muster wird in der Frequenz-Domäne-Darstellung durchgeführt und führt zu einem Strahl, der durch die Übereinstimmung oder Korrelation des Testmusters 38 mit dem Frequenz-Domäne-Referenzmuster 40 moduliert ist. Die Bilddarstellung der Korrelation, die die Genauigkeit der Ausrichtung des Korrelators anzeigt, wird dann optisch zurück in eine räumliche Domäne-Darstellung transformiert und durch einen Fotodetektor erfasst, um einen Ausgang zu erhalten.

Der Ausgang des optischen Korrelators 32 wird durch Schnittstellen-Elektroniken 42 in eine digitale Form umgewandelt und durch den digitalen Computer 36 gespeichert. Der digitale Computer 36 verarbeitet diese Ausgangsinformationen und führt ein Hill-Climbing-Servosystem aus, das Abweichungen von einer vorgegebenen Ausrichtungscharakteristik erfasst und ein geeignetes, digitales Korrektursignal (oder Signale) 44 ableitet. Das Korrektursignal (oder Signale) 44 wird in geeignete, analoge Pegel durch die Schnittstellen-Elektroniken 42 umgewandelt und ein daraus resultierendes Rückführsignal 46 steuert die Strahlablenkungseinrichtung 34 an, um den Winkel des kohärenten Strahls einzustellen, was den optischen Korrelator 32 zurück in eine Ausrichtung bringt.

3 stellt einen optischen Korrelator 32 dar, der eine Strahlablenkungseinrichtung 34 zum Korrigieren von Systemfehlausrichtungen einsetzt. Elemente, die analog zu Elementen sind, die in 1 zum Stand der Technik dargestellt sind, sind mit gestrichenen (') Zahlen entsprechend zu den Zahlen der analogen Elemente nach dem Stand der Technik bezeichnet. In der Ausführungsform, die dargestellt ist, ist die Strahlablenkungseinrichtung 34 ein elektromechanisches Aktuatorfeld, das auf einem optischen Tragekörper 12' montiert ist. Das Aktuatorfeld trägt wiederum eine Laseranordnung 30, die Kollimationsoptiken und ein Apodizing-Filter verwendet. Die Kollimationsoptiken und das Apodizing-Filter (beide nicht dargestellt) werden herkömmlich dazu verwendet, einen gut kollimierten Strahl 14' mit einer ungefähr konstanten Intensität über ein bestimmtes, radiales Strahlprofil (das vorzugsweise größer als die optisch aktive Oberfläche des Eingangs-SLM 16' ist) zu erhalten. Der optische Tragekörper 12' trägt die aktiven und passiven, optischen Elemente, die einen gefalteten, optischen Zickzack-Weg für den Strahl 14' definieren. In der Ausführungsform, die dargestellt ist, umfasst der optische Tragekörper 12' Tunnel 50, 52, 54, 56 und 58 für den optischen Weg des Strahls 14'. Obwohl ein fester, transparenter, optischer Tragekörper 12' altemativ verwendet werden kann, verringern Tunnel die Störungen, die durch Inhomogenitäten in dem festen Material des Körpers verursacht werden.

Der Strahl 14', der von der Laseranordnung 30 ausgeht, wird unter einem Winkel durch den Eingangs-SLM 16' an dem Ende des Tunnels 50 reflektiert; der Strahl 14' propagiert dann zurück zu einem ersten, fokussierenden Spiegel 18' an dem Ende des Tunnels 52. Der Strahl 14 wird erneut unter einem Winkel von dem fokussierenden Spiegel 18' reflektiert und propagiert durch einen ersten Polarisierer 60 in dem Tunnel 54 zu einem Filter-SLM 20' an dem Ende des Tunnels 54, wo er ein transformiertes Bild der Informationen, die auf den Strahl 14 durch den Eingangs-SLM 16' aufmoduliert sind, bildet. Der Strahl 14' wird weiter moduliert und von dem Filter-SLM 20' reflektiert. Als nächstes propagiert der zweimal modulierte Strahl zu einem zweiten, fokussierenden Spiegel 22' an dem Ende des Tunnels 56 und wird ein viertes Mal reflektiert, bevor er durch einen zweiten Polarisierer 61 in dem Tunnel 58 propagiert, um an einem Fotodetektor 24', an dem Ende des Tunnels 58, anzukommen, der das Ausgangs-(korrelierte)-Signal erfasst. Der optische Zickzack-Weg, dem der Strahl 14 folgt, der sich aus der vorstehend beschriebenen, optischen Anordnung ergibt, ist eine passende Geometrie, ist allerdings nur eine von vielen möglichen Geometrien, die in Verbindung mit der Erfindung verwendet werden können. Verschiedene gefaltete, polygonale oder gradlinige Geometrien könnten zum Beispiel auch verwendet werden.

Die Strahlablenkungseinrichtung 34 ist typischerweise ein elektromechanisches Aktuatorfeld, das zwischen der Laseranordnung 30 und dem optischen Tragekörper 12' zwischengefügt ist. Wenn ein Rückführsignal an die Strahlablenkungseinrichtung 34 angelegt ist, kippt sie den Laser und bewirkt dadurch, dass sich der Winkel des optischen Wegs des Strahls 14' leicht verschiebt. Dies ist durch den verschobenen, optischen Weg 62 dargestellt, wobei der Winkel davon durch einen Winkel &agr; relativ zu dem ursprünglichen, optischen Weg des Strahls 14' verschoben ist, wie dies dargestellt ist. Eine leichte Änderung in dem Eintrittswinkel wird vergrößert, wenn der Strahl durch den verschobenen, optischen Weg 62 propagiert, was bewirkt, dass sich das Bild, gebildet an dem Filter-SLM 20', um &Dgr;x verschiebt. Wie in 4 dargestellt ist, kann der Strahl auch durch die Strahlablenkungseinrichtung 34 in der y-Richtung abgelenkt werden, was zu einer Verschiebung in der Bildposition von &Dgr;y relativ zu dem Filter-SLM 20' führt. Eine Verschiebung in der Bildposition an dem Filter-SLM 20' beeinflusst wiederum die Ausrichtung des transformierten Bilds zu dem Filter-SLM 20' und gibt Anlass zu einer entsprechenden Änderung in dem Ausgangsbild an dem Fotodetektor 24'.

Um leichte Verschiebungen in dem Strahleinfallswinkel zuzulassen, sollte der Durchmesser des kollimierten Strahls vorzugsweise ausreichend größer als der Eingangs-SLM 16' sein, so dass der Eingangs-SLM 16' vollständig beleuchtet, ungeachtet irgendwelcher Strahlverschiebungen, verbleibt, am bevorzugtesten mit einer ungefähr konstanten Beleuchtungsintensität.

Um Abweichungen des vorstehend beschriebenen, optischen Korrelators von der optimalen Ausrichtung zu erfassen, müssen ein Testmuster und ein entsprechendes Frequenz-Domäne-Referenzmuster (oder „Filter") gleichzeitig verwendet werden, um den Eingangs-SLM 16' und den Filter-SLM 20' jeweils zu modulieren. Diese SLMs sind typischerweise, wie im Stand der Technik beschrieben ist, pixelmäßig aufgebaute, adressierbare Felder aus aktiven, elektro-optischen, modulierenden Elementen, gewöhnlich in einer zweidimensionalen Matrix angeordnet. Die einzelnen Pixel des Eingangs-SLM 16' werden elektronisch so moduliert, dass sie, durch deren Reflexionen, zusammen den Strahl mit einem Muster, wie beispielsweise einem ringförmigen Muster 63, dargestellt in 5a (als ein Beispiel), modulieren. Das ringförmige Muster 63 bezeichnet den Teil des Eingangs-SLM 16', der moduliert werden soll, um Einfallslicht zu reflektieren. Der fokussierende Spiegel 18' besitzt eine Brennweite, die den Strahl von dem Eingangs-SLM 16' auf den Filter-SLM 20' abbildet, was die zweidimensionale Fourier-Transformation des Eingangsbilds (wie es durch den Eingangs-SLM 16' moduliert ist) an dem Filter-SLM 20' erzeugt.

Während das Testmuster den Strahl an dem Eingangs-SLM 16' moduliert, wird ein Frequenz-Domäne-Referenzmuster verwendet, um den Filter-SLM 20' zu modulieren. Das Licht, das von dem Filter-SLM 20' reflektiert, stellt demzufolge einen Vergleich des transformierten Eingangsbilds mit dem Frequenz-Domäne-Referenzmuster dar. Das Frequenz-Domäne-Referenzmuster sollte vorzugsweise die unabhängig erhaltene Fourier-Transformation, vorgenommen in zwei Dimensionen, des Eingangs-Testmusters sein, was zu einer Frequenz-Domäne-Darstellung des räumlichen Testmusters führt. Die Fourier-Transformation des Testmusters sollte vorzugsweise unabhängig vor einem Anwenden des Testmusters auf den Eingangs-SLM 16', durch eine digitale Berechnung, eine optische Transformation oder andere, herkömmliche Transformationsverfahren, erhalten werden. 5b stellt eine geeignete Wiedergabe des Musters, das durch eine Fourier-Transformation der 5a in zwei Dimensionen erhalten ist, dar; 5b würde demzufolge ein geeignetes Frequenz-Domäne-Referenzmuster sein, um es (an dem Filter-SLM 20') zusammen mit der 5a (an dem Eingangs-SLM 16') zu verwenden.

Der Ausgang an dem Fotodetektor 24' wird, wenn ein räumliches Testmuster und das entsprechende Frequenz-Domäne-Referenzmuster vorhanden sind und geeignet an den SLMs 16' und 20', jeweils, ausgerichtet sind, ein heller Peak sein, der durch einen Lichtfleck, zentriert an einer bestimmten Stelle auf dessen pixelmäßig aufgebauter Matrix, sein wird. Die Anzeige einer hohen Autokorrelation wird ein sehr stark fokussiertes und lokalisiertes Ausgangs-Peak-Signal mit hoher Intensität sein. Diese Situation ist durch 5c dargestellt, in der der Fleck 65 das Peak-Signal an der exakten Mitte der Matrix des Fotodetektors 24' anzeigt. Irgendeine Abweichung von einer perfekten, optischen Ausrichtung der SLMs, verursacht zum Beispiel durch eine Ablenkung des Strahls, wird bewirken, dass der Ausgang seine Fokussierung und Intensität verliert und diffuser wird, was eine Abnahme in der Korrelation anzeigt. Die Position des Peaks wird sich auch leicht auf der Matrix des Ausgangs-Fotodetektors 24' bewegen. Demzufolge wird, durch Anlegen eines räumlichen Testmusters und eines Testmusters einer entsprechenden Frequenz-Domäne-Darstellung (oder „Filter"), ein Vergleichssignal durch den Fotodetektor 24' erzeugt, das die Genauigkeit der optischen Ausrichtung anzeigt. Das Vergleichssignal wird dann verwendet, um ein geeignetes Rückführ- oder Korrektursignal abzuleiten, das, wenn es angewandt wird, um die Strahlablenkungseinrichtung 34 zu betätigen, den optischen Korrelator zurück in eine optimale Ausrichtung bringt. Das Rückführsignal, das dazu verwendet ist, eine optimale Ausrichtung beizubehalten, wird vorzugsweise als ein „Hill-Climbing" Servosystem ausgeführt. In einem solchen System wird mindestens ein oszillierendes „Zitter" Signal 66 mit niedrigem Pegel, aufgetragen gegenüber der Zeit in 6, an die Strahlablenkungseinrichtung 34 angelegt, um eine oszillierende Ablenkung des kohärenten Strahls 14' zu erzeugen. Vorzugsweise würden zwei separate, orthogonale Zittersignale aufeinanderfolgend angelegt werden, um unabhängige Ablenkungen des Strahls in x- und y-Richtungen zu erzeugen. Die Rückführ-Einstellungen würden dann unabhängig in jeder der unabhängigen Richtungen durchgeführt werden. Zur Vereinfachung ist eine Dimension der Einstellung in 2 dargestellt, allerdings ist die Erfindung nicht hierauf beschränkt.

In 7 stellt die Ausgangskurve 68 den Ausgang des Fotodetektors 24' (auf der vertikalen Achse) als eine Funktion der Ablenkung des kohärenten Strahls 14' (zum Beispiel als eine Funktion des Ablenkungswinkels &agr; in 3) mit einem Testmuster, das den Eingangs-SLM 16' moduliert, und einer entsprechenden Frequenz-Domäne-Referenz, die den Filter-SLM 20' moduliert, dar. Ein Maximum existiert an einem Punkt 70, der Winkel einer optimalen Ausrichtung.

Ein Hill-Climbing-Servoverfahren wird vorzugsweise dazu verwendet, den optimalen Punkt einer Ausrichtung (Punkt 70) zu suchen. Dessen Betriebsweise kann allgemein verstanden werden, indem zunächst zwei spezielle Fälle betrachtet werden.

Für den ersten speziellen Fall wird angenommen, dass zu Anfang der Ablenkungswinkel von dem Optimum leicht so abweicht, dass der Ausgang derjenige an dem Punkt auf der Linie 71, leicht nach links von der Mitte in 7, ist. Eine kleine Störung oder ein „Zittersignal" 66, das zwischen Phasen 72 und 74 in 6 oszilliert, wird an die Strahlablenkungseinrichtung 34 angelegt, was bewirkt, dass die Intensität des Korrelations-Peaks auf dem Fotodetektor 24' durch Oszillieren zwischen den zwei Niveaus, markiert mit 76 und 78 (dargestellt in sowohl 6b als auch 7), anspricht. Es sollte verständlich werden, dass sich die Position des Korrelations-Peaks leicht während der Ablenkung bewegen kann; die Intensität des Korrelations-Peaks wird durch Auffinden der maximalen Intensität auf der Matrix des Fotodetektors 24' ausgewählt (zum Beispiel durch Verarbeiten des Ausgangs des Fotodetektors mit dem digitalen Computer 36, wie dies nachfolgend diskutiert ist). Das erste, abgetastete Intensitätsniveau 76 stellt die Intensität des Korrelations-Peaks, abgetastet während der Zitterphase 72, das andere des entsprechenden Peaks, abgetastet während der Zitterphase 74, dar.

Eine Störung oder ein Zittern der Ablenkung auf diese Art und Weise wird eine Zeitvariation in der Intensität eines Korrelations-Peaks 80, gemessen an dem Fotodetektor 24', erzeugen. Die Intensität ist gegenüber der Zeit in 6b ausgedruckt (mit der Zeit auf der horizontalen Achse). Die Korrelation-Peak-Intensität 80 oszilliert in der Phase mit dem Zittersignal 66. Ein Subtrahieren der Intensität 80, abgetastet während der negativen Zitterphase, von der Intensität 80, abgetastet während der positiven Zitterphase, ergibt ein positives Korrelationssignal, das anzeigt, dass der Ausrichtungswinkel (&agr; oder &bgr;) zu niedrig ist (zum Beispiel ist &agr; links von der Mitte).

Für den zweiten speziellen Fall wird die Anfangsannahme hier geändert, unter der Maßgabe, dass der Strahlwinkel leicht zu der anderen Seite des Optimums abweicht, so dass die Korrektur-Peak-Intensität auf der Linie 81 in 7 zentriert ist. Ein Anlegen des Zittersignals 66 wird dann bewirken, dass die Intensität des Korrektur-Peaks zwischen Niveaus 82 und 84 auf der Seite mit negativer Schleife der Kurve 68 oszilliert. Die erhaltene Zitter-Intensität 87 des Korrelations-Peaks ist in 6c dargestellt. Die Intensität 87 oszilliert zwischen Pegeln 82 und 84, wie dies dargestellt ist, wobei die Phase in Bezug auf die Zitterreferenz 66 umgekehrt ist, was durch Überlegen der 6c und der 6a gesehen werden kann. In diesem Fall ergibt ein Subtrahieren der Intensität 87, abgetastet während der negativen Zitterphase von der Intensität 87, abgetastet während der positiven Zitterphase, ein negatives Korrektursignal, was anzeigt, dass der Ablenkungswinkel (&agr; oder &bgr;) zu hoch ist.

Nur dann, wenn die Ausrichtung des Korrelator-Systems so ist, dass die Intensität des Korrektur-Peaks präzise an dem Peak 70 der Ausgangskurve (Optimum) ist, ist die Korrelation-Peak-Intensität dieselbe bei beiden Auslenkungen des Zittersignals 66, da es sich von dem Optimum um denselben Betrag auf beiden Seiten des Peaks 70 unterscheiden wird (unter der Annahme einer symmetrischen Kurve 68). Diese Situation führt zu einem flachen Peak-Intensitätssignal 88 (6d), das eine optimale Ausrichtung anzeigt.

Das Störungs- oder Zittersignal führt demzufolge zu einer Art und Weise, die Schräge oder Abweichung des Ausgangssignals in Bezug auf einen Winkel des kohärenten Strahls (zum Beispiel &agr; oder &bgr;) zu erfassen. Unter Suchen der Abweichung von Null kann ein Maximum des Ausgangssignals gefunden werden. Irgendeine Abweichung der optimalen Ausrichtung der Anordnung von dem Optimum wird einen ungleichen Fotodetektor-Ausgang bei der positiven und negativen Auswanderung des Zittersignals verursachen. Ein Subtrahieren des Peak-Detektorausgangs, abgetastet bei der negativen Auswanderung, von dem Peak-Detektorausgang, abgetastet bei der positiven Auswanderung, ergibt ein geeignetes Korrektursignal für eine Rückführung zu der Strahlablenkungseinrichtung 34, um den optischen Korrelator 32 zurück in eine Ausrichtung zu bringen.

In der bevorzugten Ausführungsform setzt die Erfindung unabhängige Strahlablenkungs- und Rückführsysteme auf mehreren Achsen, vorzugsweise senkrecht zueinander, ein, was eine Korrektur des Korrelators zum Beispiel in sowohl der x- als auch der y-Richtung, angezeigt in den 3 und 4, ermöglicht. Die unabhängigen Ausrichtungen sollten vorzugsweise einzeln und aufeinander folgend durchgeführt werden, zum Beispiel zuerst ein x-Zittern und dann ein y-Zittern, und zwar unter Steuerung des digitalen Computers 36.

8 stellt in größerem Detail eine Ausführungsform eines vollständigen Korrelatorsystems der Erfindung dar, umfassend funktionale Blöcke 100 des Computers, Schnittstellen-Elektroniken 102 und eine optische Korrelatoranordnung 104. Die funktionalen Computerblöcke 100 können in einer Software durch den digitalen Computer 36 oder äquivalente, logische Schaltungen ausgeführt werden.

Eine Datenübertragungs-Sequencing-Logik 106 steuert den gesamten Zeitablauf, unter Nichtbeachtung gelegentlicher Frames für die adaptive Ausrichtung, während der gesamte Durchsatz des optischen Korrelators für einen normalen Betrieb beibehalten wird. Die Datenübertragungs-Sequencing-Logik 106 erzeugt auch mindestens ein digitales Zittersignal. Vorzugsweise werden zwei getrennte, digitale Zittersignale an zwei reversible Zähler angelegt: Zähler 108 für das Zittern in x-Richtung und Zähler 110 für das Zittern in der y-Richtung. Die Ausgänge der Zähler 108 und 110 werden in eine analoge Spannung durch Digital-Analog-Wandler (DACs) 112 und 114 umgewandelt und zu Schnittstellen-Elektroniken 102 zugeführt, die einen Invertierer und Summierverstärkerschaltungen (beschrieben nachfolgend) umfassen, die wiederum die Strahlablenkungseinrichtung 34 ansteuern.

Gleichzeitig wird dieses Zittersignal an die Strahlablenkungseinrichtung 34 angelegt, das Eingangs-Testmuster und das Frequenz-Domäne-Referenzmuster werden an den Eingangs-SLM 16' und den Filter-SLM 20', jeweils, durch einen SLM- und CCD-Steuer-Logik-Block 115 (vorzugsweise ausgeführt durch den digitalen Computer 36) angelegt. Der sich ergebende Ausgang von dem Fotodetektor 24' wird durch einen Analog-Digital-Wandler (ADC) 116 für eine einfachere Verarbeitung durch den digitalen Computer 36 (oder die äquivalente, digitale Logik) umgewandelt. Die gesamte Matrix der Ausgangspegel wird umgewandelt und wird zu dem digitalen Computer 36 eingegeben.

Die Maximum-Amplitude-Erfassungslogik 118 (die vorzugsweise durch den digitalen Computer 36 ausgeführt ist) vergleicht die digitalisierten Fotodetektor-Ausgangswerte, die jedem einzelnen Pixel auf der Matrix des Fotodetektors 24' zugeordnet sind, und findet den höchsten Wert auf der Matrix des Fotodetektors. Dieser Wert wird dem Peak-Korrelationspunkt zugeordnet. Die Position des Ausgangs-Peaks, und demzufolge die Pixeladresse des Peaks, kann leicht während der Einstellung variieren. Die zwei Peak-Werte, einer entsprechend zu jeder Phase des Zitterns, werden erfasst und gespeichert. Dual-Werte (für jede Dimension) werden dann durch funktionale Komparator-Blöcke 120 (für die x-Korrektur) und 122 (für die y-Korrektur) verglichen. Wenn die Ausrichtung der optischen Vorrichtung von dem Optimum abweicht, werden die doppelt gespeicherten Werte für diese Dimension ungleich sein und der geeignete, funktionale Komparator-Block 120 oder 122 wird ein Korrektursignal erzeugen, das entweder positiv oder negativ ist.

Das Korrektursignal, das durch die funktionalen Komparator-Blöcke 120 und 122 ausgegeben ist, wird die Richtung einer Zählung für reversible Zähler 108 (x-Kanal) und 110 (y-Kanal) bestimmen. Die reversiblen Zähler zählen Impulse, die durch die Datenübertragungs-Sequencing-Logik 106 für diesen Zweck erzeugt sind. Die Ausgänge der reversiblen Zähler 108 und 110, die die momentanen Positionsinformationen für das Aktuatorfeld 32 halten, werden durch DACs 112 und 114 (einer für jeden Kanal) umgewandelt, was doppelte, analoge Korrekturspannungen erzeugt: eine für die x-Richtung, eine für die y-Richtung.

Die Art und Weise eines Anlegens der Korrekturspannungen wird von der spezifischen Geometrie und den Charakteristika der Strahlablenkungseinrichtung 34 abhängen, und eine breite Vielfalt von Anordnungen ist möglich. Die 8 und 9 stellen nur eine solche Möglichkeit dar. In der Ausführungsform, die dargestellt ist, setzt die Strahlablenkungseinrichtung 34 elektromechanische Aktuatoren 140, 142, 146 und 148 ein, die auf Diagonalen relativ zu dem x, y-Koordinatensystem positioniert sind und zusammen ein Aktuatorfeld bilden. Invertierende Verstärker 124 und 126 erzeugen komplementäre Signale durch Invertieren der analogen Korrekturspannungen. Die analogen Korrekturspannungen und die komplementären Signale werden dann in einem kreuzverbundenen Netzwerk von Summierverstärkern 130, 132, 134 und 138 aufsummiert, um Rückführsteuerspannungen 158, 160, 162 und 164 zu erzeugen. Diese Rückführsteuerspannungen erzeugen wiederum geeignete x- und y-Korrekturbewegungen der elektromechanischen Aktuatoren.

In der Ausführungsform, die in 8 dargestellt ist, werden die Rückführansteuerspannungen in einer Bewegung in dem Aktuatorfeld durch Verlängern oder Verkleinern von gegenüberliegend positionierten, piezoelektrischen Segmenten umgewandelt. Zum Beispiel würden, um die Ablenkungseinrichtung in der negativen x-Richtung zu bewegen, die Segmente 140 und 142 zusammengezogen werden, während die Segmente 146 und 148 verlängert werden würden.

9 stellt detaillierter ein Aktuatorfeld dar, das in der Strahlablenkungseinrichtung 34 der Erfindung verwendet werden kann. Das gesamte Feld (Strahlablenkungseinrichtung 34) ist aus vier Aktuatoren, angeordnet in Quadranten, jeder ähnlich einem bogenförmigen Viertelabschnitt geformt, und alle vier zusammen einen unterbrochenen Ring bildend, aufgebaut. Jeder bogenförmige Viertelabschnitt umfasst vorzugsweise mehrere piezoelektrische Schichten 154, die in einer laminaren Art und Weise gestapelt sind, die zusammen einen Aktuator bilden. Jede piezoelektrische Schicht 154 ist vorzugsweise aus einem piezoelektrischen, keramischen Material gebildet. In dem Seitenquerschnitt, der in 9 dargestellt ist, können zwei Aktuatorsegmente 142 und 146 gesehen werden. Elektrodenschichten 156, vorzugsweise metallisiert, sind zwischen jedem Paar der piezoelektrischen Schichten 154 zwischengefügt. Alternierende Elektrodenschichten 156 des Aktuators 146 sind mit der Rückführsteuerspannung 158 verbunden; ähnlich sind alternierende Elektrodenschichten des Aktuators 142 mit der Rückführsteuerspannung 160 verbunden. Aktuatoren 148 und 140, die nicht in 9 dargestellt sind, sind analog verbunden. Das Stapeln des piezoelektrischen Materials in mehreren Schichten ermöglicht eine größere Verlängerung und Verkürzung in Abhängigkeit einer angelegten Spannung.

Die Verwendung von piezoelektrischen Keramik-Aktuatoren ist ausreichend bekannt und in zahlreichen Quellen beschrieben. Siehe zum Beispiel Piezoelectric Ceramics, J. van Randeraat (Publications Dept., Ferroxcube Corporation, Saugerties, N.Y. 1974). Piezoelektrische, keramische Materialien oder Aktuatoren sind umfangreich kommerziell erhältlich, zum Beispiel von Aura Ceramics (Minneapolis, MN), Polytec PI, Piezosystem Jena (Deutschland), oder Philips Electronic Components (erhältlich in USA über Signetics Corp., Sunnyvale, CA).

In der Ausführungsform, dargestellt in 3, arbeitet das Aktuatorfeld der 9 als eine Strahlablenkungseinrichtung, indem die Laseranordnung 30 relativ zu dem optischen Tragekörper 12' bewegt wird. In dieser Ausführungsform ist die Laseranordnung 30 fest auf der Strahlablenkungseinrichtung 32 montiert, die wiederum bewegbar auf dem optischen Tragekörper 12' befestigt ist. Unter Anlegen einer Spannung an die Aktuatoren der Strahlablenkungseinrichtung 34 verlängern sich die Aktuatoren oder ziehen sich zusammen, so wie dies erforderlich ist, um dadurch den Laser 30 zu bewegen und den Strahl 14' abzulenken.

Es wird leicht gesehen werden, dass andere Anordnungen möglich sind, die eine Strahlablenkung ermöglichen, entweder durch elektromechanische Aktuatoren oder durch andere Vorrichtungen. Eine Strahlablenkung kann leicht durch Bewegen eines Spiegels, einer Linse, einer faseroptischen Kopplung oder eines Prismas, als Beispiel, im Gegensatz zu einem Bewegen der Lichtquelle, wie dies vorstehend beschrieben ist, vorgenommen werden. Eine Ablenkung könnte leicht durch Bewegen eines fokussierenden Spiegels 18', zum Beispiel, vorgenommen werden. Diese und andere Verfahren eines Ablenkens des Strahls liegen auch innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung. Es ist nur notwendig, dass die Strahlablenkungseinrichtung eine ausreichend feine Steuerung ergibt, vorzugsweise so, um eine Ausrichtung des Transformationsbilds zu dem Filter-SLM 20' innerhalb weniger als einen Pixeldurchmesser eines Filter-SLM zu ermöglichen.

In einigen Anwendungen können die vorstehend beschriebene Vorrichtung und das Verfahren dazu verwendet werden, dynamisch einen arbeitenden, optischen Korrelator in der folgenden Art und Weise auszurichten: während eines normalen Betriebs eines optischen Korrelators muss die Ausrichtung gelegentlich getestet werden. Die Ausrichtung kann mit nur einer sehr kleinen Unterbrechung der normalen Betriebsvorgänge des Korrelators durchgeführt werden. Während eines Durchführens sequenzieller, optischer Multi-Frame-Korrelationen (Korrelieren von Eingangsdaten zu Referenzdaten in der Frequenz-Domäne, um Ausgangsinformationen basierend auf der Korrelation zu erzeugen) kann der Betrieb des Korrelators gelegentlich unterbrochen werden, vorzugsweise unter der Steuerung des digitalen Computers 36, und zwar für ein paar Frames einer adaptiven Ausrichtung. Die Intervalle zwischen solchen adaptiven Ausrichtungs-Frames sollten durch die thermische und mechanische Umgebung der Vorrichtung bestimmt sein. Die Ausrichtung kann typischerweise schnell durchgeführt werden, was nur einen niedrigen Taktzyklus erfordert und zu dem Verlust von nur ein paar Frames der Aktivität des Korrelators führt. Nachdem der Ausrichtungsvorgang ausgeführt ist, wird der Korrelator zurück zu seinen normalen, optischen Verarbeitungsaufgaben bis zu dem nächsten Ausrichtungsintervall geschaltet.

Während bestimmte Ausführungsformen der Erfindung dargestellt und beschrieben worden sind, werden zahlreiche Variationen und alternative Ausführungsformen Fachleuten auf dem betreffenden Fachgebiet ersichtlich werden. Dementsprechend ist vorgesehen, dass die Erfindung nicht nur durch die Angaben der beigefügten Ansprüche beschränkt ist.


Anspruch[de]
Verfahren zum dynamischen Justieren einer optischen Vorrichtung (32), die so angeordnet ist, um einen Strahl elektromagnetischer Strahlung aufzunehmen, das die Schritte aufweist:

Einführen des Strahls elektromagnetischer Strahlung in die optische Vorrichtung;

Modulieren des eingeführten Strahls mit einem räumlichen Testmuster, um einen modulierten Strahl zu erzeugen;

Bewirken einer oszillierenden Ablenkung des Strahls;

Transformieren des modulierten Strahls, um eine Frequenz-Domäne-Darstellung des räumlichen Testmusters (63) zu erhalten;

Vergleichen der Frequenz-Domäne-Darstellung mit einem Frequenz-Domäne-Referenzmuster, um ein Vergleichssignal zu erhalten, das für den Grad einer Abweichung von einer Justierungscharakteristik kennzeichnend ist;

Abtasten von mindestens zwei Niveaus des Vergleichssignals, die mindestens zwei jeweiligen Phasen der oszillierenden Ablenkung entsprechen;

Analysieren der mindestens zwei Niveaus, um die Richtung einer Abweichung von der Ausrichtungscharakteristik zu bestimmen; und

Ablenken des Strahls in Abhängigkeit des Vergleichssignals und der Richtung der Abweichung, um die Abweichung von der Justierungscharakteristik zu kompensieren.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Vergleichsschritt die Schritte aufweist:

weiteres Modulieren der Frequenz-Domäne-Darstellung des räumlichen Testmusters mit dem Frequenz-Domäne-Referenzmuster, um einen noch weiter modulierten Strahl zu erhalten,

Transformieren des weiter modulierten Strahls in ein räumliches Domäne-Vergleichs-Muster und

Erfassen des räumlichen Domäne-Vergleichs-Musters, um das Vergleichssignal zu erhalten.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Schritt eines Einstellens des Wegs des Strahls die Schritte aufweist:

Aktivieren eines elektromechanischen Betätigungsglieds (140, 142, 146, 148) auf das Vergleichssignal hin, um eine Bewegung des elektromechanischen Betätigungsglieds zu erzeugen, und

Einstellen des Wegs des Strahls innerhalb der optischen Vorrichtung auf die Bewegung des elektromechanischen Betätigungsglieds hin, um die Abweichung von der Ausrichtungscharakteristik zu kompensieren.
Dynamisch adaptives, optisches Justiersystem, das aufweist:

einen optischen Bildkorrelator (32), der so angeordnet ist, um einen Strahl (14) elektromagnetischer Strahlung aufzunehmen, um Bilder zu korrelieren und um einen Ausgang, der die Korrelation darstellt, zu erzeugen, wobei der optische Bildkorrelator aufweist:

einen eingangs-Signallicht-Modulator (SLM) (16'), angeordnet so, um den Strahl aufzunehmen und ihn mit einem räumlichen Testmuster (63) zu modulieren,

ein transformierendes, optisches Element (18'), das den modulierten Strahl zu einer Frequenz-Domäne-Darstellung moduliert,

ein Filter SLM (20'), angeordnet so, um die Frequenz-Domäne-Darstellung des räumlichen Testmusters aufzunehmen, und um weiterhin die Frequenz-Domäne-Darstellung mit einem Frequenz-Domäne-Referenzmuster zu modulieren, und

einen Photodetektor (24'), der einen Ausgang basierend auf der Korrelation zwischen der Frequenz-Domäne-Darstellung des räumlichen Testmusters und dem Frequenz-Domäne-Referenzmuster erzeugt;

ein Rückführsystem (36, 42), das mit dem Ausgang des optischen Bildkorrelators gekoppelt ist und so angeordnet ist, um von dem Ausgang eine Abweichung des optischen Bildkorrelators von einer vorbestimmten Justierungscharakteristik zu erfassen und um ein Rückführsignal in Abhängigkeit der Abweichung zu erzeugen; und

eine Strahlablenkungseinrichtung (34), die auf das Rückführsignal für eine variable Justierung des Wegs des Strahls durch den optischen Bildkorrelator anspricht, um eine Abweichung von der Justierungscharakteristik zu kompensieren.
Dynamisch adaptives, optisches Justiersystem nach Anspruch 4, wobei die Strahlablenkungseinrichtung einen Träger für eine Strahlenquelle (30) und ein elektromechanisches Betätigungsglied (140, 142, 144, 146), das auf das Rückführsignal durch Justieren der Position des Strahlenquellenträgers anspricht, um den Strahl abzulenken, aufweist. Dynamisch adaptives, optisches Justiersystem nach Anspruch 4, wobei die Strahlablenkungseinrichtung aufweist:

einen bewegbaren Spiegel zum Ablenken des Strahls, und

ein elektromechanisches Betätigungsglied (140, 142, 144, 146), das so angeordnet ist, um den Spiegel in Abhängigkeit des Rückführsignals zu bewegen.
Dynamisch adaptives, optisches Justiersystem nach Anspruch 4, wobei das Rückführsystem aufweist:

einen Computer (36), der so programmiert ist, um den Ausgang des Photodetektors (24') zu analysieren, um Abweichungen des optischen Korrelators von einer Justierungscharakteristik zu erkennen und um, in Abhängigkeit eines Korrektursignalausgangs, den Korrektursignalausgang, gekoppelt mit der Strahlablenkungseinrichtung (34), zu erzeugen;

und wobei die Strahlablenkungseinrichtung so angeordnet ist, um auf ein Schwankungssignal (66) anzusprechen, das eine oszillierende Störung der Strahlablenkung verursacht.
Dynamisch adaptives, optisches Justiersystem nach Anspruch 7, wobei der Computer so programmiert ist, um das Schwankungssignal zu erzeugen;

wobei das Schwankungssignal mit der Strahlablenkungseinrichtung gekoppelt ist, was die Ablenkung des Strahls bewirkt, um zu oszillieren;

wobei der Computer so programmiert ist, um den Ausgang des Photodetektors mit dem Schwankungssignal zu vergleichen, um die Neigung des Ausgangs des Photodetektors in Bezug auf das Schwankungssignal zu bestimmen;

und wobei der Korrelationssignalausgang so berechnet ist, um die Justierung des optischen Korrelators zu einem Punkt einer Neigung von im Wesentlichen Null des Photodetektorausgangs in Bezug auf das Schwankungssignal einzustellen.






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