CZ171298A3

CZ171298A3 - Zařízení pro snímání obrazu

Info

Publication number: CZ171298A3
Application number: CZ981712A
Authority: CZ
Inventors: Hans W. P. Koops; Erhard Härtel
Original assignee: Deutsche Telekom Ag
Priority date: 1995-12-06
Filing date: 1996-12-05
Publication date: 1998-11-11
Also published as: EP0867086A2; DK0867086T3; HUP9901663A3; WO1997021301A2; HUP9901663A2; DE19545484A1; JP2000502223A; AU1868797A; EP0867086B1; WO1997021301A3; DE19545484C2; CA2239087A1; DE59609376D1

Description

(57) Anotace:

Zařízení pro snímání obrazů s alespoň jedním fokusujícím prvkem /2, 10, 11, 22/ ke zobrazení jednoho prvku obrazu. Každému fokusujícímu prvku /2, 10, 11, 22/ je přiřazeno několik fotodetektorů /4, 5, 6/. které leží v ohniskové rovině příslušného fokusujícího prvku, takže není potřebná fokusace na dálku předmětu, přičemž fotodetektory /4, 5, 6/ jsou volitelným způsobem odečitatelné pro umožnění změny úhlu pohledu zařízení pro snímání obrazu.

5

CZ 1712-98 A3

Zařízení pro snímání obrazu

Oblast techniky

Vynález se týká zařízení pro snímání obrazů s alespoň jedním fokusujícím prvkem ke zobrazení jednoho prvku obrazu.

Stav techniky

Zařízení pro snímání obrazu s alespoň jedním fotodetektorem pro snímaný prvek obrazu vešla ve známost jako tak zvané CCD-kamery, u nichž před polovodičovým senzorem, obsahujícím fotodetektory v podobě rastru, je uspořádán objektiv.

Z DE-A-31 40 217 je znám přístroj ke čtení plošné předlohy s obrazovou informací, který převádí obrazovou informaci na obraz přes velký počet zobrazovacích systémů, za použití fotosenzoru. Známý přístroj disponuje ovšem konstantní předmětovou vzdáleností a zobrazovací systémy nejsou uzpůsobeny měnit zorný úhel čtecího přístroje.

Cílem vynálezu je vytvořit snímací zařízení obrazu, které odstraňuje tyto nevýhody.

Podstata vynálezu

Uvedeného cíle se dosahuje zařízením pro snímání obrazů s alespoň jedním fokusujícím prvkem ke zobrazení jednoho prvku obrazu, podle tohoto vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že každému fokusujícímu prvku je přiřazeno několik fotodetektorů, které leží v ohniskové rovině příslušného fokusujícího prvku, takže není potřebná fokusace na dálku předmětu, přičemž fotodetektory jsou volně volitelným způsobem odečitatelné pro umožnění změny úhlu pohledu zařízení pro snímání obrazu.

Zařízení pro snímání obrazu podle vynálezu je způsobilé snímat obrazy proti němu stojících předmětů s velkou hloubkou ostrosti. Zvolí-li se odstup mezi jednotlivými fotodetektory rovný odstupu (rozměru rastru) fokusujících prvků, vznikne vždy zobrazení v měřítku 1:1.

Výhodné provedení zařízení pro snímání obrazu podle vynálezu je u dalšího provedení vynálezu umožněno tím, že fokusujícím prvkem je refraktivní mikročočka, refraktivní Fresnelova mikročočka nebo zonální deska, přičemž fokusující prvky pro všechny zobrazované prvky obrazu jsou tvořeny strukturováním transparentního nosiče.

Další provedení spočívá vtom, že vždy jednomu fokusujícímu prvku je přiřazeno více, podle volby aktivizovatelných, fotodetektorů. Tímto dalším provedením se může pomocí zařízení s jednou nebo málo řádkami fokusujících prvků snímat plošný obraz vzorkováním napříč ke směru řádek. Toto další provedení ale také umožňuje právě při plošném, tj. rastrovém uspořádání fotodetektorů a fokusujících prvků provádět elektrickou změnu směru pohledu snímacího zařízení obrazu.

Výhodné provedení zařízení pro snímání obrazu podle vynálezu spočívá v tom, že struktury fokusujících prvků jsou rotačně symetrické, přičemž optický střed leží vždy uprostřed příslušné plochy, přiřazené fokusujícímu prvku. Toto provedení je v první řadě určeno k tomu, aby snímalo předměty, které jsou umístěny přímo před zařízením pro snímání obrazu. Přitom je možné naklánění směru pohledu shora uvedeným dalším provedením. Jiná výhodná úprava pro odchylný směr pohledu založena na tom, že fokusující prvek je konstruován asymetricky, takže při uprostřed uspořádaného fotodetektorů umožňuje šikmý pohled.

U zařízení pro snímání obrazu podle vynálezu se zobrazí části předmětu, nesnímané fotodetektorem, vedle fotodetektorů. Aby nevznikaly žádné ztráty na jakosti rozptýleným světlem, jsou u dalšího provedení vynálezu ty plochy nosiče, a a

nesoucího fotodetektory, které nejsou pokryty fotodetektory, vytvořeny jako absorbující.

Úprava zařízení pro snímání obrazu podle vynálezu ke snímání barevných obrazů je možná tím, že fotodetektorům jsou přiřazeny barevné filtry různých barev.

Jako u jiných zařízení pro snímání obrazů se může změna světla dopadajícího na fotodetektor projevit jako elektrický signál vytvořením náboje, odpovídajícího množství světla. Protože množství světla na jednotlivý fotodetektor u snímacího zařízení podle vynálezu je velmi malé, navrhuje se výhodně, aby k odečtu náboje, vznikajícího v příslušném fotodetektoru v závislosti na intenzitě světla byly uplatněny tunelové stavební prvky pro jednotlivé elektrony. Tunelové stavební prvky pro jednotlivé elektrony (SED = Single electron devices) jsou například popsány v H. A. Clealand The detection and manipulation of single electrons, Digest of Papers Microprocess '94, 7^th International Mícroprocess Conference Hsinchu, Taiwan, July 11-14, 1994, pages 146-149.

Popsané prvky musí být na základě své velikosti však k dosažení dostačujícího odstupu rušení provozovány za chlazení. To však není nutné, když podle dalšího provedení vynálezu jsou struktury tunelových stavebních prvků pro jednotlivé elektrony menší než 10 nm. Přitom je výhodné, aby na nosiči, nesoucím fotodetektory byly vodivé dráhy k zásobování napětím a k odvodu signálů nanášeny litograficky.

U řady použití, například u video telefonů je vyžadováno současné snímání vyhledávaného obrazu a reprodukce přijímaného obrazu. To se může u zařízení pro snímání obrazu podle vynálezu uskutečnit zvlášť výhodným způsobem společným vytvořením s obrazovkou, zejména barevnou obrazovkou.

Výhodná úprava takového zařízení ke snímání a reprodukci spočívá v tom, že mezi nosičem, tvořícím fokusující prvky a nosičem pro fotodetektory je vytvořen dutý prostor, že na vnitřní straně nosiče pro fokusující prvky jsou naneseny ploché prvky ze svíticí látky, a že na nosiči pro fotodetektory jsou uspořádány řiditelné

Λ Φ

elektronové zdroje, které jsou přiřazeny vždy příslušnému plošnému prvku ze svíticí látky.

U jiné výhodné úpravy takového zařízení ke snímání a reprodukci se navrhuje, aby pro plošné prvky ze svíticí látky obrazovky byl na nosiči pro fokusující prvky položen další nosič a aby pro řiditelné elektronové zdroje byl upraven další nosič paralelní s nosičem pro fotodetektory.

Výhodně jsou u těchto provedení řiditelné elektronové zdroje tvořeny nejméně jedním emitorovým hrotem a extraktorovými dráty.

Emitorové hroty a extraktorové dráty jsou vyrobeny výhodně depozicí, indukovanou korpuskulárním zářením. Výroba těchto obrazově bodových zdrojů záření je popsáno v patentové přihlášce P 44 16 597.8 přihlašovatelky.

Aby se zamezilo osvětlení fotodetektorů plošnými prvky ze svíticí látky, může se podle dalšího provedení vynálezu provést opatření, aby elektronové zdroje a fotodetektory byly provozovatelné v časovém multiplexu.

Přehled obrázků na výkresech

Příklady provedení jsou znázorněny na výkresech, na kterých jednotlivé obrázky znázorňují:

Obr. 1 rez částí prvního příkladu provedení s mikročočkou

Obr. 2 řez částí druhého příkladu provedení s mikročočkou

Obr. 3 řez prvním příkladem provedení s Fresnelovou mikročočkou

Obr. 4 řez druhým příkladem provedení s Fresnelovou mikročočkou

Obr. 5 příklad použití zařízení pro reprodukci a snímání obrazu podle vynálezu

Obr. 6zvětšené schematické znázornění příkladu provedení fotodetektoru

Obr. 7 řez prvním příkladem provedení zařízení pro reprodukci a snímání obrazu

Obr. 8 řez druhým příkladem provedení zařízení pro reprodukci a snímání obrazu

Příklady provedení vynálezu

U zařízení pro snímání obrazu, znázorněného na obr. 1, jsou uspořádány na nosiči 1 s odstupem rastru, ve formě rastru, mikročočky 2. V ohniskové rovině mikročoček jsou umístěny na druhém nosiči 3 vždy proti mikročočce fotodetektory 4 , jejichž rozměry jsou tak malé, že jejich zobrazení na neznázorněném přijímaném předmětu ještě odpovídá velikosti mikročoček i u zařízení pro snímání obrazu podle vynálezu, disponujícího největší ohniskovou dálkou. Mikročočky 2 jsou uspořádány navzájem těsně vedle sebe, takže vždy jedna mikročočka zobrazuje vždy jeden prvek obrazu předmětu na jeden fotodetektor 4. Meziprostory mezi fotodetektory 4 mohou být neobloženy. Začernění zabraňuje výhodně odrážení světla, dopadajícího ze sousedních obrazových prvků předmětu, což by opět vedlo k rozptýlenému světlu. Mohou být však uspořádány také další fotodetektory 5, 6. Použije-li se například fotodetektor 5 místo fotodetektoru 4, blikne zařízení pro snímání obrazu podle čerchované čáry 7 ke straně. To se může odehrát staticky - tj. může se nastavit trvalý nebo déle trvající úhel - nebo v rychlém sledu se měnící, takže vznikne pohyb, snímající obraz.

U příkladu provedení podle obr. 2 je mikročočka 2 uspořádána na hranolu 8, takže zařízení pro snímání obrazu blikne stranou již při úhlu β, když fotodetektor 4 stojí proti středu mikročočky 2. Dodatečně se může změna úhlu pohledu uskutečnit volbou jednoho z fotodetektorů 4, 5, 6.

U provedení podle obr. 3 a 4 je fokusujícím prvkem ve všech případech Fresnelova mikročočka. Oproti Fresnelové mikročočce 10 je Fresnelova mikročočka u příkladu provedení podle obr 4 vytvořena asymetricky, takže kamera vzhledem k uprostřed uspořádanému fotodetektoru 4 blikne stranou.

Obr. 5 ukazuje příklad použití zařízení pro snímání a reprodukci obrazu, které se využívá na psacím stole 12 jako plochá obrazovka 11.. Osoba 13, používající zařízení podle vynálezu, se může podívat na obrazovku. Kromě toho se může obraz hlavy osoby 13 snímat a přenášet, protože je situován v oblasti 14 záběru.

Ve znázornění, představeném na obr. 5, se kamera dívá v úhlu, odkloněném o 90°. Při odpovídají úpravě zařízení pro snímání obrazu podle vynálezu se může tento úhel elektronicky přestavovat a tím přizpůsobit speciálním danostem.

Obr. 6 ukazuje schematicky fotodetektor, který sestává v podstatě ze dvou vodivých elektrod 15, 16, které jsou uspořádány ve vakuu 17. V případě zařízení k barevnému snímání je vrstva 18. překrývající fotodetektor vytvořena jako barevný filtr. Elektroda 15 je transparentní a nabitá urychlovacím napětím U, které například činí několik set voítů. Přicházející fotony 20 pronikají elektrodou 15 a zasahují elektrodu 16. která je upravena vhodným způsobem k emisi fotoelektronů, například pokryta vrstvou alkalických kovů. Vystupující elektrony jsou přitahovány urychlovacím napětím k elektrodě 15. Změny napětí způsobené vystupujícími elektrony se vhodným způsobem zesilují v zesilovači 20. uspořádaném na stejném nosiči 19. Neznázorněné vodivé dráhy a zapojení způsobují o sobě známým způsobem sekvenční snímání výstupních signálů fotodetektorú, takže vzniká videosignál.

Jako zesilovače jsou výhodně vhodné tzv. zesilovače jednotlivých elektronů. Popřípadě mohou být na jeden zesilovač napojeny sekvenčně vždy tři fotodetektory přiřazené po jednom každé základní barvě.

Obr. 7 a 8 ukazují schematicky příslušné výřezy zařízení pro snímání a reprodukci obrazu, přičemž v příkladu provedení podle obr. 7 jsou použity stejné nosiče pro komponenty reprodukce obrazu jako pro komponenty snímání obrazu a v příkladu provedení podle obr. 8 jsou vytvořeny k tomu účelu oddělené nosiče.

·4· ·· a · ·· • · a · < ♦ · · « · · · a · · ♦» • a 9 · ·· • a · ·· ·

Transparentní nosič 21 u příkladu provedení podle obr. 7 je na své horní straně strukturován rastrovitě uspořádanými zonálními deskami 22, které mají vždy délku hrany 300 μ. Dále je transparentní nosič 21 opatřen ochrannou vrstvou 23. Na vnitrní straně nosiče 21 jsou - také transparentně provedeny - na každou zonální desku jeden plošný prvek 24 obrazovky. Jako svíticí látka pro obrazovku, popřípadě její plošné prvky jsou vhodné například oxid zinku a india nebo oxid zinku.

V předem daném odstupu k tomu - například 300 μπ - je umístěn nosič 25 pro elektronové zářiče a fotodetektory. Obojí jsou proti odstupu mezi nosiči 25 a proti zonální desce 22 a plošnému prvku 24 znázorněny podstatně zvětšeně. Tak činí například šířka fotodetektoru včetně zesilovače asi 20 pm, zatímco pro elektronový zářič je počítáno s asi 3 pm.

Vhodný elektronový zářič je popsán v patentové přihlášce P 44 16 597.8 přihlašovatelky v jednotlivostech včetně způsobu výroby za pomoci aditivní litografie elektronovým nebo iontovým svazkem za použití depozice, indukované korpuskulárním zářením. Vysvětlení proto není k porozumění vynálezu dále potřebné. Vždy jeden elektronový zářič se skládá nejméně z jednoho emitorového drátu 26 a nejméně jednoho extraktorového drátu 27, který je nabit na poněkud vyšší potenciál než emitorový drát 26. Vystupující elektrony jsou urychlovány na plošný prvek 24 obrazovky. Řízení jasu je možné jak potenciálem extraktorových drátů 27 tak i napětím přiloženým na plošný prvek 24 obrazovky.

Vedle elektronových zářičů jsou na nosiči 25 uspořádány fotodetektory 28 a zesilovače 29. jak byly například popsány v souvislosti s obr, 6. Světlo, dopadající skrze zonální desku 22 z příslušného prvku obrazu zobrazovaného předmětu je fokusováno na fotodetektor 28.

Kvůli pohybu elektronů od zářiče elektronů k obrazovce je mezi nosiči 21 a 25 potřebné vakuum. K udržení odstupu, které stojí proti podmínce tlaku (vakua) se

mohou známým způsobem vložit mezi nosiče 21 a 25 místy vložit skleněné perly, které k zobrazení a reprodukci obrazu nejsou nutné.

U příkladu provedení podle obr. 8 má zařízení kromě nosiče 31. který tvoří zonální desky, nosič 32 pro plošné prvky 24 obrazovky a kromě nosiče 33 pro fotodetektory 28, nosič 34 pro elektronové zářiče 26, 27. Mezi nosičem 33 a nosičem 34 je umístěna ochranná vrstva 30.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Zařízení pro snímání obrazů s alespoň jedním fokusujícím prvkem (2, 10, 11, 22) ke zobrazení jednoho prvku obrazu, vyznačující se tím, že každému fokusujícímu prvku (2, 10, 11, 22) je přiřazeno několik fotodetektorů (4, 5, 6), které leží v ohniskové rovině příslušného fokusujícího prvku, takže není potřebná fokusace na dálku předmětu, přičemž fotodetektory (4, 5, 6) jsou volně volitelným způsobem odečitatelné pro umožnění změny úhlu pohledu zařízení pro snímání obrazu.
2. Zařízení pro snímání obrazu podle nároku 1, vyznačující se tím, že fokusujícím prvkem je refraktivní mikročočka (2), přičemž fokusující prvky pro všechny zobrazované prvky obrazu jsou tvořeny strukturováním transparentního nosiče (1).
3. Zařízení pro snímání obrazu podle nároku 1, vyznačující se tím, že fokusujícím prvkem je refraktivní Fresnelova mikročočka (10, 11), přičemž fokusující prvky pro všechny zobrazované prvky obrazu jsou tvořeny strukturováním transparentního nosiče (1).
4. Zařízení pro snímání obrazu podle nároku 1, vyznačující se tím, že fokusujícím prvkem je zonální deska (22), přičemž fokusující prvky pro všechny zobrazované prvky obrazu jsou tvořeny strukturováním transparentního nosiče (21, 31).
5. Zařízení pro snímání obrazu podle jednoho z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že struktury fokusujících prvků (2, 10, 22) jsou rotačně symetrické, přičemž optický střed leží uprostřed plochy, přiřazené každému příslušnému fokusujícímu prvku (2, 10, 22).

* φ
6. Zařízení pro snímání obrazu podle jednoho z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že fokusující prvek (11) je konstruován asymetricky, takže u uprostřed uspořádaného fotodetektoru (4) je směr pohledu šikmý.
7. Zařízení pro snímání obrazu podle jednoho z předchozích nároků, vyznačující se tím, že fotodetrektory (4, 5, 6, 28) jsou neseny nosičem (3, 25, 33), jehož plochy neopatřené fotodetektory (4, 5, 6, 28) jsou vytvořeny jako absorbující.
8. Zařízení pro snímání obrazu podle jednoho z předchozích nároků, vyznačující se tím, že fotodetektorům (15, 17) jsou přiřazeny barevné filtry (18) různých barev.
9. Zařízení pro snímání obrazu podle jednoho z předchozích nároků, vyznačující se tím, že je opatřeno tunelovými konstrukční prvky pro jednotlivé elektrony pro snímání náboje, vznikajícího v příslušném fotodetektoru v závislosti na intenzitě světla.
10. Zařízení pro snímání obrazu podle nároku 9, vyznačující se tím, že struktury tunelových konstrukčních prvků pro jednotlivé elektrony jsou menší než 10 nm.
11. Zařízení pro snímání obrazu podle jednoho z předchozích nároků, vyznačující se tím, že na nosiči, nesoucím fotodetektory jsou litograficky naneseny vodivé dráhy k přivádění napětí a k odvádění signálů.
12. Zařízení pro snímání obrazu podle jednoho z předchozích nároků, vyznačující se tím, že má společné vytvoření s obrazovkou, zejména barevnou obrazovkou.
13. Zařízení pro snímání obrazu podle nároku 12, vyznačující se tím, že mezi nosičem (21), tvořícím fokusující prvky (22) a nosičem (25) pro fotodetektory (28) je upraven dutý prostor, přičemž na vnitřní straně nosiče (21) pro fokusující prvky (22) jsou naneseny plošné prvky (24) ze svíticí látky, a na nosiči (25) pro fotodetektory ««a« (28) jsou uspořádány řiditelné elektronové zdroje (26, 27), které jsou přiřazeny vždy příslušnému plošnému prvku (24) ze svíticí látky.
14. Zařízení pro snímání obrazu podle nároku 12, vyznačující se tím, že pro plošné prvky (24) ze svíticí látky obrazovky přiléhá na nosič (31) pro fokusující prvky (22) další nosič (32), a pro řiditelné elektronové zdroje (26, 27) je vytvořen další nosič (34), rovnoběžný s nosičem (33) pro fotodetektory (28).
15. Zařízení pro snímání obrazu podle jednoho z nároků 13 nebo 14, vyznačující se tím, že řiditelné elektronové zdroje (26, 27) jsou tvořeny nejméně jedním emitorovým hrotem (26) a extraktorovými dráty (27).
16. Zařízení pro snímání obrazu podle nároku 15, vyznačující se tím, že emitorové hroty (26) a extraktorové dráty (27) jsou vyrobeny indukovanou depozicí korpuskulárním svazkem.
17. Zařízení pro snímání obrazu podle jednoho z nároků 12 až 16, vyznačující se tím, že elektronové zdroje (26, 27) a fotodetektory (28) jsou provozovatelné v časovém multiplexu.

1/8