JP2000502444A - レンズ・アパーチャープレート系の結像において間隔を高解像度で決定する方法と装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 とりわけ自動装置を制御するために、そして生産工程を監視するために、レンズ・アパーチャープレート系の結像、または結像列における空間的、および／または時間的な間隔、および／または空間的、時間的な物体パラメータ（１０）、スペクトル的、および／または空間周波数特有的な物体パラメータを決定するための方法、並びに装置に関するものであり、その際に入射する電磁波ビームの集束は、レンズ・アパーチャープレート系（１０）によって行われ、電磁波ビーム（１１）の伝播方向、強度、波長、偏光、および／または時間的変調周波数の各位置に特有の変調はレンズ・アパーチャープレート系（１０）の後方で該レンズ・アパーチャープレート系（１０）焦点面内で、または該焦点面の近傍で３Ｄ変調装置（１２）によって行われ、変調された電磁波ビームの検出は３Ｄ変調装置（１２）の後方にある検出装置（１３）によって行われ、そして変調を決定することによって３Ｄ変調装置（１２）での電磁波ビームの空間的、および／または時間的な間隔（１４）の計算、および／または空間的、時間的、スペクトル的、および／または空間周波数特有的な物体パラメータの計算が実施される。

Description

【発明の詳細な説明】 レンズ・アパーチャープレート系の結像において間隔を 高解像度で決定する方法と装置 本発明は、とりわけ特許請求の範囲第１項、もしくは第１９項の前文に基づき 自動装置を正確、かつ知的に制御することを目的としてレンズ・アパーチャープ レート系の結像における空間的、および／または時間的な間隔、および／または 空間的、および／または時間的な物体パラメータ（例えば、速度や奥行き）を正 確に決定するための方法に関するものである。 受動的的方法として、写真フィルム、またはＣＣＤアレイに結像させる幾何光 学結像式カメラが知られている。両方の方法は、空間３Ｄ情報を画像面に平面２ Ｄ情報の形で提供する。写真カメラは、確かに解像度の点において光学的パラメ ータとフィルム材料の粒子サイズによってしか制限されてないが、しかしそのか わりに単に記録出来るというだけで、リアルタイムの画像処理には適していない 。ＣＣＤカメラは、確かに比較的迅速に画像処理を行えるが、しかしそのかわり 解像度の点においてはＣＣＤアレイのピクセル・サイズによって制限されている 。ホログラフィによる結像・記録装置は、確かに空間３Ｄ情報を提供し、記憶す ることが出来るが、しかしこれはコヒーレントな光によってしか成功しない。ま た撮影の際にも、常に２つの光線（物体光と参照光）が必要とされる。そして最 終的にはホログラフィ・システムはリアルタイムの画像処理には限定的にしか適 していない。立体カメラは、技術的にはまだ高価であり、そして３Ｄ情報を得る には少なくとも２つのＣＣＤアレイの計算を行うことが前提となる。 光学センサ技術の分野では、ＣＯＲＲＥＶＩＴ／ＣＯＲＲＥＦＯＴ（ＣＯＲＲ ＥＶＩＴはＣＯＲＲＳＹＳ有限会社ヴェッツラーの商標であるが）測定技術の格 子光学的空間周波数フィルタリングにおいてセンサに対して相対運動をする物体 （ライン、工業用ベルトなど）のもとでの長さ測定、速度測定および距離測定に 関する信号の前処理は、とりわけＤＥ−Ａ−２１４４４８７およびＤＥ−ＡＳ２ １５６６１７に記述されているように、幾何光学系とそのあとに取り付けたフ ォトダイオードとの間の光路内に信号変調器として格子を配置することによって 実現される。しかしその際に、格子は１Ｄ／２Ｄビームスプリッタとして用いら れれるだけであって、１Ｄ／２Ｄ／３Ｄ回折格子として用いられていない。 ラウインガー／ヴェツラー博士光センサ技術研究所では、「人間の目の反転さ れた網膜」に関する理論的モデル計算（これは３Ｄ格子に関する基礎事項に基づ いているが）が実施され、そして人間の視覚によって知られている主観的現象（ 開口効果、いわゆるＳｔｉｌｅｓ−Ｃｒａｗｆｏｒｄ効果ＩとII、ベツォルト・ ブリュッケ現象など）と関連づけて考察された（ラウインガー、Ｎ．、人間の視 覚におけるＳｔｉｌｅｓ−Ｃｒａｗｆｏｒｄ効果の新しい解釈、生物物理学誌１ ９；１６７−１８８、１９９４年：ラウインガー、Ｎ．、人間の目の反転された 網膜が細胞状回折３Ｄチップと解釈される場合の色相と彩度。ＳＰＩＥ会報第２ ５８８巻、１９９５年１０月、２０８−２３２）。モデルを用いて複数の部分テ ーマが４Ｄ回折格子光学的に計算された（Ｃａｒｂｏｎ、Ｍ．、カラービジョン 装置の設計に関する人間の視覚の回折理論を用いて、ＳＰＩＥ会報 第２３５３ 巻、１９９４年、５５０−５６０；Ｎ．ラウインガー、人間の目の反転された網 膜；３原色式４Ｄ空間・時間光学相関器、ＳＰＩＥ会報、第２９０４巻、１９９ ６年、３４４−３６０）。３Ｄ回折格子の効果は、ＤＥ−Ａ−３７４０５３３で 知られているように、光線のインコヒーレント・コヒーレント変換に関して記述 された。 とりわけ自動化とロボット工学に関する広範囲にわたる努力にも拘わらず、こ れまでのところ非接触式センサによるデータ収集を基にした解像度が高く、頑丈 で、リアルタイム処理能力のある工業用３Ｄ運動決定法はない。視覚による運動 決定に関する光束場の根本的重要性は、ＤＥ−Ａ−１９５０３６０６から知られ ているし、同じく「線形変換により運動から認識された構造物」（プロセス研究 集会「認識ロボット工学」、Ｂ．クリーク・ブリュックナー、Ｃｈ．ヘルヴィッ ヒ Ｅｄｔｓ．、ＺＷＫ報告書 ３／９５、ブレーメン大学認識科学センタ、１ ９９５年３月）からも知られている。ニューロン・ネットワークの本質的な性能 特徴は、並列性と適応性（カルメジン、Ｈ．Ｏ．、ニューロン適応理論、ケスタ ー、ベルリン １９９４年、カルメジン、Ｈ．−Ｏ．、適応の神経物理学。物理 学エッセイ ８（１）、３８−５１、１９９５年）。ニューロン・ネットワーク は自己調整式高解像度画像処理に格別適しているにも拘わらず、これまでのとこ ろニューロン適応理論は画像センサでの運動決定にも、また回折反射の評価にも 応用されなかった。 これと同じ問題は、可視波長スペクトルの外部にもある。 本発明の課題は、レンズ・アパーチャープレート系の結像列において事実上リ アルタイムで空間的、および／または時間的な間隔、および／または空間的、お よび／または時間的な物体パラメータ（例えば、速度、または奥行き）を正確に 決定できるところの当初述べた種類の方法および装置を提供することである。 方法的には本課題は、広い意味において特許請求の範囲第１項の特徴によって 以下において解決される。 本方法の有利な実施形態は、特許請求の範囲第２項から第８項の従属請求項に よって解決される。 装置的には、本課題は特許請求の範囲第１９項の特徴によって解決される。 本発明に基づく装置の有利な実施形態は、特許請求の範囲のそれぞれの従属請 求項に見い出される。 本発明の基盤になっているのは、画像面においてほぼ光の波長に等しい長さ解 像度で集束可能な電磁波ビームは３Ｄ変調装置によってほぼ光の波長の精度で各 位置に特有に変調させられるという驚くべき知識である。こうして変調された電 磁波ビームは、のちにこれより低い長さ解像度を有する検出装置によって検知で き、そして画像面内の特定の位置はその位置に特有の変調に基づいて計算できる 。これによって、光の場の３Ｄ構造と物体の３Ｄ構造を高精度で検出できる。例 えば、ある回折格子のもとで回折された電磁波ビームは、反射条件に従って結晶 方位によって決まる方向とブラッグの条件に準じた波長を取る。 ここでは本発明によって得られた利点を、例として可視波長スペクトルに関し て以下に示すことにする： （１）現在のところ、焦点面での輝度分布の間隔の決定精度は画像センサのピク セルのサイズによって決定されていて、このサイズは約２０マイクロメータであ る。本発明に基づく装置の特別な実施形態を用いる場合、すなわち３Ｄ回折格子 の形をした３Ｄ変調器を用いると、この精度は光の波長と格子間隔によって制限 されることになる。最適な格子を選んだ場合、この精度は０．４マイクロメータ である。故にこの長さ解像度は５０倍高く、然るべく平面解像度を２５００倍に 向上できる。 精度のこのような向上は、次のような理由のために重要である；それは、人間 の目は網膜において約１マイクロメータの長さ分解能をそれぞれ有する１０⁸個 以上のレセプタを有しているためであり、そして然るべく文化的に生じた環境は 家庭、レジャー、交通および労働環境において人間と同様な視覚系統に合わせて 設計されているためであり、さらにこれによって今後のインテリジェントな移動 式自動機械およびロボットは、安全で、確実な、しかも経済的な運用を可能にす るために人間に匹敵する視覚系統を必要とするためである。 （２）本発明に基づく方法によって、空間的、および／または時間的な物体パラ メータ（例えば、速度や奥行き）を迅速に、かつわずかな費用で相関器光学的に 評価できる。 （３）本発明に基づく方法によって、然るべく特殊な光学装置のそれぞれの用途 とそのサイズに関して予定された適切な箇所で学習式ニューロン・ネットワーク の形をしたアルゴリズムを汎用的に適用でき、しかも新しいアルゴリズムを開発 する必要がない。これによって、一般に生じる多額の開発費をあらかじめ回避で きる。 （４）回折理論は、格子からの距離が大きい（遠隔場）という極限条件に関して は非常に幅広く開発されている；回折理論は、光学分野と材料研究分野において 広範囲にわたる用途を見いだしている。これに対して、近接場の分野に関する物 理学は比較的複雑であり、そして特定の用途に限定されている。従ってこの理論 の開発はまだまだ可能である。これまで運動決定に関する用途は知られていない のに対して、ここで用いられている学習式ニューロン・ネットワークはそのフレ キシビリティの故に適用可能であり、そして格別適している。その際に、全般的 に運動を決定する際の光束場の持つ根本的な重要性はヘルムホルツ以来知られて いる。さらに距離が５メートル以上の場合には光束場からの運動決定は双眼性に よる運動決定に比べて有利であると見なされる。物体の空間的、および／または 時間的なパラメータを視覚的に決定することにより、他の方式に比べて全く一般 的に高解像度、高速度および自然光源という利点が得られる。 （５）一般に光の場は、振幅情報と位相情報を含んでいる。大抵の工業用視覚シ ステムでは振幅情報しか用いられないのに対して、本発明に基づく方法では３Ｄ 回折格子を用いて含まれている３Ｄ位相情報も利用でき、しかもほぼ自然光源か ら放出されるようなインコヒーレントな光を用いた場合でもそうである。人間の 目という自然の視覚系統では、位相情報の評価はおそらく反転された網膜の３Ｄ 回折格子を用いて有利に行われると思われる。 （６）ニューロン・ネットワークは、過去数十年間において急速な進歩を遂げた 。その本質的な利点は、並列性と適応性である。これによって、ニューロン・ネ ットワークは、たとえ複雑な評価の場合でもリアルタイムの、自己調整式および 高解像度の画像処理に格別適している。この分野では技術開発はこれまでのとこ ろ自然の手本よりも遙かに劣っている。本発明に基づく方法の特別な実施形態に よれば、豊富な、出来れば変調され、かつ移動された回折サンプルから物体のパ ラメータを並列的に高解像度で再構築しながらニューロン・ネットワークがその １００％の性能を発揮できる箇所にニューロン・ネットワークを導入することが 可能である。 本発明のその他の目標、利点、特徴および用途は、図面をもとにした実施例に 関する以下の記述から得られる。その際に、記述した、および／または図で示し たすべての特徴はそれ自体において、または任意の有効な組み合わせにおいて、 特許請求項の要約、または特許請求各項の遡及関係とも関係なく本発明の対象を なしている。 図１は、画像面内で３Ｄ回折格子により幾何光学的に結像するレンズ・アパー チャープレート系を示し、 図２は、本発明による装置の可能な実施形態を模式図的に示し、 図３は、本発明による装置の具体的な実施形態を示し、 図４は、本発明による装置の具体的な実施形態に関する結像状況と分解状況を 模式図で示し、 図５ａは、本発明による装置の別の実施形態を示し、 図５ｂは、図５ａの部分図を示し、 図６は、あるサンプルのフーリエ変換の実施例を示し、 図７は、体積ホログラフィ要素を用いたフーリエ変換を示し、 図８は、図７と図８による体積ホログラフィ要素を用いて生み出された、棒状 構造のフーリエ変換結果を示し、 図９は、本発明による装置の別の実施形態に基づく湾曲した３Ｄ回折格子を用 いた場合の状況を示し、 図１０は、本発明による方法の一つの実施形態に従って学習段階を実施する際 での状況を模式図的に示し、 図１１は、３Ｄタルボット効果による奥行きチャートを決定するための実施例 を示し、 図１２は、図１１による描写に加えて、検出要素を用いた３Ｄ回折格子の形成 を示し、 図１３と図１４は、焦点の手前にあるブラッグ格子のもとでの強度分布を示し 、 図１５は、焦点の後ろにあるブラッグ格子のもとでの強度分布の重合わせを示 し、 図１６は、図１１による描写に加えて、しかしながら白色光を用いて、発光要 素が軸外位置にある場合での検出要素を用いた３Ｄ回折格子の形成を示し、 図１７と図１８は、図１６に従い焦点の手前にあるブラッグ格子のもとでの強 度分布を示し、 図１９と図２０は、焦点の後ろにあるブラッグ格子のもとでの強度分布を示し 、 図２１は、３Ｄタルボット効果のための装置を示している。 図１に従って幾何光学的に結像するレンズ・アパーチャープレート系１０は、 レンズ・アパーチャープレート系１０の画像面１４に物体Ｏを結像させる。画像 面１４には、ｘ方向、ｙ方向およびｚ方向でそれぞれ格子定数ｇ₁、ｇ₂、ｇ₃を 有する３Ｄ格子１２が配置されている。該格子１２は、格子１２の後方の近接場 で物体Ｏの結像、または像をタルボット平面に変換する。そこでは検出装置１３ の適切な検出要素１９、もしくはフォトレセプタで処理を行うために、干渉最大 値が同心円状になっている。その際に３つの円上で得られるカラー干渉最大値 は、ここで示した例では人間の視覚の赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各カラー チャンネルに相当し、それぞれの波長はλ_max＝５５９、５３７、４４７である 。図１には、各回折装置が「ＢＯ」で示されていて、赤（Ｒ）、青（Ｂ）、緑（ Ｇ）の各回折装置は１１１、１２２、１２３で示されている。 図２は、本発明に基づく装置を模式図で示している。該装置は、レンズ・アパ ーチャープレート系１０、並びに光線を各位置に特有に変調させるための３Ｄ変 調装置１２を含み、該レンズ・アパーチャープレート系は入射光（ここではこれ は光線１１によって示されているが）を集束させ、そして該３Ｄ変調装置はレン ズ・アパーチャープレート系１０の焦点面の範囲にあって、しかも該レンズ・ア パーチャープレート系の後方にある検出装置１３の手前にある。光線１１は、３ Ｄ変調装置１２の位置１４（原位置）の網状面に当たり、ブラッグ条件に従って その伝播方向とその色彩（波長）に関して変調される。 例えば、３Ｄ格子に関する公知のｖ．ラウエ式は以下の条件により回折位数方 向での構造的干渉を記述する： ｇ₁（ｃｏｓα − ｃｏｓα₀） ＝ ｈ₁λ ｇ₂（ｃｏｓβ − ｃｏｓβ₀） ＝ ｈ₂λ ｇ₃（ｃｏｓγ − ｃｏｓγ₀） ＝ ｈ₃λ ここで各記号の意味は以下の通りである： ｇ₁、ｇ₂、ｇ₃：ｘ方向、ｙ方向およびｚ方向の格子定数、 α₀、β₀、γ₀：光円錐の入射開口、 α、β、γ：各回折位数の反射角、 ｈ₁、ｈ₂、ｈ₃：回折位数の整数三重対 λ：波長 ３Ｄ立方体格子要素（ｇ₁、ｇ₂、ｇ₃＝ｇ）の場合に上記の３つの式をλに関 して解くと、以下の式が得られる： ｇ＝０．７５μｍの場合、垂直に入射する光（α₀＝β₀＝９０°、γ₀＝０° ）では１１１回折位数方向において波長はλ＝５００ｎｍになる。 図４は、本発明に基づく装置の具体的な実施形態を示している。３Ｄ変調装置 １２は、網状面の形をした偏向要素２３を有する、各位置に特有の偏向装置２２ の形で存在していて、該網状面のうちの２つだけが示されている。 光線１１は、３Ｄ変調装置１２の２つの網状面２３に入射し、ブラッグ条件に 従ってその伝播方向とその色彩（波長）に関して２つの検出要素１９に向けて偏 向される。例えば、２つの網状面を有する３Ｄ立方体格子要素のもとではｖ．ラ ウエの式によれば以下の式が得られる： 垂直に入射する白色光線の場合、１１１回折位数方向において波長はλ＝５０ ０ｎｍになり、１１３回折位数方向において波長は透過、または反射においてλ ＝４０９ｎｍになる。 別の実施形態（この実施形態のもとでは３Ｄ変調装置１２が日中での人間の視 覚においてスペクトル輝度感度曲線に相当する三原色信号をＲＧＢカラー・スペ ース（ＲＧＢ＝赤、緑、青）で提供するのであるが）は、３Ｄ変調装置として六 方晶３Ｄ格子要素を用いる場合に得られる。例えば、六方晶３Ｄ格子要素（直交 座標系における球状格子要素の最密六方格子）を用いると以下のｖ．ラウエ式が 得られる： 光線１１が垂直に入射し、ｈ₁、ｈ₂、ｈ₃回折位数１１１（赤）、１２３（緑 ）、１２２（青）において格子定数がｇ₁＝２λ、ｇ₂＝４λ／√３、ｇ₃＝４λ 、λ＝５５９ｎｍである場合、波長三重対は５５９／５３７／４４７ｎｍになり 、これは人間の網膜の錐体中の光色素の最大スペクトル輝度感度に相当する。こ の格子光学的結果は、例として図１に示されている。その際に３Ｄ変調装置の格 子面の数が減少すると、ガウスのスペクトル帯域特性はこの３λ_maxの周囲で、 すなわち３Ｄ格子の後方にある考察面内での干渉最大値の位置（この位置は６０ °の角度で交差する双曲線群と同心円との交点として定義されているが）で生じ る。 図１には、３λ_max（緑、青、赤）に関するガウスの帯域特性が導光体１９のハ ッチングの密度によって示されている。 別の実施形態では、偏向要素２３として半透明微小ミラーを使用することも出 来る。該微小ミラーは、加えて透過光２４と２５を赤に着色する。検出要素１９ 中での赤の局所的輝度最大値に対して、赤でない光線、従って反射した光線２６ と２７の当該する局所的輝度最大値がより高い精度で決定される。検出装置１７ 内でのその位置から、３Ｄ変調装置１２中の原位置が決定される。 さらに、例として一連の結像における時間的間隔に関して、検出要素１９の赤 の各局所的輝度最大値に対してその後の時点の該当する局所的輝度最大値を、そ してこれから局所的輝度最大値の速度をそれぞれ決定できるものと企図されてい る。この速度から、偏向された光線の増加された速度が推定される。ハイパスフ ィルタを然るべく設定すると、偏向された光線２６と２７がより高い精度で検出 される。検出装置１７内の位置から次に３Ｄ変調装置１２内の原位置が決定され る。 本発明によって、以下において理論的に示したように、変調によるビット倍増 によって精度を向上させることが出来る。すなわち、３Ｄ変調装置を用いずに明 暗でのみ空間的および時間的な間隔と物体パラメータの決定に貢献しているとこ ろの光線は、情報理論で言えば一つのビットで貢献している。３色である赤、緑 、青をそれぞれ一つの追加ビットで変調することによって、ビット数は３倍に増 加する。これらのビットを特定の空間的および時間的な間隔と物体パラメータに おいても再現するところの計算のもとでは、３ビット分、すなわちほぼ一ケタ分 の精度の向上が得られる。具体的な実施例をもとにしてこの関係を分かり易く説 明することにする。 図４に示した本発明に基づく装置は、以下のパラメータを呈している： レンズ・アパーチャープレート系１０は、偏向装置１２を使用する場合ここで 述べた実施例では１７ｍｍの焦点距離と４ｍｍの絞り直径を有している。これら から、開口円錐の開き角が６．７°になり、エアリー円盤２８の直径は約５μｍ になる。３Ｄ変調装置１２と検出装置１３との間隔２９は２０μｍである。検出 装置１３のもとでの偏向光線の側面偏向量は、２０μｍである。検出要素１９の サイズは２０μｍと仮定する。 これによって、長さ方向において配置された検出要素１９の数が二倍になり、 そして平面に配置された検出要素１９の数が四倍になり、さらにこれによってビ ット数が四倍になる。従って具体的な用途の重要な技術的データが分かれば、サ イズの著しい改善を期待できる。 図５ａは、本発明に基づく装置の別の実施形態を示している。レンズ・アパー チャープレート系１０の後方に、焦点面内に変調フィルタ１５（これはフィルタ 要素１８によって構成されているが）を有する３Ｄ変調装置１２がある。再び３ Ｄ変調装置１２の後方に配置された検出装置１３は、変調された光線を集束させ るための第２のレンズ・アパーチャープレート系１６、並びに検出要素１９の画 像検出装置１７を含んでいる。 図５ｂは、図５ａによる装置の部分図を示している。図５ｂによるレンズ・ア パーチャープレート系１０の焦点面内の変調フィルタ１５は、各位置に特有のフ ィルタ要素１８を例えば、ランダムドット分布の形で含んでいる。変調された光 線は、検出要素１９の画像検出装置１７によって測定される。この実施例は、原 理的には３Ｄ変調装置１２による画素の変調すべてに関する典型である。３Ｄ変 調装置１２の直前の光路内でのエッジ要素２１の正確な位置の計算は、以下のよ うにして行われる： フィルタ要素１８のところでの輝度Ｈ_iは、エッジ要素２１でゼロであり、そ してその他のフィルタ要素のもとでは検出要素１９の原像２０の座標ｘ_iとｙ_iに ともなって次のように変化するものとする： Ｈ_i＝ｙ_i−ｍｘ_i−ｂ （１） ここでｍｘは勾配であり、ｂはエッジ要素２１の軸切片である。 フィルタ要素１８は、ｘ偏光方向に関して透過性である（Ｆ₁＝１）か、ある いは非透過性である（Ｆ₁＝０）かのいずれかであるものとする。フィルタ要素 Ｆ₁は、ランダムに選ばれているものとする。検出装置１３内では、輝度Ｈ_j＝Ｓ_ieIj Ｈ_iも、さらに輝度Ｈ^Pｊ＝Ｓ_ieIjＦ_iＨ_iもともに偏光フィルタ（図には示さ れていないが）（このフィルタは、ｙ方向に関して非透過性であるが）の後方で 測定される。式（１）を代入することによって、次の式が得られる： この式においてｘ_iとｙ_iは構造に従って既知であり、Ｈ_jは測定により求められ ている。並びに、以下の式が得られる： この式においてＦ_i、ｘ_i、ｙ_iは構造に従って既知であり、Ｈ^P _jは測定により求 められている。全体的には式２と式３は、２つの未知数ｍとｂを有する線形方程 式系を表していて、該式はフィルタ要素Ｆ_iをランダム化したために線形独立し ている。故にｍとｂ、そしてエッジ要素２１の位置を直接計算できる。 例としてエッジ要素２１の位置の正確な決定は、レンズ・アパーチャープレー ト系１０の開口が比較的大きく、その結果エッジ要素２１の画像がレンズ・アパ ーチャープレート系１０の後方では検出装置１７によって検出される画像よりも 鮮明である場合には３Ｄ変調装置によって行うのが望ましい。このような場合、 第２のレンズ・アパーチャープレート系１６の後方の焦点面での光のエネルギは キルヒホッフの境界条件に従って３Ｄ変調装置１２内のフィルタ要素１８の位置 によって測定される。この光のエネルギは、検出要素１９によって測定され、そ して勾配ｍとエッジ要素の軸切片ｂを正確に計算するのに用いることが出来る。 以下に、図６から図８をもとにしてあるサンプルの３Ｄ変調装置によるフーリ エ変換に関する実施例を記述する。 本発明によれば、レンズ・アパーチャープレート系１０の後方に図１による３ Ｄ変調装置１２の箇所にホログラフィ、またはその他の特殊な技術（例えば、光 ビーム、電子ビーム、イオンビームなど）を用いて製造された光学的体積ホログ ラフィ要素３４（この中には、図６に示したように多数の３Ｄブラッグ回折格子 が重ね合わされているが）がある。 光学系（レンズ・アパーチャープレート系１０）を用いて、構造物Ｏ（例えば 、棒状構造物、または市松模様）が体積ホログラフィ要素３４上に結像される。 体積ホログラフィ要素３４の直後に検出要素１９があり、該検出要素は例えば電 子網膜を形成するＣＣＤ受光系の形で製造されている。体積ホログラフィ要素３ ４は、図７で示したように、該要素の直後に構造物Ｏ（例えば、棒状構造物）の 像のフーリエ変換結果が生じるように製造されている。 体積ホログラフィ要素３４（この中では２０個以上のブラッグ格子が種々の空 間方位で重ね合わされ、そして該格子のもとでは個々のブラッグ格子の勾配が角 度１度分だけ異なっていて、体積ホログラムの厚みは２５０μｍで、ブラッグ格 子が刻み込まれている材料の屈折率はＨｅＮｅレーザの波長に関しては１．５で あるが）を用いる場合、棒状構造物のフーリエ変換結果は図８に示した経過（二 次元描写）を有する。 図８で解説した実施例は、サンプル（とりわけ棒状サンプルおよび市松模様サ ンプル）のリアルタイムでの検出、もしくは識別を可能にする。 以下において、ニューロン・ネットワークによる画像処理、または連続画像処 理に関する実施例が記述されている。 図９は、３Ｄ変調装置１２のｘ−ｙ平面内での湾曲した３Ｄ回折格子を使用す る場合での状況を示していて、この格子のもとでは格子要素（これは、局所座標 によって表示されているが）はｘ座標に比例した方位角３２の分だけ、並びにｙ 座標に比例した方位角３３の分だけ回転されている。ゼロ番目の回折位数のそれ ぞれの局所的輝度最大値に関してはブラッグ条件によって決定された色をもとに して該当する回折光線が決定される。回折光線の位置をもとにして、方位角と偏 角から、３Ｄ変調装置１２の原位置のｘ座標とｙ座標が高精度で決定される。 ３Ｄ変調装置のｘ−ｙ平面にある湾曲されていない３Ｄ回折格子を用いる場合 、ゼロ番目の回折位数のそれぞれの局所的輝度最大値に関してブラッグ条件によ って決定された波長をもとにして該当する回折光線が決定される。ゼロ番目の回 折位数より高次の回折位数の位置から３Ｄ変調装置内の原位置の位置がデータの 冗長性に基づいて、並びに適切な補間法を用いてサブピクセルの精度で決定され る。 その際に以下のステップを実施するのが有利である： はっきりと目立つサンプルとして図５ｂのエッジ要素２１と湾曲していない３ Ｄ回折格子が用いられる。検出要素１９に関して物体３０と検出要素１９（図１ ０を参照のこと）のすべての位置と方位に関して検出装置１７で回折サンプルが 決定され、そして各回折サンプルに関する位置と方位の割り当てが記憶される。 湾曲していない３Ｄ回折格子の並進不変性のために、各検出要素１９に関してこ の割り当てが用いられる。 検出要素１９の、結果として得られる信号サンプルの識別性を良好にするため にサンプル、またははっきりと目立つ特徴を選ぶのが有利であって、その結果ニ ューロン・ネットワークの理論で知られている「クロストーク」が大数の法則に 基づいて重要でなくなる。さらに、この目的のためにサンプル、またははっきり と目立つ特徴が相対的に異なるように選ばれる；すなわち、ニューロン・ネット ワークの理論の意味において比較的わずかなオーバーラップでもって選ばれる。 一般にニューロン・ネットワークをこのように利用することによって、定置式お よび／または移動式３Ｄ特徴に関する空間的および／または時間的な物体パラメ ータとその結果としての検出装置１９の信号サンプルとの間の関係を認識するこ とが出来るのであって、このことはとりわけパーセプトロン学習アルゴリズムと 幾つかの多重線形結合、すなわち２つ、３つ、４つなどの各ニューロン間の結合 を用いる場合にとりわけ当てはまる。特に前記関係は、たとえそれに関する古典 的な計算規定および／または計算アルゴリズムが開発されていなくても、ネット ワークを通じて学習できる。ここで現れる割り当てに関する学習課題が複雑であ る場合、最大数のニューロン間の結合を有するパーセプトロン学習アルゴリズム を使用できる。該アルゴリズムは、学習課題の複雑さに合わせて適合されていて 、そして該アルゴリズムに関しては学習課題に妥当するコンバージェンス証明が 得られている。かかる学習アルゴリズムとコンバージェンス証明は、「ニューロ ン適応理論」（カルメジン、Ｈ．Ｏ．、１９９６年、ＩＳＢＮ３−６３１−３０ ０３９−５）に示されている。 ニューロン・ネットワークの記憶容量は常に制限されているので、まず最も重 要なはっきりと目立つ特徴とサンプルだけが定義され、そして該当する割り当て がネットワークに記憶される。他のはっきりと目立つ特徴および／またはサンプ ルについての別の割り当てを記憶する場合、再認識の品質が必ずチェックされる 。これを怠ると、記憶容量がおそらく満杯に達してしまうものと思われる。その 場合は、より多くのニューロンを有するネットワークが用いられる。 以下に、図２１をもとにして集束光における３Ｄタルボット効果によって奥行 きチャートを決定するための実施例を示す。 まず物体の任意の点を、当該する焦点が３Ｄ変調装置１２に生じるようにレン ズ・アパーチャープレート系１０によって結像させる。該３Ｄ変調装置１２は、 平面状の格子（以下これを平面格子と称するが）の層によって構成されていて、 該層はレンズ・アパーチャープレート系１０の光学軸に対して垂直に配置されて いるのが望ましい。３Ｄ変調装置１２の後方の任意の距離に、しかもレンズ・ア パーチャープレート系１０の光学軸に対して垂直に配置できる（多数の検出要素 １９によって構成された）検出装置１３の面内において、自己結像（タルボット 効果）によって焦点の近傍にある同じ平面格子の像が生じる。その際に、平面格 子は以下の倍率で拡大される：すなわち、焦点と検出装置との距離を焦点と平面 格子との距離で割った倍率で。これは、通常の陰影が生じるときに平面格子が焦 点の後方の陰影として拡大されるのと同じ倍率である。 検出要素１９によって構成された検出装置１３で格子の像が検出される。物体 の点が一つしかない場合、平面格子の倍率が測定され、この値から上述した倍率 を用いて焦点の３Ｄ位置が計算され、そして焦点の３Ｄ位置からレンズ・アパー チャープレート系１０の結像特性に基づいて物体の点の３Ｄ位置が遡及的に決定 される。一般には物体の点は多数あるので、原理的にはこれと全く同じであるが 、しかし個々の点においては異なって以下のように行うのが望ましい。計算を目 的とする場合、検出装置は検出要素１９に分割される。各検出要素１９に関して 、像のフーリエ・スペクトルが決定される。これから、結像された格子定数が計 算され；さらにこれから平面格子の倍率が計算される。その際に、各平面格子が ３Ｄ変調装置１２においてそれぞれ独自の方位（これは、フーリエ・スペクトル において再認識されるが）を呈することによって該当する平面格子が確認される のが望ましい。各検出要素１９に関して、確認された平面格子の倍率から該当す る焦点の３Ｄ位置と、そしてこれから物体の該当する点の３Ｄ位置がそれぞれ決 定される。物体の点のこれらの３Ｄ位置は、とりわけ奥行きチャートを含んでい る。 図１１から図２０をもとにして体積ホログラフィ的に決定された奥行きチャー トに関する実施例を以下に記述する。 図１１によるレンズ・アパーチャープレート系１０の後方に、図１による３Ｄ 変調装置１２の箇所に体積ホログラフィ、またはその他の技術（例えば、光ビー ム技術、電子ビーム技術、イオンビーム技術など）を用いて製造された３Ｄ回折 格子３４があり、該回折格子は３Ｄブラッグ格子の性質を有している。 レンズ・アパーチャープレート系１０の手前で白色光によって照射された平面 要素Ｏの距離と方向がそれぞれ変化することによって、３Ｄ回折格子３４の後方 に強度分布が生じ、そしてこのスペクトル分布と位置から反射、または自己輻射 によって光を発している平面要素Ｏの方向と距離が決定される。こうして得られ たデータを用いて、奥行きチャートを作成できる。 強度分布を測定するための装置は、図１２に示してある。その際に、焦点の手 前にブラッグ格子がある場合は検出要素３５、３６によって、そして焦点の後方 にブラッグ格子がある場合は検出要素３７、３８によって強度分布が測定される 。焦点の位置が３Ｄ回折格子、もしくはブラッグ格子３４の形をした体積ホログ ラムの手前、もしくは後方のいずれにあるかは、レンズ・アパーチャープレート 系１０の手前で光を発している平面要素Ｏの距離によって決まる。 検出要素３７と３８の位置で強度分布が重ね合わさるようにブラッグ格子３４ と受光面との間隔が調整される。 図１３は、検出要素３５で測定した強度分布を示している。 図１４には検出器３６の位置での強度分布が示され、そして図１５には検出器 ３７と３８の位置での強度分布の重合わせが示されている。 検出器３５から３８の位置での強度分布を評価することによって、レンズ・ア パーチャープレート系１２の手前で光を発している平面要素Ｏの正確な距離を決 定することが出来る。 図１６から図２０において、光を発している平面要素Ｏの位置が軸外にある場 合について図１１から図１５で記述した事情が白色光のもとで示されている。 ＣＣＤ受光システム３５から３８の平面内でブラッグ格子３４の後方の強度分 布のスペクトル分布と位置から、レンズ・アパーチャープレート系１０の手前で 光を発している平面要素Ｏの距離と方向を決定できる。図２１には、３Ｄタルボ ット効果に関する装置が示されている。 参照記号リスト １０：レンズ・アパーチャープレート系 １１：電磁波ビーム １２：３Ｄ変調装置 １３：検出装置 １４：３Ｄ変調装置での電磁波ビームの原位置 １５：変調フィルタ １６：第２のレンズ・アパーチャープレート系 １７：画像検出装置 １８：フィルタ要素、もしくは画素 １９：検出要素 ２０：検出要素の原画像 ２１：エッジ要素 ２３：偏向要素 ２４：偏向されていない電磁波ビーム ２５：偏向されていない電磁波ビーム ２６：偏向された電磁波ビーム ２７：偏向された電磁波ビーム ２８：エアリー円盤の直径 ２９：３Ｄ変調装置と検出装置の距離 ３０：物体 ３２：方位角 ３３：偏角 ３４：３Ｄ体積ホログラフィ回折格子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＪＰ，ＵＳ (72)発明者 カルメシン ハンス―オット ドイツ連邦共和国 28717 ブレーメン ルイス―ゼーゲルケン シュトラーセ 122 (72)発明者 ゲルニッツ エックハルト ドイツ連邦共和国 14513 テルトウ リ チャード―ワグナー―シュトラーセ 27 (72)発明者 クシュ シガード ドイツ連邦共和国 12526 ベルリン ブ ンツェル シュトラーセ 44 (72)発明者 ピノウ マンフレッド ドイツ連邦共和国 14513 テルトウ ジ ョン―シェフル―シュトラーセ 11 【要約の続き】 たは空間周波数特有的な物体パラメータの計算が実施さ れる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．とりわけ自動装置を正確、かつ知的に制御するために、そして生産工程を測 定技術的に監視するために、レンズ・アパーチャープレート系の結像、または 結像列における空間的、および／または時間的な間隔、および／または空間的 、および／または時間的な物体パラメータ（１０）、および／またはスペクト ル的、および／または空間周波数特有的な物体パラメータ（例えば、速度、奥 行き、色、または形状）を正確に決定するための方法において、 以下のプロセス段階を有する方法： （ａ）入射する電磁波ビームの集束はレンズ・アパーチャープレート系（１０ ）によって行われること； （ｂ）レンズ・アパーチャープレート系（１０）の後方でレンズ・アパーチャ ープレート系（１０）の焦点面内で、または焦点面の近傍で３Ｄ変調装置（１ ２）によって電磁波ビーム（１１）の伝播方向、および／または強度、および ／または波長、および／または偏光、および／または時間的変調周波数を各位 置に特有に変調すること； （ｃ）３Ｄ変調装置（１２）の後方にある検出装置（１３）によって変調され た電磁波ビームを検出すること； （ｄ）変調を決定することによって３Ｄ変調装置（１２）で電磁波ビームの空 間的、および／または時間的な間隔（１４）を計算すること、および／または 空間的、および／または時間的な、および／またはスペクトル的、および／ま たは空間周波数特有的な物体パラメータを計算すること。 ２．以下のプロセス段階を特徴とする、請求の範囲第１項に記載の方法： （ｂ−１）レンズ・アパーチャープレート系（１０）の焦点面において一つの 、または多数の変調フィルタ（１５）を有する３Ｄ変調装置（１２）により電 磁波ビームを各位置に特有に変調すること；該変調装置は入射する電磁波ビー ムをｉで表示された、各位置に特有のフィルタ要素（１８）によって変調し、 その際に該フィルタ要素（１８）は前記段階（ｄ）を実行するための方程式系 の解法の可能性に関して変調を行うように、もしくは変調を行わないように比 較 的多彩に選ばれている； （ｃ−１）第２のレンズ・アパーチャープレート系（１６）によって検出装置 （１３）内で集束を行うこと； （ｃ−２）ｊで表示された検出要素（１９）（該検出要素には該当する添字量 Ｉ_jのうちから添字ｉを有するフィルタ要素（１８）が投影されるが）の画像 検出装置（１７）によって検出装置（１３）の焦点面内で変調された電磁波ビ ームを測定すること； （ｄ−１）ｊ番目の検出要素（１９）の測定値からｊ番目の検出要素（１９） の原画像（２０）において３Ｄ変調装置（１２）の手前の光路内でパラメータ によって決定された強度分布の正確な位置を計算すること：その際に該計算は 、測定結果の数が変調測定値に基づいて決定すべきパラメータの数を上回り、 かつ可能な独立した方程式系が現れるように実施される。 ３．下記を特徴とする、請求の範囲第１項、または第２項に記載の方法： （ｄ−１−１）ｙ＝ｍｘ＋ｂに従い３Ｄ変調装置（１２）のｘ−ｙ平面内で勾 配ｍとｙ軸切片ｂによってパラメータ化した上でエッジ要素（２１）で計算を 実施すること。 ４．隣接した検出要素（１９）とともにｊ番目の検出要素（１９）を用いること を特徴とする、請求の範囲第１項から第３項のうちのいずれか一つの項に記載 の方法。 ５．フィルタ要素（１８）を用いることを特徴とする、請求の範囲第２項から第 ４項にうちのいずれか一つの項に記載の方法。 ６．以下のプロセス段階を特徴とする、請求の範囲第１項に記載の方法： （ｂ−１）偏向要素（２３）を有する、各位置に特有の偏向を行うための装置 （２２）の形をした、および場合によってはレンズ・アパーチャープレート系 （１０）の焦点面内で、または該焦点面の近傍で電磁波ビームの強度、波長、 偏光および変調周波数の変調するための装置の形をした３Ｄ変調装置によって 各位置に特有に変調を行うこと； （ｄ−１）検出要素（１９）によって検出された信号をもとにして、およびそ の結果得られる、レンズ・アパーチャープレート系（１０）の結像列での空間 的、および／または時間的な間隔、および／または空間的、および／または時 間的な物体パラメータをもとにして３Ｄ変調装置（１２）において考察した電 磁波ビームの原位置を計算すること。 ７．以下のプロセス段階を特徴とする、請求の範囲第１項に記載の方法： （ｂ−１）レンズ・アパーチャープレート系（１０）の焦点面内で、または該 焦点面の近傍で湾曲した３Ｄ回折格子の形をした３Ｄ変調装置（１２）によっ て電磁波ビームを、各位置に特有に変調させること；その際に回折ビームは湾 曲した３Ｄ回折格子の傾斜した網状面での反射に従って指向され、および／ま たは格子開口条件に従ってその強度が変調され、および／またはブラッグ条件 に従ってその波長が変調され、および／または回折格子の異方性に従って偏光 され、および／または顕著な時間的振動に従って時間変調され、その際に各位 置に特有の湾曲、並びに各位置に特有の変調に関する回折格子の他の特性が前 記の段階（ｄ）を実行するために方程式系の解法性に関して十分に多彩である ；（ｄ−１）検出要素（１９）で検出された信号をもとにして、およびその結 果得られる、レンズ・アパーチャープレート系（１０）の結像列での空間的、 および／または時間的な間隔、および／または空間的、および／または時間的 な物体パラメータをもとにして３Ｄ変調装置（１２）において考察した電磁波 ビームの原位置（１４）を計算すること。 ８．以下のプロセス段階を特徴とする、請求の範囲第１項、第６項、または第７ 項のうちのいずれか一つの項に記載の方法： （ｃ’）ブラッグ条件に従い回折された電磁波ビームの特有の波長をもとにし て、および／または方向特有の検出要素を用いて検出要素（１９）に入射する 電磁波ビームを、第ゼロ次回折位数（２４、２５）に由来する電磁波ビームと 高次の回折位数（２６、２７）に由来する電磁波ビームに識別すること； （ｄ’）検出要素（１９）で検出された信号をもとにして、およびその結果得 られる、レンズ・アパーチャープレート系（１０）の結像列での空間的、およ び／または時間的な間隔、および／または空間的、および／または時間的な物 体パラメータをもとにして３Ｄ変調装置において考察した電磁波ビームの原位 置（１４）を計算すること。 ９．以下のプロセス段階を特徴とする、請求の範囲第１項、第６項、第７項、ま たは第８項のうちのいずれか一つの項に記載の方法： （ｃ’’）検出要素（１９）によって検出された信号に時間的ハイパスフィル タを適用すること；その際に透過する周波数は、画像列のもとで現れる、高次 の回折位数の著しく増加した横方向速度が検出されるように適応的に調整され ねばならない；並びにこれによって検出要素（１９）に入射する電磁波ビーム を、偏向されていない電磁波ビーム（２４、２５）、もしくは第ゼロ次回折位 数に由来する電磁波ビームと偏向されている 電磁波ビーム（２６、２７）、 もしくは高次の回折位数に由来する電磁波に識別すること； （ｄ’’）検出要素（１９）で検出された信号をもとにして、およびその結果 得られる、レンズ・アパーチャープレート系（１０）の結像列での空間的、お よび／または時間的な間隔、および／または空間的、および／または時間的な 物体パラメータをもとにして３Ｄ変調装置（１２）において考察した電磁波ビ ームの原位置（１４）を計算すること。 10．以下を特徴とする、請求の範囲第１項に記載の方法： （ｂ−１）レンズ・アパーチャープレート系（１０）の焦点面内で、または 該焦点面の近傍において湾曲していない３Ｄ回折格子の形をした３Ｄ変調装置 （１２）により電磁波ビームを各位置に特有に変調すること；その際に、回折 したビームは湾曲していない３Ｄ回折格子の傾斜した網状面での反射に従って 指向され、および／または格子開口条件に従ってその強度が変調され、および ／またはブラッグ条件に従ってその波長が変調され、および／または回折格子 の異方性に従って偏光され、および／または顕著な時間的振動に従って時間変 調されるのであって、その際に回折格子の特性は方程式系の解法性に関して前 記の段階（ｄ）を実行するために十分に多彩である； （ｄ−１）検出要素（１９）で検出された信号をもにして、およびその結果得 られる、レンズ・アパーチャープレート系（１０）の結像列での空間的、およ び／または時間的な間隔、および／または空間的、および／または時間的な物 体パラメータをもとにして３Ｄ変調装置（１２）において考察した電磁波ビー ムの原位置（１４）を計算すること。 11．フラウンホーファーの遠隔場で前記段階（ｃ）と（ｄ）を実施することを特 徴とする、請求の範囲第７項から第１０項のうちのいずれか一つの項に記載の 方法。 12．３Ｄ回折格子の後方の近接場とその他の範囲でのタルボット平面、またはフ レネル平面で前記段階（ｃ）と（ｄ）を実施することを特徴とする、請求の範 囲第７項から第１１項のうちのいずれか一つの項に記載の方法。 13．以下のプロセス段階を特徴とする、請求の範囲第１２項に記載の方法： − 奥行きに鋭敏な検出要素を用いて３Ｄ回折格子の近接場とその他の範囲で タルボット平面、および／またはフレネル平面での焦点の奥行き位置を記録 すること； − 物体（３０）の２つの隣接する距離の差を計算すること。 14．以下のプロセス段階を特徴とする、請求の範囲第１から第１３までのうちの いずれか一つの項に記載の方法： （ａ’−１）各サンプル、または各３Ｄ特徴に関する局所座標系の原点として の優秀な位置画素とともに画素の形をしたはっきりと目立つ３Ｄ特徴、または サンプルを事前に決定すること； （ａ’−２）いわゆる学習段階を実施すること；その際に、各３Ｄ特徴が各３ Ｄ位置および３Ｄ方位に入力される、もしくは各サンプルが各３Ｄ位置および ３Ｄ方位に入力される； 次に位置画素の投影が行われるところの検出要素（１９）ｊが決定される； そのあと、ｊ番目の検出要素（１９）の周辺において変調の信号サンプル、 検出要素（１９）を含めて該当する信号サンプルが決定される； そしてそれから回りを囲む検出要素（１９）の信号サンプルとともにサンプ ル、もしくは３Ｄ特徴、位置画素の位置および方位に関するｊ番目の検出要素 （１９）の割り当てが連想式ニューロン・ネットワークに記憶される； （ａ’−３）連想式ニューロン・ネットワークによって回りを囲む記憶要素（ １９）の信号サンプルとともにサンプル、もしくは３Ｄ特徴、位置画素の位置 および方位に関する、学習され、記憶された割り当てを測定されたｊ番目の検 出要素（１９）に適用すること。 15．レンズ・アパーチャープレート系（１０）の焦点面での強度サンプル、およ び／または運動サンプル、および／または周波数サンプル、および／または色 サンプル、もしくは波長サンプル、および／または偏光サンプル、および／ま たは強度最大値、および／または３Ｄ形状に基づいて画素の形でサンプルを使 用することを特徴とする、請求の範囲第１４項に記載の方法。 16．ニューロン・ネットワークを使用することを特徴とする、請求の範囲第１４ 項、または第１５項のうちのいずれか一つの項に記載の方法であって、該ネッ トワークはホップフィールド規則、またはパーセプトロン学習規則、またはバ ック・パーセプトロン学習規則を用いて学習し、２つのニューロン間の結合、 および／または３つのニューロン間の結合、および／または４つのニューロン 間の結合、および／または最大数のニューロン（これらは信号サンプルの複雑 性に適合させられているが）間の結合を含んでいて、そして学習課題が複雑な 場合には、信号サンプルの複雑さに適合させられている最大数のニューロン（ これらのニューロンは信号サンプルの複雑さに適合させられているが）との結 合とともにパーセプトロン学習アルゴリズムを含んでいるので、その結果、学 習課題の解決はコンバージェンス証明によって保証されている。 17．下記を特徴とする、請求の範囲第１４項から第１６項のうちのいずれか一つ の項に記載の方法： （ａ’−２−１）電子メモリ、または光メモリによる割り当ての記憶。 18．相関器光学的装置によって検出面の前後で計算段階、および／またはニュー ロン・ネットワークを実施することを特徴とする、請求の範囲第１項から第１ ７項のうちのいずれか一つの項に記載の方法。 19．ある場面を結像するためのレンズ・アパーチャープレート系（１０）および 該レンズ・アパーチャープレート系の後方の結像光路内にある検出装置（１３ ）を用いて請求の範囲第１項から第１８項のうちのいずれか一つの項に記載の 方法を実施するための装置において、 レンズ・アパーチャープレート系（１０）の後方で該レンズ・アパーチャー プレート系（１０）の焦点面内、または該焦点面の近傍にある電磁波ビームの 伝播方向、および／または強度、および／または波長、および／または偏光、 および／または変調周波数を各位置に特有に変調するための３Ｄ変調装置（１ ２）を特徴とする装置。 20．前記３Ｄ変調装置（１２）はレンズ・アパーチャープレート系の焦点面内に 変調フィルタ（１５）（該フィルタはミラー要素の形をした偏向要素（２３） を含んでいるが）を含んでいることを特徴とする、請求の範囲第１９項に記載 の装置。 21．３Ｄ変調装置（１２）は湾曲した３Ｄ回折格子を含み、該回折格子は入射す る電磁波ビームを回折された電磁波ビームに変換し、その際に回折されたビー ムは湾曲した３Ｄ回折格子の傾斜した網状面での反射に従って指向され、およ び／または格子開口条件に従ってその強度が変調され、および／またはブラッ グ条件に従ってその波長が変調され、および／または回折格子の異方性に従っ て偏光され、および／または顕著な時間的振動に従って時間変調されることを 特徴とする、請求の範囲第１９項に記載の装置。 22．３Ｄ変調装置（１２）は湾曲していない３Ｄ回折格子を含み、その際に回折 されたビームは湾曲した３Ｄ回折格子の傾斜した網状面での反射に従って指向 され、および／または格子開口条件に従ってその強度が変調され、および／ま たはブラッグ条件に従ってその波長が変調され、および／または回折格子の異 方性に従って偏光され、および／または顕著な時間的振動に従って時間変調さ れることを特徴とする、請求の範囲第１９項に記載の装置。 23．３Ｄ回折格子は２３１個の可能な周期的３Ｄ回折格子のうちの一つを表して いることを特徴とする、請求の範囲第２１項、または第２２項のいずれか一つ の項に記載の装置。 24．３Ｄ回折格子は周期的でないことを特徴とする、請求の範囲第２１項、また は第２２項のいずれか一つの項に記載の装置。 25．３Ｄ回折格子は２Ｄ格子の多数の層を含んでいることを特徴とする、請求の 範囲第２１項から第２４項のうちのいずれか一つの項に記載の装置。 26．３Ｄ回折格子は音響光学式セルを含んでいることを特徴とする、請求の範囲 第２１項から第２４項のうちのいずれか一つの項に記載の装置。 27．３Ｄ回折格子はウイグナ−結晶を含んでいることを特徴とする、請求の範囲 第２１項から第２４項のうちのいずれか一つの項に記載の装置。 28．３Ｄ回折格子はポリマラテックスを含んでいることを特徴とする、請求の範 囲第２１項から第２５項のうちのいずれか一つの項に記載の装置。 29．３Ｄ回折格子はホログラフィ法で製造されていることを特徴とする、請求の 範囲第２１項から第２５項のうちのいずれか一つの項に記載の装置。 30．３Ｄ回折格子は生物学的構造、および／または液晶、および／または強誘電 体によって構成されていることを特徴とする、請求の範囲第２１項から第２５ 項のうちのいずれか一つの項に記載の装置。 31．３Ｄ回折格子は電気光学的に、および／または光磁気的に、および／または 機械的に同調できることを特徴とする、請求の範囲第２１項から第２５項のう ちのいずれか一つの項に記載の装置。 32．検出装置（１３）はスペクトル感度を呈することを特徴とする、請求の範囲 第１９項から第３１項のうちのいずれか一つの項に記載の装置。 33．検出装置（１３）は方向感度を呈することを特徴とする、請求の範囲第１９ 項から第３２項のうちのいずれか一つの項に記載の装置。 34．検出装置（１３）は少なくとも一つの偏光フィルタを呈することを特徴とす る、請求の範囲第１９項から第３３項のうちのいずれか一つの項に記載の装置 。 35．結像光路において３Ｄ回折格子に加えて、コヒーレント度、および／または 偏光状態、および／または位相状態を変える別の格子が取り付けられているこ とを特徴とする、請求の範囲第２１項から第３４項のうちのいずれか一つの項 に記載の装置。 36．検出装置（１３）はＣＣＤアレイ、および／またはＣＩＤアレイを呈するこ とを特徴とする、請求の範囲第１９項から第３５項のうちのいずれか一つの項 に記載の装置。 37．検出要素（１９）は導波管を呈することを特徴とする、請求の範囲第１９項 から第３６項のうちのいずれか一つの項に記載の装置。 38．レンズ・アパーチャープレート系（１０）、検出装置（１３）および３Ｄ変 装置（１２）は可視光外部の電磁波 −Ｘ線を含む− 向けに設計されている ことを特徴とする、請求の範囲第１９項から第３７項のうちのいずれか一つ の項に記載の装置。 39．キャリア周波数振動が３Ｄ変調装置（１２）、および／または検出装置（１ ３）に入力されることを特徴とする、請求の範囲第１９項から第３８項のうち のいずれか一つの項に記載の装置。 40．ニューロン・ネットワークを特徴とする、請求の範囲第１９項から第３９項 のうちのいずれか一つの項に記載の装置。 41．計算を実施するために検出器面の前後に相関器光学装置があることを特徴と する、請求の範囲第１９項から第４０項のうちのいずれか一つの項に記載の装 置。 42．相関器光学的装置は４ｆ光学系を含んでいることを特徴とする、請求の範囲 第４１項に記載の装置。 43．３Ｄ変調装置（１２）にはフィルタ要素（１８）、および／または偏向要素 （２３）、および／または格子要素が乱数発生器によって比較的多彩に配置さ れていることを特徴とする、請求の範囲第１９項から第４２項のうちのいずれ か一つの項に記載の装置。